¿Por qué se usa el chasis como tierra en los circuitos eléctricos de automóviles?

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La electrónica automotriz generalmente usa el chasis de metal como conector negativo a tierra para los circuitos de CC. Obviamente esto ahorra algo en el cableado. ¿Hay alguna razón eléctrica para este enfoque?

(No estoy preguntando por qué es negativo en lugar de positivo, sino por qué marco de metal en lugar de alambre).

ground wiring automotive babero
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Es una gran masa conductora con probablemente el equivalente de muy baja impedancia ... y sí, se puede usar para ahorrar muchos cables de retorno a tierra
KyranF
Relacionado: Sistema eléctrico automotriz. ¿Cómo funciona todo?
JYelton
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Y algunos autos son terreno positivo. No recuerdo cuál: ¿viejos VW?
Brian Drummond el
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¿Alguna vez ha tenido ese molesto problema de "cable de tierra suelto" antes, en placas de prueba, etc.? ¡Pues no con un coche! ¡Solo atorníllalo allí! Ella estará en lo cierto amigo!
KyranF
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@ KyranF Tengo que estar en desacuerdo, por desgracia. Hay decenas (o más) de terrenos en un automóvil y cuando uno de ellos se suelta puede causar todo tipo de problemas extraños. Debajo del tablero ( muchos cables) y la correa de conexión a tierra que une el bloque del motor al chasis son comunes en los autos más antiguos. Bleh Tanto dolor, y parece suceder con mucha más frecuencia que los problemas con el otro lado.
Spehro Pefhany

Respuestas:

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No hay una razón eléctrica, sino una razón de peso. Al utilizar la estructura metálica existente como tierra, reduce efectivamente la cantidad de cables a la mitad y, por lo tanto, ahorra una gran cantidad de peso. (Por ejemplo, de lo contrario, cada luz trasera tendría que tener dos cables en lugar de uno).

Recuerde también que algunas cargas eléctricas en un automóvil usan mucha corriente. Un motor de arranque, por ejemplo, utiliza muy comúnmente un cable 0 AWG que pesa aproximadamente 0,5 kg / m.

Curiosamente, aunque no es su pregunta, la elección de negativo frente a positivo es completamente arbitraria. De hecho, en la década de 1960, Volkswagen utilizó un sistema de "tierra positiva" de 6V para el Beetle hasta alrededor de 1967 cuando finalmente cambiaron al sistema de tierra negativa de 12V que es estándar hoy en día.

Eduardo
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La protección contra la corrosión galvánica puede tener algún beneficio al usar la tierra como negativa, se producirá corrosión en el cuerpo y no en el cableado cargado positivamente. Además, teniendo el chasis como tierra, casi no hay posibilidad de rebote a tierra o bucles a tierra porque todos los sistemas tienen una conexión a tierra casi única / punto de estrella.
KalleMP
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@KalleMP, creo que tienes la protección contra la corrosión al revés. Tengo toda la corrosión en el terminal positivo de mi batería, no en la carrocería de mi automóvil. También se llama protección catódica. Este fue mi primer éxito, rroc.org.au/wiki/index.php?title=Technical:Polarity
George Herold
@KalleMP, pero un chasis positivo proporciona la misma conexión común de baja impedancia, entonces ¿no tiene la misma falta de bucles de "tierra" que un chasis negativo? No veo cómo la polaridad afecta a los bucles de tierra.
cristoper
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@cristoper Muy bien, la parte básica es irrelevante para los problemas del bucle básico, es la parte común que ayuda con esa parte. Una conexión a tierra positiva proporcionaría los mismos beneficios, ya que todos los accesorios también eran positivos y podían conectar fácilmente su carcasa.
KalleMP
@GeorgeHerold De hecho, es posible que haya corroído la cuestión de la corrosión, pero aún puede estar relacionado con las razones para la elección de Tierra Negativa. Dondequiera que ocurriera la corrosión, se podría haber decidido que con una conexión a tierra positiva estaba en el lugar equivocado. Vea también la respuesta que hice a continuación para obtener enlaces para elaborar sobre la confusión
KalleMP
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Cuantos más cables use, más cables tendrá que pueden fallar. Cuantos más cables tenga que puedan fallar, más probable es que algo deje de funcionar. Realmente no hay forma (hasta donde yo sé) de que el chasis falle electrónicamente, lo que tampoco hará que las cosas dejen de funcionar por otras razones más importantes, por lo que al usar el chasis disminuye la cantidad de formas posibles en que su automóvil, o algunos componente del mismo, puede dejar de funcionar.

Saidoro
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Irónicamente, esto surgió porque tuve una falla en la conexión del chasis en el remolque de mi barco. El remolque es de tipo pivotante y solo un perno oxidado conecta la sección delantera con la trasera. El cable de tierra estaba en la parte delantera y las luces en la parte posterior. Cuando se tiraba, ocasionalmente la conexión se perdía cuando las secciones rebotaban y las luces parpadeaban. Desde entonces, conecté un cable a tierra más largo y moví el punto de conexión a la sección posterior del chasis.
babero
Una gran cantidad de problemas molestos y difíciles pueden ocurrir con una correa a tierra faltante o corroída entre el motor y el chasis; todo, desde fallas al azar hasta baterías agotadas o luces traseras parpadeantes.
Edward
El cableado del remolque debe ser un ejemplo de cómo evitar tener cables es un beneficio. Parece que cada primavera descubro que un roedor ha usado la mitad del cableado de mi remolque para un refrigerio.
cuál es el
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Si bien las otras respuestas convincentes son correctas, debería agregar la respuesta realmente obvia, que dado que este es un sitio centrado en la ingeniería, ya debería haber sido mencionada.

COSTO

La industria automotriz es altamente competitiva, con márgenes muy finos y un entorno exigente para operar. Y el cobre es muy costoso.

marcador de posición
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Esto es en respuesta a mi comentario anterior que no cabe en un comentario.

También trata de ofrecer un enlace a una buena redacción sobre la pregunta principal y luego un poco de historia para aclarar el tema negativo frente a positivo que erróneamente pensé que era claro.

En este primer enlace, el autor explica claramente las razones y los beneficios de usar el chasis como un punto de conexión común y también la mejor manera de usarlo y cuándo no. En pocas palabras, el chasis es un buen punto de referencia de voltaje común de baja resistencia. http://www.w8ji.com/negative_lead_to_battery.htm

Muchos sitios parecen indicar que se usó la conexión a tierra positiva para evitar la corrosión de los cables en los días de inulación menos efectiva. http://lajagclub.com/the-argument-for-positive-ground/ http://www.jalopyjournal.com/forum/threads/why-neg-ground-vs-pos-ground.497935/

Wikipedia tiene una pequeña discusión sobre la elección de la polaridad mencionada en una página de discusión, pero la información del lodo del radiador ya no se encuentra en la página de la batería del automóvil, ya que puede no haber sido verificable. https://en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Reference_desk/Archives/Science/2010_October_4#Six_volt_automotive_systems

Muchas referencias más vagas indican que la corrosión fue una preocupación, pero no hubo consenso sobre cuál era realmente peor o si el chasis o el cableado estaban siendo protegidos. http://www.yesterdaystractors.com/cgi-bin/viewit.cgi?bd=nboard&th=848277

El movimiento hacia la estandarización puede haber sido impulsado desde el mercado de accesorios. El uso creciente de componentes semiconductores (reguladores de voltaje) significaba que importaba de qué manera se conectaban las partes. Los automóviles a menudo se convirtieron en tierra negativa para soportar equipos de radio que se hicieron para convenciones de diseño electrónico. La necesidad de elegir un estándar 'cualquier estándar' para automóviles puede haber sido ajeno a los deseos de las necesidades de electricidad del automóvil y haber sido impulsado por la conveniencia comercial. La calidad de la chispa se menciona ocasionalmente, pero la polaridad del chasis no lo habría forzado a ser uno u otro, ya que la bobina podría conectarse según sea necesario.

KalleMP
fuente
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Las primeras radios de automóviles de estado sólido usaban transistores PNP Ge en todas partes porque eso era todo lo que estaba disponible en ese momento. Esto hizo que una tierra positiva fuera más conveniente y pudo haber contribuido a que los automóviles británicos llegaran tarde a tierra negativa.
Autista
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Babero, para responder a su pregunta: Sí, hay una razón eléctrica para usar el chasis del vehículo como tierra. Aquí hay un ejemplo: necesita una toma de corriente (enchufe Anderson, por ejemplo) en la parte trasera de su vehículo para alimentar un dispositivo que consume 50 amperios y la longitud del cable requerida para alcanzar el enchufe es de 7 metros. Ahora, para calcular el tamaño del cable, también debe tomar la longitud del cable de retorno (negativo). Usando los requisitos de ejemplo anteriores con una instalación de cable doble, es decir, los cables positivos y negativos pasan al enchufe desde la batería y se basan en un voltaje de batería de 13.8 y una caída de voltaje de ~ 3%, lo que da un voltaje de trabajo de ~ 13.4 voltios en el enchufe. Tendría que ejecutar 14 metros de cable 4/0 AWG (B&S). Mientras que el uso del chasis del vehículo como tierra solo tendría que ejecutar una longitud de 7 m de 5 AWG (B & S) más una longitud corta desde el terminal negativo del enchufe al chasis, digamos ~ 1 metro, lo que lleva la longitud total a 8 metros de 5 AWG frente a 14 metros de 4/0 AWG, un gran ahorro. Una buena idea es actualizar los cables de tierra de la carrocería y el chasis desde el terminal negativo de la batería, ya que los cables originales están dimensionados para la carga eléctrica estándar del vehículo y pueden no ser lo suficientemente pesados ​​como para manejar una mayor carga en la tierra del chasis.

Nómada gris
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Por supuesto, es un cable de 7 metros de longitud de 5 AWG (B & S) del terminal positivo de la batería
Gray Nomad
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No soy ingeniero eléctrico, pero me parece que si el chasis es una tierra adecuada (ya sea que el lado negativo de la batería esté o no conectado), entonces la explicación habitual de por qué siempre debemos desconectar el terminal NEGATIVO antes de trabajar en nuestro automóvil es falso (ver el enlace a continuación). Mientras el cable positivo esté conectado, corremos el riesgo de cortocircuitar cualquier número de circuitos en el sistema. He quemado suficientes fusibles para aprender por las malas.

Desconectar la fuente de alimentación

Dennis
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No es falso. El problema es que si desconecta el + primero corre el riesgo de conectar el + al chasis mientras realiza la tarea. Desconectarse: primero no sufre ese problema. Del mismo modo, cuando se conectan cables de salto, se conecta + primero, de modo que si se desliza y golpea el chasis no importará porque no hay un circuito completo.
Transistor
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Para tener un nivel de seguridad adicional: si alguna conexión de cable se pierde, cae sobre el chasis y lo pone bajo voltaje, una corriente fluirá a través del cuerpo de alguien que lo toque. Este es un alto riesgo para las personas. Para evitar esto, se pone a tierra.

Spekulatius
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Creo que encontrará que la mayoría del cableado automotriz es de 12 V CC, por lo que un humano puede tocar con bastante seguridad ambos terminales de la batería de un automóvil. La única parte que es de alto voltaje (en un automóvil no eléctrico, no híbrido de todos modos) es el lado secundario del circuito de encendido: los cables de las bujías.
Edward
Es cierto que, en general, preferiría mantenerme seguro y mantenerlo conectado a tierra. Otra razón es que las diferentes fuentes de alimentación podrían excederse en sus capacidades si una corriente fluye de un dispositivo a otro a través del chasis. Esto aumenta el riesgo de fracaso.
spekulatius
Si el chasis estuviera aislado y entrara en contacto con un cable, una persona tendría que ponerse en contacto tanto con el chasis como con una ruta de retorno a la fuente de voltaje para estar sujeta a cualquier corriente.
gbarry