Решение ТОЭ
Изоляторы высокого напряжения
Изоляторы высокого напряжения. Назначение и типы изоляторов высокого напряжения
Изоляторами называют электротехнические изделия, предназначенные для изолирования разнопотенциальных частей электроустановки, то есть для предотвращения протекания электрического тока между этими частями электроустановки, и для механического крепления токоведущих частей.
Генератор постоянного тока независимого возбуждения
Якорь генератора приводят во вращение с практически постоянной скоростью. Рабочие свойства и особенности генераторов принято анализировать с помощью графиков – характеристик, которые можно снять экспериментально или рассчитать. Основной рабочей характеристикой генератора является внешняя характеристика, представляющая собой зависимость напряжения на зажимах якоря (или нагрузки) от тока нагрузки при нерегулируемой цепи возбуждения. Вспомогательной является регулировочная характеристика, показывающая, как надо регулировать ток возбуждения генератора в зависимости от тока нагрузки, чтобы напряжение оставалось постоянным.
Связь между э. д. с. якоря и током возбуждения при постоянной скорости вращения дается характеристикой холостого хода.
1. Схема генератора постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения
2. Характеристика холостого хода
3. Внешняя характеристика
4. Регулировочная характеристика
Расчет расстояния между молниеотводом и объектом
Подстанция защищена от прямых ударов молнии отдельно стоящим молниеотводом. Молниеотвод присоединяется к обособленному заземлителю, электрически не связанному с заземлителем подстанции.
Рассчитать минимально допустимое расстояние между отдельно стоящим молниеотводом и объектом высотой hx = 5 м, если сопротивление заземлителя молниеотвода равно rи = 25 Ом.
Стабилизаторы напряжения и тока
1 Общая классификация
2 Параметрические стабилизаторы напряжения
3 Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием
4 Феррорезонансные стабилизаторы тока и напряжения
Молниеотводы
Молниеотводы.
Принципы защиты объектов прямых ударов молнии. Рассчитать число ударов в год в молниеотводы высотой 25 м подстанции площадью 2000 м2 в районе с числом грозовых часов в году 100Назначение молниеотводов – воспринять подавляющее число ударов молнии в пределах защищаемой территории и отвести ток молнии в землю.
Каждый молниеотвод, состоит из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, заземлителя и токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем. По типу молниеприемников различают стержневые молниеотводы и тросовые молниеотводы. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем, а тросовые – в виде горизонтально подвешенных тросов. Металлический стержневой молниеотвод или опора одновременно выполняют функции токоотвода. Если же молниеприемник молниеотвода (стержень, трос) расположен на изолирующих опорах (дымовые трубы, деревянные опоры), то по ним прокладываются тросы, соединяющие молниеприемник с заземлителем.
Защитное действие молниеотводов основано на явлении избирательной поражаемости молнией высоких объектов.
Контрольная работа № 3 Мгновенные значения и комплексные величины токов и напряжений, МЭИ
Контрольная работа № 3 Мгновенные значения и комплексные величины токов и напряжений, МЭИ
Сборник задач по теоретическим основам электротехники: в 2 т. / П.А. Бутырин, Л.В. Алексейчик, С.А. Важнов и др.; под ред. чл.-корр. РАН П.А. Бутырина. – М.: Издательский дом МЭИ. Том 1. Электрические и магнитные цепи с сосредоточенными параметрами. – 2012. – 595 с.; ил.
Вариант 15 контрольной работы № 3 Мгновенные значения и комплексные величины токов и напряжений
Сборник задач по теоретическим основам электротехники: в 2 т. / П.А. Бутырин, Л.В. Алексейчик, С.А. Важнов и др.; под ред. чл.-корр. РАН П.А. Бутырина. – М.: Издательский дом МЭИ. Том 1. Электрические и магнитные цепи с сосредоточенными параметрами. – 2012. – 595 с.; ил.
Испытание изоляции импульсными напряжениями
Испытание изоляции импульсными напряжениями
Схема испытания изоляции импульсными напряжениями.
Характеристика стандартного полного и срезанного импульсов.
Основная идея проверки качества изоляции повышенным напряжением весьма проста. К изоляции прикладывается испытательное напряжение, превышающее рабочее. Если изоляция нормального качества, она выдерживает испытания, если дефектная – пробивается. Общий недостаток таких испытаний состоит в том, что дефектная изоляция необратимо разрушается и ее уже, как правило, нельзя отремонтировать.
При заводском контроле и при исследованиях приложением повышенных напряжений проверяется способность изоляции выдерживать грозовые и внутренние перенапряжения, т. е. кратковременная электрическая прочность. В связи с этим форма и величины испытательных напряжений устанавливаются такими, чтобы они были эквивалентны по воздействию соответствующим перенапряжениям.
Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного тока ОГУ
Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного тока
ОГУ
Вариант 9
Сформулировать уравнения по законам Кирхгофа в общем виде.
Определить токи ветвей методом контурных токов. Составить баланс мощностей. Нарисовать диаграмму распределения потенциала для внешнего контура электрической цепи.
Грозозащита линий электропередачи
Способы грозозащиты линий электропередачи напряжением 6-10-35 кВ; 110-220 кВ, 330 кВ, и выше
Линии напряжением 220 кВ и выше защищаются тросами по всей длине.
Линии 110 и 150 кВ также рекомендуется защищать тросом по всей длине.
Линии 110 кВ на деревянных опорах никакой дополнительной грозозащиты не требуют, за исключением подвески тросов на подходах к подстанциям и установки трубчатых разрядников в начале подхода.
Линии 35 кВ на металлических опорах обычно не защищаются тросами, поскольку эти линии работают в системе с изолированной нейтралью.
Линии 35 кВ на деревянных опорах не требуют дополнительных мер грозозащиты.
Линии 3–10 кВ не требуют особых мероприятий по грозозащите, за исключением установки трубчатых разрядников в местах с ослабленной изоляцией и на подходах к подстанциям.
Расчет цепи переменного тока онлайн
Решение билета ТОЭ онлайн. ПКЖТ филиал ПГУПС
В цепь переменного тока последовательно включены резистор 7 Ом и конденсатор 10 мкФ. Амплитуда напряжения 282 В. К цепи подведено переменное напряжение частотой 50 Гц. Определить показания измерительных приборов, включенных цепь, реактивную, полную мощность цепи, построить векторную диаграмму на комплексной плоскости.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 … 19
Назад Вперед
Наверх
1.4. Расчет баланса мощности
Баланс мощности отражает закон сохранения энергии и определяет равенство мощности, выработанной источником, и мощности, потребляемой приемниками: Рис = Рпр.
Рассматриваемая цепь содержит один источник, мощность которого Рис = U I, где U – напряжение на зажимах источника, I – ток источника.
Мощность
приемника определяется по формуле Рпр i = Ii2 Ri,
где Ii –
ток, протекающий через сопротивление Ri.
Тогда баланс мощностей для рассматриваемой цепи:
U
Мощность измеряется в ваттах [Вт].
Правильными считаются расчеты, результаты которых дают погрешность баланса мощностей менее 2%. Эта погрешность определяется по формуле:
.
2. Расчетно-графическая работа № 2
Расчет сложной линейной электрической цепи постоянного тока методом контурных токов и узловых потенциалов
2.1. Справочные данные для выполнения ргр — 2
Электрические
цепи, содержащие несколько источников
ЭДС и представляющие собой смешанное
соединение пассивных элементов называют
сложными разветвленными.
Источник ЭДС (напряжения) характеризуется значением разности потенциалов u(t) на зажимах. При равенстве нулю внутреннего сопротивления источника, напряжение на его зажимах остается неизменным и равным ЭДС e(t) при любом потребляемом токе. Такой источник называют идеальным источником ЭДС. К источникам напряжения можно отнести машинные генераторы и аккумуляторы, обладающие сравнительно малым внутренним сопротивлением.
Источник
тока характеризуется величиной тока i(t)
на зажимах. Если при любой нагрузке
соответствующий ток остается неизменным,
такой источник тока называют идеальным.
Внутреннее сопротивление идеального
источника тока бесконечно большое.
В линейных электрических цепях в установившихся режимах все токи и напряжения определяются формой напряжения или тока источников. При синусоидальном напряжении источника, токи в цепи будут также синусоидальными.
Состояние
любой электрической цепи описывается
уравнениями, составленными с применением
первого и второго законов Кирхгофа:
;,
решив которые, определяют токи в ветвях.
Законы Кирхгофа являются основой
математического описания электрических
цепей. Электрическая цепь постоянного
тока является частным случаем цепи
синусоидального тока. Уравнения,
составленные по законам Кирхгофа для
цепей синусоидального тока, записывают
в алгебраическом виде с использованием
комплексных чисел, а для цепей постоянного
тока — в алгебраическом виде с использованием
вещественных чисел. Синусоидальный
ток: комплексные ЭДС -,
токи -,
сопротивления ветвей — Z.
Постоянный ток: ЭДС — Е, токи — I, сопротивления ветвей — R.
2.1.1. Метод расчета сложных электрических цепей
с непосредственным применением законов Кирхгофа
(классический)
В общем случае электрическая цепь имеет b количество ветвей и количество узлов у. Так как неизвестными являются токи в ветвях, то число неизвестных равно b, для нахождения которых необходимо иметь систему из b уравнений.
По первому закону Кирхгофа можно записать (у
По
второму закону Кирхгофа
можно записать столько уравнений,
сколько можно выделить замкнутых
контуров в схеме. Но не все замкнутые
контуры независимы. Независимым является
такой контур, в который входит хотя бы
одна ветвь, не вошедшая в другие контуры.
Число независимых контуров и независимых
уравненийn определяется конфигурацией схемы и
вычисляется по формуле:
n = b — (у — 1) = b — у + 1.
Итак, по законам Кирхгофа можно записать: (у-1)+(b-у+1)=b независимых уравнений. Решив такую систему уравнений, можно найти токи во всех ветвях.
Прежде чем приступить к написанию уравнений по законам Кирхгофа, следует задать направления токов в ветвях цепи и направления обхода контуров.
Если ток какой — либо ветви в результате решения системы уравнений для цепи постоянного тока получается со знаком минус, то это означает, что действительное направление тока в ветви противоположно условно выбранному (заданному).
Например,
для схемы на рис. 7 число узлов у=3.
Для того, чтобы получить линейнонезависимые
уравнения по 1-му закону Кирхгофа
составляем уравнения, число которых
равно числу узлов минус единица, то
есть: у-1=2.
А в качестве независимых контуров
рассматриваем контуры, охватывающие
все ветви схемы. В данной схеме ветвей b =5, узлов у=3,
по 2-му закону Кирхгофа составляем n уравнений, где n = b-у+1
= 3 – число независимых контуров схемы.
Рис. 7
Таким образом, число неизвестных токов в ветвях b = 5. По 1-му и 2-му законам Кирхгофа для этой схемы можно написать систему из пяти линейных уравнений (для узлов а и b, и для контуров 1,2,3):
.
В
результате решения системы уравнений
находят все неизвестные токи в ветвях.
Решение проводят любым доступным
способом (по методу Крамера, Гауса,
“подстановкой”), при необходимости
используют ЭВМ. Расчет можно считать
правильным, если вычисленные значения
токов удовлетворяют системе уравнений,
составленной по 1-му и 2-му законам
Кирхгофа. При этом для проверок берут
те узлы и контуры, уравнения которых не
фигурировали в расчетах.
Используя
систему уравнений, записанных по законам
Кирхгофа, можно, в принципе, рассчитать
любую линейную цепь. Этот метод является
универсальным, классическим, но не
всегда самым простым и удобным. Сложная
электрическая цепь описывается довольно
громоздкой системой уравнений. Для
сокращения их числа и упрощения расчета
применяют другие методы. Рассмотрим в
данной работе метод контурных токов и
узловых потенциалов на примере цепей
при постоянных токах и напряжениях. В
каждом из методов на основном более
трудоемком этапе используется только
часть уравнений: в методе контурных
токов — только уравнения по 2-му закону
Кирхгофа, а в методе узловых потенциалов
— только по первому. Форма записи контурных
и узловых уравнений аналогична. По этим
методам сначала находятся промежуточные
величины — это контурные токи и узловые
потенциалы (основной расчет), а затем
достаточно просто находятся токи ветвей.
Схема в обоих методах РГР-2 одна и та же,
поэтому токи ветвей должны совпадать
(допускается отклонение не более 3 %).
2.1.2. Метод контурных токов
В основу метода положено использование понятия контурного тока. Под контурным током понимают условный (предполагаемый) ток, замыкающийся только по своему контуру (рассматривают только независимые контуры). Это позволяет уменьшить число неизвестных токов до числа независимых контуров, то есть на (y-1), где у — число узлов рассматриваемой схемы. В ветвях, входящих только в один контур, ток равен контурному, а в ветвях, принадлежащих двум контурам, ток равен алгебраической сумме контурных токов двух смежных контуров. Для независимых контуров записывают систему уравнений по 2-му закону Кирхгофа, в результате решения которой находят эти токи.
2.1.3. Метод узловых потенциалов (напряжений)
Метод позволяет уменьшить число совместно решаемых уравнений до (у-1), где “у” — число узлов схемы замещения электрической цепи. Метод основан на применении 1-го закона Кирхгофа и заключается в следующем:
а) один из узлов схемы принимаем базисным с нулевым потенциалом; такое допущение не изменяет значения токов в ветвях, так как ток в каждой ветви зависит только от разности потенциалов узлов, а не от действительных значений потенциалов, то есть узел, где = 0, задаемся произвольно;
б) после чего для остальных (у-1) узлов составляем уравнения по 1-му закону Кирхгофа, выражая токи ветвей через потенциалы узлов;
в)
решением составленной системы уравнений
определяем потенциалы (у-1)
узлов относительно базисного, потенциал
которого принят за “0”, а затем токи
ветвей определяем по закону Ома.
2.1.4. Построение потенциальной диаграммы
В целях наглядной иллюстрации полученных результатов и проверки правильности решения для цепей постоянного тока строятся потенциальные диаграммы. Потенциальная диаграмма — это график распределения потенциала вдоль элементов цепи, образующих замкнутый контур. По оси абсцисс откладываются последовательные значения сопротивлений отдельных элементов контура, по оси ординат — потенциалы точек соединения элементов в схеме. Для линейных цепей изменение потенциала внутри элемента происходит по прямой линии, наклон которой зависит от значения проходящего тока. В местах включения источников ЭДС происходит скачкообразное изменение потенциала на значение этой ЭДС. Если цепь не имеет заземления, то потенциал любой из ее точек может быть принят равным нулю, потенциалы всех точек определяются относительно точки с нулевым потенциалом.
Составление баланса мощностей.
Из закона сохранения
энергии следует, что вся мощность,
поступающая цепь от источников энергии,
в любой момент времени равна всей
мощности, потребляемой приемниками
данной цепи.
То есть IPпотр. = Pист.
Мощность потребителей, которыми в цепях постоянного тока являются резисторы, определяется по формуле
Pпотр. = I2R
Т.к. ток входит в данное выражение в квадрате, то независимо от его направления, мощность потребления всегда положительна.
Мощность источников, которыми могут быть источники напряжения и источники тока, бывает и положительной и отрицательной.
Мощность источника э.д.с. определяется по формуле
а)
Pэ.д.с. = EI
где I – ток в ветви с источником э.д.с.
