Как устроена электрическая установка автомобиля

Электрическая установка автомобиля - это замкнутый контур с независимым источником энергии в виде батареи. Она работает с током меньшей мощности, чем домашняя электросеть.

Стандартная электрическая установка

Помимо основных цепей зарядки, пуска и зажигания, в электросистеме автомобиля есть цепи, отвечающие за работу освещения, датчиков, панели приборов, нагревательных элементов, магнитных замков, радиоприемника и т.д.

Все цепи замыкаются и размыкаются с помощью выключателей или реле, работающих на электромагнитах.

Электрический ток идет по одножильному кабелю от батареи к питаемым элементам и возвращается в батарею по металлическому корпусу. Корпус соединен с зажимом заземления батареи толстым кабелем.

Система связи с возвратом тока через землю

В отрицательной (-) системе связи с возвратом тока через землю ток течет от положительной (+) клеммы к управляемому компоненту. Компонент заземлен на корпус автомобиля, который, в свою очередь, подключен к отрицательной (-) клемме батареи.

Такой тип цепи называется системой связи с возвратом тока через землю, а все ее компоненты подключены к корпусу автомобиля (заземлены).

Сила тока измеряется в амперах (А), а энергия, которая тратится на передвижение тока по цепи, называется напряжением и измеряется в вольтах (В). Батареи современных машин рассчитаны на сеть с напряжением 12В. Емкость батареи измеряется в ампер-часах (А·ч). Батарея с емкостью 56 А·ч может генерировать ток силой в 1 ампер на протяжении 56 часов или ток силой 2 ампера на протяжении 28 часов.

Когда напряжение батареи падает, ток ослабевает, и в конечном итоге его не хватает для правильной работы компонентов цепи.

Ток, напряжение и сопротивление

Способность проводника препятствовать прохождению тока называется сопротивлением и измеряется в омах (Ом).

Тонкие проводники пропускают меньше тока, чем толстые, т.к. при уменьшении площади поперечного сечения снижается скорость движения электронов.

Энергия, которая образуется при преодолении сопротивления, преобразуется в тепло. В некоторых случаях это даже полезно - например, если рассматривать очень тонкую нить накаливания в лампочке, которая начинает светиться при нагревании.

Тем не менее, компоненты, которые потребляют много тока, подключать тонкими проводами не рекомендуется. В противном случае провода перегреются, замкнутся и сгорят.

Все характеристики электрической цепи связаны между собой. Так, напряжение в 1В позволяет току силой 1А преодолеть сопротивление в 1Ом. Иными словами, А=В/Ом. Например, лампочка с сопротивлением в 3Ом, подключенная к сети с напряжением 12В, потребляет 4А.

Это означает, что лампочку необходимо подключать с использованием проводов, способных выдержать силу тока в 4А.

Зачастую энергопотребление (мощность) компонента обозначается в ваттах (Вт). Мощность можно найти, умножив амперы на вольты. В приведенном выше примере мощность лампочки составляет 48Вт.

Положительная и отрицательная полярность

Электрический ток течет в одном направлении от батареи, и некоторые компоненты цепи работают только при определенных условиях, связанных с направлением тока.

Полярность - это способность элемента принимать односторонний ток. В большинстве автомобилей отрицательная (-) клемма батареи заземлена, а положительная (+) питает всю электросистему.

В этом случае говорят, что система обладает отрицательным заземлением. Эта информация пригодится при покупке приборов (например, радиоприемника). Если вы попытаетесь подключить приемник с неподходящей полярностью, он будет поврежден. Тем не менее, многие приемники оснащены внутренним переключателем, позволяющим изменить полярность перед установкой.

Короткие замыкания и предохранители

Короткие замыкания возникают при использовании проводов неподходящего размера, поломках и разрывах цепи. При замыкании ток игнорирует сопротивление компонента, может превысить допустимые значения, расплавить провода или вызвать возгорание.

Коробка предохранителей

Коробка предохранителей представляет собой набор компонентов, как показано на рисунке. Коробка изображена без крышки.

