Site Loader

Содержание

Классификация автоматических выключателей. Типы электрических автоматов.

Автоматический выключатель представляет собой электротехническое устройство, основным назначением которого является совершение переключение своего рабочего состояния при возникновении определённой ситуации. Автоматы электрические совмещают в себе два устройства, это обычный выключатель и магнитный (или тепловой) расцепитель, задачей которого является своевременный разрыв электрической цепи в случае превышения порогового значения силы тока. Автоматические выключатели, как и все электрические устройства, также имеют различные разновидности,  что их разделяет на определённые типы. Давайте ознакомимся с основными классификациями автоматических выключателей.

1» Классификация автоматов по количеству полюсов:

а) однополюсные автоматы

б) однополюсные автоматы с нейтралью

в) двухполюсные автоматы

г) трехполюсные автоматы

д) трехполюсные автоматы с нейтралью

е) четырехполюсные автоматы

2» Классификация автоматов по типу расцепителей.

В конструкцию различных видов автоматических выключателей, обычно, входят 2 основных типа расцепителей (размыкателей) — электромагнитный и тепловые. Магнитные служат для электрической защиты от короткого замыкания, а тепловые размыкатели предназначены в основном для защиты электрических цепей по определённому току перегрузки.

3» Классификация автоматов по току расцепления: В, С, D, (A, K, Z)

ГОСТ Р 50345-99, по току мгновенного расцепления автоматы разделяются на такие типы:

а) тип «B» — свыше 3•In до 5•In включительно (In — это номинальный ток)

б) тип «C» — свыше 5•In до 10•In включительно

В) тип «D» — свыше 10•In до 20•In включительно

Производителей автоматов в Европе имеют несколько иную классификацию. К примеру, у них имеется дополнительный тип «A» (свыше 2•In до 3•In). У некоторых производителей автоматических выключателей также существуют дополнительные кривые выключения (у АВВ автоматы с кривыми K и Z).

4» Классификация автоматов по роду тока в цепи: постоянного, переменного, обоих.

Номинальные электрические токи для основных цепей расцепителя подбирают из: 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А. Также дополнительно выпускаться автоматы на номинальные токи основных электроцепей автоматов: 1500; 3000; 3200 А.

5» Классификация по наличию токоограничения:

а) токоограничивающие

б) нетокоограничивающие

6» Классификация автоматов по видам расцепителей:а) с максимальным расцепителем тока

б) с независимым расцепителем

в) с минимальным либо нулевым расцепителем напряжения

7»  Классификация автоматов по характеристике выдержки времени:а) без выдержки времени

б) с выдержкой времени, независимой от тока

в) с выдержкой времени, обратно зависимой от тока

г) с сочетанием указанных характеристик

8» Классификация по наличию свободных контактов: с контактами и без контактов.

9» Классификация автоматов по способу подсоединения внешних проводов:а) с задним присоединением

б) с передним присоединением

в) с комбинированным присоединением

г) с универсальным присоединением (и передним и задним).

10» Классификация по виду привода: с ручным, с двигательным и с пружинным.

P.S. У всего есть свои разновидности. Ведь если бы существовала только одна вещь в своём единственном экземпляре, это было бы как минимум просто скучно и слишком ограниченно! Тем многообразие и хорошо, что в нём можно выбрать именно то, что максимум соответствует своим потребностям.

Разновидности АКПП | Типы автоматических коробок передач

Водителям автомобилей оснащенных механической коробкой переключения передач, время от времени, для того чтобы включить нужную передачу, приходится управлять машиной при помощи лишь одной только руки. В отличие от них счастливые обладатели транспорта с автоматической коробкой переключения передач за рулевое колесо, на протяжении всего движения, могут держаться обеими руками. И сейчас мы рассмотрим основосоставляющие типы автоматических коробок передач.


      Краткое содержание:

  1. Что из себя представляет гидравлическая АКПП;
  2. Робот автомат. Чем отличается робот от автомата;
  3. О коробке ДСГ
  4. Зачем DSG 2 сцепления;
  5. Коробка Вариатор;
  6. Что лучше вариатор или автомат. Отличия и особенности.
  7. Что надежнее: Робот, Вариатор или АКПП?

Разновидности АКПП | Типы автоматических коробок

Классический гидравлический «Автомат» (АКПП) | Гидроавтомат


Ярким примером классической АКПП является именно

гидравлический тип акпп, он же гидроавтомат. В отсутствии прямой связи между двигателем и колесами и заключается особенность данного типа акпп. Встает вопрос о том — каким же образом крутящий момент передается? Ответ прост — двумя турбинами и рабочей жидкостью. В последствии дальнейшей «эволюции» такого типа «автомата» роль управления в них взяли на себя специализированные электронные устройства, что позволило добавить в такие АКПП специальные «зимний» и «спортивный» режимы, появилась программа для экономичной езды и возможность переключать передачи «вручную». 


В отличии от механической коробки переключения передач гидравлическому «автомату» топлива требуется несколько больше и времени на разгон нужно больше. Но эта та цена, которую приходится заплатить за комфорт. И именно «гидравлика», бросив вызов «механике», одержала уверенную победу во многих странах, кроме «старушки Европы».

 

Как работает автоматическая коробка передач

 

Водителями в Европе продолжительное время все разновидности АКПП категорически не принималась. Многое пришлось сделать инженерам прежде чем окончательно адаптировали автоматическую коробку переключения передач для Европы. Но все это в итоге послужило повышению экономичности, появлению таких режимов как «зимний» и «спортивный». К тому же коробка научилась подстраиваться индивидуально под стиль вождения водителя, появилась возможность ручного переключения передач на АКПП — что было немаловажно для европейских водителей. 

 


Каждый из производителей предпочитал по своему называть такие трансмиссии, но самым первым из названий появилось — Autostick. Одним из самых распространенных сегодня по праву считается изобретение фирмы АУДИ — Tiptronic. БМВ, например такую трансмиссию назвали — Steptronic, Вольво же сочли подходящим названием для коробки-автомата Geartronic.


Все же при том что водитель включает передачи сам, ручным полностью он не считается. Это больше полуавтоматика, потому как трансмиссионный компьютер продолжает контролировать работу автомобиля вне зависимости от выбранного режима.

 

Роботизированная коробка передач | АКПП робот


МТА (Manual Transmission Automatically Shifted) — или так называемый в народе робот DSG, конструктивно, пожалуй, во многом сходен с «механикой», но с точки зрения управления — это ни что иное как АКПП. И хотя расход топлива здесь более умеренный, чем все на той же МКПП, есть и свои нюансы. «Робот» весьма эффективен лишь на весьма умеренном темпе езды.

 

Чем более агрессивным становится манера езды, тем болезненнее ощущаются переключения передач. Порой при переключениях даже может показаться, что вас как будто кто-то пихает в задний бампер. То есть

отличие робота (Дсг) от автомата заключается в принципе работы первого. Однако невысокая стоимость и незначительный вес АКПП вполне компенсируют этот недостаток.

 

О коробке DSG Видео

 

Зачем «Роботу» два сцепления?

Volkswagen Golf R32 DSG с 2 сцеплениями

 

Существующие недостатки серьезно осложняли эксплуатацию роботизированной трансмиссии, особенно остро это отражалось на комфортности движения. Поэтому конструкторы в ходе продолжительных «поисков» пришли в итоге к решению которое решило проблемы — они оснастили «робота» двумя сцеплениями.

