Дисциплина: Электротехника, электроника и электрооборудование Преподаватель: К.т.н., доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство и МПТД» СМОЛИН АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ

Учебная программа: 5 семестр: Электротехника, электроника и электрооборудование: 10 ч – лекции; 20 ч – семинары; Контрольная работа ЗАЧЕТ 6 семестр Электротехника, электроника и электрооборудование: 12 ч – лекции; 24 ч – семинары ЭКЗАМЕН

Учебная программа: Микропроцессорная техника и электрооборудование автомобиля: 24 ч – лекции; 12 ч – семинары; Контрольная работа ЗАЧЕТ 7 семестр Микропроцессорная техника и электрооборудование автомобиля: 24 ч – лекции; 12 ч – семинары. ЭКЗАМЕН

Основные направления нашей работы: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА: -Электрические цепи постоянного тока -Трансформаторы -Полупроводниковые приборы и устройства -Машины постоянного тока -Электробезопасность ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА: -Система электроснабжения (аккумуляторные батареи и генераторная установка) -Системы, обеспечивающие пуск и работу двигателя (системы пуска и зажигания) -Система контроля и контрольно-измерительных приборов -Система освещения -Система световой и звуковой сигнализации -Система отопления и вентиляции -Система управления механизмами двигателя, трансмиссией и ходовой части -Дополнительное оборудование -Коммутационная и защитная аппаратура -Мультиплексная система электропроводки

Цель и задачи дисциплины В результате изучения дисциплины студент: должен иметь представление: - об основных тенденциях развития электрооборудования автомобильной техники. должен знать: - теоретические основы и физическую сущность рабочих процессов электрических машин, аппаратов, приборов и систем электрооборудования автомобильной техники; - основы конструкции и работу электрооборудования автомобильной техники, объем работ по техническому обслуживанию; - методику поиска и устранения неисправностей в системах электрооборудования автомобильной техники; - научно-техническую и справочную литературу, в том числе и зарубежную, при самостоятельном изучении электрооборудования новых образцов автомобильной техники; должен уметь: - выполнять и читать схемы электрооборудования автомобильной техники; - обнаруживать и устранять причины отказов в электрооборудовании автомобильной техники.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Тема 1: Линейные электрические цепи постоянного тока Занятие 1: Элементы электрической цепи постоянного тока Литература: 1. Курс электротехники: Учеб. для ВУЗов/А.С.Касаткин, М.В.Немцов.- М.:Высш.шк., 2005

Вопрос 1: Основные понятия и определения Электротехника – наука о практическом применении электрических и магнитных явлений Электротехническое устройство – промышленное изделие, предназначенное для определенной функции при решении комплексной проблемы производства, распределения, контроля, преобразования и использования электрической энергии.

Для работы любого электротехнического устройства необходимо, чтобы через него проходил электрический ток (направленное движение электрических зарядов), обязательным условием существования которого является наличие замкнутого контура – электрической цепи. Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока. Основными элементами электрической цепи являются источники и приемники (нагрузка) электрической энергии. Кроме этих элементов, электрическая цепь содержит измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии (провода).

В источниках электрической энергии различные виды энергии преобразуются в электрическую. В приемниках (нагрузке) электрическая энергия источников преобразуется в другие виды энергии (тепловую (нагревательные элементы), световую (электрические лампы), химическую (электролизные ванны) и т.д.)

Коммутационная аппаратура, соединительные линии и измерительные приборы служат для передачи электрической энергии от источников, распределения ее между приемниками и контроля режима работы всех электротехнических устройств.

Графическое изображение электрической цепи называется – СХЕМА. Эскизное изображение цепи:

Принципиальная схема – графическое изображение цепи, в котором каждое электротехническое устройство заменено условным обозначением (по ГОСТ). Схема замещения – графическое изображение цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов (с определенным приближением).

Топологические понятия схем: - ВЕТВЬ – состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет начало и конец, причем к концу каждого предыдущего присоединяется начало следующего, ток на всем протяжении ветви - одинаков. - УЗЕЛ – в нем соединяется 2 и более ветвей. Если соединяется 2 ветви, то узел – устранимый. - КОНТУР – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречаются больше одного раза.

Сколько ветвей содержит данная схема замещения???

Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными - электрические цепи, не содержащие источников энергии. Электрическую цепь называют линейной, если ни один параметр цепи не зависит от величины или направления тока, или напряжения. Электрическая цепь является нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент. Параметры нелинейных элементов зависят от величины или направления тока, или напряжения.

Вопрос 2: Положительные направления токов и напряжений В общем случае постоянный ток представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. Т.к. направление движения разноименных зарядов – противоположны, то следует договориться о том движение каких зарядов следует считать направлением тока! Направлением постоянного тока принято считать направление движения положительных зарядов, т.е. направление обратное направлению движения электронов.

Напряжение и ЭДС

ПРИ РАСЧЕТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ: Положительное направление тока в проводнике выбирается произвольно и указывается стрелкой. Если в результате расчета, ток на данном участке будет иметь положительное значение, то действительное направление тока совпадает с выбранным. Положительное направление напряжения также может быть выбрано произвольно, но для участков цепи, не содержащих источников энергии, рекомендуется выбирать его совпадающим с положительным направлением тока.

Вопрос 3: Пассивные элементы цепи Приемники электрической энергии (пассивные элементы цепи) по характеру физических процессов, протекающих в них, делятся на: -резистивные, -индуктивные, -емкостные.

В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только реостат или резистор, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается резистор.

3.1. Резистивные элементы Физическая сущность сопротивления

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и измеряется в сименсах (См).

