Основы автоэлектрики. Часть4. Реактивные сопротивления.
Мы уже охватили достаточно глубоко базу понятий электротехнических законов, но она будет недостаточно полной для линейных (пассивных) элементов (электронных компонентов, радиодеталей) без изучения реактивных сопротивлений, которые возникают в индуктивных и емкостных компонентах.
Но для начала, дабы у нас не возникало сомнений далее по тексту, дам некоторые определения:
Электронный компонент — минимальный компонент электрической схемы. Сюда мы относим резисторы, конденсаторы, диоды, проводники, тумблеры, лампы, транзисторы и так далее. Многие их называют радиодеталями, что на мой взгляд сегодня менее актуально, нежели тридцать лет назад до возникновения цифровой электроники.
Пассивные электронные компоненты (они же — линейные) — это электронные компоненты, вольтамперные характеристики которых линейны. Как это понять? Да просто: подали какой-то ток, получили какое-то напряжение. Подали в энное количество раз больший или меньший ток, получили во столько же раз большее или меньшее напряжение. Сюда относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы проводники, предохранители, переключатели, кварцевые резонаторы и тому подобные.
Активные электронные компоненты (они же — нелинейные) — это те компоненты, вольтамперные характеристики которых нелинейны. Это сегодня в большей мере полупроводниковые элементы (диоды, стабилитроны, светодиоды, транзисторы, микроконтроллеры и т.д.) и менее востребованные сегодня электровакуумные компоненты (к примеру, знакомые тем, кому за тридцать, радиолампы). Тут при изменении тока напряжение будет изменяться нелинейно. К примеру, стабилитрон до какого-то значения напряжения будет пропускать минимальный ток, а при преодолении порога ток резко увеличится.
Фактически вольтамперная характеристика — это ничто иное как сопротивление. И если у пассивных оно не зависит от подаваемового тока или прикладываемого напряжения, то у активных сопротивление зависит от этих параметров.
Теперь подробнее о видах сопротивления:
Активное сопротивление — это то сопротивление, которое не зависит от изменения тока или напряжения.
Реактивное сопротивление — это то сопротивление, которое зависит от изменения тока или напряжения.
Тут следует обратить внимание, что реактивное сопротивление зависит не от величины тока или напряжения (как, к примеру, активное сопротивление активных электронных компонентов), а зависит именно от изменения и собственных характеристик компонента. От слова «реакция». Если элемент обладает только активным сопротивлением, то реакция падения напряжения на изменение тока будет практически мгновенной и будет оставаться таковым до тех пор, пока значение тока сохраняется. Если элемент обладает реактивным сопротивлением, то происходит некий эффект запаздывания, инерции на изменение тока или напряжения.
Реактивным сопротивлением обладают емкостные и индуктивные пассивные электронные компоненты.
Сегодня мы не будем рассматривать конструкции, разновидности и прочие тонкости конденсаторов и катушек индуктивностей, а взглянем на них лишь с точки зрения реактивного сопротивления.
1. Катушка индуктивности как элемент реактивного сопротивления.
Рассмотрим известную нам уже схему с делителем:
Мы уже смотрели, как зависит падение напряжения на каждом из резисторов, которые обладают (говорим уже сегодняшним языком) активным сопротивлением. Если картинка не знакома, советую ещё раз прочитать предыдущую часть цикла статей.
Т.е. как работает активное сопротивление нам уже понятно. Что же будет, если, к примеру, вместо резистора R2 мы установим катушку индуктивности (дроссель)?
Для начала условно-графическое обозначение катушки индуктивности:
Представим, что дроссель обладает нулевым внутренним активным сопротивлением (на деле, конечно же, оно немного больше нуля, так как это провод). При включении тумблера S1 будет происходить следующее:
— Всё напряжение упадёт на дросселе, при этом на резисторе будет нулевое напряжение. Ток через дроссель, а значит через всю цепь идти не будет. Катушка индуктивности по сути будет имитировать обрыв в цепи.
— Далее сопротивление катушки начинает снижаться, тем самым пропуская через себя ток. Напряжение на дросселе начнёт снижаться, а на резисторе расти.
— В конечном счёте значение тока цепи достигнет своего пика, всё напряжение упадёт на резисторе R1, а на дросселе напряжение будет равно нулю, т.е. дроссель превратится в провод.
