Introduktion till
fordonselektronik ET054G
Föreläsning 3
1
Elektriska och elektroniska fordonskomponenter
© Copyright 2007 Börje Norlin
Att använda el
I Sverige
Fas:
svart
Nolla: blå
Jord: gröngul
Varför en jordkabel?
2
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Jordning och säkringar
3
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Tändstift
• Resistansen för luft
• Ljusbåge eller gnista
– När ström går i luften joniseras luften och blir ledande – Tändgnista
• Men hur kan tändspolen ge hög
spänning till tändstiften?
4
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Magnetfält runt ledare
• Elektroner som rör sig ger ett
magnetfält
• ”Högerhandsregeln”
5
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Strömslinga
• Magnetfältet blir riktat
6
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Spole
• Varje varv ger lika mycket bidrag till magnetfältet
7
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Elektromagnet
• En järnkärna i spolen förstärker magnetfältet 1000 gg
– Atomerna i järnet känner magnetfältet och ”rättar in sig i ledet”
8
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Gnistsändare
Ur Tillämpad Ellära, Arnö Sikö
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
10
Växelström/spänning
• Tidsberoende variabler skrivs med gemener, t.ex u(t) och
i(t)
11
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Sinusvågens period
• Avläsning av en period
12
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Sinusvåg
•
•
•
•
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
13
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Sinusvåg över resistor
u (t ) = uˆ sin (ωt + ϕ )
• Spänning
• Strömmen genom resistans bestäms av Ohms lag även
för växelspänning, dvs
u (t ) uˆ
i (t ) =
= sin (ωt + ϕ )
R
R
• Det kan vi skriva som
i (t ) = iˆ sin (ωt + ϕ )
• Strömmen i fas med spänningen då ϕu är lika för både
ström och spänning
15
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Exempel 1 medelvärde
u (V)
• 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
2
0
• Hela ytan är 2 + (-2) = 0
• Spänningens medelvärde är
ytan delat i tiden 2 sekunder
0/2 = 0 V
Tid (s)
2
17
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Exempel 2 medelvärde
u (V)
• Medelvärde av en fyrkantsvåg
– Amplitud +3 V till -1V och period 2 s
3
– 1:a halvan av kurvan ger +3 till ytan
– 2:a halvan av kurvan ger -1 till ytan
0
-1
Hela ytan är 3 + (-1) = 2
•
• Spänningens medelvärde är
ytan delat i tiden 2 sekunder
2/2 = 1 V
2
Tid (s)
18
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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 (ωt + ϕ ) ⋅ iˆ 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 = U2/R, P = I2R
19
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Exempel effektivvärde fyrkantvåg
• Effekten är alltid positiv
– När spänningen byter riktning så
byter strömmen också riktning
– 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.
4
u⋅i (W)
2
u (V)
0
Tid (s)
2
• Den här växelspänningen ger
samma effekt som en
likspänning på 2 V skulle ge
– Teckenbytet påverkar inte vilken
effekt man får
20
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Effektivvärde
• Effektivvärde är en stöm och spänning som för en given vågform
ger en viss effekt. P=UeIe
• För sinusvåg med gäller att
uˆ
iˆ
Ue =
och I e =
2
2
21
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
Effektivvärde andra vågformer
• Effektivvärdet beror på ytan under vågen, det förändras alltså om
vågformen ändras
U e = uˆ och I e = iˆ
uˆ
iˆ
Ue =
och I e =
3
3
22
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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 = U2/R, men man kan räkna
så här
U RMS = U + U
2
dc
2
ac
• Ni får prova på under labb 2
24
Introduktion till fordonselektronik
© Copyright 2007 Börje Norlin
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
© Copyright 2007 Börje Norlin