б)
Если э.д.с. и ток этой ветви совпадают по направлению (рис.19а), то мощность Pэ.д.с.
входит в выражение баланса со знаком «+»,
если
не совпадают – то Pэ.
д.с.
– величина
Рис.19 отрицательная.
Мощность источника тока определяется по формуле:
Pи.т. = IU
Где I – значение тока источника, U — напряжение на его зажимах.
Если ток I и напряжение U действуют так, как показано на рис.19б, то мощность положительна; в противном случае она – отрицательна. Следовательно, при вычислении мощности источника тока необходимо определять величину и направление напряжения на его зажимах.
Задача:
Контрольные вопросы:
Что представляет собой электрическая схема. Что относится к «электрическим» и «геометрическим» элементам схемы.
Дать определение последовательного и параллельного соединений элементов цепи.
Понятие «контур» в электрической цепи.
Чем отличается активная ветвь от пассивной?
Потенциальная диаграмма, ее назначение.
Изложить правило выбора знаков при нахождении потенциалов точек.
Сформулировать обобщенный закон Ома. Какова область его применения.
Сформулируйте первый закон Кирхгофа. Как определить число узловых уравнений? Правило знаков при написании узлового уравнения.
Формулировка второго закона Кирхгофа. Как определить число контурных уравнений. Правило знаков при написании контурного уравнения.
Что понимают под балансом мощностей? Как определяется мощность источника напряжения, источника тока, приемника.
Мощность каких элементов (активных или пассивных) может быть отрицательной и что это означает?
Преобразование схем электрических цепей
Цель лекции №3.
Ознакомившись с данной лекцией, студенты должны знать:
Цель преобразования электрических цепей.
Четко различать участки с последовательным и параллельным соединениями при рассмотрении смешанного соединения проводов.
Уметь преобразовывать соединение треугольник в эквивалентную звезду и обратно.
Уметь преобразовать источник э.д.с. в источник тока и обратно.
Преобразование схем электрических цепей.
Целью преобразования электрических цепей является их упрощение, это необходимо для простоты и удобства расчета.
Одним из основных видов преобразования электрических схем является преобразование схем со смешанным соединением элементов. Смешанное соединение элементов – это совокупность последовательных и параллельных соединений, которые и будут рассмотрены в начале данной лекции.
Последовательное соединение.
На
рис.20 изображена ветвь электрической
цепи, в которой последовательно включены
сопротивления R1,
R2,…,Rn.
Через все эти сопротивления проходит
один и тот же ток I.
Напряжения на отдельных участках цепи
обозначим через U1,
U2,…,
Un.
Рис.20. Последовательное соединение.
По второму закону Кирхгофа напряжение на ветви
U=U1+U2+…+Un= IR1+IR2+…+IRn=I (R1+R2+…Rn)=IRэкв. (23)
Сумма сопротивлений всех участков данной ветви
Называется эквивалентным последовательным сопротивлением.
Параллельное соединение.
На рис.21 изображена схема электрической цепи с двумя узлами, между которыми включено n параллельных ветвей с проводимостями G1, G2,…, Gn. Напряжение между узлами U, оно одинаково для всех ветвей.
Рис.
21. Параллельное
соединение (показать преобразованное).
По первому закону Кирхгофа ток общей ветви
I=I1+I2+…+In=G1U+G2U+…+GnU=U (G1+G2+…+Gn)=UGэкв. (24)
Сумма проводимостей всех ветвей, соединенных параллельно
называется эквивалентной проводимостью.
В случае параллельного сопротивления двух ветвей (n=2) обычно пользуются выражениями, в которые входят сопротивления и.
Эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных ветвей равно:
.
Смешанное соединение.
На рис.22 показано смешанное соединение электрической цепи:
Рис.22. Смешанное соединение.
Эта
схема легко приводится к одноконтурной.
Эквивалентировать схему обычно начинают
с участков наиболее удаленных от входных
зажимов.
Для схемы рис.22 – это участок
e-A.
Сопротивления R5 и R6 включены параллельно, поэтому необходимо
вычислить эквивалентное сопротивление
данного участка по формуле
Для понимания полученного результата можно изобразить промежуточную схему (рис.23).
Рис.23
Сопротивления R3, R4 и R/экв. соединены последовательно, и эквивалентное сопротивление участка c-e-f-d равно:
Rэкв.=R3+ R/экв.+R4.
После этого этапа эквивалентирования схема приобретает вид рис.24.
Рис.24
Затем находим эквивалентное сопротивление участка c-d и суммируем его с сопротивлением R1. Общее эквивалентное сопротивление равно:
.
Полученное
сопротивление эквивалентно сопротивлению
(рис.
25) исходной схемы со смешанным
соединением. Понятие “эквивалентно”
означает, что напряжение U
на входных зажимах и ток I
входной ветви остаются неизменными на
протяжении всех преобразований.
Рис.25
Преобразование треугольника в эквивалентную звезду.
Преобразованием треугольника в эквивалентную звезду называется такая замена части цепи, соединенной по схеме треугольником, цепью, соединенной по схеме звезды, при которой токи и напряжения в остальной части цепи сохраняются неизменными.
Т.е., под эквивалентностью треугольника и звезды понимается то, что при одинаковых напряжениях между одноименными зажимами токи, входящие в одноименные выводы, одинаковы.
Рис.26. Преобразование треугольника в звезду.
Пусть R12; R23; R31— сопротивления сторон треугольника;
R1; R2; R3— сопротивления лучей звезды;
I12; I23; I31— токи в ветвях треугольника;
I1;
I2;
I3—
токи, подходящие к зажимам 1, 2, 3.
Выразим токи в ветвях треугольника через подходящие токи I1, I2, I3.
По второму закону Кирхгофа сумма падений напряжений в контуре треугольника равна нулю:
I12R12+I23R23+I31R31=0
По первому закону Кирхгофа для узлов 1 и 2
I31=I12-I1; I23=I12+I2
При решении этих уравнений относительно I12 получим:
Напряжение между точками 1 и 2 схемы треугольника:
Напряжение между этими же точками схемы звезды равно:
U12=I1R1-I2R2.
Т.к. речь идет об эквивалентном
преобразовании, то необходимо равенство
напряжений между данными точками двух
схем, т.
е.
Это возможно при условии:
(25)
Третье выражение получено в результате круговой замены индексов.
Исходя из выражения (25) формулируется следующее правило:
Сопротивление луча звезды равно произведению сопротивлений сторон треугольника, прилегающих к этому лучу, деленному на сумму сопротивлений трех сторон треугольника.
Выше было получено выражение для тока в стороне 1-2 треугольника в зависимости от токов I1 и I2. Круговой заменой индексов можно получить токи в двух других сторонах треугольника:
Лучшие бесплатные симуляторы аналоговых схем
Мы изучили 30 бесплатных пакетов моделирования аналоговых схем, чтобы определить, какой из них подходит для анализа реальных схем и проектирования. Leland Teschler • Исполнительный редактор
В блогах и онлайн-форумах для инженеров часто упоминаются всевозможные бесплатные пакеты и услуги, предназначенные для разработчиков схем.
Проблема в том, что многие из этих бесплатных ресурсов в основном полезны для студентов и любителей. Им не хватает средств, которые сделали бы их ценными для инженеров, разрабатывающих или анализирующих схемы, входящие в промышленную продукцию.
Программа LTspice от Analog Devices Inc. является одним из наиболее мощных бесплатных аналоговых симуляторов. Он особенно хорош при моделировании мощных цепей.
Чтобы помочь найти наиболее полезные пакеты среди моря онлайн-мусора, мы провели обзор области бесплатных симуляторов схем, упомянутых в сообщениях и на форумах. Мы придумали 30 пакетов и онлайн-приложений, которые, казалось, предлагали преимущества при использовании в реальных схемах.
