Introduktion till fordonselektronik ET054G Föreläsning 3 1 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter
Att använda el I Sverige Fas: svart Nolla: blå Jord: gröngul Varför en jordkabel? 2
Jordning och säkringar 3
Resistansen för luft Ljusbåge eller gnista Tändstift När ström går i luften joniseras luften och blir ledande Tändgnista Men hur kan tändspolen ge hög spänning till tändstiften? 4
Magnetfält runt ledare Elektroner som rör sig ger ett magnetfält Högerhandsregeln 5
Magnetfältet blir riktat Strömslinga 6
Spole Varje varv ger lika mycket bidrag till magnetfältet 7
Elektromagnet En järnkärna i spolen förstärker magnetfältet 1000 gg Atomerna i järnet känner magnetfältet och rättar in sig i ledet 8
Induktion Induktansen L (mäts i Henry H) Spänningens storlek beror av hur fort strömmen i spolen ändras u ( t) = L (strömändring / s) Spolen är strömtrög Ström genom en spole bygger upp ett magnetfält som inducerar spänning för att motverka strömändringen Naturen vill behålla balansen, det kostar energi att ändra magnetfältet Vad händer om man bryter kretsen? Jo, spolen ÖKAR spänningen för att försöka behålla samma ström!! Teoretiskt blir spänningen oändligt stor, praktiskt blir den ca 1000 V Mäter man blir den mycket mindre Så fungerar tändspolen, och gnistsändaren 9
Gnistsändare Ur Tillämpad Ellära, Arnö Sikö 10
Växelström/spänning Tidsberoende variabler skrivs med gemener, t.ex u(t) och i(t) 11
Sinusvågens period Avläsning av en period 12
Toppvärde û (Volt) Period T (sekund) Frekvens f=t -1 (Hertz) Vinkelfrekvens ω=2πf (också Hertz, men egentligen radianer per sekund) 180 grader är π radianer eller en halv period Sinusvåg 13
Sinusvåg Fasvinkel ϕ Fasförskjutning mellan två signaler Mäts i andel av period, t.ex grader Motfas är 180 grader eller en halv periods förskjutning 180 14
Spänning Sinusvåg över resistor u Strömmen genom resistans bestäms av Ohms lag även för växelspänning, dvs i ( t) ( t) u uˆ = = sin t R R Det kan vi skriva som i ˆ ( t) = i sin( ω t +ϕ ) ( t) = uˆ sin( ω t +ϕ ) ( ω +ϕ ) Strömmen i fas med spänningen då ϕ u är lika för både ström och spänning 15
Medelvärde Medelvärdet av en växelspänning är mittvärdet av några mätningar med en väldigt snabb multimeter. Medelvärdet kan räknas fram som ytan under vågen. Ytan beror inte på hur snabba perioderna är. (Världen under noll ger negativ yta) Medelvärde kan mätas med en voltmeter inställd på DC. 16
Exempel 1 medelvärde Medelvärde av en fyrkantsvåg Amplitud 2 V och period 2 s 1:a halvan av kurvan ger +2 till ytan 2:a halvan av kurvan ger -2 till ytan Hela ytan är 2 + (-2) = 0 Spänningens medelvärde är ytan delat i tiden 2 sekunder 0/2 = 0 V u (V) 2 0 2 Tid (s) 17
Exempel 2 medelvärde Medelvärde av en fyrkantsvåg Amplitud +3 V till -1V och period 2 s 1:a halvan av kurvan ger +3 till ytan 2:a halvan av kurvan ger -1 till ytan Hela ytan är 3 + (-1) = 2 Spänningens medelvärde är ytan delat i tiden 2 sekunder 2/2 = 1 V u (V) 3 0-1 2 Tid (s) 18
Effektivvärde Frågeställning: En likspänning U ger upphov till en effekt P i en resistor R. Vilken växelspänning u(t) över samma resistor ger samma effekt? För växelspänningen gäller momentant att p ( t) = u( t) i( t) = uˆ sin( ω t + ϕ ) i sin( ωt + ϕ ) Vi skulle vilja räkna på en medeleffekt P Hitta på en spänning U och en ström I så att P = UI, P = U 2 /R, P = I 2 R ˆ 19
Exempel effektivvärde fyrkantvåg Effekten är alltid positiv När spänningen byter riktning så byter strömmen också riktning 4 u i (W) Effekten P=UI blir alltid positiv Effektivvärde av en fyrkantvåg Amplitud 2 V och period 2 s och resistans R = 1 Ω Både negativ och positiv spänning ger samma positiva bidrag. 2 0 2 u (V) Tid (s) Den här växelspänningen ger samma effekt som en likspänning på 2 V skulle ge Teckenbytet påverkar inte vilken effekt man får 20
Effektivvärde Effektivvärde är en stöm och spänning som för en given vågform ger en viss effekt. P=U e I e För sinusvåg med gäller att U uˆ 2 och e = e = I iˆ 2 21
Effektivvärde andra vågformer Effektivvärdet beror på ytan under vågen, det förändras alltså om vågformen ändras U e = uˆ och I = e iˆ uˆ Ue = och Ie = 3 iˆ 3 22
Effektivvärde Effektivvärde kan mätas med en voltmeter inställd på AC. (förenklat påstående) Medelvärdet antas vara noll De flesta multimetrar förutsätter att man mäter sinusvåg, man mäter toppvärdet och delar med 2 Vissa moderna multimetrar har en mikroprocessor som känner igen vågformen och dividerar toppvärdet med rätt faktor Vissa dyra äldre multimetrar mätte temperaturen på en resistor, då fick man alltid rätt värde oavsett vågform 23
Medelvärde och effektivvärde Om vågformen har en offset, dvs inte har medelvärdet noll Egentligen har man både en likspänning och en växelspänning Man kan inte bara addera spänningar, eftersom effekten beror på P = U 2 /R, men man kan räkna så här 2 dc U = U + RMS U 2 ac Ni får prova på under labb 2 24
Signal genarator Tillverkar en repeterbar vågform eller signal Kan ställa in amplitud, frekvens och offset Digitala generatorer kan även skicka digitala signaler efter vissa standarder, t.ex. RS232 koder (seriella porten på datorn) Kan användas till att kolla om komponenter fungerar som dom ska. T.ex. lågpass och hög pass filter 25 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter