Nguyên lý mạch điện ô tô

nguyên lý mạch điện ô tô cho bạn nào cần .hi vọng là tài liệu bổi ích

Nguyên lý mạch điện ô tô

Người gửi: nghiasan

Ngày nay khi công nghệ ô tô càng phát triển thì hệ thống trang thiết bị điện trên xe cũng ngày càng phức tạp hơn.Đối với những người làm trong lĩnh vực ô tô thì việc nắm rõ các hệ thống điện trên xe là rất quan trọng giúp chúng ta dễ dàng xử lý các hư hỏng một cách hiệu quả và nhanh chóng.Trước khi tìm hiểu về các trang thiết bị điện trên ô tô chúng ta hãy tìm hiểu thử nguyên lý mạch điện cho tất cả các hệ thống trên ô tô.

Đến thế kỷ 18 người ta mới chứng minh được có hai loại lực hay điện tích được tạo ra bởi việc cọ xát.Hai điện tích cùng loại sẽ đẩy nhau và hai điện tích khác loại sẽ hút nhau.Giữa những năm 1800 thì Bẹnamin Franklin xác nhận sấm sét là một dạng điện năng.Ông làm một thí nghiệm như sau: thả một con diều vào vùng có sấm sét và thấy tia lửa đi xuống mass (ground) qua các phần kim loại được gắn trên con diều và sợi dây bị ướt.Một giả thuyết được đặt ra là:có một dòng vô hình chạy qua dây dẫn từ phía có mức năng lượng cao về phía mức năng lượng thấp.Ông gọi phía mức năng lượng cao là dương và phía

Giả thuyết về dòng điện chạy từ dương sang âm được chấp nhận vào năm 1897 khi các phát hiện chứng minh được rằng đó là các điện tử (electron)hay những phần tử tích điện âm di chuyển tạo nên mạch điện

Tất cả các vật chất đều được cấu tạo từ những hạt rất nhỏ gọi là nguyên tử.Nguyên tử có cấu tạo giống như một

hệ mặt trời thu nhỏ:giữa là hạt nhân gồm 2 loại hạt là proton mang điện tích dương và nơtron không mang điện,bên ngoài là các điện tử (electron) quay quanh hạt nhân thành nhiều lớp,các điện tử mang điện tích âm

3.Sự cân bằng của nguyên tửTrong một nguyên tử số lượng electron và proton luôn luôn bằng nhau, do đó lượng điện tích âm và điện tích dương cũng bằng nhau,nghĩa là nguyên tử luôn cân bằng về điện.

Chính lực hút giữa các electron điện tích âm với proton điện tích dương tạo nên sự liên kết bên trong nguyên tử.Tuy nhiên lực liên kết này là có giới hạn,nên khi bị tác động của ngoại lực bên ngoài như nhiệt độ,ánh sáng,lực từ thì đến một lúc nào đó lực liên kết không giữ nổi các electron được nữa và liên kết bị phá vỡ, một

số electron bị tách ra khỏi nguyên tử.4.Ion hóa-Sự mất cân bằng điện của nguyên tửNguyên tử luôn cân bằng điện nên bản thân nguyên tử không có điện tích.Tuy nhiên do khối lượng electron nhỏ hơn khối lượng của proton rất nhiều lần (chỉ bằng 1/1800) nên khi chịu ảnh hưởng của ngoại lực bên ngoài thì các electron bị tách ra khỏi nguyên tử hoặc nguyên tử nhận thêm một số lượng electron khác.Khi đó nguyên tử không còn cân bằng điện nữa.Lúc này nếu nó có số electron nhiều hơn proton thì ta gọi là Ion âm, nếu có số proton nhiều hơn electron thì gọi là Ion dương.Như vậy nguyên tử thì không mang điện nhưng ion sẽ có điện

âm hoặc điện dương

Như vậy khi quá trình Ion hóa xảy ra thì các electron di chuyển liên tục từ nguyên tử này sang nguyên tử khác,chính sự di chuyển này tạo nên dòng điện.Đây là nguyên lý cơ bản sinh ra dòng điện trong bình ắc quy,trong các máy phát điện xoay chiều