Несколько общих впечатлений: иногда симуляторы с открытым исходным кодом, упомянутые в старых сообщениях блога, просто исчезли. Другие пакеты, помеченные как симуляторы схем, на самом деле являются просто программами для ввода схем, дополненными некоторыми средствами компоновки печатных плат.
Ряд программ действительно выполняет моделирование аналоговых схем, но они были созданы университетскими исследователями, которые, похоже, потеряли интерес к их поддержке. Легко найти симуляторы, последнее обновление которых предшествовало изобретению iPhone.
Академические симуляторы также обычно поддерживают только базовые универсальные модели устройств; забудьте о проверке любого поведения, зависящего от номера детали. Тем не менее, мы включили эти симуляторы в наш список, если они все еще функционируют — их может быть достаточно, если цель состоит в том, чтобы просто получить быстрое представление о том, как ведет себя топология схемы.
Другой класс бесплатных симуляторов представляет собой фактически урезанный вариант программы, выставленной на продажу. Обычно в бесплатную версию встроено гораздо меньше моделей устройств, чем в платную. Также могут быть ограничения на сохранение вашей работы. В одном случае мы попробовали симулятор, который не только не позволял сохранять, но и выкладывал в открытый доступ любые схемы, созданные пользователями на бесплатном сервисе.
К счастью, не все бесплатные симуляторы страдают такими недостатками. Мы обнаружили несколько относительно мощных бесплатных пакетов, которые, по-видимому, не имеют особых условий. Некоторые из наиболее полезных — это оптимизированные определенные виды аналоговых схем, например, для источников питания или пассивных фильтров.
Мы перечислили все найденные нами симуляторы — хорошие, плохие и уродливые, — которые тем или иным образом выполняли моделирование схем. Они представлены в алфавитном порядке вместе с наиболее заметными преимуществами и недостатками, которые мы обнаружили.
Список
ADS 1.00 — Этот список кажется наиболее ценным для студентов, причем студентов первого семестра, а не для работающих инженеров. Он содержит только модели пассивных компонентов, источников напряжения и логических элементов. А источники ограничены источниками напряжения, а не источниками тока. И никаких транзисторных моделей. Так что вам не повезет, если вы захотите смоделировать схему, содержащую транзисторы — нет даже доступных источников тока для создания моделей транзисторов Эберса-Молля.
Где их найти. Нажмите на изображение, чтобы увеличить.
CircuitsCloud — Это еще один пакет для студентов. Пользователи создают схему в режиме онлайн, используя основные пассивные компоненты, операционные усилители, транзисторы NPN, PNP и NMOS. Источники включают в себя источники постоянного или переменного напряжения и тока и генератор импульсов. Но мы не могли понять, можно ли изменить частоту источников переменного тока или параметры генератора импульсов. И, кажется, в библиотеке не так много готовых схем.
CircuitLab — это симулятор на основе браузера, который включает довольно большую библиотеку элементов схем и готовых схем и учитывает различные единицы измерения при оценке выражений. Он также будет выполнять моделирование в частотной области и позволяет пользователям определять произвольные блоки передаточной функции Лапласа. Источники переменного тока, по-видимому, принимают любой параметр входной частоты, хотя при моделировании, по-видимому, не учитываются эффекты радиочастотного излучения.
Чтобы зафиксировать значение для компонентов и узлов, пользователь просто добавляет метку. В общем, очень прост в использовании.
CircuitLogix — Студенческая версия этого симулятора Spice со смешанными сигналами содержит более 4000 моделей устройств, что составляет примерно треть от числа, доступного в платной версии CircuitLogix Pro. Устройства студенческой версии включают полупроводники, дисплеи, индикаторы, переключатели, цифровые примитивы, цифровые ИС, линейные ИС, транзисторы, полевые транзисторы, оптоизоляторы, фотодиоды, регуляторы, эталоны, тиристоры, симисторы, источники питания, реле, математические устройства, линии передачи, моторы и так далее. Пользователи проверяют формы сигналов цепи с помощью виртуальных инструментов, которые включают в себя осциллограф, цифровой мультиметр, плоттер Боде, анализатор кривых, секвенсор данных, генератор сигналов, логический анализатор, логический пробник и логический генератор импульсов.
Circuit Sims — это Java-апплет.
Его преимущество состоит в том, что он предоставляет множество готовых широко используемых схем, которые можно вызывать. Типичные примеры включают фильтры, различные выпрямители, несколько схем на транзисторах/FET/MOSFET, схемы операционных усилителей и т.д. Все это можно модифицировать. Пользователь может настроить источники переменного тока на любую частоту. Пользователи могут изменить скорость бега и скорость симуляции с помощью ползунка. Тем не менее, это, вероятно, скорее учебное пособие или симулятор задней части конверта. Все модели устройств являются универсальными. Хотя апплет принимает любую частоту, которую вы вводите, он не позволяет использовать высокочастотные эффекты, поскольку входные частоты достигают мегагерцового и гигагерцового диапазона.
Circuit Simulator 1.6i для Windows — это загружаемая версия апплета Java Circuit Sims. С точки зрения производительности, они кажутся идентичными.
Версия аналогового симулятора Tina от Texas Instruments.
Circuitmod — Этот симулятор схем на основе Java является расширением симулятора схем Java ADS V1.00, который добавляет микросхемы CMOS, светодиодные матрицы и программирование PIC в библиотеку доступных функций.
DCAClab — Обычно пользователи платят за доступ к этому онлайн-симулятору, но существует бесплатная ограниченная версия. Визуально пользовательский интерфейс выглядит как компоненты схемы, подключенные к макетной плате, и кажется, что нет никаких ограничений на частоты, используемые в качестве входных данных. Но бесплатная версия крайне ограничена. Единственная доступная модель транзистора — это биполярная версия NPN, хотя включены модели с операционным усилителем и затвором. На дисплее осциллографа отображается до трех каналов, но отображение в частотной области недоступно, а наименьшая доступная установка времени составляет 0,5 мкс/дел.
EveryCircuit — За этот онлайн-симулятор взимается разовая плата в размере 15 долларов, но его можно запускать бесплатно, и мы не можем точно сказать, какие дополнительные возможности покупаются за 15 долларов.
Следует отметить, что приложение будет работать на телефонах Android или iOS. Симуляции, созданные на телефоне, можно сохранить в облаке, а затем запустить на настольном компьютере. Симулятор в основном предназначен для студентов, но, по-видимому, полезен для профессионалов из-за его довольно полной библиотеки компонентов, которая включает в себя источники напряжения и тока с регулируемым напряжением и током, трансформаторы с центральным ответвлением, МОП-транзисторы и биполярные транзисторы.
Gnucap — Этот усовершенствованный симулятор цепей общего назначения выполняет нелинейный анализ постоянного и переходного процессов, анализ Фурье и анализ переменного тока. Совместимые со Spice модели для MOSFET (уровень 1-7), BJT и диода включены в последнюю версию. Gnucap использует объектно-ориентированный подход к моделированию. Сложные модели, такие как МОП-транзисторы, состоят из более простых, таких как резисторы, конденсаторы, диоды и любые другие модели, которые могут уже существовать.
Одна небольшая проблема для пользователей ПК или Mac: Gnucap написан для работы на машинах с Linux. Вы можете запустить его версию, обратившись к бесплатному хостинг-провайдеру, такому как OnWorks (onworks.net/programs/gnucap-online), и используя бесплатную онлайн-рабочую станцию, такую как Ubuntu Online, Fedora Online, онлайн-эмулятор Windows или MAC OS онлайн. эмулятор.
