ΤΕΧΝΙΚΟ: "ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ"

[Giovanni Dimitropoulos]

ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΚΑΙ ΤΑ ΗΧΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ.

Από τι αποτελείται το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου,
πώς επηρεάζεται από αυτό ένα ηχοσύστημα,
πώς μπορούμε να λογαριάσουμε την κατανάλωση του ηχοσυστήματός μας,
τι καλώδια πρέπει να χρησιμοποιήσουμε,
πώς θα λύσουμε διάφορα προβλήματα που συνήθως συναντάμε.
Διαβάστε​

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου.



Το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου, όπως οι περισσότεροι γνωρίζετε είναι φτιαγμένο για να δημιουργεί μια συνεχή τάση τροφοδοσίας δυναμικού 12V. Αν θέλουμε να παρουσιάσουμε χονδρικά το ηλεκτρικό κύκλωμα παραγωγής και αποθήκευσης τάσης ενός αυτοκινήτου μπορούμε να πούμε ότι αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη.

Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου (εναλλάκτης ή δυναμό) ρεύματος παίρνει κίνηση από τον κινητήρα μέσω ενός ιμάντα. Η τάση στην έξοδο του εναλλάκτη ανορθώνεται μέσω μιας γέφυρας διόδων και μέσω ενός κυκλώματος ελέγχου της φόρτισης. Αφ' ενός φορτίζει την μπαταρία του αυτοκινήτου και αφ' ετέρου τροφοδοτεί το 90% των ηλεκτρικών κυκλωμάτων του αυτοκινήτου.

Η μπαταρία του αυτοκινήτου αναλαμβάνει τις περισσότερες φορές τριπλό ρόλο. Πρώτον αποτελεί μια αποθήκη ενέργειας, ώστε τα κυκλώματα του αυτοκινήτου να μπορούν να λειτουργούν ακόμα και όταν δεν λειτουργεί ο κινητήρας τους.
Δεύτερον συνεισφέρει στο ενεργειακό ισοζύγιο του ηλεκτρικού συστήματος, όταν η κατανάλωση είναι μεγαλύτερη από την παραγόμενη από τον εναλλάκτη ισχύ και...
Τρίτον, μαζί με το ηλεκτρονικό σύστημα σταθεροποίησης της τάσης, παίζει βοηθητικό ρόλο στη σταθεροποίηση της τάσης του κυκλώματος τροφοδοσίας.

Την προστασία των πηγών κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας του αυτοκινήτου αναλαμβάνουν μια σειρά από ασφάλειες τήξης.


Το συγκεκριμένο σύστημα τροφοδοσίας παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα, γι' αυτό άλλωστε έχει καθιερωθεί, αλλά και μειονεκτήματα, όσον αφορά την τροφοδοσία των ηχοσυσκευών. Αν θέλουμε να αναφέρουμε τα κυριότερα από αυτά μπορούμε να πούμε ότι είναι:

1) Η χαμηλή τάση τροφοδοσίας επιβάλλει τη ροή ιδιαίτερα υψηλών ρευμάτων όταν έχουμε μεγάλη κατανάλωση, πράγμα που συνεπάγεται σημαντικές απώλειες στο κύκλωμα τροφοδοσίας.

2) Η χαμηλή τάση τροφοδοσία επιβάλλει στις περισσότερες ηχοσυσκευές να έχουν δικά τους τροφοδοτικά, που να δημιουργούν τις απαραίτητες για τη λειτουργία τους υψηλές τάσεις τροφοδοσίας.

3) Το ηλεκτρικό κύκλωμα του αυτοκινήτου, καθώς και οι ηλεκτρονικές συσκευές διαχείρισης τους κινητήρα και ιδιαίτερα το κύκλωμα ανάφλεξης παράγουν ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση ενός ηχοσυστήματος.

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Μια αναφορά στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.


Η συνήθης δημιουργία ηλεκτρομαγνητικού θορύβου οφείλεται, είτε σε ηλεκτρικές εκκενώσεις υψηλής τάσης, είτε στη δημιουργία σπινθήρα κατά το άνοιγμα και το κλείσιμο ηλεκτρικών επαφών, είτε τέλος στη λειτουργία ηλεκτρονικών διακοπτών (δίοδοι, ημιαγωγοί) όταν η λειτουργία τους απέχει από το θεωρητικό μοντέλο.

Δυστυχώς, στο αυτοκίνητο υπάρχουν και οι τρεις πηγές δημιουργίας ηλεκτρομαγνητικών θορύβων και πολλές φορές αποδεικνύεται αρκετά κοπιώδες να απομονώσουμε μια ηχητική συσκευή από αυτές.

Το κύκλωμα ανάφλεξης του αυτοκινήτου αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή θορύβου και δύο τρόποι υπάρχουν για να περιορίσουμε τον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο η χρήση αντιπαρασιτικών μπουζί, που έχουν ενσωματωμένη αντίσταση στο κέλυφός τους και η τοποθέτηση των ευαίσθητων στις παρεμβολές συσκευών, όσο γίνεται πιο μακριά.

Η δεύτερη πηγή είναι τα ηλεκτρονικά κυκλώματα διαχείρισης του κινητήρα και τα καλώδια, που μεταφέρουν από και προς αυτά σήματα ελέγχου. Αυτή η πηγή είναι λιγότερη ισχυρή αφ' ενός λόγω της ισχυρής θωράκισης της κεντρικής μονάδας και αφ' ετέρου λόγω του χαμηλού πλάτους σημάτων, που συνήθως συναντάμε σ' αυτά τα κυκλώματα.

Έτσι, η τοποθέτηση των ευαίσθητων ηχητικών κυκλωμάτων σε μια λογική απόσταση από την κεντρική μονάδα και η αποφυγή του φαινομένου, καλωδιώσεις που μεταφέρουν ακουστικά σήματα να «τρέχουν» παράλληλα με καλωδιώσεις που μεταφέρουν σήματα ελέγχου, αρκούν για να μην έχουμε πρόβλημα παρεμβολών από το συγκεκριμένο σύστημα.

Τέλος, οι ηλεκτρικοί διακόπτες του κυκλώματος ιδιαίτερα μετά την πάροδο κάποιου χρονικού διαστήματος, συνήθως κατά τη λειτουργία, του δημιουργούν ισχυρές παρεμβολές. Τις περισσότερες φορές ο μόνος τρόπος για την καταστολή αυτών των θορύβων είναι η αντικατάσταση του ελαττωματικού διακόπτη ή η τοποθέτηση ενός αντιπαρασιτικού πυκνωτή πολύ κοντά στους ακροδέκτες του.

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Η διατομή των καλωδίων και ο κ. Joule.


Ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα της τροφοδοσίας των ηλεκτρονικών συσκευών της τροφοδοσίας των ηλεκτρονικών συσκευών αναπαραγωγής του ήχου μέσα σε ένα αυτοκίνητο είναι η επιλογή των σωστών καλωδίων τροφοδοσίας και η συνδεσμολόγησή τους.

Και οι δυο παράμετροι αυτού του ζητήματος σχετίζονται άμεσα με την ασφάλεια των επιβατών, αφού αν αυτές παραμεληθούν, τότε μπορεί να έχουμε σαν αποτέλεσμα φωτιά από υπερθέρμανση ή/και βραχυκύκλωμα, καθώς και πιθανή ηλεκτροπληξία.

Είναι φανερό, λοιπόν, πως ίσως το πρώτο μέλημα ενός υπεύθυνου οδηγού είναι να εξασφαλίσει πως δεν κινδυνεύει από λάθος στην επιλογή και τη συνδεσμολόγηση των ενισχυτών και των άλλων συστατικών στοιχείων του ηχοσυστήματός του. Οι κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται είναι απλοί, όσο απλοί είναι και οι νόμοι της Φυσικής πάνω στους οποίους στηρίζονται.

Ας αρχίσουμε με την επιλογή των καλωδίων τροφοδοσίας.
Από τη Φυσική, είναι γνωστό πως η αντίσταση ενός καλωδίου, εξαρτάται από τη διατομή του και μάλιστα όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση του καλωδίου. Εξαρτάται όμως και από το μήκος του και μάλιστα, όσο πιο μακρύ είναι το καλώδιο, τόσο πιο μεγάλη συνολική αντίσταση έχει. Από την άλλη, η ισχύς που καταναλώνεται πάνω σε μια αντίσταση εξαρτάται από το ρεύμα που περνά από μέσα της και από το μέτρο της (το πόσο μεγάλη είναι αυτή).

Η καταναλωνόμενη ισχύς βέβαια μετατρέπεται σε θερμότητα. Έτσι λοιπόν όσο μεγαλύτερη είναι η καταναλωνόμενη ισχύς, τόσο μεγαλύτερη είναι και η θερμοκρασία που αναπτύσσεται πάνω στο καλώδιο. Από τη στιγμή δε που αυτή υπερβεί κάποιο όριο, το οποίο εξαρτάται από το υλικό κατασκευής του καλωδίου, τότε το καλώδιο λιώνει. Προτού λιώσει όμως το καλώδιο σίγουρα θα έχει λιώσει το μονωτικό υλικό που το περιβάλλει (συνήθως πλαστικό) και το πιθανότερο είναι ότι θα προκληθεί φωτιά!

Ας δούμε, όμως, πιο αναλυτικά πως συνδέονται τα πιο πάνω μεγέθη που αναφέραμε. Η σχέση ορισμού της καταναλωνόμενης ηλεκτρικής ισχύος P, και συνεπώς της παραγόμενης θερμότητας, δίνεται από το γνωστό νόμο Joule:

P = Ι²xR (το 2 είναι τετράγωνο.....)


Όπου R είναι η αντίσταση του καλωδίου μετρημένη σε ohm (Ω) και 1 είναι το ρεύμα που διέρχεται από μέσα του μετρημένο σε Ampere (Α).

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Ο νόμος του Joule.


Το πρόβλημα επιλογής καλωδίου τίθεται ως εξής:
«Τι διατομή πρέπει να έχει ένα καλώδιο ώστε να χρησιμοποιηθούν x μέτρα από αυτό για να παρέχονται y Ampere π.χ. στον ενισχυτή μας;».
Δηλαδή μας είναι αρχικά γνωστή η μία από τις δυο παραμέτρους που καθορίζουν το μέγεθος της αντίστασης ενός καλωδίου, το μήκος του, το μέγιστο ποσόν ρεύματος που πρέπει να περάσει με ασφάλεια από μέσα του και βέβαια η μέγιστη καταναλωνόμενη ισχύς P, ώστε με δεδομένο το υλικό του καλωδίου και του ενδύματος μόνωσής του να μην υπάρχει πιθανότητα φωτιάς. Το ζητούμενο είναι πρακτικά η διατομή του καλωδίου.

Είναι βέβαια φανερό πως αν δεν μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα που καλείται να «αντέξει» το καλώδιο δεν μπορούμε να προχωρήσουμε παραπέρα. Σαν συσκευή αναφοράς λαμβάνεται πάντα ο ενισχυτής και αυτό γιατί είναι η συσκευή με τις μεγαλύτερες απαιτήσεις σε ισχύ και συνεπώς σε ρεύμα τροφοδοσίας.

Ας θεωρήσουμε, λοιπόν, αρχικά σαν δεδομένο ότι η τάση που παρέχεται στον ενισχυτή μας είναι σταθερή και στη χειρότερη περίπτωση ίση με 12Volt. Τότε, το ρεύμα που καλούνται να μεταφέρουν τα καλώδια καθορίζεται από την ονομαστική ισχύ που αποδίδει ο ενισχυτής στο ελάχιστο επιτρεπόμενο φορτίο του, προσαυξημένο κατά ένα ποσοστό που αντιπροσωπεύει τις απώλειες ισχύος στο εσωτερικό του ενισχυτή και ένα ποσοστό, που αντιπροσωπεύει τις απώλειες ισχύος στο ίδιο το καλώδιο τροφοδοσία.

Βέβαια, η συνολική ισχύς που απορροφάται είναι όση απορροφάται από ένα κανάλι του ενισχυτή επί τον αριθμό των καναλιών του ενισχυτή. Έτσι αν ο ενισχυτής αποδίδει μια ισχύ Pmax στο ελάχιστο επιτρεπτό φορτίο του, ανά κανάλι, τότε μπορούμε χοντρικά να θεωρούμε πως απορροφά 30% περισσότερη από αυτήν την ισχύ, ανά κανάλι, ενώ τελικά από την μπαταρία ζητούμε να αποδοθεί, λόγω των απωλειών του καλωδίου, επιπλέον 30% της συνολικής ισχύος, που απαιτεί ο ενισχυτής

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Ας δούμε, όμως, καλύτερα ένα απλό αριθμητικό παράδειγμα για να γίνει απόλυτα κατανοητό το τι εννοούμε.

Έστω πως ο ενισχυτής μας έχει ελάχιστο επιτρεπόμενο φορτίο της τάξης του 1Ω (δηλαδή η μικρότερη αντίσταση που μπορούν να έχουν τα ηχεία που θα συνδεθούν ανά κανάλι του ενισχυτή είναι το 1Ω) και ο κατασκευαστής μάς ενημερώνει πως αποδίδει 200W ανά κανάλι υπό αυτές τις συνθήκες φόρου.
Έστω επίσης πως ο ενισχυτής μας διαθέτει δυο κανάλια.

