Устройство дифференциального автомата: Дифавтомат устройство и принцип работы.

Дифавтомат устройство и принцип работы.

Приветствую Вас уважаемые гости и постоянные читатели сайта 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.

Ничего не найдено для Apple Touch Icon Png

Выключатели

Правильный подбор расцепителя автоматического выключателя защитит электрооборудование, СБТ и разводку распределительной сети от перегруза

Электрооборудование и безопасность

Теплые полы – это не роскошь, а комфорт. При наличии в семье маленьких детей

Светильники

Виды точечных светильников, их предназначение для ПВХ потолков и ГКЛ конструкций. Правильный монтаж с

Электрооборудование и безопасность

Популярность инфракрасного пола растет за счет его преимуществ над другими вариантами. Благодаря современным технологиям

Светильники

Точечные светильники – споты улучшают яркость освещения, без возникновения теней. Равномерно распределив их по

Розетки

Выбор розетки и выключателя необходимо проводить с учетом специфики использования помещения, репутации производителя соответствующего

Ничего не найдено для Apple Touch Icon Png

Выключатели

Правильный подбор расцепителя автоматического выключателя защитит электрооборудование, СБТ и разводку распределительной сети от перегруза

Электрооборудование и безопасность

Теплые полы – это не роскошь, а комфорт. При наличии в семье маленьких детей

Светильники

Виды точечных светильников, их предназначение для ПВХ потолков и ГКЛ конструкций. Правильный монтаж с

Электрооборудование и безопасность

Популярность инфракрасного пола растет за счет его преимуществ над другими вариантами. Благодаря современным технологиям

Светильники

Точечные светильники – споты улучшают яркость освещения, без возникновения теней. Равномерно распределив их по

Розетки

Выбор розетки и выключателя необходимо проводить с учетом специфики использования помещения, репутации производителя соответствующего

Ничего не найдено для Apple Touch Icon Png

Выключатели

Правильный подбор расцепителя автоматического выключателя защитит электрооборудование, СБТ и разводку распределительной сети от перегруза

Электрооборудование и безопасность

Теплые полы – это не роскошь, а комфорт. При наличии в семье маленьких детей

Светильники

Виды точечных светильников, их предназначение для ПВХ потолков и ГКЛ конструкций. Правильный монтаж с

Электрооборудование и безопасность

Популярность инфракрасного пола растет за счет его преимуществ над другими вариантами. Благодаря современным технологиям

Светильники

Точечные светильники – споты улучшают яркость освещения, без возникновения теней. Равномерно распределив их по

Розетки

Выбор розетки и выключателя необходимо проводить с учетом специфики использования помещения, репутации производителя соответствующего

Строение дифавтомата и его применение

Дифавтомат – это комплексный защитный аппарат, который выполняет защитные функции двух аппаратов, а именно автоматического выключателя и устройства защитного отключения. Он комбинирует в себе два защитных коммутационных прибора – УЗО и автоматический выключатель. Их используют в электрощитах 220/380 Вольт в быту и на производстве.

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).

Интересно:

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.

В нём есть:

1. Тепловой расцепитель;

2. Электромагнитный расцепитель;

3. Дифференциальный трансформатор;

4. Схема обработки данных от трансформатора, если её можно так назвать;

5. Силовые контакты;

6. Дугогасительная камера;

7. 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.

Важно: Дифавтоматы бывают одно- и трёхфазными.

Схема подключения

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

Для однофазной 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.

Ранее ЭлектроВести писали, что делать если срабатывает УЗО или дифавтомат при подключении стиральной машины.

По материалам electrik.info.

Дифференциальный автомат. Назначение и принцип работы дифференциального автомата

Дифференциальный автоматический выключатель представляет собой уникальное устройство, в котором одновременно сочетаются функции автоматического выключателя и защитные свойства УЗО.

Дифференциальный автомат предназначен для защиты человека от поражений электрическим током при его соприкосновении с токоведущими частями электрооборудования либо при утечке электрического тока. В этом случае дифференциальный автомат выполняет функции устройства защитного отключения.

Также устройство осуществляет защиту электрической сети от коротких замыканий и перегрузок, выполняя функции автоматического выключателя.

Конструкция устройства

Конструктивно диф автоматы из состоят рабочей и защитной части.

Рабочая часть представляет собой автоматический выключатель, в котором имеется специальный механизм независимого расцепления и рейка сброса с помощью внешнего механического воздействия. В различных типах диф автоматов устанавливаются четырехполюсные или двухполюсные автоматические выключатели.

Дифференциальный автомат, как и обычный автоматический выключатель, оборудован двумя расцепителями:

• — электромагнитный расцепитель отключает линию электропитания в случае короткого замыкания;
• — тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения перегрузки защищаемой группы.

Защитной частью устройства является модуль дифференциальной защиты. Он обнаруживает дифференциальный электрический ток на землю (ток утечки). Кроме этого, модуль преобразовывает электрический ток в механическое воздействие, с помощью которого через специальную рейку осуществляется сброс выключателя.

Для обеспечения питания модуля защиты от электрического тока он включается последовательно с автоматическим выключателем.

В модуле защиты от электрического тока имеются некоторые дополнительные устройства, среди которых дифференциальный трансформатор, обнаруживающий остаточный электрический ток, а также электронный усилитель с катушкой электромагнитного сброса.

Для проверки исправности модуля дифференциальной защиты на корпусе устройства расположена специальная кнопка «Тест». При нажатии на эту кнопку создается искусственный ток утечки и автомат (если он исправен) должен отключиться.

Как работает диф автомат

В диф автомате, как и в устройстве защитного отключения, в качестве датчика утечки тока применяется специальный трансформатор. Работа этого трансформатора основана на изменении дифференциального тока в проводниках, подающих электрическую энергию на электроустановку, на которой обеспечивается защита.

Ток утечки отсутствует, если нет повреждений изоляции электропроводки или к токоведущим частям установки никто не прикасается. В этом случае в нулевом и фазном проводе нагрузки будут протекать равные токи.

Этими токами в магнитном сердечнике трансформатора тока наводятся встречно направленные равные магнитные потоки. В результате этого ток вторичной обмотки равен нулю и чувствительный элемент – магнитоэлектрическая защелка не срабатывает.

В случае возникновения утечки, к примеру, если человек случайно прикоснется к фазному проводнику или при нарушении изоляционных свойств диэлектрика, происходит нарушение баланса тока и магнитных потоков.

Во вторичной обмотке возникает электрический ток, который приводит в действие магнитоэлектрическую защелку. Сработавшая защелка воздействует на механизм, расцепляющий автомат и контактную систему.

Где применяются диф автоматы

Дифференциальный автомат может с успехом применяться в однофазных и трехфазных сетях переменного тока. Эти устройства способствуют значительному повышению уровня безопасности в процессе постоянной эксплуатации различных электроприборов.

Кроме этого, дифференциальные автоматические выключатели способствуют предотвращению пожаров, вызванных возгоранием изоляции токоведущих частей некоторых электрических приборов.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

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.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Дифференциальные автоматы; устройство, принцип работы. Типы дифференциальных автоматов

В этой статье мы подробно разберем:

• Что такое дифавтомат?
• Его назначение, применение и характеристики.
• Узнайте, чем отличаются УЗО от дифавтомата?
• Поговорим о существующих стандартах и ​​типах AEDT

Что такое дифавтомат?

Дифференциальные автоматы (их еще называют дифавтоматами или АВДТ) в технической литературе определяются как автоматические выключатели, которые срабатывают при появлении в сети дифференциальных токов.Кроме того, дифференциальная машина должна иметь защиту от сверхтоков в виде теплового и электромагнитного расцепителя. В этом случае дифференциальный модуль должен одновременно выполнять три функции: определять дифференциальный ток, сравнивать его с заданным значением и отключать защищаемую сеть, если diff. ток превысил свое значение.

Такое определение создает условия для некоторой путаницы в названиях и не дает ответа на вопрос — чем дифференциальный автомат отличается от УЗО со встроенной максимальной токовой защитой? Те.Обычным критерием является то, что схема явно недостаточна, поскольку УЗО со встроенной защитой также включает автоматический выключатель, обеспечивающий защиту от сверхтоков. Так в чем же разница между другим автоматом и УЗО?

Чтобы получить все ответы, достаточно обратиться к официальным документам по техническому регулированию и внимательно прочитать несколько страниц стандартов ГОСТ Р 51326.1-99, ГОСТ Р 51327.1-99 и ГОСТ Р 50807-95 (2001). Они содержат исчерпывающую информацию, исключающую разногласия.На основании этих данных можно ответить на еще один очень известный простым людям вопрос, узо или дифавтомат, что выбрать?

Для более быстрого изучения и понимания информации она систематизирована и обобщена в таблице ниже. Обратите внимание на графу «назначение».

Таблица 1. Отличия дифференциальных автоматов УЗО и выключателей дифференциального тока

УЗО или дифавтомат, что выбрать? — ответ на этот вопрос будет зависеть от поставленной перед устройством задачи.Поясним.

Из представленных выше данных следует, что основным отличием машины от УЗО будет не столько компоновка, сколько возможности и предназначение. Дифференциальный модуль AVDT предназначен для защиты людей при КОСВЕННОМ прикосновении, а УЗО — при КОСВЕННОМ и ПРЯМОМ ** прикосновениях. Другими словами, дифференциальный автомат не предназначен для спасения человека, коснувшегося оголенного провода под напряжением, в то время как УЗО может справиться с такой задачей.

В остальном — защита от сверхтоков и последствий появления токов утечки, возможности УЗО и УЗО со встроенной максимальной токовой защитой идентичны.Соответственно, вы можете ознакомиться с принципом работы AEDT на страницах, описывающих работу дифференциального модуля () и.

Стандарты

Общие требования, основные характеристики и порядок испытаний для бытовых и аналогичных АВД изложены в ГОСТ Р 51327.1-99, дополнениях к ГОСТ Р 51327.2-99. Оба стандарта являются аналогами соответствующих стандартов IEC. Их действие распространяется на АВЭД на напряжение не более 440 В переменного тока с частотой 50 или 60 Гц, в зависимости и независимо от напряжения сети, с номинальными токами не более 125 А и с максимальной коммутационной способностью, не превышающей 25000 А при номинальный.

Различные типы AVDT

В ГОСТ Р 51327.1-99 принята классификация дифференциальных автоматов по основным показателям. Для более удобного использования все типы сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Классификация дифференциальных автоматов

Проектирование дифференциальных автоматов (дифференциальных автоматов)

В начале этой страницы уже была дана информация о компоновке дифференциальных автоматов (АВДТ), из которой очевидно, что их конструкция не содержит каких-либо специальных элементов.Здесь в едином корпусе собраны: механический коммутационный блок со свободным расцеплением, электромагнитный и тепловой расцепители, а также дифференциальный модуль. Работа любого из них приводит к остановке машины. По отдельности эти узлы рассматривались в разделах по и. Часто производители используют унифицированные корпуса и основные компоненты с небольшими вариациями.

Характеристики дифференциальных автоматов (дифавтоматов) бытового назначения

Предыдущий список описывает классификацию дифференциальных автоматов по их наиболее важным конструктивным особенностям и техническим показателям.Почти все они также входят в число наиболее важных характеристик, сообщаемых производителями, а их предпочтительные значения приведены в стандарте ГОСТ Р 51327.1-99. Они показаны в следующей таблице.

Таблица 3. Характеристики дифференциальных автоматов бытового назначения

Применение дифференциальных автоматов (дифференциальных автоматов) ГОСТ Р 51327.1–99

Российские и зарубежные АВДТ (дифавтоматы) бытового и аналогичного назначения в основном используются в жилищном секторе.Также они находят применение в электроснабжении небольших промышленных и коммерческих объектов с напряжением до 400 В. Они позволяют защитить электрооборудование от сверхтоков, снизить риск возникновения пожаров из-за отключения в случае утечки. Дифференциальные автоматы также защищают персонал от поражения электрическим током при прикосновении к зданиям и частям электроустановок при нарушении изоляции.

Дифференциальный автомат — низковольтное комбинированное электрическое устройство, совмещающее в одном корпусе функции двух защитных устройств — УЗО и автоматического выключателя.Благодаря этому данный продукт достаточно популярен и широко используется как в бытовых условиях, так и на производстве. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип работы дифавтомата.

Назначение

Рассмотрим вкратце, зачем нужен дифавтомат. Его внешний вид изображен на фото:

.

Во-первых, это электрическое устройство служит для защиты участка электрической сети от повреждений из-за протекающих через него сверхтоков, возникающих при перегрузке или коротком замыкании (функция автоматического выключателя).Во-вторых, дифференциальный автомат предотвращает возникновение пожара и поражение людей электрическим током в результате утечки электроэнергии через поврежденную изоляцию кабеля электропроводки или неисправного бытового прибора (функция устройства защитного отключения).

Устройство и принцип работы

Для начала даем обозначение на схеме по ГОСТу, по которому хорошо видно, из чего состоит дифавтомат:

Из обозначения видно, что основными конструктивными элементами дифавтомата являются дифференциальный трансформатор (1), электромагнитный (2) и тепловой (3) расцепители.Ниже мы кратко опишем каждый из перечисленных выше элементов.

Дифференциальный трансформатор имеет несколько обмоток в зависимости от количества полюсов устройства. Этот элемент сравнивает токи нагрузки по проводам и в случае их несимметрии на выходе вторичной обмотки трансформатора появляется так называемый ток утечки. Он подъезжает к пусковому органу, который без промедления осуществляет отключение силовых контактов машины.

Также стоит отметить кнопку проверки работоспособности защитного устройства «ТЕСТ».Эта кнопка включена последовательно с сопротивлением, которое включается либо отдельной обмоткой на трансформаторе, либо параллельно одной из имеющихся. При нажатии на эту кнопку сопротивление создает искусственный дисбаланс тока — возникает дифференциальный ток и дифференциальный автомат должен работать, что говорит о его хорошем состоянии.

Электромагнитный расцепитель — это электромагнит с сердечником, который действует на механизм расцепления. Этот электромагнит срабатывает, когда нагрузка достигает порога срабатывания — обычно это происходит при.Это высвобождение происходит мгновенно, за доли секунды.

Тепловой расцепитель защищает электрическую сеть от перегрузки. Конструктивно он представляет собой биметаллическую пластину, которая деформируется при протекающем по ней токе нагрузки, превышающем номинальный для данного агрегата. При достижении определенного положения биметаллическая пластина воздействует на механизм отключения дифавтомата. Срабатывание теплового расцепителя происходит не сразу, а с задержкой по времени. Время отклика прямо пропорционально величине тока нагрузки, протекающего через дифференциальную машину, а также зависит от температуры окружающей среды.

На корпусе указан порог срабатывания дифференциального трансформатора — ток утечки в мА, номинальный ток теплового расцепителя (при котором работает неограниченное время) в А. Пример маркировки на корпусе — C16 A / 30 мА. В этом случае маркировка «С» перед номиналом указывает частоту срабатывания электромагнитного расцепителя (класс аппарата). Буква «C» указывает на то, что электромагнитный расцепитель сработает, если номинальное значение 16A будет превышено в 5-10 раз.

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

Область применения

Зачем использовать дифференциальную машину, если есть два отдельных защитных устройства (УЗО и автомат), каждое из которых выполняет свою функцию?

Главное достоинство дифавтомата — компактность.Он занимает меньше места на распределительном щите, чем при установке двух отдельных устройств. Эта особенность особенно актуальна, если в распределительном щите необходимо установить несколько автоматов защитного отключения и автоматических выключателей. В этом случае, установив дифавтоматов, можно значительно сэкономить место в распределительном щите и, соответственно, уменьшить его габариты.

Дифференциальная машина широко применяется для защиты электропроводки практически везде, как в быту, так и в помещениях другого назначения (в различных учреждениях, на предприятиях).

Нравится (0 ) Мне не нравится (0 )

Дифференциальный автоматический выключатель — это устройство, объединяющее в одном корпусе автоматический выключатель дифференциального тока и автоматический выключатель. Особенностью этого типа устройств является то, что их нецелесообразно использовать в сетях, где нейтральный и защитный проводники совмещены. При включении дифавтомата в такой сети защита будет работать постоянно.

Также не рекомендуется использовать такой автоматический выключатель в сетях с отсутствующим защитным проводом.В этом случае защита от токов утечки не сработает, пока не произойдет явное прикосновение к токоведущим частям оборудования или проводнику.

Однако этот вариант поможет защитить от опасного поражения электрическим током. Подробнее об этом вы можете прочитать в материале про УЗО.

Исходя из вышеизложенного, применение устройств защиты от токов утечки оправдано только в сетях с надежным заземлением частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате поломок или аварийных ситуаций, связанных с повреждением изоляции токоведущих частей и разделением защитный и заземляющий проводник.

Поскольку дифференциальный автомат является комбинированным устройством, его характеристики следует рассматривать в совокупности, а именно:

• отключающая способность модуля токовой защиты;
• ток отключения устройства защитного отключения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ И МАРКИРОВКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ МАШИН

В международной практике обозначение отключающей способности принято буквами латинского алфавита.

А — используются в сетях с большой протяженностью проводов и имеют отключающую способность 2-4 В.

Б — используются, как правило, в сетях, исключающих индуктивную нагрузку; в основном это сети, используемые для освещения; Отключающая способность — 3-6 В.

С — дифференциальные машины с данной маркировкой могут использоваться в сетях с комбинированной нагрузкой, то есть выдерживать кратковременные токовые перегрузки, возникающие при пуске электродвигателей; Отключающая способность — 5-10 В.

D — автоматические выключатели этой группы также используются в сетях с комбинированной нагрузкой, но в отличие от предыдущей группы имеют более высокую уставку тока — 10-20 In.

К — узкоспециализированные устройства, применяемые в сетях, в которых индуктивная нагрузка составляет более 80% от общей нагрузки сети; Отключающая способность этой группы — 8-15 В.

Z — данная группа машин используется в слаботочных сетях или силовых цепях электронного оборудования, не допускающих даже кратковременных токовых перегрузок; Отключающая способность — 1-3 В. Что касается защиты от токов утечки, то здесь необходимо определить категорию помещения, в сети которого установлен дифференциал.машина. В настоящее время для защиты от токов утечки выпускаются устройства с разными настройками (IΔn), а именно:

• 10,30 мА– используются для защиты человека от поражения электрическим током;
• 100, 300, 500 мА — используются для исключения возгорания в результате повреждения изоляции или замыкания токоведущих частей на «массу».

Также на корпусе дифференциальной машины имеется буквенная маркировка, определяющая возможность отключения при разном характере токов утечки:

AC — переменный характер токов утечки.Машины с данной маркировкой используются в сетях со значительной индуктивной нагрузкой, осветительных сетях, силовых цепях электродвигателей.

А — наиболее распространенный тип, рекомендуемый для использования в силовых цепях бытовой техники. Рабочая характеристика токов утечки — переменно-пульсирующая.

S — используется для многоуровневой селективной защиты. Требуемая избирательность достигается за счет задержки срабатывания устройства; задержка отключения равна — 0,1-0,5 с.

G — также используется для обеспечения селективности, но с меньшей задержкой срабатывания — 0.05-0.09 с.

По напряжению дифференциальные машины делятся на одно- и трехфазные, соответственно для трехфазной сети следует устанавливать трехфазные устройства. При отсутствии однофазного дифавтомата в качестве временной меры можно установить трехфазный в однофазной сети, правда, с понижением эффективности токовой защиты.

КАК ВЫБРАТЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АВТОМАТ

Ввиду большого набора характеристик доступных устройств, естественно возникает вопрос, какое из доступных устройств выбрать для каждого конкретного случая? Разберем каждый момент индивидуально:

Установка дифференциального автомата в квартире.

В этом случае исключаются устройства с высокой индуктивной нагрузкой и большими пусковыми токами, а значит, номинал устройства защитного тока, как правило, не превышает 16-25 А. При этом уставка защиты от токов утечки не должно превышать — 50 мА.

Установка дифференциального автомата с высоким рейтингом работы от токов утечки нецелесообразна, так как в квартирах длительное время проводка прокладывается скрыто, под штукатуркой.

Исходя из вышесказанного, наиболее оптимальным выбором для квартиры будет дифференциальный автомат категории В или С номиналом 16-25 А и с категорией защиты от токов утечки –А, с уставкой 50 мА. .

Дифференциальный автомат для подачи.

Для этого варианта токовая нагрузка рассчитывается для каждого случая отдельно, так как на даче можно использовать поливочные насосы или другое оборудование с повышенной электрической мощностью. Кроме того, следует учитывать одновременную работу нескольких устройств — насоса, кондиционера, освещения.

Что касается настройки IΔn — необходимо учитывать состояние сети и дифференцировать защиту. Это достигается разделением сети на схемы электроснабжения, в которых есть электродвигатели и сети освещения. Для каждой цепи устанавливаются дифавтоматы различных категорий как по отсечке по потоку, так и по характеристике тока утечки.

Отдельно стоит выделить полностью деревянные постройки, к которым применяются индивидуальные требования по прокладке электропроводки и разделению защиты на:

• защита человека от воздействия токов утечки;
• пожаротушение.

Выбор дифференциальной машины для частного дома.

Следует учитывать характер нагрузки, активную, индуктивную или смешанную, а именно наличие и количество электродвигателей и вероятность их одновременного включения и работы. Если есть вероятность больших пусковых токов, лучшим выбором будет установка автоматического выключателя категории D.

Значение тока отсечки дифференциальной машины должно определяться исходя из существующей нагрузки и состояния питающей сети.Что касается защиты от токов утечки, лучшим выбором будет устройство с характеристикой — A и работой при — 50 мА.

Также при полностью деревянных конструкциях с установленными в них электроприборами защиту сетей от токов утечки следует разделять на противопожарную и защитную.

УЗО ИЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АВТОМАТ, ЧТО ВЫБРАТЬ?

Однозначного мнения по этому поводу нет. Одни специалисты советуют связку УЗО — автоматический выключатель, другие ратуют за установку дифференциала.автоматы. Давайте посмотрим на плюсы и минусы каждого из этих вариантов.

Место для установки — стыковое соединение УЗО и выключателя занимает три посадочных места в щите, а дифференциальный автомат — два. Экономия очевидна. Хотя, дифференциал уже появился на рынке. автоматы, занимающие одно место в щите.

Затруднение в определении причины срабатывания дифференциального автомата срабатывания. Вопрос не актуален, так как устройства с сигнальными флажками выдаются, по которым можно определить, какая часть устройства привела к отключению.

Сложность подключения УЗО и выключателя. Это спорно, ведь для специалиста подключение такой схемы не вызывает никаких проблем, а дилетант может ошибиться при подключении дифавтомата.

Важным фактором, на который следует обратить внимание в этом вопросе, являются дифференциальные машины с электронным блоком дифференциальной защиты, их особенностью является потеря работоспособности при обрыве нулевого провода, при этом фазный провод остается неотключенным, что может привести к поражению электрическим током. .

Дифференциальные автоматы с электромеханическим блоком лишены этого недостатка и остаются работоспособными даже при обрыве нейтрального проводника, что исключает возможность поражения людей. Единственный недостаток дифференциальных устройств с электромеханическим блоком — их высокая стоимость по сравнению с аналогичными электронными конструкциями.

© 2012-2017. Все права защищены.

Все материалы, представленные на сайте, носят ознакомительный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов.

Домашний электрик — тема довольно сложная и разноплановая, и основные детали желательно знать каждому домовладельцу, поскольку от этого зависят не только денежные затраты, но и безопасность вашего дома. В этой статье мы постараемся разобраться, что лучше — дифавтомат или УЗО.

Введение в тему, или что такое дифавтомат?

Чтобы разобраться с этой проблемой, сначала попробуем определить основные понятия. Итак, дифавтомат.

Устройство, называемое удачно сочетает в себе функции как УЗО, так и обычного, защищает человека в случае прикосновения к оголенным участкам токопроводящей части провода или к тем частям электрических сетей, которые находятся под напряжением из-за повреждения. к проводке или другим подобным факторам.Сегодня существует огромное количество таких устройств, которые рассчитаны на разные рабочие токи, а также на разные токи утечки.

Его главной отличительной особенностью является то, что он состоит из двух хорошо разделенных функциональных частей: автоматического выключателя (двух- или четырехполюсного), а также модуля защиты от поражения электрическим током. Установка дифавтомата должна производиться исключительно на монтажную DIN-рейку, и такая конструкция занимает гораздо меньше места, чем комбинация УЗО и автоматического выключателя.

Учитывая скорость работы, которая составляет всего 0,04 секунды, дифференциальные машины обеспечивают наиболее адекватную защиту человека от поражения электрическим током практически в любых условиях эксплуатации. Немаловажно и то, что дифференциальный автомат качественно защищает устройства в сети от перегрузок, неизбежно возникающих при различных типах аварийных ситуаций. И далее. Его конструкция обеспечивает максимально быстрое отключение питания в условиях, когда на любом участке сети наблюдаются скачки напряжения более 250 В.

Учитывая незавидные характеристики бытовых электрических сетей, а также степень их износа, последняя характеристика особенно важна.

Основные преимущества дифавтомата

Очень высокая скорость отклика.
. Защита оборудования от скачков напряжения и рабочих перегрузок.
. Возможность работы в условиях от -25 до +50 градусов Цельсия.
. Огромный порог износостойкости.

Что такое УЗО?

Нельзя игнорировать второго «оппонента» в споре на тему «дифавтомат или УЗО.«Что такое УЗО?»

Эта аббревиатура расшифровывается как «устройство остаточного тока». Операция проводится при обнаружении наличия токов утечки. Проще говоря, сколько тока пришло в устройство по одному проводу, столько же должно пройти к другому участку проводки.Если ток начинает уходить на землю или через заземляющий провод, защита мгновенно срабатывает, немедленно отключая сеть от источника питания.

Такую систему необходимо (!) размещать на розеточных группах, а также на котлах, стиральных машинах и электроплитах.Такие устройства не защищают (!) Ваше оборудование и проводку от системных перегрузок или коротких замыканий.

Последнее обстоятельство очень часто не принимают во внимание несчастные электрики, которые часто используют только одно УЗО для удешевления схемы. К тому же есть корыстный интерес, когда его выдают как дифференциальный автомат, стоимость которого выше.

Основные сведения об устройстве УЗО

Каков принцип работы УЗО? Его работа основана на реакции на изменение дифференциального значения тока в проводниках.

Что такое датчик тока? Это самый распространенный трансформатор, но выполнен в виде тороидального сердечника. Порог срабатывания устанавливается с помощью магнитоэлектрического реле, которое имеет чрезвычайно высокую чувствительность.

Важно отметить, что все УЗО, выполненные по этой классической схеме, являются чрезвычайно надежными и простыми устройствами, обладающими очень высокой надежностью и надежностью.

Следует предупредить, что сегодня существуют электронные УЗО, в основе которых лежит особая электронная схема.Реле или цепь воздействуют на механизм, который при необходимости размыкает электрическую цепь. Вот что включает в себя устройство УЗО.

Из каких частей состоит привод?

• От группы прямого контакта установить на максимальное значение тока.
• Пружина, которая непосредственно размыкает цепь в случае каких-либо сбоев в ее работе.

Если вы хотите самостоятельно протестировать устройство на работоспособность, достаточно будет нажать на кнопку «Проверить». В этом случае во вторичную обмотку искусственно подводится ток, и реле срабатывает (должно, во всяком случае).Так что при необходимости вы легко и без всяких затрат сможете проверить исправность всего вашего оборудования.

Принцип работы УЗО

Если говорить о нормальном режиме работы, то ток (I1 = I2) течет в обратном направлении, наводя магнитные токи во вторичной обмотке трансформатора (F1 = F2). У них точно одинаковый размер, за счет чего они взаимно отменяют друг друга. Поскольку ток во вторичной обмотке в этом случае практически равен нулю, реле не может работать.

Срабатывание УЗО при утечке

При контакте с токопроводящими частями возникает ток утечки. В этом случае ток I1 не равен I2, и поэтому во вторичной обмотке появляется ток, величина которого достаточна для срабатывания защитного реле. Срабатывает пружинное переключение, УЗО отключается.

Отличия двух систем защиты

Следует отметить, что освещение этого вопроса чрезвычайно важно, поскольку даже некоторые электрики иногда не могут различить эти устройства.Впрочем, удивляться тут нечему: они очень похожи даже на фотографиях.

Основное отличие дифференциальной машины от УЗО состоит в том, что они предназначены для нескольких разных целей. Об этом мы уже говорили выше, но повторим еще раз: УЗО нельзя использовать для защиты оборудования и проводки от перегрузки или короткого замыкания! Причем перед УЗО необходимо смонтировать автоматический выключатель, который убережет само устройство от подобного рода неприятностей.В этом разница между УЗО и дифавтоматом.

Обязательно учитывайте это при покупке или консультации с особо «вдумчивыми» электриками, которые с удовольствием сэкономят на собственном оборудовании.

Дифавтомат в этом отношении намного лучше, поскольку объединяет в одном корпусе как УЗО, так и автоматический выключатель. Соответственно, такое устройство не только защищает человека от поражения электрическим током, но и спасает вашу проводку и оборудование от выгорания в случае короткого замыкания.Таким образом, УЗО и дифавтомат, разницу между которыми мы только что раскрыли, представляют собой несколько разные механизмы.

Напомним еще раз, что дифференциальный выключатель можно использовать в качестве предохранителя в тех домах, где существует постоянная опасность хронических перегрузок в сети.

Это подробное различие между УЗО и дифавтоматом. Но как сделать правильный выбор в магазине? Ведь мы уже говорили, что эти устройства чрезвычайно похожи друг на друга даже на фотографиях.

Покупаем правильно!

Во-первых, обратите внимание на прямое название самого устройства. Сегодня практически все производители наконец-то пошли навстречу потребителям, соизволив указать на корпусе самого устройства информацию о дифавтомате или УЗО перед вами. Поэтому покупать подобное оборудование китайского производства мы бы не рекомендовали. Подлые азиаты либо вообще ничего не указывают, либо делают это, используя только некоторые четкие обозначения.

Примерно в эту же категорию входят советы по внимательному ознакомлению с маркировкой, которая всегда должна указываться на одном и том же корпусе устройства или на его упаковке (менее надежный вариант).

Итак, если вы видите на корпусе только значение номинального тока (например 16), а перед этим обозначением нет буквы, значит, вы держите УЗО. Обратите внимание, что «16» в данном случае означает «ампер». Если перед цифрами стоят буквы B, C или D, значит, у вас в руках дифавтомат. Буквы обозначают типовые характеристики тепловых и электромагнитных расцепителей, но на бытовом уровне обращать на них особое внимание не стоит.

Кроме того, не помешает взглянуть и на схему подключения.Этот метод несколько сложнее, но дает 100% гарантию дифференциации. Эта информация также должна отображаться на корпусе. Итак, если на схеме указано только наличие дифавтомата с обозначением «Тест», то перед вами УЗО (не путайте!). Соответственно, если есть «Тест» и указаны обмотки расцепителей, значит вы держите в руках дифференциальный автомат.

Наконец, имеет смысл обратить внимание еще и на габаритные размеры.Если говорить о старых моделях дифавтоматов, то они на порядок шире, чем УЗО. В то время они просто не знали, как производить достаточно компактные расцепители, поэтому требовались корпуса большего размера. Внимание! Просто все современные дифференциальные автоматы занимают меньше места!

Однако важно предупредить, что уделять последнему пункту серьезное внимание не стоит, так как на данный момент существует огромное количество полностью идентичных по размерам устройств.

Переходим к основному

Итак, дифавтомат или УЗО? Какой вывод можно сделать на основании вышеизложенного? Что лучше выбрать, что надежнее и подходит для эксплуатации в отечественных реалиях? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем сравнение устройств сразу по шести показателям. Сравнив все за и против, попробуем прийти к единому мнению.

Объем, занимаемый устройством в щите

Конечно, в этом аспекте только те люди, у которых очень мало места в квартире, могут увидеть какие-либо важные отличия, что не позволяет нам отметить нормальный электрический щиток в коридоре .Однако, учитывая всеобщее стремление к компактности и красоте, таких в нашей стране больше всего. К тому же лучше заранее все разместить как можно реже, так как впоследствии щит не придется расширять, если возникнет необходимость в установке в квартире более мощного электрооборудования.

Итак, в настоящее время УЗО (трехфазное — в том числе) занимает в щите гораздо больше места, чем дифференциальный автомат. Что является причиной этого? Сами внимательные читатели уже могли найти ответ на этот вопрос в статье.

Мы уже говорили о необходимости установки автоматических выключателей перед УЗО, поэтому из-за этого вся конструкция в щите начинает занимать больше места. Если вы установите там дифференциальную машину, вы сможете сэкономить немного места. Например: в стандартном случае УЗО с автоматическими выключателями занимают сразу три модуля, а дифференциальный выключатель — всего два.

Таким образом, в этом «раунде» победил дифавтомат, позволивший оставить место для расширения своей конструкции.

Простой монтаж

Как и в других случаях, для многих электриков важна скорость и простота монтажа всей конструкции. Если вас интересует установка УЗО, фаза подводится к переключателю, а с его выхода на вход расцепителя устанавливается перемычка. К входу также подключен ноль. Следует отметить, что существует несколько схем подключения, которые изучают профессиональные электрики. Как правило, в повседневной жизни они не нужны.

Как смонтировать дифференциальную машину?

А как насчет подключения дифавтомата? Если говорить о дифференциальном автомате, то фаза и ноль сразу цепляются за входные клеммы устройства, так что в общей схеме перемычек и переходов гораздо меньше. Соответственно, внутренняя конструкция закрылков также значительно упрощается.

Таким образом, подключить дифавтомат намного проще и быстрее, поэтому и в этом случае мы уверенно награждаем его победой.

Преимущества эксплуатации

Теоретически можно предположить, что однажды на линии розеток в ванной сработало УЗО. Сразу можно предположить, что где-то на линии произошла утечка тока. Конечно, алгоритм устранения неполадок несколько сложнее, но основные выводы можно сделать сразу.

Если срабатывает автоматический выключатель, то причина вполне очевидна: перегрузка или короткое замыкание. Вам нужно только выяснить причину и устранить ее. Учитывая, что причина выключения машины более-менее понятна, сделать это будет не так уж и сложно.

Теперь рассмотрим то же самое, но применительно к дифференциальному автомату. Но когда вы его выключаете, причина не сразу выясняется, поэтому приходится проверять все известные причины. Соответственно, времени потребуется гораздо больше. Вот и в этом отличие УЗО от дифавтомата.

Таким образом, на данном этапе мы бы предпочли УЗО.

Стоимость выпуска

Так как сегодня на рынке огромное количество самых разных производителей, рассмотрим стоимость продукции компании EKF, которая довольно популярна среди профессиональных электриков.Так, стандартный ЭКФ-дифавтомат на 16 А стоит около 600 рублей, УЗО на такую ​​же силу тока стоит те же 600 рублей, а автоматический выключатель продается по цене около 40 рублей. Приобретая то же самое на специализированных сайтах, вы даже можете рассчитывать на автоматические отключения, которые в таких случаях продаются чуть ли не на развес.

Перед подключением дифавтомата убедитесь, что нет частых и резких падений напряжения. Почему мы об этом говорим? Это станет ясно после рассмотрения особенностей замены данного оборудования.

Учитывая колебания стоимости в зависимости от поставщика, сложно говорить о преимуществах того или иного варианта.

и восстановительная стоимость

Можно предположить, что характеристики этого критерия автоматически вытекают из предыдущего. Всем известно, что любое электрооборудование имеет определенный срок службы, по истечении которого эксплуатировать его становится небезопасно. Предположим, что по тем или иным причинам вышло из строя УЗО или автомат отключения. Что делать дальше? Замените вышедшую из строя деталь, после чего система продолжит работать в прежнем режиме.

А вот с дифавтоматом не все так однозначно. Предположим, что обмотка любого из расцепителей вышла из строя, а встроенное УЗО во время тестирования показало свою полную работоспособность. Увы, это не беда, так как в любом случае придется заменить весь дифавтомат, цена которого делает это мероприятие крайне убыточным. Гораздо проще заменить копеечный автомат, который часто выходит из строя.

Таким образом, в этом раунде снова победа за УЗО.

Надежная работа

Среди экспертов широко распространено мнение, что устройства, сочетающие в себе несколько функций одновременно, менее надежны по сравнению с машинами, которые предназначены только для одной цели.Так УЗО или дифавтомат? Что выбрать для максимальной надежности?

Об этом можно долго спорить, но практика однозначно показала, что на самом деле интенсивность отказов практически такая же. Не исключено, что этот параметр зависит исключительно от производителя. Так что в данном случае сделать вывод об однозначном преимуществе того или иного устройства крайне сложно.

Можно только сказать, что УЗО, схема включения которого мы рассмотрели выше, предполагает большую надежность в условиях бытовых перепадов напряжения.Естественно, если не забыть подключить перед ним автомат отключения, о чем мы уже много раз упоминали выше.

Таким образом, в большинстве случаев лучшим выбором будет УЗО. Однако все зависит от характеристик вашей сети, а также от размера электрического щита.

Дифференциальные автоматы относятся к категории электромеханического оборудования, предназначенного для предотвращения поражения электрическим током при случайном контакте с токоведущим оборудованием, в случае обрыва цепи или утечки тока.Также они защищают электрические сети (оборудование) от коротких замыканий и перегрузок. Принцип работы дифференциальных автоматов основан на функции защитного отключения (автоматическое прерывание подачи электрического тока). В составе любого электрооборудования дифференциальные машины не имеют себе равных, потому что, если говорить доступным и понятным языком, они спасают жизнь человеку в самых сложных электрических условиях эксплуатации оборудования. Особенно это актуально для перегруженных цепей: в офисах, административных зданиях, жилых помещениях, общественных и производственных зданиях, ЖКХ.

Общие принципы дифференциальной защиты

Для защиты распределительных сетей напряжением 0,4 кВ в системах электроснабжения часто используются системы дифференциальной защиты, они работают на основе магнитоэлектрического реле. Принцип работы такого реле очень прост. Реле сравнивает значения прямого и обратного токов в линии и, если эти значения расходятся на величину, превышающую заданное значение, отключает линию. Обычно значение уставки реле дифференциальной защиты выбирается из диапазона 10, 30, 100, 300 мА.Ток утечки 10 и 30 мА позволяет предотвратить начало фибрилляции сердца человека и спасти ему жизнь, а настройки 100 и 300 мА чаще используются для защиты здания от пожара и устанавливают для защиты групп линий.

Реализация дифференциальной защиты

Реализация дифференциальной защиты возможна как в отдельном корпусе — в этом случае устройство называется УЗО, так и в корпусе, совмещенном с штатным пулеметом. В этом случае устройства называются дифференциальными автоматами или дифференциальными автоматами.Дифференциальные автоматы объединяют в себе 3 вида защиты: тепловую защиту от перегрузки линии, мгновенную защиту от короткого замыкания и защиту от дифференциальных токов утечки на основе магнитоэлектрического реле. Подбор такого автомата необходимо проводить по всем 3 параметрам. Ошибка в выборе чревата не только потерей денег, потраченных на дифференциальную машину, но и пожарной опасностью. Также возможны ложные или неизбирательные срабатывания защиты. Доверьте выбор коммутационных устройств профессионалам.

АВДТ-63 автоматические выключатели дифференциального тока типа А

Дифференциальные автоматические выключатели (AVDT) — это устройство, которое сочетает в себе функции автоматического выключателя с электротехническим УЗО типа A.

Когда автоматический выключатель обнаруживает ток утечки (замыкание на землю) на землю или перегрузку по току (ток перегрузки или ток короткого замыкания) в защищенном участке сети, устройство срабатывает, что приводит к отключению защищенной сети.AEDT реагируют как на синусоидальный переменный дифференциальный ток, так и на пульсирующий постоянный дифференциальный ток, что позволяет без ограничений использовать его в зданиях и жилых домах, насыщенных бытовой техникой (телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры, регулируемые источники света, современные стиральные машины, и т. д.)

Принцип действия выключателей дифференциального тока серии АВДТ-63.

Дифференциальные автоматические выключатели объединяют два устройства, которые обеспечивают три типа защиты электрических цепей:

Автоматический выключатель серии ВА 47-63 (Характеристика С) с защитой от тока перегрузки и тока короткого замыкания;
— Электромеханическое УЗО типа А размыкание гарантируется в случае внезапного возникновения или медленного увеличения синусоидального или пульсирующего дифференциального тока.
Работоспособность защиты от токов утечки автоматических выключателей проверяется ежемесячно нажатием кнопки «ТЕСТ». При нажатии автоматический выключатель должен немедленно отключиться.

Основные преимущества дифференциальных автоматов серии АВДТ:

Встроенное электромеханическое УЗО типа А.

Компактность

Гарантия 5 лет.

Срок службы более 20 лет.

Дифференциальные автоматические выключатели серии АД-32, АД-2, АД-4, АД-2С, АД-4С

Дифференциальный автоматический выключатель — это устройство, которое объединяет функции автоматического выключателя с устройством защитного отключения.Когда автоматический выключатель обнаруживает ток утечки (замыкание на землю) на землю или перегрузку по току (ток перегрузки или ток короткого замыкания) в защищенном участке сети, устройство отключается, что приводит к отключению защищенной сети. AM реагируют на синусоидальный переменный дифференциальный ток, что позволяет использовать его в зданиях и жилых помещениях.

Автоматический выключатель типа ВА 47-63 (Характеристика С) с защитой от тока перегрузки и тока короткого замыкания;

Электронное УЗО переменного тока, размыкание гарантировано, если синусоидальный дифференциальный ток возникает внезапно или медленно увеличивается.

Расцепитель максимального напряжения с защитой от перенапряжения выше 270 В.

По времени отклика дифференциальные машины делятся на:

Мгновенное отключение;

Селективная задержка S.

Селективные дифференциальные выключатели (с индексом «S») имеют выдержку времени от 0,13 до 0,5 с. Такие переключатели используются для реализации селективного срабатывания переключателей дифференциальной защиты.

Работу защиты выключателя от токов утечки проверяют ежемесячно нажатием кнопки «ТЕСТ».При нажатии автоматический выключатель должен немедленно отключиться. Чтобы снова включить автоматический выключатель после проверки, нажмите кнопку «ВОЗВРАТ» (индикатор работы) и взведите ручку переключателя.

Основные преимущества дифференциальных машин серии AD

Зажимы комбинированные из посеребренной меди и закругленной анодированной стали с насечками.

Встроенная защита от перенапряжения.

Широкий ассортимент дифференциальных машин.

Компактность (для АД 32).

Наличие селективных дифференциальных автоматов.

Электромеханическое УЗО типа А в дифференциальных машинах.

Главный, входной и выходной контакты выполнены из бескислородной меди.

Корпус выполнен из негорючего пластика.

Возможность подключения через гребенчатую шину.

Исторические заметки из книги Стивена Вольфрама «Новый вид науки»