Какое максимальное значение тока, при котором система придёт в состояние покоя? Очевидно, что если дроссель превратится в провод с нулевым активным сопротивлением, то ток будет равен:
В реальности, конечно же, некоторое активное сопротивление дросселя имеется, считается аналогично как для провода, из которого намотан дроссель, но оно, как правило, ничтожно мало по сравнению со всей цепью.
R2 в нашем примере — реактивное сопротивление и проявляет себя лишь в момент изменения напряжения данной цепи. В нашем рассмотренном случае — при включении тумблера. Если же мы приложим вместо постоянного переменное напряжение, то будет происходить некоторое раскачивание цепи по тому же принципу, что и при включении/выключении тумблера, только с периодичностью переменного тока.
Думаю, как работает активное сопротивление в цепи с индуктивным элементом понятно. Не понятно пока лишь то, как долго происходит реакция цепи на изменение. Но об этом позже.
2. Конденсатор как элемент реактивного сопротивления.
А пока рассмотрим ту же цепь, но теперь вместо R2 расположим конденсатор.
Конденсатор обозначается так:
Как поведёт себя цепь в данном случае?
— Сначала всё напряжение достанется резистору. Реакция цепи будет аналогичной той, когда конденсатора нет вообще, а вместо него провод.
— Далее начнёт происходить заряд пластин конденсатора, ток цепи будет снижаться, напряжение на резисторе начнёт снижаться, а на конденсаторе расти.
— В конечном счёте, когда конденсатор зарядится, на резисторе напряжение будет равно нулю, ток в цепи перестанет протекать, а всё напряжение упадёт на конденсаторе. Конечная схема будет эквивалента той, если бы вместо R2 был бы обрыв цепи.
Таким образом ведёт себя емкостное реактивное сопротивление. Конечно же, в реальности у конденсаторов имеется некоторое небольшое активное сопротивление, которое можно изобразить, как последовательно включенный резистор ёмкости, и некоторое достаточно большое (несколько мегаом), которое можно изобразить как параллельно включенный ёмкости резистор. Но в большинстве задач ими можно пренебречь, хотя бывают цепи, где этим сопротивлениям требуется уделить отдельное внимание. Но на данном этапе это лишнее.
3. Заключение.
Сегодня мы коснулись понятия реактивного сопротивления и посмотрели, как и на каких электронных компонентах оно проявляется.
Что можно сказать о двух рассмотренных видах реактивного сопротивления? Они проявляются абсолютно противоположным образом: в момент включения конденсатор — провод, а дроссель — обрыв, в момент окончания реакции конденсатор — обрыв, а дроссель — провод.
Имеется определённое время реакций цепей с реактивными сопротивлениями, которые мы рассмотрим в следующих статьях на примерах фильтров частот, как самых простых цепях. Кроме того, немного постараемся вникнуть в суть цепей, в которых есть оба вида реактивных сопротивлений, самый популярный из которых носит название колебательного контура. Ну, и конечно же, постараемся немного посчитать.
Конечно, пока малопонятно многим, какую эти знания приносят пользу в автоэлектрике, но советую посмотреть по капот, на приборку или блок управления ДВС и задуматься, что же определяет временные характеристики всего этого добра, почему некоторые проблемы возникают «время от времени» или «при определённых условиях» и что скрывается за понятиями «цепи защиты»? Без элементарного понимания, как же себя проявляют пассивные компоненты, дальнейшее развитие в автоэлектрике невозможно. Конечно, в большинстве случаев на правильность подключения магнитолы, установку сигнализации или замену умершего датчика это особо не влияет, хотя и тут как знать… как знать…
А сегодня на сим всё!
Продолжение следует;)
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Для чего нужен нагрузочный резистор (обманка).
Многие автомобили контролируют исправность осветительных и сигнальных ламп. Часто электроника автомобиля измеряет ток через лампу и сравнивает его с неким эталонным значением, соответствующим исправной лампе. А поскольку светодиодные лампы имеют мощность значительно меньше, чем лампы накаливания, то автомобильные «мозги» малый ток принимают за обрыв лампы накаливания и показывают тем или иным способом, что лампа перегорела: ошибка на приборной доске, частое мигание (лампы указателей поворотов) и т.д. Чтобы этого избежать и продолжать использовать светодиодные лампы можно выполнить одно из следующих действий:
1. Самый предпочтительный способ, «софтовый» – сменить уставки тока в бортовом компьютере или на крайний случай отключить вообще проверку ламп. Первый вариант этого способа – идеальное решение, второй – хорош тем, что не нужно дополнительно вмешиваться в схему электропитания, недостаток в том, что если лампа перегорит, то водитель об этом оперативно не узнает. К сожалению, в большинстве автомобилей этот способ не применим. Сложно залезть в «мозги» автомобиля и сделать изменения.
