Устройство и диагностика автоэлектрики
Что такое электричество
Электричество это когда электроны летят через проводник, в качестве проводника обычно выступает кабель. Но электроны могут проходить даже через соленую воду. Поток электричества легче представить по аналогии с водой в шланге: представьте шланг с водой, в котором течет вода под давлением. Так вот, давление это напряжение (V). Амперы это объем воды, и сопротивление это узкий участок в середине шланга, чтобы поток воды был не больше ожидаемого. Эти три свойства формируют закон Ома. Для нахождения напряжения (V) умножаем сопротивление на амперы. Меньше сопротивления = больше ампер. В законе Ома нет учета никакой эффективности, это очень простая формула. Например, E = I x R. E это вольты, I это напряжение в амперах, и сопротивление будет R. Так, 120 V = 20 ампер x 6. Если сила тока 20 ампер, и резистор на 6 ом, получаем 120 вольт. Так, в обычной пальчиковой батарейке сильнее всего нагревается нижняя часть цилиндра, потому что в ней расположена фольга с высоким сопротивлением.
Джоули нам расскажут про нагревание. Предохранитель нагревается, как и лампочка, чайник, утюг. В тостере есть проволоки, которые пропускают через себя электрический ток и нагреваются. Электроны сталкиваются с атомами провода, замедляются, атомы создают трение и производят тепло. А если пустить ток через воду, то H₂O превратится в водород и кислород. Предположим, есть напряжение в 2 ампера, которое бежит через провод с сопротивляемостью в 100 Ом в течении 1 минуты. I = 2A, R = 100Ω, t = 60 секунд. Получаем (2)² x 100 x 60 = 24 000 джоулей. Хотим пустить ток по толстой проволоке из нихрома с целью получить подогрев 40°C для сиденья. Провод 5 метров и диаметр 0,5мм из нихрома потребует 150 джуолей для получения тепла за 30 секунд. Он не расплавится, потому что нихром плавится при температуре 1300°C.
Источники питания
Многие видели аккумулятор автомобиля. Или хотя бы знают, что у любой пальчиковой или призматической батарейки есть плюс и минус. На автомобильном аккумуляторе есть красная клемма, которая плюс и 30-ый контакт. Черная клемма это минус и 31-ый контакт. При подключении чего-либо к аккумулятору, всегда подключаем сначала минус, потом плюс. Так электричеству будет, куда идти: от красного к черному. На устройствах питания можно найти аббревиатуру DC, которая нам скажем, что электричество в батарее будет получено из химии, т.е. это типичная батарейка.
На мультиметрах в явном виде указано, что они поддерживают DC для измерения напряжения в машинах. Черный проводок на землю, а красный от батареи к прибору. Батарея начнет выдавать ток. В автомобильном аккумуляторе почти всегда напряжение = 12V (вольт), это константа. Может быть и 24V, и 48V, но мы придерживаемся значения 12V. Сопротивление варьируется в зависимости от температуры и прочих факторов, таких как коррозия провода. В лампочке используется вольфрамовая нить, которая и светится за счет высокого сопротивления.
Амперам нужно заземление, иначе электричество не пойдет из точки А в точку Б. Но напряжение будет искать, куда бы ему податься. Если у заземления высокое сопротивление, то высок шанс получить удар током.
Инструменты
Компьютерная диагностика это база. Из софта, у хорошего автоэлектрика будут программы Autodata, MotorData, Mitchell onDemand (штаты), Elsa. Из оборудования, это сканеры легковых авто: LAUNCH X431; VAS 5054/Вася; BMW ICOM; SD CONNECT 4, Lexia. Для грузовых: FCAR, jaltest, Texa.
Существуют диагностические сканеры типа FIXD Bluetooth OBD2, вы катаетесь — приложение копит информацию. Очень удобно и в идеале, такое устройство всегда должно быть в бардачке. Не лишним бывает и толщиномер. Мы не уходим в некий космос с требованиями на промышленный калибратор сигналов в роли мультиметра.