Khác với chất cách điện,chất dẫn điện có từ 1 đến 3 electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử.Các electron này liên kết với proton rất yếu nên khi có ngoại lực tác dụng thì chúng dễ dàng bị tách ra khỏi nguyên tử và tham gia vào nguyên tử khác tạo nên dòng điện

Chất dẫn điện bao gồm các kim loại như Sắt,đồng,chì,bạc

Chất bán dẫn có đúng 4 electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử nên có có thể nhận thêm electron để trở thành chất cách điện hoặc bị tách bớt electron để trở thành chất dẫn điện

Chất bán dẫn gồm có Silic,Germanium được dùng làm các linh kiện điện tử Diode,Transitor,Tụ điện,

Có hai cách nhìn nhận về chiều của dòng điện trong mạch

Nguyên lý Electron phát biểu rằng chiều của dòng điện là chiều di chuyển của các electron từ âm sang dương.Nguyên lý được giải thích như sau: Khi ta đưa một phụ tải vào một nguồn điện có các dây dẫn tạo thành một mạch điện,lúc này dưới tác dụng của lực điện từ nguồn,các nguyên tử của dây dẫn bắt đầu Ion hóa và tạo thành dòng di chuyển của các electron trên dây.Do phía dương(+) là nơi chứa các proton có khối lượng lớn gấp nhiều lần khối lượng của các electron (gấp 1800 lần) do đó các proton này sẽ hút các electron di chuyển về phía (+).Khi các electron trên dây dẫn di chuyển về phía dương thì lập tức các electron từ phía nguồn âm (-) sẽ di chuyển lên dây dẫn thay thế cho các electron vừa bị mất đi.Quá trình này diễn ra không ngừng cho đến khi nào nguồn điện hết hẳn các electron ở phía âm (-)

Như vậy nguyên lý Electron giải thích chiều dòng điện phù hợp với thuyết cấu tạo nguyên tử.

Nguyên lý quy ước hay còn gọi là nguyên lý Hole phát biểu rằng chiều dòng điện chạy từ dương sang âm trong một mạch điện.Khi ta đưa một tải điện vào nguồn với các dây dẫn tạo thành một mạch điện thì các proton từ phía dương (+) sẽ di chuyển sang phía có các electron ở cực âm (-)

Điện áp chính là lực điện từ làm di chuyển các electron trên một vật dẫn (dây dẫn chẳng hạn)

Điện áp lớn hay nhỏ tùy thuộc vào nguồn tạo ra điện áp đó.Sự chênh lệch càng lớn giữa điện tích và điện tích

Đơn vị đo điện áp là Vôn (V).Đổi đơn vị:Mili Vôn (mV),Vôn(V),Kilô Vôn(kV),Mega Vôn (MGV) 1MGV=1,000kV=1,000,000V=1,000,000,000mV

Khi đo ta dùng một Vôn kế loại kim hoặc loại hiện số nối song song với nguồn cần đo (que đỏ nối vào dương nguồn còn que xanh nối vào âm)

10.Dòng điện

Là mật độ electron di chuyển qua một tiết diện dây dẫn trong thời gian 1 giây

Giá trị của dòng lớn hay nhỏ phụ thuộc vào điện áp đặt vào mạch và điện trở của mạch.Mối quan hệ giữa điện áp,dòng và điện trở trong mạch điện tuân theo định luật Ohm.Đơn vị đo dòng điện là Ampe (A).Ampe (A),MicroAmpe(uA),MiliAmpe(mA)1A=1,000mA=1,000,000uA

Dòng điện được đo bằng Ampe kế mắc nối tiếp vào mạch điện cần đo dòng

Sự di chuyển của các electron trong mạch sẽ gây ra hai tác dụng:tác dụng nhiệt và tác dụng điện từ.Khi dòng điện chạy trong mạch sẽ có sự ma sát điện từ giữa những electron với nhau và giữa electron với các proton (mặc dù chúng không hề va chạm nhau).Dòng càng lớn thì ma sát càng lớn và nhiệt sinh ra càng nhiều.Điều này rất dễ thấy khi dòng điện chạy qua bóng đèn dây tóc.Đèn sẽ nóng rực và phát sáng

