2. Componente electrice şi electronice utilizate la auvehicule

2.1. Conductoare şi izolatoare

Conductoarele electrice sunt realizate din conductor (elementul activ) şi izolaţie. Elementul activ – în domeniul auto - este realizat din cupru.

Din punct de vedere constructiv, conductoarele se realizează unifilare (dintr-o singură sârmă cu secţiune masivă) sau multifilare (din mai multe sârme separate, torsionate între ele). Conductoarele multifilare au avantajele că au o flexibilitate ridicată şi efectul pelicular în curent alternativ este diminuat.

Pentru a preîntâmpina atingerea părţilor metalice aflate la potenţiale diferite se utilizează izolatorii. Izolatorii mai au rolul de a proteja elementul activ (conductorul) de acţiunile mecanice şi de agenţii din mediul exterior.

În instalaţiile electrice ale autovehiculelor se utilizează conductoare simple multifilare. Pentru a da informaţii cât mai complete despre natura conductorului şi a izolaţiei se utilizează notaţii specifice.

Pentru conductoare (fig.2.1) se notează cu F – instalaţii fixe; A – armătură cu sârmă rotundă sau conductor de aluminiu când este scris la începutul simbolului conductorului; C – cauciuc; f – flexibil; ff – foarte flexibil; Y – masă plastică; S – izolaţie contrucţie specială; I – înveliş rezistent la intemperii; Ti – împletitură textilă impregnată, T - împletitură textilă neimpregnată. Lângă simbol se ataşază un număr care reprezintă secţiunea în mm2 şi numărul de conductoare. De exemplu 2x4 FYY – două conductore de cupru cu secţiunea de 4 mm2 pentru instalaţii fixe, paralele cu izolaţie şi manta de material plastic.

Fig.2.1. Secţiune printr-un conductor izolat

Pentru cordoane (ansambluri de mai multe conductoare pentru instalaţii mobile) notarea se face astfel: M – instalaţii mobile (cordon); C – cauciuc; p – execuţie plată; U – execuţie uşoară; M (nu prima literă) – execuţie mijlocie; T – tresă textilă. De exemplu 2x2,5 MCMp reprezintă un cordon cu două conductoare de 2,5 mm2, cu manta de cauciuc, execuţie mijlocie şi plat.

Secţiunile standarnizate (normalizate) ale conductoarelor electrice sunt: 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35 mm2.

Ca element activ în cabluri şi conductoare se utilizează cuprul şi aluminiul. În tabelul 8.4 se prezintă principalele caracteristici ale acestora, unde [kg/m3] – densitatea, c [J/(m3K)] – căldura specifică volumică, [m] – rezistivitatea

13

electrică (la diferite temperaturi), r [1/K] – coeficientul de variaţie cu temperatura, [W/(mK)]-conductivitatea termică.

Tabelul 2.1.

Principalele caracteristici ale cuprului şi ale aluminiului

Materialul [kg/m3]

c [J/(m3K)]

00

[m]20

0 [m]

r [1/K]

[W/(mK)]

Cupru 8,9103 3,45106 1,59810-8 1,72410-8 3,9310-3 390Aluminiu 2,7103 2,5106 2,61510-8 2,82610-8 4,0310-3 220

Conductoare izolate şi cabluri pentru instalaţiile electrice mobileSe execută din conductoare din cupru multifilare. Acestea se clasifică în:

- cordoane şi cabluri în manta de cauciuc (MCCU, MCCUT, MCCM, MCCMT, MCCG);- cordoane şi cabluri în izolaţie de PVC (Myp, MYYUp, MYYU, MYYM, MYYG, MYff);

În tabelul 2.2 sunt prezentate cîteva caracteristici pentru materiale electroizolante des întâlnite în practică.

Tabelul 2.2.