От: Стивен Вольфрам, Новый вид науки Примечания к главе 2: Решающий эксперимент Раздел: Почему эти открытия не были сделаны раньше Page 876 История клеточных автоматов. Несмотря на их очень простую конструкцию, примерно в 1950-х годах ничего похожего на обычные клеточные автоматы, похоже, не рассматривалось ранее. Тем не менее, в 1950-е годы, во многом вдохновленные появлением электронных компьютеров, были независимо представлены несколько различных видов систем, эквивалентных клеточным автоматам. Можно идентифицировать множество прекурсоров. Операции с последовательностями цифр использовались с древних времен в арифметических вычислениях. Конечно-разностные приближения к дифференциальным уравнениям начали появляться в начале 1900-х годов и были довольно хорошо известны к 1930-м годам.И машины Тьюринга, изобретенные в 1936 году, основывались на размышлении о произвольных операциях над последовательностями дискретных элементов. (Такие понятия в физике, как модель Изинга, по-видимому, не оказали прямого влияния.) Самый известный способ введения клеточных автоматов (и который в конечном итоге привел к их названию) заключался в работе Джона фон Неймана. разработать абстрактную модель самовоспроизводства в биологии — тему, которая возникла в результате исследований в области кибернетики. Примерно в 1947 году — возможно, на основе химической инженерии — фон Нейман начал с размышлений о моделях, основанных на трехмерных фабриках, описываемых уравнениями в частных производных.Вскоре он начал думать о робототехнике и, возможно, представил, как реализовать пример с использованием игрушечного конструктора. Однако по аналогии с электронными схемами он понял, что 2D должно быть достаточно. И следуя предложению 1951 года Станислава Улама (который, возможно, уже независимо рассматривал проблему), он упростил свою модель и получил двумерный клеточный автомат (он, очевидно, надеялся позже преобразовать результаты обратно в дифференциальные уравнения). Конкретный клеточный автомат, который он построил в 1952-1953 годах, имел 29 возможных цветов для каждой ячейки и сложные правила, специально установленные для имитации работы компонентов электронного компьютера и различных механических устройств.Чтобы дать математическое доказательство возможности самовоспроизведения, фон Нейман затем обрисовал в общих чертах построение конфигурации из 200 000 клеток, которые будут воспроизводить себя (детали были заполнены Артуром Берксом в начале 1960-х). Фон Нейман, по-видимому, полагал — предположительно отчасти из-за сложности реальных биологических организмов и электронных компьютеров — что нечто подобное этому уровню сложности неизбежно будет необходимо для системы, чтобы демонстрировать сложные возможности, такие как самовоспроизведение.В этой книге я показываю, что это абсолютно не так, но, опираясь на интуицию, которую он получил из существующей математики и инженерии, фон Нейман, вероятно, никогда не мог себе представить. Две непосредственные нити возникли из работы фон Неймана. Первый, в основном в 1960-х годах, был все более причудливым обсуждением создания реальных самовоспроизводящихся автоматов — часто в форме космических кораблей. Второй был попыткой лучше понять суть самовоспроизведения с помощью математических исследований детальных свойств клеточных автоматов.В течение 1960-х годов были найдены конструкции для все более простых клеточных автоматов, способных к самовоспроизведению (см. Стр. 1186) и универсальным вычислениям (см. Стр. 1121). Начиная с начала 1960-х годов были замечены несколько довольно простых общих черт клеточных автоматов, которые, как считалось, имеют отношение к самовоспроизведению, и изучались с использованием все более сложного технического формализма. (Примером был результат так называемого Эдемского сада, согласно которому в клеточных автоматах могут быть конфигурации, которые возникают только как начальные условия; см. Стр.963.Также были сделаны различные явные конструкции клеточных автоматов, в поведении которых проявлялись определенные простые особенности, возможно, относящиеся к самовоспроизведению (например, так называемая синхронизация расстрельной команды, как на стр. 1039). К концу 1950-х годов было отмечено, что клеточные автоматы можно рассматривать как параллельные компьютеры, и особенно в 1960-х годах последовательность все более подробных и технических теорем — часто аналогичных теоремам о машинах Тьюринга — была доказана относительно их формальных вычислительных возможности.В конце 1960-х годов начали предприниматься попытки связать клеточные автоматы с математическими обсуждениями динамических систем — хотя, как обсуждается ниже, на самом деле это уже было сделано десятью годами ранее, с другой терминологией. К середине 1970-х работа над клеточными автоматами стала в основном эзотерической, и интерес к ней в значительной степени угас. (Некоторые работы, тем не менее, продолжались, особенно в России и Японии.) Обратите внимание, что даже в информатике использовались различные имена для клеточных автоматов, включая автоматы тесселяции, клеточные пространства, итерационные автоматы, однородные структуры и универсальные пространства. Как упоминалось в основном тексте, к концу 1950-х годов уже существовали всевозможные универсальные компьютеры, на которых было бы легко выполнить моделирование клеточных автоматов. Но по большей части эти компьютеры использовались для изучения традиционных гораздо более сложных систем, таких как уравнения в частных производных. Однако примерно в 1960 году было проведено несколько симуляций, связанных с двумерными клеточными автоматами. Станислав Улам и другие использовали компьютеры в Лос-Аламосе для создания нескольких примеров того, что они называли рекурсивно заданными геометрическими объектами — по сути, результатов развития обобщенных двумерных клеточных автоматов из отдельных черных ячеек (см. Стр. 930).Особенно после получения больших изображений в 1967 году Улам отметил, что по крайней мере в одном случае довольно простые правила роста порождают сложную структуру, и упомянул, что это может иметь отношение к биологии. Но, возможно, из-за того, что в этом вопросе с помощью традиционных математических методов почти не было достигнуто никакого прогресса, результат не был широко известен и никогда не использовался. (Улам попытался построить одномерный аналог, но в итоге получил не клеточный автомат, а вместо этого последовательности, основанные на числах, обсуждаемых на странице 910.Примерно в 1961 году Эдвард Фредкин смоделировал двумерный аналог правила 90 на компьютере PDP-1 и отметил его свойства самовоспроизведения (см. Стр. 1186), но в целом его больше интересовало обнаружение простых физических свойств. Несмотря на отсутствие исследований в науке, один пример клеточного автомата действительно широко вошел в развлекательные вычисления в начале 1970-х годов. Очевидно, частично мотивированный вопросами математической логики, а частично работой Улама и других над «играми-симуляторами», Джон Конвей в 1968 году начал проводить эксперименты (в основном вручную, но позже на компьютере PDP-7) с различными различные правила двумерного клеточного автомата, и к 1970 году он придумал простой набор правил, которые он назвал «Игра в жизнь», которые демонстрируют ряд сложного поведения (см. стр. 249).Во многом благодаря популяризации Scientific American Мартина Гарднера, Life стала широко известна. Огромное количество усилий было потрачено на поиск особых начальных условий, которые дают определенные формы повторяющегося или другого поведения, но практически не было проведено систематической научной работы (возможно, отчасти потому, что даже Конвей относился к системе в основном как к отдыху), и почти без исключения только когда-либо исследовались очень специфические правила Жизни. (В 1978 году Джонатан Миллен в качестве возможного одномерного аналога Жизни, который легче было реализовать на ранних персональных компьютерах, кратко рассмотрел то, что оказалось тотальным правилом 20 k = 2, r = 2 со страницы 283.) Совершенно оторванные от всего этого, даже в 1950-х годах определенные типы двумерных и одномерных клеточных автоматов уже использовались в различных электронных устройствах и специализированных компьютерах. Фактически, когда в середине 1950-х годов начали производить цифровую обработку изображений (для таких приложений, как оптическое распознавание символов и подсчет микроскопических частиц), правила двумерных клеточных автоматов обычно использовались для удаления шума. И в течение нескольких десятилетий, начиная с 1960 года, была создана длинная линия так называемых клеточных логических систем для реализации двумерных клеточных автоматов, в основном для обработки изображений.Большинство используемых правил были специально настроены на простое поведение, но иногда отмечалось, что это, в основном, развлекательный вопрос, что, например, можно было сгенерировать шаблоны чередующихся полос («кластеризация»). В конце 1950-х и начале 1960-х годов схемы электронной миниатюризации и ранние интегральные схемы часто основывались на том, что идентичные логические элементы располагались на линиях или сетках для формирования так называемых ячеистых массивов. В начале 1960-х годов был интерес к итеративным массивам, в которых данные будут многократно проходить через такие системы.Но появилось несколько принципов проектирования, и технология изготовления микросхем с более сложными и менее однородными схемами быстро развивалась. Тем не менее, начиная с 1960-х годов, идея создания массивов или параллельных компьютеров неоднократно появлялась, особенно в таких системах, как ILLIAC IV 1960-х и 1970-х годов, а также систолические массивы и различные массивно-параллельные компьютеры 1980-х годов. Однако обычно правила, придуманные для каждого элемента таких систем, намного сложнее, чем для любого из рассматриваемых мной простых клеточных автоматов. По крайней мере, с начала 1940-х годов электронные или другие цифровые линии задержки или регистры сдвига были обычным способом хранения данных, таких как цифры чисел, а к концу 1940-х годов было отмечено, что так называемые регистры сдвига с линейной обратной связью (см. стр.976) может генерировать сложные выходные последовательности. Эти системы оказываются по существу одномерными аддитивными клеточными автоматами (как правило 90) с ограниченным числом ячеек (сравните стр. 259). Обширный алгебраический анализ их поведения проводился начиная с середины 1950-х годов, но большая часть его была сосредоточена на таких вопросах, как периоды повторения, и даже не выявил явно вложенных шаблонов.(Связанный анализ линейных повторений над конечными полями был проведен в нескольких случаях в 1800-х годах и более подробно в 1930-х.) Общие одномерные клеточные автоматы связаны с нелинейными регистрами сдвига с обратной связью, и некоторые их исследования, в том числе неожиданно близкие к правилу 30 (см. стр. 1093) — были созданы Соломоном Голомбом с использованием специального оборудования в 1956-1959 годах для применения в устойчивом к помехам радиоуправлении — хотя опять же с упором на такие вопросы, как периоды повторения. Регистры сдвига с линейной обратной связью быстро стали широко использоваться в приложениях связи.Регистры сдвига с нелинейной обратной связью, кажется, широко использовались для военной криптографии, но, несмотря на постоянные слухи, подробности того, что было сделано, по-прежнему остаются в секрете. В чистой математике бесконечные последовательности нулей и единиц рассматривались в различных формах, по крайней мере, с конца 1800-х годов. Начиная с 1930-х годов развитие символической динамики (см. Стр. 963) привело к исследованию отображения таких последовательностей на самих себя. К середине 1950-х годов проводились исследования (в частности, Густав Хедлунд) так называемых блочных карт с коммутацией сдвигов, которые оказались в точности одномерными клеточными автоматами (см. Стр. 963).В 1950-х и начале 1960-х годов в этой области (по крайней мере, в США) проводились работы ряда выдающихся чистых математиков, но, поскольку они в значительной степени предназначались для применения в криптографии, большая часть их держалась в секрете. И то, что было опубликовано, было в основном абстрактными теоремами о функциях, слишком глобальных, чтобы раскрыть какую-либо сложность, о которой я говорю. Определенные типы клеточных автоматов также возникали — обычно под разными названиями — в широком диапазоне ситуаций. В конце 1950-х — начале 1960-х годов изучались, по сути, одномерные клеточные автоматы как способ оптимизации схем для арифметических и других операций.Начиная с 1960-х годов, моделирующие идеализированные нейронные сети в некоторых × имели нейроны, связанные с соседями по сетке, что давало двумерный клеточный автомат. Точно так же различные модели активных сред — особенно сердца и других мышц — и процессов реакции-диффузии использовали дискретную сетку и дискретные состояния возбуждения, соответствующие двумерному клеточному автомату. (В физике дискретные идеализации статистической механики и динамические версии систем, таких как модель Изинга, были в некоторой степени близки к клеточным автоматам, за исключением того решающего различия, что случайность встроена в их основные правила.Аддитивные клеточные автоматы, такие как правило 90, неявно возникли в исследованиях биномиальных коэффициентов по модулю простых чисел в 1800-х годах (см. Стр. 870), но также появились в различных условиях, таких как «леса низкорослых деревьев», изученные около 1970 года. К концу 1970-х годов, несмотря на все эти разные направления, исследования систем, эквивалентных клеточным автоматам, в значительной степени прекратились. То, что это должно было произойти как раз в то время, когда компьютеры впервые стали широко доступны для исследовательской работы, является иронией.Но в каком-то смысле это было удачно, потому что это позволило мне, когда я начал работать над клеточными автоматами в 1981 году, определить поле по-новому (хотя, к моему большому сожалению, я решил — в попытке признать историю — использовать имя «клеточные автоматы» для изучаемых мной систем). Публикация моей первой статьи о клеточных автоматах в 1983 г. (см. Стр. 881) привела к быстрому росту интереса к этой области, и с тех пор с тех пор количество статей постоянно увеличивалось (на что указывает количество исходных документов в Указанный ниже индекс научного цитирования) были опубликованы по клеточным автоматам — почти все они следуют указанным мною направлениям. Стивен Вольфрам, Новый вид науки (Wolfram Media, 2002), стр. 876. © 2002, Stephen Wolfram, LLC

Ричард Фейнман и машина связи

У. Дэниэл Хиллис для Physics Today

Однажды, когда я обедал с Ричардом Фейнманом, я сказал ему, что планирую создать компанию по созданию параллельного компьютера с миллионом процессоров. Его реакция была однозначной: «Это определенно самая глупая идея, которую я когда-либо слышал.«Для Ричарда безумная идея была возможностью либо доказать, что она ошибочна, либо доказать, что она верна. В любом случае он был заинтересован. К концу обеда он согласился провести лето, работая в компании.

Интерес Ричарда к вычислениям уходит корнями в его дни в Лос-Аламосе, где он руководил «компьютерами», то есть людьми, которые работали с механическими калькуляторами. Там он сыграл важную роль в создании некоторых из первых программируемых счетных машин для физического моделирования.Его интерес к этой области возрос в конце 1970-х, когда его сын Карл начал изучать компьютеры в Массачусетском технологическом институте.

Я познакомился с Ричардом через его сына. Я был аспирантом лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, и Карл был одним из студентов, помогавших мне с моим дипломным проектом. Я пытался сконструировать компьютер достаточно быстро, чтобы решать проблемы здравого смысла. Машина, как мы ее предполагали, будет содержать миллион крошечных компьютеров, соединенных коммуникационной сетью.Мы назвали это «машиной связи». Ричард, всегда интересовавшийся деятельностью сына, внимательно следил за проектом. Он скептически относился к этой идее, но всякий раз, когда мы встречались на конференции или я посещал Калифорнийский технологический институт, мы не спали до раннего утра, обсуждая детали запланированной машины. Впервые он, казалось, поверил, что мы действительно собираемся попытаться построить его, было на обеденном собрании.

Ричард прибыл в Бостон на следующий день после регистрации компании.Мы были заняты сбором денег, поиском места для аренды, выпуском акций и т. Д. Мы поселились в старом особняке недалеко от города, и когда появился Ричард, мы все еще оправлялись от шока от первых нескольких миллионов долларов в банке. Несколько месяцев никто не думал ни о чем техническом. Мы спорили о том, как должно называться название компании, когда Ричард вошел, отсалютовал и сказал: «Ричард Фейнман явился на службу.Хорошо, босс, какое у меня задание? »Собравшаяся группа студентов Массачусетского технологического института была поражена.

После поспешного частного обсуждения («Я не знаю, вы наняли его …») мы сообщили Ричарду, что его задание будет заключаться в консультировании по применению параллельной обработки в научных задачах.

«Звучит как вздор», — сказал он. «Дай мне что-нибудь реальное».

Итак, мы отправили его купить канцелярские товары.Пока его не было, мы решили, что больше всего нас беспокоит маршрутизатор, который доставляет сообщения от одного процессора к другому. Мы не были уверены, что наш дизайн сработает. Когда Ричард вернулся с покупки карандашей, мы дали ему задание разобрать роутер.

Машина

Маршрутизатор машины подключения был частью оборудования, которое позволяло процессорам обмениваться данными.{12] $ провода. Вместо этого мы планировали соединить процессоры в 20-мерный гиперкуб, чтобы каждому процессору нужно было напрямую общаться только с 20 другими. Поскольку многие процессоры должны были обмениваться данными одновременно, многие сообщения будут конкурировать за одни и те же провода. Задача маршрутизатора заключалась в том, чтобы найти свободный путь через эту 20-мерную пробку или, если он не мог, удерживать сообщение в буфере, пока путь не станет свободным. Наш вопрос Ричарду Фейнману заключался в том, предоставили ли мы достаточно буферов для эффективной работы маршрутизатора.

В течение первых нескольких месяцев Ричард начал изучать принципиальные схемы маршрутизатора, как если бы они были объектами природы. Он был готов выслушать объяснения того, как и почему все работает, но в основном он предпочитал выяснять все сам, моделируя действие каждой из схем карандашом и бумагой.

Тем временем остальные из нас, счастливые найти что-то, чем занять Ричарда, занялись заказом мебели и компьютеров, наняли первых инженеров и договорились о том, что Агентство перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA) заплатит. на разработку первого прототипа.Ричард проделал замечательную работу, сосредоточившись на своем «задании», лишь изредка останавливался, чтобы помочь подключить компьютерный зал, настроить механический цех, обменяться рукопожатием с инвесторами, установить телефоны и весело напомнить нам о том, какими сумасшедшими мы все были. Когда мы наконец выбрали название компании, Thinking Machines Corporation, Ричард был в восторге. «Это хорошо. Теперь мне не нужно объяснять людям, что я работаю с кучкой психов. Я могу просто назвать им название компании.«

Техническая сторона проекта явно выходила за рамки наших возможностей. Мы решили упростить процесс, начав с 64 000 процессоров, но даже тогда объем работы был огромным. Нам пришлось разработать собственные кремниевые интегральные схемы с процессорами и маршрутизатором. Нам также пришлось изобрести механизмы упаковки и охлаждения, написать компиляторы и ассемблеры, разработать способы одновременного тестирования процессоров и так далее. Даже простые проблемы, такие как соединение плат вместе, приобрели совершенно новый смысл при работе с десятками тысяч процессоров.Оглядываясь назад, можно сказать, что если бы мы хоть как-то понимали, насколько сложным будет проект, мы бы никогда не начали.

«Организуйте этих парней»

Я никогда раньше не управлял большой группой, и я был явно не в себе. Ричард вызвался помочь. «Мы должны организовать этих ребят», — сказал он мне. «Позвольте мне рассказать вам, как мы сделали это в Лос-Аламосе».

У каждого великого человека, которого я знаю, было определенное время и место в своей жизни, которые они использовали в качестве ориентира; время, когда все работало так, как должно, и великие дела были достигнуты.Для Ричарда это время было в Лос-Аламосе во время Манхэттенского проекта. Всякий раз, когда что-то становилось «дерзким», Ричард оглядывался назад и пытался понять, чем сейчас было иначе, чем тогда. Используя этот подход, Ричард решил, что мы должны выбрать эксперта в каждой важной области машины, такой как программное обеспечение, упаковка или электроника, чтобы стать «лидером группы» в этой области, по аналогии с лидерами группы в Лос-Аламосе.

Вторая часть кампании Фейнмана «Давайте организовываться» заключалась в том, что мы должны начать регулярную серию семинаров с приглашенными докладчиками, которые могут иметь интересные дела с нашей машиной.Идея Ричарда заключалась в том, что мы должны сосредоточиться на людях с новыми приложениями, потому что они будут менее консервативны в отношении того, какой компьютер они будут использовать. На наш первый семинар он пригласил Джона Хопфилда, своего друга из Калифорнийского технологического института, чтобы он рассказал нам о своей схеме построения нейронных сетей. В 1983 году изучение нейронных сетей было таким же модным, как изучение ESP, поэтому некоторые люди считали Джона Хопфилда немного сумасшедшим. Ричард был уверен, что ему подойдет компания Thinking Machines Corporation.

Хопфилд изобрел способ построения [ассоциативной памяти], устройство для запоминания паттернов. Чтобы использовать ассоциативную память, ее тренируют на серии шаблонов, таких как изображения букв алфавита. Позже, когда в памяти появляется новый образец, он может вспомнить аналогичный образец, который он видел в прошлом. Новое изображение буквы «А» будет «напоминать» воспоминание о другой букве «А», которую она видела ранее.Хопфилд выяснил, как такую ​​память можно построить с помощью устройств, похожих на биологические нейроны.

Похоже, что метод Хопфилда работает не только, но и на машине связи. Фейнман выяснил детали того, как использовать один процессор для моделирования каждого из нейронов Хопфилда, при этом сила связей представлена ​​в виде чисел в памяти процессоров. Из-за параллельной природы алгоритма Хопфилда все процессоры можно было использовать одновременно со 100% эффективностью, поэтому Connection Machine будет в сотни раз быстрее, чем любой обычный компьютер.

Алгоритм для логарифмов

Фейнман довольно подробно разработал программу для вычисления сети Хопфилда на Connection Machine. Больше всего он гордился подпрограммой для вычисления логарифмов. Я упоминаю об этом здесь не только потому, что это умный алгоритм, но и потому, что это особый вклад Ричарда в мейнстрим информатики. Он изобрел его в Лос-Аламосе.

Рассмотрим задачу поиска логарифма дробного числа от 1.{-k] $ может использоваться всеми процессорами. Все вычисления заняли меньше времени, чем деление.

Концентрация на алгоритме простой арифметической операции была типичной для подхода Ричарда. Ему нравились детали. Изучая маршрутизатор, он обращал внимание на действие каждого отдельного гейта, а при написании программы настаивал на понимании реализации каждой инструкции. Он не доверял абстракциям, которые не могли быть напрямую связаны с фактами.Когда несколько лет спустя я написал для [Scientific American] интересную статью о машине подключения, он был разочарован тем, что в ней упущено слишком много деталей. Он спросил: «Откуда можно знать, что это не просто чушь?»

Настойчивость Фейнмана в рассмотрении деталей помогла нам раскрыть потенциал машины для численных вычислений и физического моделирования. В то время мы убедили себя, что машина соединений не будет эффективна при «обработке чисел», потому что у первого прототипа не было специального оборудования для векторов или арифметики с плавающей запятой.Оба эти требования были «известны» как требования для обработки чисел. Фейнман решил проверить это предположение на проблеме, с которой он был подробно знаком: квантовой хромодинамике.

Квантовая хромодинамика — это теория внутреннего устройства атомных частиц, таких как протоны. Используя эту теорию, в принципе возможно вычислить значения измеримых физических величин, таких как масса протона. На практике для таких вычислений требуется столько арифметических операций, что самые быстрые компьютеры в мире могут быть загружены ими на долгие годы.Один из способов сделать это вычисление — использовать дискретную четырехмерную решетку для моделирования части пространства-времени. Поиск решения включает сложение вкладов всех возможных конфигураций определенных матриц на звеньях решетки или, по крайней мере, некоторой большой репрезентативной выборки. (По сути, это интеграл по путям Фейнмана.) Дело в том, что это настолько сложно, так это то, что вычисление вклада даже одной конфигурации включает в себя умножение матриц вокруг каждого маленького контура в решетке, и количество контуров растет как четвертая степень числа размер решетки.Поскольку все эти умножения могут выполняться одновременно, есть много возможностей, чтобы все 64000 процессоров были заняты.

Чтобы выяснить, насколько хорошо это будет работать на практике, Фейнману пришлось написать компьютерную программу для КХД. Поскольку единственный компьютерный язык, с которым Ричард был действительно знаком, был Basic, он создал параллельную версию Basic, на которой он написал программу, а затем моделировал ее вручную, чтобы оценить, насколько быстро она будет работать на Connection Machine.

Он был в восторге от результатов. «Эй, Дэнни, ты не поверишь в это, но эта твоя машина действительно может сделать кое-что [полезное]!» Согласно расчетам Фейнмана, машина соединений, даже без какого-либо специального оборудования для арифметики с плавающей запятой, превзойдет машину, которую CalTech создавала для выполнения вычислений КХД. С этого момента Ричард все больше и больше подталкивал нас к рассмотрению численных приложений машины.

К концу того лета 1983 года Ричард завершил свой анализ поведения маршрутизатора и, к нашему большому удивлению и удивлению, представил свой ответ в виде набора дифференциальных уравнений в частных производных. Физику это может показаться естественным, но для разработчика компьютеров рассматривать набор логических схем как непрерывную дифференцируемую систему немного странно. Уравнения маршрутизатора Фейнмана были в терминах переменных, представляющих непрерывные величины, такие как «среднее число 1 бит в адресе сообщения.«Я гораздо больше привык рассматривать анализ с точки зрения индуктивного доказательства и анализа случая, чем брать производную от« числа единиц »по времени. Наш дискретный анализ показал, что нам нужно семь буферов на чип; уравнения Фейнмана предполагают, что мы только нужно было пять. Мы решили перестраховаться и проигнорировать Фейнмана.

Решение проигнорировать анализ Фейнмана было принято в сентябре, но к весне следующего года мы уперлись в стену. Чипы, которые мы разработали, были немного велики для производства, и единственный способ решить проблему — сократить количество буферов на чип до пяти.Поскольку уравнения Фейнмана утверждали, что мы можем делать это безопасно, его нетрадиционные методы анализа стали казаться нам все лучше и лучше. Мы решили пойти дальше и сделать чипы с меньшим количеством буферов.

К счастью, он был прав. Когда мы сложили чипсы, машина заработала. Первой программой, запущенной на машине в апреле 1985 года, была игра Конвея «Жизнь».

Клеточные автоматы

Игра в жизнь — это пример класса вычислений, интересовавший Фейнмана, который называется [клеточные автоматы].Подобно многим физикам, которые всю жизнь продвигались к все более и более низкому уровню детализации атома, Фейнман часто задавался вопросом, что же находится на дне. Одним из возможных ответов был клеточный автомат. Идея состоит в том, что «континуум» на своих самых низких уровнях может быть дискретным как в пространстве, так и во времени, и что законы физики могут быть просто макро-следствием среднего поведения крошечных клеток. Каждая ячейка может быть простым автоматом, который подчиняется небольшому набору правил и взаимодействует только со своими ближайшими соседями, как расчет решетки для КХД.Если бы Вселенная действительно работала таким образом, то это, вероятно, имело бы проверяемые последствия, такие как верхний предел плотности информации на кубический метр пространства.

Идея клеточных автоматов восходит к фон Нейману и Уламу, которых Фейнман знал в Лос-Аламосе. Недавний интерес Ричарда к этому предмету был мотивирован его друзьями Эдом Фредкином и Стивеном Вольфрамом, оба из которых были очарованы физическими моделями клеточных автоматов.Фейнман всегда быстро указывал им, что он считает их конкретные модели «странными», но, как и машину связи, он считал предмет достаточно сумасшедшим, чтобы вложить в него немного энергии.

Есть много потенциальных проблем с клеточными автоматами как моделью физического пространства и времени; например, нахождение набора правил, подчиняющихся специальной теории относительности. Одна из самых простых задач — просто сделать так, чтобы физика выглядела одинаково во всех направлениях.Наиболее очевидный образец клеточных автоматов, такой как фиксированная трехмерная сетка, имеет предпочтительные направления вдоль осей сетки. Можно ли реализовать даже ньютоновскую физику на фиксированной решетке автоматов?

Фейнман предложил решение проблемы анизотропии, которое он попытался (безуспешно) детально проработать. Его идея заключалась в том, что лежащие в основе автоматы, вместо того, чтобы быть соединенными в регулярную решетку, такую ​​как сетка или узор из шестиугольников, могли быть связаны случайным образом.Волны, распространяющиеся через эту среду, в среднем будут распространяться с одинаковой скоростью во всех направлениях.

Клеточные автоматы начали привлекать внимание Thinking Machines, когда Стивен Вольфрам, который также проводил время в компании, предложил использовать такие автоматы не как модель физики, а как практический метод моделирования физических систем. В частности, мы могли бы использовать один процессор для моделирования каждой ячейки и правил, выбранных для моделирования чего-то полезного, например гидродинамики.Для двумерных задач было изящное решение проблемы анизотропии, поскольку [Фриш, Хасслахер, Помо] показали, что гексагональная решетка с простым набором правил приводит к изотропному поведению на макроуровне. Вольфрам использовал этот метод на Connection Machine, чтобы создать красивый фильм о турбулентном потоке жидкости в двух измерениях. Просмотр фильма взволновал всех нас, особенно Фейнмана, физическим моделированием. Мы все начали планировать дополнения к оборудованию, такие как поддержка арифметики с плавающей запятой, которая позволила бы нам выполнять и отображать различные симуляции в реальном времени.

Объяснитель Фейнмана

Между тем у нас были большие проблемы с объяснением людям, что мы делаем с клеточными автоматами. Когда мы заговорили о диаграммах переходов между состояниями и конечных автоматах, глаза потускнели. В конце концов Фейнман сказал нам объяснить это так:

«Мы заметили в природе, что поведение жидкости очень мало зависит от природы отдельных частиц в этой жидкости.Например, поток песка очень похож на поток воды или поток стопки шарикоподшипников. Поэтому мы воспользовались этим фактом, чтобы изобрести тип воображаемой частицы, которую нам особенно просто моделировать. Эта частица представляет собой идеальный шарикоподшипник, который может двигаться с одной скоростью в одном из шести направлений. Поток этих частиц в достаточно большом масштабе очень похож на поток природных флюидов ».

Это было типичное объяснение Ричарда Фейнмана.С одной стороны, это приводило в ярость экспертов, которые работали над проблемой, потому что не упоминалось даже обо всех умных проблемах, которые они решили. С другой стороны, слушатели обрадовались, поскольку они могли уйти от этого с реальным пониманием явления и того, как оно связано с физической реальностью.

Мы попытались воспользоваться талантом Ричарда к ясности, заставив его критиковать технические презентации, которые мы сделали при представлении наших продуктов.Перед коммерческим анонсом Connection Machine CM-1 и всех наших будущих продуктов Ричард критиковал запланированную презентацию предложение за предложением. «Не говори« отраженная акустическая волна ». Скажите [эхо] «. Или: «Забудьте все эти« локальные минимумы ». Просто скажите, что в кристалле застрял пузырь, и вы должны его вытряхнуть». Ничто не злило его сильнее, чем простая сложная речь.

Заставить Ричарда дать такой совет иногда было непросто.Он делал вид, что ему не нравится работать над проблемами, выходящими за рамки заявленной им области знаний. Часто в «Мыслительных машинах», когда его просили совета, он грубо отказывался со словами: «Это не мой отдел». Я никогда не мог понять, что это за отдел, но в любом случае это не имело значения, поскольку большую часть времени он проводил, работая над проблемами «не для моего отдела». Иногда он действительно сдавался, но чаще он возвращался через несколько дней после своего отказа и замечания: «Я думал о том, о чем вы спросили на днях, и мне это кажется… «Это сработало бы лучше всего, если бы вы не ожидали этого.

