Sähkötekniikka

                             Sähkötekniikan perusteet

Muistiinpanoja;

Sähkön perusolemus:

Akku on tyhjänä varaukseton, mutta ladattaessa miinusnavalle syntyy negatiivisia ioneja ja plusnavalle positiivisia ioneja (”laturilla siirretään plusnavalta miinusnavalle elektroneja”)

Sähkölaitteet

-          Radio- cd- soitin

-          Bensamittari

-          Kojelaudanvalot

-          Sivupeilin säätö

-          Lämmityslaitteen puhallin

-          Tuulilasin pyyhkijät

-          Akku

-          Laturi

-          Starttimoottori

Ohjauslaitteet/tietokoneet

-          Raidetanko

-          Ohjausnivel

-          Hammastanko

-          Ristikkonivel

-          Ohjausakseli

-          Ratti

-          Navigaattori

-          Moottorin ohjaus

-          Ajotietokone

-          Gateway

-          ABS/ESB

Arviolta 80% merkkikorjaamoilla korjatuista vioista on sähkövikoja. Ajoneuvojen sähköjärjestelmät lisääntyvät jatkuvasti. Asiakkaat haluavat entistä monimutkaisempia ja hienompia  varusteita autoihinsa.

Suureet;

Suure	Yksikkö	Tunnus
Jännite	Voltti (V)	U
Viite	Ampeeri (A)	I
Resistanssi	Ohmi (Ω)	R

Jännite

Jännitteen tunnus on U ja yksikkö voltti V. Kuvaa kahden navan välistä elektronimäärän epätasapainoa. jännitteen suuruus kuvaa sitä potentiaalia, joka on mahdollista ottaa käyttöön kun virta alkaa kulkea.

Nimellisjännite

Kuvaa jännitettä, joka virtalähteestä on saatavilla ihanneolosuhteissa. ”Voitaisiin kuvitella standartiksi, on sovittu, että 12V akut valmistetaan määrätylle jännitteelle määrätyssä varaustilassa.”

Lähdejännite

Tarkoittaa kuormittamattoman jännitelähteen jännitettä. Kun kuormittamattomasta akusta mitataan jännitettä, jännitteen pitäisi olla yli 12,2 V ( huom. välittämättömästi latauksen jälkeen jännite on korkeampi 12,5 – 13,7V)

Napajännite

Tarkoittaa kuormitetun jännitelähteen jännitettä. Esimerkiksi akun lähdejännite on 12,3 volttia ja kun akkua kuormitetaan esimerkiksi takalasinlämmittimellä, napajännite putoaa 12 volttiin.

Jännitteen mittaaminen

Jännitemittaus tehdään aina rinnan kuluttajan tai jännitelähteen kanssa. Aluksi kytketään mittajohdot mittariin, musta johdin yleensä COM- liitäntään, jossa on jännitemittauksen symboli. Mittalaite asetetaan jännitemittausasentoon kiertämällä valitsin asentoon –V.

Virta (Current):

Sähkövirta on elektronien liikettä. Sähkövirta ei kulje, ennen kuin se on tehty mahdolliseksi kytkemällä piiriin virtalähteen molemmat navat ja muodostamalla johtimilla suljettu virtapiiri. Sähkövirran tunnus on I ja yksikkö A.

Tasavirta (Direct Current) merkitään symbolilla, jossa yläpuolella on yhtenäinen viiva ja alapuolella katkoviiva. Tasavirraksi kutsutaan sellaista virtaa, jonka napaisuus ei vaihdu, eli virta pysyy kokoajan samansuuntaisena.

Vaihtovirta (Alternating Current) on sähkövirtaa, jossa jännitteen napaisuus ja virran kulkusuunta vaihtuu, yleisin vaihtovirran/jännitteen muoto on sin-aallon mukainen.

Virran mittaaminen yleismittarilla

- Musta johdin kytketään yleismittarin COM-porttiin.

- Punainen johdin pistokkeeseen A max 10A

- Kytkin kohtaan A

- Mittalaite kytketään virtapiiriin sarjaan.

Resistanssi (Resistance)

Resistanssi on suure, joka kuvaa materiaalin kykyä vastustaa sähkövirran kulkua. Tunnetuin resistanssia aiheuttava komponentti on vastus. Kun virtapiiriin lisätään vastauksia tai jokin virtapiiriin osista on esimerkiksi hapettunut, niin piirissä kulkeva sähkövirta pienenee. Samoin käy kun piiriin lisätään mikä tahansa sähköä kuluttava laite esimerkiksi sähkömoottori.

Resistanssin mittaus

- Musta johdin COM-porttiin

- Punainen johdin Ω- pistokkeeseen

- Kytkin kohtaan Ω

- Mittari kytketään rinnan mitattavan kohteen kanssa.