Principalele caracteristici ale unor materiale electroizolante

Materialul [W/

(mK)]

Temperatura maximăserviciu permanent

m [0C]

Temperatura maximăserviciu de scurtă durată sau

de scurtcircuit sda [0C]Policlorură de vinil (PVC)Polietilenă (PE)

0,16 70 140-160

Polietilenă reticulată (PR)Etilen propilenă (EPR)

0,3-0,04 90 250

Materialele electroizolante pot fi de mai multe tipuri:- răşini termoplastice;- răşini termoreactive;- răşini termoreactive de turnare;- materiale izolante anorganice.

La construcţia conductoarelor şi cablurilor se mai utilizează: lacuri electroizolante de impregnare, lacuri electroizolante de acoperire, mase de turnare, compunduri (pe bază de bitum), hârtie şi ţesături impregnate, materiale flexibile lăcuite, izolaţii combinate, produse stratificate presate, produse pe bază de mică foiţă şi de hârtie de mică.

2.2. Componente electronice pasive14

2.2.1. Rezistoare

Rezistoarele sunt componente fabricate din materiale rezistive, la bornele cărora între tensiune şi curent (sinusoidale) există un defazaj practic nul, iar raportul tensiune-curent este practic constant (curent continuu sau alternativ).

Un conductor omogen cu rezistivitatea [], secţiunea s şi lungimea l are rezistenţa electrică R:

(2.1)

În funcţie de materialul utilizat sau tehnologia de fabricaţie rezistoarele pot fi (fig.2.2):

- rezistoare bobinate – materialul rezistiv, este un conductor metalic dintr-un aliaj înfăşurat pe un suport izolant;

- rezistoare de volum – materialul rezistiv este format dintr-un amestec de materiale (conductoare şi izolante);

- rezistoare peliculare – materialul rezistiv este depus într-un strat pe un suport plan sau cilindric;

- rezistoare pentru circuite integrate – materialul rezistiv poate fi materialul semiconductor sau depunere peliculară pe suportul circuitului.

Fig.2.2. Forme constructive de rezistoarea) bobinate; b) peliculare cilindrice; c) peliculare plane; d) de volum;

e) peliculare pentru circuite integrate

Rezistoarele variabile şi semivariabile

15

Rezistoarele variabile şi semivariabile sunt realizate din aceleaşi materiale ca şi cele fixe. Cele mai utilizate sunt rezistoarele bobinate şi cele cu peliculă de carbon. Legea de variaţie (fig.2.3) este obţinută prin modificarea rezistivităţii materialului (peliculare) în lungul traseului sau prin modificarea secţiunii de bobinare (bobinate).

Fig.2.3. Legi de variaţie a rezistenţei rezistoarelor variabileA) liniar; B) logaritmic; C) invers logaritmic; D) exponenţiale;

E) invers exponenţiale; F) dublu logaritmic; S) tip „S”

Termistoare (rezistoare dependente de temperatură)Termistorul este un rezistor a cărui valoare depinde în mod stabil şi reversibil

de temperatură. După modul de variaţie a rezistenţei termistoarele sunt: cu coeficient de temperatură negativ (CTN) şi cu coeficient de temperatură pozitiv (CTP).

După modelul de încălzire, termistoarele se clasifică în două categorii: cu încălzire directă (prin efect Joule) şi cu încălzire indirectă (sursa de căldură independentă de curentul ce trece prin termistor), în acest ultim caz poate prezenta două terminale suplimentare pentru încălzire.

Fig.2.4. Caracteristica tensiune-curent pentru un termistor cu CTN

16

FotorezistoareFotorezistoarele sunt rezistoarele pentru care valoarea rezistenţei este

dependentă de fluxul luminos incident pe elementul rezistiv. Dependenţa rezistenţei este bazată pe efectul fotoelectric intern al materialelor semiconductoare. Funcţie de sensibilitatea la un anumit domeniu al spectrului se alege materialul pentru construcţie.

Caracteristica voltampermetrică I = f(U) este în general liniară, abateri având la valori mari ale tensiunii.

2.2.2. Condensatoare

Condensatoarele sunt componentele pentru care în regim sinusoidal curentul este defazat cu /2 înaintea tensiunii, înmagazinând energie electrică prin acumularea de sarcină electrică sub o anumită tensiune.

Fig.2.5. Condensatoare: a. Simbol general; b. Condensator polarizat; c. Condensator reglabil; d. Condensator reglabil cu valoare predeterminată

Condensatorul este format dintr-un sistem de doi electrozi. Capacitatea sa (C) este egală cu raportul dintre sarcina (Q) cu care este încărcat şi diferenţa de potenţial (V2-V1) dintre ei:

(2.2)

unde C [F]; Q [C]; V [V].Energia electrică W înmagazinată de un condensator cu capacitatea C,

încărcată sub tensiunea U = V2 – V1 este:

(2.3)

În funcţie de capacitatea obţinută la borne, condensatoarele pot fi fixe sau variabile. Condensatoarele fixe utilizate în electronică sunt construite din două armături între care se găseşte un dielectric (material izolant). Când unul dintre electrozi este format dintr-un electrolit, condensatoarele sunt polarizate.

Forme constructive:- cilindric (din ceramică);- plan (din ceramică, sticlă, oxidice);- bobinat (din pelicule plastice, pelicule oxidice);- multistrat (din ceramică, mică, sticlă, dielectric gazos, dielectric lichid).Tipuri de condensatoare fixeCondensatoarele fixe se clasifică după tipul dielectricului utilizat.

17

Proprietăţile electrice ale condensatoarelor depind în cea mai mare parte de dielectric. Anumiţi dielectrici prezintă polarizare remanentă astfel încât ei nu se descarcă complet la un scurtcircuit temporar.

a) Condensatoare cu pelicule plastice;b) Condensatoarele cu hârtie;c) Condensatoare cu mică;d) Condensatoare ceramice;e) Condensatoare electrolitice. Condensatoarele electrolitice sunt polarizate

(datorită prezenţei electrolitului şi contactului oxid-metal care se manifestă ca un contact redresor), de aceea tensiunea aplicată la bornele sale trebuie sa fie de aceeaşi polaritate.

2.2.3. Inductoare şi transformatoare

Inductivitatea proprie a unui circuit electric se defineşte ca raportul dintre fluxul magnetic total care străbate o suprafaţă limitată de conturul unui circuit electric şi curentul care produce acest flux.

Fig.2.6. Inductanţă, bobină: a. Simbol general; b...e. idem cu miez magnetic b.; cu întrefier c.; cu două prize fixe d.; reglabilă în trepte cu contact mobil e.

Astfel între fluxul total () ce străbate cele n spire ale circuitului, fluxul printr-o singură spiră () şi curentul (i) ce străbate conductorul se poate scrie relaţia:

(2.4)unde Ls este inductivitatea statică a circuitului [H].

Inductoare cu miez feromagnetic- Inductoare realizate pe miezuri în formă de barăLa barele feromagnetice întrefierul constituie un procent însemnat din

lungimea circuitului; la capetele miezului, fluxul se disipează şi numai o parte din liniile ce ies la un capăt intră în celălalt. În plus, există o variaţie a fluxului prin miez.

Această formă a circuitului magnetic se utilizează atunci când se doreşte realizarea unei bune stabilităţi a inductivităţii în raport cu mărimea fluxului, variaţia temperaturii, trecerea timpului.

- Inductoare realizate pe miez toroidalFluxul magnetic se concentrează în cea mai mare parte în miezul magnetic,

scăpările de flux fiind în general neglijabile.

18

- Inductoare realizate pe miezuri de tip oalăAceastă geometrie este avantajoasă (faţă de tor) datorită uşurinţei cu care se

realizează bobina şi intrefierul, dispunând şi de posibilităţi de reglaj. Circuitul magnetic este închis, prezentând un intrefier pe coloana centrală, bobina fiind bine protejată de influenţa câmpurilor exterioare.

- Inductoare pentru atenuarea frecvenţelor ridicateSunt inductoare care au o impedanţă scăzută la frecvenţe joase şi o impedanţă

ridicată la frecvenţe ridicate. Sunt construite din mărgele de ferită cilindrice sau toruri de mici dimensiuni prin care trece conductorul de legătură.

Transformatoare de reţeaPentru transformatorul de reţea se utilizează în mod obişnuit tole Fe-Si având

dimensiuni standardizate.

Fig.2.7. Transformator de reţea

Considerând un transformator de reţea cu n înfăşurări secundare (fig.2.7) se poate evolua puterea totală absorbită din secundar:

(2.5)

şi puterea absorbită în circuitul primar, dacă se consideră randamentul transformatorului (pentru puteri reduse până la 200-300 W se poate considera 0,8).

(2.6)

Secţiunea miezului central SFe va fi:(2.7)

Curentul în primar va fi:

(2.8)

Transformatoarele şi bobinele sunt componentele cele mai grele şi mai voluminoase din echipamentele electronice; practic ele ocupă până la 20% din volumul echipamentului şi până la 3040% din masa sa. Realizarea de transformatoare de dimensiuni mici este favorizată şi de faptul că echipamentele

19

electronice de dimensiuni mici sunt construite cu tranzistoare şi circuite integrate cărora le sunt caracteristice curenţi mici la funcţionare şi tensiuni coborâte la alimentare.

2.2.4. Comutatoare

Comutatoarele sunt componente mecanice de circuit, folosite pentru schimbarea legăturilor unor porţiuni de circuit printre altele sau pentru modificarea succesivă a conexiunilor unuia sau mai multor circuite.

Fig.2.8.Simboluri care indică funcţia contactului: a. contactor; b. întreruptor de putere; c. separator; d. separator de sarcină; e. declanşare automată; f. întreruptor

de poziţie; g.revenire automată; h. menţinerea poziţiei

Comutatoarele se caracterizează prin tensiune nominală, curent nominal, număr de contacte, mod de acţionare (rotative, basculante, prin apăsare etc.) şi se construiesc de obicei pentru acţionarea manuală la tensiuni relativ coborâte (sub 500 V).

Comutatoarele se clasifică:- după mărimea puterii pe care o comută: în comutatoare de mică putere (sub

50 V), comutatoare de medie putere (de la 60....500 VA) şi comutatoare de putere (peste 500 V);

- după felul curentului pe care-l comută: în comutatoare de curent continuu şi comutatoare de curent alternativ.

- după tipul constructiv: în comutatoare rotative, comutatoare tip claviatură etc.

- după gabarit: comutatoare normale şi comutatoare miniatură.În echipamentele electronice comutatoarele trebuie să aibă o influenţă minimă supra semnalelor electrice pe care le comută.Contactele comutatoarelor pot fi: fixe şi mobile. Contactele fixe sunt contacte la elemente electrice ale schemei iar contactele mobile sunt fixate pe reglete mobile acţionate din exterior.

Tipuri constructive:- comutatoare basculante pentru c.c. şi c.a., puteri sute de VA;- comutatoare prin apărare pentru c.c. şi c.a. la joasă frecvenţă;- comutatoare rotative sunt destinate pentru comutarea circuitelor de înaltă

frecvenţă, de joasă frecvenţă şi a circuitelor de c.c. cu puteri până la 60 VA;- comutatoare tip claviatură în c.c. şi c.a. în aparatura electrică şi electronică

de măsurare şi de larg consum.2.2.5. Conectoare

20

Conectoarele sunt componente electronice de circuit utilizate pentru realizarea unor legături electrice conductoare demontabile între blocuri, subansamble, cabluri, etc.

Fig.2.9. Conectoare: a. contact tată; b. contact mamă; c.fişă şi priză; d.priză şi fişă multipolară; e.conector partea fixă; f.conector partea mobilă; g.ansamblu conector;

h.soclu cu priză şi contact de protecţie; i. fişă şi priză de conector

Legătura electrică în conectoare se asigură prin perechi de contacte de tip „mama-tată” care constau dintr-un ştaft (pin) şi dintr-un contact elastic, fixate într-un suport izolator.

În funcţie de tensiunea şi frecvenţa curentului ce trece prin perechea de contacte, conductoarele se clasifică în contactoare de joasă frecvenţă (de tensiune mică şi mare) şi în contacte de înaltă frecvenţă.

