Как работает дифференциальный автомат: Устройство и принцип работы дифавтомата | Полезные статьи

Дифавтомат устройство и принцип работы. —  

• Дифавтомат устройство и принцип работы.
• Принцип работы дифавтомата, как работает дифференциальный автомат
• Дифференциальный автомат: назначение, устройство, схема подключения
• Что такое дифавтомат, для чего применяют, схемы, как подключить
• Принцип работы дифференциального автомата, его устройство и составные детали
• Принцип работы дифференциального автоматического выключателя
• конструкция, принцип работы, технические параметры
• Двигатель постоянного тока (DC)
• Трехфазные асинхронные двигатели — Принцип работы
• Что такое емкостный преобразователь? — Определение, принцип, преимущества, недостатки и применение
• Принцип работы двигателя постоянного тока

Дифавтомат устройство и принцип работы.

Приветствую Вас уважаемые гости и постоянные читатели сайта http://elektrik-sam.info!

Начинаем очередную серию публикаций в рамках курса «Автоматические выключатели, УЗО и дифавтоматы — подробное руководство», на этот раз посвященную дифференциальным автоматам.

Автоматический выключатель дифференциального тока или дифавтомат — это устройство, объединяющее в одном корпусе функции автоматического выключателя и УЗО. Т.е. он позволяет защитить контролируемую цепь от токов перегрузки и токов короткого замыкания (функции автоматического выключателя) и от токов утечки (функции УЗО), позволяя защитить человека от возможного поражения электрическим током и предотвратить возможность возгорания в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановки.

Конструктивно дифавтоматы изготавливаются из диэлектрического материала и имеют защелку для установки на DIN-рейку. Установка производится так же, как и установка УЗО.

Для однофазной сети 220В выпускаются

Для трехфазной сети 380В выпускаются четырехполюсные дифавтоматы. К верхним клеммам подключаются три фазных провода и ноль со стороны питания. К нижним клеммам три фазных провода и ноль от нагрузки.

При установке на DIN-рейку четырехполюсные дифавтоматы занимают место больше четырех модулей, в зависимости от марки производителя. Т.е. полюсов для подключения проводов четыре, а занимаемое место в электрощите более четырех модулей, за счет блока дифференциальной защиты.

Применение двухполюсных дифавтоматов, которые при установке занимают два модуля, позволяет сэкономить место в электрощите и упростить монтаж, вместо отдельно установленных автоматического выключателя и УЗО (которые вместе занимают три модуля).

Мы помним из раздела, посвященного устройствам защитного отключения, что УЗО не защищает от сверхтоков и требует установки последовательно с ним автоматического выключателя.

При разветвленной проводке с большим количеством групп, экономия места в электрощите может быть довольно существенной. Однако, зачастую стоимость дифавтомата больше, чем стоимость отдельно установленных автомата и УЗО.

Конструктивно дифавтомат состоит из двух- или четырехполюсного автоматического выключателя и включенного последовательно с ним модуля дифференциальной защиты. Подробно конструкцию и принцип работы автоматических выключателей и УЗО мы рассматривали в предыдущих разделах, ссылки на них внизу этой статьи.

Повторим вкратце основные моменты.

Модуль автоматического выключателя обычно устанавливается в фазные проводники и содержит тепловой расцепитель для защиты от токов перегрузки и электромагнитный расцепитель (катушку соленоида с подвижным сердечником) для защиты от токов короткого замыкания.
Принцип действия такой же, как и у обычного автоматического выключателя.

При возникновении тока перегрузки биметаллическая пластина нагревается проходящим через нее электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, приводит в действие механизм расцепления, размыкая защищаемую цепь.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке соленоида магнитное поле перемещает сердечник, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты.

Для защиты силовых контактов дифавтомата от разрушающего действия электрической дуги, применяется дугогасительная камера.

Модуль дифференциальной защиты представляет собой дифференциальный трансформатор тока, через который проходит фазный и нулевой проводник (первичная обмотка) и обмотка управления (вторичная обмотка). В четырехполюсных дифавтоматах через дифференциальный трансформатор тока проходит три фазных проводника и нулевой.

В обычном режиме работы через фазный провод проходит ток к нагрузке, а через нулевой проводник от нагрузки, т.е. токи равны и направлены встречно. Геометрическая сумма токов равна нулю, наводимые ими магнитные потоки в обмотке трансформатора тока взаимно компенсируют друг друга, и результирующий магнитный поток равен нулю.

При возникновении тока утечки баланс токов нарушается, поскольку в фазном проводе вместе с током нагрузки протекает и ток утечки. Токи в фазном и нулевом проводниках наводят разные по величине магнитные потоки, их баланс нарушается и в тороидальном сердечнике трансформатора тока возникает разностный магнитный поток. Под действием разностного магнитного потока во вторичной обмотке управления возникает ток. Когда величина этого тока превысит пороговое значение, срабатывает механизм расцепления и силовые контакты дифавтомата отключаются от питающей сети.

Как и УЗО, модуль дифференциальной защиты дифавтоматов может быть электромеханическим или электронным. В электронных при возникновении утечки, ток в обмотке управления подается на плату электронного усилителя с катушкой электромагнитного сброса и через механизм расцепителя отключает силовые контакты дифавтомата от питающей сети.

Дифавтоматы с электронным модулем дифференциальной защиты, в отличие от электромеханических, могут потерять работоспособность при обрыве фазного или нулевого проводника со стороны питающей сети (подробно об этом смотрите видео работа УЗО при обрыве нуля), поскольку отсутствует питание, необходимое для работы платы усилителя.

Дифавтоматы некоторых производителей имеют встроенные индикаторы, которые позволяют определить причину срабатывания:

— дифавтомат сработал от перегрузки по току: тепловая защита или электромагнитный расцепитель от токов короткого замыкания;
— или сработал модуль дифференциальной защиты дифавтомата в результате утечка тока.

Если таких индикаторов нет, тогда в случае отключения дифавтомата, неясно что вызывало срабатывание – перегрузка по току, или дифавтомат сработал в результате возникновения тока утечки.

Для проверки исправности модуля дифференциальной защиты на корпусе устройства расположена специальная кнопка «Тест». При нажатии на эту кнопку создается искусственный ток утечки и если дифавтомат отключился, значит он исправен.

Более наглядно принцип работы смотрите в видео Дифавтомат устройство и принцип работы:

Интересные материалы по теме:

Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — руководство.

Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?

Конструкция (устройство) УЗО.

Устройство УЗО и принцип действия.

Принцип работы трехфазного УЗО.

Работа УЗО при обрыве нуля.

Как проверить тип УЗО?

Почему УЗО выбирают на ступень выше?

УЗО основные характеристики. Часть 1.

УЗО основные характеристики. Часть 2.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы.

Принцип работы дифавтомата, как работает дифференциальный автомат

Difference (англ.)- разница. Именно от этого слова произошло название «дифференциальный автомат», в этом случае имеется в виду разница между величинами входных токов в сети. Устройство, которое срабатывает в случае возникновения аварийной ситуации из-за несовпадения силы тока «туда и оттуда» и одновременно отключает фазу и ноль, называется дифференциальным автоматом.

Главным его предназначением и основным принципом работы является единовременное отслеживание возможного короткого замыкания (КЗ) и последующее отключение питания.

1. Контроль значений токов, недопустимость КЗ и обесточивание линии при возникновении нештатной ситуации.
2. Отслеживание превышения максимально допустимых значений напряжения и отключение при возможной перегрузке (исключает возможность перегрева проводов и повреждение изоляции).
3. Проверка наличия токов утечки в связи с повреждением токоведущих или изоляционных составляющих.

Схема дифавтомата

Преимущества

• при условии правильного подключения, одним из главных преимуществ дифавтомата является безопасное для человека подключение к электрической сети;
• комплексное решение правильного совмещения УЗО и номинала по току;
• контроль и защита электрической сети от перепадов напряжения;
• компактное размещение;
• несложное подключение.

Недостатки

1. При отсутствии соответствующих флажков на определенных моделях дифавтоматов, отсутствует возможность определения причины срабатывания устройства, что делает устранение неисправности более сложным процессом.
2. Невозможность менять поломавшиеся составляющие дифференциального автомата по отдельности. К примеру, если выйдет из строя только УЗО или автомат, все равно придется менять все устройство. Таким образом, в случае поломки придется заплатить полную стоимость дифавтомата.
3. Ограниченность выбора. Не всегда нужная модель может оказаться в наличии, поэтому существует вероятность остаться без света на неопределенное время, необходимое для ее доставки.

Оптимальное применение дифавтомата

Для бытового размещения в простой сети с минимальным количеством подключенных электроприборов, рассчитанной на одного потребителя (например, на дачах) наиболее приемлемым вариантом будет установка дифавтомата вместо УЗО. Этим можно существенно улучшить защиту вашей сети от резких скачков напряжения.

Применение дифавтомата будет достаточно эффективным в случае, если сеть периодически подвержена воздействию влаги (баня, подвальные помещения, уличное освещение) и нуждается в мощном потреблении электроэнергии.

Если нет возможности поставить дифавтомат, можно заменить его связкой устройств УЗО+ двухполюсной автомат. По функционалу это практически то же самое, разница лишь в более сложном подключении.

Характеристики и выбор дифавтомата

Выбирая устройство, прежде всего надо определиться с выбором места его установки, и уже после этого подбирать дифференциальный автомат с техническими характеристиками, соответствующими вашим требованиям.

Кроме того, необходимо точно знать напряжение сети, в которой будет устанавливаться устройство. В зависимости от его величины (напряжения), существуют разные типы дифавтоматов. Различить их можно по надписям на корпусе устройства, рядом с отметкой о частоте тока( 50 Гц).

Номинал, равный сечению провода, следит за недопустимостью превышения током нагрузки допустимых показателей, а в случае отклонения от нормы, отключает питание.

Различаются дифавтоматы и по типу электромагнитного расцепителя, в зависимости от величины пускового тока они могут быть разной чувствительности:

B — предназначена для работы с превышениями норм от 3 до 5 раз. Этот вариант наиболее приемлем в случаях минимальной нагрузки на сеть, его часто устанавливают на дачах;

С — максимальная перегрузка колеблется в интервале от 5-10 раз. Оптимальное место установки – жилые квартиры и дома;

D — отключение происходит, если номинал превышен в 10-20 раз. В основном устанавливаются на предприятиях, фабриках или офисных помещениях, требующих больших энергозатрат.

Автоматический дифференциальный выключатель в разрезе

Еще один параметр, на который стоит обратить внимание при выборе такого устройства – это отключающий дифференциальный ток и его класс. Обычно для потребительских сетей используют дифавтоматы с номиналом тока утечки 10 мА (линия с единственным потребителем) или 30 мА (более распространенные устройства, применяемые для нескольких потребителей).

Немаловажной характеристикой защитного устройства является и его класс ограничения силы тока, а также номинальная отключающая способность. В случае резких перепадов напряжения или максимальной сетевой нагрузки, необходимо понимать, насколько быстро отреагирует защитное устройство на нештатную ситуацию. Именно это показывает класс токоограничения дифавтомата, в зависимости от класса (по нарастающей от 1 до 3), устройство отключает электропитание в случае аварии. Предпочтение отдается дифавтоматам 3 класса, как самым быстродействующим. К сожалению, стоимость такого устройства будет гораздо выше подобных дифавтоматов более низкого уровня.

Эксплуатационные условия

Основные модели дифференциальных автоматов довольно чувствительны к погодным условиям и предполагают эксплуатацию при температурах от -7°C до +30°С. В случаях, когда дифференциальный автомат будет расположен на улице, в неотапливаемом здании, а также в помещениях с резкой сменой температур или периодическим посещением, необходимо выбирать модели защитных устройств, устойчивые к минусовым температурам. На внешнем корпусе такого устройства производители ставят специальный значок в форме снежинки, обозначающий, что данный дифавтомат будет корректно работать даже при очень низких температурах (до -30°С). Цена таких устройств тоже будет значительно выше стоимости обыкновенных моделей.

Дифференциальный автомат IEK ВД1-63

Как подключить защитное устройство

В верхней части корпуса дифавтомата находятся юстировочные винты и контактные пластины для подсоединения фазы и нуля, идущих со счетчика. Снизу расположены контакты для подключения самой линии.

Подключить устройство непосредственно в электрическом шкафу тоже довольно просто. Единственный нюанс – по окончании сборки необходимо дополнительно, с максимальным усилием, закрепить контакты. Делается это потому, что обычно применяются медные провода, а, как известно, медь довольно мягкий металл.

Наиболее популярная схема подключения

Схема подключения дифавтомата на входе

Существует несколько способов подключения дифавтомата. Наиболее востребованной стала схема с установкой устройства сразу после счетчика – на входе. Преимущество такого подключения состоит в том, что в случае возникновения аварийной ситуации, отключение электропитания будет произведено по всем потребителям одновременно. Недостаток состоит в том, что из-за полного обесточивания становится довольно сложно определить, где именно случилась поломка. Эта проблема решается установкой после основного дифавтомата отдельных защитных устройств для каждой группы потребителей. В этом случае, существует возможность поочередного включения и определения причины поломки после срабатывания защиты.

Проголосовавших: 3 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Дифференциальный автомат: назначение, устройство, схема подключения

Дифференциальный автомат – уникальный аппарат, сочетающий в едином корпусе функции сразу двух защитных устройств – это одновременно УЗО и автоматический выключатель. Профессионалы рекомендуют использовать дифференциальные автоматические выключатели в обязательном порядке при устройстве или реконструкции проводки.

Каково назначение дифференциальных автоматов, по каким параметрам выбирается и какова его схема подключения – ответы на эти вопросы постараемся дать ниже.

Для чего нужны дифференциальные автоматы?

Прямым предназначением дифференциального автомата является защита человека от поражения электрическим током при прямом контакте. Устройство одновременно отслеживает как возникновение короткого замыкания, так и проявление признаков утечки электричества через повреждённые токопроводящие компоненты сети.