Я не имею в виду, что Ричард не решался делать «грязную работу». Фактически, он всегда был волонтером для этого. Многие посетители «Мыслительных машин» были шокированы, увидев, что у нас есть нобелевский лауреат, который паяет печатные платы или красит стены. Но то, что Ричард ненавидел или, по крайней мере, делал вид, что ненавидит, просили дать совет. Так почему же люди всегда просили его об этом? Потому что, даже когда Ричард не понимал, он всегда понимал лучше, чем все мы.И что бы он ни понимал, он мог дать понять и другим. Ричард заставил людей почувствовать себя детьми, когда взрослые относятся к нему как к взрослому. Он никогда не боялся говорить правду, и каким бы глупым ни был ваш вопрос, он никогда не заставлял вас чувствовать себя дураком.

Очаровательная сторона Ричарда помогла людям простить его за его некрасивые качества. Например, Ричард во многих отношениях был сексистом. Когда приходило время для его ежедневной тарелки супа, он оглядывался в поисках ближайшей «девушки» и спрашивал, принесет ли она ему его.Не имело значения, была ли она поваром, инженером или президентом компании. Однажды я спросил женщину-инженера, которая только что стала жертвой этого, беспокоит ли ее это. «Да, это меня действительно раздражает», — сказала она. «С другой стороны, он единственный, кто когда-либо объяснил мне квантовую механику, как если бы я мог ее понять». В этом была суть очарования Ричарда.

Вид игры

Ричард работал в компании время от времени в течение следующих пяти лет.В конечном итоге к машине было добавлено оборудование с плавающей запятой, и по мере того, как машина и ее преемники начали коммерческое производство, они все больше и больше использовались для решения задач численного моделирования, которые Ричард впервые применил в своей программе QCD. Интерес Ричарда сместился с конструкции машины на ее применение. Как оказалось, создание большого компьютера — хороший повод поговорить с людьми, которые работают над одними из самых интересных проблем науки.Мы начали работать с физиками, астрономами, геологами, биологами, химиками — каждый из них пытался решить какую-то проблему, которую раньше было невозможно решить. Чтобы понять, как выполнять эти вычисления на параллельной машине, необходимо разбираться в деталях приложения, что Ричард любил делать.

Для Ричарда решение этих проблем было чем-то вроде игры. Он всегда начинал с самых простых вопросов вроде: «Какой самый простой пример?». или «Как узнать, правильный ли ответ?» Он задавал вопросы, пока не свел проблему к какой-то важной головоломке, которую, как он думал, он сможет решить.Затем он брался за работу, что-то писал на блокноте и смотрел на результаты. Пока он решал эту головоломку, его было невозможно прервать. «Не приставай ко мне. Я занят», — говорил он, даже не поднимая глаз. В конце концов он либо решит, что проблема слишком сложна (в этом случае он потеряет интерес), либо найдет решение (в этом случае он потратит следующие день или два, объясняя ее всем, кто слушает). Таким образом он работал над проблемами поиска в базах данных, геофизического моделирования, сворачивания белков, анализа изображений и чтения страховых форм.

Последний проект, над которым я работал с Ричардом, относился к моделируемой эволюции. Я написал программу, которая моделировала эволюцию популяций воспроизводящих половым путем существ на протяжении сотен тысяч поколений. Результаты были неожиданными, поскольку физическая форма населения резко увеличивалась, а не за счет ожидаемого устойчивого улучшения. Летопись окаменелостей показывает некоторые свидетельства того, что реальная биологическая эволюция может также демонстрировать такое «прерывистое равновесие», поэтому мы с Ричардом решили более внимательно изучить, почему это произошло.К тому времени он чувствовал себя плохо, поэтому я пошел и провел с ним неделю в Пасадене, и мы разработали модель эволюции конечных популяций, основанную на уравнениях Фоккера-Планка. Вернувшись в Бостон, я пошел в библиотеку и обнаружил книгу Кимуры на эту тему, и, к моему большому разочарованию, все наши «открытия» были изложены на первых нескольких страницах. Когда я перезвонил и рассказал Ричарду о том, что я нашел, он был в восторге. «Эй, мы все правильно поняли!» он сказал.«Неплохо для любителей».

Оглядываясь назад, я понимаю, что почти во всем, над чем мы работали вместе, мы оба были любителями. В цифровой физике, нейронных сетях и даже в параллельных вычислениях мы никогда не знали, что делаем. Но то, что мы изучали, было настолько новым, что никто другой точно не знал, что они делали. Только любители добились прогресса.

Говорить хорошие вещи, которые вы знаете

На самом деле, я сомневаюсь, что Ричарда больше всего интересовал «прогресс».Он всегда искал закономерности, связи, новый взгляд на что-то, но я подозреваю, что его мотивация заключалась не столько в понимании мира, сколько в поиске новых идей для объяснения. Акт открытия не был для него завершен, пока он не научил этому кого-то другого.

Я помню разговор, который у нас был примерно за год до его смерти, когда мы гуляли по холмам над Пасаденой. Мы исследовали незнакомую тропу, и Ричард, выздоравливающий после тяжелой операции по поводу рака, шел медленнее, чем обычно.Он рассказывал длинную и забавную историю о том, как он читал о своей болезни и удивлял своих врачей, предсказывая их диагноз и свои шансы на выживание. Я впервые слышал, как далеко зашел его рак, поэтому шутки не казались такими уж смешными. Он, должно быть, заметил мое настроение, потому что внезапно остановил рассказ и спросил: «Эй, в чем дело?»

Я заколебался. «Мне грустно, потому что ты умрешь».

«Ага, — вздохнул он, — меня это тоже иногда беспокоит.Но не так много, как вы думаете ». И после еще нескольких шагов:« Когда ты станешь таким же старым, как я, ты начнешь понимать, что ты все равно рассказал другим людям все то хорошее, что знаешь ».

Несколько минут мы шли молча. Затем мы подошли к месту, где пересекалась еще одна тропа, и Ричард остановился, чтобы осмотреть окрестности. Внезапно его лицо озарила ухмылка. «Эй, — сказал он, забыв все следы печали, — держу пари, я могу показать тебе лучший путь домой.«

Так он и сделал.

Посетите главную страницу или подпишитесь на наш блог

границ | Подход с использованием квантовых конечных автоматов к моделированию химических реакций

1 Введение

В последнее время связь между сложными реакциями и их термодинамикой вызвала огромный резонанс среди исследовательских сообществ. Первоначально, в 1970-х годах, Конрад [1] обработал информацию о молекулярных системах и заявил, что сложные биохимические системы не могут быть проанализированы на классических компьютерах.До сих пор в искусственных подходах для решения проблем используются сложные биомолекулы или системы реакции-диффузии на основе логических вентилей [2–4]. Классические системы ненадежны и неспособны описывать квантовые системы. Некоторые задачи, невозможные в классических системах, могут быть реализованы в квантовых системах. Квантовые вычисления относятся к компьютерной технологии, основанной на принципах квантовой механики, которая описывает поведение и природу материи и энергии на квантовом уровне [5]. Квантовые вычисления демонстрируют вычислительную мощность и другие свойства компьютеров, основанных на принципах квантовой механики.

Модели конечных автоматов — это абстрактные вычислительные устройства, которые играют решающую роль в решении вычислительных задач в теоретической информатике. Классическая теория автоматов тесно связана с теорией формального языка, где автоматы ранжируются от самых простых до самых мощных в зависимости от их способности распознавания языка [6]. Классическая теория автоматов имеет большое значение из-за ее практических приложений в реальном времени при разработке нескольких областей. Поэтому естественной целью является изучение квантовых вариантов классических моделей автоматов, которые играют важную роль в квантовой обработке информации.

Теория квантовых автоматов разработана с использованием принципов квантовой механики и классических автоматов. Квантовые вычислительные модели позволяют исследовать ресурсы, необходимые для вычислений. Вскоре после мозгового штурма квантового алгоритма факторизации Шора [7] были представлены первые модели квантовых конечных автоматов (QFA). Первоначально Кондакс и Уотроус [8], а также Мур и Кратчфилд [9] отдельно предложили концепцию квантовых автоматов. С тех пор было изучено и продемонстрировано множество моделей квантовых автоматов в различных направлениях, таких как QFA, латвийская QFA, 1.5-сторонний QFA, двухсторонний QFA (2QFA), квантовая последовательная машина, квантовые выталкивающие автоматы, квантовая машина Тьюринга, квантовые мультисчетные машины, квантовые автоматы с очередью [10], квантовые многоголовые конечные автоматы, QFA с классическими состояниями (2QCFA) [11 , 12], краткость состояний двусторонних вероятностных конечных автоматов (2PFA), QFA, 2QFA и 2QCFA [13–15], интерактивные системы доказательства с QFA [16, 17], квантовые конечные автоматы состояния матричного произведения [18 ], распознавание проблем с помощью QFA [19–22], квантово-омега-автоматы [23] и полуквантовые двусторонние конечные автоматы [24–26], преимущества временной сложности QFA [27], неоднородные классы полиномиального размера QFA [28, 29], QFA и линейная темпоральная логическая взаимосвязь [30], и многое другое за последние два десятилетия [31–34].Эти модели эффективны при определении границ различных вычислительных возможностей и выразительной мощности [35–37]. Квантовые компьютеры более мощные, чем машины Тьюринга и даже вероятностные машины Тьюринга. Таким образом, математические модели квантовых вычислений можно рассматривать как обобщения их физических моделей.

Вычислительная биохимия — быстро развивающаяся область исследований на стыке биологии, химии, информатики и математики. Это помогает нам применять вычислительные модели для понимания биохимических и химических процессов и их свойств.Комбинация химии и классической теории автоматов обеспечивает конструктивные средства уточнения количества объектов, позволяющих понять энергетическую стоимость вычислений [38]. Исследования в области химических вычислений постоянно росли. Существует два способа моделирования сложных химических реакций: абстрактные устройства и формальные модели, основанные на перезаписи мультимножества [39]. Сети сложных химических реакций осуществляют химические процессы, имитирующие работу классических моделей автоматов.Недавно Дуэнас-Диез и Перес-Меркадер [38, 40] разработали химические конечные автоматы для обычных языков и химические автоматы с несколькими стеками для контекстно-свободных и контекстно-зависимых языков. Кроме того, дается термодинамическая интерпретация принятия / отклонения химических автоматов. Полезно понять энергетическую стоимость химических вычислений. Они использовали реактор с одним горшком (смешанный контейнер), в котором химические реакции и молекулярное распознавание происходят после нескольких этапов, без использования какой-либо вспомогательной геометрической помощи.

В классической теории автоматов известно, что двусторонние детерминированные конечные автоматы (2DFA) могут быть разработаны для всех регулярных языков. Также было исследовано, что 2PFA может быть разработан для нерегулярного языка L = {anbn | n≥1} за экспоненциальное время [38, 40]. Исследования последовательно развивались в области квантовых вычислений и обработки информации. В теории квантовых автоматов было доказано, что 2QFA может быть разработан для L с односторонней ограниченной ошибкой и остановлен за линейное время.Более того, было продемонстрировано, что 2QFA может быть также разработан для неконтекстно-свободного языка L = {anbncn | n≥1} [8]. Следовательно, 2QFA строго более мощный, чем его классические аналоги, основанный на способности распознавания языка.

Область химии и химических вычислений играет важную роль в развитии вычислительных моделей, имитирующих поведение систем на атомарном уровне. На это сильно влияет вычислительная мощность квантовых компьютеров. Исходя из вышеупомянутых фактов, мы смоделировали химические реакции в форме формальных языков и представили те, которые используют двусторонние QFA.Основная цель — изучить, как химические реакции выполняют идентификацию химической последовательности, эквивалентную моделям квантовых автоматов, без использования биохимии или каких-либо вспомогательных устройств. Ключевым преимуществом этого подхода является то, что химические реакции в форме подписей принятия / отклонения могут обрабатываться за линейное время с односторонней ограниченной ошибкой (если автомат допускает ошибку только в одном направлении, то есть либо в случаях «нет», либо в случаях «да»). Эта статья имеет следующий вид: Подраздел посвящен предыдущим работам.В разделе 2 даются некоторые предварительные сведения. Определение двусторонних QFA дано в разделе 3. В разделе 4 химические реакции транскрибируются на формальных языках и моделируются с использованием подхода двусторонних QFA. Краткое изложение работы приведено в Разделе 5. Наконец, Раздел 6 является заключением.

1.1 Предыдущие работы

Область химических вычислений имеет богатую и интересную историю. Различные исследователи представили химические вычисления, используя концепцию систем реакции-диффузии на основе логических вентилей и подходов искусственного интеллекта.В начале 1970-х Конрад [1] дифференцировал обработку информации в молекулах с помощью цифровых вычислений. Почти десять лет спустя Okamoto et al. [43] предложили концепцию теоретического химического диода в циклических ферментных системах. Доказано, что его можно использовать для анализа динамического поведения событий метаболического переключения в биокомпьютере. В 1991 году Hjelmfelt et al. [44] разработали нейронные сети и конечные автоматы с использованием химических диодов. Было обнаружено, что выполнение универсальной машины Тьюринга возможно с использованием соединительных химических диодов.Hjelmfelt et al. построил синхронизированные конечные автоматы из двоичного сумматора, двоичного декодера и стековой памяти и показал, что конечные автоматы можно моделировать с помощью синхронизированных нейронных сетей.

В 1995 году Тот и Шоуолтер [45] реализовали логические вентили И и ИЛИ, используя системы реакции-диффузии, в которых сигналы программируются с помощью химических волн. Это была первая эмпирическая реализация химических логических ворот. В 1997 году Магнаско [46] показал, что логические вентили могут быть построены и реализованы в химической кинетике гомогенных растворов.Доказано, что такие конструкции обладают вычислительной мощностью, эквивалентной машине Тьюринга. Адамацки и Лейси Костелло [47] экспериментально поняли химический элемент XOR, следуя тому же подходу, который использовали Тот и Шоултер в 2002 году. Кроме того, Górecki et al. [48] ​​построили химические счетчики для обработки информации в возбудимых реакционно-диффузионных системах.

Это одно из самых многообещающих новых направлений исследований. Некоторые трудности могут быть вызваны соединением нескольких вентилей вместе для сложных вычислений.Таким образом, в последнее время исследователи начали сосредотачиваться на собственных химических вычислениях, то есть без систем реакции-диффузии. В 1994 году Адлеман [49] предложил концепцию вычисления ДНК и решил проблему гамильтонова пути, изменив нити ДНК. В 2009 году Бененсон [2] рассмотрел инструменты биологических измерений для биокомпьютеров нового поколения. Prohaska et al. [3] изучили белковый домен с помощью вычисления хроматина и представили хроматин как мощную машину для химических вычислений и обработки информации.В 2012 году Брайант [4] доказал, что хроматиновый компьютер вычислительно универсален, используя его для решения примера комбинаторной задачи.

Структуры ДНК и РНК представлены с использованием концепции классической теории автоматов [50, 51]. Krasinski et al. [52] представляли ограниченный фермент в ДНК с автоматами выталкивания в кольцевом режиме. Хренников и Юрова [53] смоделировали поведение белковых структур, используя классическую теорию автоматов, и исследовали сходство между квантовыми системами и моделированием поведения белков.Бхатиа и Кумар [54] смоделировали вторичные структуры рибонуклеиновой кислоты (РНК), используя двусторонние QFA, которые останавливаются в линейном времени. Дуэнас-Диез и Перес-Меркадер разработали молекулярные машины для химических реакций. Собственные химические вычисления были реализованы за пределами логических вентилей, то есть с помощью химических автоматов [40]. Было продемонстрировано, что химические реакции, записанные на формальных языках, могут быть распознаны машиной Тьюринга без использования биохимии [38]. Недавно Bhatia и Zheng [55] смоделировали вторичные структуры РНК шпильки, псевдоузла и гантели с помощью 2QCFA.

2 Предварительные сведения

В этом разделе приведены некоторые предварительные сведения. Мы предполагаем, что читатель знаком с классической теорией автоматов и концепцией квантовых вычислений; в противном случае читатель может обратиться к теории автоматов [6], квантовой информации и вычислениям [5, 56]. Линейная алгебра унаследована от квантовой механики для описания области квантовых вычислений. Это важный математический инструмент, который позволяет нам представлять квантовые операции и квантовые состояния матрицами и векторами, соответственно, которые подчиняются правилам линейной алгебры.В квантовой теории вычислений используются следующие понятия линейной алгебры:

• Векторное пространство ( V ) [56]: векторное пространство ( V ) определяется над полем F комплексных чисел ℂ, состоящим из непустых набор векторов, удовлетворяющий следующим операциям:

• Сложение: Если два вектора | a〉 и | b〉 принадлежат V , то | a〉 + | b〉 ∈V.

• Умножение на скаляр: если | a〉 принадлежит V , то λ | a〉 ∈V, где λ∈ℂ.

• Нотация Дирака [5]: В квантовой механике нотация Дирака является одной из наиболее характерных особенностей линейной алгебры.Комбинация вертикальных и угловых стержней (|〉 〈|) используется для развертывания квантовых состояний. Он обеспечивает внутреннее произведение любых двух векторов. Бюстгальтер 〈b | и ket | a〉 представляют вектор-строку и вектор-столбец соответственно.

| a〉 = [α1α2α3], 〈b | = [β1 * β2 * β3 *], | a〉 〈b | = [α1β1 * α1β2 * α1β3 * α2β1 * α2β2 * α2β3 * α3β1 * α3β2 * α3β3 *] [ 1], где βi * обозначает комплексное сопряжение комплексного числа αi.

• Квантовый бит [34]: Квантовый бит (кубит) — это единичный вектор, определенный в комплексном векторном пространстве ℂ2. В общем, он представлен как суперпозиция двух базисных состояний, помеченных | 0〉 и | 1〉.

| ϕ〉 = α | 0〉 + β | 1〉 [2]

• Вероятность появления состояния | 0〉 равна | α | 2, а | 1〉 равна | β | 2. Он удовлетворяет | α | 2+ | β | 2 = 1. Две комплексные амплитуды (α и β) представлены одним кубитом. Таким образом, 2n комплексных амплитуд могут быть представлены n кубитами.

• Квантовое состояние [5]: квантовое состояние | ψ〉 определяется как суперпозиция классических состояний

| ψ〉 = α1 | w1〉 + α2 | w2〉 +… + αn | wn〉 [3] где αi s — комплексные амплитуды, а | wi〉 s — классические состояния для 1≤i≤n. Следовательно, квантовое состояние | ψ〉 может быть представлено как n -мерный вектор-столбец.

• Унитарное преобразование: в квантовой механике преобразование между квантовыми системами должно быть унитарным. Рассмотрим состояние | ψ〉 квантовой системы в момент времени t : | ψ〉 = α1 | w1〉 + α2 | w2〉 +… + αn | wn〉, преобразованное в состояние | ψ ′〉 в момент времени t ‘: | ψ ′〉 = α1 ′ | w1〉 + α2 ′ | w2〉 +… + αn ′ | wn〉, где комплексные амплитуды связаны соотношением | ψ ′ (t ′)〉 = U (t′ − t) | ψ (t )〉, Где U обозначает зависящий от времени унитарный оператор, для которого выполняется равенство (U (t′ − t)) * U (t′ − t) = 1 и ∑ i = 1n | αi | 2 = | αi ′ | 2 = 1 [5].

• Гильбертово пространство: физическая система описывается комплексным векторным пространством, называемым гильбертовым пространством H [56].Это позволяет нам описать основу квантовой системы. Прямая сумма | x | y〉: H⊕H → ℂ или скалярное произведение | x | v〉: H⊗H → ℂ двух подпространств удовлетворяет следующим свойствам для любых векторов:

• Линейность: (α 〈x | + β 〈y |) | z〉 = α | x | z〉 + β | y | z〉.

• Симметричное свойство: | x | y〉 = | y | x〉.

• Положительность: | x | x〉 ≥0 и | x | x〉 = 0, если x = 0, где x∈H.

• где x, y, z∈H и α, β∈ℂ.

• Квантовый конечный автомат (QFA) [57]: он определяется как пятерка (Q, Σ, sint, Pacc, Uσ), где

• Q — это набор состояний,

• Σ — это входной алфавит,

• Гильбертово пространство H и sinit∈H — это начальный вектор, такой что | sinit | 2 = 1,

• Hacc⊂H и Pacc — оператор проекции согласования на Hacc,

• Uσ обозначает унитарный переход матрица для каждого входного символа (σ∈Σ).

Процедура вычисления QFA состоит из входной строки w = σnσ2… σn. Автомат работает, считывая каждый входной символ, и соответствующие им унитарные матрицы применяются к текущему состоянию, начиная с начального состояния. Квантовый язык, принятый QFA, представлен как функция fQFA (w) = | sinitUwPacc | 2, где Uw = Uσ1Uσ2… Uσn. Головке ленты разрешается двигаться только в правильном направлении. Наконец, наблюдается вероятность QFA в состоянии принятия: то есть указывается, принята ли входная строка QFA или отклонена.Его также называют квантовым конечным автоматом реального времени.

В зависимости от движения головки ленты, QFA классифицируется как односторонний QFA, 1,5-сторонний QFA и 2QFA. В 1,5-стороннем QFA головке ленты разрешено двигаться только в правом направлении или она может быть неподвижной, но не может двигаться в левом направлении. Было доказано, что он может быть разработан для неконтекстно-свободных языков, если входная лента круговая [58]. В этом исследовании мы сосредоточились на модели 2QFA из-за большей вычислительной мощности по сравнению с ее классическими аналогами.

3 Двусторонний квантовый конечный автомат

Квантовый конечный автомат (QFA) — это квантовый вариант классического конечного автомата. В QFA квантовые переходы применяются путем считывания входных символов с ленты [9]. Двусторонний квантовый конечный автомат (2QFA) является квантовым аналогом двустороннего детерминированного конечного автомата (2DFA). В 2QFA ленточная головка может двигаться либо влево, либо вправо, либо может быть неподвижной. Иллюстрация 2DFA показана на рисунке 1.

РИСУНОК 1 . Представление двусторонних детерминированных конечных автоматов.

1. [9] Двусторонний квантовый конечный автомат представлен шестеркой (Q, Σ, δ, q0, Qacc, Qrej), где

• Q — конечный набор состояний.

• Σ — входной алфавит.

• Переходная функция δ определяется как δ: Q × Γ × Q × D → ℂ , где ℂ — комплексное число, Γ = Σ∪ {#, $} и D = {- 1,0, + 1} представляют левое, стационарное и правое направление ленточной головки.

• Q = Qacc∪ Qrej∪ Qnon, где Qnon, Qacc и Qrej представляют собой набор состояний без прерывания, принятия и отклонения, соответственно. Функция перехода должна удовлетворять следующим условиям:

(i) Условие локальной вероятности и ортогональности:

∑ (q ′, d) ∈Q × D∀ (q1, σ1), (q2, σ2) ∈Q × Γδ (q1 , σ, q ′, d) ¯δ (q2, σ, q ′, d) = {1 q1 = q20 q1 ≠ q2}

(ii) Первое условие отделимости:

∑q′∈Q∀ (q1, σ1) , (q2, σ2) ∈Q × Γδ (q1, σ1, q ′, + 1) ¯δ (q2, σ2, q ′, 0) + δ (q1, σ1, q ′, 0) ¯δ (q2, σ2, q ′, — 1) = 0

(iii) Второе условие отделимости:

∑q′∈Q∀ (q1, σ1), (q2, σ2) ∈Q × Γδ (q1, σ1, q ′, + 1 ) ¯δ (q2, σ2, q ′, — 1) = 0

Для каждого σ∈Γ 2QFA называется упрощенным, если существует унитарный линейный оператор Vσ на внутреннем пространстве произведения такой, что L2 {Q} → L2 {Q}.Функция перехода представлена ​​как

δ (q, σ, q ′, d) = {q′Vσq0 | if D (q ′) = delse}, [5]

, где q′Vσq — коэффициент при | q ′〉 в Vσ | q〉.

Рассмотрим входную строку w , записанную на входной ленте с обоими концевыми маркерами, такими как # w $. Расчет 2QFA производится следующим образом. Головка ленты находится над входным символом σ, а автомат находится в любом состоянии q . Затем состояние 2QFA изменяется на q ′ с амплитудой δ (q, σ, q ′, d) и перемещает головку ленты на одну ячейку вправо, в стационарном и левом направлениях согласно ∈ {−1,0, + 1}.Это соответствует унитарной эволюции в пространстве внутренних произведений ℋn.

Вычисление 2QFA представляет собой цепочку суперпозиций c0, c1, c2,…., Где c0 обозначает начальную конфигурацию. Для любого ci, когда автомат наблюдается в состоянии суперпозиции с амплитудой αc, он имеет вид Uδ | ci〉 ∑c∈Cnαc | ci〉, где Cn представляет собой набор конфигураций. Вероятность, связанная с конфигурацией, вычисляется абсолютными квадратами амплитуды. Суперпозиция считается допустимой, если сумма квадратов модулей их амплитуд вероятности унитарна.В квантовой теории эволюция во времени задается унитарными преобразованиями. Каждая функция перехода δ вызывает оператор преобразования гильбертова пространства ℋn за линейное время.