Η ισχύς, λοιπόν, που απαιτεί για τροφοδοσία ο ενισχυτής μας ανά κανάλι θα είναι 200W + 30% = 260W και συνεπώς η συνολική απαιτούμενη ισχύς τροφοδοσίας θα είναι 2x260W = 520W και για τα δυο κανάλια.
Με δεδομένο, ότι και το καλώδιο θα παρουσιάζει απώλειες περίπου 30%, για να «φτάσουν» τα 520W στον ενισχυτή, από την μπαταρία, μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα που θα δώσει η μπαταρία και συνεπώς θα περάσει από μέσα από το καλώδιο τροφοδοσίας, από τον απλό τύπο
P = V *I λυμένο ως προς I, δηλαδή Ι = P/V.

Επιστρέφοντας στο παράδειγμά μας, όπου P=676W και V=12Volt (η ελάχιστη τάση που δίνει η μπαταρία), τότε βρίσκουμε I=56,33A (!), ένα διόλου ευκαταφρόνητο ποσό ρεύματος.
Αν ο ενισχυτής μας είχε τέσσερα κανάλια με τα χαρακτηριστικά που αναφέραμε, το ρεύμα που θα απαιτείτο θα ήταν ούτε λίγο ούτε πολύ 112,66 Α, ενώ αν είχαμε και έναν επιπλέον ενισχυτή για υπογούφερ, που να αποδίδει 150W στο ελάχιστο φορτίο του, τότε το ρεύμα που αυτός, από μόνος του, θα απαιτούσε θα ήταν 20Α, δηλαδή στο σύνολο τα καλώδια που θα έρχονταν από την μπαταρία, αν ήταν κοινά και για τους δυο ενισχυτές, θα έπρεπε να αντέχουν 132,7Α.

Η τιμή ρεύματος αυτή δεν είναι καθόλου εξωπραγματική, καθώς πολλά είναι τα αυτοκίνητα που φέρουν τέτοια ηχοσυστήματα.

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Στο πινακάκι , δίνονται οι διατομές καλωδίων (μετρημένες σε Gauge) που είναι κατάλληλες για διάφορους συνδυασμούς ρεύματος και μηκών καλωδίων.
Με βάση, τους πιο πάνω υπολογισμούς και το πινακάκι, είναι δυνατόν κάποιος να υπολογίσει εύκολα μόνος του τι καλώδιο τροφοδοσίας είναι κατάλληλο για την περίπτωσή του.
Βέβαια, καλό είναι αν χρησιμοποιούνται καλώδια ισχύος καλής ποιότητας, έτσι ώστε και το μονωτικό περίβλημα του καλωδίου να είναι αρκετά ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες.
Από την άλλη μεριά καλύτερο καλώδιο σημαίνει μικρότερες απώλειες σ' αυτό και τελικά λιγότερες απαιτήσεις από την μπαταρία.

Ρεύμα Α | μέχρι και 1,5m | μέχρι και 3,5m | μέχρι και 5m | περισσότερο από 5m

0-60A | 8 gauge | 6 gauge | 4 gauge | 4 gauge

60-90A |6 gauge | 4 gauge | 4 gauge | 2 gauge

90-120A | 4 gauge | 4 gauge | 2 gauge | 0 gauge

120-150A | 2 gauge | 2 gauge | 0 gauge | 0 gauge

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Μετά από όλα αυτά και τις εξωφρενικές τιμές ρευμάτων, που είδαμε ότι είναι δυνατό να ζητάμε από την μπαταρία του αυτοκινήτου μας είναι φανερό ότι ούτε μια απλή μπαταρία αυτοκινήτου πρόκειται να «τα βγάλει πέρα», ούτε οι συνδέσεις είναι μια υπόθεση που πρέπει να αντιμετωπιστεί επιπόλαια. Κανείς άλλωστε δεν θα ήθελε να τον «χτυπήσουν» κοντά 150Α, ούτε για τον ενισχυτή ή κάποια άλλη συσκευή του δεν θα το ευχόταν κανείς!

Έτσι, σε σχέση με την εγκατάσταση, πριν αυτή γίνει, θα πρέπει να εξασφαλίσουμε ότι έχουμε αρκετό ελεύθερο χώρο, ώστε να μπορούμε να εργαζόμαστε με άνεση. Το σημείο αυτό είναι σημαντικό, γιατί η εγκατάσταση συνήθως παίρνει περισσότερη ώρα απ’ ό,τι αρχικά υπολογίζουμε και το αν εκνευριστούμε επειδή δεν έχουμε άνεση κινήσεων είναι μια σίγουρη μέθοδος για να κάνουμε λάθος και να κινδυνεύσουμε μελλοντικά.

Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να ξεκινήσουμε την εγκατάσταση χωρίς να διαβάσουμε προσεκτικά όλες τις προειδοποιητικές επιγραφές, που υπάρχουν πάνω στα εγχειρίδια χρήσης και τις συσκευές που πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε.

Αποσυνδέουμε την μπαταρία του αυτοκινήτου από το ηλεκτρικό κύκλωμα πριν προβούμε σε οποιαδήποτε σύνδεση και προσέχουμε να εντοπίσουμε από ποια σημεία περνούν σωλήνες τροφοδοσίας καυσίμων, σωλήνες του υδραυλικού συστήματος και άλλα καλώδια, ώστε να μην τρυπήσουμε – κόψουμε κάτι κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης. Οι ασφάλειες πρέπει να τοποθετούνται κοντά (το πολύ στα 20 cm απόσταση) στις μπαταρίες και σε καμία περίπτωση κοντά στους ενισχυτές ή τα άλλα στοιχεία του συστήματος που τροφοδοτείται. Η τοποθέτηση ασφαλειών είναι σημαντική για την πρόληψη καταστροφών από βραχυκύκλωμα, ενώ η εγκατάστασή τους πρέπει να γίνεται πάντα στο τέλος.

Προκειμένου να αποφεύγεται η εισαγωγή θορύβων στο αναπαραγόμενο μουσικό σήμα, οι πηγές του μουσικού σήματος θα πρέπει να τροφοδοτούνται από καλώδιο διαφορετικό εκείνου που τροφοδοτεί τον ενισχυτή. Προκειμένου τώρα να μπορεί το ηχοσύστημά μας να «ρουφάει» το ρεύμα που χρειάζεται προκειμένου να λειτουργήσει, χωρίς όμως να καθηλώνει τις υπόλοιπες λειτουργίες του αυτοκινήτου που χρειάζονται ρεύμα (π.χ. μίζα, air condition, φώτα, κόρνα κ.α.) επιπλέον μπαταρίες θα πρέπει να συνδεθούν με τη χρήση κατάλληλης συνδεσμολογίας.

Ο απομονωτής είναι απαραίτητος έτσι ώστε το ηχοσύστημα να μην «τραβάει» ρεύμα από την κύρια μπαταρία του αυτοκινήτου. Έτσι ακόμη και αν ο ενισχυτής μας «στραγγίζει» τις βοηθητικές μπαταρίες, το αυτοκίνητο θα συνεχίσει να λειτουργεί κανονικά. Επίσης, η χρήση ενός αυτόματου διακόπτη ανοιχτοκύκλωσης είναι σημαντικότατη, διότι συμβάλλει στην πρόληψη των καλωδίων σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.

Η ονομαστική τιμή ρεύματος που επιτρέπει, θα πρέπει να μην είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική τιμή ρεύματος εξόδου του εναλλάκτη (δυναμό). Το δυναμό από τη μεριά του θα πρέπει να είναι ικανό να παρέχει τόσο ρεύμα όσο χρειάζονται οι «στάνταρ» λειτουργίες τους αυτοκινήτου συν όσο χρειάζεται το ηχοσύστημα.

 

[Giovanni Dimitropoulos]

Είναι δυνατό, λοιπόν, να χρειαζόμαστε και καινούργιο δυναμό προκειμένου να τροφοδοτούμε σωστά το σύστημά μας.

Πρέπει να σημειώσουμε εδώ, ότι η έξοδος του δυναμό είναι ανάλογη της ταχύτητας της μηχανής και αντιστρόφως ανάλογη της θερμοκρασίας που αναπτύσσεται κάτω από το καπό.

Έτσι χαμηλές ταχύτητες ή υψηλές αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες σημαίνουν ότι χρειαζόμαστε δυναμό με μεγαλύτερη ονομαστική τιμή εξόδου.

Τέλος, ο πυκνωτής είναι απαραίτητος γιατί οι τιμές ρεύματος που λαμβάνουμε εμείς υπ’ όψη μας είναι rms τιμές, δηλαδή μέσες τιμές, ενώ είναι γνωστό ότι τα μουσικά θέματα περιλαμβάνουν κορυφώσεις που στιγμιαία απαιτούν πολύ μεγάλες τιμές ρευμάτων. Σε κάτι τέτοιες στιγμές ο πυκνωτής παρέχει το επιπλέον απαιτούμενο ρεύμα και έτσι δεν αλλοιώνεται η αναπαραγόμενη μουσική.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------