Что такое дифавтомат в электрике: виды выключателей нагрузки и для чего нужен ДИФ типа А? Назначение, номиналы и характеристики устройства

Как устроен дифавтомат | Ваш проводник в мир электрики

Дифавтомат или дифференциальный автоматический выключатель – это устройство которое комбинирует в себе два защитных коммутационных прибора – УЗО и автоматический выключатель. Их используют в электрощитах 220/380 Вольт в быту и на производстве. В этой статье мы рассмотрим, что такое дифавтомат, как он устроен и где применяется.

Содержание статьи

Предназначение

Дифавтоматы используют для защиты проводки от перегрузки, сверхтоков, короткого замыкания, а также для защиты человека от поражения электрическим током при утечках. Утечки могут возникать в результате пробоя на корпус электрических нагревателей (ТЭНов), например, в бойлерах – водонагревательных баках, электрических духовых шкафах, плитах, стиральных или посудомоечных машинах, а также в результате старения или при повреждении изоляции.

Все эти проблемы можно локализировать, установив устройство, которое сравнивает токи между фазой и нулем, а если через фазу протекает больше, например, на 30 мА, чем через ноль – значит где-то есть утечка и цепь разорвется. Оно называется УЗО (устройство защитного отключения).

Слово «дифференциальный», значит разницу между чем-либо или между какими-либо состояниями тела, схемы или системы. Синонимами этого слова будут: различный, неодинаковый. Поэтому устройство, сравнивающее токи в проводах, называют дифференциальным автоматом или дифзащитой.

Те же причины могут вызвать короткие замыкания. И если вы подключите на одну линию слишком много электроприборов – ваша проводка выйдет из строя от перегрева, поэтому её защищают автоматическими выключателями.

Дифференциальный автомат совмещает в себе УЗО и автоматический выключатель, поэтому он является универсальным защитным аппаратом.

Устройство и характеристики

Как уже было сказано дифавтомат состоит из УЗО и автоматического выключателя, это изображено на схеме, которую приводят на лицевой стороне таких устройств. Это помогает определить, что установлено в электрощите при его обслуживании. Ниже мы расскажем, как отличить УЗО, автомат и дифавтомат.

На рисунке подписаны составляющие функциональные узлы дифавтомата.

Электромагнитный расцепитель нужен для того чтобы мгновенно разорвать цепь при коротком замыкании, то есть, когда токи внезапно возрастают в десятки и тысячи раз свыше номинальных.

Тепловой расцепитель – работает медленнее. Это биметаллическая пластина, которая под действием повышенной нагрузки (больше номинальной на 10%, например) изгибается и также разрывает силовые контакты.

Дифференциальный трансформатор сравнивает токи между проводами (фазой и нулем), и, если есть утечка – силовые контакты размыкаются.

Кнопка тест просто замыкает через сопротивление фазу до дифтрансформатора на ноль – после него. Возникает большая разница токов и контакты разрываются. Нужна для безопасной проверки срабатывания дифференциальной части устройства.

Что внутри дифавтомата? Такой вопрос часто задают те, кто впервые столкнулся с этим видом коммутационных аппаратов.

Конструкция

• Тепловой расцепитель;
• Электромагнитный расцепитель;
• Дифференциальный трансформатор;
• Схема обработки данных от трансформатора, если её можно так назвать;
• Силовые контакты;
• Дугогасительная камера;
• Кнопка «ТЕСТ» — нужна для проверки работы дифференциальной части.

К сожалению современные защитные аппараты, которые устанавливают на дин-рейку редко предназначены для разборки. Их корпуса собраны на заклёпках и на практике это одноразовые устройства, которые в случае неполадок нельзя перебрать или подчистить контакты, как это было со старыми «АПшками» и даже автоматическими пробками. Внутри дифавтомата мы видимо все перечисленные выше и указанные на схеме узлы. Подробно его устройство рассмотрено в этом видео:

Характеристики, по которым выбирают дифавтомат

1. Значение дифференциального тока, выбирается по тем же правилам, что и для УЗО;
2. Значение номинального тока, выбирается также, как и для автомата;
3. Коммутируемый ток – определяет какой ток КЗ выдержит устройство.

На рисунке синим овалом выделен дифференциальный ток – 0.03 А или 30 мА. Зелёным овалом выделен номинальный ток и класс быстродействия, здесь это 16А и класс C (определяет по какой кривой времятоковой характеристики работает устройство). Красным квадратом выделен условный ток КЗ (коммутационная способность) – 6000 А, цифра 3 – класс токоограничения.

Дифавтоматы бывают одно- и трёхфазными.

Схема подключения

Подключение дифавтомата предельно просто, ниже вы видите пример такой схемы для трёхфазной сети.

Чем отличается дифавтомат отличается от УЗО и простого автомата

Начнём с того, что УЗО обычно подключают последовательно с обычным автоматом. Это нужно для того, чтобы защитить линию от КЗ и человека от поражения электричеством в случае утечки. Дифавтомат выполняет обе эти функции и объединяет эти устройства. Для наглядности мы привели для вас схему.

Чтобы на щитке не перепутать дифавтомат с УЗО нужно внимательно осмотреть лицевые панели модулей, и найти схему. Они отличаются, на рисунке ниже вы можете увидеть в чем разница, места на которые обратить внимания выделены.

В маркировке УЗО обычно указывают только номинальный ток, который способны выдержать его контакты, в таком виде «25А», то есть 25 Ампер. А также дифференциальный ток. На дифавтомате плюс к этому указывают класс быстродействия и коммутационную способность (ток КЗ), как на обычных автоматах, например, C16 – класс быстродействия C, 16 Ампер.

Если на лицевой панели изображена схема – то можно ориентироваться и по ней. На схеме дифавтомата обычно изображают и расцепители.

Автор: Алексей Бартош

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.

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.

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

принцип работы, как выбрать и проверить

Опасность возгорания от тока короткого замыкания, электрического травматизма, вызванного появлением токовой нагрузки на корпусах бытовых приборов, согласно «Правил Устройства Электроустановок» требует защиты смонтированными в домашнюю электрическую цепь специальными приборами. Автоматические выключатели (АВ) по токовой нагрузке и УЗО (устройства защитного отключения) успешно справляются с функцией обеспечения электробезопасности. Однако при монтаже приборов в ранее установленные электрощитки возникают проблемы нехватки места. Для таких случаев используются дифавтоматы (сокращенно «дифы» или аббревиатура АВДТ), которые совмещают функции автоматического выключателя и УЗО в одном корпусе. Что такое дифференциальный автомат, особенности этого прибора описаны в данной статье.

