Автомат дифференциальный что это такое: Что такое дифференциальный автомат

Содержание

Что такое дифавтомат и для чего его применяют?

Дифференциальный автомат — это низковольтный комбинированный электрический аппарат, совмещающий в одном корпусе функции двух защитных устройств — УЗО и автоматического выключателя. Благодаря этому данное изделие является достаточно популярным и широко применяется как в бытовых условиях, так и на производстве. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип работы дифавтомата.

Назначение
Устройство и принцип действия
Область применения

Назначение

Рассмотрим вкратце для чего нужен дифавтомат. Внешний вид его изображен на фото:

Во-первых, данный электрический аппарат служит для защиты участка электрической сети от повреждения из-за протекания по нему сверхтоков, которые возникают при перегрузке или коротком замыкании (функция автоматического выключателя). Во-вторых, дифференциальный автомат предотвращает возникновение пожара и поражение людей электрическим током в результате возникновения утечки электричества через поврежденную изоляцию кабеля линии электропроводки или неисправного бытового электроприбора (функция устройства защитного отключения).

Устройство и принцип действия

Для начала приведем обозначение на схеме по ГОСТ, по которому наглядно видно, из чего состоит дифавтомат:

На обозначении видно, что основными элементами конструкции дифавтомата является дифференциальный трансформатор (1), электромагнитный (2) и тепловой (3) расцепители. Ниже кратко охарактеризуем каждый из приведенных элементов.

Дифференциальный трансформатор имеет несколько обмоток, в зависимости от количества полюсов устройства. Данный элемент осуществляет сравнение токов нагрузки по проводникам и в случае их несимметричности на выходе вторичной обмотки данного трансформатора появляется так называемый ток утечки. Он поступает на пусковой орган, который без выдержки времени осуществляет расцепление силовых контактов автомата.

Также следует упомянуть о кнопке проверки работоспособности защитного аппарата «TEST». Данная кнопка подключается последовательно с сопротивлением, которое включается или отдельной обмоткой на трансформатор либо параллельно одной из имеющихся. При нажатии на данную кнопку сопротивление создает искусственный небаланс токов – возникает дифференциальный ток и дифавтомат должен сработать, что свидетельствует о его исправном состоянии.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит с сердечником, который воздействует на механизм отключения. Данный электромагнит срабатывает в случае достижения тока нагрузки порога срабатывания — обычно это случается при возникновении короткого замыкания. Данный расцепитель срабатывает мгновенно, за доли секунд.

Тепловой расцепитель осуществляет защиту электрической сети от перегрузки. Конструктивно представляет собой биметаллическую пластину, которая деформируется при протекании через нее тока нагрузки, превышающего номинальный для данного аппарата. При достижении определенного положения биметаллическая пластина воздействует на механизм отключения дифавтомата. Срабатывание теплового расцепителя происходит не сразу, а с выдержкой времени. Время срабатывания прямо пропорционально величине тока нагрузки, протекающего по дифференциального автомату, а также зависит от температуры окружающей среды.

На корпусе указывается порог срабатывания дифференциального трансформатора — ток утечки в мА, номинальный ток теплового расцепителя (при котором работает неограниченное время) в А. Пример маркировки на корпусе — С16 А / 30 мА. В данном случае маркировка “С” перед значением номинала показывает кратность срабатывания электромагнитного расцепителя (класс аппарата). Буква “С” указывает, что электромагнитный расцепитель сработает при превышении номинала 16А в 5-10 раз.

На видео ниже подробно рассказывается, как работает и из чего состоит дифавтомат:

Область применения

Для чего применяют дифференциальный автомат, если существует два отдельных защитных аппарата (УЗО и автомат), каждый из которого выполняет свою функцию?

Основное преимущество дифавтомата — компактность. Он занимает меньше места на DIN-рейке в электрическом распределительном щитке, чем в случае установки двух отдельных аппаратов. Эта особенность особенно актуальная при необходимости установки в распределительном щитке нескольких устройств защитного отключения и автоматических выключателей. В данном случае посредством установки дифавтоматов можно значительно сэкономить место в распределительном щитке и соответственно уменьшить его размер.

Дифференциальный автомат широко применяется для защиты электропроводок практически повсеместно, как в быту, так и в помещениях другого назначения (в различных учреждениях, на предприятиях).

