Основы электротехники

Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике

Некоторые люди утверждают, что изучение электрических законов и формул - это пустая трата времени для установщика. В конце концов, мастер определяет сечение силового кабеля, место заземления или устраняет шум в аудиосистеме безо всяких формул и математики. Практический опыт - незаменимая вещь! Тем не менее, понимание того, что данный калибр провода мал или что является причиной шума в установленной звуковой системе, поможет Вам во многих практических ситуациях. Знание основ электротехники поможет Вам логически найти причину неисправности и быстро устранить ее.

Прежде чем перейти к математическим соотношениям, присутствующим в электротехнике, необходимо вкратце рассказать о двух типах тока, с которыми Вам придется работать в автомобиле с аудиосистемами. Это постоянный и переменный ток.

Переменный ток - это электрический ток, у которого периодически меняется полярность (то есть, переходит от положительной к отрицательной). В цепи переменного тока поток электронов меняет направление в каждый полупериод. Скорость периодического изменения называется частотой, которая измеряется в Герцах.

Переменный ток (AC) - питает канал звукового сигнала, начинает свой путь в головном устройстве (автомагнитоле), далее через процессор для обработки сигналов поступает в усилитель, где усиливается до необходимого уровня и, наконец, попадает на звуковую катушку динамика, которая приводит в движение его мембрану.

Постоянный ток (DC) - это ток, которым питаются все вышеперечисленные компоненты аудиосистемы и все электрические устройства автомобиля.

Электрический ток. При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда с одного места в другое. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит. Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении. В этом случае говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц (электронов или ионов).

Электрический ток имеет определенное направление. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому течет ток, нагревается.

Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника.

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи, проводники и намагниченные тела.

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, называется силой тока. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. Сила тока выражается в Амперах.

Для создания и поддержания движения заряженных частиц, необходима сила, действующая на них в определенном направлении. Если эта сила перестанет действовать, то ток прекратится. Эту силу принято называть электрическим полем или напряженностью электрического поля, которое порождает разность потенциалов на концах проводника и обеспечивает движение частиц. Когда разность потенциалов (напряжение) не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток. Чем больше напряжение, тем выше сила тока. Зависимость между силой тока и напряжением выражает закон Ома:

I = U/R

Сила тока I прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

Сопротивление - это основная электрическая характеристика проводника. От сопротивления зависит сила тока при заданном напряжении. Сопротивление измеряется в Омах. Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нем равна 1 А. Сопротивление проводника представляет собой меру противодействия проводника установлению в нем электрического тока. Результат сопротивления проводника, - это его нагрев. Сопротивление проводника зависит от его длины и сечения. Чем больше длина и меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление.

Закон Ома. Этот закон является одним из самых основных законов электротехники. Закон Ома описывает соотношение между силой тока, напряжением, сопротивлением и мощностью. Давайте поближе рассмотрим эти параметры и то, как они используются в автомобильной электротехнике.

Напряжение представляет из себя электрическое давление, которое передвигает заряженные частицы в контуре.

Ток - это скорость (интенсивность) потока электронов через сечение проводника. Электрическое сопротивление определяет электрическую проводимость, которой обладает проводник. Низкая проводимость оказывает сопротивление потоку электричества. Сопротивление провода определяется удельной электрической проводимостью материала, его сечением и длиной.

Следующие формулы вытекают из закна Ома:

I = U/R сила тока (Ампер)

U = IxR напряжение (Вольт)

R = U/I сопротивление (Ом)

В соответствии с законом Ома, если Вы хотите найти силу тока (I), Вам следует разделить напряжение (U) на сопротивление (R). Для нахождения напряжения умножаем силу тока на сопротивление. И для того, чтобы найти сопротивление необходимо разделить напряжение на силу тока.

Давайте подойдем к пониманию зависимости между силой тока, напряжением и сопротивлением через сравнение электрических характеристик с гидравликой.

Представьте, что у Вас имеется бак с водой. У основания бака установлен клапан, к которому примыкает труба. Другой конец трубы открыт. Если клапан открыть, то по трубе потечет вода в силу разности давления между началом трубы (высокое давление) и ее концом (низкое давление). Это аналогично разности потенциалов на концах проводника (напряжение), которое заставляет двигаться электроны по проводнику. То есть напряжение можно условно считать электрическим "давлением". Сила тока аналогична расходу воды, то есть количеству воды, протекающей через сечение трубы за определенный промежуток времени. Если уменьшить диаметр трубы, то поток воды уменьшится, поскольку увеличивается сопротивление. Это ограничение величины потока сравнимо с электрическим сопротивлением, которое держит в определенных пределах поток электронов. Соотношение между током, напряжением и сопротивлением схоже с водяным баком - меняется один параметр, и меняются все остальные.

Закон Ома поможет Вам избежать множество проблем, возникающих при установке автомобильных аудиосистем.

К примеру, Вы подаете питание на [[головное устройство|аудиосистему] высокой мощности (Ватт), но сечение выбранного Вами провода оказывается слишком мало для подачи тока, необходимого системе. Сопротивление провода будет давать падение напряжения по всей его длине, когда усилители будут забирать энергию. Усилители, работающие при пониженном напряжении, могут перегреваться, генерировать низкие частоты (гул) или выходить из строя. В свою очередь, из-за большого сопротивления провод начнет перегреваться, что может привести к его возгоранию. Используя закон Ома можно рассчитать силу тока в проводнике, зная напряжение и потребляемую мощность. И далее, для найденной силы тока подбирается нужное сечение провода.

Закон Ома целесообразно применять, когда необходимо просчитать действующее сопротивление устройства (например, усилителя) в работающем контуре. Замерять сопротивление напрямую в цепи под напряжением нельзя, но его можно определить математически, пользуясь законом Ома.

Допустим, усилитель потребляет ток в 50 ампер при напряжении 12 вольт. Действующее (эффективное) сопротивление услителя будет равно:

R = U/I

R = 12В/50А

Rэф = 0.24Ом

Электрическая энергия. Закон Ома имеет отношение к четвертому параметру контура - мощности. Существуют различные формы энергии: механическая, тепловая, ядерная и электрическая. Закон сохранения энергии утверждает, что нельзя создать или уничтожить энергию, она может только быть преобразована в другую форму энергии. Этот же закон действует в аудиоконтурах, где электрическая энергия преобразуется в теплоту и звук. Любой электрический прибор (лампа, электродвигатель) рассчитан на потребление определенной энергии в единицу времени. Электрическая мощность равна отношению работы тока к интервалу времени, за который произведена работа. Используя закон Ома, мощность тока представляется следующим образом:

P = IxU

Электрическая мощность измеряется в Ваттах. Один вольт переместит один ампер через один ом сопротивления с интенсивностью работы в один ватт. Из формулы мощности можно вывести формулу определения силы тока при заданном напряжении:

I = P/U

Это очень важная формула, которая помогает установщику правильно определить потребление тока аудиосистемой при известной выходной мощности (RMS) усилителя и напряжения в сети автомобиля. Зная потребляемую силу тока установщик из специальной таблицы подбирает нужное сечение (калибр) силового кабеля для звуковой системы.