Uδw | q, j〉 = ∑ (q ′, d) ∈Q × Dδ (q, w (j), q ′, d) | q ′, j + d mod | w |〉

для каждого (q, j) ∈C | w |, где q∈Q, j∈Z | w | и продолжен на ℋn по линейности [9, 59].

4 Моделирование химических реакций

Прежде чем мы распознаем химические реакции с использованием двухсторонней модели QFA, важно показать, как работает вычислительная химия.На рисунке 2 показана иллюстрация распознавания языка с помощью модели химических вычислений. Он состоит из трех частей: i) смешанный контейнер, в котором происходит процесс вычислений, ii) входной транслятор, который переводит химические аликвоты во входные символы и выдает их последовательно в зависимости от времени обработки, iii) система для отслеживания реакции автомат как химический критерий. Наконец, химические вычисления создают четко определенные химические сигнатуры принятия / отклонения для входных данных.Например, если количество a s и b s равно на входе, то химическое вычисление производит тепло, то есть ввод считается принятым. В противном случае, если в конце вычислений не выделяется тепло, считается, что ввод отклонен системой. Ниже приведены конструкции двусторонних квантовых конечных автоматов химических реакций.

РИСУНОК 2 . Представление распознавания языка с помощью химических вычислений. Он воспроизводится из [40] по лицензии Creative Commons CCBY.

Теорема 1. Двусторонние QFA могут распознавать все регулярные языки.

Доказательство. Доказательство было показано в [5]. 9.

4.1 Химическая реакция-1, состоящая из обычного языка

Для наглядной и наглядной реализации мы можем выбрать реакцию осаждения в водной среде, такой как

KIO3 + AgNO3 → AgIO3 (s) + KNO3 [6]

Во время вычисления , если наблюдается белый осадок йодата серебра, то входная строка считается принятой; если в растворе нет осадка, струна отклонена из-за отсутствия реакции.Поэтому мы выбрали рецепты буквенных символов a для йодата калия (KIO3) и b для нитрата серебра (AgNO3) количественно. На рисунке 3 показано химическое представление символов a и b , реакции бимолекулярного осаждения [38]. Если осадок AgIO ₃ не присутствует в растворе, то вычисление считается отклоненным. Например, входная строка w = aaab считается принятой из-за наличия осадка или, в равной степени, тепла, которое было определено во время вычислений.Но говорят, что ввод w = aa отклонен из-за отсутствия осадка или, точнее, тепла не наблюдается. Оператор Клини-звезда (Σ *) представляет собой набор бесконечных строк любой длины по входному алфавиту, а также пустую строку (ϵ). Язык «(a + b) *» означает строку, содержащую любое количество « a » или « b » в любом порядке или пустую строку. Язык «(ab) *» означает строку, содержащую любое количество « ab » или строку нулевой длины. На рисунке 4 показан соответствующий теоретический график перехода состояний 2QFA для распознавания L1.

РИСУНОК 3 . Иллюстрация кислотно-основной реакции L1.

РИСУНОК 4 . Диаграмма переходов состояний L1.

РИСУНОК 5 . Иллюстрация кислотно-основной реакции L2.

РИСУНОК 6 . Диаграмма переходов состояний L2.

РИСУНОК 7 . Иллюстрация кислотно-основной реакции L3.

РИСУНОК 8 . Диаграмма переходов состояний L3.

Теорема 2. Язык L1 = {(a + b) * a (a + b) * b (a + b) * aa * bb *}, представляющий реакцию осаждения в формуле Eq.6 можно распознать по 2QFA.

Доказательство. Идея этого доказательства заключается в следующем. В начальном состоянии q0 считывает правый маркер № и перемещает голову в правильном направлении. Если символ b не встречается, значит, осадка нет, и ввод считается отклоненным 2QFA. Аналогично, при считывании символа b состояние q0 изменяется на q1. Если нет символа a , то состояние преобразуется в состояние отказа qr1. Если входная строка w∈L1 содержит по крайней мере один a и один b , то иодат серебра присутствует во время вычисления, и говорят, что он распознается 2QFA.2QFA для L1 определяется следующим образом: M2QFA = (Q, Σ, q0, Qacc, Qrej, δ),

, где Q = {q0, q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7, qa1, qa2 , qr1, qr2}, где q0 и q2 используются для перемещения головки по направлению к $ при считывании a s и b s соответственно. Состояния q1 и q3 используются для подтверждения того, что последний символ, считанный головкой, равен a и b соответственно.

Σ = {a, b}, q0 — начальное состояние, Qacc = {qa1, qa2} и Qrej = {qr1, qr2}.

Характеристики переходных функций приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1 . Подробная информация о функциях перехода и головной функции для L1.

Можно отметить, что в 2QFA матрицы переходов состоят из 0 и 1, т.е. в основном это двусторонний обратимый конечный автомат (2RFA). Таким образом, 2QFA может быть разработан для всех языков, поддерживаемых 2RFA. В матрице перехода каждый столбец и строка имеют только одну запись 1. Следовательно, скалярное произведение любых двух строк равно нулю. Известно, что способность распознавания языков 2RFA эквивалентна 2DFA.

4.2 Химическая реакция-2, состоящая из контекстно-свободного языка

Далее мы рассмотрели контекстно-свободный язык из иерархии Хомского, удовлетворяющий сбалансированной химической реакции между NaOH и малоновой кислотой следующим образом:

h3C3h3O4 + 2NaOH → Na2C3h3O4 + 2h3O [7 ]

Языком, порожденным вышеупомянутой химической реакцией, является язык L2, состоящий из всех слов Дайка со сбалансированными круглыми скобками. На рис. 5 показана кислотно-основная реакция L2. 2QFA разработан для L2 следующим образом:

Теорема 3.Язык L2, состоящий из языка Дейка всех слов со сбалансированными круглыми скобками, может быть распознан 2QFA с вероятностью 1, в противном случае отвергнут с вероятностью не менее 1−1N, где N — любое положительное число.

Доказательство. Идея этого доказательства заключается в следующем. Он состоит из трех этапов. Сначала в начальном состоянии q0 считывается первый символ, и обе головки начинают движение к правому маркеру $. Если входная строка начинается с закрытых круглых скобок, то говорят, что она отклонена. При чтении левого маркера № вычисление разбивается на N путей, обозначенных q1,0, q2,0,…, qN, 0.Каждый путь имеет одинаковую амплитуду 1N. Вдоль N различных путей каждый путь детерминированно перемещается к правому маркеру $. Каждый расчетный путь отслеживает открытые круглые скобки по отношению к закрытым круглым скобкам. Если в конце расчета наблюдается избыток открытых скобок, то говорят, что он отклонен. Это означает, что значение pH выше среднего значения pH, и наблюдается промежуточный серый оттенок. Во-вторых, при избытке закрытых скобок наблюдается самый темный серый тон, то есть значение pH меньше среднего значения pH.Считается, что он отклоняется 2QFA с вероятностью 1−1N. Если открытые и закрытые круглые скобки встречаются сбалансированно, входная строка считается принятой с вероятностью 1. Следовательно, значение pH равно среднему значению pH, и в конце вычисления наблюдается самый светлый серый тон. 2QFA для L2 определяется следующим образом: M2QFA = (Q, Σ, q0, Qacc, Qrej, δ), где Q = {q0, q1, q2, q3} ∪ {qi, j | 1≤i≤N, 0≤j≤max (i, N − i + 1)} ∪ {pk | 1≤k≤N} ∪ {si, 0, wi, 0, ri, 0 | 1≤i≤N} ∪ { qacc, qrej}, где q1 используется для проверки, является ли первый символ открытыми скобками или нет, а q2 и q3 используются для обхода входной строки.На рисунке 6 показана диаграмма перехода состояний для L2.

Σ = {(,)}, q0 — начальное состояние, Qacc = {pN} и Qrej = {qr} ∪ {pk | 1≤k

Спецификация переходных функций приведена в таблице 2.

ТАБЛИЦА 2 . Подробная информация о функциях перехода и головной функции для L2.

4.3 Химическая реакция-3, состоящая из контекстно-зависимого языка

Чтобы реализовать химический 2QFA для контекстно-зависимого языка, мы использовали сеть реакций Белоусова-Жаботинского (BZ) для нелинейной колебательной химии [38], которая состоит из временных колебаний в системе бромата натрия и малоновой кислоты [60], как показано на рисунке 7, кислотно-основная реакция L3.На рисунке 8 показана диаграмма переходов между состояниями для L3.

3BrO3− + 5Ch3 (COOH) 2 + 3H + → 3BrCH (COOH) 2 + 4CO2 + 2HCOOH + 5h3O [8]

В 2019 году Дуэнас-Диз и Перес-Меркадер [38] разработали химическую машину Тьюринга для реакционной сети BZ. Химическая реакция поступает в реактор последовательно как {(BrO3-) n (MA) n (NaOH) n}, где n > 0. На формальном языке это записывается как L3 = {anbncn | n> 0}. Символ a интерпретируется как фракция бромата натрия, b используется для малоновой кислоты и символ, c транскрибируется как количество NaOH.Известно, что L3 является контекстно-зависимым языком и не может быть распознан конечными автоматами или автоматами со стеком. Хотя он может быть распознан КПК с двумя стеками, мы показали, что L3 может быть распознан 2QFA без использования какой-либо внешней помощи.

Теорема 4. Язык L3 = {anbncn | n> 0} может быть распознан 2QFA за линейное время. Для языка L3 = {anbncn | n> 0} и для произвольных N-вычислительных путей существует 2QFA такое, что для w∈L3; он принимает w с ограниченной ошибкой ϵ и отклоняет w∉L3 с вероятностью не менее 1−1N.

Доказательство. Схема доказательства для реакционной сети БЖ выглядит следующим образом. Он состоит из двух этапов. Сначала 2QFA просматривают вход, чтобы проверить форму a + b + c +. При чтении правого маркера $ вычисление разбивается на N путей, так что w1,0, w2,0,…, wN, 0. Во-вторых, первый путь используется для проверки, равны ли числа b s и c s. Второй путь используется для проверки начальной части входной строки, чтобы определить, находится ли она в {anbn | n> 0}.При считывании правого маркера $ оба пути разделяются на N разных путей с одинаковой амплитудой 1N. Наконец, после считывания правого маркера #, если количество a s и b s и количество b s и c s равны в соответствующих вычислительных путях, то все пути попадают в Наблюдаются N -способов квантового преобразования Фурье (QFT) и либо одно состояние принятия, либо состояния отклонения. Предположим, что если входная строка не в исправленном виде, то все пути вычисления читают # в разное время.Таким образом, их амплитуды не компенсируют друг друга, и входная строка считается отклоненной с вероятностью 1−1N. В противном случае считается, что входная строка распознается 2QFA с вероятностью 1.

5 Резюме

Таким образом, модель 2QFA может быть эффективно разработана для сбалансированной химической реакции и реакционной сети BZ с односторонней границей ошибки, которые останавливаются в линейное время. В таблице 3 показаны возможности распознавания языка различными вычислительными моделями. Известно, что классические 2DFA и 2PFA по вычислительной мощности равны односторонним детерминированным конечным автоматам (1DFA) [24, 61].Было доказано, что 2PFA могут быть разработаны для нерегулярных языков за ожидаемое полиномиальное время. Кроме того, было продемонстрировано, что химический КПК может быть разработан для вышеупомянутых химических реакций с несколькими стопками. Распознавание языков родными химическими автоматами можно найти в работах. 39–41. Но мы показали, что 2QFA может распознавать такие химические реакции без какой-либо внешней помощи. Было доказано, что 2QFA более мощный, чем классические варианты, потому что он следует принципу квантовой суперпозиции, чтобы быть в более чем одном состоянии одновременно на входной ленте.Для выполнения требуется как минимум O (log n) квантовых состояний для хранения положения головки ленты, где n обозначает длину входной строки.

ТАБЛИЦА 3 . Сравнение вычислительной мощности моделей.

6 Заключение

Усовершенствование многих существующих вычислительных подходов придает импульс молекулярному и квантовому моделированию на электронном уровне. Это помогает проверить новые абстрактные подходы к рассмотрению молекул и материи. Предыдущие попытки смоделировать вышеупомянутые химические реакции использовали конечные автоматы и выталкивающие автоматы с несколькими стопками.В этом исследовании мы сосредоточились на хорошо известных языках иерархии Хомского и смоделировали те, которые используют двусторонние QFA. Решающее преимущество квантового подхода состоит в том, что эти химические реакции, записанные на формальных языках, могут быть проанализированы за линейное время без использования какой-либо внешней помощи. Мы показали, что двусторонние квантовые автоматы лучше своих классических вариантов за счет использования квантовых переходов. Насколько нам известно, такое моделирование химических реакций с помощью теории квантовых автоматов пока не проводится.В будущем мы попытаемся представить сложные химические реакции на формальных языках и смоделировать их с помощью других квантовых вычислительных моделей.

Заявление о доступности данных

Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью; дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

Вклад авторов

AB и SZ смоделировали химические реакции. А.Б. написал рукопись под руководством С.З.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть построены как потенциальный конфликт интересов.

Выражение признательности

SZ выражает признательность за частичную поддержку со стороны Национального фонда естественных наук Китая (№ 61602532), Фонда естественных наук провинции Гуандун в Китае (№ 2017A030313378) и Программы науки и технологий города Гуанчжоу в Китае. (№ 201707010194). Эта работа также была частично поддержана NSF-China (61772570), программой Pearl River S&T Nova в Гуанчжоу (201806010056) и Гуандунским фондом естественных наук для выдающихся молодых ученых (2018B030306025).

Справочные документы

3. Прохаска С.Дж., Штадлер П.Ф., Кракауэр округ Колумбия. Инновация в регуляции генов: случай вычисления хроматина. J. Theor Biol. (2010). 265 : 27–44. doi: 10.1016 / j.jtbi.2010.03.011

Pubmed | CrossRef Полный текст | Google Scholar

5. Нильсен М.А., Чуанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. Нью-Йорк: AAPT (2002).

Google Scholar

6. Хопкрофт Дж. Э., Мотвани Р., Ульман Дж. Д.. Теория автоматов, языки и вычисления . Vol. 24 . Нью-Йорк: Пирсон Эддисон Уэсли (2006). 19 п.

Google Scholar

7. Shor PW. Полиномиальные алгоритмы факторизации простых чисел и дискретных логарифмов на квантовом компьютере. SIAM Ред. (1999). 41 : 303–332. doi: 10.1137 / s0036144598347011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Кондач А., Уотрус Дж. О мощности квантовых конечных автоматов. В кн .: Материалы 38-го ежегодного симпозиума по основам информатики; 1997 20–22 октября; Майами-Бич, Флорида.IEEE (1997). п. 66–75.

Google Scholar

9. Мур К., Кратчфилд, JP. Квантовые автоматы и квантовые грамматики. Theor Comput Sci. (2000). 237 : 275–306. doi: 10.1016 / s0304-3975 (98) 00191-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Бхатия А.С., Кумар А. О мощности квантовых автоматов с очередями в реальном времени. Препринт arXiv arXiv: 1810.12095 (2018).

Google Scholar

11. Амбайнис А., Уотрус Дж. Двусторонние конечные автоматы с квантовыми и классическими состояниями. Theor Comput Sci. (2002). 287 : 299–311. doi: 10.1016 / s0304-3975 (02) 00138-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

12. Чжэн С., Цю Д., Ли Л., Груска Дж. Односторонние конечные автоматы с квантовыми и классическими состояниями. Языки живые . Берлин, Гейдельберг: Springer (2012). 273–290 с.

Google Scholar

13. Мерегетти К., Палано Б., Пигиццини Г. Замечание о лаконичности детерминированных, недетерминированных, вероятностных и квантовых конечных автоматов. RAIRO Theor Inf Appl. (2001). 35 : 477–490. doi: 10.1051 / ita: 2001106

CrossRef Полный текст | Google Scholar

14. Чжэн С., Цю Д., Груска Дж., Ли Л., Матеус П. Краткость состояний двусторонних конечных автоматов с квантовыми и классическими состояниями. Theor Comput Sci. (2013). 499 : 98–112. doi: 10.1016 / j.tcs.2013.06.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

15. Якарылмаз А., Сэй А. Краткость двусторонних вероятностных и квантовых конечных автоматов .Препринт arXiv arXiv: 0903.0050 (2009).

Google Scholar

16. Нисимура Х., Ямаками Т. Применение квантовых конечных автоматов в интерактивных системах доказательства. J. Comput Syst Sci. (2009). 75 : 255–269. doi: 10.1016 / j.jcss.2008.12.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Нисимура Х., Ямаками Т. Интерактивные доказательства с помощью квантовых конечных автоматов. Theor Comput Sci. (2015). 568 : 1–18. DOI: 10.1016 / j.tcs.2014.11.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Чжэн С., Ли Л., Цю Д., Груска Дж. Задачи обещания, решаемые квантовыми и классическими конечными автоматами. Theor Comput Sci. (2017). 666 : 48–64. doi: 10.1016 / j.tcs.2016.12.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

20. Груска Дж., Цю Д., Чжэн С. Обобщения распределенной проблемы обещаний deutsch – jozsa. Math Struct Comput Sci. (2017). 27 : 311–331. DOI: 10.1017 / s0960129515000158

CrossRef Полный текст | Google Scholar

21. Груска Дж., Цю Д., Чжэн С. Потенциал квантовых конечных автоматов с точным допуском. Int J Found Comput Sci. (2015). 26 : 381–398. doi: 10.1142 / s012

15500215

CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Гайнутдинова А., Якарылмаз А. Унарные вероятностные и квантовые автоматы в задачах обещания. Quant Inf Process. (2018). 17 : 28. DOI: 10.1007 / s11128-017-1799-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

23. Бхатия А.С., Кумар А. Квантовые ω-автоматы над бесконечными словами и их отношения. Int J Theor Phys. (2019). 58 : 878–889. doi: 10.1007 / s10773-018-3983-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

24. Shepherdson JC. Сведение двусторонних автоматов к односторонним. IBM J Res Dev. (1959). 3 : 198–200. doi: rd.32.0198 / rd.32.0198

CrossRef Полный текст | Google Scholar

25.Чжэн С., Груска Дж., Цю Д. О сложности состояний полуквантовых конечных автоматов. RAIRO Theor Inf Appl. (2014). 48 : 187–207. doi: 10.1051 / ita / 2014003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Ли Л., Цю Д. Нижние оценки размера полуквантовых конечных автоматов. Theor Comput Sci. (2016). 623 : 75–82. doi: 10.1016 / j.tcs.2015.09.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

27. Чжэн С., Цю Д., Груска Дж.Преимущества пространственно-временной сложности для квантовых вычислений. В кн .: Международная конференция по теории и практике естественных вычислений; 2017 18-20 декабря 2017; Прага, Чешская Республика Springer (2017). п. 305–317. doi: 10.1007 / 978-3-319-71069-3_24

CrossRef Полный текст | Google Scholar

28. Ямаками Т. Релятивизации неоднородных семейств квантовых конечных автоматов. В: Международная конференция по нетрадиционным вычислениям и естественным вычислениям; Спрингер (2019). п. 257–271. doi: 10.1007 / 978-3-030-19311-9_20

CrossRef Полный текст | Google Scholar

29.Ямаками Т. Неоднородные семейства квантовых конечных автоматов полиномиального размера и квантовые вычисления в логарифмическом пространстве с советами полиномиального размера. В кн .: Международная конференция по теории и приложениям языков и автоматов; 2019 3-7 июня; Tokyo Springer (2019). п. 134–145. doi: 10.1007 / 978-3-030-13435-8_10

CrossRef Полный текст | Google Scholar

30. Бхатия А.С., Кумар А. О связи между линейной временной логикой и квантовыми конечными автоматами. J Logic Lang Inf. (2019). 29 : 109–120. doi: 10.1007 / s10849-019-09302-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

31. Бертони А., Мерегетти С., Палано Б. Квантовые вычисления: односторонние квантовые автоматы. В кн .: Международная конференция по развитию теории языка; Спрингер (2003). п. 1–20. doi: 10.1007 / 3-540-45007-6_1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

32. Цю Д., Ли Л. Обзор моделей квантовых вычислений: квантовые автоматы. Front Comput Sci China. (2008). 2 : 193–207. doi: 10.1007 / s11704-008-0022-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

33. Амбайнис А., Якарылмаз А. Автоматы и квантовые вычисления. Препринт arXiv: 1507.01988 (2015).

Google Scholar

34. Бхатиа А.С., Кумар А. Квантовые конечные автоматы: обзор, состояние и направления исследований . Препринт arXiv arXiv: 1901.07992 (2019).

Google Scholar

35. Цю Д., Ли Л., Матеус П., Сернадас А. Экспоненциально более краткое квантовое распознавание обычных языков, не относящихся к rmm. J. Comput Syst Sci. (2015). 81 : 359–375. doi: 10.1016 / j.jcss.2014.06.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

36. Сингх Бхатия А. О некоторых аспектах квантовых вычислительных моделей . [Кандидатская диссертация]. Патиала (Индия): Институт инженерии и технологий Thapar (2020).

Google Scholar

37. Say AC, Якарылмаз А. Квантовые конечные автоматы: современное введение. Вычисления с новыми ресурсами . Нью-Йорк: Спрингер (2014).п. 208–222.

Google Scholar

38. Duenas-Diez M, Perez-Mercader J. Природные химические автоматы и термодинамическая интерпретация их экспериментальных реакций принятия / отклонения. Препринт arXiv: 1903.03827 (2019).

Google Scholar

39. Окубо Ф., Йокомори Т. Вычислительная мощность детерминизма и обратимости в автоматах химических реакций. Обратимость и универсальность . Спрингер (2018). п. 279–298.

Google Scholar

40.Дуэньяс-Диес М., Перес-Меркадер Дж. Как химия вычисляет: распознавание языка небиохимическими химическими автоматами. от конечных автоматов до машин Тьюринга. iScience (2019). 19 : 514–526. doi: 10.1016 / j.isci.2019.08.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

41. Фрейвальдс Р. Вероятностные двусторонние машины. В кн .: Международный симпозиум по математическим основам информатики; 1981 31 августа — 4 сентября; Штрбске Плесо, Чехословакия Шпрингер (1981).п. 33–45. doi: 10.1007 / 3-540-10856-4_72

CrossRef Полный текст | Google Scholar

42. Дворк К., Стокмейер Л. Разрыв временной сложности для двусторонних вероятностных конечных автоматов. SIAM J. Comput. (1990). 19 : 1011–1023. doi: 10.1137 / 0219069

CrossRef Полный текст | Google Scholar

43. Окамото М., Сакаи Т., Хаяси К. Механизм переключения циклической ферментной системы: роль «химического диода». Biosystems (1987). 21 : 1–11.doi: 10.1016 / 0303-2647 (87)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

44. Hjelmfelt A, Weinberger ED, Ross J. Химическая реализация нейронных сетей и машин Тьюринга. Proc Natl Acad Sci USA. (1991). 88 : 10983–10987. doi: 10.1073 / pnas.88.24.10983

CrossRef Полный текст | Google Scholar

47. Adamatzky A, Costello BDL. Экспериментальные логические ворота в реакционно-диффузионной среде: ворота xor и за их пределами. Phys Rev. (2002). 66 : 046112. doi: 10.1103 / Physreve.66.046112

CrossRef Полный текст | Google Scholar

48. Горецки Дж., Йошикава К., Игараси Ю. О химических реакторах, которые могут рассчитывать. J. Phys Chem. (2003). 107 : 1664–1669. doi: 10.1021 / jp021041f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

49. Адлеман Л.М. Молекулярное вычисление решений комбинаторных задач. Наука (1994). 266 : 1021–1024. DOI: 10.1126 / наука.7973651

CrossRef Полный текст | Google Scholar

50. Куппусами Л., Махендран А. Моделирование вторичных структур ДНК и РНК с использованием систем вставки-удаления матрикса. Int J Appl Math Comput Sci. (2016). 26 : 245–258. doi: 10.1515 / amcs-2016-0017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

51. Куппусами Л., Махендран А., Кришна С. Н.. Матричные системы вставки-делеции для биомолекулярных структур. В: Международная конференция по распределенным вычислениям и интернет-технологиям; 9-12 февраля; Бхубанешвар, Индия Спрингер (2011).п. 301–312. doi: 10.1007 / 978-3-642-19056-8_23

CrossRef Полный текст | Google Scholar

52. Красиньски Т., Саковски С., Поплавски Т. К автономным многостадийным биомолекулярным устройствам, построенным на ДНК. В: Шестой Всемирный конгресс по природе и биологическим вычислениям, 2014 г. (NaBIC 2014); 2014 30 июля — 01 августа; Порту, Португалия IEEE (2014 г.). п. 23–28.