IdealCircuit — основан на симуляторе смешанной схемы под названием NL5, разработанном в 1980-х годах. Первая общедоступная версия появилась в 2009 году. В ней используются идеальные компоненты, то есть, например, переключатель с нулевым/бесконечным сопротивлением и мгновенным переключением, диоды с постоянным падением напряжения в закрытом состоянии и нулевым током в открытом состоянии и так далее. Он представляет нелинейные компоненты как кусочно-линейные или как функцию (симулированную с задержкой в один шаг). IdealCircuit включает компоненты модели, такие как диодные мосты, компараторы, дифференциальные усилители, полевые транзисторы и биполярные транзисторы, линии передачи и функциональные блоки выборки и хранения.
LTspice — высокопроизводительный аналоговый симулятор. Первоначально он был разработан Linear Technology Inc., производителем прецизионных интегральных схем питания, поэтому он отлично подходит для моделирования топологий импульсных источников питания. Linear Technology была приобретена компанией Analog Devices Inc., которая до сих пор бесплатно предоставляет LTspice. LTspice включает в себя обширную библиотеку макромоделей, охватывающую большинство продуктов ADI для управления питанием и сигнальных цепей, а также библиотеку пассивных компонентов. Кроме того, пользователи могут добавлять атрибуты компонентов, такие как допуски значений компонентов и номинальные мощности, чтобы моделирование более точно имитировало поведение реальных устройств.
Micro-Cap 12 — Интересным моментом в этом симуляторе является то, что когда-то он продавался в розницу примерно за 4500 долларов. Теперь бесплатный симулятор включает в себя многостраничный редактор схем, встроенное надежное цифровое моделирование, анализ Монте-Карло, библиотеку из 33 000 деталей, анализ наихудшего случая и анализ дыма, диаграммы Смита и встроенный конструктор для активных и пассивных фильтров.
Он также может читать большинство обычных моделей Spice или IBIS. Включено также более 2000 стандартных цифровых компонентов, таких как обычные семейства 7400, CD4000 CMOS и ECL.
Multisim Live — это онлайн-версия симулятора под названием Multsim, который работает на рабочем столе. Обе версии поставляются компанией National Instruments Inc. (теперь известной как NI). Существует премиум-версия Multisim Live, за которую взимается ежемесячная плата. Бесплатная версия довольно ограничена. Возможно, наиболее заметным ограничением бесплатной версии является максимальное ограничение в 25 компонентов на схему и гораздо меньшее количество компонентов в библиотеке. Также обратите внимание: в бесплатной версии нет такого понятия, как личный файл. Если вы создадите схему в бесплатной версии, она будет доступна для просмотра всему миру.
naga EDA — Это полезно, только если у вас есть компилятор C++ или вы можете запускать язык Python. У нас нет ни того, ни другого, поэтому мы не могли дать этому вращение.
Кроме того, URL-адрес, указанный в качестве страницы поддержки, является мертвой ссылкой.
ngspice — основанный на программе Berkeley Spice3F5, ngspic поддерживает комбинацию аналоговых и цифровых компонентов и включает многочисленные модели устройств для активных, пассивных, аналоговых и цифровых элементов. Параметры модели поступают из внутренних коллекций, от производителей полупроводниковых устройств или литейных заводов по производству полупроводников. Пользователь добавляет схемы в виде списка соединений, а на выходе получается один или несколько графиков токов, напряжений и других электрических величин. Следует отметить, что ngspice не предоставляет запись схемы. Его ввод осуществляется из командной строки или из файла. Однако доступны сторонние интерфейсы. Также следует отметить, что программа принимает параметры моделей устройств PSpice или LTspice и списки соединений для имитации дискретных схем. ngspice также будет считывать библиотеки устройств Hspice из PDK полупроводниковых заводов для моделирования интегральных схем.
OpenSce — кажется, что это незавершенная работа, которая не обновлялась с 2013 года. Она призвана помочь в проектировании и определении характеристик линейных схем. Его статус указан как пре-альфа.
PartSim — это симулятор Spice на основе браузера, который также обрабатывает схемы и отображает сигналы. Плюсом является то, что PartSim включает менеджер спецификаций, который позволяет пользователям назначать номера деталей от дистрибьютора электроники Arrow. Симулятор имеет пользовательский интерфейс типа «укажи и щелкни» и в качестве примеров предоставляет несколько готовых схем. Однако пользователи должны зарегистрироваться, чтобы использовать PartSim.
PECS — Симулятор схемы силовой электроники был создан в Портлендском государственном университете около 20 лет назад и предназначен для моделирования во временной области коммутируемых сетей, которые могут содержать нелинейные элементы. Сегодня он, по-видимому, используется в основном в качестве учебного пособия для классов EE в штате Портленд.
Он имеет интерфейс «укажи и щелкни» и включает в себя около 30 компонентов в своей библиотеке.
Proteus — это набор программ, включающих смешанное моделирование Spice с моделями микропроцессоров для моделирования конструкций, содержащих процессоры. Proteus на самом деле платная программа, но есть бесплатная пробная версия без ограничения по времени. Проблема: вы не можете сохранить свою работу в бесплатной версии или использовать микропроцессоры, которых еще нет в симуляторе. Вы также не можете распечатать какие-либо схемы.
PSUD2 – Программный пакет PSU Designer предназначен для проектирования простых линейных (нерегулируемых) источников питания, в которых обычно используются электронные лампы, хотя он также может работать с полупроводниковыми компонентами. Напряжения и токи в источнике питания рассчитываются при запуске источника питания и при его стабилизации. Эти результаты отображаются графически и могут быть распечатаны. Последний раз он обновлялся в 2017 году.
QsapecNG — Этот тренажер был разработан студентами и преподавателями факультета энергоэффективности Флорентийского университета. Он состоит из двух частей: самого симулятора и пользовательского интерфейса, созданного с использованием инструментария с графическим интерфейсом под названием Qt. Не так много информации об этом, хотя он был обновлен семь месяцев назад.
Qucs — довольно универсальный симулятор цепей включает в себя графический интерфейс, основанный на наборе инструментов Qt, и выполняет анализ переменных и переменного тока, S-параметров, анализ баланса гармоник (хотя комментарии в Интернете указывают на то, что его возможности в этой области ограничены), анализ шума, и так далее. Серверная часть моделирования называется Qucsator и представляет собой симулятор схемы командной строки, принимающий список сетей в качестве входных данных и выводящий набор данных Qucs. Qucs также может импортировать существующие модели Spice. Первоначально разработанный под Linux, говорят, что он успешно скомпилирован и работает на машинах Windows и Mac.
SAPwin — Еще один симулятор, родом из Университета Флоренции. Он выполняет схематический захват, символьный анализ и графическую постобработку для линейных аналоговых схем. Он включает в себя несколько инструментов для создания схем, выполнения символьного анализа (нахождение сетевой функции в области Лапласа с символическими параметрами) и отображения результатов в графической форме. Доступны все пассивные и активные, биполярные и двухпортовые линейные компоненты, включая элементы RLC, управляемые источники, операционные усилители и маломощные эквивалентные модели транзисторов BJT и MOSFET. Графический постпроцессор может отображать функцию сети и отображать усиление, фазу, задержку, положение полюсов и нулей, шаги во временной области и импульсную характеристику.
SimulIDE — предназначен для любителей и поддерживает процессоры PIC, AVR и Arduino. Он жертвует точностью ради скорости и простоты. Он также имеет редактор кода и отладчик для GcBasic, Arduino, PIC asm и AVR asm.
Он все еще находится на ранней стадии разработки, но позволяет писать, компилировать и выполнять базовую отладку с помощью точек останова, контрольных регистров и глобальных переменных.
Solve Elec — Этот загружаемый пакет, предназначенный для студентов, изучающих физику и электротехнику, позволяет рисовать схемы, добавлять значения и формулы для токов и напряжений, проверять уравнения и рисовать графики. Типичные поддерживаемые задачи: рисование и анализ электрических цепей, работающих на постоянном токе, получение буквальных формул и значений силы тока и напряжения, определенных в цепи, проверка уравнений, связанных с цепью.
Tina-TI — это бесплатная версия симулятора от DesignSoft Inc. под названием Tina. Его предлагает компания Texas Instruments. Помимо обеспечения всего стандартного динамического, переходного и частотного анализа Spice, программа обеспечивает возможность постобработки, которая позволяет форматировать результаты удобным способом.
Пользователи выбирают формы входных сигналов и напряжения и формы сигналов узлов цепи пробника с помощью виртуальных инструментов. Бесплатная версия полностью функциональна, но не поддерживает некоторые другие функции, доступные в коммерческой версии. Модели схем для бесплатной версии доступны после бесплатной регистрации на сайте TI.
TinkerCAD — это набор симуляторов веб-приложений от Autodesk, который, как и следует его названию, предназначен для энтузиастов. Он охватывает проектирование 3D-структур, которые могут быть созданы на 3D-принтере, модуле кодирования и симуляторе схем. Симулятор схемы довольно примитивен. Он включает в себя базовые компоненты, такие как моторчики для хобби и светодиоды, но не включает транзисторы, операционные усилители или родственные полупроводники. Его основная цель — имитировать схемы, которые механик может питать от микроконтроллера Arduino.
Xsim — это программа для Windows, оптимизированная для проектирования пассивных перекрестных сетей RLC для громкоговорителей.
Таким образом, доступные компоненты состоят из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Некоторые встроенные схемы, состоящие из нескольких частей, можно настраивать по таким параметрам, как добротность, угловая частота, затухание и т. д. Программа позволяет генерировать графики импеданса, напряжения, потребляемой мощности, групповой задержки и отклика на импульсные, ступенчатые и прямоугольные входные сигналы. Вы можете наблюдать, как меняется производительность и/или нагрузка на любую часть, когда вы настраиваете значения структуры или компонентов в режиме реального времени.
Xyce — Это мощный симулятор, разработанный в Sandia National Labs, оптимизированный для работы на крупномасштабных параллельных вычислительных платформах, хотя, очевидно, он также будет работать на настольном компьютере. Он предназначен для решения чрезвычайно больших (> 100 000 устройств) проблем с цепями. И он работает строго из входных данных командной строки, хотя есть инструменты для захвата схем, которые будут работать с ним.
В документации к программе говорится, что Xyce включает в себя новые подходы к числовым ядрам, включая снижение порядка модели, алгоритмы продолжения, интегрирование по времени и использует формулировку дифференциально-алгебраического уравнения, которая лучше изолирует пакет модели устройства от алгоритмов решателя. В целом, в Xyce, вероятно, намного больше лошадиных сил, чем нужно обычному пользователю. ДВ
Рубрики: ТЕХНОЛОГИИ + ПРОДУКТЫ, Схемы
С тегами: texasinstruments, AnalogDevices
Предотвращение электрических перегрузок | Семейный мастер на все руки
Понимание электрических перегрузок
Каждый декабрь , сосед через улицу освещает квартал сложной праздничной иллюминацией. Четырехфутовые пластиковые ангелы стоят рядами, 3-футовые. свечи усеивают пейзаж, эльфы выскакивают из-за пластиковых снежных фигур, а Санта в своих загруженных санях скользит по крыше со стаей северных оленей.
Но каждый год десятки подобных уличных световых шоу неожиданно гаснут. Возможно, вы подключили небольшой электрический обогреватель и включили его, чтобы согреть ноги. Или включил фен. Или бросила закуску в тостер. Выключается не только наружный дисплей, но, возможно, и большинство основных напольных светильников. Телевизор в семейной комнате выключается. Часы на кухне останавливаются. А потом электрик говорит, что холодильник тоже перестал включаться.
Проблема? Перегруженная цепь. Мощность, необходимая для наружного освещения, добавлялась к нагрузке от холодильника, обогревателя и любых других устройств, подключенных к той же цепи, и все они работали одновременно, что превышало мощность электропроводки ( Рис. A ).
Будьте уверены, что перегрузка в правильно установленной электрической системе не сожжет ваш дом. «Защитное устройство от перегрузки по току» на главной панели автоматически отключит питание до того, как произойдет повреждение. В большинстве случаев устройство представляет собой автоматический выключатель, который отключается.
В старых системах предохранитель «перегорает». Но найти решение может быть проблематично.
В этой статье мы расскажем, как разобраться в цепях в вашей электросети и избежать перегрузок. Вы не только избежите случайных отключений электроэнергии, но и избежите хронической перегрузки, если расширите свою систему, включив в нее дополнительные розетки, осветительные приборы или праздничное освещение.
Рисунок A: Цепь с перегрузкой
Электрическая цепь со слишком большим количеством включенных электрических устройств может превысить лимит цепи. Автоматические выключатели или предохранители автоматически отключат цепь на главной панели.
Семейный мастер на все руки
Схемная логика
Нервным центром вашей электрической системы является главная панель, обычно представляющая собой серую металлическую коробку размером с противень для печенья, которая обычно находится в каком-нибудь неясном месте в подсобном помещении, гараже или подвале.
Три больших провода от энергоснабжающей компании питают главный щит. Хотя вы можете заметить провода снаружи, если они находятся над головой, они будут заключены в кабелепровод внутри для безопасности, потому что они содержат 9 проводов.0003 практически неограниченная электрическая мощность .
Автоматические выключатели (или предохранители) на главном щите ограничивают мощность до уровня, с которым ваша система электропроводки может безопасно работать, и направляют эту мощность через ответвления, провода, идущие к различным частям вашего дома. Если вы включаете слишком много вещей, и потребляемая мощность в какой-либо одной цепи превышает пределы автоматического выключателя (или предохранителя), выключатель размыкается и отключает всю цепь, позволяя вам заметить, что у вас есть перегрузка или какая-то другая проблема. .
На первый взгляд, паутина проводов, тянущаяся от главной панели, может показаться невероятно сложной. К счастью, в Национальном электротехническом кодексе (NEC) предусмотрена логика схемы, упрощающая систему.
Схемы на главной панели условно делятся на два типа — специализированные и общего назначения. Это наиболее распространенные нарушения NEC, которые совершают домашние мастера.
К выделенным контурам относятся контуры, обслуживающие один прибор с большой вытяжкой, такой как печь, плита, встроенная микроволновая печь и измельчитель мусора (см. таблицу).
Другие выделенные контуры предназначены для специального использования, например, для небольших кухонных приборов, прачечного оборудования и ванных комнат. Из-за потенциально большого потребления электроэнергии в этих цепях NEC ограничивает их использование (хотя небольшие электрические цепи могут обслуживать розетки в соседней столовой; см. , рис. C ).
Большинство из них должны быть помечены на главной панели, хотя часто это не так. И не удивляйтесь, если вы найдете другие розетки на этих цепях в старых и реконструированных домах. С годами NEC постепенно увеличивала количество выделенных цепей по мере роста использования электроприборов.
Цепи общего назначения, с другой стороны, обслуживают несколько розеток, таких как освещение и большинство остальных розеток в вашем доме. Обычно вы можете подключиться к одной из этих цепей, когда вам нужна дополнительная мощность или вы хотите добавить еще одну розетку. Но не всегда. Если вы добавляете розетку для устройства с высокой мощностью, такого как кондиционер или электрический обогреватель, вам, возможно, придется запустить совершенно новую цепь.
Рисунок B: Устранение перегрузки
Суммируйте все электрические нагрузки в цепи. Если нагрузка превышает предел, разрешенный Национальным электротехническим кодексом, перераспределите нагрузку на другие цепи общего назначения или подключите новые цепи к самым большим нагрузкам.
Семейный мастер на все руки
Общие выделенные цепи
Требуемая мощность устройства (Вт)
- Электрическая плита 5000 (240 В)
- Электрическая сушилка 6000 (240 В)
- Обогреватель 1000 и выше
- Стиральная машина 1,150
- Печь (воздуходувка) 800
- Микроволновая печь 700–1400
- Холодильник (не требуется) 700
- Морозильная камера (не требуется) 700
- Посудомоечная машина 1400
- Центральный пылесос 800
- Гидромассажная ванна/джакузи 1000 и выше
- Измельчитель мусора 600–1200
- Кухонная столешница (два контура): Тостер 900
- Кофеварка 800
- Тостер 1400
- Ванная комната: фен 300–1200
Решения по устранению перегрузок
Немедленное решение проблемы перегрузки простое: переместите некоторые подключаемые устройства из перегруженной цепи в другую цепь общего назначения.
Затем снова включите автоматический выключатель или замените предохранитель и снова включите устройство.
Однако на практике не так просто понять, что вы нашли хорошее долгосрочное решение. Сначала вам нужно найти розетки в другой цепи общего назначения. Затем вам нужно найти удобный способ добраться до него. Не поддавайтесь искушению решить проблему с помощью удлинителя. Удлинители предназначены для кратковременного использования. Их нельзя использовать в качестве постоянной проводки или закреплять на месте.
Чтобы отследить схемы общего назначения, начните с меток на главной панели. Они должны дать вам некоторое представление о том, где проходят цепи. Они обычно точны для выделенных цепей, но часто слишком расплывчаты, чтобы помочь вам точно определить розетки общего назначения. Скорее всего, вам придется наметить эти схемы самостоятельно.
Чтобы проследить цепь, выключите ее выключатель на главной панели (или выкрутите предохранитель), затем проверьте домашние розетки, включив выключатели и подключенные устройства, а также подключив контрольную лампу к открытым розеткам.
Проверьте верхнюю и нижнюю розетки стандартных дуплексных розеток, поскольку они иногда подключаются к разным цепям. И убедитесь, что коммутируемые розетки «включены», прежде чем проверять их. Также проверьте наружное освещение и розетки. Неработающие розетки подключаются к выключенной цепи. Запишите свои результаты или нанесите их на простую диаграмму плана этажа, чтобы не забыть и не пропустить места ( Рис. C ).
Повторяйте для других цепей, пока не узнаете, что к чему. Не удивляйтесь, если вы найдете розетки общего назначения на выделенных цепях. Нередко семейная комната находится в той же цепи, что и холодильник ( рис. A ). (И не забудьте переустановить часы, когда закончите!)
После того, как вы наметите схемы общего назначения (еще лучше — все ваши схемы), наточите карандаш и суммируйте существующие электрические нагрузки на них. . На рис. B показаны нагрузки различных источников света и устройств, которые изначально были подключены к одной из цепей, представленных на рис.
A.
На электрических лампах обычно указана их мощность. Моторы часто оцениваются в амперах или «амперах» (амперы x 120 вольт = ватты), цифра, которую вы найдете на табличке на двигателе или где-либо еще на устройстве. Телевизоры и другая электроника обычно имеют мощность в ваттах на задней этикетке. Затем определите дополнительную нагрузку, которую вы хотите добавить, в данном случае праздничные огни.
Временно подключенные устройства, такие как пылесос или временно используемый переносной электрический обогреватель, не учитываются. Устройства (например, праздничные фонари или часто используемые электронагреватели) с длительным использованием учитываются.
Цепь перегружена, если: A. Общая нагрузка превышает 1800 Вт для 15-амперной цепи. (120 вольт x 15 ампер = 1800 ватт.) Ищите номинальное значение силы тока в цепи крошечными цифрами на выключателе или предохранителе, чтобы определить, сколько розеток вы можете иметь в 15-амперной цепи. Для 20-амперной цепи предельная нагрузка составляет 2400 Вт.
B. В цепи с несколькими розетками вы найдете любой прибор или оборудование, рассчитанное более чем на половину номинальной мощности цепи, 900 Вт для 15-амперной цепи. (Эти устройства большой мощности должны иметь специальные цепи.)
При проверке мы обнаружили, что схема примера на рис. одно устройство. Лучшим решением для решения этой ситуации с перегрузкой является запуск выделенной цепи для наибольшей нагрузки. На практике, чтобы избежать высоких затрат на установку, профессиональные электрики подключают новые цепи к приборам, до которых им легче всего добраться.
В нашем случае профессиональный электрик подключил бы две новые цепи: одну к холодильнику (700 Вт), а другую к розетке обогревателя (более 1000 Вт). См. Рис. B .
Практический совет: Не нагружайте свои схемы по максимуму (цифра около 80 процентов). В противном случае у вас, скорее всего, возникнут проблемы с перегрузками при временном подключении устройств с высоким энергопотреблением, таких как пылесос (от 800 до 1100 Вт).
Рисунок C. Сопоставьте схемы
Нарисуйте план своего этажа и нарисуйте электрические розетки, пометив их в соответствии с их номером цепи на главной панели. Цепи 11 и 12 являются цепями общего назначения.
Семейный мастер на все руки
Добавление новой розетки
После расчета нагрузок на ваши цепи общего назначения вы можете перераспределить нагрузки (подключаемые устройства), чтобы ни одна цепь не имела мощность более 1800 Вт. Однако это не всегда удобно. Вам часто придется добавлять новую цепь, как мы сделали в нашем примере, или устанавливать новую розетку, чтобы получить питание там, где вы хотите.
Чтобы добавить новую розетку, найдите цепь достаточной мощности (в соответствии с приведенными выше правилами A и B), которая имеет удобную соединительную коробку для подключения. Иногда вы можете найти легкий доступ к источникам света или распределительным коробкам в недостроенном подвале. В противном случае загляните на чердак.
Распределительные коробки на большинстве чердаков (при условии, что ваш чердак доступен) обычно скрыты под изоляцией, поэтому вам, вероятно, придется убрать изоляцию в сторону. (Если вы делаете это, наденьте пылезащитную маску, защитные очки и одежду с длинными рукавами!) Сначала ищите распределительные коробки рядом с отверстием для доступа или над потолочными светильниками в комнатах ниже. (Помните: питание должно подаваться непосредственно на световой короб, а не от выключателя.)
ОСТОРОЖНО : Электрические коробки могут содержать провода от нескольких цепей. Прежде чем прикасаться к проводам, проверьте их с помощью тестера напряжения, чтобы убедиться, что питание отключено.
Практический совет: Если проводка в коробке выглядит сложной, найдите другую коробку или вызовите электрика для выполнения соединений.
Убедитесь, что размер существующей коробки достаточен для размещения дополнительного нового кабеля. Провода, упакованные в слишком маленькую коробку, могут перегреваться.
Практический совет: часто бывает проще и быстрее запустить совершенно новую схему с главной панели, чем найти и подключиться к существующей схеме. Если вы устанавливаете новую розетку самостоятельно и протягиваете новый кабель обратно к главной панели, электрик произведет подключение внутри панели.
ОСТОРОЖНО : Работа внутри главной панели опасна. Пусть этим занимается профи.
Плата за безопасные методы работы с электричеством
Всегда обращайтесь за разрешением на электроснабжение в местный отдел строительной инспекции, когда вы выполняете электротехнический проект. Разрешение не только гарантирует, что ваша работа будет проверена на предмет надлежащей техники и безопасности, но также и то, что вы должным образом проанализировали схему вашего дома и следуете четкому плану.
Популярные видео
ⓘ
Солнечная интеграция: основы инверторов и сетевых услуг
Офис технологий солнечной энергии
Что такое инверторы?
Инвертор является одним из наиболее важных элементов оборудования в системе солнечной энергии.