Дифференциальный автомат обесточит контролируемую линию при возникновении:

• короткого замыкания;
• перегрева электрической проводки из-за превышения уставки номинального тока дифавтомата;
• утечки на землю больше, чем соответствующая уставка.

Так, простое устройство вполне способно обезопасить квартиру или частный дом, предотвращая возникновение чрезвычайных ситуаций, вызванных проблемами с электричеством.

Преимуществом использования дифференциального автомата является отсутствие необходимости подбора УЗО, ведь он уже содержится в составе компонентов дифференциального автомата. Одно устройство, совмещающее в себе функции двух (УЗО и автоматического выключателя), занимает меньше места в электрическом щитке на размер однополюсного автомат – его ширина 17,5 мм.

Среди недостатков можно выделить вероятность выхода из строя одного из двух компонентов дифавтомата – замена отдельной части невозможна, что вынудит приобрести новый дифференциальный автомат.

Техническое устройство

Конструктивно дифавтоматы выполняются из диэлектрического материала. Задняя часть имеет специальное крепление для установки на DIN-рейку. Внутри они состоят из двухполюсного или четырёх полюсного выключателя и включенного последовательно с ним модуля дифзащиты. Данный модуль представляет собой дифференциальный трансформатор тока, через который проходят ноль и фаза, образуя тем самым первичную обмотку и обмотку управления — вторичную обмотку.

Как работает дифференциальный автомат

В основе принципа работы дифавтомата лежит использование специального трансформатора, функционирование которого строится на изменениях дифференциального тока в проводниках электричества.

При появлении токов утечки баланс нарушается, так как часть тока не возвращается. Фазный и нулевой провода начинают наводить разные магнитные потоки и в сердечнике трансформатора тока возникает дифференциальный магнитный поток. В результате этого в обмотках управления возникает ток и срабатывает расцепитель.

При перегреве в модуле автоматического выключателя срабатывает биметаллическая пластина и размыкает автомат.

Основные параметры

Любой дифференциальный автомат располагает 8-ю клеммами для трёхфазной сети и 4-мя для однофазной. Само устройство является модульным и состоит из:

• Корпуса, изготовленного из негорючего тугоплавкого материала;
• Клемм с маркировкой, предназначенных для подключения проводников;
• Рычага включения-выключения. Количество зависит от модели конкретного устройства;
• Кнопки тестирования, позволяющей вручную проверить работоспособность дифференциального автомата;
• Сигнального огонька, информирующего о выбранном типе срабатывания (утечка или перегрузка).

При выборе дифференциального автомата со всей интересующей информацией можно ознакомиться непосредственно на самом корпусе устройства.

Выбор дифавтомата нужно производить исходя из множества параметров:

1. Номинальный ток – показывает, на какую нагрузку рассчитан дифавтомат. Эти значения стандартизированы и могут принимать следующие значения: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63А.
2. Время-токовая характеристика – значения могут быть равны B, C и D. Для простой сети с маломощным оборудованием (используется редко) подойдёт тип В, в городской квартире – С, на мощных производственных предприятиях – D. Например, при запуске двигателя ток резко возрастает на доли секунд, ведь необходимы определённые усилия для его раскрутки. Данный пусковой ток может в несколько раз превышать номинальный ток. После запуска потребляемый ток становится в несколько раз меньше. Для этого и нужен этот параметр. Характеристика B означает кратковременное превышение такого пускового тока в 3-5 раз, C – 5-10 раз, D – 10-20 раз.
3. Дифференциальный ток утечки – 10 или 30 мА. Первый тип подойдёт для линии с 1-2 потребителями, второй – с несколькими.
4. Класс дифференциальной защиты – определяет, на какие утечки будет реагировать дифавтомат. При выборе устройства для квартиры подойдут классы АС или А.
5. Отключающая способность – значение зависит от номинала автомата и должно быть выше 3 кА для автоматов до 25 А, 6 кА для автоматических выключателей на ток до 63 А и 10 кА для автоматических выключателей на ток до 125 А.
6. Класс токоограничения – показывает, как быстро будет отключена линия при возникновении критических токов. Существует 3 класса дифавтоматов с самого «медленного» — 1 к самому «быстрому» — 3 по срабатыванию соответственно. Чем выше класс, тем выше цена.
7. Условия использования – определяются исходя из потребностей.

Выбор дифавтомата по мощности

Для того чтобы выбрать дифавтомат по мощности необходимо учитывать состояние проводки. При условии, что проводка качественная, надёжная и отвечающая всем требованиям, для расчёта номинала можно применить следующую формулу – I=P/U, где P – это суммарная мощность используемых на линии дифференциального автомата электрических приборов. Выбираем дифавтомат ближайший по номиналу. Ниже приведена таблица зависимости номинала дифавтомата от мощности нагрузки для сети 220 В.

Внимание! Электрические провода должны быть правильно подобраны, исходя из мощности нагрузки.

Все характеристики дифавтоматов указываются непосредственно на самом корпусе устройства, что облегчит подбор подходящего дифференциального автомата и поможет определиться с тем, какой дифавтомат для квартиры подойдёт лучше всего.

На данный момент в продаже имеются дифавтоматы с двумя типами расцепителя:

• Электронный – имеет электронную схему с усилителем сигнала, которая питается от подключённой фазы, что делает устройство уязвимым при отсутствии питания. При пропаже нуля такой он не сработает.
• Электромеханический — не потребует для работы внешних источников питания, что делает его автономным.

Подключение

Подключение дифавтомата – весьма несложный процесс. Верхняя часть дифференциального автомата содержит контактные пластины и зажимные винты, предназначенные для подключения нуля N и фазы L от счётчика. Нижняя часть располагает контактами, к которым и подключается линия с потребителями.

Подключение дифавтомата можно представить следующим образом:

1. Зачистка концов проводников от изоляционного материала примерно на 1 сантиметр.
2. Ослабление зажимного винта на несколько оборотов.
3. Подключение проводника.
4. Затягивание винта.
5. Проверка качества крепления простейшим физическим усилием.

Выбор между конфигурацией УЗО + автомат и обычным дифавтоматом должен обуславливаться наличием места в щитке и ценой самих устройств. В первом варианте сложность монтажа слегка возрастёт.

В случае с однофазной сетью в 220 В, используемой в большинстве квартир и домов, необходимо использовать двухполюсное устройство. Монтаж дифференциального автомата в данном случае можно провести двумя способами:

1. На входе после электросчётчика для всей квартирной проводки. При использовании данной схемы питающие провода подключаются к верхним клеммам. К нижним же подаётся нагрузка от различных электрических групп, разделённых автоматическими выключателями. Существенным минусом данного варианта является сложность поиска причины выхода из строя в случае срабатывания автоматики и полное отключение всех групп при неполадках.
2. На каждую группу потребителей по отдельности. Этот метод применяют для защиты в помещениях, где отмечается повышенный уровень влажности воздуха – ванные, кухни. Актуален метод и для мест, где электробезопасность должна быть на высшем уровне – например, для детской. Понадобится несколько дифференциальных автоматов – несмотря на большие затраты, данный способ является наиболее надёжным и гарантирующим бесперебойное электроснабжение, а срабатывание любого из дифавтоматов не заставит сработать остальные.

При наличии трёхфазной сети в 380 В нужно применять четырёхполюсный дифавтомат. Вариант используется в новых домах или коттеджах, где устройству необходимо выдерживать высокие нагрузки от электроприборов. Использовать такое подключение дифавтоматов можно и в гаражах в связи с возможным использованием мощного электрооборудования.

Можно сделать вывод, что схема подключения дифференциальных автоматов мало чем отличается от аналогичных схем для УЗО. На выходе устройства должны быть подключены фаза и ноль от защищаемого участка сети. Безопасность именно этой группы и будет контролироваться.

Дифференциальные автоматы успешно применяются и в однофазных, и в трёхфазных сетях переменного тока. Установка такого устройства значительно повышает уровень безопасности при эксплуатации электроприборов. Кроме того, дифференциальный автомат может поспособствовать предотвращению пожара, связанного с возгоранием изоляционного материала.

Что такое дифавтомат, для чего применяют, схемы, как подключить

Из статьи вы узнаете, что такое дифавтомат и для чего применяют, какие бывают, устройство и принцип действия устройства, принципиальная схема, расшифровка обозначений на корпусе, как подключить.

Безопасность – это важно

При проектировании и прокладке низковольтной электрической сети одной из главных задач для специалистов является защита от коротких замыканий и обеспечение максимального уровня безопасности.

Для ее решения применяются специальные устройства, одним из которых является дифференциальный автомат (дифавтомат).

Ниже рассмотрим следующие вопросы:

• Что это за изделие?
• Для чего применяют, и какие виды дифавтоматов бывают?
• Из каких элементов он состоит, и как работает?
• Как расшифровать обозначения и подключить дифавтомат?
• В чем причины срабатывания?

Определение дифавтомата

Дифференциальный автомат — защитное устройство, которое устанавливается в низковольтной сети для обеспечения ее комплексной защиты.

В одном аппарате объединяется две функции — автоматического выключателя (отсечки) и УЗО.

Благодаря расширенным возможностям, изделие пользуется широким спросом в быту и на производстве.

Сфера применения

Дифавтомат применяется для решения следующих задач:

• Защиты определенного участка сети от протекания повышенных токов, возникающих в случае КЗ или перегрузки.
• Предотвращения пожара или попадания людей под действие напряжения из-за появления утечки, возникающей по причине некачественной изоляции проводов или выхода из строя бытовых приборов.

В первом случае дифференциальный автомат работает как автоматический выключатель, а во втором — как УЗО (устройство защитного отключения).

Какие виды бывают?

Дифференциальный автомат — универсальный аппарат, который может с легкостью применяться в одно-, так и трехфазных сетях.

В первом случае используются изделия с двумя полюсами, а во втором — с четырьмя.

Конструктивные особенности, принцип действия и схема дифавтомата

Рассматривая обозначение устройства по ГОСТ, несложно выделить конструктивные элементы защитного аппарата.

К основным стоит отнести:

• Дифференциальный трансформатор;
• Группа расцепителей (тепловой и электромагнитный).

Каждый из элементов выполняет определенные задачи. Рассмотрим их подробнее.

Дифтрансформатор — устройство с несколькими обмотками, число которых напрямую зависит от количества полюсов.

В его задачу входит сравнение нагрузочных токов в каждом из проводников. В случае расхождения показателей появляется ток утечки, который направляется в пусковой орган.

Если параметр выше определенного уровня устройство отключает электрическую цепь посредством разделения силовых контактов дифавтомата.

Для проверки работоспособности предусмотрена специальная кнопка, чаще всего подписываемая, как «TEST». Она подключена через сопротивление, которое подключается двумя способами:

• Параллельно одной из существующих обмоток;
• Отдельной обмоткой на трансформатор.

После срабатывания кнопки пользователь искусственно формирует ток небаланса. Если дифавтомат исправен, он должен отключить цепь. В противном случае делаются выводы о неисправности аппарата.

Следующий элемент дифавтомата — электрический расцепитель. Конструктивно он имеет вид электрического магнита с сердечником.

Назначением элемента является воздействие на отключающий механизм. Срабатывание электромагнита происходит при увеличении нагрузочного тока выше установленного уровня.

Чаще всего это бывает при появлении КЗ в низковольтной сети. Особенность расцепителя заключается в срабатывании без выдержки времени. На отключение питания уходят доли секунды.

В отличие от электромагнитного, тепловой расцепитель защищает не от КЗ в цепи, а от перегрузок. В основе узла лежит биметаллическая пластинка, через которую протекает нагрузочный ток.

Если он выше допустимого значения (номинального тока дифавтомата), происходит постепенная деформация этого элемента. В определенный момент пластина из биметалла постепенно изгибается.

В определенный момент она воздействует на отключающий орган защитного устройства. Задержка времени теплового расцепителя зависит от тока и температуры в месте установки. Как правило, эта зависимость имеет прямо пропорциональный характер.

На кожухе дифавтомата прописывается нижний предел (указывается в мА). Кроме тока утечки, указывается и номинальный ток расцепителя. Более подробно о маркировке аппарата поговорим ниже.

Как расшифровать обозначения на корпусе?

Выше уже отмечалось, что на корпусе дифференциального автомата можно найти всю необходимую информацию.

Изучив основные параметры, легче принимать решение — подходит ли прибор под решения конкретных задач.

К наиболее важным обозначениям стоит отнести:

• АВДТ — аббревиатура, сокращенный вариант полного названия («автоматический выключатель дифференциального тока»).
• С25 — номинальный параметр тока. Здесь C — характеристика зависимости времени и тока, а 25 — предельный ток дифавтомата, превышение которого недопустимо.
• 230 В — номинальное напряжение, при котором допускается применение аппарата (для бытовой сети).
• In 30mA — параметр тока утечки. При достижении 30 мА работает УЗО.
• Специальный знак, который подтверждает наличие функции УЗО и тип АВДТ. По наличию обозначения делается вывод о способности дифференциального автомата реагировать на постоянный или переменный пульсирующий ток.

Также на корпусе защитного изделия нанесена принципиальная схема. Обычному обывателю она может ничего не рассказать, поэтому на нее не обязательно обращать внимание.

Также на внешней части устройства предусмотрена кнопка «ТЕСТ», необходимая для периодического контроля исправности устройства в части УЗО. Об особенностях проверки с помощью этого элемента мы уже говорили выше.

Как подключить устройство?

Перед тем как подключить дифавтомат, стоит разобраться с типом электрической проводки.

Здесь возможны следующие варианты:

• Тип сети — однофазная или трехфазная. В первом случае номинальное напряжение составит 220 Вольт, а во втором — 380.
• Наличие заземления — существуют сети с заземлением или без него.
• Место для монтажа. Чаще всего АВДТ устанавливается в квартире, но возможен монтаж на каждую отдельную группу проводников.