Google Scholar

53. Хренников А., Юрова Е. Автоматная модель белка: динамика конформационных и функциональных состояний. Prog Biophys Mol Biol. (2017). 130 : 2–14. doi: 10.1016 / j.pbiomolbio.2017.02.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

54. Бхатия А.С., Кумар А. Моделирование вторичных структур РНК с использованием двусторонних квантовых конечных автоматов. Chaos Solit Fractals. (2018). 116 : 332–339. doi: 10.1016 / j.chaos.2018.09.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

55. Бхатия А.С., Чжэн С. РНК-2QCFA: развивающиеся двусторонние квантовые конечные автоматы с классическими состояниями вторичных структур РНК.Препринт arXiv arXiv: 2007.06273 (2020).

Google Scholar

56. Ван Дж. Справочник по моделям и приложениям, основанным на конечном состоянии . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press (2012).

Google Scholar

57. Дзельме-Берзиня И. Квантовые конечные автоматы и логика . [Кандидатская диссертация]. Рига (Латвия): Латвийский университет (2010).

Google Scholar

58. Амано М., Ивама К. Неразрешимость на квантовых конечных автоматах. В: STOC ’99: материалы 31-го ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений; 1-4 мая 1999 г .; Атланта, Джорджия.Грузия: ACM (1999). п. 368–375.

Google Scholar

59. Бхатиа А.С., Кумар А. О мощности двусторонних многоголовых квантовых конечных автоматов. RAIRO Theor Inf Appl. (2019). 53 : 19–35. doi: 10.1051 / ita / 2018020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

60. Field RJ, Koros E, Noyes RM. Колебания в химических системах. II. тщательный анализ временных колебаний в системе бромат-церий-малоновая кислота. J Am Chem Soc. (1972). 94 : 8649–8664. doi: 10.1021 / ja00780a001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

61. Рабин М.О., Скотт Д. Конечные автоматы и проблемы их решения. IBM J Res Dev. (1959). 3 : 114–125. doi: 10.1147 / rd.32.0114

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дифференциальный ток. Дифференциальный автомат: характеристики, назначение

Для облегчения понимания дифференциала следует рассмотреть один физический процесс.Когда происходит касание изолированной проводящей линии, почему нет поражения электрическим током? Ответ очевиден: изоляция не позволяет току течь по телу человека. Но если жила оголена, встать на изолирующую подложку и коснуться провода? Эффект тот же — нет удара током. Подложка не дает цепи замыкаться через ствол на землю.

Понятие о дифференциальном токе

В природе не существует такого физического процесса, как дифференциальный ток.Это понятие представляет собой векторную величину, выраженную как сумма токов, присутствующих в цепи, взятых в виде среднеквадратичного значения. Чтобы создать дифференциальный ток, должен произойти физический процесс, называемый током утечки. Но необходимо, чтобы выполнялось одно условие: корпус оборудования, в котором возник ток утечки, должен быть заземлен. В противном случае, если корпус не заземлен, возникновение тока утечки не приведет к появлению дифференциального тока. И выключатель дифференциального тока (ВДТ) не работает.

Взаимосвязь между дифференциальным током и током утечки

Когда в цепи присутствует ток утечки, он проходит к элементам, имеющим проводящий материал (металлический корпус для приборов, нагревательные трубы и т. Д.), От частей, находящихся под напряжением (электрические цепи, провода). Во время этих утечек нет короткозамкнутых участков. А значит нет факта неисправности цепи (ее явного повреждения).

Поскольку дифференциальный ток, если выразить его математически, представляет собой разность (в векторном значении) между током на выходе источника и током после нагрузки, то очевидно, что он почти идентичен току утечки.Но если последнее действительно существует при нарушении, например, изоляции, повышенной влажности среды, через которую он может проходить, или чего-то еще, то дифференциальный ток появляется при подключении к земле.

Отключающие и не замыкающие дифференциальные токи

Под током отключения (или отключения) понимается такой дифференциальный ток, протекание которого приводит к отключению VDT с утечками в цепи.

Ток, протекание которого допустимо в цепи устройства защитного отключения (УЗО) и не возникает, называется дифференциальным током без замыкания.

В нагруженной цепи, где работают устройства импульсного типа: выпрямители, дискретные цифровые приборы для регулирования мощности — все это современная бытовая техника, есть фоновые дифференциальные токи. Но такие токи не являются токами повреждения, и в этом случае электрическая цепь не может быть отключена. Поэтому порог срабатывания УЗО выбирается так, чтобы не реагировать на рабочее значение фона, а отключать ток утечки, превышающий это значение.

УЗО или дифференциальный автомат

Для защиты цепи от токов короткого замыкания на землю большой величины были разработаны специальные автоматические выключатели. Схема устройства постоянно проверяет контролируемую цепь на наличие утечек. Как только сумма векторных значений линейных токов становится больше нуля и предел чувствительности прибора выходит за пределы, он немедленно отключает цепь. Такие системы ставятся как в однофазные, так и в трехфазные сети.

Характеристики дифференциальных выключателей

Различные модификации защитных устройств отличаются между собой:

• конструктивными особенностями;
• вид утечки электроэнергии;
• параметров чувствительности;
• скорость.

В зависимости от конструктивных особенностей бывают:

• Устройства ВДТ (дифференциальный выключатель), где нет защиты от больших токов. Они реагируют на токи утечки, но для защиты их схемы необходимо постоянно включать предохранители.
• Устройство RCBO, в котором предусмотрен автоматический выключатель. Это универсальное устройство с двойной функцией — для защиты от короткого замыкания и перегрузок, а также для контроля утечек.
• Устройство с возможностью подключения машинного управления в точке подключения. Устройство предназначено для совместной установки с автоматическим выключателем. Его конструкция разработана таким образом, что допускает только одноразовое подключение к машине.

В зависимости от формы токов утечки разработаны группы предохранительных устройств следующих модификаций:

• АС — устройства, работающие с переменным синусоидальным током.Они не реагируют на дифференциальные импульсные токи, возникающие в момент включения, например, ламп люминесцентных, рентгеновских устройств, устройств обработки информационных сигналов, преобразователей на тиристорах.
• А — устройства для защиты от постоянного импульсного и переменного тока. Пиковые значения утечки импульсных дифференциальных токов не распознаются. Они работают в схемах выпрямителей электронного типа, регуляторах фазово-импульсного преобразования. Предотвратить утечку на землю пульсирующего электричества, в котором присутствует постоянная составляющая напряжения.
• B — системы, работающие с переменными, постоянными и пульсирующими токами утечки.

По чувствительности дифференциальный выключатель бывает следующих типов:

• Системы малочувствительны, размыкающие цепь при косвенном прикосновении.
• Системы с высокой чувствительностью. Защитите, если есть прямой контакт с токоведущим кабелем.
• Противопожарные мероприятия.

По времени работы устройства:

• Действия мгновенные.
• Быстродействующий.
• Для общего назначения.
• С задержкой — селективного типа.

Устройства токовой защиты дифференциально-селективного устройства способны отключать только ту часть оборудования, где произошло нарушение.

Принцип работы переключателя дифференциального тока

УЗО состоит из сердечника в виде кольца и двух обмоток. Эти обмотки абсолютно одинаковые, то есть выполнены проводом одного сечения и одинаковым количеством витков.Ток проходит через одну обмотку в направлении входа нагрузки, а затем через нагрузку возвращается во вторую обмотку. Поскольку в каждой нагрузке проходит номинальный ток, суммарные токи на входе и выходе, по Киргофу, должны быть равны. В результате токи создают в обмотках одинаковые магнитные потоки, направленные в противоположном направлении. Эти потоки компенсируют друг друга, и система остается неподвижной. Если есть ток утечки, магнитные поля будут другими, реле дифференциального тока сработает, что приведет к размыканию электрических контактов.Электрическая линия будет полностью обесточена.

Где находится устройство защитного дифференциального тока

В областях современного строительства и электрооборудования, а также при реконструкции все больше и больше устройств, отключающих дифференциальный ток. Это оправдано повышением безопасности эксплуатации электрических сетей, а также снижением травматизма. УЗО применяются в:

• общественных зданиях: учебных заведениях, домах культуры, больницах, гостиничных комплексах, спортивных сооружениях;
• здания индивидуальных жилых и многоквартирных домов: дома, коттеджи, общежития, подсобные постройки;
• торговых площадей, особенно на основе металлоконструкций;
• административных зданий;
• промышленных предприятий.

Варианты схем УЗО

Дифференциальное защитное устройство разряжено на разное количество контролируемых фаз. Бывают однофазные, двухфазные и трехфазные выключатели дифференциального тока.

Если линия однофазная и к ней нужно подключить УЗО и одиночный автоматический выключатель, то принципиальной разницы, что ставить на первое место, нет. Все эти устройства размещены на входе схемы. Просто удобнее сначала настроить автомат на фазу, а потом на переключатель дифференциального тока.Поскольку нагрузка тогда подключается к обоим контактам УЗО, вместо фазы — к автомату, а вместо нуля — к защитному устройству.

Если основная линия разделена на несколько линий с нагрузкой, то сначала устанавливается УЗО, а затем на каждую линию свой автоматический выключатель. Важно, чтобы номинальный ток, который может пропустить УЗО, был больше, чем ток отключения автомата, иначе невозможно будет защитить само устройство.

Заключение

Все работы по организации электромонтажных работ и систем защиты цепей лучше всего доверить профессиональным электрикам! Своими руками собрать можно только простые электрические схемы, а подключая защитные устройства, четко следовать инструкции.Обычно каждый контакт помечается соответствующим образом.

Дифференциальные автоматы; устройство, принцип работы. Что такое дифавтомат, что используется, как подключить

Домашняя электрика — тема достаточно сложная и разнообразная, и желательно знать основные подробности каждого домовладельца, поскольку зависят не только денежные затраты, но и безопасность вашего дома в теме. В этой статье мы постараемся разобраться, что лучше — дифавтомат или УЗО.

Введение в тему, или что такое дифавтомат?

Чтобы разобраться с этой проблемой, сначала попробуйте определить основные понятия.Итак, дифавтомат.

Устройство под названием успешно сочетает в себе функции как УЗО, так и обычного, которое защищает человека в случае контакта с оголенными участками токопроводящей части провода или теми частями электрических сетей, которые находятся под напряжением из-за повреждения проводка или другие подобные факторы. На сегодняшний день существует огромное количество таких устройств, которые рассчитаны на разные рабочие токи, и на разные токи утечки.

Его главной отличительной особенностью является то, что он состоит из двух хорошо разделенных функциональных частей: автоматического выключателя (двух- или четырехполюсного), а также модуля защиты от поражения.поражение электрическим током. Установка дифавтомата должна производиться исключительно на DIN-рейку, и такая конструкция занимает гораздо меньше места, чем комбинация УЗО и автоматического выключателя.

Учитывая время скорости, которое составляет всего 0,04 секунды, дифференциальные автоматы обеспечивают наиболее адекватную защиту от поражения человека электричеством практически в любых условиях эксплуатации. Немаловажно и то, что дифференциальный автомат качественно защищает устройства в сети от перегрузок, неизбежно возникающих при различных типах аварийных ситуаций.И далее. Его конструкция обеспечивает максимально быстрое отключение электроэнергии в условиях, когда в любой части сети наблюдаются скачки напряжения более 250 В.

Учитывая незавидные характеристики бытовых электрических сетей, а также степень их износа, последняя характеристика особенно важна.

Основные преимущества дифавтомата

Очень высокая скорость отклика.
. Защита оборудования от скачков напряжения и рабочих перегрузок.
. Возможность эксплуатации в условиях от -25 до +50 градусов Цельсия.
. Огромный порог по износостойкости.

Что такое УЗО?

Нельзя игнорировать второго «оппонента» в споре на тему «дифавтомат или УЗО». Что такое УЗО?

Это сокращение означает «защитные устройства выключены». Отключение осуществляется при обнаружении токов утечки. Проще говоря, сколько тока пришло к устройству по одному проводу, столько же должно пройти по другой части проводки.Если ток начинает уходить на землю или по заземляющему проводу, защита мгновенно срабатывает, немедленно отключая сеть от источника питания.

Такую систему необходимо (!) Размещать на розеточных группах, а также на бойлерах, стиральных машинах и электроплитах. Такие устройства не защищают (!) Ваше оборудование и проводку от системных перегрузок или коротких замыканий.

Последнее обстоятельство очень часто не учитывается псевдоэлектриками, которые в угоду более дешевым схемам часто используют именно УЗО.Кроме того, есть корыстный интерес, когда он выдается на дифференциальный автомат, стоимость которого выше.

Основная информация об устройстве

Каков принцип работы УЗО? Его работа основана на реакции на изменение величины дифференциального тока в проводниках.

Что такое датчик тока? Это самый распространенный трансформатор, но выполненный по типу тороидального сердечника. Порог устанавливается с помощью магнитоэлектрического реле с чрезвычайно высокой чувствительностью.

Важно отметить, что все УЗО, выполненные по этой классической схеме, являются чрезвычайно надежными и простыми устройствами, обладающими очень высокой надежностью и надежностью.

Следует предупредить, что сегодня существуют электронные УЗО, в основе которых лежит специальная электронная схема. Реле или цепь воздействуют на механизм, который в случае необходимости размыкает электрическую цепь. Это то, что включает в себя устройство УЗО.

Какие детали привода?

• Из группы прямого контакта установить на максимальный ток.
• Пружина, которая сразу размыкает цепь, если в ее работе наблюдаются какие-либо неисправности.

Если вы хотите самостоятельно протестировать устройство на работоспособность, достаточно будет нажать на кнопку «Проверить». В этом случае на вторичную обмотку искусственно подается ток, и реле срабатывает (обязательно в любом случае). Так что при необходимости вы легко и без всяких затрат сможете проверить исправность всего вашего оборудования.

Принцип работы УЗО

Если говорить о нормальном режиме работы, то ток (I1 = I2) течет в обратном направлении, наводя магнитные токи во вторичной обмотке трансформатора (F1 = F2) .У них абсолютно одинаковая ценность, за счет чего они взаимно компенсируют друг друга. Поскольку ток во вторичной обмотке в этом случае практически равен нулю, реле не может сработать.

Срабатывание УЗО с утечкой

При контакте с токопроводящими частями возникает ток утечки. В этом случае ток I1 не равен I2, и поэтому во вторичной обмотке появляется ток, величина которого достаточна для срабатывания защитного реле. Срабатывает пружинное переключение, УЗО отключается.

Различия между двумя системами защиты

Следует отметить, что освещение этого вопроса чрезвычайно важно, поскольку даже некоторые электрики иногда не могут различить эти устройства. Однако в этом нет ничего удивительного: они чрезвычайно похожи даже на фотографиях.

Основное отличие дифавтомата от УЗО состоит в том, что они предназначены для нескольких разных целей. Об этом мы уже упоминали выше, но повторим еще раз: УЗО нельзя использовать для защиты оборудования и проводки от перегрузки или короткого замыкания! Причем перед УЗО в обязательном порядке установить автоматический выключатель, который убережет само устройство от подобного рода неприятностей.Этим УЗО отличается от дифифтомата.

Обязательно учитывайте это при покупке или консультации с особо «вдумчивыми» электриками, которые с радостью сэкономят на собственном оборудовании.

В этом плане дифультомат намного лучше, потому что он сочетает в себе и УЗО, и автоматический выключатель в одном корпусе. Соответственно, такое устройство не только защищает человека от поражения электрическим током, но и уберегает вашу электропроводку и оборудование от выгорания в случае короткого замыкания. Таким образом, УЗО и дифавтомат, разницу между которыми мы только что раскрыли, представляют собой несколько разные механизмы.

Еще раз напоминаем, что дифференциальный автомат можно использовать в качестве предохранителя в домах, где существует постоянная опасность хронической перегрузки в сети.

Это подробное различие между УЗО и дифавтоматом. Но как сделать правильный выбор в магазине? Ведь мы уже говорили, что эти устройства чрезвычайно похожи друг на друга даже на фотографиях.

Покупаем правильно!

Во-первых, обратите внимание на непосредственное название самого устройства.Сегодня практически все производители наконец-то встретили потребителей, соизволив указать на самом корпусе устройства, что перед вами — устройство или УЗО. Поэтому мы не рекомендуем покупать подобное оборудование китайского производства. Любопытные азиаты либо вообще ничего не указывают, либо делают это, используя свои собственные четкие обозначения.

Примерно в эту же категорию входят советы по внимательному чтению маркировки, которая всегда должна указываться на корпусе устройства или на его упаковке (менее надежный вариант).

Итак, если вы видите на корпусе только величину номинального тока (16 например), а перед этим обозначением нет букв, значит, вы держите УЗО в руках. Обратите внимание, что «16» в данном случае означает «amp». Если перед числами стоят буквы B, C или D, значит, у вас в руках дифавтомат. Буквы обозначают типовые характеристики тепловых и электромагнитных расцепителей, но на бытовом уровне не стоит обращать на них особого внимания.

Кроме того, не помешает посмотреть еще и схему подключения.Этот метод несколько сложнее, но дает 100% гарантию дифференциации. Эта информация также должна быть отображена на корпусе. Итак, если в схеме указано только наличие дифактома с обозначением «Тест», то перед вами УЗО (не перепутайте!). Соответственно, если там есть «Тест» и указаны пусковые катушки, то вы держите в руках дифференциальный автомат.

Наконец, имеет смысл обратить внимание еще и на габаритные размеры.Если говорить о старых моделях дифавтоматов, то они намного шире, чем УЗО. В те времена просто не умели производить достаточно компактные релизеры, а потому требовался больший внутренний объем. Внимание! Просто все современные дифференциальные автоматы занимают меньше места!

Однако важно предупредить, что на последний пункт серьезного внимания не обратят, так как на данный момент существует огромное количество устройств, абсолютно идентичных по размеру.

Перейти к главному

Итак, дифавтомат или УЗО? Какой вывод можно сделать на основании вышеизложенного? Что лучше выбрать, что надежнее и подходит для эксплуатации в отечественных реалиях? Чтобы ответить на этот вопрос, сравним устройства сразу по шести показателям.Сопоставив все за и против, попробуем прийти к единому мнению.

Объем, занимаемый устройством в панели приборов

Конечно, в этом аспекте какие-либо существенные отличия увидят только люди, у которых в квартире очень мало места, что не позволяет разметить нормальный электрический щиток в коридоре. . Однако с учетом всеобщего стремления к компактности и красоте большинство в нашей стране. Кроме того, лучше заранее все разместить в как можно меньшем объеме, так как впоследствии створку не придется расширять, если возникнет необходимость установки в квартире более мощного электрооборудования.

Итак, в настоящее время УЗО (трехфазное — в том числе) занимает в щитке гораздо больше места, чем дифференциальный автомат. Какова причина? Самые внимательные читатели сами смогли найти ответ на этот вопрос в статье.

Мы уже говорили о необходимости установки автоматической защиты перед УЗО, чтобы из-за этого вся конструкция в панели начала занимать больше места. Если вы установите там дифференциальную машину, вы сможете сэкономить немного места.Например: в стандартном случае УЗО с автоматическим отключением занимают сразу три модуля, а дифференциальный автомат — всего два.

Таким образом, в этом «раунде» победил дифавтомат, позволивший ему оставить место для расширения конструкции.

Простой монтаж

Как и в других случаях, для многих электриков важна скорость и простота монтажа всей конструкции. Если вас интересует установка УЗО, фаза подводится к переключателю, а с его выхода устанавливается перемычка на вход отключающего устройства.Ноль также подключается ко входу. Следует отметить, что существует несколько схем подключения, которые изучают профессиональные электрики. Как правило, в повседневной жизни они не нужны.

Как смонтировать дифференциальную машину?

А как насчет подключения дифавтомата? Если говорить о дифференциальном автомате, то фаза и ноль сразу цепляются за входные клеммы устройства, так что в общей схеме перемычек и переходов намного меньше. Соответственно, внутреннее устройство пластин также значительно упрощается.

Таким образом, подключение дифактома происходит намного проще и быстрее, так что в этом случае мы уверенно присуждаем ему победу.

Преимущества эксплуатации

Теоретически можно предположить, что однажды на линии розеток в ванной сработало УЗО. Сразу можно предположить, что где-то на линии произошла утечка. Конечно, алгоритм устранения неполадок несколько сложнее, но основные выводы можно сделать сразу.

Если выключатель выключен, то причина вполне очевидна: перегрузка или короткое замыкание.Вам просто нужно выяснить причину и устранить ее. Учитывая, что причина отключения машины более-менее ясна, это будет не так уж и сложно.

А теперь рассмотрим все то же самое, но применительно к дифференциальному автомату. Когда вы его выключаете, причина сразу не выясняется, поэтому придется проверить все известные причины. Соответственно, это займет гораздо больше времени. Это то, что отличает УЗО от дифактомата в этом отношении.

Таким образом, на данном этапе мы бы предпочли УЗО.

Стоимость выпуска

Так как сегодня на рынке огромное количество самых разных производителей, рассмотрим стоимость продукции EKF, которая довольно популярна среди профессиональных электриков. Так, стандартный ЭКФ-дифавтомат на 16 А стоит около 600 рублей, УЗО на такую ​​же силу тока — те же 600 рублей, а отключающее устройство — около 40 рублей. Приобретая все-таки на специализированных сайтах, вы можете рассчитывать на автоматические отключения, которые в таких случаях продаются чуть ли не на вес.

Перед подключением дифавтомата необходимо убедиться в отсутствии частых и резких перепадов напряжения. Почему мы об этом говорим? Это станет ясно после рассмотрения вопроса о замене этого оборудования.

Учитывая колебания стоимости в зависимости от поставщика, сложно говорить о преимуществах того или иного варианта.

и стоимость замены

Как и следовало ожидать, характеристики этого критерия автоматически вытекают из предыдущего.Всем известно, что любое электрооборудование имеет определенный срок эксплуатации, по истечении которого эксплуатировать его становится небезопасно. Предположим, что по той или иной причине вышло из строя УЗО или автоматический выключатель. Что делать дальше? Замените вышедшую из строя деталь, после чего система продолжит работать в прежнем режиме.

А вот с дифавтоматом дело обстоит не так однозначно. Предположим, что обмотка любого из расцепителей вышла из строя, а встроенное УЗО во время тестирования показало свою полную работоспособность.Увы, но это не беда, так как в любом случае вам придется заменить весь дифавтомат, цена которого делает это мероприятие крайне убыточным. Гораздо проще заменить копеечный автомат, который выходит из строя чаще всего.

Таким образом, победа в этом раунде снова за RCD.

Надежность работы

Среди специалистов широко распространено мнение, что устройства, совмещающие сразу несколько функций, менее надежны по сравнению с автоматами, которые рассчитаны только на одно.Так раз или дифавтомат? Что выбрать, чтобы обеспечить максимальную надежность?

Об этом можно долго спорить, но практика однозначно показала, что на самом деле процент отказов практически такой же. Не исключено, что этот параметр зависит исключительно от производителя. Так что в данном случае сделать вывод о том, что устройство имеет однозначное преимущество, крайне сложно.

Можно только сказать, что УЗО, схема подключения которого рассмотрена нами выше, предполагает большую надежность в условиях бытовых перепадов напряжения.Естественно, если не забыть подключить перед ним автоматическое отключение, о чем мы уже неоднократно упоминали выше.

Таким образом, в большинстве случаев лучшим выбором будет УЗО. Однако все зависит от характеристик вашей сети, а также от размера электрического щита.

Большинству потребителей все равно, что перед ними: УЗО (выключатель дифференциального тока) или дифатомат (дифференциальный автомат). Но при разработке проектов электросетей частных домов или квартир этот вопрос имеет определенное значение.

В целом проблемы, которые возникают у наших граждан с организацией защиты собственного жилья, с точки зрения электробезопасности, значительны. Но что говорить, если до сих пор во многих отдаленных районах такие вещи, как «жучки» в пробках, являются нормой?

Недавно ко мне обратился один из друзей с вопросом, а что у меня в щите? УЗО или дифавтомат . Как их отличить. Поскольку проблема, по мнению специалистов, очень серьезная, предлагаем вам небольшую образовательную программу на эту тему, в том числе для электриков, особенно молодых.

Эти знания позволят вам понять, что именно «живет» в вашем распределительном щите: УЗО или дифавтомат, зачем его туда ставить и насколько это поможет, или почему спасет в будущем?

Опытный электрик, у которого за плечами не одно КЗ, может даже обидеть такими вопросами! Однако среди молодежи мало внимания уделяется теории, хотя потребители все время задают такие вопросы. А теперь я подскажу вам несколько вариантов.

Отличие Узо от дифференциального автомата по функциональному назначению

Если посмотреть на УЗО и дифавтомат, то по внешнему виду эти два устройства очень похожи друг на друга, но функции, которые они выполняют, разные.Напомним, какие функции выполняет УЗО и дифференциальный автомат.

