Электрические системы и схемы

Системный подход

Что такое система?

Система - термин, используемый для описания совокупности связанных между собой компонентов, которые взаимодействуют как одно целое. Система автострад, система образования или компьютерная система, - вот три примера различных снегам. Часто большая система состоит из множества подсистем, каждая из которых, в свою очередь, может быть составлена из еще меньших систем и так далее (рис. 4.1).

Для дальнейшего изложения материала полезно дать еще одно определение системы: «группа устройств, выполняющих общую задачу».

Использование системного подхода помогает разбивать чрезвычайно сложные технические объекты на легко контролируемые части. Следует отметить, однако, что очень важны связи между меньшими частями и их границы. Во многих случаях границы систем могут перекрываться.

Современное автотранспортное средство — очень сложная система, и само по себе является только малой частью большой транспортной системы страны. Возможность разделить автотранспортное средство на системы многих уровней помогает в его проектировании и конструировании. В частности, системный подход помогает понять, как работает некая подсистема и. кроме того, как приступить к ее восстановлению, когда она неисправна.

Системы транспортного средства

Разбиение автотранспортного средства на подсистемы — нелегкая задача, потому что эго может быть сделано многими различными способами. С позиций этой книги удобно разбиение на механические и электрические системы. Это разделение, впрочем,

может не только решить ряд проблем, но и создать их. Например, к какой половине мы отнесем систему антиблокировики тормозов, к механической или электрической? Я отвечаю - конечно, к обеим!

Однако даже при наличии этой проблемы разделение на системы все же в состоянии облегчить изучение только одной части транспортного средства и устраняет необходимость пытаться постичь сразу все целиком. Большинство глав в этой книге

описывают главные подсистемы транспортного средства, а подзаголовки указывают па дальнейшее их разделение. На рис. 4.2 показана упрощенная блок-схема систем автомобиля.

Как только систематизирован сложный набор взаимодействующих частей, могут быть более подробно исследованы назначение и функционирование каждой части. Функциональный анализ определяет, что каждая часть системы должна делать и, наоборот, помогает определить, как каждая часть

работает на самом деле. Важно еще раз подчеркнуть, что связи и взаимодействия между различными подсистемами - очень важный аспект. Без анализа этой взаимосвязи не ответить, например,

на вопрос, как потребление энергии системой освещения транспортного средства будет влиять на функционирование системы зарядки?

Чтобы далее анализировать любую систему, безотносительно

способа вычленения ее из целого, нужно сделать анализ входов и выходов системы.

Многие из сложных электронных систем транспортного средства естественно предполагают такую форму анализа. Пример такого подхода – рассмотрение электронного блока управления (ECU) системы управления двигателем и анализ его входных

и выходных сигналов.

Системы с открытым контуром

Система с открытым контуром управления выдаст необходимый эффект всякий раз, когда приложено определенное входное воздействие. Хороший пример открытой системы управления для транспортного средства — фары, где входное воздействие осуществляется переключателем, а требуемый эффект - включение освещения. Главное свойство систем с открытым контуром управления заключается в том, что они не используют для работы обратную связь. На рис. 4.3 показан такой

пример в форме блок-схемы.

Рис. 4.3 Система с открытым контуром управления

Открытый контур управления

Входной сигнал Выход системы управления Блок управления

Системы с замкнутым контуром

Система управления с замкнутым контуром всегда охвачена петлей обратной связи. Ее можно рассматривать как систему с автоматической коррекцией в том случае, если результат отличается от заданной величины. Хороший пример системы

этого типа в автотранспортном средстве – автоматическая система управления температурой. Температура в салоне транспортного средства определяется работой нагревателя, который включается

или выключается по команде датчика температуры в салоне. Петля обратной связи замыкается благодаря тому, что выходной параметр системы (температура) одновременно является и входным

параметром. Это схема представлена на рис. 4.4.

Петля обратной связи в любой системе с замкнутым контуром управления может быть реализована многими способами. Водитель автомобиля с обычной системой нагрева тоже образует петлю

обратной связи, выключая нагреватель, когда слишком жарко, и включая вновь, когда становится холодно. Петля обратной связи в генераторе переменного тока представляет собой простой

провод, соединяющий бортовую сеть со входом регулятора напряжения.

Резюме

Множество сложных систем транспортного средства представлено в этой книге в виде блок-схем. Таким образом, несколько входов можно считать источниками информации дли блока управления, который, в свою очередь, управляет выходами системы. На рис. 4.5 показана блок-схема системы

управления температурой салона.

Электрические кабели, разделка и выключатели

Кабели

Используемые в автомобиле кабели — это почти всегда медные жилы, изолированные пластиком из поливинилхлорида. Медь с се очень низким удельным сопротивлением около 1,75x10* Ом*м

обладает идеальными свойствами, такими как пластичность

и деформируемость. Это делает ее естественным выбором для электрических кабелей с поливинилхлоридом (ПВХ) в качестве изолятора, ведь выбор материала изоляции снова идеален,

поскольку ПВХ не только имеет очень высокое удельное сопротивление, порядка Ом*м, но и стоек к бензину, нефти, воде и другим растворителям.

Выбор сечения кабеля зависит от тока, идущего к потребителю. Чем толще используемый кабель. тем меньше падение напряжение в цепи, но кабель будет более массивным. Это означает, что

выбор должен осуществляться как компромисс между допустимым падением напряжения и максимальным сечением кабеля. В табл. 4.1 приведен список некоторых типичных падений напряжения,

максимально допустимых в цепи.

Вообще говоря, питание компонента не должно быть ниже 90% напряжения источника системы. Если транспортное средство использует источник 24 В, цифры в табл. 4.1 должны был» удвоены.

Падение напряжения в кабеле может быть рассчитано

следующим образом:

В справочниках по электротехнике часто приводится

сопротивление метрового отрезка провода определенного сечения c/S, это упрощает расчеты.

Преобразование этой формулы позволит рассчитать

необходимое поперечное сечение кабеля:

Кабели имеют ряд стандартных типоразмеров, в табл. 4.2 приведен список некоторых характерных размеров кабелей и их типичных применений. Данная классификация предполагает, что длина кабеля не чрезмерна и рабочая температура находится

в нормальных пределах. Кабели обычно состоят из множества жил, что придаст им большую гибкость.

Таблица 4.1 Типичные максимальные падения напряжения

Устройство на 12В	Нагрузка	Падение напряжения на подводящих кабелях, В	Максимальное падение напряжения в цепи устройств, включая место подсоединения, В
Приборы освещения	< 15Вт	0.1	0.6
Приборы освещения	>15 Вт	0.3	0.6
Приборы подзарядки	Номинал	0.5	0.5
Устройство управления стартером	Максимальное при -20оС	0.5	0.5
Реле стартера	Во втянутом состоянии	1.5	1.9
Прочие устройства	Номинал	0.5	1.5

Таблица 4.2 Кабели и их применение

Жилы кабеля, число/диаметр, мм	Площадь сечения, мм	Уровень постоянного тока, А	Пример применений
9/0.30	0.6	5.75	Габаритные огни и т.п.
14/0.25	0.7	6.0	Часы, приемник
14/0.30	1.0	8.75	Зажигание
28/0.30	2.0	17.5	Передние фары
44/0.30	3.1	27.5
65/0.30	4.6	35.0	Основной источник питания
84/0.30	5.9	45.0
97/0.30	6.9	50.0	Цепи подзарядки
120/0.30	8.5	60.0
От 37/0.90	23.5	350.0	Питание стартера
До 61/0.90	39.0	700.0