С учетом рассмотренных условий необходимо определиться, как подключать защитный аппарат. Стоит помнить, что дифавтомат может иметь ряд конструктивных отличий.

Рассмотрим основные способы подключения в щитке:

1. Простейший вариант. Популярный способ — установка одного дифференциального автомата, который защищает всю цепочку. При выборе такого варианта желательно покупать дифавтомат с большим номинальным током, чтобы учесть нагрузку всех потребителей в квартире. Главный минус схемы заключается в сложности поиска места повреждения при срабатывании защиты. По сути, проблема может скрываться на любом из участков проводки.В приведенной схеме видно, что «земля» идет отдельно и объединяется с шиной заземления. К ней же подключаются все проводники (PE) от электрических приборов. Ключевое значение имеет подключение «нуля», который выведен из дифавтомата. Его объединение с другими «нулями» электрической сети запрещено. Это объясняется разницей величин токов, проходящих по каждому из нулевых проводников, из-за чего дифференциальный автомат может срабатывать.
2. Надежная защита. Это улучшенный вариант подключения защитного аппарата, благодаря применению которого удается повысить надежность сети и упростить задачу поиска повреждения. Особенность заключается в монтаже отдельного дифавтомата на каждую группу проводов. Следовательно, защитный аппарат будет работать только в той ситуации, когда проблема возникнет на контролируемом участке цепи. Другие участки продолжат работать в обычном режиме. В отличие от прошлой схемы, найти неисправность в случае КЗ, появления утечки или перегрузки в сети много проще. Но имеется и недостаток — большие финансовые затраты, связанные с необходимостью покупки нескольких дифавтоматов.
3. Схема без заземления. Рассмотренные выше варианты подключения дифавтомата подразумевают наличие защитной «земли». Но в некоторых домах или на дачном участке контур заземления отсутствует вовсе. В таких сетях применяется однофазная сеть, где присутствует только фаза и «ноль». В этой ситуации защитный аппарат (АВДП) подключается по другому принципу. Если у вас в низковольтной сети также нет «земли», перед установкой дифавтомата желательно полностью поменять проводку в доме. В противном случае в сети может быть ток утечки, из-за которого будет срабатывать УЗО.
4. Схема для 3-х фазной сети. В случаях, когда требуется монтаж дифференциального аппарата в цепи тремя фазами (например, в современной квартире, в доме или в гараже), требуется соответствующий АВДП. Принципа построения здесь такой же, как и в прошлом случае. Разница в том, что на входе и на выходе нужно подключать четыре жилы.

По каким причинам может сработать дифавтомат?

В процессе эксплуатации защитного устройства важно понимать, в каких случаях оно может сработать.

С учетом этих нюансов стоит принимать решение о причине проблемы (короткое замыкание, ток утечки и прочие).

Рассмотрим каждый из вариантов более подробно:

Срабатывание без нагрузки.

В старых домах с плохой проводкой имеют место серьезные проблемы с изоляцией.

Последняя изношена и высок риск появления токов утечки, величина которых может меняться с учетом многих параметров — наличия рядом животных уровня влажности и так далее.

В такой ситуации АВДП может срабатывать ложно.

Причиной проблемы может быть:

• Поврежденная изоляция;
• Наличие скруток;
• Просчеты в расположении распредкоробок;
• Электрофурнитура.

Для выявления причины требуется ревизия проводки. Начинать необходимо с диагностики места повреждения.

Например, если дифавтомат выбивает при включении лампочки, проблему необходимо искать в осветительной цепи.

Если АВДП срабатывает после подключения какого-то либо устройства в розетку, стоит убедиться, что это устройство исправно.

При замыкании «нуля» и «земли».

Если по какой-либо причине провода N и PE касаются друг друга, высок риск срабатывания дифференциального автомата. Распространенные места замыканий — в распредкоробке или в коробе под розетку.

Читайте по теме — эффективные способы защиты электроприборов с помощью специальных устройств.

Логика срабатывания построена на принципе действия устройства. Если «ноль» и «земля» объединены, ток разделяется между двумя проводниками. Соответственно, в дифтрансформаторе нет равенства токов, и он воспринимает этот факт, как утечку.

С проблемой часто сталкиваются начинающие мастера, которые не имеют должного опыта в вопросе обслуживания дифавтомата.

1. В момент включения нагрузки. Если АВДП работает при подключении нагрузки, проблему необходимо искать в изоляции. Использовать проводку при такой неисправности небезопасно, поэтому рекомендуется вызвать специалиста и разобраться с проблемой. Если же ее игнорировать, высок риск попадания под напряжение кого-либо из членов семьи или возникновения пожара.
2. При скачках напряжения. Логика дифавтомата построена таким образом, что отключение может происходить в случае повышения напряжения. Правда, такой опцией обладают не все устройства, а только имеющие электронную схему. Кроме того, защита может работать при КЗ внутри потребителя, ведь дифавтомат умеет отключаться при таком виде аварии.

Читайте по теме — как действует электрический ток на организм человека.

Итоги

Дифференциальный автомат — полезное устройство, способное защитить от КЗ и токов утечки в низковольтной сети.

Для его правильного применения важно знать правила подключения и эксплуатации, а также особенности диагностики неисправности в случае срабатывания аппарата. Полезно почитать — как выполнять монтаж электропроводки в деревянном доме.

Принцип работы дифференциального автомата, его устройство и составные детали

Дифференциальный автомат является совокупностью двух приборов совмещенных в одном корпусе. Первый – это автоматический выключатель, защищающий от токов короткого замыкания и перегрузок. Второй – устройство защитного отключения (УЗО), предохраняющее от поражения человека электротоком и от пожара из-за повреждения изоляции проводников. Принцип работы дифавтомата основывается на тех же методах и способах защиты, которые используются в автоматических выключателях и УЗО.

Составные части дифавтомата

Дифференциальные автоматы производятся двух или четырехполюсными. Двухполюсные устройства работают в однофазной электросети, четырехполюсные – в трехфазных сетях.

Стандартизация и унификация привела к тому, что практически все дифференциальные автоматы выпускаются в виде модулей определенных размеров с креплением, рассчитанным для монтажа на DIN-рейку.

Двухполюсный автоматический выключатель дифференциального тока представляет собой прибор состоящий из:

• устройства включения и отключения электрического тока;
• контактной группы;
• дугогасящей камеры;
• токовых расцепителей.

Четырехполюсные дифавтоматы имеют такое же устройство, как и двухполюсные, только контролируют три фазы вместо одной. При срабатывании токовых расцепителей в любой фазе отключаются все три.

Группа включения-выключения

Устройство включения/отключения представляет собой систему рычагов и пружин, которая обеспечивает быстрое срабатывание (замыкание/размыкание контактов) независимо от скорости перевода рычага автомата в ручном режиме в положение включено/выключено.

При срабатывании расцепителей оно также быстро размыкает контакты. Это необходимо для того, чтобы избежать образования дуги и преждевременного выгорания контактов. Конструкция устройства такова, что при любом состоянии дифференциального автомата, переключение происходит за счет энергии заранее взведенной пружины.

Контакты и дугогасящая камера

Контактная группа представляет собой систему подвижных и неподвижных контактов, которые соединены с выходными клеммами дифференциального автомата.

Для увеличения износостойкости и уменьшения переходного сопротивления контактов, некоторые производители покрывают их металлокерамикой. В качестве металла используется серебро, как имеющее наименьшее удельное сопротивление. Для более надежного контакта, они подпружиниваются.

Дугогасящая Камера изготавливается из фибры. Внутри находятся металлические пластины, которые рассекают дугу, распределяют в пространстве, уменьшая тем самым ее мощность.

Фибра при нагревании мгновенно выделяет газы, которые вызывают гашение дуги. Во избежания разрыва корпуса от избыточного давления, возникающего при гашении электрической дуги, в нем предусмотрены отверстия. Корпус изготавливается из негорючего пластика.

Токовые расцепители

В дифференциальном автомате имеется три токовых расцепителя, действующих от превышения каких-либо значений тока, и механический, который осуществляет включение/отключение автомата за счет давления на внешний рычаг. Действие дифавтомата как раз и основывается на работе этих расцепителей.

Электромагнитный

Электромагнитный расцепитель по сути является соленоидом. Принцип действия заключается в следующем. Когда проходящий через катушку ток превышает определенное пороговое значение, магнитный сердечник втягивается, давит на рычаг, тот освобождает пружину, которая мгновенно разъединяет контакты.

Это пороговое значение называется током отсечки. Такой тип защиты мгновенного действия используется для предохранения от короткого замыкания.

По превышению отсечки в сравнении с номинальным током, дифференциальные автоматы делятся на несколько классов. Наиболее распространенные: В (3-5 кратное превышение от номинала), С (в 5-10 раз), D (в 10-20 раз больше номинала).

Тепловой

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, обвитую изолированным проводом. При длительном превышении номинального тока провода греются, нагревают пластину.

При достижении определенной температуры пластина изгибается и давит на рычаг, который освобождает предохранительную планку. Та в свою очередь позволяет пружине разомкнуть контакты. Здесь проявляется тепловое действие тока.

Расцепитель настроен таким образом, что начинает срабатывать при превышении номинала в 1,2 раза. При таком превышении он может сработать, примерно, через час.

Если превышение больше, то срабатывание происходит значительно быстрее. Такая защита не позволяет отключаться автомату при запуске электродвигателя, когда кратковременные пусковые токи в несколько раз превышают номинальный. Ее еще называют защитой от перегрузок.

Дифференциальный

Расцепитель дифференциального типа срабатывает при различии тока, проходящего через нулевой и фазовый проводники свыше определенного значения, называемого током уставки или отключения.

Он состоит из измерительной части (трансформатора тока) и исполнительной (поляризационного реле).

Первичной обмоткой является фазовый и нулевой проводники, проходящие сквозь кольцо магнитопровода. Для увеличения индукции первичную обмотку делают многовитковую.

Выводы вторичной обмотки подсоединяются к управляющим контактам поляризованного реле. При наведении в ней электродвижущей силы, реле размыкает контакты дифференциального автомата.

При отсутствии токов утечки суммарное поле будет равно нулю, и во вторичной обмотке ток не наведется. Если нарушается изоляция проводников или человек случайно касается оголенного провода находящегося под напряжением, возникает разность токов в фазном и нулевом проводниках.

Это приводит к наведению ЭДС во вторичной обмотке, которая посредством поляризованного реле размыкает контакты дифференциального автомата.

Для защиты человека от электротока применяется уставка 10 мА или 30 мА. Для предотвращения пожара от повреждения изоляции уставка обычно составляет 100 мА или 300 мА.

В дифавтомате все расцепители действуют на один и тот же рычаг сложной формы, только точки приложения разные. Рычаг освобождает планку, удерживающую размыкающую пружину.

Проверка работы

Чтобы проверить, как работает система защиты от токов утечки, в дифференциальных автоматах устанавливают резистор и последовательно с ним кнопку «тест». Эта цепочка включается в обход трансформатора тока. Один конец подсоединяется к нулевому проводнику перед навивкой на ферромагнитное кольцо.

Второй подключается к фазе на выходе из магнитопровода трансформатора. При нажатии кнопки ток начинает течь через сопротивление, минуя трансформатор.

Таким способом моделируется утечка в линии. Если прибор исправен, то он должен отключиться.

Для правильного функционирования дифференциальные автоматы необходимо применять в линиях с глухо заземленной нейтралью. Корпуса оборудования и устройств, находящихся под защитой дифференциального автомата должны быть надежно заземлены.

Принцип работы дифференциального автоматического выключателя

Алгоритм действия дифференциальных выключателей строится на обеспечении надёжной защиты от возможных токов утечки. Например, в случаях косвенного касания с токопроводящими элементами или в моменты замыкания токоведущих частей на корпус. К выбору защитного устройства следует отнестись ответственно. Согласны?

Мы расскажем, как грамотно подобрать дифференциальный автоматический выключатель, наделенный расширенным защитным функционалом. В представленной нами статье детально описаны разновидности устройства, способного предотвратить массу угрожающих ситуаций. Даны ценные рекомендации будущим покупателям.

Содержание статьи:

Работа устройства дифференциального тока

Рассматривая стандартную конструкцию УЗО (УДТ), следует особо выделить три главных модуля:

1. Трансформатор тока суммирующий.
2. Расцепитель-преобразователь.
3. Устройство блокировки коммутирующих элементов.

Токоведущие проводники текущей схемы подключаются на контакты суммирующего трансформатора. Учитывая закон Ома, согласно которому сумма всех токов даёт нуль, магнитное действие токоведущих проводников трансформатора взаимно компенсируется.

Магнитного поля, вызывающего за счёт эффекта индукции появление напряжения вторичной обмотки трансформатора, не образуется. Такое состояние соответствует нормальным условиям прохождения тока в схеме.

Прибор УДТ: 1 – контакты входной цепи; 2 – контакты выходной цепи; 3 – кнопка взвода; 4 – замыкающие контакты; 5 – трансформатор суммирующий; 6 – вторичная обмотка; 7 – устройство слежения; 8 – кнопка «тест»; 9 – тестовый проводник

Однако формирование даже небольшого тока утечки этот баланс нарушает. Область сердечника трансформатора оказывается под действием остаточного магнитного поля. Как результат – вторичная обмотка выдаёт напряжение.

Естественным образом срабатывает расцепитель, преобразующий электрическую величину в механическое действие. Далее срабатывает блокирующее устройство дифференциального тока.

Подобная техника защиты характеризуется как высокоуровневая, потому что разрыв цепи осуществляется независимо от напряжения сети или напряжения вспомогательного источника энергии. Именно такой принцип действия на 100% гарантирует срабатывание защиты в любых обстоятельствах.

Конструкция каждого выключателя дифференциального тока, как правило, оснащается тестовой клавишей. Так называемая «контрольная кнопка» специально выведена на фронтальную панель устройства, чтобы пользователи могли проверять эксплуатационную готовность защитного устройства.