Sự di chuyển của các electron cũng sinh ra từ trường.Dòng càng lớn thì từ trường này càng mạnh.Ứng dụng này được thấy trong các Solenoid,rờle,bôbin đánh lửa,

11.Điện trở

Là những cản trở làm giảm hoặc ngăn không cho dòng điện chạy qua.Điện trở vì thế cũng làm giảm điện áp

Điện trở càng cao thì dòng đi qua càng ít,điện trở càng thấp thì dòng đi qua càng cao.Đơn vị đo điện trở là Ohm(Ohm).MiliOhm,Ohm,KiloOhm,MegaOhm.1MegaOhm=1,000KiloOhm=1,000,000Ohm=1,000,000,000MiliOhm

Dùng Ohm kế đo điện trở.Nối 2 que đo của Ohm kế vào hai đầu của tải cần đo

Có các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến điện trở:-Chiều dài dây dẫn:dây càng dài thì điện trở càng cao và ngược lại

-Tiết diện dây dẫn:dây càng nhỏ thì điện trở càng cao,dây tiết diện lớn thì điện trở nhỏ.-Nhiệt độ dây dẫn:hầu hết khi nhiệt độ tăng sẽ làm tăng điện trở của dây dẫn.-Tình trạng vật lý của dây:nứt,trầy xước,hoen gỉ -Chất liệu dây dẫn:có những loại dẫn điện tốt và điện trở thấp.

-

Mạch điện là nơi dòng điện xuất phát từ cực dương của nguồn và trở về cực âm của nguồn.Có 3 kiểu mạch điện khác nhau:mạch nối tiếp,song song và mạch hỗn hợp nhưng tất cả đều không thể thiếu những yếu tố cơ bản sau đây:

1.Nguồn điện: cung cấp điện cho toàn mạch2.Thiết bị bảo vệ:ngăn những hỏng hóc cho mạch điện trong việc phát hiện ngắn mạch.3.Tải tiêu thụ:chuyển điện năng để làm việc.4.Thiết bị điều khiển:cho phép người sử dụng đóng hoặc mở mạch điện.5.Dây dẫn:nối kín mạch điện,chia điện từ nguồn cho thiết bị hay nối các thiết bị với nhau

Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu từng yếu tố trên

Là thiết bị chính tiêu thụ điện năng trong mạch điện.Ví dụ: đèn,motor điện,radio,xông kính,

Trong mạch trên,cầu chì và công tắc cũng tiêu thụ điện năng nhưng rất ít và không đáng kể nên không được xem là tải tiêu thụ.Kèn tiêu thụ điện năng nhiều nên kèn là tải tiêu thụ.Trong một mạch điện tất cả các tải điện đều được coi như điện trở.Các tải điện tiêu thụ điện áp và cho một giá trị dòng điện chạy qua trong mạch Những tải có điện trở cao thì cho dòng điện rất nhỏ chạy qua trong khi những tải có điện trở thấp hơn cho phép

Trên ô tô,mạch điện sẽ lấy nguồn dương từ bình accu và dòng điện chạy qua các tải tiêu thụ sau đó trở về cực

Giữa các tải tiêu thụ trong một mạch điện có mối liên hệ nhau về giá trị điện áp,dòng điện thông qua định luật Ohm.Định luật Ohm phát biểu òng điện trong một mạch điện tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp và tỷ lệ nghịch

-Nguồn điện:không chịu ảnh hưởng bởi dòng hay điện trở.Điện áp của nó hoặc quá thấp,bình thường hoặc cao.Nếu nó quá thấp,dòng sẽ bé.Nếu nó bình thường,dòng sẽ cao khi điện trở thấp và dòng sẽ bé khi điện trở cao.Nếu điện áp quá cao thì dòng cũng sẽ cao.-Dòng điện:chịu tác động của điện áp hoặc điện trở.Nếu điện trở cao hoặc điện áp thấp thì dòng sẽ bé.Nếu điện trở thấp hoặc điện áp cao thì dòng sẽ cao.-Điện trở:không chịu tác động bởi điện áp hay dòng điện.Nó thì hoặc quá thấp,hoặc bình thường,hoặc quá cao.Nếu điện trở quá thấp thì dòng qua sẽ cao bất chấp điện áp như thế nào.Nếu điện trở quá cao thì dòng qua