Также, у любого пряморукого человека есть один работающий мультиметр, и коробка сожженных мультиметров. Если аккумулятор разрядился, и надо проверить на утечку, то достаточно подключить мультиметр и по очереди вынимать резисторы. И токовые клещи.
Схемы
Последовательные и параллельные соединения. В параллельной цепи электричество стремится к заземлению, от плюса к минусу. Посередине цепи мы можем воткнуть лампочку, и электричество добежит по проводу к лампочке и запитает. Лампочка поглотила все электричество, все счастливы. Если вместо одной лампочки будет две лампочки, то это уже последовательная цепь, две лампочки по 6 вольт. А если на пути не будет лампочек, то сила тока сожгёт чего-нибудь, ведь сопротивление отсутствует.
Почти все машины работают на аккумуляторах в 12 вольт, и электричество гуляет по кругу, и плюс всегда является плюсом, а минус всегда минусом. Заземление цепляется на раму, движок, но это всегда будет минус, у которого нету напряжения. Заземление должно цепляться на не покрашенный участок металла. Заземление можно нацепить даже обратно на батарею, но скорее всего такой подход не подойдет по длине проводов. Плюс же идет в блок предохранителей, и далее присоединяется к фарам и всему остальному, что нуждается в питании. То есть, чтобы добавить новое устройство в машину, достаточно попросту присоединить новое устройство к блоку предохранителей. Тут важно уточнить, что резистор ≠ предохранитель. Резистор показан на фото ниже:
Батарея в авто заряжается во время движения от генератора. И генератор генерирует много электричества, больше чем нужно аккумулятору для зарядки, но это происходит только при запущенном движке. Так AC преобразуется в DC. Также, для защиты электронных частей машины, используется регулятор напряжения, который держит напряжение в диапазоне 13.5-14.5 вольт.
Выше расположена схема питания автомобильного гудка. Тут главное не выдать больше ампер, чем может потянуть реле. В примере ниже, реле перекидывает напряжение с Pin 30 на Pin 87, и желтый провод питает два гудка. Два предохранителя лучше заменить на блок предохранителей, но текущая схема тоже рабочая.
Другой пример со стартером. Стартер как устройство довольно стандартное во всех моделях автомобилей, что упрощает задачу. В схеме видно, что предохранители расположены к аккумулятору максимально близко, причем речь не только об отсутствии компонентов между аккумулятором и предохранителем, но и о длине провода. И красный провод на стартер самый толстый.
Предохранители
Предохранитель это простое устройство: если подать слишком много тока, то предохранитель от напряжения оборвется, тем самым не даст электричеству пройти дальше. Обычно внутри предохранителя есть металлический проводок, который рвется и это визуально видно, как в лампочке Ильича. Многие видели предохранитель в советской технике в виде стеклянных трубочек. Если проволока была разорвана, то предохранитель летел в мусорку.
Если предохранитель на 5А, и мы подадим на него 10A, то предохранитель перегорит, тем самым спасет следующее устройство в цепи, которое при превышении 5 ампер сломается и начнет пожар. Если предохранитель умер, то есть вероятность, что имело место быть короткое замыкание. Можно поставить предохранитель на 100A, и даже он легко убьется от неумелого прикуривания (перепутали провода). Или генератор не был отсоединен во время ремонта авто.
Пример: авто не заводится, а мы убедились, что аккумулятор в прекрасном состоянии и полон энергии. Но водитель нажимает на кнопку Start и никакой реакции нету. Никакая лампочка на приборной панели не мигает. Первое что надо проверить, на месте ли заземление. Второе, есть ли контакт с блоком предохранителей. Например, не работает прикуриватель: открываем капот, открываем коробку предохранителей, находим на схеме соответствующий предохранитель, вытаскиваем его и проверяем, жив ли он.