 

В 2003 году компания Фольксваген запустила в массовое производство роботизированную трансмиссию с двумя сцеплениями, впервые установив ее на автомобили Гольф R32. Название ему присвоили DSG (Direct Shift Gearbox). Здесь четными передачами управлял один диск сцепления, а нечетными второй. Работу коробки это существенно смягчило, но тут появился другой солидный недостаток — цена этой АКПП довольно высока. Хотя массовое признание автолюбителями такой трансмиссии сможет решить эту проблему.


Вариатор | Вариаторная коробка передач


Вариаторная трансмиссия (Continuously Variable Transmission) — она крутящий момент изменяет плавно, в этом есть ее особенность. Данная разновидность АКПП не имеет ступеней, фиксированное передаточное число у ее передач отсутствует. И если сравнить ее с «гидравликой» — то работу последней мы можем отслеживать по показаниям тахометра, а вот

вариатор очень размеренно подхватывает моменты переключения передач при этом скоростной баланс остается неизменным.

 

Вариатор | Бесступенчатая трансмиссия

Полезное видео о том, что из себя представляет вариаторная коробка передач

 

Особенности | Отличия вариатора от АКПП.

Не смогут полюбить такую коробку те водители которые привыкли «слушать» свой автомобиль, потому как подобно троллейбусу, вариаторная акпп не меняет тональности двигателя. Но отказываться от вариатора по этой причине, пожалуй, не стоит. Инженеры нашли выход из этой ситуации, добавив режим, где «виртуальные передачи» можно выбирать вручную. Режим переключения передач имитирует, что позволяет водителю ощущать езду как на обычной автоматической коробке переключения передач.

 

Как определить какая коробка установлена в автомобиле, вариатор или гидроавтомат:

  1. По возможности изучите техническую документацию автомобиля. В большинстве случаев автомат обозначается как AT (Automatic Transmission), вариатор — CVT;
  2. Поищите информацию в интернете. Обычно в технических характеристиках на популярных сайтах Вы обязательно найдете ответ;
  3. Тест-драйв. Если на автомобиле установлен вариатор — то никаких, даже малозаметных толчков, рывков Вы не почувствуете, разгон схож с набором скорости «троллейбуса». На классическом автомате ощущаются переключения передач, хотя на исправном они практически незаметны, не «почувствовать» их невозможно.

 

Что надежнее и лучше: вариаторная коробка, робот или автомат?

 

Выбор автоматического выключателя виды и характеристики автоматов

Автоматическими выключателями называются устройства, задача которых состоит в защите электрической линии от воздействия мощного тока, способного вызвать перегрев кабеля с дальнейшим оплавлением изоляционного слоя и возгоранием. Возрастание силы тока может быть вызвано слишком большой нагрузкой, что происходит при превышении суммарной мощностью устройств той величины, которую кабель может выдержать по своему сечению – в этом случае отключение автомата происходит не сразу, а после того, как провод нагреется до определенного уровня. При КЗ ток возрастает многократно в течение доли секунды, и устройство тут же реагирует на него, мгновенно прекращая подачу электричества в цепь. В этом материале мы расскажем, какими бывают типы автоматических выключателей и их характеристики.

Автоматические защитные выключатели: классификация и различия

Помимо устройств защитного отключения, которые не используются по отдельности, есть 3 типа автоматов защиты сети. Они работают с нагрузками разной величины и отличаются между собой по своей конструкции. К ним относятся:

  • Модульные АВ. Эти устройства монтируются в бытовых сетях, в которых протекают токи незначительной величины. Обычно имеют 1 или 2 полюса и ширину, кратную 1,75 см.

  • Литые выключатели. Они предназначены для работы в промышленных сетях, с токами до 1 кА. Выполнены в литом корпусе, из-за чего и получили свое название.
  • Воздушные электрические автоматы. Эти устройства могут иметь 3 или 4 полюса и выдерживают силу тока до 6,3 кА. Используются в электрических цепях с установками высокой мощности.

Существует еще одна разновидность автоматов для защиты электросети – дифференциальные. Мы не рассматриваем их отдельно, поскольку такие устройства представляют собой обычные автоматические выключатели, в состав которых входит УЗО.

Из чего состоит автомат?

Обычный автомат состоит из следующих элементов:

  • Ручка взвода. С помощью неё можно произвести включение автомата после его срабатывания или же отключить, чтобы обесточить цепь.
  • Механизм включения.
  • Контакты. Обеспечивают соединение и разрыв цепи.
  • Клеммы. Подключаются к защищаемой сети.
  • Механизм, срабатывающий по условию. Например, биметаллическая тепловая пластина.
  • Во многих моделях может присутствовать регулировочный винт, для корректировки номинального значения силы тока.
  • Дугогасительный механизм. Присутствует на каждом из полюсов прибора. Представляет собой небольшую камеру, в которой размещены омедненные пластины. На них дуга гасится и сходит на нет.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

  • Электромагнитные.
  • Тепловые.

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.

Наличие этих опций значительно увеличивает стоимость аппарата.

Обозначения и маркировка

Защитные устройства обладают техническими параметрами, нанесенными на лицевой панели прибора.

Кроме типа автомата на нем указываются:

  • номинальное напряжение – определяется производителем;
  • самая высокая величина тока, посредством которой автомат сохраняет работоспособность;
  • номинальный ток расцепителя – при увеличении тока в электросети определенный период времени не будет происходить срабатывание автомата;
  • период времени, в течение которого произойдет отключение;
  • предельный ток срабатывания – это показатель тока короткого замыкания, при котором прибор сохраняет свою работоспособность.

Кроме этого изготовитель данного устройства определяет величину по току срабатывания. Если показатель превышает такое значение, происходит моментальное обесточивание цепи. Также указывается завод – изготовитель, который произвел данный прибор.

Количество полюсов

Как уже было сказано, автомат защиты сети имеет полюса – от одного до четырех.

Подобрать для цепи устройство по их числу совсем несложно, достаточно лишь знать, где используются различные типы АВ:

  • Однополюсники устанавливают для защиты линий, в которые включены розетки и осветительные приборы. Они монтируются на фазный провод, не захватывая нулевого.
  • Двухполюсник нужно включать в цепь, к которой подсоединена бытовая техника с достаточно высокой мощностью (бойлеры, стиральные машинки, электрические плиты).
  • Трехполюсники монтируются в сетях полупромышленного масшатаба, к которым могут подключаться такие устройства, как скважинные насосы или оборудование автомастерской.
  • Четырехполюсные АВ позволяют защитить от КЗ и перегрузок электропроводку с четырьмя кабелями.

Применение автоматов различной полюсности – на следующем видео:

Типы автоматов по значениям тока

Различаются приборы по характеру срабатывания на излишне высокое значение тока. Существуют 3 наиболее популярных типа автоматов — B, C, D. Каждая литера означает коэффициент чувствительности прибора. Например, автомат типа D имеет значение от 10 до 20 xln. Как это понимать? Очень просто — чтобы понять диапазон, при котором способен сработать автомат, нужно умножить цифру рядом с литерой на значение. То есть прибор с маркировкой D30 будет отключаться при 30*10. 30*20 или от 300 А до 600 А. Но такие автоматы используются в основном в местах с потребителями, которые имеют большие пусковые токи, например, электродвигатели.

Автомат типа B имеет значение от 3 до 5 xln. Стало быть, маркировка B16 означает срабатывание при токах от 48 до 80А.

Но самый распространённый тип автоматов — С. Используется практически в каждом доме. Его характеристики — от 5 до 10 xln.