- Mitattava kohde pitää olla virraton.

Kytkentäkaaviot ja niiden lukeminen /Wiring diagrams

Kytkentäkaaviolla esitetään sähköjärjestelmän komponenttien kytkennät piirrosmuodossa. Yleensä auton kytkentäkaaviot jaetaan osa-alueittain esimerkiksi moottorinohjaus, jarrujärjestelmä, mukavuuslaitteet, mittaristo ja ajonesto.

Kytkentäkaavioiden yläreunassa on yleensä piirretty virtalukon napa 15 ja akun plus napa, joiden kautta virrat lähtevät kaikkiin auton toimilaitteisiin.

Napojen merkinnät

30=akun + napa

15=virtalukon sytytysvirtakytkimen napa

50=virtalukon käynnistysvirtakytkimen napa

Kytkentäkaavion alareunaan on merkitty akun miinusnapa

31=akun miinusnapa

Rele/Relay

Rele koostuu käämistä, rautasydämestä ja palautusjousella varustetusta ankkurista.  Kun käämi aktivoidaan ohjausvirtapiirin avulla, siihen muodostuu rautasydämeen sitoutuva magneettikenttä. Tällöin rautasydän muuttuu magneettiseksi ja alkaa vetää ankkuria puoleensa . Ankkurin tehtävänä on liikuttaa releen koskettimia. Releen rakenteesta riippuen tämä liike joka avaa tai sulkee koskettimet.

Ohmin laki

Ohmin laki kuvaa virran, jännitteen ja resistanssin keskinäistä riippuvuutta. Sen avulla voidaan selvittää virtapiirin suureita matemaattisesti. Ohmin laki auttaa myös ymmärtämään useita hyvinkin arkipäiväisiä sähkötekniikan ilmiöitä. Ohmin laki kirjoitetaan muotoon josta saadaan johdettua seuraavat kaavat

I=U/R
 U= R/I

Sähkötehon kaava

P=UI

U=P/I

I=P/U

Sähköteho kuvaa sekunnissa kulutettua tai tuotettua energiamäärää. Sähkötehon tunnus on P ja yksikkö on watti W. Watti on johdettu yksikkö energian yksiköstä joulesta, IW=1 J/s.

Sähköteho tulee usein vastaan kun puhutaan jonkin asteen sähkönkulutuksesta.

Esimerkkejä joidenkin laitteiden sähkötehoista

Auton ajovalopolttimo=55W

Jarruvalopolttimo=25W

Takalasinlämmitin=200W

Verkkovirtalaturit=600W

Auton parkkipolttimo=5W

Autonvahvistimet=800W

T1

Laske virtapiirin teho kun jännite on 12V ja virta 22,5 A.

V: P=? U=12V I= 22,5A

 P=UI

P=12V*22,5 A

p=270W

T2

1,1 KW sähkömoottori pyörii 200 A virralla, mikä jännite?

V: P/I  1100W / 200 A = 5,5 V

T3

Virtapiiriin virta on 21 A, jännite on 12 V, mikä on resistanssi?

V: R=U/I=12V/ 21A= 0,57Ω

T4

Laturilta mitataan 52 A virta, latausjännite on 14,3 V, mikä on latausvirtapiirin resistanssi?

V: R= 14,3 V/ 52A= 0,275Ω

T5

Takalasinlämmittimen teho on 240 W, lämmittimeltä mitattu jännite on 12 V, mikä on virtapiirin resistanssi?

V: I=P/U=240W/12V=20A

R=U/I=12V/20A=0,6Ω

T6

Generaattorin maksimi teho on 3kW, virtapiiriin resistanssi 3 ohmia, jännite 12V, mikä on virta?

V: I=? R=3 Ω U=12V

I= U/R

I=12V/3 Ω

I=4A

Sarjaan kytketyt resistanssit

Korkeimman vastuksen aiheuttama tipahdus jännitteessä on suurempi.

Sarjakytkennässä osajännitteiden summa on sama kuin virtapiiriin kohdistettu jännite:

U = U1 + U2+ … Ux

Sarjakytkennässä kokonaisvastus on yhtä suuri kuin yksittäisvastuksien summa. R=R1+R2

Jos suljetussa virtapiirissä on kaksi rinnankytkettyä kuluttajaa, kumpaankin vastukseen kohdistuu sama jännite. Kulkevien osasiirtojen välinen ero määräytyy niiden vastusarvojen mukaisesti. Suuremman vastuksen lävitse kulkee pienempi virta. Osasiirtojen summa-arvio ilmoittaa kokonaisvirran. Kokonaisvastus on pienempi kuin pienin osavastus. Kokonaisvastus ja jännite määräävät virran.