Принцип работы и устройство дифавтомата

В диэлектрическом корпусе, состоящем из двух частей, расположены отдельно друг от друга элементы УЗО и автоматического выключателя каждый в специально отведенном месте. Принципиальная схема как работает типовой дифференциальный автомат представлена на изображении:

Модульный блок автоматического выключателя состоит из теплового и электромагнитного расцепителей. Биметаллическая пластина теплового расцепителя срабатывает от нагрева током перегрузки, а сердечник соленоида электромагнитного расцепителя своим движением размыкает цепь при наличии короткого замыкания.

Другой модульный блок отслеживает появление токовой нагрузки, с выполнением задач, решаемых УЗО. Основным его элементом является дифференциальный трансформатор, в котором при нормальном рабочем режиме ток первичной обмотки равен току вторичной (отличие только в векторе направления). При прикосновении человека, например, к проводнику с нарушенной изоляцией, часть тока не будет возвращаться через вторичную обмотку, а будет уходить через человека в землю. На ней, вследствие изменения магнитного потока будет индуцироваться напряжение, которое при достижении определенной величины подает сигнал на размыкающее реле.

Основные технические характеристики

Чтобы не ошибиться в выборе дифавтомата следует ориентироваться в основных технических характеристиках. Они представляют разновидности параметров, относящихся как к автоматическим выключателям, так и к УЗО.

• Номинальное или рабочее напряжение для однофазной или трехфазной сетей.
• Рабочий ток, при его величине защитное устройство способно работать длительное время.
• Ток мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя. «Время-токовые» характеристики дифавтоматов зависят от конструкции автоматического выключателя устройства, имеют в основном виды В, С, и Д.
• Дифференциальный ток утечки — показывает величину, при которой устройство защиты сработает на отключение цепи.
• Диф реагирует на определенный характер источника тока, который может быть синусоидальным, пульсирующим или постоянным.
• По принципу работы исполнительного механизма УЗО на дифах он может быть электронный или электромеханический.
• Дифы выполняют с разными задержками срабатывания. Защитные аппараты на вводе имеют выдержку времени большую, чем установленные после вводных. Такая селективность создает возможность последним отработать защитное отключение.
• В конструкцию большинства дифов заложена проверка УЗО на работоспособность, зачем собственно находится кнопка «ТЕСТ».

Маркировка

На изображении представлены основные буквенные и цифровые обозначения, которые присутствуют для маркировки большинства дифавтоматов.

На изображении автоматический выключатель дифференциального тока обозначается аббревиатурой АВДТ 63, где цифрами указан номинальный ток устройства 63 А. Сверху указан бренд производителя. Внизу — тип конструктивного исполнения УЗО (здесь электронное).

Нештатные варианты проверки

Следует обозначить, что проверка не касается автоматических выключателей, распространяется только на устройства, реагирующие на утечку тока (УЗО).  Для проверки на перегрузочные токи и короткое замыкания нужен лабораторный вариант, в условиях дома это сделать невозможно.

Кроме штатного, с помощью кнопки, существуют другие способы, как проверить дифавтомат.

• Проверить дифференциальный автомат обычным способом с помощью батарейки. Схема подключения простая: плюсовой контакт батарейки соединяется со входным контактом, минусовой с выходным:Замкнув контакты на полюсах автомата, тем самым создаем магнитное возмущение на обмотках дифференциального трансформатора и механизм отключения у исправного дифа срабатывает. Эффективный способ как выбрать дифференциальный автомат при его покупке в магазине в рабочем состоянии.
• Проверка на работоспособность магнитом. Следует приблизить магнит к взведенному АВДТ — устройство дифференциальной защиты должно его отключить.
  

  Важно: УЗО должно работать под действием электромагнитного поля, для электронного устройства такой принцип проверки не подойдет.

  

• Подобранным по величине сопротивлением. Сопротивление, которое подключается между розеткой и устройством заземления, определяется с помощью известного в электрике закона Ома R = U/I, где U — входное напряжение (220 В или 380 В), I — ток утечки, указанный на дифавтомате. Рассчитанное, таким образом, сопротивление вызовет ток утечки, при котором он выбивает дифавтомат . Включив последовательно в цепь мультиметр, выставив режим работы на «амперметр», можно проконтролировать показания тока цепи.
• Электронные устройства. Применение многофункциональных электронных измерительных приборов с подключением через розетку позволяют проверить сразу несколько параметров дифавтомата. Помимо определения работоспособности можно выяснить время срабатывания, убедиться, в правильности значения тока утечки, указанного на корпусе защитного устройства. Однако для дома это будет дорогое удовольствие.

Обозначение дифавтомата в условном виде на однолинейной схеме

«Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» регламентируют создание технической документации максимально удобной в работе. Одной из них является однолинейная схема в упрощенном виде отображающая соединения силовых линий, распределительных пунктов и расположение других электрических элементов. Так вот, обозначения дифавтомата на схеме, соответствующего нормативной документации нет. С молчаливого согласия пользователей они обозначаются следующим образом:

Буквенное обозначение дифференциального автомата на схеме —  в виде латинских букв QF.

Критерии выбора

Основным критерием как подобрать дифатомат для квартиры будет способность его обеспечить потребляемую энергию всеми электроприборами. Как выбрать дифавтомат по мощности, достаточно ли одного или установить несколько покажет расчет расхода электричества домашними электроприборами с учетом реального времени их работы. В качестве исходных данных можно воспользоваться информацией из технических паспортов или рассчитать по данным обозначенным на корпусе приборов.

Кроме варианта, связанного с расчетами, можно измерить мощность бытового электрического устройства с помощью энергометра. Для чего его включают в розетку, а к нему подключают сам прибор. Трудоемким, но простым будет включение по одному прибору в работу на час. Сняв показания с электросчетчика, получим нужную информацию. Выбираете АВДТ с техническими характеристиками соответствующими расчетным данным.

Высокую надежность работы дифавтоматов гарантирует принадлежность к бренду, завоевавшему доверие потребителей безупречным качеством своей продукции.

Из зарубежных производителей можно выделить: шведско-швейцарскую АВВ, французские LeGrand, Schneider Electric, немецкий Siemens и другие.

Среди российских производителей, по качеству уступающим представленным выше, следует отметить бренды КЭАЗ, IEK, DEKraft и другие.

Дифавтомат какой фирмы выбрать поможет изучение рейтингов, которые есть в интернете.

Преимущества и недостатки

К положительным характеристикам дифавтоматов необходимо отнести следующие.