Проводящие свойства материала Эти свойства определяются объемным удельным сопротивлением материала ρ v, которое равно сопротивлению куба с ребром 1 м, изготовленного из данного материала. Единицей удельного сопротивления служит 1 Ом*м. Учитывая вышесказанное, можно получить зависимость сопротивления от свойств материала.

Зависимость сопротивления от температуры Сопротивление проводника постоянному тока зависит от температуры. В общем случае зависимость достаточно сложная, но при изменении температуры в пределах 200 С, ее можно выразить формулой: α – равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры на один градус.

В таблице приведены значения удельного объемного сопротивления и температурного коэффициента некоторых материалов. Свинец 0, ,222 0,0039

Характеристики резистивных элементов Электротехническое устройство обладающее сопротивлением и применяемое для ограничения тока, называется резистор. Регулируемый резистор называется – реостат. В таблице приведены условные обозначения резисторов:

Основной характеристикой резистивного элемента является его вольт-амперная характеристика (ВАХ). (1.1) Если эта зависимость линейная, то резистивный элемент называется линейным и выражение (1.1) имеет вид, известный как закон Ома: Однако в некоторых случаях ВАХ резисторов является нелинейной. При протекании тока, свободные электроны сталкиваются с колеблющимися атомами и еще более раскачивают их. Следовательно, температура проводника возрастает, а при этом увеличивается и его сопротивление R. Т.е. сопротивление зависит от тока и ВАХ – нелинейная.

На рисунке приведены варианты линейной и нелинейных ВАХ.

3.2. Индуктивные элементы Индуктивностью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность цепи накапливать магнитное поле. Полагают, что индуктивностью обладают только индуктивные катушки. Индуктивностью других элементов электрической цепи пренебрегают. Индуктивность катушки, измеряемая в генри [Гн], определяется по формуле: где W - число витков катушки; Ф - магнитный поток катушки, возбуждаемый током i. На рисунке показано изображение индуктивности в схеме замещения.

Индуктивные элементы имеют принципиальное отличие от резистивных элементов в том, что в них не происходит необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Поэтому, когда сопоставляют элементы по характеру сопротивления, то резистивные элементы называют активными, а индуктивный и емкостный элементы реактивными. Напряжение u на идеальном индуктивном элементе связано с током в этом элементе формулой: где L – индуктивность элемента, Гн. Из формулы видно, что при постоянном токе (iL =const) напряжение uL =0, вследствие чего и сопротивление индуктивного элемента на постоянном токе равно нулю.

3.3. Емкостные элементы Емкостью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность участка электрической цепи накапливать электрическое поле. Полагают, что емкостью обладают только конденсаторы. Емкостью остальных элементов цепи пренебрегают. Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф), определяется по формуле: где q - заряд на обкладках конденсатора; Uс - напряжение на конденсаторе. На рисунке показано изображение емкости в схеме замещения.

В емкостных элементах также как и в индуктивных не происходит необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Поэтому, емкостные элементы по характеру сопротивления, называют реактивными (также как и индуктивные). Ток на идеальном емкостном элементе связан с напряжением в этом элементе формулой: где С – емкость элемента, Ф. Из формулы видно, что при постоянном напряжении, ток равен нулю, вследствие чего и сопротивление емкостного элемента на постоянном токе равно бесконечности. Конденсаторы можно рассматривать как идеальные емкостные элементы. Однако катушки индуктивности часто имеют значительное резистивное сопротивление, и поэтому не могут рассматриваться в качестве идеальных индуктивных элементов схемы замещения.

Вопрос 4: Активные элементы цепи Свойства источника электрической энергии (активного элемента цепи) определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ) – зависимостью напряжения между его выводами U 12 = U от тока I источника, т.е. U=f(I).

На рисунке изображен источник электрической энергии, к зажимам которого подключено сопротивление r н (нагрузка). r вт - внутреннее сопротивление источника ЭДС. Стрелка ЭДС (показывает направление движения положительных зарядов внутри источника) направлена от точки низшего потенциала «-» к точке высшего потенциала «+», Стрелка напряжения на зажимах источника U 12 (показывает направление движения положительных зарядов в нагрузке) направлена в противоположную сторону от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.

ВАХ источника: U = E - r вт I Уменьшение напряжения источника при увеличении тока объясняется увеличением падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. При напряжении U = 0 ток источника равен току короткого замыкания I = I кз = E / r вт Участок внешней характеристики при отрицательных значениях тока соответствует зарядке аккумулятора.

Во многих случаях внутреннее сопротивление источника мало по сравнению с сопротивлением нагрузки и тогда справедливо неравенство r вт I << E В этих случаях напряжение между выводами источника практически не зависит от тока. Источник электрической энергии с малым внутренним сопротивлением можно заменить идеализированной моделью, для которой r вт = 0. Такой идеализированный источник электрической энергии называется идеальным источником ЭДС (или источник напряжения) с одним параметром E = U. Напряжение между выводами идеального источника ЭДС не зависит от тока, а его внешняя характеристика определяется выражением U = E = const

Во некоторых случаях внутреннее сопротивление источника наоборот во много раз больше сопротивления нагрузки и справедливо равенство r вт I E, тогда I в цепи E / r вт = I кз = J = const, где J – ток источника Источник электрической энергии с большим внутренним сопротивлением можно заменить идеализированной моделью, для которой r вт и Е Такой идеализированный источник электрической энергии называется идеальным источником тока с одним параметром J = I кз. Ток источника тока не зависит от напряжения между его выводами, а его внешняя характеристика определяется выражением I = J = const

Любой реальный источник эл.энергии можно преобразовать в идеальный источник ЭДС или источник тока. Источник энергии, внутреннее сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, приближается по своим свойствам к идеальному источнику ЭДС. Если внутреннее сопротивление источника велико по сравнению с сопротивлением внешней цепи, он приближается по своим свойствам к идеальному источнику тока.