Chú ý:Khi điện áp không thay đổi,như trong mạch điện ô tô chẳng hạn,dòng sẽ tăng khi điện trở giảm và dòng giảm khi điện trở tăng.Thiết bị nối tắt sẽ làm giảm điện trở,làm dòng điện cao lên.Sự lỏng của các giắc cắm làm tăng điện trở,sẽ làm dòng điện thấp

-Tính điện áp cần thiết: Định luật Ohm cũng cho phép xác định địện áp U cần có để cho dòng I chạy qua điện

Trong mạch bên dứơi,giả dụ điện trở là 4 Ohm,điện áp cần có để cho dòng I=3A chạy qua điện trở được tính như sau:

-Tính điện trở: Còn một áp dụng khác của định luật để xác định điện trở R khi điện áp U đặt vào mạch và tạo

R=U/I

Trong mạch sau,giả dụ điện áp 12v đặt vào mạch tạo nên dòng 4A chạy qua,khi đó giá trị điện trở của R hay của tải được xác định như sau:

Các mạch điện đều tuân theo định luật Ôm và có ba kiểu cơ bản sau:

-Mạch mắc hỗn hợp (nối tiếp và song song)Chúng ta thử phân tích một mạch điện mắc nối tiếp thì như thế nào

Một mạch nối tiếp là một mạch điện đơn giản.Dây dẫn,thiết bị điều khiển,thiết bị bảo vệ,tải tiêu thụ,nguồn được nối với nhau chỉ trên một đừơng dẫn đi về mass và cho dòng điện chạy qua.Giá trị điện trở của từng phụ tải có thể khác nhau nhưng dòng tổng I qua từng điện trở không đổi.Điện áp đặt lên từng điện trở sẽ khác nhau.Nếu mạch bị đứt thì không có dòng điện chạy qua nữa và không có bộ phận nào hoạt động.Đèn cây thông Noel là một ví dụ.Khi một bóng đèn bị hỏng thì toàn bộ dãy đèn ngừng hoạt động

Giá trị của dòng điện I giống nhau tại bất kỳ điểm nào trong mạch nối tiếp

Điện trở tổng Ro trong mạch bằng tổng của từng điện trở R1 và R2.Nói cách khác:điện trở tổng Ro bằng tổng

Vì vậy độ lớn của dòng chạy trong mạch có thể được tính như sau:

Điện trở Ro (là tổng của điện trở R1 và R2 gắn nối tiếp nhau như hình minh họa) và dòng I chạy trong mạch có thể đựơc tính toán như sau:

Khi có nhiều hơn một tải điện trong mạch,điện áp sẽ chia ra giữa các tải.Tổng điện áp rơi sẽ bằng điện áp nguồn.Điện trở nào cao hơn thì sẽ có điện áp rơi cao hơn.Tùy thuộc vào điện trở mà mỗi tải điện sẽ có một điện

0V+5V+7V+0V=12V

Khi có dòng điện chạy trong mạch,sự hiện diện của điện trở trong mạch đó sẽ gây ra điện áp rơi khi dòng điện chạy qua điện trở.Kết quả khác nhau về điện áp trên từng điện trở gọi là điện áp rơi.Khi dòng điện I chạy qua mạch thì điện áp rơi U1 và U2 trên điện trở R1 và R2 đựơc xác định như sau theo định luật Ohm:

Tổng điện áp rơi trên tất cả các điện trở bằng điện áp nguồn:U1+U2=U

Điện áp rơi trên điện trở R1 và R2 trong mạch sau có thể được xác định:

b.Mạch song songMột mạch song song có nhiều hơn một đường dẫn cho dòng điện chạy qua.Điện áp giống nhau được cấp cho từng nhánh.Nếu điện trở trong từng tải điện giống nhau thì dòng điện qua từng nhánh sẽ giống nhau Nếu điện trở tải điện trong từng nhánh khác nhau thì dòng điện trong từng nhánh cũng khác nhau.Nếu có một nhánh bị hỏng thì dòng điện vẫn tiếp tục đi qua những nhánh kia

Mạch song song có nhiều đường dẫn hoặc nhánh về mass.Vì vậy:1.Với sự số hở mạch một trong các nhánh,thì dòng điện vẫn sẽ tiếp tục đi qua các nhánh còn lại.