• Повышается пожаробезопасность объектов — имеется защита от перегрева электропроводки.
• Отсутствует необходимость установки УЗО, его функции выполняет интегрированное в дифах аналогичное устройство.
• Занимает в щитке на вводе минимальное пространство, одномодульные блоки дифов все компактно монтируются на его DIN-рейку.
• За счет уменьшения контактных групп прост в монтаже.

Имеются у прибора и отрицательные характеристики.

• Многофункциональность создает проблемы в определении причины срабатывания — от короткого замыкания или от тока утечки. Далеко не все дифавтоматы снабжаются специальными индикаторами, назначение которых указывать обозначение критического фактора. Это усложняет нахождение, а следовательно, устранение неисправности поврежденного участка цепи.
• Выход из строя одного из составляющих — автоматического выключателя или УЗО, приводит к замене всего, самого по себе недорогого устройства. Экономически установка раздельно УЗО и защитного автомата более выгодна.
• Следует учитывать, что электронные дифавтоматы утрачивают работоспособность при обрыве нулевого провода. Внимание: при нахождении фазы под напряжением это может привести к удару человека электрическим током. Электромеханический вариант дифавтомата такого недостатка не имеет.

Видео по теме

Хорошая реклама

Характеристики, схема подключения дифавтоматов

Купить Дифавтоматы

Характеристики дифавтоматов

Основными характеристиками этих электротехнических устройств является:

1. Номинальный рабочий ток, (А)- ток при котором прибор может оставаться включённым длительное время.
2. Быстродействие (M/с)- время срабатывания аварийного срабатывания электромагнитного расцепителя.
3. Номинальное напряжение (В)- ток, при котором устройство способно работать длительное время.
4. Уставка по токовой утечке (мA)- ток отключения схемы, обозначается значком «дельта» с числом соответствующим току утечки.
5. Тип тока утечки. В соответствии с этим параметром любой из дифавтоматов может иметь следующие обозначения:

• «A» – реагирующие на утечки синусоидального переменного (пульсирующего постоянного) тока;
• «AC» – дифавтоматы, рассчитанные на срабатывания от утечек, содержащих постоянную составляющую тока;
• «B» – комбинированное исполнение, предполагающее обе указанные ранее возможности.

Также устройства защиты могут работать по селективному принципу, предполагающему наличие задержки по времени срабатывания. Указанная возможность обеспечивает определённую выборочность отключения прибора от сети и электродинамическую устойчивость системы защиты, обзначаетса аббревиатурой «S».

АВДТ — автоматические выключатели дифференциального тока, это устройства, включающие в себя и автоматический выключатель, и УЗО, объединенные в одном корпусе. Дифавтоматы обладают высоким быстродействием срабатывания, защищают от поражения электрическим током в случаях соприкосновения с токопроводящими частями или с электрооборудованием, части которого, вследствие повреждения изоляционного слоя, оказались под напряжением.
Также дифференциальные выключатели применяются для отключения участков электрической сети, которые подверглись повреждениям в случаях коротких замыканий или механических воздействий.

АВДТ оснащены системой размыкания при касании токоведущих частей, которая обесточивает находящуюся ниже по цепи систему при нарушении изоляции или случайном контакте человеком находящихся под напряжением элементов. B этих случаях ток через один из проводников питания на землю через тело человека или поврежденную изоляцию, превышающий порог срабатывания, будет вызывать отключение цепи. Очевидно, что таким образом будут защищены только те электроустановки, которые находятся ниже по цепи.

Дифавтоматы с порогом срабатывания IΔn=30мA защищают пользователя от случайного контакта с фазным проводом или другими токоведущими элементами цепи.
Следует помнить, что когда защита от контакта осуществляется с использованием устройств защитного отключения, средний провод (нейтраль) должен быть изолирован так же как и фазный и не должен соединяться с землей ниже по цепи чем само устройство или с нейтральным проводом другой цепи.

Устройства защитного отключения с защитой от перегрузки обеспечивают:

• защиту от поражения электрическим током путем контроля разностных токов
• защиту от перегрузки
• защиту от короткого замыкания
• противопожарную безопасность

Уровень защиты данных автоматов должен быть следующим (CEI EN 60529):

• IPXXB/IP2X с лицевой стороны: при наружном монтаже пространство вокруг клемм должно быть закрыто крышкой.
• IPXXD/IP4X для монтажа в соответствующих держателях или панелях .
• При установке в промышленных помещениях и при наличии особенностей в окружающей среде соответствующий уровень защиты IP должен обеспечиваться за счет установки в корпусах, отвечающих стандарту CEI 64-8/IEC 364.

Примечание: Устройство защитного отключения АВДТ не устраняет ощущений удара электрическим током, однако оно ограничивает промежуток времени, в течение которого ток проходит через тело человека, до уровня, существенно снижающего вероятность летального исхода.

Индикация и причины срабатывания дифавтоматов

• Черный рычажок управления в нижнем положении (положение О): срабатывание из-за перегрузки, короткого замыкания или защитного отключения (утечка тока на землю).
• Черный рычажок управления в нижнем положении (положение О) и метка видна через окошко: срабатывание устройства защитного отключения из-за утекания тока на землю.

Повторное включение АВДТ после срабатывания

В случае срабатывания, черный рычажок находится в положении О и метка видна через окошко. Устранив причину срабатывания, восстановите работоспособность диф автомата, переведя черный рычажок в положение I. В случае срабатывания из-за перегрузки, черный рычажок находится в положении О и метка не видна. Устранив причину срабатывания, восстановите работоспособность дифференциального выключателя, переведя черный рычажок в положение I.

Защитное заземление дифавтоматов

Защитное заземление должно выполняться в соответствии cо стандартом CEI64-8/IEC 364. Все металлические каркасы электрического оборудования должны быть заземлены. Cечение проводника заземления не должно быть меньше сечения проводников электропитания.

Примечание: Широко распространено мнение, несмотря на то, что оно неправильно, что для защиты корпусов электроустановок от напряжения электропитания необходимо подключать средний провод непосредственно к металлическому корпусу или к контакту заземления вилки электропитания. При таком соединении, если будет нарушена изоляция, растекающийся ток поврежденного оборудования будет стекать обратно на средний провод (нейтраль), подключенный к соответствующему контакту дифавтомат. При этом нарушения баланса токов происходить не будет и устройство не сработает. Поэтому соединение среднего провода (нейтрали) с металлическими корпусами или контактами защитного заземления вилок недопустимо.

Данное оборудование должно использоваться в соответствии с требованиями стандарта CEI 64-8/IEC 364. Оно оснащено встроенной системой защиты от перегрузки и короткого замыкания, номинальные значения которых указаны на шильдике прибора, и гарантированно защищают от перегрузки выходные проводники системы.
B системах защиты, использующих непосредственное заземление металлических частей, дополнительная установка устройств защитного отключения обеспечивает дополнительную защиту от растекания тока на землю, что обеспечивает повышенную безопасность при электрическом контакте.
Электропитание может подключаться к диф автомату как сверху, так и снизу.

Установка дифавтомата

• на монтажных рельсах, соответствующих стандарту EN 50022, установка осуществляется с помощью двойной быстродействующей защелки на задней стенке прибора;
• на настенных панелях с герметизируемыми вводами, и на панелях для встроенной установки .

Пример установки

Инструкции по установке

• Помните, что при установке АВДТ с малой чувствительностью IΔn 0.03A защита от непрямого контакта обеспечивается только при использовании заземления, выполненного в соответствии с требованиями стандарта CEI 64-8/IEC 364.
• Если диф автомат обладает высокой чувствительностью IΔn 0.03A, при этом обеспечивается также защита от прямого контакта.
• Установите устройство на панели или в корпусе, обеспечивающем уровень защиты IРЕ, соответствующий конкретным условиям применения в соответствии с требованиями CEI 64-8 (IEC 364).
• Подключите оборудование в точном соответствии со схемой.
• Включите все нагрузки, подключенные к защищаемой цепи. Если АВДТ срабатывает, выясните, какое устройство является причиной срабатывания, путем последовательного включения нагрузок. При обнаружении такого устройства его необходимо отключить от сети и проверить исправность.
• Нажмите кнопку тестирования. Если устройство установлено и запитано правильно, оно должно сработать.
• Если электрическая система распределена на очень большом пространстве, обычные токи утечки на землю могут быть достаточно велики. B этом случае имеется вероятность ложных срабатываний. Чтобы избежать этого, необходимо разделить систему, по крайней мере, на два контура, каждый из которых будет защищаться своим дифавтоматом.
• Электрические помехи внешнего (грозы) и внутреннего (мощные реактивные нагрузки) характера могут вызывать значительные броски напряжения, которые, в свою очередь, могут, в худшем случае, повредить электронные элементы данных автоматов, а в лучшем — вызывать ложные срабатывания. Поэтому необходимо защищать потребителей электроэнергии с помощью устройств защиты от бросков напряжения и, при необходимости, использовать АВДТ с задержкой отключения (противопомехового типа AP).
• Еще больший уровень безопасности достигается, когда каждый пользователь, подключенный к общему заземлению, индивидуально защищается собственным устройством защиты.
• Установка автомата должна производиться профессиональным электромонтером в соответствии с требованиями стандарта СЕ! 64-8 (!ЕС 364).

Установка дифференциального автоматического выключателя существенно повышает уровень безопасности при работе на электроустановках. Кроме того, если на шильдике устройства имеется обозначение IΔn 0.03A или IΔn 0.01A, обеспечивается защита при случайном контакте с токоведущими частями оборудования. Тем не менее, установка автоматического дифференциального автомата не означает отказа от выполнения всех обычных мер предосторожности при работе на электроустановках. B частности:

• Не забывайте ежемесячно нажимать кнопку «Т», при этом устройство защиты должно сработать. Если этого не происходит, необходимо немедленно вызвать электрика, поскольку безопасность системы не обеспечивается.
• При использовании персональных компьютеров, электронных пишущих машинок, электронных кассовых аппаратов или другого оборудования с электронными компонентами, оснащенного вилками с контактом заземления, убедитесь в том, что на шильдике УЗО имеется символ «N». Только в этом случае будет обеспечиваться наилучшая защита, которую предоставляет современный уровень развития техники. Если такое обозначение отсутствует, проконсультируйтесь с электриком.
• Перед заменой ламп или предохранителей убедитесь в том, что электропитание всей установки отключено, разомкнув главный рубильник.
• Не пользуйтесь проводами с нарушенной изоляцией, примите немедленные меры к их замене.
• Для выполнения любых работ на стационарных или мобильных электроустановках вызывайте квалифицированного электрика.

Подключение дифавтомата

АВДТ обеспечивают безопасность даже при случайном обрыве среднего провода (нейтрали).
Oни могут использоваться в однофазных электроустановках, питающихся от двух фазных проводов или от фазного провода и нейтрали. Также данные устройства защиты могут устанавливаться в системах, имеющих один из перечисленных ниже видов защиты:

• подключение к нейтрали или металлоконструкциям выше места установки
• непосредственное заземление металлических частей
• активная защита против аварийных токов утечки на землю.

На всех устройствах защитного отключения могут устанавливаться следующие принадлежности:

• Вспомогательные контакты
• Контакты сигнализации
• Катушки с броском тока
• Катушки минимального напряжения

Устройство и принцип работы дифавтомата | Полезные статьи

Устройство дифференциального автоматического выключателя

• корпус, который чаще всего включает в себя два отсека. В одном из них размещены элементы автоматического выключателя, а в другом – УЗО;

• рычаг управления, а также совмещенный механизм ввода и расцепления, обеспечивающий отключение по всем типам защиты;

• фазные силовые контакты — неподвижный и подвижный; 

• электромагнитный расцепитель для защиты от токов короткого замыкания. Представлен в виде электромагнита с подвижным сердечником (якорем), который работает как толкатель;

• дугогасительная камера, обеспечивающая быстрое гашение дугового разряда, который может образовываться при размыкании контактов с каналом отвода газов;

• тепловой расцепитель, представленный в виде биметаллической пластины. Он обеспечивает защиту от повышенной нагрузки на участке цепи, которую защищает дифавтомат;

• регулировочный винт теплового расцепителя, обеспечивающий регулировку значения тока, при котором тепловой расцепитель должен сработать;

• токоограничивающий резистор, обеспечивающий имитацию тока утечки;

• нулевые верхние и нижние клеммы для подключения провода или кабеля;

• выпрямительное устройство в виде платы с диодным мостом и сглаживающими конденсаторами;

• поляризованное реле; 

• подвижный и неподвижный контакты кнопки «Тест»; 

• дифференциальный трансформатор, состоящий из первичной обмотки, выполненной в несколько витков силовыми проводами, и вторичной обмотки тонким медным проводом, концы которой подключены к выпрямительному устройству;

• нулевые силовые контакты — неподвижный и подвижный.