2. Установка параллельно лампе нагрузочного резистора (обманки) – самый распространенный способ обхода ошибки. Большой недостаток данного способа – это сильный нагрев резисторов. Также нет никакой экономии в электропотреблении. И чем больше мощность заменяемой лампы, тем сильнее будет нагрев. Например, для ламп Н11 (55Вт) нужен резистор мощностью не менее 100Вт и греться он будет более 100 градусов. Обманки могут быть встроенными в лампу и внешними. Более подробно будет описано ниже.
3. Самый сложный способ, хардкорный – изменение схемы измерения тока ламп. Во многих автомобилях для управления лампами используются «умные» ключи, имеющие множество защит и функцию измерения тока. С этих ключей идут сигналы, как правило, тоже токовые на АЦП микроконтроллера через токосъемный шунт – резистор в несколько килоом. Вот этот резистор и нужно перепаять, изменив сопротивление обратно пропорционально изменению тока. Способ сложный. Кроме необходимости продвинутых навыков пайки нужно еще знать, какие элементы менять.
4. Для ламп указателей поворотов у некоторых автомобилей можно поменять реле на специальное для светодиодов, в котором уже занижена уставка тока. Чтобы понять, есть реле поворотов или нет, нужно включить поворот при расстегнутом ремне безопасности. Если реле нет, то имитация его щелчков динамиком будет прерываться на сигнал непристегнутого ремня.
Понятно, что самый распространенный способ второй. Его и рассмотрим подробнее. Очень много вопросов и непонимания по применению обманок.
Встроенные в лампу обманки имеют большой недостаток – они греют лампу и собственно светодиоды. Известно, что чем меньше температура светодиода, тем дольше он служит, да и светит ярче. Зато, конечно, проблем с установкой такой лампы меньше. Лампы ДиЛаС с обманками изготавливаются только малой мощности – W5W. Мощность обманки 1,2Вт при 12В и 1,6Вт при 14В. В совокупности с мощностью, потребляемой светодиодами, мощность лампы составляет 1,9-2,3Вт, в зависимости от типа лампы и напряжения. В большинстве случаев этого достаточно для «обмана» проверки ламп, поскольку уставки тока установлены примерно на 40% от номинала (5Вт). Однако, есть автомобили, у которых уставки несколько выше и встроенные обманки НЕ РАБОТАЮТ. Это нужно понимать при выборе ламп. Обманки с большей мощностью мы принципиально НЕ СТАВИМ, чтобы не уменьшать кардинально срок службы ламп с обманками. Если у Вас автомобиль концерна VAG (также замечены некоторые модели Volvo), то лучше взять лампу без обманки – она будет светить ярче и дольше – и внешнюю обманку для габаритов или подсветки номера. Впрочем, у некоторых «немцев» лампы со встроенной обманкой вполне работают.
Внешние обманки – это, как правило, мощные резисторы в алюминиевом корпусе. Для ламп малой мощности можно использовать проволочные в керамическом корпусе («цементные»). Номинальная мощность резистора должна превышать в несколько раз мощность, выделяемую на нем. Иначе резистор будет греться ОЧЕНЬ сильно. Например, для ламп 5Вт нужен резистор 39-47 Ом 20-25Вт. Для ламп 21Вт – 6-15 Ом 50-100Вт. Разброс сопротивлений дан в зависимости от мощности светодиодной лампы. Если есть возможность, лучше подобрать максимальное сопротивление, когда не возникает ошибка. Ведь, чем меньше сопротивление, тем больше резистор будет греться. Обычно для ламп указателей поворотов продаются обманки 50 Вт с сопротивлением 6 Ом. При напряжении 12В на них будет выделяться мощность 24 Вт, а при 14В – 32Вт! Так сказать, с запасом. С двумя лампами по 6Вт общая мощность 6+6+24(32)=36(44)Вт. Так что в большинстве случаев достаточно одного резистора на пару ламп.
Понять, нужна ли обманка, просто. Достаточно убрать одну или две лампы в цепи и посмотреть, будет ли ошибка. На большинстве японских автомобилей проверка ламп не производится, не считая ламп указателей поворотов.
Наша страница на DRIVE2:
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад