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
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.