Тестовая кнопка используется с целью проверки работоспособности устройства. Обычное применение кнопки – после первой установки прибора и запуска в работу, а также в рамках технического обслуживания

Если клавишу «Тест» нажать, механизм устройства искусственно формирует ток утечки. В этом случае исправный прибор обязательно срабатывает. Обычно кнопкой «Тест» пользуются сразу после установки автомата в схему, при первом подключении электричества. В последующем тестируют по графику, примерно один раз в квартал.

Виды приборов защитного отключения

Разнообразие автоматических дифференциальных выключателей впечатляет. Благодаря такому разнообразию открываются возможности организации эффективной защиты в проектах любого назначения. Рассмотрим несколько примеров конструктивного исполнения УЗО, чтобы оценить все существующие преимущества.

Устройства стандартного исполнения

Основное назначение стандартных приборов, к примеру, серии F, FH – защита обслуживающего персонала. Прямой/непрямой контакт с элементами оборудования, находящимися под напряжением, риск поражения электротоком – подобные ситуации сводятся к нулю, когда применяются выключатели серии F, FH.

Прибор из серии устройств защитного отключения известной компании ABB, выпускаемый серией F и FH. Изделие из категории экономичных, но вполне эффективных продуктов

Оптимальный выбор для применения в схемах бытовой и коммерческой сферы. Приборы также обеспечивают , если существуют риски возгорания кабелей в условиях долговременного воздействия тока утечки.

Этот вид устройств рассчитан для внедрения в сетях переменного тока при минимальных уровнях высоких гармоник и отсутствии постоянного напряжения. Ток нагрузки 16 – 63А, запас механической цикличности – 20000.

Ещё один пример стандартных селективных устройств – серия DS фирмы ABB. Они разработаны для установки и эксплуатации в схемах однофазных сетей. С ознакомит статья, прочитать которую мы очень советуем.

Назначение автоматических выключателей дифференциального тока серии DS – под организацию защитных схем против перегрузок и КЗ. Модули обеспечивают чёткую работу защитных функций на случайное прикосновение к токоведущим линиям или элементам оборудования.

Устройство селективного действия – продукт производства фирмы ABB. Изделия, подобные серийным модулям DS, показали долговременную безупречную работу на практике и поэтому пользуются спросом

Отличительная черта серийной разработки DS – наличие визуально определяемой индикации, сигнализирующей наличие тока утечки. Это одна из тех конструкций защитного устройства, благодаря которой имеется возможность предупреждать возгорание, сигнализировать о нарушении электрической изоляции. Допустимая нагрузка 6 – 40А. Цикличность – 20000.

«Домашний» дифференциальный выключатель серии АД, БД – продукт немецкой компании «Schneider Electric», был разработан, в первую очередь, для внедрения в состав бытовых электросетей.

Главное предназначение – исключение поражения физического тела электрическим током. Также этот вид защитных устройств вполне эффективно и оперативно защищает электрооборудование, кабели, технику.

Серия приборов специально разработанных для применения в сетях домашнего (квартирного) назначения. Проектировался этот вид дифференциальных выключателей немецким производителем «Schneider Electric»

Чувствительность автомата на предмет прямых (косвенных) контактов с частями электрооборудования под напряжением соответствует нормативу (30 мА). Стандартная чувствительность (100 – 300 мА) обеспечена и на случай определения токовой утечки в результате возгораний. Удачное решение для и служебных помещений.

Дифференциальные автоматы-моноблоки

Комплексно функционируют устройства-моноблоки, и в этом их главное отличие от стандартных разработок. Охватывают весь спектр защитных функций, которыми должны обладать современные приборы защиты. Правда устройства стандартного исполнения также обеспечивают пользователей широкой функциональностью.

Ярким примером автоматических выключателей дифференциального тока, действующих в комплексной функциональности, являются продукты всё той же компании «Schneider Electric». В частности, модели серии «Multi» – выключатели нагрузки селективного и мгновенного действий.

Ещё один вариант эффективных и надёжных устройств, разработанных в рамках проектов под названием «Multi». Приборы обладают широким спектром свойств, обеспечивающих защитные функции

Автоматы, в зависимости от модели, предназначены для установки в составе распределительных сетей административных (хозяйственных) зданий промышленных производств.

Эти УДТ обеспечивают разрыв цепей при токах утечки от 10 до 500 мА. Конструктивная особенность – возможность регулировки на исключение случайных срабатываний (грозовые разряды, пробой через слой пыли и т.п.).

Защитники от импульсных перенапряжений

Пожалуй, отдельным видом приборов следует считать и конструкторские разработки, подобные автоматическим выключателям, исполнение которых предусматривает защиту против импульсных перенапряжений.

Как правило, этот вид устройств наделяется сверхвысоким быстродействием, уровнем чувствительности 10 – 30 мА на случай срабатывания по факту прикосновения к токоведущим поверхностям. Эти же автоматы гарантируют надежную защиту оборудования от сверхтоков.

Устройства, разработанные под использование в цепях, где существует риск возникновения перенапряжений импульсного характера. Отличаются несколько продвинутой функциональностью

Диапазон номинальных токов обычно составляет здесь 6 – 63А при напряжениях 230 – 440 вольт. Коммутационная способность достигает значения 4500А. Конструктивно выпускаются под запитывание через 2 или 4 полюса.

Из той же серии, но несколько модифицированными видятся выключатели с характеристикой «А». Наглядный пример – серия АД12М, где отмечено расширение защитной функциональности. Среди дополнений – функция отключения на случай повышения сетевого напряжения свыше 265 вольт в течение 0,3 секунды.

Следует также отметить, что приборы, наделённые характеристикой «А», имеют существенные отличия от исполнения дифференциальных автоматов с характеристикой «АС». Первый вариант способен реагировать на постоянно-пульсирующий дифференциальный ток и на ток синусоидальной формы.

Мобильные устройства защитного отключения

Промышленность (зарубежная и отечественная) выпускает ещё одну разновидность автоматических дифференциальных выключателей в конструктивном исполнении мобильного типа. То есть речь идёт о переносных устройствах, управляемых дифференциальным током.

Такое исполнение характерно для современных моделей переносного типа. Мобильные защитные устройства дифференциального тока рекомендованы для применения в жилом секторе

Такие мобильные модули выполнены в виде миниатюрного блока, который попросту вставляется в розетку бытового назначения. Между тем, этот вид устройств предназначается под использование внутри помещений, входящих в группу особо опасных (с повышенной опасностью).

Эти приборы нередко устанавливаются как дополнительные модули к уже существующим .

Этот же вид устройств – переносной конфигурации, рекомендуется применять в бытовых условиях для защиты детей и пожилых людей. Как известно, сопротивление тела молодого и старого организмов несколько отличается от той же величины организма человека среднего возраста.

Поэтому переносные УЗО выполнены конструктивно как приборы, имеющие повышенный уровень уставки срабатывания. Это значение настройки обычно не превышает 10 мА для устройств мобильного типа.

Переносные автоматы, к примеру, серии УЗО-ДП, рассматриваются оптимальной защитой для частной городской и загородной недвижимости – коттеджей, дачных построек, гаражей и т.п.

Маркировка УЗО (УДТ) на корпусе приборов

Нужно заметить, что корпусная характеристика (обозначения на корпусе) современных устройств показывает практически полную информацию относительно электромеханических и температурных параметров приборов.

Вся информация о рабочих характеристиках, сфере применения и даже об оптимальном варианте подключения нанесена на корпус защитного устройства в виде четкой, легко читаемой маркировки

По сути, пользователю даже нет необходимости обращаться к сопроводительной документации, так как, зная обозначения, все сведения можно получить прочтением информации с фронтальной части корпуса.

Среди обозначений рекомендуется изучить графику, показывающую характеристику автоматов относительно условий функционирования: «А», «В», «АС», «F», которая определяет чувствительность прибора к переменному и постоянному току разной формы.

Аббревиатурное же обозначение приборов часто отражает их типичную и серийную принадлежность. Например, «АД12М» – автомат дифференциальный, серийный номер – 12, модернизированный. Или так:  «ВД63» – выключатель дифференциальный, 63 серии.

Правда встречаются модели (как правило, импортные), имеющие несколько запутанную аббревиатуру, скажем – Fh400. Здесь: символ F – это серия устройства, H – вариант исполнения корпуса, 200  – серийный номер.

Или ещё пример: прибор, обозначенный аббревиатурой DS. Первый символ понятен без «перевода» – дифференциальный. Второй указывает на принадлежность устройства к разряду селективных устройств.

Вопрос выбора между требует детально изучения. Рекомендуем ознакомиться с материалом, разбирающим их отличия, специфику использования, а также преимущества с недостатками.

Как выбрать устройство дифференциального тока?

Выбирают устройства дифференциального тока аналогично тому, как делают это, к примеру, с автоматическими выключателями.

Выбор УДТ. При той обширной информации, что выводится на фронтальной панели модуля, выбирать приборы можно без затруднений непосредственно на месте приобретения

То есть выбор делается на основании традиционных критериев подбора электрооборудования подобного типа:

1. Цель применения.
2. Соответствие току нагрузки.
3. Критерий чувствительности на срабатывание.
4. Корпусное исполнение.

Для применения в условиях привычного быта обычно выбор приходится на однофазные приборы характеристики «АС» или «А». Для использования на бытовых сетях жилых строений лучше брать устройства чувствительностью 10-30 мА (на прикосновение) и 100 мА (пожарная защита и КЗ). Корпусное исполнение – максимально удобное под монтаж и в плане эксплуатации.

Следует отметить: устройство дифференциального тока монтируется всегда последовательно с автоматическим выключателем. Поэтому токовые характеристики обоих приборов должны совпадать либо номинальный ток УДТ должен быть выше.

Выводы и полезное видео по теме

Еще больше интересной информации об устройстве, видах и принципе работы диффавтоматов можно узнать из следующего видеоролика:

Защитные устройства дифференциального тока фактически являются автоматическими выключателями, дополненными чувствительной системой определения токовой утечки.

Подобными приборами в обязательном порядке необходимо оснащать электросети, исполнение которых сопряжено с риском контакта людей и токоведущих частей оборудования. Схемы современного исполнения по умолчанию предполагают внедрение УДТ.

Хотите рассказать о том, как подбирали дифференциальный выключатель для защиты домашней или дачной сети? Располагаете полезной информацией по теме, которой стоит поделиться с посетителями сайта? Пишите, пожалуйста, комментарии в находящейся ниже блок-форме, размещайте фото и задавайте вопросы.

конструкция, принцип работы, технические параметры

Автоматические выключатели способны обеспечить безопасность проводки, поддерживая условия, влияющие на работоспособность приборов. Однако эти устройства не могут защитить людей и животных от поражения электротоком при случайном касании к токоведущим частям подключённого оборудования. Дифференциальный автомат сочетает в себе функции автоматического выключателя нагрузки и УЗО. Он чувствителен не только к перегрузкам, но и к току утечки, что позволяет применять его для защиты людей от опасного напряжения.

Отключение питания дифавтоматом происходит за доли секунды (менее 0,04 с) после изменения параметров дифференциальных токов. За это время человек, попавший под напряжение, не успевает получить серьёзную травму, находясь под защитой автомата. Так же быстро расцепитель срабатывает при возникновении условий, соответствующих короткому замыканию, либо в результате других аварийных ситуаций, угрожающих разрушением электропроводки.

Назначение

Дифференциальные автоматы разрабатывались с целью комплексной защиты от опасных напряжений:

• человека, случайно коснувшегося оголенного провода или других токоведущих элементов различных электрических приборов;
• электрооборудования и бытовых приборов от перегрузок и сверхтоков, возникающих при КЗ;
• электрической проводки, оказавшейся под перенапряжениями в локальных электрических сетях.

Благодаря компактным габаритам и удобным крепёжным приспособлениям, упрощающим монтаж в электрическом щитке, эти устройства активно применяются в домашних сетях, офисных и производственных помещениях. Современные дифференциальные автоматы обладают функциями защиты, которые есть как у автоматических выключателей, так и в УЗО.

Сегодня всё чаще дифференциальные автоматы устанавливаются для защиты электрооборудования и людей в однофазных сетях (рисунок 1), так и в цепях с трёхфазным питанием. При этом контакты дифавтомата защищены дугогасительными камерами, поэтому способны выдерживать многократные коммутации в диапазоне номинальных напряжений, поддерживаемых в однофазных и трехфазных сетях.

Несмотря на многофункциональность данного электромеханического устройства, его не целесообразно устанавливать в сетях со старой электропроводкой. Дело в том, что в случае утечки электрического тока, имеющей место в цепях с изношенной изоляцией проводов, работа дифференциального автомата, будет сопровождаться частыми защитными отключениями. По той же причине не рекомендуется установка дифавтомата для защиты линий с подключенными компьютерами.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно дифференциальный автомат сочетает в себе два устройства: автоматический выключатель и встроенный узел УЗО. Общий принцип построения дифференциального автомата прекрасно объясняет иллюстрация, показанная на рисунке 2. Обратите внимание на синюю кнопку «Тест». С её помощью в любое время можно проверить работоспособность автомата.

В реальности эти устройства смонтированы в одном корпусе. У них имеется один рычаг управления, а размыкание контактов происходит под действием общего расцепителя. Разумеется, датчик срабатывания дифавтомата состоит из двух независимых механизмов: биметаллических пластин автоматического выключателя и дифференциального устройства УЗО.

Дифавтомат в разрезе показан на рис. 3.

Защита цепей от перегрузок работает довольно просто. При значительном превышении допустимых величин номинальных токов или при длительной перегрузке линии происходит нагревание пластин. Одна из них выгибается, воздействуя на коромысло механизма расцепителя. Под действием пружины происходит резкое срабатывание защиты и контакты размыкаются. Для защиты от сверхтоков, возникающих при КЗ, применяется катушка токовой отсечки.

Рассмотрим более детально принцип работы модуля защиты УЗО. Для этого приведём пример структурной схемы дифференциального автомата (рис. 4).