După modul de conectare a conductoarelor la contactele conectoarelor se deosebesc:

- contacte prin lipire;- prin rulare;- prin sertizare.După felul zonei de contact se deosebesc:- conectoare cu contacte punctiforme;- cu contacte liniare;- cu contacte de suprafaţă.Tipuri constructive:- conectoare pentru circuite imprimate; - conectoare de panou utilizate pentru interconectarea blocurilor funcţionale;- conectoare cilindrice se utilizează pentru diferite conexiuni de cabluri

echipament în echipamentele staţionare;- conectoare coaxiale utilizate la frecvenţă ridicată (frecvenţe înalte);- conectoare pentru aplicaţii speciale. - socluri pentru diferite componente (tranzistoare, circuite integrate, relee,

etc).

2.2.6. Relee

21

Releele sunt componente electronice de circuit utilizate pentru realizarea unor funcţiuni logice. Releul stabileşte sau întrerupe o serie de circuite prin acţionarea unui număr de contacte care se închid sau se deschid sub acţiunea forţelor exercitate asupra părţii mobile (armătura).

Fig.2.10. Releu electromagnetic - simbol

Se folosesc mai ales la separarea unor blocuri care funcţionează la tensiuni şi puteri mult diferite şi în circuitele în care condiţiile de circuit închis sau deschis sunt severe.

Cel mai folosit tip de releu este releul electromagnetic. Există mai multe tipuri de relee electromagnetice, utilizate pentru comanda unor puteri între zecimi de volt-amperi şi sute de volt-amperi.

Releul electromagnetic destinat pentru comutarea circuitelor electrice în echipamentele electronice, aparatură de automatizare constă din trei părţi principale: electromagnetul, armătura şi contacte electrice.

Releele electromagnetice se clasifică în:- după felul curentului de comandă, se deosebesc relee de curent continuu şi

relee de curent alternativ;- după mărimea puterii consumate se împart în relee sensibile (până la 1/10

W) şi în relee normale (peste 1/10W);- în funcţie de timpul de acţionare se deosebesc relee foarte rapide (5ms),

relee adevărate (50ms), relee normale (150ms) şi relee lente (1,2ms);- după mărimea puterii pe care o comută, releele sunt de mică putere (50VA

în c.c. şi 120VA în c.a.), de medie putere (150VA în c.c. şi 500VA în c.a.) şi de putere numite şi contactoare (puteri peste 500VA).

2.7. Cablaje imprimate

Utilizarea cablajelor imprimate constituie o tehnică universală de interconectare a componentelor electronice profesionale, cât şi în cele de larg consum. Cablajele imprimate au următoarele avantaje:

- permit reducerea volumului şi masei echipamentelor prin creşterea densităţii de montaj a componentelor electronice;

- contribuie la creşterea siguranţei în funcţionare a echipamentelor prin micşorarea numărului de fire de legătură între componentele electronice;

- contribuie la simplificarea operaţiilor de asamblare, la reducerea duratei lor de execuţie şi permit automatizarea lor în cazul unei producţii de serie;

- conduce la reducerea cazurilor de montare eronată a componentelor electronice în scheme şi asigură o bună reproductibilitate a montajelor;

- asigură montaje cu o bună comportare la acţiuni mecanice (vibraţii, şocuri) şi climatice (căldură, umiditate);

22

- contribuie la miniaturizarea montajelor electronice şi deci a echipamentelor în ansamblu;

- fac posibilă unificarea şi standardizarea construcţiei blocurilor electronice funcţionale care intră în componenţa echipamentelor electronice şi asigură interconectarea uşoară a acestora.

În funcţie de numărul straturilor metalice (conductoare) depuse cablajele imprimate se împart în:

- cablaje imprimate simplu strat; - cablaje imprimate dublu strat (cele mai întâlnite); - cablajele imprimate multistrat sunt destinate pentru montarea pe ele a

circuitelor integrate cu multe terminale.După tipul suportului izolant:- cablaje rigide- cablaje flexibile

Ca material dielectric pentru suportul placat se utilizează frecvent pertinaxul şi sticlotextolitul.

23