Устройство защитного отключения работает, если в сети, к которой он подключен, появляется дифференциальный ток, ток утечки. При возникновении тока утечки человек может первым пострадать, если коснется поврежденного оборудования. Кроме того, при появлении в проводке тока утечки изоляция нагревается, что может вызвать возгорание или возгорание.

Поэтому УЗО устанавливают для защиты от поражения электрическим током, а также повреждения электропроводки в виде протечек, сопровождающихся возгоранием.Подробнее о том, как работает это устройство, смотрите в статье о принципе работы УЗО.

Теперь посмотрим на дифференциальный автомат. Это уникальное устройство, сочетающее в себе как автоматический выключатель (более понятный широкой публике как «автомат»), так и ранее рассмотренное УЗО. Те. Дифференциальный автомат способен защитить вашу проводку как от коротких замыканий и перегрузок, так и от возникновения утечек, связанных с ранее описанными ситуациями.

Теперь главный момент, по которому все начинают путаться: помните, что, в отличие от дифавтомата, УЗО не защищает сеть от перегрузки и короткого замыкания.А большинство потребителей думают, что, установив УЗО, они защищены от всего!

Проще говоря, УЗО — это просто индикатор, который контролирует утечку, и ток не проходит мимо ваших основных потребителей: электроприборов, лампочек и т. Д. Если где-то в сети повреждена изоляция и появляется ток утечки, УЗО реагирует на это и отключает сеть.

Если одновременно включить все электроприборы (обогреватели, фены, утюги), то есть намеренно создать перегрузку, УЗО не сработает.И проводку, если нет других устройств защиты, обязательно сгорите вместе с УЗО. Если при включенном УЗО фаза подключена к нулю и получена большая неисправность, то УЗО также не будет работать.

Почему я имею в виду все это, просто хочу обратить ваше внимание на то, что поскольку УЗО не защищает сеть от перегрузок и коротких замыканий, то вы, наверное, согласитесь со мной, что вам нужно защищать его самостоятельно. Именно поэтому УЗО всегда включается последовательно с автоматом.Эти два устройства работают, так сказать, в паре: одно защищает от протечек, другое — от перегрузок и короткого замыкания.

Применив вместо УЗО дифавтомат, вы избавитесь от вышеперечисленных ситуаций: он защитит от всего.

Подведем черту, главное отличие УЗО от дифавтомата в том, что УЗО не защищает сеть от перегрузок и коротких замыканий.

Визуальная разница между Узо и дифифтоматом

На самом деле существует масса внешних особенностей, позволяющих легко отличить УЖД от дифавтомата.Посмотрите на картинку. Визуально эти два устройства очень похожи: похожий корпус, переключатель, кнопка «тест», какая-то схема на корпусе, непонятные буквы.

Но если быть более въедливым, то вы заметите: схемы другие, тумблеры другие, буквы не будут повторяться. В каком из этих устройств есть УЗО, а в каком дифавтомат?

Выше мы рассмотрели функциональные отличия этих устройств, теперь рассмотрим , в чем разница между УЗО и дифактоматом визуально — так сказать различия заметны невооруженным глазом.

1. Маркировка по номинальному току

Один из способов визуализации Отличия УЗО от диафтомата Это текущая маркировка. На любом устройстве указаны его технические характеристики. Для устройств, которые мы считаем основными характеристиками, являются номинальный рабочий ток и номинальный ток утечки.

Если на корпусе прибора большими буквами написана только цифра (номинальный ток), то это УЗО. На нашем фото это устройство марки ВД1-63.

Цифра 16 обозначена на его корпусе.Это означает, что устройство рассчитано на номинальный ток 16 (А). Если в начале надписи латинские буквы B, C или D, а затем идет цифра, то перед вами дифференциальный автомат. Например, в дифавтомате AVDT32 перед значением номинального тока стоит буква «С», которая указывает на тип характеристики электромагнитных и тепловых расцепителей .

Еще раз внимательно прочтите и запомните. Если написано «16A», это УЗО, номинальный ток которого не должен превышать 16 ампер.Если пишется «C16», то это диффузор, где буква «C» — характеристика расцепителей, «встроенных» в устройство, рассчитанных на номинальный ток 16А.

2. Схема электрическая, изображенная на приборе

На корпус любого исполнительного или защитного устройства производитель всегда наносит принципиальную схему. Они действительно похожи на УЗО и дифференциальный автомат.

Мы не будем сейчас перечислять все, что там изображено (это тема отдельной статьи), а лишь выделим основные отличия.На схеме УЗО представляет собой овал, который обозначает дифференциальный трансформатор — сердце устройства, реагирующее на токи утечки и электромеханическое реле, замыкающее и размыкающее цепь, силовые контакты для подключения проводов и т. Д.

На схеме дифавтомата, кроме всех подобных элементов, отличительными обозначениями являются тепловые и электромагнитные расцепители, реагирующие на ток перегрузки и короткого замыкания.

Таким образом, глядя на схему подключения, которая изображена на корпусе, вы теперь знаете, чем они отличаются.Если на схеме показан тепловой и электромагнитный расцепитель, это дифференциальный автомат. Это схематическое отличие УЗО от дифавтомата .

3. Наименование на корпусе прибора

Если вам, как простому потребителю, трудно вспомнить, чем отличается УЗО от дифактомата , сообщаем: Зная о проблеме, которой посвящена статья, многие производители, чтобы покупатели не запутайтесь, специально напишите на корпусе название устройства.

На боковой поверхности корпуса УЗО написано — переключатель дифференциальный. Это написано на боковой поверхности корпуса дифактомта — выключателя дифференциального тока. Хотя такие надписи наносятся не на все товары, как правило, на российских производителях и на всех иностранных товарах я такой маркировки не встречал.

4. Сокращенная надпись на приборе

В основном вопрос как отличить УЗО задается для продукции иностранного производства.Если мы говорим об отечественной продукции, то вопросов вообще нет.

На таких устройствах, как правило, русским языком написано, что это УЗО или дифференциальный автомат АВДТ.

Напомню, что устройство защитного отключения (УЗО) теперь правильно называется дифференциальными выключателями (ВД). Дифференциальный автомат — это выключатель дифференциального тока (АВДТ).

Подводя итоги как отличить узо от дифавтомата

По ценовым параметрам УЗО и дифавтоматы различаются.Особенно это касается импортной продукции. Обычный дифавтомат немного дешевле УЗО в комплекте с обычным автоматом.

Качество импортных устройств выше. Отечественные тоже неплохи, но проигрывают по таким важным характеристикам, как время отклика, уступают по надежности механических деталей, элементарно уступают по качеству корпусов.

По надежности работы эти два устройства не уступают друг другу.

Так как дифавтомат — устройство комбинированное, то из недостатков работы отмечу, что при его срабатывании сложно определить, что вызвало отключение: перегрузка, короткое замыкание или ток утечки.Правда, устройство развивается: некоторые дифавоматы снабжены индикаторами срабатывания дифференциального тока.

Положительным моментом AVDT является простота установки: для электрика важно выкрутить пару небольших саморезов в закрытой монтажной коробке. С другой стороны, это увеличивает надежность схемы: чем меньше размеры соединений, тем лучше. Но если устройство сломалось, его необходимо заменить.

В случае использования УЗО в паре с автоматом процесс ремонта выглядит дешевле: то ли меняется тот элемент, то другой.Это следует учитывать при проектировании своих сетей, учитывая риск тех или иных негативных событий и их возможную частоту.

Если коснуться простых схем плоской проводки, не имеет значения AVDT, который вы выберете, или УЗО + автомат . Если говорить о большом частном доме, то нужно посмотреть, какие линии посадить на дифавтомате (например, котельную или хозблок: там больше разных нагрузок, а значит и рисков), а какие — для пара УЗО + автомат (линии освещения, розеточные группы).

Вариантов реализации схем с этими устройствами можно придумать много, главное, чтобы вы понимали и запоминали, зачем вы это делаете.

Аналогичных материалов на сайте:

Основное отличие дифавтомат в том, что он состоит из двух жестко связанных функциональных блоков: двух- или четырехполюсного автоматического выключателя и модуля дифференциальной защиты (МДЗ) от поражения электрическим током, с взаимно согласованными характеристиками. Установка дифавтомата производится на DIN-рейку 35мм.

Назначение

дифавтомат

Благодаря высокой скорости (менее 0,04 с) при настройке срабатывания ln = 10 и 30 мА они обеспечивают эффективную защиту человека от поражения электрическим током. ток в случае контакта с токоведущими частями или пониженного напряжения в результате повреждения изоляции нетоковедущих частей. При этом дифавтомат обеспечивает эффективную защиту электрооборудования от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков).Кроме того, в ДВ предусмотрена защита от перенапряжения в сети, т.е. отключение участка цепи (в том числе жилого) при длительных скачках напряжения выше 265 В.

Принцип действия

дифавтомат

Автоматический выключатель и модуль дифференциальной защиты (MDZ) соединены последовательно, что обеспечивает питание электронного усилителя MDZ и поддерживает его рабочий режим.
МДЗ содержит датчик — дифференциальный трансформатор, обнаруживающий дифференциальный ток (утечку) и расположенный на проводах питания, электронный усилитель, на выходе которого находится катушка электромагнита сброса.
Для проверки работы diphavtomat Для работы предусмотрена схема управления с кнопкой «проверка».
При установке рычага управления в положение ON он получает питание от MDZ.
Когда ток нагрузки протекает через его силовые провода, в магнитопроводе датчика создаются равные противоположно направленные магнитные потоки, и напряжение в обмотке III практически не индуцируется. Переключатель остается во включенном положении.
При появлении дифференциального тока (в результате повреждения изоляции токоведущих частей или через тело человека, прикоснувшегося к нему) равенство токов нарушается и напряжение примерно пропорционально дифференциальному току. индуцируется в обмотке III.При определенном значении этого напряжения (настройка датчика) усилитель открывается и подает ток от дополнительного источника питания на катушку электромагнита сброса. Соленоид сброса перемещает защелку независимого отключающего механизма. Происходит принудительное отключение его контактов. Тот же процесс происходит при разрыве цепи обмотки III и срабатывании защиты от перенапряжения.
Аналогично размыкаются контакты дифавтомата под действием максимальной токовой защиты.

Преимущества

• высокая скорость
• защита от перегрузки и короткого замыкания
• широкий диапазон рабочих температур от -25 до +50 ° C
• высокая механическая износостойкость

недостатки

Основным недостатком является то, что diphavomate нельзя использовать, если к этой группе розеток подключены компьютеры.При включении это не редкие ложные срабатывания.

Есть еще один нюанс. Если вы присмотритесь, то заметите, что дифавомат занимает немного больше места, чем автоматический выключатель и УЗО. И почему-то стоит столько, сколько занимает места.

Технические характеристики

дифавтомат

Номинальное рабочее напряжение, В	~ 230/400
Частота сети, Гц	50
Максимальное сечение провода, присоединяемого к клеммам, мм 2	25
Количество полюсов	2
Номинальный коммутируемый ток, lн, А	6, 10, 16, 25, 32, 40, 50, 63
Уставка дифференциального тока, lDn, (мА)	10, 30, 100, 300
Номинальная отключающая способность (А)	4500
Степень защиты по ГОСТ 14254-96	IP20
Диапазон рабочих температур, о С	-25 — +40
Рабочие характеристики при наличии дифференциального тока с компонентами постоянного тока	Au
Количество циклов механического переключения, не менее	10 000
Количество срабатываний от дифференциального тока, не менее	4500
Срок службы не менее, лет	15

В электропроводке в любой момент могут быть различные поломки электроприборов.Чтобы снизить риск опасностей, связанных с электрическим током, используются бытовые защитные устройства, выполняющие различные функции.

Автоматический выключатель, дифавтомат и УЗО в комплексе повышают электробезопасность, быстро отключают возникающие аварии, спасают людей от. Однако у них есть серьезные отличия в работе и дизайне.

Для их анализа сначала рассмотрим типы возможных неисправностей в электросети, которые устраняют эти устройства. Они могут возникать:

1. короткое замыкание, которое происходит, когда электрическое сопротивление нагрузки снижается до очень малых величин из-за шунтирования цепей напряжения с металлическими предметами;

2.перегрузка проводов. Современные мощные приборы вызывают большие токи, создавая в плохо выполненной электропроводке повышенный нагрев токоведущих жил. При этом изоляция перегревается и стареет, теряя диэлектрические свойства;

3. токи утечки, возникающие из-за пробоя изоляции через случайно сформированные цепи на землю.

Ухудшить ситуацию с появлением неисправностей могут:

старая алюминиевая проводка, построенная десять лет назад по устаревшим технологиям.Он давно работает на пределе своих возможностей для питания современных электроприборов;

плохой монтаж и использование усиленных защитных устройств даже в новой электрической цепи.

Чтобы упростить объяснение различий в защитных устройствах, мы будем рассматривать только те устройства, которые предназначены для однофазной сети, потому что трехфазные конструкции работают совершенно аналогично по одним и тем же законам.

Отличия защитных устройств по назначению

Автоматический выключатель

Промышленность производит множество его разновидностей.Они предназначены для устранения первых двух типов отмеченных неисправностей. Для этого их установлено:

высокоскоростная катушка электромагнитного отключения, исключающая токи короткого замыкания и система гашения дуги;

— тепловой расцепитель с выдержкой времени на биметаллической пластине, исключающий возникающие перегрузки внутри электрических цепей.

Автоматический выключатель для жилых домов включается в однофазный провод и контролирует только токи, проходящие по нему.Он вообще не реагирует на токи утечки.

УЗО

УЗО по двухпроводной схеме подключается двумя проводами: фазным и нулевым. Он постоянно сравнивает циркулирующие в них токи и вычисляет их разность.

Когда ток, выходящий из нейтрального проводника, соответствует значению, входящему в фазный провод, УЗО не размыкает цепь и позволяет ей работать. В случае небольших отклонений этих значений, не влияющих на безопасность людей, предохранительное запорное устройство также не блокирует подачу электроэнергии.

УЗО снимает напряжение с подходящих к нему проводов в том случае, если внутри управляемой цепи возникает ток утечки опасной величины, который может нанести вред здоровью человека или работающему электрооборудованию. Для этого устройство защитного отключения сконфигурировано для работы, когда разность токов достигает определенной уставки.

Таким образом исключаются ложные срабатывания и создаются возможности для надежной работы защиты по устранению токов утечки.

Однако сама конструкция этого устройства не имеет никакой защиты от возможного возникновения токов короткого замыкания и даже перегрузок в управляемой цепи. Этим объясняется тот факт, что само УЗО необходимо защищать от этих факторов.

Защитное устройство всегда подключается последовательно с автоматическим выключателем.

Дифференциальная машина

Устройство его сложнее, чем автоматический выключатель или УЗО. В процессе эксплуатации исключает все три типа неисправностей (короткое замыкание, перегрузка, утечка), которые могут возникнуть в электропроводке.Дифавтомат имеет в своей конструкции электромагнитный и тепловой расцепитель, защищающий встроенное в него УЗО.

Дифференциальный автомат выполнен одним модулем, обладает функциями автоматического выключателя и устройства защитного отключения вместе.

Учитывая все вышесказанное, можно сделать вывод, что характеристики только двух конструкций следует дополнительно сравнивать между собой:

автомат дифференциальный;

блок защиты УЗО с автоматическим выключателем.

Будет технически оправдано и правильно.

Отличия защитных характеристик

Размеры

Современная модульная конструкция устройств с возможностью их монтажа на DIN-рейку значительно сокращает пространство, необходимое для их установки внутри квартиры или на панели пола. Но даже такой способ не всегда исключает недостаток места для достройки электропроводки новыми защитными устройствами. УЗО с автоматическим выключателем изготавливаются в отдельно стоящих корпусах и монтируются в двух отдельных модулях, а дифавтомат — всего в одном.

Это всегда учитывается при создании проекта. электромонтажные работы в новых домах, а охранники выбирают даже при небольшом запасе внутреннего пространства для будущих доработок схемы. Но при реконструкции электропроводки или мелком ремонте помещений замена панелей не всегда производится, и нехватка места в них может стать проблемой.

Выполненных задач

На первый взгляд, УЗО с автоматическим выключателем и дифавтоматом решают те же проблемы.Но попробуем их уточнить.

Например, на кухне блок из нескольких розеток для питания разной бытовой техники неравной мощности: посудомоечная машина, холодильник, электрочайник, микроволновка … Они включаются произвольно и создают нагрузку случайной величины. В определенных ситуациях мощность нескольких работающих устройств может превышать номинальное значение защиты и создавать для них перегрузку по току.

Установленный дифавтомат придется поменять на более мощный.При использовании УЗО достаточно заменить автоматический выключатель на более дешевый.

Когда необходимо защитить одно из электрических устройств, подключенных к отдельной выделенной линии, лучше использовать дифференциальный автомат. Достаточно подобрать по техническим характеристикам конкретного потребителя.

Монтажные работы

Нет большой разницы в креплении одного или двух модулей на din-рейку. Но при подключении проводов работы становится больше.

Если дифавтомат и УЗО врезаются в провода фазы и нуля, то в автоматическом выключателе также потребуется проложить перемычки для подключения к фазному проводу последовательно с УЗО.В некоторых случаях это может усложнить сборку схемы.

Качество и надежность

Среди практикующих электриков бытует однозначное мнение, что долговечность и работоспособность защит зависит не только от заводской сборки производителя, но и от сложности конструкции, количества деталей, входящих в конструкцию, и качества конструкции. наладка и доводка своих технологий.

Дифактуатор более сложный, требует большего количества операций по настройке взаимодействия деталей и в этом плане может немного проигрывать конструкциям УЗО того же производителя.

Однако применять этот прием ко всем производимым устройствам, мягко говоря, не совсем правильно, хотя многие электрики злоупотребляют этим. Это довольно спорное утверждение и не всегда подтверждается на практике.

Ремонтопригодность и замена

Поломка может произойти в любом защитном устройстве. Когда его невозможно устранить на месте, необходимо будет приобрести новое устройство.

Покупка дифавтомата дороже. В случае работы УЗО с автоматическим выключателем одно из устройств останется целым и замены не потребует.А это значительная экономия.

При выходе из строя какого-либо защитного устройства потребители, запитанные через него, отключаются. В случае неисправности УЗО его цепи могут быть временно замкнуты и запитаны через автоматический выключатель. Но, когда дифавтомат неисправен, так работать не будет. Его нужно будет заменить на новый или на какое-то время поставить автоматический выключатель.

Условия работы в различных ситуациях

Схема управления токами утечки на УЗО и дифференциальном автомате может быть выполнена на разной элементной базе с использованием:

конструкция электромеханического реле, не требующего дополнительного источника питания для работы логики;

электронных или микропроцессорных технологий, которым требуется источник питания и стабилизированное напряжение от него.

В нормальном состоянии соответствующие цепи напряжения работают одинаково. Но, необходимо вызвать сбои в схеме, например, оборвать контакт одного из проводов, скажем, нулевого, как сразу будет видно. Они лучше и надежнее работают в устаревшей двухпроводной схеме.

Определение причины отключения защиты

После срабатывания УЗО сразу видно, что в цепи возникли токи утечки и необходимо проверить сопротивление изоляции защищаемой зоны.

Когда сработал автоматический выключатель, причина кроется в перегрузке цепи или возникшем коротком замыкании.

Но после отключения дифференциального автомата большинства моделей потребуется больше времени, чтобы найти причину сброса напряжения и разобраться как с сопротивлением изоляции электропроводки, так и с нагрузками, создаваемыми внутри цепи. Сразу установить причину невозможно.

Однако теперь можно использовать дорогостоящие конструкции дифавтоматов с сигнальными индикаторами срабатывания того или иного вида защиты.

Отличия маркировки на кузове

Несмотря на идентичный внешний вид УЗО и дифавомат (идентичный корпус, кнопка «Тест», рычаг ручного включения, аналогичные клеммы для подключения проводов), достаточно разобраться с ними по схемам и надписям, сделанным на их лицевой стороне. .

Устройства отечественных производителей имеют маркировку, чтобы покупатель мог легко ориентироваться в выбираемых моделях. Непосредственно на зданиях на видном месте находится надпись «Дифавтомат».Маркировка «УЗО» находится на задней стенке.

Обозначение «VD» на табличке сообщает, что перед нами дифференциальный выключатель (правильное техническое название), который реагирует исключительно на токи утечки и не защищает от тока перегрузки и короткого замыкания. Они маркированы УЗО.

Надпись «АВДТ» (автоматический выключатель дифференциального тока) Начинается с буквы «А» и подчеркивает наличие функций автоматического выключателя. Так в технической документации обозначают дифатомат.

Дифференциальный выключатель — это низковольтный комбинированный электрический аппарат, совмещающий в одном корпусе функции двух защитных устройств — УЗО и автоматического выключателя. Благодаря этому данный продукт достаточно популярен и широко используется как в бытовых условиях, так и на производстве. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип работы гарнитуры.

Назначение

Рассмотрим вкратце, какой нужен дифавтомат. Его внешний вид изображен на фото:

.

Во-первых, этот электрический аппарат служит для защиты территории.электрическая сеть от повреждений из-за утечки через нее сверхтоков, возникающих при перегрузке или коротком замыкании (функция автоматического выключателя). Во-вторых, дифференциальный автомат предотвращает возникновение пожара и поражения людей электрическим током в результате утечки электричества через поврежденную изоляцию кабеля электропроводки или неисправную. бытовой прибор (функция устройства защитного отключения).

Устройство и принцип работы

Для начала дадим обозначение на схеме по ГОСТу, по которому хорошо видно, из чего состоит дифавтомат:

Из обозначения видно, что основными элементами конструкции дифактома являются дифференциальный трансформатор (1), электромагнитный (2) и тепловой (3) расцепители.Ниже мы кратко опишем каждый из этих элементов.

Дифференциальный трансформатор имеет несколько обмоток в зависимости от количества полюсов устройства. Этот элемент сравнивает токи нагрузки по проводникам и в случае их несимметрии на выходной вторичной обмотке этого трансформатора возникает так называемый ток утечки. Он входит в пусковой орган, который без промедления размыкает силовые контакты станка.

Также следует отметить кнопку проверки защиты «ТЕСТ».Эта кнопка включена последовательно с сопротивлением, которое включается либо отдельной обмоткой на трансформаторе, либо параллельно одной из существующих. При нажатии на эту кнопку сопротивление создает искусственную неуравновешенность токов — возникает дифференциальный ток и должен работать перепад давления, что говорит о его хорошем состоянии.

Электромагнитный расцепитель — электромагнит с сердечником, который воздействует на механизм отключения. Этот электромагнит срабатывает, когда ток нагрузки достигает порога срабатывания — обычно это происходит при.Этот релиз срабатывает мгновенно, за доли секунды.

Тепловой расцепитель защищает электрическую сеть от перегрузки. Конструктивно он представляет собой биметаллическую пластину, которая деформируется при протекании через нее тока нагрузки, превышающего номинальное значение для этого устройства. При достижении определенного положения биметаллическая пластина воздействует на механизм выключения дифавтомата. Срабатывание теплового расцепителя происходит не сразу, а с задержкой по времени. Время отклика прямо пропорционально величине тока нагрузки, протекающего через дифференциальную машину, а также зависит от температуры окружающей среды.

На корпусе указывается порог срабатывания дифференциального трансформатора — ток утечки в мА, номинальный ток теплового расцепителя (при котором он работает бесконечно) в А. Пример маркировки на корпусе — C16 A / 30 мА. В этом случае маркировка «С» перед номиналом указывает частоту срабатывания электромагнитного расцепителя (класс устройства). Буква «C» указывает на то, что электромагнитный расцепитель сработает при превышении номинального значения 16А в 5-10 раз.

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

Область применения

Зачем использовать дифференциальный автомат, если есть два отдельных защитных устройства (УЗО и автомат), каждое из которых выполняет свою функцию?

Главное достоинство дифавтомата — компактность. Он занимает меньше места в распределительной коробке, чем в случае установки двух отдельных блоков. Эта особенность особенно актуальна, если необходимо установить несколько защитных устройств и автоматов защиты.В этом случае, установив дифактоматы, можно значительно сэкономить место в распределительном щите и, соответственно, уменьшить его размеры.

Дифференциальная машина широко применяется для защиты электропроводки практически везде, как в быту, так и в других помещениях (в различных учреждениях и на предприятиях).

Нравится (0 ) Мне не нравится (0 )

Что такое датчик LVDT?

LVDT — это электромеханическое устройство, используемое для преобразования механического движения или вибраций, в частности прямолинейного движения, в переменный электрический ток, напряжение или электрические сигналы и наоборот.Исполнительные механизмы используются в основном в системах автоматического управления или в качестве механических датчиков движения в измерительной технике. Классификация электромеханических преобразователей включает принципы преобразования или типы выходных сигналов.