Дифавтомат ничем не уступает аналогичным по характеристикам УЗО и автоматическому выключателю, поэтому каких-либо ограничений в его применении нет. Данный защитный аппарат можно устанавливать, как на вводе (в качестве резервирующего), так и на отходящих линиях электропроводки для обеспечения пожаробезопасности, безопасности людей в отношения поражения электричеством, а также для защиты от сверхтоков.

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип работы дифавтомата.

Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Схема подключения дифференциального автомата
Как найти короткое замыкание в сети
Что такое УЗО в электрике

Дифференциальный автомат. Виды и работа. Устройство

Рассмотрим один из видов защиты – автомат дифференциального тока, или дифференциальный автомат. Это устройство включает в себя функции устройства защитного отключения и автоматического выключателя. Оно обеспечивает защиту контролируемой цепи от токов короткого замыкания и перегрузочных токов, работая в качестве автоматического выключателя. Также дифференциальный автомат защищает человека от возможного удара электрическим током в результате токов утечки, не допускает пожара вследствие повреждения изоляции токоведущих элементов электроустановки, выполняя при этом функции УЗО.

Разделение дифавтоматов на виды осуществляется по их характеристикам.

Тип электрической сети

Все устройства защиты выбирают по числу фаз электрической сети. Существуют дифференциальные автоматы для эксплуатации в однофазной сети 220 вольт, для трехфазной сети 380 вольт. На корпусе устройства есть соответствующее обозначение. Трехфазные модели оснащены нулевым полюсом и тремя полюсами фаз. Его размеры значительно больше, в отличие от однофазной модели, на которой имеется полюс фазы и ноля. На первой картинке слева – однофазный автомат, справа – трехфазный.

Параметры тока

Номинальный ток обозначается буквой «С» рядом с числом нагрузки тока в амперах.

В быту популярными стали дифавтоматы С16. Остальные виды используются реже. Ток утечки обозначается символом Δ, а справа от этого символа указывается ток в миллиамперах. В цепях освещения чаще всего используются дифавтоматы с номинальным значением тока утечки 10-30 мА. Из них для одиночных сетей применяют автоматы на 10 мА, а в групповых сетях на 30 мА. Защита с номинальным током утечки 100-300 мА применяется для входных дифавтоматов.

Многие потребители в момент запуска расходуют намного больше энергии, чем при дальнейшей работе. Такие токи называют пусковыми. Они во много раз могут превосходить эксплуатационные токи.

Для того, чтобы не прекращалась подача электроэнергии при запуске мощного электродвигателя, дифференциальный автомат работает так, что отключение выполняется только при значительном превышении его номинального тока.

По параметру тока, при котором срабатывает защита при запуске мощных потребителей, дифференциальные автоматы делятся на типы:

В – выдерживает перегрузку от 3 до 5 раз.
С – перегрузка от 5 до 10 раз.
D – отключение питания происходит при возрастании тока от 10 до 20 раз.

Если к сети питания подключено малое количество устройств с небольшой мощностью, то лучше всего подходит тип В. В городских квартирах и домах рекомендуется подключать дифференциальные автоматы типа С. На промышленных производствах, оснащенных силовым оборудованием, устанавливают защиту типа D. Тип защиты обозначается рядом с током номинала на корпусе автомата.

Класс защиты

Этот параметр означает, на какие виды токов реагирует дифференциальный автомат.

AC — Для синусоидального переменного тока
A — Для синусоидального переменного и пульсирующего постоянного
B — Для переменного, импульсного, постоянного и сглаженного постоянного
S — Выдержка времени отключения 200-300 мс
G — Выдержка времени отключения 60-80 мс

В квартирах и собственных домах чаще всего применяются типы защит АС и А. Из них наиболее распространена защита А-класса, так как основная часть устройств потребителей оснащена электронным управлением. Например, светодиодная подсветка и некоторые виды люстр управляются с помощью электроники. АС-класс устанавливают в загородных дачах и домах, не имеющих электронных устройств.

Класс ограничения тока и отключающей способности

Дифференциальный автомат имеет класс токоограничения, по которому можно определить быстродействие обесточивания линии питания при появлении критических значений тока.

Класс токоограничения имеет цифровое обозначение:

1 – медленный.
2 – средний.
3 – быстрый.

С повышением класса возрастает и стоимость дифавтомата. В прямоугольнике изображена отключающая способность, а класс токоограничения под ней в квадратике.

Условия эксплуатации

Основная часть дифавтоматов эксплуатируется в теплых отапливаемых помещениях, и рассчитана на работу в диапазоне -5 +35 градусов. Если дифференциальный автомат необходимо установить вне помещения, то применяют другой тип автоматов, так как в зимнее время температура может опуститься до более низких значений. Для таких случаев существуют морозоустойчивые автоматы, способные работать при более низких температурах.

На корпусе таких автоматов имеется специальный значок снежинки.

При всех аналогичных характеристиках морозоусточивые модели имеют стоимость выше, по сравнению с другими моделями.

Внутреннее устройство

Конструкция дифавтомата может быть электронной или электромеханической. Электронные модели получают питание от фазного провода. При отсутствии электроэнергии такие дифавтоматы не способны выполнять свои функции. Поэтому наиболее надежными считаются электромеханические автоматы, которые для работы не нуждаются в отдельном источнике электроэнергии, и могут работать в любой ситуации.

Чтобы самостоятельно проверить тип дифавтомата, понадобится простая батарейка и два куска провода. Один отрезок провода необходимо подключить к одному полюсу батарейки, а второй проводник ко второму полюсу.

Далее, включаем автомат и оголенными концами проводников касаемся контактов автомата вверху и внизу, создавая эффект замыкания и утечки тока. Если защита сработала, то дифавтомат является электромеханическим, так как он способен функционировать и выполнять свои задачи без внешнего питания.

Устройство и принцип работы

Дифференциальный автомат состоит из защитной и рабочей части. Защитная часть автомата представляет собой модуль дифзащиты, который отвечает за ток утечки на землю (дифференциальный ток). Также, в модуле происходит преобразование электрического тока в механическое воздействие на специальную рейку, которая выключает питание. Этот механизм и является рабочей частью дифавтомата.

Модуль защиты обеспечивается питанием путем последовательного подключения с автоматическим выключателем. Модуль защиты оснащен вспомогательными устройствами, такими как электронный усилитель, с обмоткой электромагнитного сброса, а также дифференциальный трансформатор, который выявляет остаточный ток.

Чтобы проверить работоспособность модуля защиты, корпус дифавтомата оснащен кнопкой «Тест». Если нажать на эту кнопку, то происходит имитация тока утечки, и при исправном автомате питание должно отключиться.

В дифавтомате в качестве датчика дифференциального тока используется специальный трансформатор, так же как и в устройстве защитного отключения. Действие этого трансформатора заключается в преобразовании тока утечки в проводах, которые подают электроэнергию на устройство защиты.

Если нет неисправностей изоляции проводов, либо к токоведущим элементам никто не прикоснулся, то тока утечки нет. При этом в проводниках фазы и ноля протекают одинаковые токи.

Такими токами наводятся одинаковые магнитные потоки, направленные навстречу друг другу, в магнитопроводе трансформатора. В итоге во вторичной обмотке ток равен нулю, а магнитоэлектрическая защелка, являющаяся чувствительным элементом, не срабатывает.

При появлении утечки тока, например, если кто-то прикоснулся к проводу фазы, либо повредилась изоляция, нарушается баланс магнитных потоков и тока.

В это время во вторичной обмотке появляется электрический ток, приводящий в движение магнитоэлектрическую защелку, которая действует на расцепляющий механизм автомата и систему контактов.

Разностный двигатель | счетная машина

Difference Engine

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Джозеф Клемент

Похожие темы:: калькулятор

Просмотреть весь связанный контент →

Разностная машина , ранняя вычислительная машина, почти первый компьютер, разработанный и частично построенный в 1820-х и 30-х годах Чарльзом Бэббиджем. Бэббидж был английским математиком и изобретателем; он изобрел скотовоза, реформировал британскую почтовую систему и был пионером в области исследования операций и актуарной науки.

Именно Бэббидж первым предположил, что погоду прошлых лет можно узнать по годичным кольцам деревьев. Он также всю жизнь увлекался ключами, шифрами и механическими куклами (автоматами).

Будучи одним из основателей Королевского астрономического общества, Бэббидж видел явную потребность в разработке и создании механического устройства, которое могло бы автоматизировать длительные и утомительные астрономические вычисления. Он начал с письма в 1822 году сэру Хамфри Дэви, президенту Королевского общества, о возможности автоматизации построения математических таблиц, в частности, таблиц логарифмов для использования в навигации. Затем он написал статью «О теоретических принципах машин для вычисления таблиц», которую он прочитал обществу позже в том же году. (Он получил первую золотую медаль Королевского общества в 1823 году.) Используемые в то время таблицы часто содержали ошибки, которые могли быть вопросом жизни и смерти для моряков в море, и Бэббидж утверждал, что, автоматизировав производство таблиц, он могли убедиться в их точности.