3.Dòng chạy qua từng nhánh có thể khác nhau.4.Điện trở của từng nhánh có thể khác nhau.Khi nối song song,hai hoặc nhiều hơn các điện trở được nối trong mạch như sau,với một điểm đầu của từng điện trở nối chung với phía dương của mạch điện,và một điểm kết thúc nối chung với phía âm của mạch, điện

áp nguồn cấp đến toàn điện trở trong mạch nối song song:

Điện trở tổng Ro trong mạch nối song song có thể được tính như sau:

Theo trên,dòng điện tổng I chạy qua trong mạch này có thể được xác định như sau:

Dòng điện tổng I cũng bằng tổng dòng I1 và I2 chạy qua từng điện trở R1 và R2:

c.Mạch hỗn hợp (nối tiếp-song song)Một mạch hỗn hợp có những bộ phận mắc nối tiếp và song song.Điện nguồn và thiết bị điều khiển hay bảo vệ thường mắc nối tiếp,các tải nối song song.Dòng điện như nhau trên phần mắc nối tiếp và khác nhau tại phần mắc song song.Điện áp cấp khác nhau tại phần mắc nối tiếp và giống nhau tại phần mắc song song.Nếu phần mắc nối tiếp bị hỏng thì dòng điện sẽ không chạy trên toàn bộ mạch.Nếu nhánh mắc song song bị hỏng thì dòng tiếp tục chạy trong phần niố tiếp và các nhánh song song còn lại.

Một điện trở và đèn có thể được nối nhau như trong hình minh họa bên dưới.Kiểu nối này gọi là hỗn hợp,là sự kết hợp của nối tiếp và song song.Bảng đèn taplô (interior dash board light)là một ví dụ.Bằng việc tăng hoặc giảm biến trở (rheostat),bạn có thể điều chỉnh độ sáng của đèn

Điện trở Ro2 trong cách nối hỗn hợp có thể được tính như sau:a.Tính điện trở Ro1 là điện trở tổng của R2 song song R3.b.Tính điện trở Ro2 là điện trở tổng của Ro1 nối tiếp R1.

Dòng điện tổng chạy qua mạch được tính bởi định luật Ohm như sau:

Điện áp cấp cho mạch cũng đựơc tính theo biểu thức sau:

Dòng I,I1 và I2 chạy qua điện trở R1,R2 và R3 trong cách nối hỗn hợp được tính theo bên dưới:

Vậy là chúng ta đã hiểu rõ về tải tiêu thụ và mối liện hệ giữa các tải với nhau trong mạch điện.

Thiết bị điều khiển được dùng đề đóng ngắt dòng điện chạy qua mạch Thiết bị điều khiển bao gồm công tắc đa

Thiết bị điều khiển điện tử bao gồm tụ điện ,diodes,transistors.Thiết bị điều khiển cho phép bắt đầu,ngừng hoặc cho dòng điện chạy lại một lần nữa trong mạch.Hầu hết công tắc đòi hỏi thao tác vật lý để làm việc,trong khi rơle và xôlênoi hoạt động bằng điện từ.Trong hình này thì công tắc lưỡi gà đóng mở ON/OFF là thiết bị điều khiển mạch điện

-Loại công tắc một tiếp điểm:kiểu đơn giản nhất của công tắc là công tắc có dạng “lưỡi gà” hoặc “cầu dao”.Nó hoặc là mở hoặc là đóng mạch điện cho một mạch đơn.Công tắc này có một chân đi vào và một tiếp điểm ra khỏi công tắc

-Loại công tắc hai tiếp điểm :Một công tắc một chân hai tiếp điểm có một dây đi vào công tắc và hai dây đi ra.Một công tắc chuyển pha là một ví dụ rõ về công tắc một chân hai tiếp điểm.Công tắc này cấp dòng rọi pha hay cos đến mạch đèn đầu

-Loại công tắc nhiều tiếp điểm:Một công tắc nhiều chân nhiều tiếp điểm cũng được coi là công tắc “bộ”,có những tiếp điểm di động vào các dây của mạch mắc song song nhau

