Основы электрических цепей. Обзор цепи DC

Электричество является фундаментальной частью работы большинства транспортных средств, и этот раздел призван объяснить основные принципы электрических цепей. Надеемся, что это даст вам понимание и позволит вам выполнить несколько простых расчетов для определения электрики в ваших автомобильных или морских проектах электропроводки.

Основы электрической цепи

В своей самой простой форме электрическая цепь состоит из трех основных частей:

1. Источник питания для подачи электрического тока по цепи (аккумулятор).
2. Проводник несет ток по кругу цепи (какой - то провод)
3. Нагрузки, которые имеют сопротивление (лампочку, нагревательный элемент, электродвигатель и т.д.) и преобразует электрическую энергию в другую форму (свет, тепло, кинетические и т.д.)

Проводник используется для подключения положительной стороны источника питания к нагрузке, которая затем подключается обратно к отрицательной стороне источника питания для замыкания цепи. Затем ток будет протекать через нагрузку, преобразовывая накопленную энергию в батарее в другую форму.

Схема часто включает в себя другие компоненты, такие как переключатели, резисторы, диоды, конденсаторы, предохранители, реле и т.д., но эти три фундаментальные части всегда будут присутствовать в каждой электрической цепи.

Описание работы электрической цепи

Эти термины обычно используются при описании электрических цепей:

• Вольт (В) - мера разности электрических потенциалов между двумя точками в цепи. В большинстве современных легковых автомобилей, легких коммерческих транспортных средств и малых судов это 12 В, однако более крупные коммерческие автомобили, сельскохозяйственное оборудование и большие лодки могут использовать 24 В. Кроме того, некоторые старые автомобили и мотоциклы могут использовать 6V.
• Ампер (А) - мера количества электрического заряда, протекающего через точку в цепи за определенный промежуток времени (обычно сокращенно обозначается как «Ампер»).
• Ом  (R) - мера электрического сопротивления потоку заряда в цепи.
• Вт (P) - мощность, которая является мерой скорости, с которой электрическая цепь преобразует электрическую энергию в другую форму

Часто полезно понять эти концепции, используя аналогию системы водопровода:

• Вольт эквивалентен давлению воды в водопроводной системе.
• Ампер аналогично расходу воды по трубам.
• Ом по аналогии с размером труб
• Ватты - это универсальное измерение преобразования энергии (или «выполненной работы»), поэтому оно в равной степени относится к системам водоснабжения, как и к электрическим системам. Садовый разбрызгиватель будет иметь «мощность» из-за скорости, с которой он преобразует энергию воды в энергию вращения так же, как у лампы будет сила, поскольку она преобразует электрическую энергию в свет и тепло.

Эта аналогия также может быть продолжена, когда мы думаем об изменении этих значений:

Если вы увеличите давление воды, то через некоторое время будет течь больше воды. Точно так же, если вы увеличите напряжение, то через некоторое время будет течь больше тока. Если вы уменьшите размер труб, то в течение определенного времени будет течь меньше воды. Точно так же, если вы увеличите сопротивление, то через некоторое время будет течь меньше тока.

Текущий ток

Тип тока, используемого при работе электрических систем автомобиля, - это постоянный ток (DC), когда поток заряда идет в одном направлении, а уровень напряжения постоянен. Переменный ток (AC), используемый в домашних хозяйствах, где поток заряда идет в обоих направлениях, а напряжение меняется со временем, вырабатывается генератором транспортного средства, но преобразуется набором диодов (выпрямителя) в постоянный ток, который затем используется чтобы зарядить аккумулятор.

Обычный способ думать о протекании тока в цепи состоит в том, что он протекает от положительной клеммы батареи к отрицательной клемме (или земле). Поток тока - это движение свободных электронов внутри проводника, и, поскольку электроны заряжены отрицательно, они фактически мигрируют к клемме + ve батареи, когда подвержены разности напряжений, поэтому ток течет от -ve до + ve.

Эта концепция довольно нелогична для большинства людей, и поэтому соглашение о том, что ток идет от + ve к -ve, застряло, и это не имеет большого практического значения.

Отношения между Вольт, Ампер, Ом с Вт

Взаимосвязь между этими различными терминами описывается в двух очень простых уравнениях, позволяющих вычислить любое неизвестное значение, если вы знаете 2 других значения.