Работа дифавтомата

Устройство дифавтомата со стороны УЗО

В нормальном режиме ток в дифавтомате  протекает от фазного провода или жилы кабеля, подключающегося сверху к винтовому зажиму клеммы «1», к катушке соленоида, а затем по неподвижному и подвижному контактам, через гибкую связь, биметаллическую пластину и провода первичной обмотки трансформатора, после чего возвращается на нижний фазный винтовой зажим клеммы «2» дальше через жилу кабеля к нагрузке.  В обратном направлении ток протекает от нагрузки через жилу кабеля,  подключенного к нижней клемме «N», через гибкую связь к подвижному контакту, по неподвижному контакту, по виткам нулевого провода первичной обмотки трансформатора к верхней клемме N дифавтомата. 

Срабатывание электромагнитного расцепителя

При возникновении короткого замыкания отключить нагрузку должен электромагнитный расцепитель. Если ток, протекающий через обмотку, в достаточной мере превышает ток номинальный, в катушке мгновенно возникает сильное магнитное поле. Оно приводит в движение якорь. А тот в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. В результате дифавтомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Однако во время размыкания между подвижным и неподвижным контактами возможно возникновение дугового разряда, который движется в сторону дугогасительной камеры. Разряд, соприкасаясь с пластинами, разделяется и затухает. При этом избыточное давление и газовыделения, образованные вследствие горения дуги, через специальное отверстие в корпусе выходят наружу.

Срабатывание теплового расцепителя

Защиту от перегрузки обеспечивает тепловой расцепитель. В случае, когда через дифавтомат протекает ток, превышающий номинальное значение в 13-45 % (горячее и холодное состояние), биметаллическая пластина нагревается и постепенно начинает выгибаться. Изогнувшись под определенным углом, она надавливает на рычажок спускового механизма, и дифавтомат отключается. 

Следует отметить, что для срабатывания теплового расцепителя требуется больше времени, чем для электромагнитного, но в то же время он более точен, поддается тонкой настройке.

В случае возникновения тока утечки, например, вследствие пробоя изоляции кабеля, в трансформаторе порождается магнитный поток, вызывающий напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В свою очередь напряжение подается на поляризованное реле через выпрямительное устройство и при превышении предельного значения тока утечки приводит к срабатыванию дифавтомата.

Если заземление отсутствует, то дифавтомат не будет реагировать на ток утечки до того момента, пока в цепи не возникнет утечка на землю (например, если потребитель дотронется до металлического корпуса электроприбора). При таком касании возникнет разность токов, которая приведет к срабатыванию устройства.

Срабатывание токового реле

Дифавтомат имеет также кнопку «Тест», принцип действия которой заключается в том, что при ее нажатии подвижный контакт замыкает цепь, и ток начинает протекать от фазного к нулевому контакту через токоограничивающий резистор, который в свою очередь создает ток утечки и приводит к срабатыванию устройства. Если при нажатии копки «ТЕСТ» дифавтомат не выключился, это свидетельствует о его неисправности.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы дифавтомата. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором показано, как работают дифавтоматы. Кроме того, в данном видео вы можете увидеть, как выглядит дифавтомат изнутри. 

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. Начнем с рассмотрения устройства и принципа работы дифавтоматов.

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 двухполюсные дифавтоматы. К клеммам верхних полюсов подключается фазный и нулевой проводник питающей сети, а к зажимам нижних полюсов – фазный и нулевой проводник от нагрузки. При этом, в зависимости от марки производителя и серии они для своей установки на DIN-рейку могут занимать как два, так и более модулей.

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.

Автоматический выключатель дифференциальный IEK АВДТ 32

Главным его предназначением и основным принципом работы является единовременное отслеживание возможного короткого замыкания (КЗ) и последующее отключение питания. Кроме этого, контролируется наличие токов утечки, в случае отклонения от нормы, производится обесточивание линии. Можно выделить несколько основных функций, выполняемых этим устройством:

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

Таким образом, дифференциальный автомат совмещает в себе два устройства и образует комплекс устройства защитного отключения (УЗО) и автомата защиты. Как и у всех универсальных устройств, у него есть свои сильные и слабые стороны.

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.

различных типов двигателей, используемых в электромобилях

Электромобили не являются чем-то новым для этого мира, но с технологическим прогрессом и повышенным вниманием к контролю за загрязнением окружающей среды он стал залогом мобильности будущего. Основным элементом электромобиля, помимо аккумуляторов электромобиля, который заменяет двигатели внутреннего сгорания, является электродвигатель . Быстрое развитие в области силовой электроники и методов управления создало пространство для различных типов электродвигателей, которые будут использоваться в электромобилях.Электродвигатели, используемые в автомобилях, должны обладать такими характеристиками, как высокий пусковой момент, высокая удельная мощность, хороший КПД и т. Д.

Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях

1. Двигатель серии постоянного тока
2. Бесщеточный двигатель постоянного тока
3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)
4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока
5. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

1.Двигатель серии постоянного тока

Высокий пусковой момент двигателя серии постоянного тока делает его подходящим вариантом для тягового применения. Это был наиболее широко используемый двигатель для тяги в начале 1900-х годов. Преимущества этого двигателя — легкое регулирование скорости, а также способность выдерживать резкое увеличение нагрузки. Все эти характеристики делают его идеальным тяговым двигателем. Главный недостаток двигателей постоянного тока — это высокие эксплуатационные расходы из-за щеток и коммутаторов. Эти двигатели используются на индийских железных дорогах.Этот двигатель относится к категории щеточных двигателей постоянного тока.

2. Бесщеточные двигатели постоянного тока

Аналогичен двигателям постоянного тока с постоянными магнитами. Он называется бесщеточным, потому что в нем нет коммутатора и щеточного устройства. Коммутация в этом двигателе осуществляется электронным способом, поскольку двигатели BLDC не требуют обслуживания. Двигатели BLDC имеют тяговые характеристики, такие как высокий пусковой момент, высокий КПД около 95-98% и т. Д. Двигатели BLDC подходят для проектирования с высокой удельной мощностью.Двигатели BLDC являются наиболее предпочтительными двигателями для электромобилей из-за их тяговых характеристик.

Двигатели BLDC также имеют два типа:

и. Двигатель BLDC внешнего бегунка:

В этом типе ротор двигателя находится снаружи, а статор находится внутри. Его также называют как Hub motors , потому что колесо напрямую связано с внешним ротором. Для двигателей этого типа не требуется внешний редуктор.В некоторых случаях сам двигатель имеет встроенные планетарные передачи. Этот двигатель делает автомобиль менее громоздким, поскольку не требует какой-либо системы передач. Это также устраняет необходимость в пространстве для установки двигателя. Существует ограничение на размеры двигателя, которое ограничивает выходную мощность во встроенной конфигурации. Этот двигатель широко используется производителями электрических велосипедов, такими как Hullikal, Tronx, Spero, легкие велосипеды и т. Д. Он также используется производителями двухколесных транспортных средств, такими как 22 Motors, NDS Eco Motors и т. Д.

ii. Внутренний двигатель BLDC:

В этом типе ротор двигателя находится внутри, а статор — снаружи, как у обычных двигателей. Этим моторам требуется внешняя система трансмиссии для передачи мощности на колеса, из-за этого конфигурация внешнего колеса немного громоздка по сравнению с конфигурацией внутреннего колеса. Многие производители трехколесных транспортных средств, такие как Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, используют двигатели BLDC.Производители скутеров с низкой и средней производительностью также используют двигатели BLDC для приведения в движение.

Именно по этим причинам он широко используется в электромобилях. Главный недостаток — высокая стоимость за счет постоянных магнитов. Перегрузка двигателя сверх определенного предела сокращает срок службы постоянных магнитов из-за тепловых условий.

3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

Этот двигатель также похож на двигатель BLDC, который имеет постоянные магниты на роторе .Подобно двигателям BLDC, эти двигатели также обладают такими тяговыми характеристиками, как высокая удельная мощность и высокий КПД. Разница в том, что PMSM имеет синусоидальную обратную ЭДС, тогда как BLDC имеет трапециевидную обратную ЭДС. Синхронные двигатели с постоянным магнитом доступны для более высоких мощностей. PMSM — лучший выбор для высокопроизводительных приложений, таких как автомобили, автобусы. Несмотря на высокую стоимость, PMSM составляет жесткую конкуренцию асинхронным двигателям из-за большей эффективности, чем у последних. PMSM также дороже, чем двигатели BLDC. Большинство производителей автомобилей используют двигатели PMSM для своих гибридных автомобилей и электромобилей . Например, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, нулевые мотоциклы S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 и т. Д. Используют двигатель PMSM для приведения в движение.

4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели не имеют высокого пускового момента, как двигатели серии постоянного тока при фиксированном напряжении и работе с фиксированной частотой.Но эту характеристику можно изменить, используя различные методы контроля, такие как методы FOC или v / f. При использовании этих методов управления максимальный крутящий момент достигается при запуске двигателя, что подходит для тягового приложения. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют долгий срок службы из-за меньшего количества обслуживания. Асинхронные двигатели могут иметь КПД 92-95%. Недостатком асинхронного двигателя является то, что он требует сложной схемы инвертора и затрудняет управление двигателем .

В двигателях с постоянными магнитами магниты вносят вклад в плотность магнитного потока B. Следовательно, регулировать значение B в асинхронных двигателях проще по сравнению с двигателями с постоянными магнитами. Это связано с тем, что в асинхронных двигателях значение B можно регулировать путем изменения напряжения и частоты (V / f) в зависимости от требований крутящего момента. Это помогает снизить потери, что, в свою очередь, повышает эффективность.

Tesla Model S — лучший пример, подтверждающий высокую производительность асинхронных двигателей по сравнению с их аналогами. Выбирая асинхронные двигатели, Тесла, возможно, хотел устранить зависимость от постоянных магнитов. Даже Mahindra Reva e2o использует трехфазный асинхронный двигатель для движения. Крупные производители автомобилей, такие как TATA motors, планируют использовать асинхронные двигатели в своих автомобилях и автобусах. Производитель двухколесных мотоциклов TVS motors запустит в производство электрический скутер, в котором в качестве силовой установки используется индукционный двигатель.Асинхронные двигатели являются предпочтительным выбором для электромобилей, ориентированных на производительность, из-за их низкой стоимости. Другое преимущество состоит в том, что он может выдерживать суровые условия окружающей среды. Благодаря этим преимуществам индийские железные дороги начали заменять свои двигатели постоянного тока асинхронными двигателями переменного тока.

5. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

Электродвигатели с регулируемым сопротивлением — это категория электродвигателей с переменным сопротивлением и двойным сопротивлением. Электродвигатели с РРМ просты по конструкции и надежны. Ротор SRM представляет собой кусок многослойной стали без обмоток или постоянных магнитов на нем . Это снижает инерцию ротора, что способствует большему ускорению. Прочная природа SRM делает его пригодным для высокоскоростных приложений. SRM также предлагает высокую удельную мощность, которая является некоторыми необходимыми характеристиками электромобилей. Поскольку выделяемое тепло в основном ограничивается статором, двигатель легче охладить. Самым большим недостатком SRM является сложность управления и увеличение схемы переключения .Он также имеет некоторые проблемы с шумом. Когда SRM выйдет на коммерческий рынок, он сможет заменить в будущем PMSM и асинхронные двигатели.

Рекомендации по выбору правильного двигателя для вашего электромобиля

Для выбора подходящих двигателей электромобилей необходимо сначала перечислить требования к характеристикам, которым должно соответствовать транспортное средство, условиям эксплуатации и связанным с ними затратам. Например, для картинга и двухколесных транспортных средств, требующих меньшей мощности (в основном менее 3 кВт) при невысокой стоимости, хорошо использовать моторы-концентраторы BLDC.Для трехколесных и двухколесных транспортных средств также хорошо выбрать двигатели BLDC с внешней зубчатой ​​передачей или без нее. Для приложений с высокой мощностью, таких как высокопроизводительные двухколесные автомобили, автомобили, автобусы, грузовики, идеальным выбором двигателя были бы двигатели PMSM или индукционные. Как только синхронный реактивный двигатель и реактивный реактивный электродвигатель станут экономически эффективными как двигатели PMSM или асинхронные двигатели, можно будет иметь больше вариантов типов двигателей для применения в электромобилях.

Что такое электрический привод? — Определение, части, преимущества, недостатки и применение

Определение : Система, которая используется для управления движением электрической машины, такой тип системы называется электрическим приводом. Другими словами, привод, в котором используется электродвигатель, называется электрическим приводом. В электрическом приводе в качестве основного источника энергии используется любой из первичных двигателей, например дизельный или бензиновый двигатель, газовые или паровые турбины, паровые двигатели, гидравлические двигатели и электродвигатели.Этот первичный двигатель передает механическую энергию приводу для управления движением.

Блок-схема электропривода представлена ​​на рисунке ниже. Электрическая нагрузка, такая как вентиляторы, насосы, поезда и т. Д., Состоит из электродвигателя. Требование электрической нагрузки определяется скоростью и крутящим моментом. Для привода нагрузки выбирается двигатель, соответствующий возможностям нагрузки.

Детали электропривода

Основными частями электроприводов являются модулятор мощности, двигатель, блок управления и датчики.Их части подробно описаны ниже.

Модулятор мощности — Модулятор мощности регулирует выходную мощность источника. Он управляет мощностью от источника к двигателю таким образом, чтобы двигатель передавал характеристику скорости-момента, необходимую для нагрузки. Во время переходных процессов, таких как запуск, торможение и изменение скорости, чрезмерный ток, потребляемый от источника. Этот чрезмерный ток, потребляемый от источника, может перегрузить его или вызвать падение напряжения.Следовательно, модулятор мощности ограничивает ток источника и двигателя.

Модулятор мощности преобразует энергию в соответствии с требованиями двигателя, например, если источником является постоянный ток и используется асинхронный двигатель, то модулятор мощности преобразует постоянный ток в переменный. Он также выбирает режим работы двигателя, т. Е. Двигательный или тормозной.

Блок управления — Блок управления управляет модулятором мощности, который работает при малых уровнях напряжения и мощности. Блок управления также по желанию управляет модулятором мощности.Он также генерирует команды для защиты силового модулятора и двигателя. Входной командный сигнал, который регулирует рабочую точку привода, от входа к блоку управления.

Датчик — Он определяет определенные параметры привода, такие как ток и скорость двигателя. В основном это требуется либо для защиты, либо для работы в замкнутом контуре.

Преимущества электропривода

Ниже приведены преимущества электропривода.

• Электропривод имеет очень большой диапазон крутящего момента, скорости и мощности.
• Их работа не зависит от условий окружающей среды.
• Электроприводы не загрязнены.
• Электроприводы работают во всех квадрантах скоростного момента.
• Привод легко запускается и не требует дозаправки.
• КПД приводов высок, потому что на нем меньше потерь.

Электроприводы имеют множество преимуществ, указанных выше. Единственным недостатком привода является то, что иногда механическая энергия, производимая первичным двигателем, сначала преобразуется в электрическую, а затем в механическую работу с помощью двигателя.Это может быть сделано с помощью электрического соединения, связанного с первичным двигателем и нагрузкой.

Из-за следующих преимуществ механическая энергия, уже доступная от неэлектрического первичного двигателя, иногда сначала преобразуется в электрическую энергию генератором и обратно в механическую энергию электродвигателя. Таким образом, электрическая связь обеспечивает между неэлектрическим первичным двигателем и воздействием нагрузки на характеристику гибкого управления привода.

Например, — Тепловоз вырабатывает дизельную энергию с помощью дизельного двигателя.Механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью генератора. Эта электрическая энергия используется для привода другого локомотива.

Недостатки электропривода

Сбой питания полностью отключил всю систему.

1. Применение привода ограничено, так как его нельзя использовать в местах, где нет источника питания.
2. Может вызвать шумовое загрязнение.
3. Первоначальная стоимость системы высока.
4. У него плохой динамический отклик.
5. Низкая выходная мощность привода.
6. При обрыве проводов или коротком замыкании система может выйти из строя, из-за чего возникает несколько проблем.

Применение электропривода

Он используется в большом количестве промышленных и бытовых приложений, таких как транспортные системы, прокатные станы, бумагоделательные машины, текстильные фабрики, станки, вентиляторы, насосы, роботы, мойки и т. Д.

Что такое промышленная автоматизация | Типы промышленной автоматизации

Что такое промышленная автоматизация, их типы и иерархия в системе промышленной автоматизации

Сегодняшняя резко возрастающая конкуренция в отрасли требует высококачественных и наиболее последовательных продуктов по конкурентоспособной цене. Для решения этой проблемы ряд отраслей рассматривают различные новые конструкции продуктов и интегрированные производственные технологии параллельно с использованием автоматизированных устройств.

Одним из замечательных и важных шагов для решения вышеупомянутой проблемы является промышленная автоматизация. Промышленная автоматизация способствует повышению качества продукции, надежности и производительности при одновременном снижении стоимости производства и проектирования за счет внедрения новых, инновационных и интегрированных технологий и услуг.

Что такое промышленная автоматизация?

Автоматизация представляет собой шаг вперед в области механизации, в которой для выполнения задачи используются определенные механизмы машин, которым помогают операторы.Механизация — это ручное выполнение задачи с использованием механического оборудования, которое зависит от принятия решений человеком.

С другой стороны, автоматизация заменяет участие человека использованием команд логического программирования и мощных механизмов.

Промышленная автоматизация — это замена компьютеров и машин человеческому мышлению. Слово Automation дает значение « self dictating » или « механизм движется сам по себе », которое происходит от греческих слов Auto и Matos , где auto означает self , а Matos означает переезд .

Вкратце, промышленная автоматизация может быть определена как как использование набора технологий и устройств автоматического управления , что обеспечивает автоматическую работу и управление производственными процессами без значительного вмешательства человека и достижение большей производительности, чем ручное управление . Эти устройства автоматизации включают ПЛК, ПК, PAC, и т. Д., А технологии включают в себя различные промышленные системы связи.

На приведенном выше рисунке показана автоматизация электростанции, предоставленная Siemens для обеспечения устойчивой, безопасной и экономичной работы.Он обеспечивает полную интегрированную автоматизацию (TIA), автоматизируя каждую секцию электростанции с помощью эффективных устройств управления, полевых датчиков и исполнительных устройств. В этой автоматизации модули SIMATIC (ПЛК) используются в качестве устройств управления, а WinCC предоставляет эффективный графический интерфейс.

Почему промышленная автоматизация? (Преимущества системы автоматизации)

Автоматизация фабрики, производственного или технологического предприятия повышает производительность за счет лучшего контроля производства.Это помогает производить массовое производство за счет значительного сокращения времени сборки каждого продукта при более высоком качестве производства. Следовательно, при заданных трудозатратах он производит большой объем продукции.

• Для обеспечения оптимальных эксплуатационных расходов

Интеграция различных производственных процессов с автоматизированными механизмами сводит к минимуму время цикла и усилия и, следовательно, потребность в человеческом труде. Таким образом, благодаря автоматизации удалось сэкономить средства на персонал.

• Для улучшения качества продукции

Поскольку автоматизация снижает участие человека, возможность человеческих ошибок также исключается. Единообразие и качество продукции с большей степенью соответствия можно поддерживать с помощью автоматизации, адаптивно контролируя и отслеживая производственные процессы на всех этапах, от создания продукта до конечного продукта.

Автоматизация полностью снижает необходимость ручной проверки различных параметров процесса.Используя преимущества технологий автоматизации, промышленные процессы автоматически настраивают переменные процесса на заданные или желаемые значения с помощью методов управления с обратной связью.