На схеме видно 2 взаимосвязанных узла: дифференциальный трансформатор (обозначен цифрой 3) и реле напряжения (4). Они образуют модуль дифференциальной защиты. В некоторых конструкциях дополнительно применяются электронные усилители с зависимым или с независимым питанием.

Дифференциальный трансформатор являет собой тороид с обмоткой. Сквозь него проходят силовые проводники (в данном примере их 2 – фаза и ноль). При протекании по ним токов нагрузки, образуются одинаковые по значению, но противоположно направленные магнитные потоки. При таких условиях они не могут наводить напряжения в обмотке трансформатора. Поэтому модуль дифференциальной защиты находится в стабильном равновесии и электричество свободно протекает сквозь замкнутые контакты.

Равновесие системы нарушается при появлении утечки в результате повреждения изоляции, пробивании на корпус и по другим причинам, включая прикосновение человека к токоведущим элементам, например к корпусу прибора, находящемуся под напряжением. В таких случаях возбуждаются обмотки трансформатора, а токи наводки поступают (обычно через усилитель с электронным модулем) на катушку магнитоэлектрического реле. Магнитное поле через якорь воздействует на шток, который запускает механизм расцепителя, в результате чего происходит молниеносное отключение участка защищаемой линии.

Защитный модуль реагирует появление дифференциального тока, а при его обнаружении процесс завершается защитным отключением. Порог срабатывания автомата задают путём регулировки уставок. В зависимости от конкретного предназначения дифавтомата его порог чувствительности может иметь разные значения. В частности, для защиты персонала, селективный дифавтомат должен среагировать при обнаружении дифференциального тока, величина которого не более 30 миллиампер.

Замыкание контактов выполняется внешним усилием на управляющий рычаг.

Обратим ваше внимание на одну важную деталь: трансформаторы тока возбуждаются только при утечке «на землю», например, при наличии защитного заземления. Это значит, что если человек попал под напряжение между проводом фазы и нейтралью (то есть, нет замыкания на землю) то прибор не сработает. Данное обстоятельство следует учитывать при обслуживании линий различных электросетей.

Аналогичная ситуация происходит при обрыве нулевых проводов или в случае отсутствия напряжения питания усилителя. Неисправность можно проверить кнопкой «Тест». Для обеспечения полной безопасности при выполнении ремонтных работ следует отключать дифференциальный автомат вручную, или вводный автомат.

Отличие дифавтомата от УЗО

Всякое устройство, предназначенное для защитного отключения, реагирует только на наличие дифференциальных токов, а дифавтомат отсекает ещё токи перегрузок и сверхтоки при КЗ. В этом главное отличие этих защитных аппаратов.

Визуально дифференциальный автомат от УЗО трудно отличить. У них одинаковые корпуса и даже габариты не слишком отличаются. Но эти устройства можно отличить по другим признакам:

• способу маркировки по номинальному току;
• по изображению электрической схемы на корпусе электроприбора;
• аббревиатурной надписи;
• названию устройства.

Рассмотрите внимательно рис. 5. На изображении видно условные надписи и схемы. По некоторым из них различают указанные приборы.

Расшифровка обозначений на корпусе

Маркировка.

На корпусе устройства указаны параметры по номинальному току. В нашем случае, на рисунке указано «50 А». Такая надпись проставляется на УЗО. В случае с дифавтоматом перед цифрой 50 добавляются большие латинские буквы B, C либо D, характеризующие тип расцепителя. Например, С32 означает что перед нами дифференциальный автомат, рассчитанный на номинальный ток 32 А, со встроенным расцепителем типа C.

Изображение схемы.

Смотрим на рисунок 5, справа. На схеме дифавтомата присутствуют дополнительные элементы: электромагнитный и тепловой расцепители. Этих элементов нет на схеме УЗО.

Аббревиатура.

На нашем рисунке указана серия устройства: ВД1-63. Буквы ВД обозначают выключатель дифференциальный, то есть УЗО. На дифавтомате будет красоваться надпись: «АВДТ», что расшифровывается как автоматический выключатель дифференциального тока.

Название.

Некоторые производители пишут название устройства на корпусе сбоку. Для УЗО – «Выключатель дифференциальный», а для дифавтомата – «Автоматический выключатель дифференциального тока».

Общие обозначения для обоих типов выключателей (см. рис. 5):

• напряжение переменного тока;
• дифференциальный ток;
• условный сверхток КЗ;
• тип УЗО;
• температурный диапазон.

Технические параметры

Приводим основные характеристики двухполюсных дифавтоматов, наиболее часто применяемых для защиты в однофазных сетях.

Таблица 1

Типовые схемы подключения

Выбор схемы подключения дифавтомата зависит от того, какие задачи мы стремимся решить. Условно их можно разделить на два типа:

• схемы для защиты одним автоматом всех электрических групп;
• использование отдельных устройств, для каждой защищаемой группы (рис. 6).

Схема защиты отдельных групп более приемлема, так как при возникновении неполадок в группе, отключается не вся сеть, а лишь проблемные цепи. Такое подключение требует больше устройств АВДТ, но это оправдано.

При подключении дифференциального автомата мы советуем руководствоваться правилами:

1. Дифавтомат всегда устанавливается после вводного автомата и электросчётчика.
2. Нулевой провод на выходе АВДТ нельзя подсоединять к нейтралям других линий.
3. В старых домах с обветшавшей проводкой возможны утечки из-за плохой изоляции. Если защита дифавтоматом всё-таки нужна, то лучше использовать устройства с настройкой по токам утечки на грани 30 мА.

Как выбрать?

ПУЭ рекомендуют устанавливать дифференциальные автоматы в тех сетях, которые имеют защитный нулевой проводник. Для однофазных сетей выбираем двухполюсный автомат, а для трёхфазных – с четырьмя полюсами (других не бывает).

Обращаем внимание на два основных параметра: величину номинального электричества и показатель тока утечки. Важно, чтобы номинальный ток соответствовал расчётным значениям вашей защищаемой электрической группы. Для защиты от поражения электричеством следует выбирать устройства с минимальным показателем по току утечки. Считается, что 30 мА – это верхний предел, который нельзя превышать.

Тип встроенного УЗО учитывают в зависимости от того какие дифференциальные токи могут быть в защищаемых устройствах – синусоидальные (используем класс АС) или постоянные (защитят устройства класса А).

Менее важны параметры питания электронных усилителей, наличие защиты от обрыва нейтрали. Если вам трудно сделать правильный выбор – совет специалиста – лучший способ не ошибиться.

Видео в дополнение темы

https://www.youtube.com/watch?v=mUiaG1YjB0g
https://www.youtube.com/watch?v=1qZIffhCI0E

Список использованной литературы

• Федосеев А. М. «Релейная защита электрических систем» 1976
• Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
• Е.Д. Тельманова «Электрические и электронные аппараты» 2010

Двигатель постоянного тока (DC)

уже много лет используются в промышленности. В сочетании с приводом постоянного тока, двигатели постоянного тока обеспечивают очень точное управление Двигатели постоянного тока могут использоваться с конвейерами, элеваторами, экструдерами, морскими приборами, погрузочно-разгрузочными работами, бумагой, пластмассой, резиной, сталью и текстилем, и это лишь некоторые из них.

• Рама
• Вал
• Подшипники
• Главный.Поле. Обмотки. (Статор)
• Якорь. (Ротор)
• Коммутатор
• Щетка. Узел

Базовая конструкция двигателя постоянного тока показана на Рисунок 1 . Стандартные двигатели постоянного тока доступны в одной из двух основных форм:

• Обмотка , где магнитный поток в двигателе управляется током, протекающим в обмотке возбуждения или обмотки возбуждения, обычно расположенной на статоре.
  .
• Постоянный магнит , где магнитный поток в двигателе создается постоянными магнитами, имеющими изогнутую поверхность для создания постоянного воздушного зазора с обычным якорем, расположенным на роторе.Они обычно используются при мощности примерно до 3 кВт.

Крутящий момент в двигателе постоянного тока создается продуктом магнитного поля , создаваемого обмоткой возбуждения или магнитов, и тока, протекающего в обмотке якоря. Действие механического коммутатора переключает ток якоря с одной обмотки на другую, чтобы поддерживать положение тока относительно поля, тем самым создавая крутящий момент независимо от положения ротора.

Схема двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой ( рис.2 ) показаны якорь M , сопротивление якоря R _a и обмотка возбуждения. Напряжение питания якоря В, _, , обычно подается от управляемой тиристорной системы, а напряжение возбуждения В, , _, — от отдельного мостового выпрямителя.

При вращении якоря электродвижущая сила (ЭДС) E _a индуцируется в цепи якоря и называется задней частью . ЭДС , поскольку она противостоит приложенному напряжению В, _и (согласно закону Ленца).Ea связано со скоростью вращения якоря и потоком основного поля следующим образом:

E _a = k ₁ nφ (1)

, где n — скорость вращения, φ — поток поля и k ₁ — постоянная двигателя. Из Рисунок 1 видно, что напряжение якоря на клеммах В, _и определяется по формуле:

В _a = E _a + I _a R _a (2)

Умножение каждой стороны eqn 2 на I _a дает:

V _a I _a = E _a I _a + I _a ² R _a (3)

(или общая потребляемая мощность = выходная мощность + потери якоря).Взаимодействие потока поля и потока якоря создает крутящий момент якоря, как указано в уравнение 4 .

Крутящий момент M = k ₂ I _f I _a (4)

где k ₂ — постоянная двигателя, а I _f — ток возбуждения. Это подтверждает прямолинейную и линейную характеристику двигателя постоянного тока, и рассмотрение этих простых уравнений покажет его управляемость и внутреннюю стабильность.Характеристика скорости двигателя обычно представлена ​​кривыми зависимости скорости от входного тока или крутящего момента, и ее форма может быть получена из eqns 1 и 2 :

k ₁ nφ = V _a — (I _a R _a ) (5)

Если поток поддерживается постоянным, поддерживая постоянным ток возбуждения в правильно скомпенсированном двигателе, то:

n = k ₂ [V _a — (I _a R _a )] (6)

Из eqns 4 и 6 , следует, что полный контроль над двигателем постоянного тока может быть достигнут посредством управления полем ток и ток якоря.В двигателе с шунтирующей обмоткой постоянного тока, показанном на рис. 2 , эти токи можно регулировать независимо.

Большинство промышленных контроллеров двигателей постоянного тока или приводов питаются напряжением; то есть подается напряжение, и ток регулируется путем измерения тока и регулирования напряжения для получения желаемого тока.

Эта базовая схема показана на Рисунок 3 .

Двигатели постоянного тока существуют и в других форматах. В серийном двигателе постоянного тока, показанном на рис. 4 , обмотки возбуждения и якоря соединены последовательно. В этом случае ток возбуждения и ток якоря равны и показывают характерно разные результаты работы, хотя по-прежнему определяются уравнениями 4 и 6 .

В параллельном двигателе магнитный поток поля φ лишь незначительно зависит от тока якоря, а значение IaRa при полной нагрузке редко превышает 5 процентов от В _a , давая кривую крутящий момент-скорость, обычно показываемую как a в Рисунок 6 , где скорость остается практически постоянной в широком диапазоне крутящего момента нагрузки.

Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой, показанный на Рисунок 5 сочетает в себе как параллельные, так и последовательные характеристики. Форма характеристики момент-скорость определяется значениями сопротивления шунтирующего и последовательного полей.

Характеристика небольшого спада ( кривая b на рисунке 6 ) имеет преимущество во многих приложениях, заключающееся в снижении механических эффектов ударной нагрузки.

Кривая последовательного двигателя постоянного тока ( c на рисунке 6 ) показывает, что начальный магнитный поток увеличивается пропорционально току, спадая из-за магнитного насыщения. Кроме того, в цепь якоря входит сопротивление обмотки возбуждения, и скорость становится примерно обратно пропорциональной току. Если нагрузка падает до низкого значения, скорость резко возрастает, что может быть опасно, поэтому обычно не следует использовать серийный двигатель там, где есть вероятность потери нагрузки.

Но поскольку он обеспечивает высокие значения крутящего момента на низкой скорости и его характеристика — скорость падения с увеличением нагрузки, он полезен в таких приложениях, как тяга и подъем, а также в некоторых смешивающих режимах, где преобладает начальное прилипание.

При управлении полупроводниковым преобразователем с обратной связью по скорости от тахогенератора форма кривой скорость-нагрузка в значительной степени определяется внутри контроллера. Стало стандартом использовать шунтирующий двигатель постоянного тока с преобразователем, даже несмотря на кривую скорость-нагрузка, когда при управлении с разомкнутым контуром часто наблюдается небольшой спад.

Предел мощности-скорости для двигателя постоянного тока составляет приблизительно 3 × 106 кВт об / мин из-за ограничений, накладываемых коммутатором.

Ссылки:

• D.F.Warne — Справочник инженера-энергетика Newnes
• Siemens — Основы двигателей постоянного тока

Трехфазные асинхронные двигатели — Принцип работы

Каков принцип работы трехфазных асинхронных двигателей?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок. A.c. двигатели работают от переменного тока. Электродвигатели подразделяются на синхронные, однофазные, трехфазные, асинхронные и специальные. Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что для них не требуется пусковое устройство.

Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название от того факта, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на выработке среднеквадратичной силы.

Создание вращающегося магнитного поля

Статор асинхронного двигателя состоит из нескольких перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120 °.Когда первичная обмотка или статор подключены к трехфазному источнику переменного тока, он создает вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Направление вращения двигателя зависит от чередования фаз линий питания и порядка, в котором эти линии подключены к статору. Таким образом, изменение мест подключения любых двух первичных клемм к источнику питания изменит направление вращения на противоположное.

Число полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения статора двигателя.Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость — термин, обозначающий скорость, с которой будет вращаться поле, создаваемое первичными токами, — определяется следующим выражением.

Синхронная скорость вращения = (120 * частота питания) / Число полюсов статора

Создание магнитного потока

Вращающееся магнитное поле в статоре — это первая часть работы. Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны пропускать ток.В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает проводящие стержни ротора и индуцирует ЭДС.

Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замкнуты через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочены. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к вращательному движению или крутящему моменту в роторе.

Как следствие, частота вращения ротора не достигает синхронной скорости среднеквадратичного значения в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцированный в роторе, ток не будет протекать, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением.

Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

В результате получается двигатель, который:

• Самозапускающийся
• Взрывозащищенный (из-за отсутствия контактных колец или коллекторов и щеток, которые могут вызывать искры)
• Прочная конструкция
• Недорого
• Легче обслуживать

Что такое емкостный преобразователь? — Определение, принцип, преимущества, недостатки и применение

Определение: Емкостной преобразователь используется для измерения смещения, давления и других физических величин. Это пассивный преобразователь, поэтому для работы ему требуется внешнее питание. Емкостной преобразователь работает по принципу переменной емкости. Емкость емкостного преобразователя изменяется по многим причинам, таким как перекрытие пластин, изменение расстояния между пластинами и диэлектрическая проницаемость.

Емкостной преобразователь содержит две параллельные металлические пластины. Эти пластины разделены диэлектрической средой, которая представляет собой воздух, материал, газ или жидкость. В обычном конденсаторе расстояние между пластинами фиксировано, но в емкостном преобразователе расстояние между ними варьируется.

Емкостной преобразователь использует электрическую величину емкости для преобразования механического движения в электрический сигнал. Входная величина вызывает изменение емкости, которая напрямую измеряется емкостным преобразователем.

Конденсаторы измеряют как статические, так и динамические изменения. Смещение также измеряется напрямую путем подсоединения измеряемых устройств к подвижной пластине конденсатора. Он работает как в контактном, так и в бесконтактном режимах.

Принцип работы

Уравнения ниже выражают емкость между пластинами конденсатора

Где A — площадь перекрытия пластин в м ²
d — расстояние между двумя пластинами в метрах
ε — диэлектрическая проницаемость среды в Ф / м
ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость
ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного места

Принципиальная схема емкостного преобразователя с параллельными пластинами показана на рисунке ниже.

Изменение емкости происходит из-за физических переменных, таких как смещение, сила, давление и т. Д. Емкость преобразователя также изменяется в зависимости от изменения их диэлектрической проницаемости, что обычно связано с измерением уровня жидкости или газа.

Емкость преобразователя измеряется по мостовой схеме. Выходное сопротивление преобразователя равно

Где, C — емкость
f — частота возбуждения в Гц.

Емкостной преобразователь в основном используется для измерения линейного смещения. Емкостной преобразователь использует следующие три эффекта.

1. Изменение емкости преобразователя из-за перекрытия пластин конденсатора.
2. Изменение емкости связано с изменением расстояний между пластинами.
3. Емкость изменяется из-за диэлектрической проницаемости.

Для измерения смещения используются следующие методы.

1. Преобразователь, использующий изменение площади пластин — Уравнение ниже показывает, что емкость прямо пропорциональна площади пластин. Соответственно изменяется и емкость с изменением положения пластин.

Емкостные преобразователи используются для измерения больших перемещений от 1 мм до нескольких см. Площадь емкостного преобразователя изменяется линейно в зависимости от емкости и смещения.Изначально нелинейность в системе возникает из-за ребер. В противном случае он дает линейный отклик.

Емкость параллельных пластин определяется как

где x — длина перекрывающейся части пластин,
ω — ширина перекрывающейся части пластин.

Чувствительность смещения постоянна, поэтому она дает линейную зависимость между емкостью и смещением.

Емкостной преобразователь используется для измерения углового смещения.Он измеряется подвижными пластинами, показанными ниже. Одна из пластин преобразователя неподвижная, а другая подвижная.

Векторная диаграмма преобразователя показана на рисунке ниже.

Угловое перемещение изменяет емкость преобразователей. Емкость между ними максимальна, когда эти пластины перекрывают друг друга. Максимальное значение емкости выражается как

Емкость при угле θ выражается как

θ — угловое смещение в радианах.Чувствительность к изменению емкости определяется как

180 ° — это максимальное значение углового смещения конденсатора.

2. Преобразователь использует изменение расстояния между пластинами — Емкость преобразователя обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Одна пластина преобразователя неподвижна, а другая подвижна. Смещение, которое необходимо измерить, связано с подвижными пластинами.

Емкость обратно пропорциональна расстоянию, из-за которого конденсатор показывает нелинейный отклик.Такой тип преобразователя используется для измерения малых перемещений. Векторная диаграмма конденсатора представлена ​​на рисунке ниже.

Чувствительность преобразователя непостоянна и варьируется от места к месту.

Преимущества емкостного преобразователя

Ниже приведены основные преимущества емкостных преобразователей.

1. Для работы требуется внешняя сила, поэтому он очень полезен для небольших систем.
2. Емкостной преобразователь очень чувствителен.
3. Дает хорошие частотные характеристики, поэтому используется для динамического исследования.
4. Преобразователь имеет высокое входное сопротивление, следовательно, они имеют небольшой эффект нагрузки.
5. Для работы требуется небольшая выходная мощность.

Недостатки емкостного преобразователя

Основные недостатки преобразователя следующие.

1. Металлические части преобразователей требуют изоляции.
2. Корпус конденсатора требует заземления для уменьшения влияния паразитного магнитного поля.
3. Иногда преобразователь демонстрирует нелинейное поведение из-за краевого эффекта, который контролируется с помощью защитного кольца.
4. Кабель, соединяющий датчик, вызывает ошибку.

Использование емкостного преобразователя

Ниже приведены варианты использования емкостного преобразователя.

1. Емкостной преобразователь используется для измерения как линейного, так и углового смещения. Он чрезвычайно чувствителен и используется для измерения очень малых расстояний.
2. Используется для измерения силы и давления. Сила или давление, которые должны быть измерены, сначала преобразуются в смещение, а затем смещение изменяет емкости преобразователя.
3. Он используется как датчик давления в некоторых случаях, когда диэлектрическая проницаемость датчика изменяется в зависимости от давления.
4. Влажность газов измеряется емкостным датчиком.
5. Преобразователь использует механический модификатор для измерения объема, плотности, веса и т. Д.

Точность преобразователя зависит от изменения температуры до высокого уровня.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это устройство, которое преобразует постоянный ток в механическую работу. Он работает по принципу закона Лоренца, который гласит, что « проводник с током, помещенный в магнитное и электрическое поле, испытывает силу ». Опытная сила называется силой Лоренца. Правило левой руки Флемминга определяет направление силы.

Правило левой руки Флеминга

Если большой, средний и указательный пальцы левой руки смещены друг относительно друга на угол 90 °, средний палец представляет направление магнитного поля.Указательный палец показывает направление тока, а большой палец показывает направление сил, действующих на проводник.

Формула рассчитывает величину силы,

Прежде чем понять принцип работы двигателя постоянного тока, мы должны сначала узнать о его конструкции. Якорь и статор — две основные части двигателя постоянного тока. Якорь — это вращающаяся часть, а статор — их неподвижная часть. Катушка якоря подключена к источнику постоянного тока.

Катушка якоря состоит из коммутаторов и щеток. Коммутаторы преобразуют переменный ток, индуцированный в якоре, в постоянный ток, а щетки передают ток от вращающейся части двигателя к неподвижной внешней нагрузке. Якорь размещается между северным и южным полюсами постоянного или электромагнита.

Для простоты предположим, что якорь имеет только одну катушку, которая расположена между магнитным полем, показанным ниже на рисунке A.Когда на катушку якоря подается постоянный ток, через нее начинает течь ток. Этот ток создает вокруг катушки собственное поле.

На рисунке B показано поле, индуцируемое вокруг катушки:

В результате взаимодействия полей (создаваемых катушкой и магнитом) результирующее поле развивается поперек проводника. Результирующее поле стремится вернуться в исходное положение, то есть на оси основного поля. Поле оказывает силу на концах проводника, и катушка начинает вращаться.

Пусть поле, создаваемое основным полем, будет F _м , и это поле вращается по часовой стрелке. Когда в катушке течет ток, они создают собственное магнитное поле, скажем, F _r . Поле F _r пытается двигаться в направлении основного поля. Тем самым крутящий момент действует на катушку якоря.

Настоящий двигатель постоянного тока состоит из большого количества катушек якоря. Скорость двигателя прямо пропорциональна количеству катушек, используемых в двигателе. Эти катушки находятся под воздействием магнитного поля.

Один конец проводов находится под влиянием северного полюса, а другой конец — под влиянием южного полюса. Ток входит в катушку якоря через северный полюс и движется наружу через южный полюс.

Когда катушка перемещается от одной щетки к другой, одновременно меняется и полярность катушки. Таким образом, направление силы или крутящего момента, действующих на катушку, остается неизменным.

Вращающий момент в катушке становится равным нулю, когда катушка якоря перпендикулярна основному полю. Нулевой крутящий момент означает, что двигатель перестает вращаться. Для решения этой проблемы в роторе используется номер обмотки якоря. Таким образом, если одна из их катушек перпендикулярна полю, то другие катушки создают крутящий момент. И ротор движется непрерывно.

Кроме того, для получения постоянного крутящего момента устройство выдерживается таким образом, что всякий раз, когда катушки пересекают магнитную нейтральную ось магнита, направление тока в катушках меняет направление на обратное.Это можно сделать с помощью коммутатора.

Назначение и принцип работы дифференциального автомата |

Дифференциальный автомат – устройство, перенявшее от себя весь функционал УЗО и получившее дополнительно автовыключатель. Если сказать несколько проще, то автомат выступает в качестве отключателя, когда возникает опасность в поражении электрическим током. Устройство также предназначено для защиты сетей от перегрузок и замыканий благодаря функции автоматического выключения.

Заметим, что УЗО (устройство защитного отключения) отличается от дифавтомата. Внешне два эти устройства очень схожи между собой, но функции, которые они выполняют – различны. Так, УЗО срабатывает, когда в сети, к которой подключено устройство будет возникать ток утечки, в первую очередь опасный для человека; утечка также способна привести к пожароопасным ситуациям. Дифавтомат же способен защитить не только человека от удара током, но и сеть от замыканий, перегрузок; препятствует возникновению утечек и т.п.

Конструкция

По своей конструкции автоматы, как и большинство подобного оборудования, состоят из рабочей и защитной части. Рабочая область содержит в себе рейку сброса и устройство расцепления. В зависимости от вида автомата, могут быть установлены двух- или четырехполосные расцепители. В большинстве случаев автомат оборудуется, имеет два расцепителя:

• тепловой – работает при появлении перегрузок;
• электромагнитный – отключает линию при появлении коротких замыканий.

В качестве защитной области выступает модуль защиты, который способен обнаруживать ток утечки. Модуль также способен конвертировать ток в механическое воздействие, благодаря которому выполняется сброс выключателя. Дополнительно в модуле реализованы устройства, один из которых – трансформатор, способный обнаруживать ток, а также усилитель с катушкой сброса.

Большинство автоматов имеют на своем корпусе специальную кнопку, при помощи которой будет выработан искусственный ток. Собственно, если автомат исправен, то он должен сработать. Эту кнопка в первую очередь предназначена для проверки устройства, до того, как оно было подключено к сети.

Принцип работы

Дифавтомат, как и устройство отключения, использует в качестве датчика трансформатор. Суть действия этого автомата заключается в изменении тока в проводниках, которые дают энергию на установку, для которой предоставляется защита.Назначение и принцип работы

Ток утечки будет отсутствовать в том случае, когда не будет возникать повреждений изоляции проводки или к частям установки не будет ничто прикасаться. При таком раскладе, в фазном и нулевом проводе будут протекать равные по напряжению токи.

Таким образом, если человек нечаянно дотронется до фазного проводника или будут нарушены изоляционные свойства диэлектрика, то произойдет нарушение магнитных потоков и баланса тока. В результате во второй обмотке появится ток, при помощи которого будет приведена в действие магнитноэлектрическая защелка; она в свою очередь приведет в действие механизм, который расщепит систему и контактную систему.

Подбивая итоги, отметим, что автоматы успешно используются в одно- и трехфазных сетях переменного тока. Данные устройства выводят уровень безопасности на совершенно новый уровень при использовании различных электроприборов; практика показывает, что автоматы превосходно предотвращают пожароопасные ситуации и защищают человека от ударов током.

Что такое дифференциальный автомат? | Строим для себя

Дифференциальный автомат – уникальный аппарат, сочетающий в едином корпусе функции сразу двух защитных устройств – это одновременно УЗО и автоматический выключатель. Профессионалы рекомендуют использовать дифференциальные автоматические выключатели в обязательном порядке при устройстве или реконструкции проводки.

Каково назначение дифференциальных автоматов, по каким параметрам выбирается и какова его схема подключения – ответы на эти вопросы постараемся дать ниже.

Содержание

• 1 Для чего нужны дифференциальные автоматы?
• 2 Техническое устройство
• 3 Как работает дифференциальный автомат
• 4 Основные параметры
  • 4.1 Выбор дифавтомата по мощности
• 5 Подключение

Для чего нужны дифференциальные автоматы?

Прямым предназначением дифференциального автомата является защита человека от поражения электрическим током при прямом контакте. Устройство одновременно отслеживает как возникновение короткого замыкания, так и проявление признаков утечки электричества через повреждённые токопроводящие компоненты сети.

Дифференциальный автомат обесточит контролируемую линию при возникновении:

• короткого замыкания;
• перегрева электрической проводки из-за превышения уставки номинального тока дифавтомата;
• утечки на землю больше, чем соответствующая уставка.

Так, простое устройство вполне способно обезопасить квартиру или частный дом, предотвращая возникновение чрезвычайных ситуаций, вызванных проблемами с электричеством.

Преимуществом использования дифференциального автомата является отсутствие необходимости подбора УЗО, ведь он уже содержится в составе компонентов дифференциального автомата. Одно устройство, совмещающее в себе функции двух (УЗО и автоматического выключателя), занимает меньше места в электрическом щитке на размер однополюсного автомат – его ширина 17,5 мм.

