Расчёт сечения кабеля питания для усилителя
Статья для новичков, опытным не будет интересно.
Важный момент при постройке схемы звука выбрать правильное питание усилителя, наиболее популярным сейчас является кабель КГ — цена/качество на уровне, найти его в любом уголке нашей необъятной достаточно просто. А вот с выбором сечения появляются проблемы…Кто-то не задумывается и берет сечение с запасом — «кашу маслом не испортишь», некоторые новички советуют другим новичкам, примерно так: «Бери КГ 25, не меньше» — мне так же предложили, на вопрос почему именно 25 мм2, а не 16 мм2 эти персонажи исчезали или отвечали что в таблицах так указано…
Провод – это, по сути, простой кусок металла, который обладает определенным электрическим сопротивлением. И чем он тоньше, тем его сопротивление выше. Когда через провод течет ток, то на нем возникает некоторое падение напряжения, а значит, ровно на такую же величину просаживается питающее напряжение на клеммах усилителя. Особенно это заметно в моменты, когда он потребляет большой ток (например, когда воспроизводится мощный бас).
Чтобы правильно выбрать сечение проводов для подключения внешних усилителей, придется немного посчитать. Первым делом посмотрите какой ток максимально может потреблять усилитель. Для ориентира можно взять номинал его предохранителя.
Предположим, нам нужно подключить усилитель, который максимально может потреблять ток I = 30 А. Размещать мы его будем в багажнике и для его подключения к аккумулятору нам понадобится кабель длиной 8 метров («+» и «-» от АКБ).
Требование: Потеря напряжения не более 0,5 Вольта при максимальном токе, потребляемым усилителем.
Закон Ома R =U/I ; R — общее сопротивление кабеля, U — напряжение «просадки» в 0,5 В, I — ток в 30А
Отсюда находим общее общее сопротивление кабеля R = 0.5/30 = 0.017 Ом
Поделим общее сопротивление кабеля R на длину L = 8 метров и найдем погонное сопротивление кабеля т.е. сопротивление 1 метра нужного нам кабеля, назовем его R1m =R/8=0.0021 Ом
Путь №1 «Немного» идеальный
R1m = r/S, где r- удельное сопротивление меди = 0,0175, S — сечение кабеля
Отсюда S= r/R1m = 0.0175/0.0021 = 8,33 мм2, ближайшее сечение 10 мм2
Значит сечения 10 мм2 хватит чтобы «просадки» были меньше 0,5В
Путь №2 Более реалистичный
Подбираем нужное сечение согласно ГОСТ 22483-2012 (класс 5)
1,21 Ом/км для 16мм2 т.е. 0,00121 Ом/м 
Залил на Dropbox, проблем со скачиванием не должно быть (179 кб)
www.dropbox.com/s/s2c5o3n…/AutoSound_power.exe?dl=0
Мне кажется, к каждому делу надо подходить рационально. Кабель с большим сечением хуже не сделает, но и не забываем про небесконечный бюджет.
Подбираем провода для подключения музыкальной системы в машине
При замене магнитолы в автомобиле не нужно менять или докупать проводку — штатной вполне достаточно. А при установке дополнительного усилителя мощности или активного сабвуфера потребуется определённый комплект кабелей. Во-первых, потому что бóльшая мощность требует большего сечения кабелей, а во-вторых, потому что кабеля нужно прокладывать в другое место (усилитель обычно устанавливается под сиденьем или в багажнике). В этой статье мы рассмотрим виды кабелей, выясним чем они отличаются и подскажем как подобрать комплект проводки, подходящий для вашей аудиосистемы.
Как и практически в любой другой технической сфере, выбор и покупку автопроводки нужно начинать с небольшой «теории». К автомобильному усилителю должно подходить три вида кабелей:
2) сигнальные межблочники (коаксиальные), их функция передать низковольтный звуковой сигнал с предусилителя (магнитолы) до внешнего усилителя;
3) акустические кабели, проводят усиленный сигнал к динамикам.
Силовые и акустические кабели имеют одинаковое строение, а отличаются только изоляцией и сечением (количеством жил, проводящих ток, или, говоря проще, толщиной кабеля). На их ценообразование влияет несколько факторов. В первую очередь — материал изготовления. В основном в автозвуке используются медные и алюминиевые, а также существуют кабели из серебра и стали. Самые дорогие кабели — серебряные, медные — немного дешевле, кабели из алюминия и стали — наиболее доступные.
Материалы, из которых изготовлены кабели
Серебряные кабели. Многожильный серебряный акустический кабель с высокой степенью очистки 99,99% редко встречается в продаже как и медный посеребрённый (где каждая медная жилка кабеля покрыта слоем серебра). Серебро как проводник имеет лучшую проводимость, но среди любителей качественного звука бытует мнение, что серебряные провода приукрашивают верхний диапазон частот. Для акустики с не очень чувствительной пищалкой использование серебряных кабелей (как акустических, так и межблочных) пойдёт на пользу для компенсации этого недостатка — для выравнивания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). И всё же большинство энтузиастов предпочитают озвучивать свою акустику медными акустическими кабелями, так как они считаются нейтральными с точки зрения звука и являются более дешевыми, чем из серебра.
Медные кабели. Среди медных кабелей лучшими являются решения из бескислородной меди с высокой степенью очистки 99,9999% (OFC). Потому что они имеют низкое сопротивление к протекающему по ним переменному току (в акустических кабелях) и постоянному току (в силовых кабелях). С такими кабелями система будет работать оптимально — звучание будет громким и качественным.
Лужёная медь. Медные кабели могут иметь цвет алюминия, если они лужёные. Лужение кабеля сплавом олова (иногда с добавками серебра), защищает его от контакта с окружающей средой. Кабель, покрытый тонким слоем олова, лучше поддается пайке и не окисляется, что важно для условий использования кабелей в автомобиле (где повышенная влажность, перепады температуры и вибрация). В общем, лужёная медь более долговечна в подобных условиях.
Алюминиевые кабели. Китайские алюминиевые провода привлекают внимание покупателей большим ассортиментом, низкой ценой и яркой изоляцией кабелей. Кроме того, они меньше весят, чем медные. На этом плюсы алюминиевых кабелей заканчиваются. Алюминий имеет в два раза более высокое удельное сопротивление, чем медь. И чтобы обеспечить усилитель достаточным питанием нужно использовать алюминиевые кабели почти в два раза толще медных. Например, для нормального питания автомобильного усилителя (с номинальной мощностью 50 Вт на 4 канала) от АКБ хватит медного силового кабеля с сечением 10 мм², а алюминиевый кабель должен иметь сечение 21 мм².
По сравнению с медными кабелями, алюминиевые значительно быстрее окисляются, и в первую очередь на соединениях. В основном автомобильные соединения (на усилителях, дистрибьюторах, сабвуферах) используются в виде винтовых зажимов, которые не могут долго фиксировать алюминиевый кабель. Ведь алюминий под давлением сплющивается, что приводит к увеличению сопротивления в месте контакта, нагреву и ускоренному окислению кабеля. Вследствие этого, спустя некоторое время аудиосистема играет хуже и тише, а затем и вовсе может перестать работать. Это исправляется в лучшем случае чисткой соединений, а в худшем — заменой кабелей (теперь уже, скорее всего, на медные), так как сгнившие алюминиевые провода стали короче и не достают до соединительных клемм.
Отличить алюминиевые кабели от медных с первого взгляда тяжело, так как продаются в основном провода из омеднённого алюминия. Существует два способа омеднения алюминиевых кабелей, которые имеют одинаковую аббревиатуру ССА. Сopper Coated Aluminium (алюминий, покрытый медью) и Сopper Clad Aluminium (алюминий, плакированный медью). Кабели первого типа содержат 9% меди (очень тонкий поверхностный слой) и 91% алюминия, а более сложная технология плакирования медью позволяет сделать более качественные кабели с содержанием 30% меди и 70% алюминия.
Отличить медный кабель от омеднённого можно на срезе: последний будет внутри серебристого цвета. А содержание меди в кабеле визуально определить тяжело. Стоит учесть цену кабелей — омеднённый кабель плакированным методом будет стоить дороже. Например, кабели c 30% содержанием меди есть у компании Sound Quest, которая является дочерним предприятием американской Stinger. А последняя предлагает владельцам машин акустические и силовые кабели только из бескислородной меди или луженой меди с сплавом серебра с оловом. Китайские производители (Mystery, Kicx, Autofun и др.) предлагают больший ассортимент кабелей с 9% содержанием меди.
Изоляция проводов
Кабели покрывают изоляцией с двумя целями. Первая: не допустить контакт проводника с металлом. Вторая: защита провода от воздействия внешней среды и повышение его прочности. В автомобилях используются провода в силиконовой изоляции. Диапазон температуры долгосрочного использования силикона от −60 °C до 180 °C градусов (а кратковременный — до 220 °C).
Подбор сечения силового кабеля
Сечение кабеля — это его площадь в разрезе без учёта изоляции. В США толщину кабелей маркируют в гейджах (gauge — с англ. размер, калибр) по «перевёрнутой» системе AWG (American Wire Gauge). В ней меньшая цифра означает более толстый кабель. Принятая у нас система обозначения в квадратных миллиметрах (мм²) проще.
В сравнительной таблице сечений указаны соответствующие значения в двух системах. А также номинал предохранителя (находящийся под капотом не далее 40 см от клеммы АКБ), который защищает кабель от перегрева, а не усилитель, как многие ошибочно считают.
| Площадь сечения, кв. мм | Калибр кабеля AWG | Макс. номинал предохранителя, А |
|---|---|---|
| 0,5 | 20 | 5 |
| 0,75 | 18 | 7,5 |
| 1 | 17 | 10 |
| 1,5 | 15 | 15 |
| 2,5 | 13 | 25 |
| 4 | 11 | 30 |
| 6 | 9 | 40 |
| 8 | 8 | 50 |
| 10 | 7 | 60 |
| 16 | 5 | 80 |
| 20 | 4 | 100 |
| 25 | 3 | 125 |
| 30 | 2 | 150 |
| 50 | 0 | 200 |
| 70 | 000 | 250 |
| 95 | 0000 | 300 |
Чтобы подобрать нужный «калибр» силового кабеля для усилителя, нужно сначала вычислить, сколько потребляет это устройство. Для этого складываем номинальную мощность всех его каналов, умножаем ее на два (вычисляя максимальную мощность для усилителей класса АВ, у которых КПД равен примерно 50%) и делим на 13 (усреднённое значение напряжения ботовой сети автомобиля при запущенном двигателе и заглушенном). Например, потребление стандартного 4-канального усилителя с номинальной мощностью 4х50 Вт вычисляем по формуле: 50*4*2/13 = 30. То есть данный усилитель потребляет 30 ампер тока.
Затем определяем расположение усилителя в салоне: если он будет размещен под передними сидениями, то длина силового кабеля будет около 3 м, а если в багажнике – 5 м. Затем, зная длину силового «плюсового» кабеля и потребление усилителя (или усилителей), с помощью таблицы подбираем «калибр» силового кабеля.
| 300-225 А | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 225-150 А | 2 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga |
| 150-125 А | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga | 1 Ga |
| 125-105 А | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 1 Ga | 1 Ga |
| 105-85 А | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga |
| 86-65 А | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga | 2 Ga |
| 65-50 А | 8 Ga | 8 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 2 Ga |
| 50-35 А | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga |
| 35-20 А | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 4 Ga | 4 Ga | 4 Ga |
| 20-1 А | 10 Ga | 10 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga | 8 Ga |
| 0-1,2 м | 1,2-2,1 м | 2,1-3 м | 3-4 м | 4-4,9 м | 4,9-5,8 м | 5,8-6,7 м | 6,7-8,5 м |
Кузов автомобиля является заземлением для «минусового» кабеля питания, поэтому силовой кабель заземления усилителя обычно не более 1 метра, но, несмотря на это, калибр «минусового» кабеля должен соответствовать калибру «плюсового» кабеля, рассчитанного по таблице.
Кабель, отвечающий за включение и выключение усилителя (в разъёме магнитолы он синий) может иметь сечение (0,75-1,5 мм²) так как пропускает малый ток. В некоторых дешёвых межблочных кабелях этот провод идёт в комплекте (соединён с изоляцией), но использовать его не желательно, ведь он очень тонкий (0,25-0,5 мм²) и легко переламывается при прокладке межблочников или при его износе со временем. Так что лучше протянуть этот кабель отдельно, причём вместе с силовыми кабелями, а не звуковыми (сигнальными и акустическими).
Подбор сечения акустического кабеля
Нет точной таблицы для выбора сечения акустического кабеля. Все зависит не только от толщины и длины кабеля, а от гораздо большего количества параметров усилителя, акустики и кабеля. Поэтому в рекомендациях некоторых усилителей мощности приводят приблизительный «калибр» кабеля.
Учтите, что чем толще кабель, тем меньше у него сопротивление к прохождению звукового сигнала (в виде переменного тока). Использованию толстых акустических кабелей в автомобиле может помешать несколько факторов: сложность в их прокладке (например, через дверные переходы), более высокая их стоимость и не очень заметное влияние на звучание кабелей с низким сопротивлением.
Самый простой подбор сечения акустического кабеля — надо найти соответствие «калибру» силового кабеля. Если по таблице подбора «калибра» силового кабеля вышло 4 Ga, то акустический должен быть 13 Ga, а если силовой 8 Ga, то акустический — 15 Ga. Это самое распространённое сочетание длины кабеля и мощности усилителя. Если у вас по таблице получился «калибр» силового кабеля 2 Ga, тогда акустический кабель желательно использовать 11 Ga. А силового кабеля 10 Ga может оказаться достаточно, только при расположении маломощного усилителя под торпедой, но такой вариант установки усилителя является большой редкостью.
Межблочные (сигнальные) кабели
Кабели, соединяющие магнитолу и усилитель, называют межблочными (потому что они находятся между двумя блоками). Эти кабели должны передавать низкоуровневый звуковой сигнал с минимальными потерями. На их ценообразование влияет качество изготовления, защищённость от помех и точность передачи музыкального материала.
Межблочные кабели обычно имеют конструкцию — коаксиальная или витая пара. Чаще используются коаксиальные кабели, где центральная жила находится точно по центру одного или нескольких экранов. Как в антенном телевизионном кабеле. Межблочные кабели чувствительны к электромагнитным наводкам, создаваемых силовыми проводами, поэтому их экранируют.
В межблочном кабеле сигнал передаётся по двум контактам, где «плюс» — это центральная жила, а «минусом» (обычно в недорогих кабелях) служит сам экран кабеля. Но «минус» также передаёт звуковой сигнал, поэтому использование в его качестве экрана снижает стоимость кабеля, но негативно влияет на точность передачи аудиосигнала.
 |
| Кабели Tchernov Audio — качественные решения для систем высокого уровня |
В более дорогих версиях кабелей, которые называют псевдобалансными, используется дополнительный внешний экран, который соединён с «минусом» только со стороны источника. На балансных кабелях обычно указана направленность их подключения к усилителю в виде стрелочек. Но практика показывает, что заземлять экран не всегда нужно со стороны источника (магнитолы). Порой заземление со стороны усилителя позволяет убрать наводки двигателя эффективнее, а иногда наружный экран и вовсе должен как бы висеть в воздухе и не касаться «минуса» с двух сторон.
Ещё одним способом защиты межблочных кабелей от электромагнитных наводок является скручивание двух жил кабеля (витая пара). Такой вид защиты от наводок использует компания Stinger почти для всей линейки своих межблочных кабелей. Конструкция в виде витой пары применяется и для акустических проводов, но редко. Так как по акустическому кабелю идет высокий уровень сигнала (10-20 вольт), и пойманные наводки от работающего двигателя слишком малы по уровню, чтобы водитель и пассажиры их услышали. А для межблочников, пропускающих низкоуровневый сигнал (2-4 вольта), такие наводки могут ухудшить звучание.
Учтите несколько нюансов о разъемах. Первый: для автомобильных усилителей иногда актуальны короткие RCA-коннекторы из-за близкого расположения усилителей или других поверхностей салона. Второй: позолоченное или хромированное покрытие RCA коннекторов в идеале должно соответствовать покрытию гнёзд, куда подключаются RCA-коннекторы. То есть хромированный RCA-коннектор будет иметь наименьшее сопротивление в хромированном гнезде, чем в позолоченном. Третий: расщеплённый центральный контакт RCA-коннектора обеспечивает более плотное соединение. Четвёртый: цанговая конструкция (где лепестки «тюльпана» сжимаются при закручивании наружного корпуса RCA-коннектора) надёжно фиксирует RCA-коннектор в гнезде линейного выходавхода.
Итак, при выборе межблочного автомобильного кабеля играет роль:
1) помехозащищенность (один или несколько экранов, а лучше витая пара в нескольких экранах);
2) материал сигнальных проводников (серебро, медь, алюминий, сталь). Данную информацию можно иногда узнать из технических характеристик, указываемых производителями. Это особенно актуально для неразборных моделей с RCA-коннекторами;
3) качество RCA-коннекторов («тюльпанов») и качество соединения (пайка) кабеля с коннекторами.
Разделение межблочных кабелей на ценовые категории
Слабое место всех бюджетных межблочных кабелей — это некачественное соединение кабеля с RCA-коннекторами, которые легко отламываются в процессе использования. Поэтому такие кабеля можно назвать одноразовыми. Модели средней ценовой категории имеют надёжные RCA-коннекторы, достойную помехозащищённость и удовлетворительную передачу аудиосигнала. Топовые модели кабелей могут иметь четыре уровня защиты от помех. У них жилы из серебра или посеребрённой меди, передающие звук без потерь, и RCA-коннекторы, которые очень надёжно фиксируются в разъемах.
Подбор сечения силового кабеля в аудиосистеме автомобиля.
Работу электрической схемы постоянного тока можно легко объяснить, применяя аналогию движения электронов по проводнику движению воды по трубопроводу. Электрическая цепь ведет себя аналогично гидравлической системе подачи воды под
давлением. Электрический провод, по которому движутся электроны — это труба, по которой течет вода. Аккумуляторная батарея аналогична водонапорной башне (или насосу), которая создает давление в системе. Разность давления воды между начальной
точкой трубы, где установлен насос и ее конечной точкой заставляет течь воду по трубопроводу. Точно так же, разность потенциалов (напряжение) на концах проводника обеспечивает движение электронов по проводу. Количество воды, протекающее за
определенный промежуток времени через сечение трубы называют расходом воды в трубе (литр/сек). Аналогично расходу воды, сила тока в проводнике определяется как количество электрического заряда, переносимого за определенный промежуток времени
через сечение провода. Если сила тока со временем не меняется, то такой ток называют постоянным. Прение, возникающее в процессе движения электронов о кристаллическую решетку проводника принято называть сопротивлением проводника. Сопротивление
измеряется в Омах. По закону Ома для участка цепи сопротивление равно отношению напряжения к силе тока.
1 Ом = 1 Вольт /1 Ампер
Сопротивление проводника вызывает его нагрев. Поэтому правильный выбор сечения кабеля является очень важной задачей. Чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление, и тем больший ток он сможет пропустить. Следует помнить,
что с увеличением длины проводника сопротивление растет.
Автомобильные аудиосистемы потребляют большой ток, особенно если устанавливается несколько усилителей мощности. Напряжение в энергосистеме автомобиля постоянно и равно 12В, поэтому для обеспечения высокой мощности аудиосистема вынуждена потреблять большое количество тока. Усилитель является самым энергопотребляющим компонентом в звуковых системах. Поэтому для расчета
сечения силового кабеля нам прежде всего необходимо будет определить максимальную мощность усилителя. Для начала надо в спецификации к усилителю прочитать его среднюю мощность при 2 Ом или 4 омной нагрузке. Допустим, что мы имеем четырехканальный усилитель, RMS мощность которого равна 35 Вт на канал. Полная RMS мощность равна произведению количества каналов на мощность одного канала:
35 Вт х 4 = 140 Вт. (средняя мощность)
Зная, что средняя (RMS) мощность соответствует приблизительно 50% эффективности усилителя, то для определения максимальной мощности надо удвоить ее значение:
140 Вт х 2
280 Вт. (максимальная мощность)
Из физики известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение. Следовательно, сила тока равна:
Ампер = Ватт/Вольт.
Напряжение в сети автомобиля известно и равно приблизительно 13В. Значит, ток потребляемый нашим усилителем будет равен:
280 Вт /13 В = 21.53 A
Подобные вычисления следует произвести для каждого усилителя в аудиосистеме. После необходимо определить длину силового кабеля от аккумулятора до распределительного блока, а затем от этого блока до каждого компонента системы. Зная потребляемую силу тока и длину кабеля, обращаемся к специальной таблице подбора сечения и длины кабеля и подбираем необходимый калибр кабеля. Данные в таблице учитывают тот факт, что силовой кабель, сечение которого подобрано удовлетворяет не только потреблению тока усилителем, но и рассчитано на питание остальных компонентов аудиосистемы. Сечение заземляющих кабелей должно быть такое же, как и сечение питающих проводов. Плюсовой провод и заземление желательно тянуть от аккамулятора, если это невозможно по какой-то причине, заземлять ВСЕ компоненты системы нужно в одной точке, дабы исключить разность потенциалов между компонентами.
Расчет номинала предохранителя.
Расстояние от плюсовой клеммы аккумулятора до потребителя в основном превышает 40 сантиметров, поэтому устанавливаем защитный предохранитель, естественно не далее 40 сантиметров от аккумуляторной клеммы, а лучше устанавливать главный предохранитель возможно ближе к плюсовой клемме аккумулятора. Его назначение, защитить питающий кабель от возгорания, например в случае аварии автомобиля (ДТП). Повреждение автомобиля может быть пустяковым, но пережатый питающий кабель приведет к короткому замыканию, возгоранию и уничтожению автомобиля. Номинал главного предохранителя определяется МАКСИМАЛЬНО возможным номиналом предохранителя для данного сечения кабеля. Например для кабеля сечением 2 GA МАКСИМАЛЬНО возможный номинал предохранителя составляет 150 Ампер. А можно поставить предохранитель номиналом, допустим 100 Ампер, 80Ампер или 50 Ампер? Да можно! Можно поставить любой предохранитель, при одном условии, что он НЕ БУДЕТ превышать номинал 150 Ампер (иначе смысл этого предохранителя пропадает). Общий максимальный ток, который может быть потреблен к примеру двумя усилителями (моноблок 80А и двухканальник 30А), составляет 110 Ампер, так что если поставить главный предохранитель номиналом 100 Ампер, существует вероятность того, что он будет перегорать на пиках максимальной громкости. Исходя из вышеизложенного, я рекомендую выбрать предохранитель номиналом 150 Ампер, в случае нештатной ситуации он сработает.