Характеристики автоматических выключателей

Существует еще одна классификация автоматов – по их характеристикам. Этот показатель обозначает степень чувствительности защитного прибора к превышению величины номинального тока. Соответствующая маркировка покажет, насколько быстро в случае возрастания тока среагирует устройство. Одни типы АВ срабатывают моментально, в то время как другим на это понадобится определенное время.

Существует следующая маркировка устройств по их чувствительности:

  • A. Выключатели этого типа наиболее чувствительны и на повышение нагрузки реагируют мгновенно. В бытовые сети их практически не устанавливают, защищая с их помощью цепи, в которые включено высокоточное оборудование.
  • B. Эти автоматы срабатывают при возрастании тока с незначительной задержкой. Обычно они включаются в линии с дорогостоящими бытовыми приборами (жидкокристаллические телевизоры, компьютеры и другие).
  • C. Такие аппараты – самые распространенные в бытовых сетях. Отключение их происходит не сразу после повышения силы тока, а через некоторое время, что дает возможность ее нормализации при незначительном перепаде.
  • D. Чувствительность этих приборов к возрастанию тока самая низкая из всех перечисленных типов. Их чаще всего устанавливают в щитках на подходе линии к зданию. Они обеспечивают подстраховку квартирных автоматов, и если те по какой-то причине не срабатывают, отключают общую сеть.

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:
  • Пожаров.
  • Ударов человека током.
  • Неисправностей электропроводки.
Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность
Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:
  • Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
  • На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
  • На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

Особенности подбора автоматов

Некоторые люди думают, что самый надежный автоматический выключатель – это тот, который может выдерживать наибольший ток, а значит, именно он может обеспечить максимальную защиту цепи. Исходя из этой логики, к любой сети можно подключать автомат воздушного типа, и все проблемы будут решены. Однако это совсем не так.

Для защиты цепей с различными параметрами надо устанавливать аппараты с соответствующими возможностями.

Ошибки в подборе АВ чреваты неприятными последствиями. Если подсоединить к обычной бытовой цепи защитный аппарат, рассчитанный на высокую мощность, то он не будет обесточивать цепь, даже когда величина тока значительно превысит ту, которую может выдержать кабель. Изоляционный слой нагреется, затем начнет плавиться, но отключения не произойдет. Дело в том, что сила тока, разрушительная для кабеля, не превысит номинал АВ, и устройство «посчитает», что аварийной ситуации не было. Лишь когда расплавленная изоляция вызовет короткое замыкание, автомат отключится, но к тому времени может уже начаться пожар.

Приведем таблицу, в которой указаны номиналы автоматов для различных электросетей.

Если же устройство будет рассчитано на меньшую мощность, чем та, которую может выдержать линия и которой обладают подключенные приборы, цепь не сможет нормально работать. При включении аппаратуры АВ будет постоянно выбивать, а в конечном итоге под воздействием больших токов он выйдет из строя из-за «залипших» контактов.

Наглядно про типы автоматических выключателей на видео:

Несколько советов по выбору автомата

  • При выборе стоит ориентироваться не на электроприборы, а на проводку, так как именно её будут защищать автоматические выключатели. Если она старая, то рекомендуется заменить её, чтобы можно было использовать наиболее оптимальный вариант автомата.
  • Для таких помещений, как гараж, или на время проведения ремонтных работ стоит выбрать автомат с номинальным током побольше, так как различные станки или сварочные аппараты имеют довольно большие показатели силы тока.
  • Имеет смысл комплектовать весь набор защитных механизмов от одного и того же производителя. Это поможет избежать несоответствия номинальных токов между приборами.
  • Приобретать автоматы лучше в специализированных магазинах. Так можно избежать покупки некачественной подделки, которая может привести к плачевным последствиям.

По времени срабатывания

По задержке времени срабатывания дифавтоматы бывают селективные и мгновенного действия. Первые обычно устанавливаются на вводе электрощита. Их основная функция – защита от пожара при нарушениях изоляции электропроводки.

Имеют значения отключающего тока 100 мА, 300 мА, 500 мА. Время задержки отключения составляет 0,15-0,5 секунды. Дифавтоматы мгновенного действия имеют значения отключающего тока в пределах 6-30 мА. Срабатывание происходит за сотые доли секунды, быстродействующие реагируют через тысячные доли.

Недетерминированные конечные автоматы (nondeterministic finite automaton)

НКА не является каким-то существенным улучшением ДКА, просто в нем добавлен так сказать синтаксический сахар, в виде свободных переходов
,
недетерминированности
и
множеств состояний
. Реализовать можно как массив состоящий из структур в которой хранится состояние, входной символ и следующее состояние.

Реализация НКА

// Ячейка массива состоящая из: текущее_состояние, считаный_символ, следующее_состояние. struct state { unsigned char current; signed char sym; // signed, для обозначения свободного перехода как -1. unsigned char next; }; // Таблица переходов для НКА на примере 2 struct state machine[] = { {0, ‘a’, 1}, {1, ‘a’, 1}, {2, ‘a’, 1}, {1, ‘b’, 2}, {2, ‘c’, 3} };
Свободные переходы (эпсилон переходы)
— переходы, которые можно совершать без чтения входного символа.

Недетерминированность

— ноль и более переходов для одного символа в каких-либо состояниях.

Множества состояний

— в один момент времени НКА может находится в нескольких состояниях.

Пример 3
Заключительное состояние обозначается двойным кругом.

В стартовом состоянии у нас текущим состоянием является {1}, при входном символе ‘b’ у нас появляется возможность, пойти в состояние 1 и в состояние 2, то есть после входного символа ‘b’ текущим состоянием является множество {1, 2}.

Пример 4
Свободным переходом обозначается пунктирной линией.
Здесь видно два свободных перехода из стартового состояния, то есть без чтения входного символа мы сразу находимся в множестве состоянии {2, 4}.
Для преобразования НКА в ДКА используется алгоритм Томпсона. При преобразовании НКА в ДКА может получиться не совсем минимальный ДКА и для его минимизации можно применить алгоритм Бржозовского. Это тот же КА, но с дополнительной памятью в виде стека. Теперь для совершения перехода нужно учитывать еще несколько факторов, символ который нужно удалить из стека
и символы которые нужно
добавить в стек
.

КАМП можно применять в таких местах, где может быть неограниченное количество вложений, например при разборе языков программирование или подсчету вложенных скобок в математических выражениях. Реализовать с помощью КА невозможно, ведь количество возможных состояний конечно в отличие от стека (я понимаю, что память тоже конечна).

Удаление символа из стека

— при любом переходе решается какой символ вытолкнуть, если на вершине стека не оказалось такого символа, то он и не выталкивается. Так же если символ нужно оставить в стеке, то он добавляется вместе с добавляемыми символами.

Добавление символов в стек

— при любом переходе решает какие символы добавить в стек.

Виды

:

  • Детерминированные
    — к нему применяются те же правила как к ДКА к тому же завершает работу только в заключительном состоянии.
  • Недетерминированные
    — к нему применяются те же правила как к НКА к тому же он может завершать работу в заключительном состоянии или когда стек станет пуст.

Пример 5
Шаблон: входной_символ; удаляемый_символ/добавляемый символ. На дно стека добавляется символ $ для, того, что понять когда он закончился.
Этот КАМП подсчитывает вложенность скобок, за счет добавления и удаления символов из стека.
ДАМП не равен НАМП, поэтому невозможно одно преобразовать в другое, следовательно НАМП обладает преимуществом перед ДАМП. Самая мощная машина из существующих, его преимущество перед другими в ленте с которой он может работать как хочет. В нем нет свободных переходов. Умеет интерпретировать другие автоматы такие как КА, КАМП.
Лента

— это одномерный массив в который могут записываться данные за счет головки над ячейкой, который можно заранее заполнить входными данными.

