Diagnostyka

W poprzednim artykule omawialiśmy posługiwanie się omomierzem – przyrządem, który sprawdza się w pomiarze oporu różnych elementów. W elektrotechnice mamy do czynienia (według najprostszego podziału) z opornikami, kondensatorami, cewkami i układami scalonymi. Napisano wiele podręczników, w których za pomocą wzorów matematycznych można wyliczyć takie wielkości fizyczne, jak napięcie, prąd, częstotliwość, rezystancję, reaktancję, impedancję i wiele innych. Aby łatwiej było zrozumieć pewne pojęcia osobom, które nie bardzo znają się na elektrotechnice, postaram się wybrane zagadnienia uprościć.

Na początek wyjaśnimy pojęcie związane z oporem, zaczynając nie od oporników, ale od przekaźnika. Jeżeli do przekaźnika przyłożymy napięcie, to zwój cienkich drucików cewki wytworzy pole magnetyczne, które zadziała jak magnes i przyciągnie zworę. A to z kolei spowoduje zamknięcie obwodu elektrycznego i przepływ prądu przez podłączony odbiornik, na przykład żarówkę. Jeżeli omomierzem sprawdzimy opór przekaźnika (który dobrze działa) i będzie miał na przykład 10 Ω, a niedziałający przekaźnik będzie wykazywał 30 Ω, to sytuację mamy jasną. Za duży opór powoduje przepływ mniejszego prądu, mamy więc mniejsze pole magnetyczne i zwora jest za słabo przyciągana, a więc obwód elektryczny odbiornika nie zostanie zamknięty.
Popatrzmy, jak wyglądałby opis takiego zjawiska w podręcznikach. Przede wszystkim cewka ma impedancję składającą się z rezystancji i reaktancji. Rezystancja to czysty opór, natomiast reaktancja jest związana z indukcyjnością cewki. W książkach opisy napięcia i prądu przedstawiono za pomocą liczb zespolonych, w których opór jest częścią rzeczywistą, a reaktancja częścią urojoną. Te wzory na pewno są potrzebne do wyliczeń i zrozumienia zjawisk fizycznych. Jednak mechanik samochodowy niebędący elektrykiem ma trudności z przebrnięciem przez tę teorię, dlatego opisy powinny być jak najprostsze. Tym niemniej powinien mieć trochę ambicji i w wolnym czasie poczytać coś na ten temat.
A teraz przykład z życia wzięty. Samochód wyposażony w centralny zamek ma następujące niedomagania: nie zawsze zamykają się wszystkie drzwi, nie zawsze też się otwierają. Następna uwaga to brak błędów w sterowniku sterującym zamkami, a poza tym nie ma możliwości wykonania testu elementów wykonawczych (poruszania osobno każdymi drzwiami). Pozostaje szukanie usterki „na piechotę”, oczywiście korzystając z własnego doświadczenia, ale także z doświadczenia innych fachowców udzielających się na forach internetowych. Najprostsza metoda praktyczna to odłączanie poszczególnych drzwi, aby wyeliminować te, w których jest uszkodzenie. Zrobiliśmy małe założenie, polegające na tym, że przyjmujemy sprawność sterownika zamka. Akurat w tym przypadku był to moduł wielozadaniowy, tak zwany komputer pokładowy. Sprawdziliśmy też, w jaki sposób podawane jest napięcie do poszczególnych drzwi. Napięcie wychodzi jednocześnie do wszystkich drzwi, tymi samymi przewodami. W drzwiach mamy prosty układ zamków, w których są zastosowane dwa silniczki elektryczne i kilka diod. Otworzyliśmy także sterownik, aby sprawdzić, w jaki sposób wysyłane jest napięcie do zamków drzwiowych. Stwierdziliśmy, że prąd do zamków wychodzi z układu scalonego. Świadczy to o tym, że wielkość prądu może być kontrolowana przez układ scalony, w przeciwieństwie do układów, w których zastosowano przekaźniki.
Zauważmy, że raz używamy pojęcia wychodzącego napięcia, a w innym zdaniu wychodzącego prądu. Oczywiście, że z układu sterującego podawane jest napięcie, które powoduje przepłynięcie prądu. Przyczyną jest napięcie, a prąd to skutek. Po naciśnięciu przycisku pilota zawsze zamykały się jakieś drzwi, przynajmniej dwoje. Dlatego zaczęliśmy od sprawdzenia okablowania, a potem przeszliśmy do odłączenia poszczególnych drzwi. Oczywiście wiązka w klapie bagażnika była uszkodzona, a więc naprawianie tych przewodów. zajęło nam trochę czasu Następnie ustaliliśmy, włączenie których drzwi powoduje usterkę. Po odłączeniu tych feralnych system zamykania działał poprawnie. Wyciągnęliśmy więc zamek, rozebraliśmy go, sprawdziliśmy diody i osobno silniczki elektryczne. Jeden z silników po podłączeniu napięcia bardzo iskrzył, a jego obroty były zbyt wolne. Poza tym podłączony amperomierz wskazywał pobór bardzo dużego prądu, innego niż pozostałe silniczki. Naprawa tego silniczka była bardzo prosta, polegała na oczyszczeniu i wypolerowaniu bardzo drobnym papierem ściernym. Zlikwidowaliśmy iskrzenie i płynięcie za dużego prądu. Po zmontowaniu zamka do drzwi system zaczął pracować normalnie.
Wniosek: do naprawy elementów elektrotechnicznych potrzebna jest pewna teoria, rozumienie fizycznych zasad działania, a także orientowanie się w wielkościach takich parametrów, jak napięcie i prąd. Trzeba też rozumieć, że kontrolowanie przepływającego prądu uniemożliwia przepłynięcie bardzo dużej wartości prądu. Jest on ograniczony i nie pozwala na dalsze działanie układu.
Następny przykład dotyczy kondensatora. Zjawiska występujące w kondensatorze opiszemy w najprostszy sposób, ale włączymy do rozważań wzór matematyczny. Mówiąc o oporze kondensatora, używamy pojęcia reaktancji, która wynosi: 1/ω C. Zastępując omegę 2πf, otrzymujemy wzór: 1/2πf C. Omawiając ten przykład, zamiast o reaktancji będziemy mówili o oporze. Takie małe uproszczenie. Symbol „f” oznacza częstotliwość napięcia, jakie jest doprowadzone do kondensatora, a „C” pojemność. Im większa częstotliwość, tym mniejszą liczbę przedstawia wzór, czyli opór maleje. Dla sygnału o dużej częstotliwości opór prawie nie istnieje. A z kolei dla sygnału stałego, czyli f = 0, mamy nieskończenie wielki opór. Taki prosty wzór, a ułatwia zrozumienie, po co stosowany jest kondensator. Na przykład gdy otwieramy sterownik (dowolny), to prawie przy każdym pinie mamy małe kondensatory przeciwzakłóceniowe, połączone z masą. Oznacza to, że jak pojawi się zakłócenie o wysokiej częstotliwości, to trafi na kondensator, który nie będzie stanowił dla niego żadnego oporu i napięcie zakłócające spłynie do masy. Natomiast sygnały o niskiej częstotliwości i o stałej wartości napięcia nie przepłyną do masy przez kondensator. Dopłyną więc do układów scalonych, badających dane przebiegi. Jest to proste i łatwe do zrozumienia, gdy zna się wzór na opór kondensatora.
Proponuję osobom chcącym osiągnąć biegłość w elektrotechnice wykonywać jak najwięcej pomiarów. O ile jest to możliwe, badać napięcia, przepływające prądy, mierzyć opory, pojemność kondensatorów i wykonywać wiele innych podobnych pomiarów. Zaleca się też prowadzenie własnych notatek, które są niezbędne, aby potem w domu wyprowadzać pewne wzory matematyczne. W kolejnym numerze podzielimy się przykładami prostych badań, które przydadzą się w trudnych przypadkach różnych uszkodzeń elektrotechniki samochodowej.

Stanisław Mikołaj Słupski