Закон Ома - устанавливает отношение напряжения к току и сопротивлению:

V=IR

Закон Ватта - устанавливает отношение мощности к напряжению, току и сопротивлению

P=VI

Для данного требования по мощности, более высокое напряжение потребует меньше ампер и наоборот. Это является причиной того, что цепи, работающие при 12 В постоянного тока, могут генерировать гораздо более высокие токи, чем в бытовых цепях переменного тока, работающих при 240 В переменного тока.

Следующая диаграмма представляет собой удобный визуальный справочник, показывающий все возможные схемы приведенных выше уравнений, которые могут вам понадобиться для определения неизвестного значения:

Одним из наиболее распространенных применений вышеприведенных уравнений является расчет тока, потребляемого нагрузкой (лампочка, нагревательный элемент, двигатель и т. д.), чтобы вы могли выбрать кабель для цепи подходящего размера. Из вышесказанного видно, что это расположение:

I=P/V

Например, если мы хотим подключить источник света мощностью 50 Вт, то потребляемая мощность будет 50 Вт / 12 В = 4,17 А. Это говорит о том, что вы можете использовать провод с номиналом 4,17 А или выше, однако рекомендуется не проектировать схему, работающую на верхнем конце номинального значения кабеля, поэтому вам следует выбрать кабель с некоторой дополнительной емкостью. В этом случае подойдет провода 0,5 мм2 (11 А).

Стоит помнить об этой конкретной перестройке Закона Ватта, поскольку она снова и снова оказывается полезной при определении кабеля соответствующего размера для использования.

Земля

Для того чтобы электрическая цепь была завершена, положительная клемма батареи должна быть подключена через нагрузки и обратно к отрицательной клемме, иначе ток не может протекать. В автомобильных транспортных средствах отрицательный вывод аккумулятора очень часто соединен с металлическим шасси, которое является хорошим проводником и эффективно делает все шасси (и кузов автомобиля, если он металлический) общей точкой заземления. В этом случае шасси можно рассматривать, как большое расширение отрицательной клеммы аккумулятора и оказывается очень удобным для заземления различных частей электрической системы, поскольку обычно имеется подходящее расположение шасси (или корпуса) поблизости для замыкания цепи. Это возможно только благодаря использованию резиновых шин, которые практически изолируют автомобиль от земли, предотвращая утечку тока.

В морских судах корпус чаще всего изготавливается из стекловолокна (GRP) или деревянной конструкции, материалы, которые не являются электропроводящими и поэтому не подходят в качестве общей точки заземления. Даже если бы они были проводящими (например, некоторые лодки имеют стальные корпуса), это все равно не подходит, так как корпус будет иметь соединение с окружающей его морской водой (отличный проводник), который обеспечит путь утечки тока на землю. Таким образом, в морском судне все цепи должны вернуться к отрицательному полюсу батареи, чтобы завершить цепь. На практике это достигается благодаря наличию шин (общих заземляющих соединений) в различных местах судна, чтобы обеспечить удобно расположенные точки заземления для объединения многих отдельных цепей.

Негатив " - " и позитив " + "

В старых автомобилях шасси было обычно подключено к клемме + ve батареи (известной как положительное заземление), однако это было заменено отрицательным заземлением, с которым мы знакомы сегодня. Это не влияет на простые устройства, такие как лампочки и предохранители, которые не чувствительны к полярности, но может стать проблемой для некоторого оборудования, такого как датчики и электроника, поэтому многие люди, восстанавливающие классические автомобили, предпочитают, чтобы их электрическая система была преобразована в отрицательное заземление для удобства.

Напомним, что интернет-портал ELMAR компании АСТ-Светотехника, которая является официальным партнером таких всемирно известных электротехнических компаний, как: LAPP KABEL, Philips, Osram-Ledvance, Legrand, ABB, Schneider Electric и др. Покупая продукцию под этими брендами, АСТ-Светотехника гарантирует, что покупатель защищен от покупки фальсификата и воспользовавшись нашими услугами, будет обладателем исключительно аутентичного электротехнического продукта. Заказать и купить кабель, провод, светодиодные лампы, в том числе и светодиодные филаментные лампы, а также лед-светильники, низковольтное оборудование и другую продукцию можно по телефонам: (044)593-9818 или +38 (097) 439-6335