Пример 6
Шаблон: считаный_символ_с_головки/записаный_символ; сторона_смещения_головки. края ленты обозначаются ‘_’.

Эта МТ выполняет инкремент двоичного числа, головка стоит слева, там где начинается лента.

Выполнение:

  1. Если находится в состоянии 1 и прочитан нуль, записать еди­ницу, сдвинуть вправо и перейти в состояние 2.
  2. Если находится в состоянии 1 и прочитана единица, записать нуль, сдвинуть влево и перейти в состояние 1.
  3. Еcли находится в состоянии 1 и прочитан пустой квадратик, записать единицу, сдвинуть вправо и перейти в состояние 2.
  4. Если находится в состоянии 2 и прочитан нуль, записать нуль, сдвинуть вправо и остаться в состояние 2.
  5. Если находится в состоянии 2 и прочитана единица, записать единицу, сдвинуть вправо и остаться в состояние 2.
  6. Если находится в состоянии 2 и прочитать пустой квадратик, записать пустой квадратик, сдвинуть влево и перейти в состоя­ние 3.

ДМТ эквивалентен НМТ, так, что они тоже не различаются.

Время-токовая характеристика (ВТХ)

При помощи такого графического отображения можно получить наглядное представление, при каких условиях будет активирован механизм отключения питания цепи (см. рис. 2). На графике, в качестве вертикальной шкалы отображается время, необходимое для активации АВ. Горизонтальная шкала показывает соотношение I/In.


Рис. 2. Графическое отображение время токовых характеристик наиболее распространенных типов автоматов

Допустимое превышение штатного тока, определяет тип время-токовых характеристик для расцепителей в приборах, производящих автоматическое выключение. В соответствии с действующими нормативом (ГОСТ P 50345-99), каждому виду присваивается определенное обозначение (из латинских литер). Допустимое превышение определяется коэффициентом k=I/In, для каждого вида предусмотрены установленные стандартом значения (см. рис.3):

  • «А» – максимум – троекратное превышение;
  • «В» – от 3 до 5;
  • «С» – в 5-10 раз больше штатного;
  • «D» – 10-20 кратное превышение;
  • «К» – от 8 до 14;
  • «Z» – в 2-4 больше штатного.


Рисунок 3. Основные параметры активации для различных типов
Заметим, что данный график полностью описывает условия активации соленоида и термоэлемента (см. рис.4).


Отображение на графике зон работы соленоида и термоэлемента

Учитывая все вышесказанное, можно резюмировать, что основная защитная характеристика у АВ обусловлена время-токовой зависимостью.

Перечень типовых время-токовых характеристик.

Определившись с маркировкой, перейдем к рассмотрению различных типов приборов, отвечающих определенному классу в зависимости от характеристик.


Таблица время токовых характеристик автоматических выключателей

Тепловая защита АВ этой категории активируется, когда отношение тока цепи к номинальному (I/In) превысит 1,3. При таких условиях отключение произойдет через 60 минут. По мере дальнейшего превышения номинального тока время отключения сокращается. Активация электромагнитной защиты происходит при двукратном превышении номинала, скорость срабатывания – 0,05 сек.

Данный тип устанавливаются в цепях не подверженных кратковременным перегрузкам. В качестве примера можно привести схемы на полупроводниковых элементах, при выходе из строя которых, превышение тока незначительное. В быту такой тип не используется.

Характеристика «B»

Отличие данного вида от предыдущего заключается в токе срабатывания, он может превышать штатный от трех до пяти раз. При этом механизм соленоида гарантированно активируется при пятикратной нагрузке (время обесточивания – 0,015 сек.), термоэлемент – трехкратной (на отключение понадобиться не более 4-5 сек.).

Такие виды устройств нашли применение в сетях, для которых не характерны высокие пусковые токи, например, цепи освещения.


S201 производства компании ABB с время-токовой характеристикой B

Характеристика «C»

Это наиболее распространенный тип, его допустимая перегрузка выше, чем у двух предыдущих видов. При пятикратном превышении штатного режима срабатывает термоэлемент, это схема, отключающая электропитание в течение полутора секунд. Механизм соленоида активируется, когда перегрузка превысит норму в десять раз.

Данные АВ рассчитаны на защиту электроцепи, в которой может возникнуть умеренный пусковой ток, что характерно для бытовой сети, для которой характерна смешанная нагрузка. Покупая устройство для дома, рекомендуется остановить свой выбор на этом виде.

Трехполюсный автомат Legrand

Характеристика «D»

Для АВ такого типа характерны высокие перегрузочные характеристики. А именно, десятикратное превышение нормы для термоэлемента и двадцатикратное для соленоида.

Применяются такие приспособления в цепях с большими пусковыми токами. Например, для защиты пусковых устройств асинхронных электродвигателей. На рисунке 9 показано два прибора этой группы (a и b).


Рисунок 9. а) ВА51-35; b) BA57-35; c) BA88-35

Характеристика «K»

У таких АВ активация механизма соленоида возможна при превышении токовой нагрузки в 8 раз, и гарантированно произойдет, когда будет двенадцати кратная перегрузка штатного режима (восемнадцати кратное для постоянного напряжения). Время отключения нагрузки не более 0,02 сек. Что касается термоэлемента, то его активация возможна при превышении 1,05 от штатного режима.

Сфера применения – цепи с индуктивной нагрузкой.

Характеристика «Z»

Данный тип отличается небольшим допустимым превышением штатного тока, минимальная граница – двух кратная от штатной, максимальная – четырех кратная. Параметры срабатывания термоэлемента, такие же, как и у АВ с характеристикой К.

Этот подвид применяется для подключения электронных приборов.

Характеристика «MA»

Отличительная особенность этой группы – не используется термоэлемент для отключения нагрузки. То есть прибор предохраняет только от КЗ, этого вполне достаточно, чтобы подключить электрический двигатель. На рисунке 9 показано такое приспособление (с).

виды приборов, классы, технические характеристики

Автоматы электрические — удобные и практичные средства, которые позволяют защитить электрооборудование и пользователя от внезапных коротких замыканий. Что они собой представляют, какая есть классификация, как их выбрать, какие есть типы автоматических выключателей? Об этом и другом далее.

Общие характеристики

Автоматический электрический выключатель является коммутационным устройством, которое пропускает через свою структуру ток, имеющий номинальную силу. Во время необходимости делает отключение цепи, к примеру, при коротком замыкании или при повышении потребляемой мощности. В настоящее время есть однофазный, двухфазный и трехфазный прибор, отвечая на вопрос, какие существуют автоматы электрические разновидности. Отличаются они друг от друга числом тех элементов, которые разъединяют ток.

Как выглядит

Предназначен аппарат, для того чтобы защищать электрическую цепь, чтобы не происходили перегрузки и токи с коротким замыканием. Его можно многократно использовать. Срабатывает он стабильно всегда.

Обратите внимание! Главный параметр электроавтомата — число пропускания номинального тока, токовой энергии, которая нужна, чтобы нормально работали бытовые электрические приборы. В частном доме и городской квартире ставится автомат на 6-63 ампера. Специалистами рекомендуется разбитие электросети в домашних условиях на пару контурах и установку каждого на собственный выключатель.