Công tắc máy là một ví dụ rõ về công tắc nhiều chân nhiều tiếp điểm.Mỗi chân công tắc sẽ đưa dòng ra mạch ngoài trong cùng lúc tùy vào vị trí của các chân.Nói rõ ra là các tiếp điểm sẽ cùng đóng vào từng vị trí xác định

-Loại công tắc ngậm tạm thời :loại công tắc này có một lò xo tải giữ cho mạch hở ra khi không có lực ấn lò xo lên nút công tắc.Khi ấn lên công tắc làm nó đóng tiếp điểm lại,thả tay ra thì lò xo sẽ đẩy tiếp điểm hở ra

Hình trên cho thấy một kiểu thường mở.Công tắc kèn là một ví dụ rõ về công tắc ngậm tạm thời.Ấn lên nút công tắc thì kèn sẽ kêu,nhả ra thì không kêu nữa.Một kiểu khác nữa là loại thường đóng với nguyên lý làm việc tương tự như trên.Lò xo giữ tiếp điểm ngắt mạch khi có lực ấn lên nút công tắc.Nói cách khác mạch điện được duy trì ở trạng thái ON (thông mạch) cho đến khi

có lực ấn lên nút công tắc

-Công tắc thủy ngân :đựơc làm bằng một bầu nhựa kín có chứa một phần thủy ngân.Bên trong bầu nhựa là hai tiếp điểm điện.Khi công tắc quay (theo phương đứng) thủy ngân ngập phần còn lại của ống nhựa với công tắc làm thông mạch điện.Công tắc thủy ngân được dùng trong các máy dò,chẳng hạn trong một thiết bị đựơc cảnh báo trên đèn.Những số khác sử dụng ngắt nhiên liệu không bị dâng cao,và một số ứng dụng cho cảm biến túi khí.Thủy ngân ăn mòn nguy hiểm và cẩn thận khi thao tác với tay

-Công tắc lưỡng kim :là công tắc thay đổi theo nhiệt độ,còn được gọi là công tắc lưỡng kim,có phần tử lưỡng kim làm đóng hoặc mở tiếp điểm ở một nhiệt độ nào đó.Trong công tắc nhiệt độ nước làm mát động cơ (engine coolant temperature switch)khi nước làm mát đạt đến nhiệt độ giới hạn (QUÁ NÓNG),tiếp điểm của phần tử lưỡng kim tiếp xúc nhau làm thông mạch sáng đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ taplo

-Công tắc định thời (time delay switch) ông tắc định thời có một dãy lưỡng kim ,tiếp điểm và một phần tử nung nóng.Công tắc định thời là loại thường đóng.Khi dòng điện chạy qua công tắc,dòng điện cũng chạy qua phần tử nung nóng làm nó sinh nhiệt khiến cho dãy lưỡng kim cong lại và ngắt mạch.Dòng điện tiếp tục chạy qua phần tử nung nóng,dãy lưỡng kim bị nóng và giữ tiếp điểm công tắc luôn hở ra.Khoảng thời gian trễ trước khi tiếp điểm công tắc hở ra được xác định bởi đặc điểm của dãy lưỡng kim và lượng nhiệt được sinh ra của phần tử nung nóng.Khi điện nguồn tới công tắc bị ngắt,phần tử nung nóng nguội và dãy lưỡng kim trở về vị trí ban đầu và tiếp điểm đóng lại.Một ứng dụng thừơng thấy của công tắc định thời là xông kính sau

-Cục chớp (flasher) ục chớp hoạt động về cơ bản giống như công tắc định thời,ngoại trừ khi tiếp điểm hở,dòng cũng ngừng qua phần tử nung nóng.Điều này làm cho dãy lưỡng kim và phần tử nung nóng đều nguội.Dãy lưỡng kim sẽ trở về vị trí ban đầu lúc tiếp điểm đóng,cho dòng chạy qua tiếp điểm và phần tử nung nóng một lần nữa.Chu trình này sẽ lặp lại mãi cho đến khi nguồn đến cục chớp mất đi.Thường thì nó được ứng dụng cho đèn báo rẽ (turn signals flasher) hoặc đèn ưu tiên (hazard lamp)