Заручившись поддержкой в обществе своей «Разностной машины», как он ее называл, Бэббидж затем обратился к британскому правительству с просьбой о финансировании разработки, получив один из первых в мире государственных грантов на исследования и технологическое развитие.

Больше из Britannica

компьютер: The Difference Engine

Бэббидж очень серьезно подошел к проекту: он нанял мастера-механика, устроил пожаробезопасную мастерскую и соорудил пыленепроницаемую среду для тестирования устройства. До этого расчеты редко проводились более чем с 6 цифрами; Бэббидж планировал регулярно получать 20- или 30-значные результаты. Разностная машина была цифровым устройством: она работала с дискретными цифрами, а не с гладкими величинами, а цифры были десятичными (0–9).), представленные позициями на зубчатых колесах, а не двоичными цифрами («битами»), которые немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм фон Лейбниц предпочитал (но не использовал) в своем «Счетчике шагов».

Когда одно из зубчатых колес поворачивалось от 9 до 0, это заставляло следующее колесо продвигаться на одну позицию, неся цифру, точно так же, как работал калькулятор Лейбница «Счетчик шагов».

Однако разностная машина была больше, чем простой калькулятор. Он механизировал не просто один расчет, а целую серию расчетов с рядом переменных для решения сложной задачи. Он вышел далеко за рамки калькуляторов и в других отношениях. Как и современные компьютеры, разностная машина имела хранилище, то есть место, где данные могли временно храниться для последующей обработки, и была разработана для штамповки выходных данных в мягкий металл, который впоследствии можно было использовать для изготовления печатной формы.

Тем не менее, разностная машина выполнила только одну операцию. Оператор настраивал все свои регистры данных с исходными данными, а затем одна операция многократно применялась ко всем регистрам, что в конечном итоге приводило к решению. Тем не менее, по сложности и дерзости конструкции он затмил любое существовавшее тогда вычислительное устройство.

Полный двигатель размером с комнату никогда не строился, по крайней мере, Бэббиджем. Хотя он и получил несколько правительственных грантов, они были спорадическими — правительства менялись, финансирование часто заканчивалось, и ему приходилось лично нести часть финансовых расходов — и он работал с допусками современных методов строительства или почти сталкивался с ними. многочисленные трудности строительства. Все проектирование и строительство прекратились в 1833 году, когда Джозеф Клемент, механик, ответственный за фактическое создание машины, отказался продолжать работу, если ему не внесли предоплату. (Завершенная часть разностной машины находится в постоянной экспозиции Музея науки в Лондоне.)

См. также Аналитическая машина.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Пол А. ФрейбергерМайкл Р. Суэйн

Двигатели | Двигатель Бэббиджа

Двигатели

Чарльз Бэббидж (1791-1871), пионер компьютерных технологий, разработал два класса двигателей: разностные машины и аналитические машины. Разностные машины названы так из-за математического принципа, на котором они основаны, а именно метода конечных разностей. Прелесть метода в том, что он использует только арифметическое сложение и устраняет необходимость в умножении и делении, которые сложнее реализовать механически.

Разностные машины — это строго калькуляторы. Они перемалывают числа единственным известным им способом — многократным сложением по методу конечных разностей. Их нельзя использовать для общих арифметических вычислений. Аналитическая машина — это гораздо больше, чем калькулятор, и она знаменует собой переход от механизированной арифметики вычислений к полноценным вычислениям общего назначения. На разных этапах развития его идей было как минимум три проекта. Так что совершенно правильно говорить об аналитических машинах во множественном числе.

Обнаружение двоичных и десятичных чисел и ошибок

Вычислительные машины Бэббиджа представляют собой десятичные цифровые машины. Они десятичные, поскольку используют знакомые десять цифр от «0» до «9», и цифровые в том смысле, что только целые числа признаются действительными. Числовые значения представлены шестеренками, и каждой цифре числа соответствует свое колесо. Если колесо останавливается в положении, промежуточном между целыми числовыми значениями, значение считается неопределенным, и двигатель заклинивает, чтобы указать, что целостность расчета была нарушена. Заглушение — это форма обнаружения ошибок.

Бэббидж рассматривал возможность использования систем счисления, отличных от десятичной, включая двоичную систему счисления, а также системы счисления 3, 4, 5, 12, 16 и 100. Он остановился на десятичной системе из соображений инженерной эффективности — чтобы уменьшить количество движущихся частей — а также для их повседневное знакомство.