Предохранение электрооборудования от сверхтока как основное предназначение

Принцип действия

Внешне аппарат имеет термостойкий пластмассовый корпус с рукояткой, ответственной за начало и окончание работы. Имеет в себе фиксатор-защелку сзади и винтовые виды клемм снизу.

Главным в автоматическом выключателе является конструктивный узел, а именно главная контактная система, дугогасительная система, привод с расцепителем и вспомогательным контактом. Контактная система бывает одно-, двух- или трехступенчатая. Дугогасительная система включает в себя камеры, имеющие дугогасительные решетки или узкие щели.

Независимо от исполнения, есть предельный ток действия, который не ломает автомат, поскольку из-за превышения напряжения подгорают или свариваются контакты.

Выполняется автоматический выключатель с дополнением ручного или двигательного привода. Бывает стационарным или передвижным. Привод нужен, чтобы включатель и автоматически отключать систему. Также в системе присутствует реле, имеющее прямое действие. Это электронный расцепитель, который включает в себя рычаги, защелки, коромысла и отключающие пружины.

Конструкция

Работает аппарат очень просто. Напряжение от сети идет к верхней клемме, которая соединена с неподвижным контактом. От него идет энергия на подвижный контакт. Он уже передает ее к медному проводнику и тепловому расцепителю. В конце ток подается в нижнюю клемму. При аварии, к примеру, при перегрузке или коротком замыкании, отключается защищаемая электроцепь за счет того, что начинает работать электромагнитный расцепитель.

Обратите внимание! Важно отметить, что электромагнитным расцепителем называется элемент с соленоидом, имеющий подвижный стальной сердечник, который удерживает пружина. Во время превышения токового напряжения, в катушке появляется электрополе. Сердечник попадает внутрь катушки и преодолевает пружинное сопротивление. В результате срабатывает расцепление. Без аварии силы электрополя недостаточно для наступления расцепления.

Принцип действия

Классификация

Согласно классификации ГОСТа 9098-78, в ответ на то, какие бывают автоматы, стоит указать, что аппарат бывает:

  • однополюсным, двухполюсным, трехполюсным и четырехполюсным;
  • токоограничивающим и нетокоограничивающим;
  • выкатным и стационарным;
  • селективным и неселективным;
  • ручным, двигательным и пружинным.

Бывает создан для работы с постоянным или переменным током, иметь в себе максимальный, независимый или нулевой токовый расцепитель. Также есть классификация по выдержке времени, по контактам, по внешним проводникам, по степени защиты и присоединению проводников.

Число полюсов

По числу полюсов бывает одно-, двух-, трех- и четырехполюсная модель. Чаще всего используется в работе одно- и двух-полюсная модель, несмотря на сниженный класс автоматических выключателей защиты.

Обратите внимание! Это характеристика показывает тот факт, сколько можно подключить проводов к аппарату, чтобы защитить сеть.

Однополюсная модель как одна из самых распространенных

Время токовый параметр

Время-токовая характеристика автомата — зависимость времени срабатывания устройства от энергии электричества, которая протекает через него. Прописывается на каждом устройстве буквой В, С и Д. В первом случае аппарат выключается за 20 секунд. Создан для домашнего использования. Во втором случае автомат выключается за 10 секунд. Применяется как в быту, так и в промышленной сфере. Автовыключатели, имеющие последнюю техническую характеристику, используются только в промышленности. Они работают с током в 14 ампер и выключаются за 10 секунд. Эту разновидность эффективно используют в проводке.

Номинальный ток

Всего на данный момент известно о двенадцати модификационных моделей автоматов, которые отличаются по номинальному току. Этот параметр ответственен за то, чтобы при превышении номинального напряжения срабатывал автомат. Аппарат с малым номиналом используется там, где малое количество электрооборудования. Выключатели в 16 ампер позволяют обеспечить бесперебойной работой всей квартиры. Автоматы с номиналом в 32 ампера защищают проводку квартиры. Аппараты, имеющие большое значение амперов, используются для силового оборудования, имеющего большую мощность.

Модель с номинальным током в 16 ампер

Отключающая способность

Отключающая способность — характеристика, при которой автомат срабатывает, если напряжение в сети выше установленного номинального токового значения.

Как выбрать

Выбирать аппарат нужно по количеству номинального тока, полюсов, характеристики времени срабатывания и отключающей способности. Также, конечно, необходимо смотреть на бренд, маркировку и цену устройства.

Обратите внимание! При выборе стоит отталкиваться от суммарного количества мощностей электрооборудования.

Определение мощности автомата

Определить, какая нужна мощность оборудования, можно, суммировав все реальные мощности каждого отдельного электроаппарата, включенного в одну сеть. Выявить это также можно через таблицу, приведенную ниже. Данные приведены средние по нормативным документам.

Важно понимать, что может понадобиться больше электроэнергии и соответствующая большая сила агрегата, поскольку могут быть куплены дополнительные приборы, которые раннее в расчет не принимались.

Таблица мощности бытовых приборов и инструментов

Расчет номинальной мощности автомата

Вычислить номинальную силу или ту мощность, при которой проводка не отключится, можно по формуле M = N * CT * cos(φ), где M является силой в ваттах; N — напряжением электрической сети в вольтах; СТ — токовой энергией, которая способна появится в аппарате; cos(φ) — значением косинуса угла фазы с напряжением.

Вычисление номинального тока

Узнать номинальную токовую энергию можно, посмотрев документацию электрической проводки. Для расчета без нее нужно знать площадь проводникового сечения и способ ее прокладки.

Обратите внимание! Далее значения нужно подставить в формулу S = 0,785 * D * D, где D является проводниковым диаметром; S — площадью проводникового сечения.

Таблица сечения проводника

Определение время-токовой характеристики

Для правильного вычисления токовой характеристики по времени необходимо считывание пусковых токов. Чтобы все выяснить, стоит воспользоваться следующей таблицей ниже.

Таблица пускового тока

Особенности маркировки

На каждом автомате прописываются все характеристики. Имеет на своем корпусе маркировки нагрузки номинального тока, коммутационной способности, класса токоограничения, номинальной отключающей способности и время-токовой характеристики срабатывания расцепительной системе.

Популярные производители

Сегодня лучшие автоматические выключатели выпускает компания марки АВВ, Legrand, Schneider Electric, General Electric, CHINT Electric и DEKraft.

Бренд Legrand

В целом, электрические автоматические выключатели — профессиональное оборудование, благодаря которому можно минимизировать риски при отключении света и коротком замыкании. Имеют классификацию по числу полюсов, время-токовому параметру, номинальному току, отключающей способности. Выбрать несложно, принимая во внимание мощность, номинальный ток, токовую характеристику и маркировку. Как правило, пользователи рекомендуют останавливать свой выбор на популярных брендах.

Типы автоматов электрических. Какой тип автомата выбрать?

Электричество очень полезное и вместе с тем опасное изобретение. Помимо прямого воздействия тока на человека, существует еще и большая вероятность возгорания при несоблюдении подключения электропроводки. Объясняется это тем, что электрический ток, проходя через проводник, нагревает его, и особенно высокие температуры возникают в местах с плохим контактом или же при коротком замыкании. Для предотвращения таких ситуаций применяются автоматы.

Это специально сконструированные аппараты, основная задача которых — защита проводки от оплавления. В целом автоматы не спасут от поражения электрическим током и не защитят технику. Они созданы для предотвращения перегрева.

Методика их работы основана на размыкании электрической цепи в нескольких случаях:

  • короткое замыкание;
  • превышение силы тока, текущей по проводнику для этого не предназначенного.

Как правило, автомат устанавливается на вводе, то есть защищает следующий за ним участок цепи. Так как для разведения к различным типам устройств применяется разная проводка, то, значит, и приборы защиты должны уметь срабатывать при разных токах.

С виду может показаться, что достаточно установить просто самый мощный автомат и нет проблем. Однако, это не так. Ток большой силы, на который не сработал прибор защиты, может перегреть проводку и, как следствие, стать причиной пожара.

Установка автоматов малой мощности будет каждый раз разрывать цепь, как только к сети будут подключены два или более мощных потребителя.

Из чего состоит автомат?

Обычный автомат состоит из следующих элементов:

  • Ручка взвода. С помощью неё можно произвести включение автомата после его срабатывания или же отключить, чтобы обесточить цепь.
  • Механизм включения.
  • Контакты. Обеспечивают соединение и разрыв цепи.
  • Клеммы. Подключаются к защищаемой сети.
  • Механизм, срабатывающий по условию. Например, биметаллическая тепловая пластина.
  • Во многих моделях может присутствовать регулировочный винт, для корректировки номинального значения силы тока.
  • Дугогасительный механизм. Присутствует на каждом из полюсов прибора. Представляет собой небольшую камеру, в которой размещены омедненные пластины. На них дуга гасится и сходит на нет.

В зависимости от производителя, модели и назначения, автоматы могут оснащаться дополнительными механизмами и устройствами.

Устройство механизма отключения

В автоматах имеется элемент, производящий разрыв электрической цепи при критических значениях тока. Их принцип работы может быть основан на разных технологиях:

  • Электромагнитные приборы. Отличаются большой скоростью реакции на короткое замыкание. При действии токов недопустимой величины срабатывает катушка с сердечником, который, в свою очередь, отключает цепь.
  • Тепловые. Основной элемент такого механизма — биметаллическая пластина, которая начинает деформироваться под нагрузкой токов большой силы. Выгибаясь, оказывает физическое воздействие на элемент, разрывающий цепь. Примерно по такой же схеме работает электрический чайник, который способен отключаться сам при закипании воды в нем.
  • Существуют также и полупроводниковые системы размыкания цепи. Но в бытовых сетях используются они крайне редко.

Типы автоматов по значениям тока

Различаются приборы по характеру срабатывания на излишне высокое значение тока. Существуют 3 наиболее популярных типа автоматов — B, C, D. Каждая литера означает коэффициент чувствительности прибора. Например, автомат типа D имеет значение от 10 до 20 xln. Как это понимать? Очень просто — чтобы понять диапазон, при котором способен сработать автомат, нужно умножить цифру рядом с литерой на значение. То есть прибор с маркировкой D30 будет отключаться при 30*10…30*20 или от 300 А до 600 А. Но такие автоматы используются в основном в местах с потребителями, которые имеют большие пусковые токи, например, электродвигатели.

Автомат типа B имеет значение от 3 до 5 xln. Стало быть, маркировка B16 означает срабатывание при токах от 48 до 80А.

Но самый распространённый тип автоматов — С. Используется практически в каждом доме. Его характеристики — от 5 до 10 xln.

Условные обозначения

Разные типы автоматов маркируются по-своему для быстрой идентификации и выбора нужного для конкретной цепи или её участка. Как правило, все производители придерживаются одного механизма, который позволяет унифицировать изделия под многие отрасли и регионы. Разберём подробнее нанесённые на автомат знаки и цифры:

  • Бренд. Обычно в верхней части автомата ставится логотип производителя. Практически все они стилизованы определенным образом и имеют свой фирменный цвет, поэтому выбрать изделие своей любимой компании будет несложно.
  • Окошко индикатора. Показывает текущее состояние контактов. Если возникла неисправность в автомате, то по нему можно определить есть ли напряжение в сети.
  • Тип автомата. Как уже описывалось выше, означает характеристику отключения при токах, значительно превышающих номинальный. Чаще в быту используются C и чуть реже B. Отличия типов электрических автоматов B и C не так существенны;
  • Номинальный ток. Показывает значение силы тока, который может выдержать длительную нагрузку.
  • Номинальное напряжение. Очень часто данный показатель имеет два значения, написанных через «слэш». Первый — для однофазной сети, второй — для трехфазной. Как правило, в России используется напряжение в 220 В.
  • Предельный ток выключения. Означает максимально допустимый ток короткого замыкания, при котором автомат отключится без выхода из строя.
  • Класс токоограничения. Выражается в одной цифре или же отсутствует совсем. В последнем случае принято считать номер класса 1. Данная характеристика означает время, на которое ограничивается ток короткого замыкания.
  • Схема. На автомате можно встретить даже схему подключения контактов с их обозначениями. Находится она практически всегда в верхней правой части.

Таким образом, взглянув на фронтальную часть автомата, можно сразу установить, к какому типа тока он предназначен и на что способен.

Какой тип автомата выбрать?

При выборе защитного прибора все же одной из главных характеристик считается именно номинальный ток. Для этого нужно определить, какую силу тока требует совокупность всех устройств потребителей в доме.

А так как электричество течёт по проводам, то от его сечения зависит необходимая для нагревания сила тока.

Наличие полюсов также играет немаловажную роль. Чаще всего применяется такая практика:

  • Один полюс. Цепи с приборами освещения и розетками, к которым будут подключаться простые приборы.
  • Два полюса. Применяется для защиты проводки, проведённой к электроплитам, стиральным машинкам, отопительным приборам, водонагревателям. Также может устанавливаться в качестве защиты между щитом и помещением.
  • Три полюса. Используется преимущественно в трехфазных цепях. Это актуально для промышленных или же околопромышленных помещений. Небольшие мастерские, производства и им подобные.

Тактика установки автоматов происходит от большего к меньшему. То есть сначала монтируется, например, двухполюсной, затем однополюсной. Далее идут устройства с мощностью, уменьшающейся на каждом шаге.

Несколько советов по выбору автомата

  • При выборе стоит ориентироваться не на электроприборы, а на проводку, так как именно её будут защищать автоматические выключатели. Если она старая, то рекомендуется заменить её, чтобы можно было использовать наиболее оптимальный вариант автомата.
  • Для таких помещений, как гараж, или на время проведения ремонтных работ стоит выбрать автомат с номинальным током побольше, так как различные станки или сварочные аппараты имеют довольно большие показатели силы тока.
  • Имеет смысл комплектовать весь набор защитных механизмов от одного и того же производителя. Это поможет избежать несоответствия номинальных токов между приборами.
  • Приобретать автоматы лучше в специализированных магазинах. Так можно избежать покупки некачественной подделки, которая может привести к плачевным последствиям.

Заключение

Какой бы простой ни казалась разводка цепи по помещению, всегда нужно помнить о безопасности. Использование автоматов в значительной степени помогает избежать перегрева и, как следствие, её возгорания.

зачем нужны, типы автоматов, как выбрать

Вступление

Как таковые, автоматические выключатели не защищают человека, от токов утечки. Для этой цели служат УЗО или дифференциальные автоматы защиты. Правильно рассчитанный автомат защиты защищают электрический кабель, а следовательно саму групповую цепь от перегрева и короткого замыкания.

Автоматы защиты – устройство

Основой устройства автоматы защиты являются два расцепителя. Именно они реагируют на перегрузку и короткое замыкание в цепи. Согласно СП31-110–2003 во внутренних сетях квартиры применяются автоматы защиты с двумя типами расцепителя, тепловым и электромагнитным. Такие автоматы носят название автоматы с комбинированным расцепителем.

Тепловые расцепители служат для размыкания цепи при перегрузке.

Работают они следующим образом. Основа теплового расцепителя биметаллическая пластина. В нормальном режиме работы, то есть когда ток с цепи соответствует норме, биметаллическая пластина не работает. При увеличении тока в цепи, а возникает это при перегрузке или коротком замыкании, биметаллическая пластина деформируется и «щелкает» по механизму расцепления. Все цепь разомкнута, автомат выполнил свою задачу. После остывания и взведении рычага управления автомат опять готов к работе.

Так как процесс нагрева процесс не моментальный, то автоматы защиты срабатывают на перегрузку с временной задержкой, порой очень длительной.

Если для защиты групповой цепи ставить автомат защиты, только с тепловым расцепителем, то для защиты от короткого замыкания цепи требуется дополнительно установить плавкий предохранитель.

Вторым расцепителем в автомате защиты, является индукционный или электромагнитный расцепитель. Этот тип расцепителя срабатывают моментально. Предназначен индукционный для защиты электрической цепи от короткого замыкания.

Принцип работы индукционного расцепителя в следующем. Механизм расцепления это сердечник двигающийся внутри катушки. При нормальном режиме он замкнут. При аварийном режиме увеличение тока в катушке, приводит к втягиванию сердечника и цепь расцепляется.

Относительный недостаток индукционного расцепителя, это  срабатывание при токах (токи отключения) значительно превышающих номинальные токи цепи. Такие токи могут возникать только при коротком замыкании (КЗ).

Значение тока отключения индукционного автомата зависит от типа покупаемого автомата защиты. О типах автоматов защиты чуть ниже по тексту.

Автоматы защиты по время-токовой характеристике

Не буду занимать ваше внимание теорией, просто скажу, что время-токовая характеристика “придумана” за тем, чтобы разделить автоматы защиты по месту их применения. А за основу взяты следующие вычисления тока защиты от короткого замыкания (КЗ):

  • Тип B: Ток защиты (отключения) при КЗ от 3 до 5 значений номинального тока в цепи.
  • Тип C:  Ток защиты (отключения) при КЗ от 5 до 10 значений номинального тока в цепи.
  • Тип D: Ток защиты (отключения) при КЗ от 10 до 20 значений номинального тока в цепи.

На самом деле для практики, приведенные выше значения токов отключения, не имеют особого значения. Для практики, большее значение имеет места применения автоматов защиты в зависимости от типа: B; C; D; K; Z. Смотрим таблицу.

Разделение автоматов на типы, происходит по их характеристикам зависимости токов отсечки и времени отсечки, называемых время-токовые характеристики. Для электросети квартиры актуальны автоматы типа B и C.

Тип автомата вы можете увидеть, при покупке автомата, на его корпусе в связке с номинальным током. Например: C16A. Это значит автомат защиты типа C на номинальный ток 16 Ампер. Или B32A  – это автомат типа B на 32 Ампера.

 

Практика применения знаний про автоматы защиты

Например. У вас в квартире групповая цепь из 8 розеток для устройств со средней мощностью 300 Вт. Рассчитаем минимально допустимый ток срабатывания автомата защиты и выберем его тип.

  • I номин.= 300×8⁄220=10,9 А;
  • I расчетная автомата защиты= 10,9×1,45=15,8 А.
  • Розеточная группа, значит тип автомата C.

Рассчитанный таким образом расчетный ток автомата защиты, не может служить основанием для установки автомата защиты, C16A. В окончательном расчете автомата защиты нужно учесть сечение токопроводящих жил кабеля и способ их прокладки. Сечение жил связать с допустимым током нагрузки на кабель, по нему рассчитать ток автомата защиты, сравнить его с расчетным током автомата защиты, как в этом примере, и только потом определить номинал автомата защиты.

©Ehto.ru

Еще статьи

Устройство и типы воздушных автоматов | Электрические аппараты автоматического управления | Архивы

Страница 14 из 50

Воздушный автомат состоит из изолирующей плиты или корпуса, на которых монтируются детали автомата, дугогасительного устройства, рабочих контактов, блок-контактов различного назначения, элементов защиты (реле защиты), привода с механизмом свободного расцепления, соленоид включения и отключения, рукоятки (при ручном управлении). Воздушные автоматы, собранные в закрытых пластмассовых кожухах, называются установочными.
Малогабаритные автоматы. К этому виду автоматов относятся малогабаритные автоматы пробочного типа. Они выпускаются на номинальные токи до 25 а и номинальное напряжение до 250 е. Эти автоматы предназначены для нечастых включений и отключений электрических цепей в нормальном режиме при перегрузках и коротких замыканиях.
Управление автоматом осуществляется с помощью встроенных в него кнопок. Отключение при перегрузках достигается тепловой защитой в виде биметаллических элементов.
При коротких замыканиях отключение осуществляется электромагнитом, встроенным в автомат, который срабатывает мгновенно. Отключающая способность малогабаритных пробочных автоматов достигает 1000—1200 а. К малогабаритным автоматам следует отнести также автоматы типов ЭАБ-4, АП-25, АП-50 и АК-50.
Автоматы типа ЭАБ-4 выпускаются на номинальные токи до 25 а и напряжение до 250 в. Автоматы типа АП-25 выпускаются на номинальные токи до 25 а и напряжение 380 в и трехполюсными при переменном токе. На постоянный ток они изготовляются двухполюсными — тип АП-25-2 — на номинальный ток 25 а и напряжение 220 в.
Автоматы типа АП-50 имеют номинальный ток 50 а и номинальное напряжение 380 в.
Автоматы серии АК-50 имеют номинальный ток от 2 до 50 а и номинальное напряжение до 320 в постоянного тока и до 400 в переменного тока.
Воздушные автоматы серии АЗ 100. Они служат для включения и отключения электрических сетей и установок в нормальном режиме, а также для защиты этих цепей и установок при перегрузках и токах короткого замыкания. Они могут применяться в цепях переменного тока напряжением до 500 в и постоянного на напряжении 220 в. Автоматы строятся на номинальные токи от 50 до 600 а постоянного и переменного тока. Эти автоматы могут отключать ток короткого замыкания до 50 000 а. Разрез автомата представлен на рис. 6.15: 1 — неподвижные контакты, 2 — подвижные контакты, 3 — рукоятка, 4 — дугогасительная камера. В нормальном режиме автомат управляется рукояткой. Автоматы изготовляются двухполюсными, в габаритах трехполюсного и трехполюсными. Основные части автоматов, перечисленные выше, содержит и автомат серии АЗ 100.
Автоматы серии А15 и типов А2050, А2050Н и А2050Б. Автоматы серии А15 и типов А2050 и А2050Н предназначены для работы в силовых цепях и установках постоянного тока напряжением 440 в и переменного до 500 в, а автоматы типа А2050Б — в цепях и установках постоянного и переменного тока напряжением до 250 в. Они служат для нечастых включений и отключений цепей и установок в нормальном режиме, а также целям защиты их при перегрузках и коротких замыканиях.
Внешний вид автомата серии А15 представлен на рис. 6.16. Эти автоматы изготовляются на номинальные токи до 800 а, двух- и трехполюсными. Они отключают токи короткого замыкания до 40 000 а в цепях переменного тока и до 30 000 а — в цепях постоянного тока. Управляются либо рукояткой, либо с помощью соленоидов включения и отключения.
Внешний вид автоматов А2050 и А2050Н и А2050Б представлен на рис. 6.17 Они изготовляются на номинальные токи от 200 до 1500 а. Автоматы типов А2050 и А2050Н отключают токи короткого замыкания до 30 000 а на переменном и до 20 000 а на постоянном токе; автоматы типа А2050Б — до 45 000 а на постоянном и переменном токе. Эти автоматы изготовляются одно-, двух- и трехполюсными. Управляются рукояткой или с помощью соленоидов включения и отключения.
Быстродействующие воздушные автоматические выключатели. Известно, что небыстродействующие воздушные автоматы общепромышленного назначения имеют время срабатывания 0,1 — 0,3 сек. Практика потребовала разработки быстродействующихвоздушных автоматических выключателей, полное время отключения которых лежит в пределах до 0,02 сек. Эти автоматы изготовляются только на постоянном токе и применяются для защиты ртутных выпрямителей и питающих их силовых трансформаторов при обратных зажиганиях ртутных выпрямителей, для защиты мощных генераторов и двигателей постоянного тока.