Это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC), которое генерирует солнечная панель, в электричество переменного тока (AC), которое использует электрическая сеть. В постоянном токе электричество поддерживается при постоянном напряжении в одном направлении. В переменном токе электричество течет в обоих направлениях по цепи, когда напряжение меняется с положительного на отрицательное. Инверторы — это лишь один пример класса устройств, называемых силовой электроникой, которые регулируют поток электроэнергии.
По сути, инвертор выполняет преобразование постоянного тока в переменный, очень быстро переключая направление входа постоянного тока назад и вперед. В результате вход постоянного тока становится выходом переменного тока. Кроме того, фильтры и другая электроника могут использоваться для создания напряжения, которое изменяется в виде чистой повторяющейся синусоидальной волны, которую можно подавать в энергосистему. Синусоида — это форма или схема, которую напряжение создает с течением времени, и это модель мощности, которую сеть может использовать без повреждения электрооборудования, которое предназначено для работы на определенных частотах и напряжениях.
Первые инверторы были созданы в 19 веке и были механическими. Например, вращающийся двигатель будет использоваться для постоянного изменения того, подключен ли источник постоянного тока вперед или назад. Сегодня мы делаем электрические переключатели из транзисторов, твердотельных устройств без движущихся частей. Транзисторы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний или арсенид галлия. Они контролируют поток электричества в ответ на внешние электрические сигналы.
A 1909 г. 500-киловаттный «роторный преобразователь» Westinghouse, ранний тип инвертора. Иллюстрация предоставлена Викимедиа.
Если у вас есть домашняя солнечная система, ваш инвертор, вероятно, выполняет несколько функций. Помимо преобразования вашей солнечной энергии в энергию переменного тока, он может контролировать систему и предоставлять портал для связи с компьютерными сетями. Аккумуляторные системы с солнечными батареями полагаются на усовершенствованные инверторы для работы без какой-либо поддержки со стороны сети в случае перебоев, если они предназначены для этого.
К сети на основе инвертора
Исторически сложилось так, что электроэнергия в основном вырабатывалась путем сжигания топлива и создания пара, который затем вращал турбогенератор, вырабатывающий электричество. Движение этих генераторов вырабатывает мощность переменного тока по мере вращения устройства, что также определяет частоту или количество повторений синусоидальной волны. Частота сети является важным показателем для контроля за исправностью электрической сети. Например, при слишком большой нагрузке — слишком большом количестве устройств, потребляющих энергию, — энергия удаляется из сети быстрее, чем может быть поставлена. В результате турбины замедлятся, а частота переменного тока уменьшится. Поскольку турбины представляют собой массивные вращающиеся объекты, они сопротивляются изменениям частоты точно так же, как все объекты сопротивляются изменениям своего движения — свойство, известное как инерция.
По мере того, как к сети добавляется больше солнечных систем, к сети подключается больше инверторов, чем когда-либо прежде.
Инверторная генерация может производить энергию на любой частоте и не обладает такими инерционными свойствами, как паровая генерация, поскольку в ней нет турбины. В результате переход к электрической сети с большим количеством инверторов требует создания более интеллектуальных инверторов, которые могут реагировать на изменения частоты и другие сбои, возникающие во время работы сети, и помогают стабилизировать сеть от этих сбоев.
Сетевые службы и инверторы
Сетевые операторы управляют спросом и предложением электроэнергии в электрической системе, предоставляя ряд сетевых услуг. Сетевые услуги — это действия, выполняемые сетевыми операторами для поддержания общесистемного баланса и лучшего управления передачей электроэнергии.
Когда сеть перестает работать должным образом, например, при отклонениях напряжения или частоты, интеллектуальные инверторы могут реагировать по-разному. В общем, стандарт для небольших инверторов, таких как те, которые подключены к домашней солнечной системе, должен оставаться включенным во время или «проходить через» небольшие сбои в напряжении или частоте, и если сбой длится в течение длительного времени или больше, чем обычно , они отключатся от сети и отключатся.
Частотная характеристика особенно важна, потому что падение частоты связано с неожиданным отключением генерации. В ответ на изменение частоты инверторы настраиваются на изменение выходной мощности для восстановления стандартной частоты. Ресурсы на основе инвертора могут также реагировать на сигналы оператора об изменении их выходной мощности по мере того, как другие поставки и потребности в электрической системе колеблются, что представляет собой сетевую услугу, известную как автоматическое управление генерацией. Чтобы предоставлять сетевые услуги, инверторы должны иметь источники энергии, которыми они могут управлять. Это может быть либо генерация, например солнечная панель, которая в настоящее время производит электроэнергию, либо хранение, например аккумуляторная система, которую можно использовать для обеспечения энергии, которая ранее накапливалась.
Еще одна сетевая услуга, которую могут предоставлять некоторые передовые инверторы, — формирование сети. Инверторы, формирующие сеть, могут запустить сеть, если она выходит из строя — процесс, известный как запуск из обесточенного состояния.
Традиционным «сетевым» инверторам требуется внешний сигнал из электрической сети, чтобы определить, когда произойдет переключение, чтобы создать синусоидальный сигнал, который можно ввести в электрическую сеть. В этих системах мощность из сети обеспечивает сигнал, который инвертор пытается согласовать. Более совершенные сеткообразующие инверторы могут сами генерировать сигнал. Например, сеть небольших солнечных панелей может назначить один из своих инверторов для работы в режиме формирования сети, в то время как остальные следуют его примеру, как партнеры по танцу, формируя стабильную сеть без какой-либо турбинной генерации.
Реактивная мощность — одна из наиболее важных функций, которые могут предоставлять инверторы. В сети напряжение — сила, толкающая электрический заряд — всегда переключается туда-сюда, как и ток — движение электрического заряда. Электрическая мощность максимизируется, когда напряжение и ток синхронизированы. Однако могут быть случаи, когда напряжение и ток имеют задержки между двумя чередующимися моделями, например, когда двигатель работает.
Если они не синхронизированы, часть мощности, протекающей по цепи, не может быть поглощена подключенными устройствами, что приводит к потере эффективности. Для создания такого же количества «реальной» мощности потребуется больше общей мощности — мощности, которую могут поглотить нагрузки. Чтобы противодействовать этому, коммунальные предприятия поставляют реактивную мощность, которая синхронизирует напряжение и ток и облегчает потребление электроэнергии. Эта реактивная мощность не используется сама по себе, а делает полезной другую мощность. Современные инверторы могут как обеспечивать, так и поглощать реактивную мощность, помогая сетям сбалансировать этот важный ресурс. Кроме того, поскольку реактивную мощность трудно транспортировать на большие расстояния, особенно полезными источниками реактивной мощности являются распределенные энергетические ресурсы, такие как солнечная энергия на крыше.
Рабочий проверяет инвертор на солнечной станции CoServ мощностью 2 МВт в Крюгервилле, штат Техас.
Фото Кена Олтманна/CoServ.
Типы инверторов
Существует несколько типов инверторов, которые могут быть установлены как часть солнечной системы. На крупномасштабной коммунальной станции или в среднем по масштабу общественном солнечном проекте каждая солнечная панель может быть подключена к одному центральному инвертору . Строка инверторы соединяют набор панелей — цепочку — с одним инвертором. Этот инвертор преобразует мощность, производимую всей цепочкой, в переменный ток. Несмотря на свою экономичность, эта установка приводит к снижению выработки энергии на цепочке, если на какой-либо отдельной панели возникают проблемы, такие как затенение. Микроинверторы – это инверторы меньшего размера, размещенные на каждой панели. С микроинвертором затенение или повреждение одной панели не повлияет на мощность, которую можно получить от других, но микроинверторы могут быть дороже. Оба типа инверторов могут поддерживаться системой, которая контролирует, как солнечная система взаимодействует с подключенным аккумулятором.