Разностная машина № 1

Бэббидж начал свою деятельность в 1821 году с Разностной машины № 1, предназначенной для вычисления и табулирования полиномиальных функций. Проект описывает машину для расчета ряда значений и автоматической печати результатов в таблице. Неотъемлемой частью концепции дизайна является печатающее устройство, механически связанное с вычислительной секцией и являющееся неотъемлемой частью ее. Разностная машина № 1 — это первый законченный проект автоматической вычислительной машины.

Время от времени Бэббидж менял мощность Машины. На чертеже 1830 года показана машина, выполняющая вычисления с шестнадцатью цифрами и шестью порядками разности. Для двигателя потребовалось около 25 000 деталей, поровну распределенных между вычислительной секцией и принтером. Если бы он был построен, то весил бы примерно четыре тонны и имел бы высоту около восьми футов. Работы по строительству двигателя были остановлены в 1832 году из-за спора с инженером Джозефом Клементом. Государственное финансирование было окончательно прекращено в 1842 г.

Аналитическая машина

Когда строительный проект застопорился и освободился от деталей детального конструирования, Бэббидж задумал в 1834 году более амбициозную машину, позже названную Аналитической машиной, программируемую вычислительную машину общего назначения.

Аналитическая машина обладает многими важными функциями, присущими современному цифровому компьютеру. Его можно было запрограммировать с помощью перфокарт — идея, заимствованная у жаккардового станка, используемого для ткачества сложных узоров на текстиле. В движке было «Хранилище», где могли храниться числа и промежуточные результаты, и отдельная «Мельница», где выполнялась арифметическая обработка. Он имел внутренний репертуар из четырех арифметических функций и мог выполнять прямое умножение и деление. Он также мог выполнять функции, для которых у нас есть современные названия: условное ветвление, зацикливание (итерация), микропрограммирование, параллельная обработка, итерация, фиксация, опрос и формирование импульса, среди прочего, хотя Бэббидж нигде не использовал эти термины. У него было множество выходных данных, включая распечатку на бумаге, перфокарты, построение графиков и автоматическое производство стереотипов — лотков из мягкого материала, в которые впечатывались результаты, которые можно было использовать в качестве форм для изготовления печатных форм.

Логическая структура аналитической машины была по существу такой же, как та, которая доминировала в разработке компьютеров в эпоху электроники — отделение памяти («Хранилище») от центрального процессора («Мельница»), последовательная работа с использованием «цикл выборки-выполнения», а также средства для ввода и вывода данных и инструкций. Назвать Бэббиджа «первым компьютерным пионером» не случайно.

Новая разностная машина

Когда к 1840 году новаторская работа над аналитической машиной была практически завершена, Бэббидж начал рассматривать новую разностную машину. Между 1847 и 1849 гг.он завершил проектирование разностной машины № 2, улучшенной версии оригинала. Этот движок вычисляет числа длиной в тридцать одну цифру и может табулировать любой многочлен до седьмого порядка. Конструкция была элегантно простой и требовала лишь примерно одной трети частей, требуемых в Difference Engine No. 1, обеспечивая при этом аналогичную вычислительную мощность.

Разностная машина № 2 и аналитическая машина имеют одинаковую конструкцию принтера — устройства вывода с замечательными характеристиками. Он не только производит распечатку на бумажном носителе в качестве контрольной копии, но также автоматически стереотипирует результаты, то есть отпечатывает результаты на мягком материале, например, на гипсе, который можно использовать в качестве формы, из которой сделал. Устройство печатает результаты автоматически и допускает программируемое форматирование, т. е. позволяет оператору предварительно задать расположение результатов на странице. Изменяемые пользователем функции включают переменную высоту строки, переменное количество столбцов, переменные поля столбцов, автоматический перенос строк или перенос столбцов, а также оставление пустых строк через каждые несколько строк для удобства чтения.

Физическое наследие

За исключением нескольких частично законченных механических сборок и тестовых моделей небольших рабочих секций, ни один из проектов Бэббиджа не был полностью физически реализован при его жизни. Основная сборка, которую он выполнил, была одной седьмой части Разностной машины № 1, демонстрационного образца, состоящего примерно из 2000 деталей, собранных в 1832 году. Она безупречно работает по сей день и является первым успешным автоматическим вычислительным устройством, воплощающим математическое правило в механизме. Небольшая экспериментальная часть аналитической машины строилась на момент смерти Бэббиджа в 1871 году.