Среди недостатков можно выделить вероятность выхода из строя одного из двух компонентов дифавтомата – замена отдельной части невозможна, что вынудит приобрести новый дифференциальный автомат.

Техническое устройство

Конструктивно дифавтоматы выполняются из диэлектрического материала. Задняя часть имеет специальное крепление для установки на DIN-рейку. Внутри они состоят из двухполюсного или четырёх полюсного выключателя и включенного последовательно с ним модуля дифзащиты. Данный модуль представляет собой дифференциальный трансформатор тока, через который проходят ноль и фаза, образуя тем самым первичную обмотку и обмотку управления — вторичную обмотку.

Watch this video on YouTube

Как работает дифференциальный автомат

В основе принципа работы дифавтомата лежит использование специального трансформатора, функционирование которого строится на изменениях дифференциального тока в проводниках электричества.

При появлении токов утечки баланс нарушается, так как часть тока не возвращается. Фазный и нулевой провода начинают наводить разные магнитные потоки и в сердечнике трансформатора тока возникает дифференциальный магнитный поток. В результате этого в обмотках управления возникает ток и срабатывает расцепитель.

Читайте также:  Что такое дин рейка?

При перегреве в модуле автоматического выключателя срабатывает биметаллическая пластина и размыкает автомат.

Основные параметры

Любой дифференциальный автомат располагает 8-ю клеммами для трёхфазной сети и 4-мя для однофазной. Само устройство является модульным и состоит из:

• Корпуса, изготовленного из негорючего тугоплавкого материала;
• Клемм с маркировкой, предназначенных для подключения проводников;
• Рычага включения-выключения. Количество зависит от модели конкретного устройства;
• Кнопки тестирования, позволяющей вручную проверить работоспособность дифференциального автомата;
• Сигнального огонька, информирующего о выбранном типе срабатывания (утечка или перегрузка).

При выборе дифференциального автомата со всей интересующей информацией можно ознакомиться непосредственно на самом корпусе устройства.

Выбор дифавтомата нужно производить исходя из множества параметров:

1. Номинальный ток – показывает, на какую нагрузку рассчитан дифавтомат. Эти значения стандартизированы и могут принимать следующие значения: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63А.
2. Время-токовая характеристика – значения могут быть равны B, C и D. Для простой сети с маломощным оборудованием (используется редко) подойдёт тип В, в городской квартире – С, на мощных производственных предприятиях – D. Например, при запуске двигателя ток резко возрастает на доли секунд, ведь необходимы определённые усилия для его раскрутки. Данный пусковой ток может в несколько раз превышать номинальный ток. После запуска потребляемый ток становится в несколько раз меньше. Для этого и нужен этот параметр. Характеристика B означает кратковременное превышение такого пускового тока в 3-5 раз, C – 5-10 раз, D – 10-20 раз.
3. Дифференциальный ток утечки – 10 или 30 мА. Первый тип подойдёт для линии с 1-2 потребителями, второй – с несколькими.
4. Класс дифференциальной защиты – определяет, на какие утечки будет реагировать дифавтомат. При выборе устройства для квартиры подойдут классы АС или А.
5. Отключающая способность – значение зависит от номинала автомата и должно быть выше 3 кА для автоматов до 25 А, 6 кА для автоматических выключателей на ток до 63 А и 10 кА для автоматических выключателей на ток до 125 А.
6. Класс токоограничения – показывает, как быстро будет отключена линия при возникновении критических токов. Существует 3 класса дифавтоматов с самого «медленного» — 1 к самому «быстрому» — 3 по срабатыванию соответственно. Чем выше класс, тем выше цена.
7. Условия использования – определяются исходя из потребностей.

Читайте также:  Как правильно подобрать УЗО для квартиры или частного дома?

Выбор дифавтомата по мощности

Для того чтобы выбрать дифавтомат по мощности необходимо учитывать состояние проводки. При условии, что проводка качественная, надёжная и отвечающая всем требованиям, для расчёта номинала можно применить следующую формулу – I=P/U, где P – это суммарная мощность используемых на линии дифференциального автомата электрических приборов. Выбираем дифавтомат ближайший по номиналу. Ниже приведена таблица зависимости номинала дифавтомата от мощности нагрузки для сети 220 В.

Внимание! Электрические провода должны быть правильно подобраны, исходя из мощности нагрузки.

Все характеристики дифавтоматов указываются непосредственно на самом корпусе устройства, что облегчит подбор подходящего дифференциального автомата и поможет определиться с тем, какой дифавтомат для квартиры подойдёт лучше всего.

На данный момент в продаже имеются дифавтоматы с двумя типами расцепителя:

• Электронный – имеет электронную схему с усилителем сигнала, которая питается от подключённой фазы, что делает устройство уязвимым при отсутствии питания. При пропаже нуля такой он не сработает.
• Электромеханический — не потребует для работы внешних источников питания, что делает его автономным.

Подключение

Подключение дифавтомата – весьма несложный процесс. Верхняя часть дифференциального автомата содержит контактные пластины и зажимные винты, предназначенные для подключения нуля N и фазы L от счётчика. Нижняя часть располагает контактами, к которым и подключается линия с потребителями.

Подключение дифавтомата можно представить следующим образом:

1. Зачистка концов проводников от изоляционного материала примерно на 1 сантиметр.
2. Ослабление зажимного винта на несколько оборотов.
3. Подключение проводника.
4. Затягивание винта.
5. Проверка качества крепления простейшим физическим усилием.

Выбор между конфигурацией УЗО + автомат и обычным дифавтоматом должен обуславливаться наличием места в щитке и ценой самих устройств. В первом варианте сложность монтажа слегка возрастёт.

Читайте также:  Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки?

В случае с однофазной сетью в 220 В, используемой в большинстве квартир и домов, необходимо использовать двухполюсное устройство. Монтаж дифференциального автомата в данном случае можно провести двумя способами:

1. На входе после электросчётчика для всей квартирной проводки. При использовании данной схемы питающие провода подключаются к верхним клеммам. К нижним же подаётся нагрузка от различных электрических групп, разделённых автоматическими выключателями. Существенным минусом данного варианта является сложность поиска причины выхода из строя в случае срабатывания автоматики и полное отключение всех групп при неполадках.
2. На каждую группу потребителей по отдельности. Этот метод применяют для защиты в помещениях, где отмечается повышенный уровень влажности воздуха – ванные, кухни. Актуален метод и для мест, где электробезопасность должна быть на высшем уровне – например, для детской. Понадобится несколько дифференциальных автоматов – несмотря на большие затраты, данный способ является наиболее надёжным и гарантирующим бесперебойное электроснабжение, а срабатывание любого из дифавтоматов не заставит сработать остальные.

При наличии трёхфазной сети в 380 В нужно применять четырёхполюсный дифавтомат. Вариант используется в новых домах или коттеджах, где устройству необходимо выдерживать высокие нагрузки от электроприборов. Использовать такое подключение дифавтоматов можно и в гаражах в связи с возможным использованием мощного электрооборудования.

Можно сделать вывод, что схема подключения дифференциальных автоматов мало чем отличается от аналогичных схем для УЗО. На выходе устройства должны быть подключены фаза и ноль от защищаемого участка сети. Безопасность именно этой группы и будет контролироваться.

Дифференциальные автоматы успешно применяются и в однофазных, и в трёхфазных сетях переменного тока. Установка такого устройства значительно повышает уровень безопасности при эксплуатации электроприборов. Кроме того, дифференциальный автомат может поспособствовать предотвращению пожара, связанного с возгоранием изоляционного материала.

Другие новости

Hybrid Automaton — обзор

V Hybrid Automata

Гибридные автоматы были представлены при изучении гибридных систем в начале 1990-х годов. Гибридные автоматы предоставляют общий формализм моделирования для формальной спецификации и алгоритмического анализа гибридных систем. Обычно они используются для моделирования динамических систем, которые состоят как из дискретных, так и из аналоговых компонентов, которые возникают, когда компьютерные программы взаимодействуют с физическим миром в реальном времени. Ниже мы рассмотрим модель гибридного автомата и связанные подходы к анализу, проверке и синтезу гибридных систем.

Гибридный автомат — это конечный автомат, оснащенный набором действительных переменных. Состояние автомата изменяется либо мгновенно посредством дискретного перехода, либо посредством непрерывной активности. Гибридный автомат на рис. 14 описывает термостат и используется для представления основы моделирования.

РИСУНОК 14. Гибридный автомат с описанием термостата.

Пример. Гибридный автомат на рис. 14 моделирует термостат, контролирующий температуру в помещении путем включения и выключения обогревателя.Переменная с действительным знаком x обозначает температуру. Система имеет два режима управления: на и на . Когда обогреватель выключен, температура в помещении падает в соответствии с дифференциальным уравнением x. = — Kx. Когда нагреватель включен (режим управления на ), температура системы повышается в соответствии с уравнением x. = — K (h − x), где h — постоянная величина. Изначально температура x = 72 и нагреватель выключен. Нагреватель включится, как только температура падения достигнет 70 ° F; тогда дискретная часть состояния будет в положении на (рис.14), а непрерывная часть состояния начнется с x = 70. Когда нагреватель включен, температура повышается, пока не достигнет 75 ° F. Затем нагреватель выключится, и температура снова начнет падать. Эта политика контроля гарантирует, что температура в комнате будет оставаться на уровне от 70 до 75 ° F.

Гибридный автомат состоит из конечного набора X = { x ₁ ,…, x _n } вещественных переменных и помеченного ориентированного графа ( V, E ) . V — конечный набор вершин, а E — набор направленных дуг или ребер между вершинами. Ориентированный граф моделирует дискретную (событийную) часть гибридной системы. Направленные графы имеют очень удобное графическое представление. Круг используется для обозначения каждой вершины графа. Стрелка, начинающаяся в вершине v _i и заканчивающаяся в вершине v _j , представляет направленную дугу ( v _i , v _j ).Граф, изображенный на рис. 14, состоит из двух вершин и двух ребер. Обратите внимание, что дуга с надписью x = 72 используется для инициализации системы.

Динамика гибридного автомата определяется путем пометки вершин V и ребер E графа соответствующими математическими выражениями, включающими переменные вещественных значений X = { x ₁ ,…, x _n }. Вершины представляют непрерывную деятельность, и они помечены ограничениями на производные переменных в X .Более конкретно, вершина v ∈ V , которая также называется ( control ) mode или location , оснащена следующими функциями маркировки.

•

Условие потока , описанное дифференциальным уравнением в переменных в X . Пока гибридный автомат находится в режиме управления v , переменные x _i изменяются в соответствии с условиями потока.Например, в автомате термостата условие потока x. = — K (h − x) режима управления на гарантирует, что температура повышается, пока нагреватель включен.

•

Инвариантное условие inv ( v ) ∈ ℜn, которое назначает каждому режиму управления область ℜn. Гибридный автомат может находиться в режиме управления v только тогда, когда выполняется инвариантное условие inv ( v ). Например, в автомате термостата неизменное условие x ≤ 75 режима управления на гарантирует, что нагреватель должен отключиться при повышении температуры до 75 ° F.

Кромка e ∈ E также называется управляющим переключателем или переходом и помечена назначением переменных в X , называемым защитой. Переход разрешен, когда связанная защита истинна, и ее выполнение изменяет значения переменных в соответствии с назначением. Например, термостат-автомат имеет два управляющих переключателя. Переключение управления из режима управления на на выкл описывается условием x = 75.

Состояние σ = ( v, x ) гибридного автомата состоит из режима (места управления) v ∈ V и конкретного значения x ∈ ℜn переменных в X . Состояние может изменяться либо дискретным и мгновенным переходом, либо с задержкой по времени в непрерывном потоке. Дискретный переход изменяет как место управления, так и переменные с действительным знаком, в то время как временная задержка изменяет только значения переменных в X в соответствии с условиями потока.Запуск гибридного автомата H представляет собой конечную или бесконечную последовательность,

ρ: σ0 → f0t0σ1 → f1t1σ2 → f2t2…,

, где σ _i = ( v _i , x _i ) — это состояние H и f _i — это условие потока для вершины v _i , такое, что (i) f _i (0) = x _i , (ii) f _i ( t ) ∈ inv ( v _i ) для всех t ∈ ℜ: 0 ≤ t ≤ t _i , и (iii) σ _{i +1} является преемником перехода σ ′ _i = ( v _i , f _i ( t _i )) и σ ′ _i является временным преемником σ _i .

Гибридный автомат называется nonzeno , когда только конечное число переходов может быть выполнено за каждый ограниченный интервал времени. Нестандартность — важное понятие для реализуемости гибридного автомата.

Другая функция маркировки назначает каждому переходу событие из конечного набора событий Σ. Метки событий используются для определения параллельного состава гибридных автоматов. Сложные системы можно моделировать, используя параллельную композицию простых гибридных автоматов.Основное правило параллельной композиции состоит в том, что два взаимодействующих гибридных автомата синхронизируют выполнение переходов, помеченных общими событиями.

Пример. Система поезд – ворота – контроллер используется для иллюстрации моделирования гибридных систем с использованием гибридных автоматов. Система состоит из трех компонентов: поезда, ворот и контроллера ворот, как показано на рис. 15. Дорога пересекает железнодорожный путь и охраняется воротами, которые необходимо опустить, чтобы остановить движение при приближении поезда и поднимается после того, как поезд проехал дорогу.Контроллер ворот получает информацию от датчиков, расположенных на пути, и опускает или поднимает ворота.

РИСУНОК 15. Система поезд — ворота — контроллер.

Поезд движется по круговой колее по часовой стрелке. Длина пути составляет L = 25. Местоположение поезда указывается переменной состояния y , где 0 ≤ y <25. Скорость поезда описывается дифференциальным уравнением y. = f (y), где f (y) — соответствующая функция от y .Ворота расположены на пути y = 0 на железнодорожном пути, а датчики на y = 5 и y = 15. Поезд моделируется гибридным автоматом с одним режимом управления, как показано на рис.

РИСУНОК 16. Гибридный автомат, моделирующий поезд.

Высота ворот представлена ​​переменной состояния x . Когда ворота опускаются, высота ворот уменьшается в соответствии с уравнением x. = (1-x) / 2. Когда ворота подняты, высота увеличивается в соответствии с x.= (10-х) / 2. Гибридный автомат на рис. 17 используется для моделирования динамического поведения ворот. Автомат имеет два режима управления: RAISE и LOWER . Переходы автомата помечены событиями UP и DOWN , которые генерируются контроллером. Контроллер также смоделирован как гибридный автомат, как показано на рис. 18. Контроллер получает информацию от датчиков и определяет, когда поезд достигает переезда или удаляется от него.Контроллерный автомат имеет два места управления, DOWN и UP , которые запускают переходы автоматических ворот. Гибридный автомат всей системы получается параллельной компоновкой и показан на рис. 19.

РИСУНОК 17. Гибридный автомат, моделирующий затвор.

РИСУНОК 18. Гибридный автомат, моделирующий контроллер.

РИСУНОК 19. Гибридный автомат для системы «поезд – ворота – диспетчер».

Формализм моделирования гибридных автоматов особенно полезен в случае, когда условия потока, инварианты и отношения перехода описываются линейными выражениями в переменных в X .Гибридный автомат является линейным , если его условия потока, инварианты и отношения перехода могут быть определены линейными выражениями по набору X переменных. Обратите внимание на особую интерпретацию термина линейный в этом контексте. Более конкретно, для режимов управления условие потока определяется дифференциальным уравнением вида x. = K, где k — константа, по одной для каждой переменной в X , и инвариант inv ( v ) определяется линейными равенствами и неравенствами (что соответствует выпуклому многограннику) в X .Кроме того, для каждого перехода набор защищенных назначений состоит из линейных формул размером X , по одной для каждой переменной. Отметим, что ход линейного гибридного автомата можно описать кусочно-линейной функцией, значения которой в точках разрыва первого порядка представляют собой конечные последовательности дискретных изменений. Интересным частным случаем линейного гибридного автомата является синхронизированный автомат . В синхронизированном автомате каждая непрерывная переменная равномерно увеличивается со временем (с наклоном 1) и может считаться часами .Дискретный переход либо сбрасывает часы, либо оставляет их без изменений.

Еще один интересный случай линейного гибридного автомата — это прямоугольный автомат. Гибридный автомат является прямоугольным, если условия потока не зависят от режимов управления, а переменные попарно независимы. В прямоугольном автомате условие потока имеет вид x. = [A, b] для каждой переменной x ∈ X . Условие инварианта и отношение перехода описываются линейными предикатами, которые также соответствуют размерным прямоугольникам n .Прямоугольные автоматы интересны тем, что характеризуют точную границу между разрешимостью и неразрешимостью задач верификации гибридных автоматов. Проблема разрешима, если существует алгоритм, который дает правильный ответ для всех возможных входных данных. Проблема неразрешима, если нет алгоритма, который принимает в качестве входных данных экземпляр проблемы и определяет, будет ли ответ на этот экземпляр «да» или «нет». Полуразрешимые процедуры часто предлагаются для решения неразрешимых проблем.Эти алгоритмы дают правильный ответ, если они завершаются, но их завершение не гарантируется.

Основная проблема решения, связанная с анализом и верификацией гибридных систем, — это проблема достижимости , которая формулируется следующим образом. Пусть σ и σ ′ — два состояния в бесконечном пространстве состояний S гибридного автомата H . Тогда σ ′ достижимо из σ, если существует серия H , которая начинается в σ и заканчивается в σ ′.

Хотя проблема достижимости неразрешима даже для очень ограниченных классов гибридных автоматов, для проверки спецификаций безопасности линейных гибридных автоматов были предложены две процедуры полурешения, прямой и обратный анализ.Область данных R _v представляет собой конечное объединение выпуклых многогранников в ℜn. Область R = ( v , R _v ) состоит из местоположения v ∈ V и области данных R _v и представляет собой набор состояний линейный гибридный автомат. Для данной области R предварительное условие R , обозначенное как pre ( R ), является набором всех состояний σ, так что R может быть достигнуто из σ.Постусловие R , обозначенное как post ( R ), представляет собой набор всех достижимых состояний из R . Для линейных гибридных автоматов как pre ( R ), так и post ( R ) являются областями, т.е. соответствующая область данных представляет собой конечное объединение выпуклых многогранников. Для линейного гибридного автомата H , начальной области R и целевой области T проблема достижимости связана с существованием прогона H , который переводит состояние из R в состояние в Т .Было предложено два подхода к решению проблемы достижимости. Первый вычисляет пост региона * ( R ) всех состояний, которые могут быть достигнуты из начального состояния R , и проверяет, является ли post * ( R ) ∩ T = ∅ (анализ прямой доступности). Второй подход вычисляет область pre * ( T ) состояний, из которой можно достичь T , и проверяет, соответствует ли pre * ( T ) ∩ R = ∅ (обратный анализ достижимости).Поскольку проблема достижимости для линейных гибридных автоматов неразрешима, эти процедуры могут не завершаться (процедуры полурешения). Они завершаются положительным ответом, если T достижимо из R , а завершаются отрицательным ответом, если новые состояния не могут быть добавлены и T недоступен из R . Решающим шагом в этих подходах является вычисление предусловия или постусловия региона.

Проблема достижимости является центральной при проверке гибридных систем.Пример «поезд — ворота — контроллер» используется для иллюстрации подхода к проверке с использованием гибридных автоматов.

Пример. Для примера «поезд — ворота — диспетчер» спецификация такова, что ворота должны опускаться ( x <5) всякий раз, когда поезд достигает переезда. Это спецификация безопасности, которая может быть закодирована как y = 0 → x <5. Эта спецификация безопасности соответствует набору S безопасных состояний гибридного автомата, показанного на рис.19, который состоит из всех четырех контрольных местоположений и области 2, выраженной набором {( x, y ): x <5 ∧ y = 0}. Чтобы убедиться, что система удовлетворяет требованиям безопасности, мы вычисляем набор всех состояний R , которые могут быть достигнуты из начальных условий. Если набор достижимости R содержится в наборе безопасных состояний R ⊂ S , то ворота всегда опущены, когда поезд достигает переезда.

Неразрешимость проблемы достижимости является фундаментальным препятствием при анализе и синтезе контроллеров для линейных гибридных автоматов.Тем не менее значительные исследовательские усилия были сосредоточены на разработке систематических процедур синтеза контроллеров для больших классов задач.

Алгоритмы проектирования управления были разработаны для класса гибридных систем с непрерывной динамикой, описываемой чистыми интеграторами. Хотя этот класс гибридных систем довольно ограничен, эти модели важны для нескольких приложений, включая управление пакетными процессами. Обратите внимание, что даже в случае, когда непрерывная динамика физической системы более сложна, иногда полезно использовать непрерывные контроллеры низкого уровня, чтобы наложить линейное линейное поведение вокруг заданного значения.Более конкретно, в этом случае непрерывная динамика описывается дифференциальными уравнениями вида x. (T) = kυ, где k _v — постоянный вектор, связанный с режимом управления v гибридного автомата. . Управляющие спецификации представлены областями данных R _v = {x ∈ ℜn: A _v x + b _v ≤ 0} и набором Q _f из запрещенных режимов управления или запрещенных переключателей управления .Управляемость гибридных систем интеграторов определяется по отношению к паре областей гибридного пространства состояний. Гибридная система является управляемой относительно ( R ₁ , R ₂ ), если существует приемлемая траектория, которая управляет состоянием ( v, x ) от R ₁ до R ₂ . Приемлемая траектория — это траектория гибридной системы, которая удовлетворяет требованиям управления. Например, нет запрещенного режима управления v ∈ Q _f посещается, и для каждого легального режима управления v непрерывное состояние x находится в R _v .На основе определения управляемости был разработан полуразрешимый алгоритм, использующий анализ обратной достижимости. Этот алгоритм анализирует эти гибридные системы интеграторов на предмет управляемости и, в качестве побочного продукта, генерирует набор правильных законов управления, которые переключают систему между заранее определенным количеством режимов управления. Полуразрешимость алгоритма связана с неразрешимостью проблемы достижимости линейных гибридных автоматов.

По мотивам проблем разрешения конфликтов самолетов были также разработаны методологии синтеза контроллеров для нелинейных гибридных автоматов на основе теоретической основы игр.В этом подходе непрерывная динамика описывается нелинейными дифференциальными уравнениями (удовлетворяющими соответствующим условиям существования и единственности решений). Области гибридного пространства состояний состоят из произвольных инвариантных условий для режимов управления и областей вида G = {x ∈ ℜn: l ( x ) <0}, где l : ℜn → ℜ — дифференцируемая функция. Контрольные спецификации выражаются как условия приемки состояния системы.Задача синтеза контроллера формулируется как динамическая игра между контроллером и окружающей средой. Цель состоит в том, чтобы построить наибольший набор состояний, для которых управление может гарантировать выполнение условия приемлемости, несмотря на действие возмущения. Проблема решается путем повторения двух подходящих операторов-предшественников. Рассмотрим область K гибридного пространства состояний. Управляемый предшественник из K содержит все состояния в K , для которых управляемые действия могут заставить состояние оставаться в K в течение по меньшей мере одного дискретного шага.Неуправляемый предшественник содержит все состояния в K ^c (дополнение K ) и все состояния в K , из которых неконтролируемые действия могут заставить состояние выйти за пределы K . Вычисление предшествующих операторов выполняется с помощью соответствующего уравнения Гамильтона – Якоби – Беллмана. Вычислительная эффективность процедуры синтеза зависит от способности эффективно решать это уравнение Гамильтона – Якоби – Беллмана.

Другой подход использует двойное моделирование для изучения разрешимости алгоритмов проверки. Бисимуляции — это факторные системы, которые сохраняют свойства достижимости исходной гибридной системы, и, следовательно, проблемы, связанные с достижимостью исходной системы, могут быть решены путем изучения факторной системы. Факторные системы — это упрощенные системы, полученные из исходной системы путем соответствующего агрегирования состояний. Идея использования конечных бисимуляторов для анализа и синтеза гибридных систем аналогична приближению непрерывной динамики с помощью DES.

Таким образом, недавние исследования в области результатов синтеза контроллеров показали, что существуют классы гибридных систем, для которых могут применяться вычислительно управляемые процедуры. Хотя многие важные проблемы, связанные с гибридными автоматами, по своей сути сложны, существуют эффективные алгоритмы для больших классов систем. Многие практические приложения можно достаточно точно смоделировать с помощью простых гибридных моделей. Опять же, выбор таких моделей зависит от их пригодности для изучения конкретных проблем.

Как работает дифференциал? 3 вопроса

Нет автомобилей без дифференциалов — иначе мы ехали бы по крутым поворотам с пробуксовкой колес и визгом шин. Этот важный компонент расположен в центре ведущей оси, где его функция заключается в обеспечении того, чтобы два колеса могли вращаться с разной скоростью при движении по поворотам, при этом имея одинаковую тяговую мощность. Крутящий момент двигателя всегда делится в фиксированном соотношении.
Кстати: Полноприводные автомобили имеют дифференциал на каждой оси, плюс центральный дифференциал, который распределяет мощность двигателя между осями в заданном соотношении.

Основной технический принцип — это обычно так называемая коническая дифференциальная передача с клеткой дифференциала, двумя планетарными шестернями и двумя выходными валами. Важнейшей особенностью является то, что две планетарные шестерни образуют соединение между приводом двигателя и двумя выходными валами, но делают это по-разному:

• При движении прямо: Двигатель приводит в движение клетку дифференциала.Планетарные передачи в это время неподвижны. В результате сепаратор и два выходных вала вращаются с одинаковой скоростью. Это означает, что два колеса на оси также вращаются с одинаковой скоростью.
• При движении на поворотах: Теперь внешнее колесо на оси должно преодолевать большее расстояние, поэтому два выходных вала должны вращаться с разной скоростью. Для этого планетарные шестерни дифференциала вращаются вокруг своих осей с разной скоростью. Это уравновешивает разницу в скоростях двух колес.

Основной технический принцип дифференциала становится проблемой, когда две шины на ведущей оси движутся по поверхностям с разным сцеплением, например, по льду и сухому асфальту. Колесо на льду будет вращаться, а другое вообще не двинется. Автомобиль «застрянет». Это происходит потому, что дифференциал распределяет мощность двигателя в соответствии с сопротивлением шин. Колесо на льду, естественно, имеет значительно меньшее «сопротивление», поэтому дифференциал распределяет на него всю мощность привода.Блокировка дифференциала помогает поддерживать движение в таких ситуациях. Они передают привод обратно на шину, которая вращается медленнее или не вращается совсем. Блокировки дифференциала бывают разных типов.
Очень ясное и понятное объяснение основного принципа дифференциала дается в этом короткометражном фильме 1937 года:

Как работает дифференциал? 3 вопроса — 3 ответа последний раз изменялись: 10 марта 2021 г., Маркус Исгро

Стохастическое моделирование химических колебаний в малых системах с помощью клеточного автомата: AIP Advances: Vol 8, No 12

A.Эффекты распределений частиц

Мы показали, что наш метод моделирования стохастических клеточных автоматов может давать результаты, которые хорошо сравниваются с численными решениями детерминированных скоростных уравнений. Теперь мы хотим обратиться к некоторым конкретным аспектам нашей симуляции.

@misc {bak2013hsccposter,
  title = {Вычисление достижимости нелинейных систем с помощью HyCreate},
  автор = {Бак, Стэнли и Каккамо, Марко},
  booktitle = {16-я Международная конференция по гибридным системам: стендовая сессия по вычислениям и управлению},
  год = {2013},
  организация = {ACM}
}