Другой пример это установка нового оборудования, скажем, видеорегистратора. Его можно установить, просто вставив в прикуриватель или USB, но будут болтаться провода по салону. И в таком варианте, регистратор не будет работать при выключенном двигателе. Есть модели автомобилей, которые держат розетку активной на постоянке или всего пару минут после глушения двигателя. Другой вариант это OBD-порт, который используется для диагностики авто. Он работает всегда, но в целях безопасности, лучше этот порт засунуть поглубже в авто, есть методы угона авто с использованием OBD-порта. Третий способ это внешний аккумулятор, который заряжается от движения авто. Что только добавляет искушения автомобильным ворам. Итак, в идеале, нужно подключать новое устройство к предохранительной коробке: один провод идет к разъему с электричеством, второй идет на землю. Всегда можно потыкать тестером в предохранители и понять, какие разъемы работают даже при выключенном авто. Находите слот, который не связан с критическим оборудованием системы, и вставляете провода от нового устройства.
Предохранители бывают разные по форме и цвету. Но внутри предохранителя почти всегда будет видно металлическую пластинку или проволоку. На фото используется зеленый автомобильный предохранитель на 30А, красные обычно на 10А, голубые на 15А. Если предохранитель не прозрачный, то по любому в нем будет дырочка, в которой можно увидеть состояние пластинки. Чтобы не жечь предохранители во время экспериментов с электроникой, просто подключите мощную лампу или чайник.
Существуют самовосстанавливающиеся предохранители. Если визуально предохранитель ок, но тем не менее ничего не работает, то нужны доп. проверки. Первый способ проверки это контрольная лампа: такая лампа присоединяется к негативному контакту на аккумуляторе, и острая часть тыкается в красную часть батареи. Так мы проверяем, что контрольная лампа работает. И дальше тыкаем острой частью в пины на предохранителе. Если хотя бы одна сторона не зажгла лампу, то предохранитель перегорел. Если ни один пин не зажигает лампочку, то попросту нету тока.
Провода
Электричество передается в основном по проводам, поэтому их качество сказывается на многих аспектах электроники. В самом примитивном варианте, батарея напрямую присоединена к конечному компоненту без проводов, как на видео ниже, и это даже будет работать. Но в минимальном безопасном варианте цепочка будет следующей: батарея > провод хорошего качества и толщины > коробка предохранителей для защиты > переключатель для включения потока тока > реле > само устройство > провод заземления обратно к батарее или уходит на корпус авто.
Провод сам по себе тоже имеет сопротивление, другими словами, его длина имеет значение. Коробка предохранителей при сгорании останавливает поток электричества, ведь электричество без заземления будет нагревать провод и провоцировать возгорание. Поэтому чем ближе коробка предохранителей к источнику питания, тем безопаснее для остальных устройств в цепи. Это было показано выше, на схеме со стартером.
Кабель не должен быть поврежден! Повреждение защитного покрова кабеля ведет к возгоранию. Если провод оборвался, то его нужно перепаять. При обжатии проводов нельзя допускать потери даже одного волоска провода, это может привести к перегреву. Обязательно используйте термоусадочные трубочки, чтобы избежать коррозии. Не изоленту, а просто надели термоусадочную трубку поверх спаянных проводов, прошлись по трубке тепловой пушкой и готово. В идеале, еще нужно наклеить поверх провода клейкую ленту в подсказкой, за что этот провод отвечает.
Например, что происходит при повороте ключа в авто: вы поворачиваете ключ/нажимаете кнопку всего на секунду. За эту секунду стартер запускает движок и вы отпускаете ключ. Стартер нужен только для старта движка. Итак, в машине есть аккумулятор на 500 ампер и выше. При повороте ключа, нужно подать от 125 до 400 ампер за раз, а в холодном климате и того больше. Для этого нужен провод соответствующей толщины и качества, без высокого сопротивления. Медь имеет очень низкое сопротивление.