Для предотвращения замыканий вспомогательные цепи оборудованы предохранителями.

Самый распространенный тип предохранителей представляет собой небольшой отрезок тонкого кабеля, покрытый теплостойким материалом - например, стеклом.

Для изготовления предохранителей выбирается кабель наименьшего диаметра, который может пропускать ток цепи без перегрева. Емкость предохранителя исчисляется в амперах.

При неожиданном всплеске тока предохранитель плавится, размыкая цепь.

Когда это происходит, необходимо проверить, что именно произошло с цепью (размыкание или короткое замыкание) и установить новый предохранитель (см. раздел "Проверка и замена предохранителей" или отрегулировать силу тока).

В обычном автомобиле очень много предохранителей, каждый из которых защищает небольшую группу компонентов. Это делается для того, чтобы один испортившийся предохранитель не нарушил работу всей системы. Некоторые предохранители находятся в коробке предохранителей, некоторые вмонтированы в электрическую цепь.

Последовательное и параллельное соединение

Как правило, электрическая цепь состоит из двух и более компонентов (например, осветительная цепь состоит из нескольких ламп). Способ соединения компонентов (параллельный или последовательный) играет огромную роль в работе с такой цепью.

Например, лампы в фарах обладают некоторым уровнем сопротивления, и для нормального свечения им необходимо потреблять ток определенной силы.

Если бы в автомобиле с двумя фарами, лампы были соединены последовательно, ток попадал бы в одну из них только после второй.

Иными словами, ток преодолевал бы сопротивление дважды, его сила уменьшилась бы вполовину, а лампы горели бы тускло.

При параллельном соединении ток проходит сквозь обе лампы одновременно.

Некоторые компоненты должны быть подключены последовательно. Например, при различных уровнях топлива датчик топливного бака обладает различным сопротивлением и посылает эти данные прибору для контроля.

Эти компоненты необходимо соединять последовательно, чтобы изменяющееся сопротивление датчика влияло на положение указателя на приборе.

Вспомогательные цепи

Стартерный мотор соединен с батареей отдельным толстым кабелем. Цепь зажигания посылает высоковольтные импульсы на свечи, а цепь зарядки включает в себя генератор, который заряжает батарею. Все остальные цепи называются вспомогательными (побочными).

Многие из них связаны с ключом зажигания и могут работать только в том случае, если ключ повернут.

В результате при выключении зажигания все цепи размыкаются и не разряжают батарею.

Тем не менее, боковые и задние фонари, которые часто работают даже у припаркованных автомобилей, работают независимо от зажигания.

При использовании дополнительных аксессуаров (например, обогревателя для заднего стекла, который потребляет много энергии), необходимо подключать их к цепи зажигания.

Некоторые вспомогательные компоненты могут работать без питания от зажигания - например, радиоприемник, который можно включать при неработающем двигателе.

Кабели и печатные схемы

Приборы отсоединяются от печатных схем путем скручивания скоб.

Размер кабеля определяет максимальную силу тока, которую он может пропустить без повреждений.

Каждый автомобиль пронизан сложной сетью кабелей. Каждый кабель имеет свой цвет, уникальный в рамках одного автомобиля, т.е. единой цветовой разметки не существует.

В некоторых руководствах и справочниках содержатся сложные монтажные схемы с условными обозначениями, однако многим проще понять назначение кабеля по цвету.

Кабели, которые тянутся в одном и том же направлении, скрепляются пластиковой или тканной обмоткой, чтобы их можно было компактнее укладывать.

Такой пучок кабелей тянется через весь корпус автомобиля, а отдельные провода ответвляются от него по необходимости.

Современные автомобили вмещают в себя огромное количество проводов. В настоящее время производители все чаще заменяют пучки кабелей печатными схемами, которые располагаются на приборной панели.

В общем случае печатная схема представляет собой лист пластика с медными дорожками, к которым подключаются компоненты цепи.

Современные автомобили оснащены гибкими печатными схемами, т.е. медные дорожки печатаются на резине или гибком пластике. Такая схема полностью заменяет всю систему кабелей.