• Для повышения уровня безопасности

Промышленная автоматизация повышает уровень безопасности персонала, заменяя его автоматизированными машинами во вредных условиях труда. Традиционно в таких рискованных и опасных местах внедряются промышленные роботы и робототехнических устройств.

Иерархия системы промышленной автоматизации

Системы промышленной автоматизации могут быть очень сложными по своей природе, имея большое количество устройств, работающих синхронно с технологиями автоматизации. На рисунке ниже изображена иерархическая структура системы автоматизации, состоящая из разных иерархических уровней.

Полевой уровень

Это самый низкий уровень иерархии автоматизации, который включает полевые устройства, такие как датчики и исполнительные механизмы.Основная задача этих полевых устройств — передавать данные о процессах и машинах на следующий более высокий уровень для мониторинга и анализа. А также включает управление параметрами процесса с помощью исполнительных механизмов. Например, мы можем описать этот уровень как глаза и руки определенного процесса.

преобразуют параметры реального времени, такие как температура, давление, расход, уровень и т. Д., В электрические сигналы. Эти данные датчика затем передаются в контроллер, чтобы отслеживать и анализировать параметры в реальном времени.Некоторые из датчиков включают термопары, датчики приближения, RTD, расходомеры и т. Д.

С другой стороны, исполнительные устройства преобразуют электрические сигналы (от контроллеров) в механические средства для управления процессами. Клапаны управления потоком, электромагнитные клапаны, пневматические приводы, реле, двигатели постоянного тока и серводвигатели являются примерами приводов.

Уровень управления

Этот уровень состоит из различных устройств автоматизации, таких как станки с ЧПУ, ПЛК и т. Д., Которые получают параметры процесса от различных датчиков.Автоматические контроллеры приводят в действие исполнительные механизмы на основе обработанных сигналов датчиков и программ или методов управления.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — это наиболее широко используемые надежные промышленные контроллеры, которые способны выполнять функции автоматического управления на основе входных сигналов от датчиков. Он состоит из различных модулей, таких как ЦП, аналоговый ввод-вывод, цифровой ввод-вывод и коммуникационные модули. Это позволяет оператору запрограммировать функцию управления или стратегию для выполнения определенных автоматических операций над процессом.

Уровень контроля и управления производством

На этом уровне автоматические устройства и система мониторинга обеспечивают функции управления и вмешательства, такие как человеко-машинный интерфейс (HMI), наблюдение за различными параметрами, установка производственных целей, архивирование истории, настройка запуска и выключения машины и т. д.

Чаще всего на этом уровне широко используются системы управления распределением (DCS) или диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) HMI.

Информационный или корпоративный уровень

Это верхний уровень промышленной автоматизации, который управляет всей системой автоматизации. В задачи этого уровня входит планирование производства, анализ клиентов и рынка, заказы и продажи и т. Д. Таким образом, он больше касается коммерческой деятельности и меньше — технических аспектов.

А также промышленные сети связи являются наиболее заметными в системах промышленной автоматизации, которые передают информацию с одного уровня на другой.Таким образом, они присутствуют на всех уровнях системы автоматизации для обеспечения непрерывного потока информации. Эта коммуникационная сеть может быть разной от одного уровня к другому. Некоторые из этих сетей включают RS485, CAN, DeviceNet, шину Foundation Field, Profibus и т. Д.

Из приведенной выше иерархии мы можем сделать вывод, что существует непрерывный поток информации с высокого уровня на низкий уровень и наоборот. Если мы предположим этот графический способ, это похоже на пирамиду, в которой по мере подъема информация агрегируется, а при спуске мы получаем подробную информацию о процессе.

Типы систем промышленной автоматизации

1. Стационарная или жесткая автоматизация

Этот тип автоматизации используется для выполнения фиксированных и повторяющихся операций с целью достижения высокой производительности. Он использует специальное или специализированное оборудование для автоматизации операций сборки или обработки с фиксированной последовательностью. После того, как он используется, относительно сложно изменить или изменить дизайн продукта. Следовательно, он негибкий в предоставлении разнообразия продукции, но увеличивает эффективность за счет более высокой производительности и снижает стоимость единицы продукции.

Некоторые из этих автоматизированных систем — это процесс дистилляции, покрасочные цеха и конвейеры.

2. Программируемая автоматизация

В этой автоматизации можно изменить определенный класс изменений продукта, а также операции сборки или обработки с помощью модификации управляющей программы в автоматизированном оборудовании.

Эта автоматизация лучше всего подходит для серийного производства, когда объем продукта средний или высокий. Но при этом сложно изменить и перенастроить систему под новый продукт или последовательность операций.Поэтому новый продукт или перенастройка последовательности операций требует долгой настройки.

Примерами этой системы автоматизации являются машины с числовым программным управлением, бумажные фабрики, сталепрокатные заводы, промышленные роботы и т. Д.

3. Гибкая или мягкая автоматизация

Эта система автоматизации обеспечивает оборудование автоматического управления, гибкость при внесении изменений в дизайн продукта. Эти изменения могут быть выполнены быстро с помощью команд, вводимых в виде кодов операторами-людьми.

Эта автоматизация позволяет производителям производить несколько продуктов с разными диапазонами в виде комбинированного комбинированного процесса, а не по отдельности.

Некоторые из примеров этой системы автоматизации — автомобили с автоматическим управлением, автомобили и многоцелевые станки с ЧПУ.

Вы также можете читать:

Введите свой адрес электронной почты для получения последних обновлений, подобных указанному выше!

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как наши предки любили электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону перед осью, с прорезями в ней, находится коммутатор, удерживающий двигатель вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то.Как это работает на практике? Как именно твой преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение.Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом либо притягивать, либо отталкивать. Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и именно это заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом. Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет покажите направление, в котором провод Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = Текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться тайна электричества еще в 18 веке считала, что это поток положительных зарядов, так что она перетекала с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыл в 1820 году французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это основная наука об электродвигателе. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Потому что ток течет в Правило левой руки Флеминга говорит нам два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась постоянно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, поэтому электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать шаркая назад и вперед на месте, даже не куда угодно.

Как работает электродвигатель на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент называется коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который коммутируют, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые щетками, сделанный либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «задела» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут работать от переменного или постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы запитываете постоянный ток, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном направлении.
• Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила, действующая на катушку, всегда в одном направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток катушки меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать от постоянного или переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание также на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее, чем эти, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или бытового переменного тока умеренного низкого напряжения. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают несколько иначе: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.