Короче говоря, линейный преобразователь обеспечивает величину выходного напряжения, связанную с измеряемыми параметрами, например силу, для простой обработки сигнала. Устройства LVDT Sensor чувствительны к электромагнитным помехам. Снижение электрического сопротивления можно улучшить с помощью более коротких соединительных кабелей, чтобы исключить значительные ошибки.Для датчика линейных перемещений требуется от трех до четырех соединительных проводов для питания и подачи выходного сигнала.

Физически конструкция LVDT представляет собой полый металлический цилиндр, в котором вал меньшего диаметра свободно перемещается вперед и назад вдоль длинной оси цилиндра. Вал или толкатель заканчивается магнитопроводящим сердечником, который должен находиться внутри цилиндра или узла катушки, когда устройство работает.

В обычной практике толкатель физически прикреплен к подвижному объекту, положение которого должно быть определено (измеряемая величина), в то время как узел катушки прикреплен к фиксированной контрольной точке.Движение измеряемой величины перемещает сердечник внутри узла катушки; это движение измеряется электрически.

Принципы преобразования:

• Электромагнитный
• Магнитоэлектрический
• Электростатический

Выходные сигналы:

• Аналоговый и дискретный выход
• Цифровой

Оценка электромеханических преобразователей:

• Статические и динамические характеристики
• Чувствительность или коэффициент передачи — E = Δy / Δx или Δy — это изменение выходной величины y, когда входная величина x изменяется на Δx
• Выходной сигнал — диапазон рабочих частот
• Статическая ошибка преобразования или сигнала

Виды ЛВДЦ

Датчики

LVDT — определяют, нужно ли вам измерять относительный ток: C-in, AC-out, DC-in, DC-out; или измерение резонансных частот катушек в зависимости от положения катушек, устройства на основе частоты.

LD400: Миниатюрные преобразователи смещения постоянного тока с ацеталевыми подшипниками

Невыпадающая арматура: Эти механизмы лучше подходят для больших рабочих диапазонов. Невыпадающие якоря помогают предотвратить перекос, поскольку они направляются и удерживаются узлами с низким коэффициентом трения.

Неуправляемые якоря: бесконечное качество разрешения, неуправляемый механизм якоря представляет собой неизнашиваемую конструкцию, которая не ограничивает разрешающую способность измеренных данных. Этот тип механизма прикрепляется к измеряемому образцу, свободно вставляется в трубку, поэтому требуется отдельная опора для корпуса LVDT.

Якоря с принудительным выдвижением: Используйте внутренние пружинные механизмы, пневматическое усилие или электродвигатели, чтобы постоянно толкать якорь до максимально возможного полного выдвижения. Якоря с принудительным удлинением используются в LVDT для малоподвижных приложений. Эти механизмы не требуют соединения между образцом и якорем.

Линейные преобразователи переменного смещения обычно используются в современных обрабатывающих инструментах, авионике, робототехнике, а также в компьютеризованном управлении движением и автоматизации производства.Выбор применимого типа LVDT можно рассмотреть, используя следующие спецификации:

Линейность: Максимальное отклонение от прямой зависимости между измеренным расстоянием и выходным расстоянием в диапазоне измерения.

> 0,025 ±% полной шкалы
0,025 — 0,20 ±% полной шкалы
0,20 — 0,50 ±% полной шкалы
0,50 — 0,90 ±% полной шкалы
0,90 — ±% полной шкалы и выше

Рабочие температуры: > -32ºF, от -32 до 32ºF, от 32 до 175ºF, от 175 до 257ºF, 257ºF и выше.Диапазон температур, в котором устройство должно точно работать.

Диапазоны измерений: 0,02 дюйма, 0,02–0,32 дюйма, 0,32–4,0 дюйма, 4,0–20,0 дюйма, ± 20,0 дюйма (диапазон измерения или максимальное измеренное расстояние)

Точность: Описывает процент отклонения от фактического / реального значения данных измерения.

Выход: Напряжение, ток или частота

Интерфейс: Последовательный — стандартный протокол цифрового вывода (последовательный), такой как RS232, или параллельный — стандартный протокол цифрового вывода (параллельный), такой как IEEE488.

LVDT Тип: Баланс тока AC / AC или DC / DC, или на основе частоты

Смещение: Преобразователь линейного переменного смещения, или LVDT, представляет собой электрический преобразователь, используемый для измерения линейного положения. Линейное смещение — это движение объекта в одном направлении вдоль одной оси. Измерение смещения указывает направление движения. Выходной сигнал датчика линейного перемещения представляет собой измерение расстояния, пройденного объектом, в миллиметрах (мм) или дюймах (дюймах).Прецизионные преобразователи смещения LVDT устанавливаются на большинстве современных производственных линий для автоматического измерения при сортировке, применениях, требующих постоянного использования, и при проведении операций по контролю качества. Конструкция валов из закаленной стали, уплотнительных колец и титановых толкателей оптимизирует прецизионную работу в большинстве промышленных условий. Использование гибридных ИС-модулей обеспечивает линейный выходной сигнал мВ / В / мм или мВ / В / дюйм для взаимодействия со стандартными измерителями входа постоянного тока, промышленными контроллерами, записывающими устройствами и интерфейсами передачи данных.

LVDT спроектированы и предназначены для использования во многих отраслях промышленности:

LD500: Прецизионные измерительные преобразователи постоянного тока LVDT для контроля качества или средств автоматизации

• Общего назначения
• Аэрокосмическая промышленность
• Промывочная диафрагма
• Heavy Duty / Industrial
• Опасная зона
• Монтаж на печатной плате
• Высокая точность
• Погружной
• Санитарная
• Специально для специальных целей

Электрически LVDT представляет собой устройство взаимной индуктивности.Внутри катушки находится три обмотки трансформатора. Центральная первичная обмотка окружена двумя вторичными обмотками, по одной с каждой стороны; вторичные выходы соединены вместе, чтобы сформировать последовательно встречный контур. Возбуждение переменного тока применяется к первичной обмотке, вызывая индуктивные токи во вторичных обмотках, которые опосредуются магнитопроводящим сердечником. Когда сердечник находится в мертвой точке (на равном расстоянии от обеих вторичных обмоток), на вторичных выходах не появляется напряжение. Как только сердечник перемещается, даже на минимальную величину, на вторичном выходе индуцируется дифференциальное напряжение.Фаза напряжения определяется направлением смещения сердечника; амплитуда определяется более или менее линейно величиной отклонения сердечника от центра.

Эта дифференциальная конструкция дает LVDT значительное преимущество перед устройствами типа потенциометра, поскольку разрешение не ограничивается расстоянием между обмотками катушки. В линейном преобразователе любое движение сердечника вызывает пропорциональное изменение выходного сигнала. Таким образом, LVDT имеет теоретически бесконечное разрешение: на практике разрешение ограничено только внешней выходной электроникой и физическими подвесками.

Поскольку это трансформатор, LVDT требует управляющего сигнала переменного тока. Специальный блок электроники или формирователь сигнала обычно используется для генерации этого управляющего сигнала, а также для преобразования аналогового выхода переменного тока устройства в + 5 В постоянного тока, 4–20 мА или в какой-либо другой формат, совместимый с оборудованием, расположенным ниже по потоку. Эта схема может быть внешней или может быть размещена внутри корпуса преобразователя. Внутренняя электроника позволяет пользователю подавать на преобразователь сигнал постоянного тока умеренного качества, что часто является преимуществом в приложениях с батарейным питанием и бортовых транспортных средствах.Однако внешняя электроника предлагает более высокое качество и может предоставлять дополнительные функции, такие как калибровка, чтобы обеспечить прямое считывание в технических единицах.

Базовые схемы LVDT

Принцип вращающегося переменного дифференциального трансформатора

Как работает LVDT?
Преобразователь линейных перемещений — это, по сути, миниатюрный трансформатор, имеющий одну первичную обмотку, две симметрично намотанные вторичные катушки и сердечник якоря, который может свободно перемещаться вдоль своей линейной оси в направляющих точных подшипников.Шток толкателя соединяет контролируемый компонент с сердечником якоря, так что смещение этого компонента перемещает сердечник не по центру.

Типичный датчик LVDT имеет три соленоидные катушки, выровненные встык, окружающие трубку. Первичная обмотка находится в центре, а вторичные обмотки — сверху и снизу. Объект измерения положения прикреплен к цилиндрическому ферроматическому сердечнику и скользит по оси трубки. Переменный ток приводит в действие первичную катушку, вызывая напряжение, индуцируемое в двух вторичных катушках, пропорциональное длине соединительного сердечника.Диапазон частот обычно составляет от 1 до 10 кГц.

Движение сердечника запускает связь от первичной к обеим вторичным обмоткам, что изменяет наведенные напряжения. Дифференциал верхнего и нижнего вторичного выходного напряжения — это отклонение от калиброванной нулевой фазы. Использование синхронного детектора считывает выходное напряжение со знаком, которое относится к смещению. Линейные преобразователи LVDT могут иметь длину до нескольких дюймов и работать как датчик абсолютного положения, который является повторяемым и воспроизводимым.Другие действия или движения не повлияют на точность измерения. LVDT также отличается высокой надежностью, поскольку скользящий сердечник не касается внутренней части трубки и позволяет датчику находиться в полностью герметичной среде.

LVDT — это устройство переменного тока, что означает, что электроника должна преобразовывать его выходной сигнал в полезный сигнал постоянного тока. В основе обработки сигналов LVDT лежат два гибридных модуля; Осциллятор и демодулятор.

Генератор разработан для обеспечения стабильной синусоидальной волны для возбуждения преобразователя и опорной прямоугольной волны для демодулятора.Демодулятор предназначен для усиления выходного сигнала преобразователя и преобразования его в высокоточное постоянное напряжение, которое прямо пропорционально смещению.

Для работы линейного преобразователя необходимо возбуждать первичный преобразователь синусоидальной волной, а выходной сигнал вторичных обмоток состоит из синусоидальной волны с информацией о положении, содержащейся в амплитуде и фазе. Выходной сигнал в центре хода равен нулю, возрастая до максимальной амплитуды на любом конце хода.Выход находится в фазе с первичным приводом на одном конце хода и не в фазе на другом конце.

В высококачественном датчике линейных перемещений соотношение между положением и фазой / амплитудой является линейным. Осциллятор и демодулятор — это то, что упрощает переход между положением и фазой / амплитудой.

Описание автогенератора

Функция осциллятора заключается в обеспечении точного синусоидального напряжения для управления преобразователем, стабильного как по амплитуде, так и по частоте.Он также обеспечивает опорную фазу прямоугольной формы для внутреннего использования и для установки нулей в демодуляторе. Осциллятор работает следующим образом. Синусоидальная волна для возбуждения преобразователя генерируется внутренним высокостабильным генератором моста Вина. Частота генератора устанавливается путем соединения контактов или добавления внешних резисторов. Затем синусоидальная волна проходит через усилитель мощности, чтобы обеспечить ток, достаточный для питания большинства преобразователей (50 мА), без необходимости использования внешних буферов.Усилитель мощности содержит схему защиты, поскольку в среде, где работает большинство преобразователей, вероятно короткое замыкание.

Синусоидальная волна выводится на преобразователь и используется внутри для генерации прямоугольной волны для привязки фазы к демодулятору. Выход осциллятора контролируется входом дистанционного считывания, что позволяет сделать поправку на падение напряжения на выводах преобразователя. Этот вход дискретизируется прямоугольной волной и сравнивается с опорным входом в регуляторе амплитуды, чтобы удерживать напряжение генератора на фиксированном уровне.Эталонный вход берется из эталонного выхода или логометрического выхода. позволяет фиксировать напряжение генератора или быть пропорциональным напряжению питания.

Описание демодулятора

Демодуляция и фильтрация сигнала LDVT Функция демодулятора состоит в том, чтобы принимать выходной сигнал переменного тока преобразователя и преобразовывать его в полезное постоянное напряжение, пропорциональное смещению, нагрузке и т. Д. Он также содержит схему, позволяющую регулировать усиление и ноль для работы с широким диапазоном преобразователей.

Демодулятор работает следующим образом. Выходной сигнал преобразователя подается в схему выбора грубого усиления и затем усиливается. Этот усилитель может иметь коэффициент усиления 25 или 250, если используется опция x10, дополнительное усиление позволяет работать с датчиками с малой выходной мощностью, такими как тензодатчики.

Выполнение основного усиления с помощью сигнала переменного тока означает, что дрейф схемы уменьшается. Затем сигнал переменного тока высокого уровня передается на синхронный по фазе демодулятор, который использует прямоугольную волну от генератора для преобразования его в постоянное напряжение с некоторым наложенным переменным током.Затем он проходит через фильтр нижних частот, который удаляет большинство компонентов переменного тока, оставляя постоянное постоянное напряжение с небольшой пульсацией. Фильтр нижних частот включает в себя схему для установки грубого нуля, точного нуля и точного усиления, а также имеет соединения, позволяющие изменять характеристики фильтра.

Инновации и приложения для линейного преобразователя

LD320: датчики смещения LVDT переменного тока высокой точности

Существует множество вариантов установки. При желании узел катушки можно прикрепить к измеряемой величине, в то время как толкатель прикреплен к фиксированной точке.Могут использоваться различные механические связи, так что движение сердечника может быть больше или меньше движения измеряемой величины.

LVDT Rig лучше всего подходит для испытаний на растяжение

При испытании материала на растяжение для определения его модуля упругости необходимо точно знать приложенную нагрузку и расстояние, на которое материал растягивается под этой нагрузкой. Традиционно эти параметры точно измеряются с помощью тензодатчика и датчика смещения LVDT соответственно.В последних случаях экстензометр с датчиком смещения подключается непосредственно к испытуемому образцу.

Этот метод имеет два явных недостатка:

1. экстензометр должен быть настроен для каждого образца и имеет тенденцию ограничивать доступ к нему.
2. , если образец испытан до предела прочности, внезапный удар может повредить датчик.

Этих недостатков можно избежать, используя вместо этого буровую установку, имеющую измерительный преобразователь LVDT, движущийся в контакте с прецизионным механически обработанным «клиновым» передаточным механизмом.

В этом альтернативном методе измерительный линейный преобразователь крепится к зажиму, фиксирующему образец, который перемещается при растяжении материала. Когда измерительная головка измерительного преобразователя перемещается вверх по наклонной поверхности клина, вертикальное движение передается пропорциональному горизонтальному движению сердечника преобразователя. Выходной сигнал линейного напряжения с преобразователя подается на цифровой вольтметр или подобное измерительное устройство, которое может быть откалибровано с учетом угла наклонной поверхности, чтобы обеспечить прямое и точное измерение удлинения материала под нагрузкой.

LVDT в приложении для испытания на растяжение Поскольку прецизионный шариковый наконечник измерительного преобразователя свободно перемещается по гладкой обработанной поверхности наклона, а вал преобразователя вращается в прецизионных подшипниках, боковые напряжения вала преобразователя отсутствуют. Это дополнительно обеспечивается за счет использования очень малого угла наклона относительно направления движения, что также позволяет использовать датчик малого хода; горизонтальное перемещение сердечника преобразователя может быть в 10 раз меньше пройденного вертикального расстояния.

Измерительные преобразователи

имеют высокоточные линейные выходные сигналы даже для малых ходов, поэтому калиброванное измерение удлинения испытуемого образца также является очень точным. Для очень малых удлинений, например менее 1 мм при высоких приложенных нагрузках, экстензометр с датчиком линейных перемещений будет немного более точным. Однако измерительный преобразователь предпочтительнее для большинства применений и особенно подходит при испытании таких материалов, как мягкие металлы, пластмассы и резина, которые значительно растягиваются без разрушения.

Поскольку измерительный преобразователь прикреплен к боковой стороне зажима, он не препятствует доступу к исследуемому образцу. Кроме того, его не нужно настраивать каждый раз, когда новый образец помещается в испытательную машину. Если образец разбивается, наконечник датчика просто быстрее перемещается по склону без риска повреждения. Общий дизайн очень компактный.

Преобразователи формы до изменяющейся толщины материала

Измерительные преобразователи обычно используются в промышленности для проверки того, что толщина изготовленного листового материала, такого как бумага или металл, остается в пределах указанных допусков.Если профиль измеряемой величины включает несколько различных толщин, например, сложная экструзия, может быть разработана измерительная установка, включающая ряд линейных преобразователей для контроля различных размеров. В еще одном варианте этой идеи измерительные преобразователи типа LVDT были встроены в установку, предназначенную для измерения различной толщины натурального производственного материала — обработанных шкур животных. Эти измерения профиля затем используются для построения изображения всей кожи, чтобы можно было вырезать из нее участки одинаковой толщины и использовать их с максимальной пользой; Самая тонкая кожа выбирается, возможно, для перчаток, несколько более толстые — для сумок и так далее.

Датчик толщины кожи животного Как и в случае листовых материалов одинаковой толщины, обшивка пропускается для измерения толщины в основном между двумя роликами, которые могут свободно вращаться вокруг своих осей. Нижний ролик закреплен в вертикальной плоскости, чтобы служить точкой отсчета для измерения. Другой может перемещаться вертикально, чтобы следовать за верхней поверхностью материала, расстояние, на которое он удаляется от исходной точки (то есть толщина материала), измеряется измерительными преобразователями. Однако, чтобы приспособиться к различной толщине обшивки, верхний валик в данном случае разделен по ширине на шестнадцать отдельных секций.

Каждая секция подпружинена против общего опорного шпинделя, который установлен на фиксированном расстоянии над опорным роликом. По мере того, как обшивка проходит между роликами, секции верхнего ролика удерживаются в положительном контакте с поверхностью материала с помощью пружин, но при этом они могут перемещаться вверх и вниз при изменении толщины обшивки. Отдельный измерительный преобразователь LVDT предназначен для каждой секции ролика и отслеживает изменение толщины кожи в этой точке. Во избежание бокового деформации чувствительной головки датчика, которое может быть вызвано прямым контактом с вращающимся роликом, вертикальное смещение механически передается датчику с помощью поворотной плоской планки, которая опирается своим свободным концом на верх ролика ( см. схему вида сбоку).

Выходной сигнал напряжения преобразователя калибруется на измерительном устройстве с учетом того факта, что расстояние, перемещаемое головкой преобразователя при таком расположении, немного отличается от фактического вертикального перемещения секции ролика. Высота шпинделя опоры верхнего ролика устанавливается в соответствии со средней толщиной обшивки. Количество и ширина роликовых секций были рассчитаны таким образом, чтобы соответствовать ожиданиям самого широкого пользователя. Когда кожа проходит между роликами, записанные измерения дают точное представление о различной толщине кожи вдоль линии каждого датчика.

«Контурная карта» всей кожи, показывающая области разной толщины, создается путем обработки выходных сигналов линейного преобразователя в компьютере и представления полученных данных. Цветовые коды или монохромные тона могут использоваться для прояснения областей разной толщины, так же как разная высота земли обозначена на карте нормалей.

Любой участок кожи необходимой толщины может быть легко идентифицирован для изготовления конкретных изделий, что облегчает размещение рисунков и оптимизирует использование материала с минимальными потерями.

Использование датчиков линейных перемещений для измерения давления и нагрузки

При использовании в сочетании с подходящим чувствительным к усилию устройством, таким как металлическая диафрагма или контрольное кольцо, преобразователи линейных перемещений могут обеспечить высокоточные и стабильные, но относительно недорогие средства измерения давления и нагрузки.

Измерение нагрузки с помощью датчика положения Одним из применений мембранной системы является измерение давления внутри защитной оболочки, например давления в блоке цилиндров двигателя во время разработки и испытаний.Датчик смещения, установленный внутри контрольного кольца, может иметь преимущества перед тензодатчиком при измерении очень малых нагрузок или при наличии возможности ударной нагрузки. Обычно извилистая металлическая диафрагма встроена в стенку резервуара под давлением и отклоняется под давлением. Толщина и чувствительность диафрагмы рассчитаны на диапазон давления.

Линейный преобразователь LVDT установлен под прямым углом к ​​диафрагме, а его удлинительный стержень сердечника прикреплен к центру диска.Доступны линейные преобразователи для рабочих температур до 600 ° C.

В качестве альтернативы для высоких температур можно использовать датчик приближения, который не контактирует с диафрагмой. Любое изгибание диафрагмы отражается сигналом выходного напряжения преобразователей. Простой микрочип можно использовать для калибровки, просто создав одно известное высокое давление и одно низкое давление, поскольку движение диска линейно с давлением в центре. В результате получается недорогой и простой датчик давления с высокой повторяемостью и надежностью.

Включение датчика линейных перемещений в контрольное кольцо дает системе измерения нагрузки значительные преимущества перед тензодатчиком в некоторых приложениях. Работая с очень небольшим фактическим движением, тензодатчики имеют тенденцию быть жесткими и нечувствительными к очень небольшим нагрузкам. Контрольное кольцо, с другой стороны, представляет собой сравнительно гибкую балку, способную более свободно перемещаться под нагрузкой — только условно, потому что пройденное расстояние должно быть меньше, чем общий ход e.г., ± 0,5 мм от линейного преобразователя. Поэтому эта система более чувствительна к легким нагрузкам.

Измерение давления с помощью датчика положения Хотя контрольное кольцо изгибается, на самом деле оно более прочное и эластичное, чем тензодатчик. Жесткость тензодатчика имеет преимущество при быстром приложении и снятии нагрузки, поскольку жесткая система дает высокочастотный отклик. Однако, если тензодатчик ºº подвергается высокой ударной нагрузке, он может легко перегрузиться. С другой стороны, защитное кольцо может двигаться дальше, чтобы поглотить ударную нагрузку без вредного воздействия.

Использование датчика LVDT для подсчета

Высокоскоростной подсчет банкнот или аналогичных листов, требующих абсолютной числовой точности, может быть достигнут с помощью простого принципа конструкции, основанного на линейных преобразователях. Выходной сигнал напряжения от этих высокочувствительных датчиков LVDT можно использовать для: индивидуального подсчета банкнот на высокой скорости; обнаруживать, когда две или более банкноты считаются вместе; выявить проклеенный ремонт; указать, когда записка стала перевернутой; и предупредить оператора об отсутствии части примечания.

В типичной конструкции машины банкноты подаются между двумя вращающимися роликами, один из которых движется в неподвижных подшипниках, а другой может двигаться линейно, чтобы изменять зазор между ними. Последний ролик удерживается в положительном контакте с банкнотой при соответствующей загрузке. На каждом конце этого подвижного ролика установлен миниатюрный линейный преобразователь для измерения его линейного смещения при прохождении банкнот через зазор.

Следовательно, когда одна банкнота проходит между роликами, сердечники LVDT смещаются на величину, равную толщине банкноты, и это создает выходные сигналы напряжения соответствующей интенсивности для обоих преобразователей.Сигнал поддерживается только тогда, когда банкнота проходит между роликами, и, таким образом, вырабатывается импульсный выходной сигнал, который можно использовать для электронного счета. Две ноты, проходящие вместе, удваивают интенсивность устойчивого сигнала и т. Д.

Другие приложения

Силовые турбины: В турбинах электростанций по всему миру используются линейные переменные дифференциальные преобразователи в качестве датчиков положения с преобразователями сигналов для обеспечения необходимой рабочей мощности.Напряжения и частоты переменного тока, необходимые для индуктивных датчиков положения или датчиков положения LVDT, недоступны из источников питания.

Гидравлика: Датчики линейного положения служат датчиками заряда в гидроаккумуляторах, специальными внешними датчиками в суровых условиях с высокой устойчивостью к вибрации и ударам и включают все длины хода в пределах возможностей наших датчиков. Если вам требуется больший ход, обратитесь к нашему профессиональному инженерному персоналу в OMEGA, чтобы получить информацию о нестандартном дизайне.

Автоматизация: приложения автоматизации LVDT используют герметично закрытые измерительные зонды для работы за пределами ваших лабораторий НИОКР, производственных цехов и в суровых условиях окружающей среды при автоматизации производства, средах управления процессами, измерениях МДП и промышленных измерениях. .

Воздушное судно: В большинстве аэрокосмических / авиационных приложений используются миниатюрные или субминиатюрные датчики положения. Они представляют собой управляемые тросом механизмы определения смещения.OMEGA может разрабатывать прецизионные продукты для применения в коммерческих самолетах, космосе, авиации и экологических системах для космической среды обитания. Изделия устанавливаются в фиксированном положении, трос смещения прикрепляется к движущемуся объекту, например, шасси или элерону. Кабель втягивается и извлекается при движении. В зависимости от формирования сигнала и системы крепления электрический выход будет отображать различные скорости, углы, длину и движения.

Спутники: Рассмотрим применение в спутниковых технологиях и смежных областях, помимо производства спутников, датчики положения необходимы для космических аппаратов, грузовых самолетов, военных истребителей, дронов, экспериментальных самолетов, ракет, ядерных реакторов, имитаторов полета и т. Д. высокоскоростные железные дороги.

Воздушное судно: В большинстве аэрокосмических / авиационных приложений используются миниатюрные или субминиатюрные датчики положения.