Рис. 6.18
Особенно  широкое распространение такие выключатели получили в электротяге на подстанциях с ртутными выпрямителями.
Быстродействующие автоматы постоянного тока по конструкции бывают электромагнитные, т. е. такие, которые удерживаются во включенном положении с помощью электромагнитов, и такие, которые во включенном положении удерживаются с помощью механического устройства. Первые более быстродействующие, проще, но для питания удерживающих электромагнитов требуют источника постоянного тока. Электромагнитные быстродействующие автоматы по способу отключения бывают с отключением при помощи мощных пружин и с электромагнитным отключением.
Первые во включенном положении удерживаются электромагнитами, а отключаются с помощью мощных пружин, обеспечивающих малое время отключения; применяются они на меньшие номинальные токи — до 1500 а; вторые удерживаются и отключаются с помощью электромагнитов и применяются на большие токи — до 6000 а.
Быстродействующие автоматы, кроме того, делятся на автоматы поляризованные и неполяризованные. Поляризованные действуют при токе одного определенного направления.
В электромагнитных быстродействующих автоматических воздушных выключателях важным элементом является электромагнит, принципиальная схема которого представлена на рис. 6.18. Здесь катушка 1 — отключающая, а 2 — удерживающая. Недостаток этой схемы в том, что обе катушки сидят на одном сердечнике и катушка 1 наводит в катушке 2 токи, которые замедляют отключение. Необходима мощная пружина для устранения этого недостатка, а это усложняет конструкцию.
Можно указать еще ряд схем электромагнитов воздушных автоматов со своими достоинствами и недостатками.
На рис. 6.19 изображен внешний вид быстродействующего автоматического воздушного выключателя типа ВАБ-20. Такие автоматы изготовляются на номинальные токи 1500—5000 а и на номинальные напряжения до 1500 в постоянного тока.

Рис. 6.19
Полное время отключения автомата около 0,022 сек.

Имеются и другие типы быстродействующих воздушных автоматических выключателей, выпускаемые отечественными заводами.
Комплектные аппараты представляют собой устройства, состоящие из нескольких различных или однотипных электрических аппаратов, связанных одной общей металлической или изоляционной конструкцией. Эти аппараты находят широкое применение в различных устройствах, например в КРУ (комплектное распределительное устройство), в КТП (комплектных трансформаторных подстанциях) в виде электроаппаратов управления для сложного механического и другого оборудования.
Комплектные устройства представляют собой единые конструкции, электрические аппараты которых объединены общей схемой, имеют определенное назначение и изготовляются серийно на аппаратных заводах. Аппараты, которыми комплектуются комплектные устройства, должны быть легкими, малогабаритными, надежными и дешевыми.

Обучение простым машинам

Обучение простым машинам


Информация о ресурсах для обучения простым машинам:

Справочная информация о простых машинах:

Машина — это устройство, которое действительно работает. Большинство машин состоит из ряд элементов, таких как шестерни и шарикоподшипники, которые работают вместе в сложный способ. Тем не менее, какими бы сложными они ни были, все машины основанный в некотором роде на шести типах простых машин.Эти шесть типов машин рычаг, колесо и ось, шкив, наклонная плоскость, клин, и винт.

Принципы простых машин:

Машины просто передают механическую работу от одной части устройства к другой. Машина производит силу и контролирует направление и движение силы, но не может создавать энергию. Способность машины выполнять работу измеряется двумя факторами. Это (1) механическое преимущество и (2) эффективность.

Механическое преимущество. В машинах, которые передают только механическую энергию, соотношение силы, прилагаемой машиной, к силе, прилагаемой к машине, известно как механическое преимущество. При механическом преимуществе расстояние, на которое будет перемещена нагрузка, будет составлять лишь часть расстояния, на которое приложено усилие. В то время как машины могут обеспечить механическое преимущество более 1,0 (и даже меньше 1,0 при желании), ни одна машина никогда не может выполнять больше механической работы, чем вложенная в нее механическая работа.

Эффективность. Эффективность машины — это соотношение между работой, которую она выполняет, и работой, вложенной в нее. Хотя трение можно уменьшить, смазав любые скользящие или вращающиеся детали, все машины создают некоторое трение. Рычаг имеет высокий КПД благодаря низкому внутреннему сопротивлению. Работа, которую он производит, почти равна работе, которую он получает, потому что энергия, затрачиваемая на трение, довольно мала. С другой стороны, шкив может быть относительно неэффективным из-за значительно большего внутреннего трения.Простые машины всегда имеют КПД менее 1,0 из-за внутреннего трения.

Энергосбережение.
Пренебрегая на мгновение потерями энергии из-за трения, работа, выполняемая на простой машине, аналогична работе, выполняемой машиной для выполнения какой-либо задачи. Если работа равна тренировке, то машина на 100% эффективна.


Рычаг. Рычаг — это стержень, опирающийся на стержень. Сила (усилие), приложенная в одной точке, передается через шарнир (точку опоры) в другую точку, которая перемещает объект (груз).

Идеальное механическое преимущество (IMA) — без учета внутреннего трения — рычага зависит от отношения длины плеча рычага, на которое прикладывается сила, к длине рычага, поднимающего груз. IMA рычага может быть меньше или больше 1 в зависимости от класса рычага. Рычаги бывают трех классов в зависимости от относительные положения приложения усилия, нагрузки, и точка опоры.

  • У первоклассных рычагов точка опоры находится между грузом и усилием ( L FE).Если два плеча рычага имеют одинаковую длину, усилие должно быть равно нагрузке. Чтобы поднять 10 фунтов, необходимо использовать усилие в 10 фунтов. Если рычаг усилия длиннее рычага нагрузки, как в случае с ломом, рука, прикладывающая усилие, перемещается дальше, и усилие меньше нагрузки. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ: Качели, ломы и равноплечие весы являются примерами первоклассного рычага; Ножницы — это двойной рычаг первого класса.
  • Рычаги второго класса имеют нагрузку, расположенную между точкой опоры и усилием (F L E).Как и в колесной тачке, ось колеса является точкой опоры, ручки представляют положение, в котором прикладывается усилие, а нагрузка размещается между руками и осью. Руки, прилагающие усилие, проходят большее расстояние и меньше нагрузки. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ: монтировка представляет собой не только тачку, но и рычаг второго сорта. Щелкунчик — это двойной рычаг этого класса.
  • Рычаги третьего класса имеют усилие, расположенное между грузом и точкой опоры (FE L ).Рука, прилагающая усилие, всегда проходит меньшее расстояние и должна быть больше, чем нагрузка. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ: Предплечье — это рычаг третьего класса. Рука, удерживающая вес, поднимается двуглавой мышцей плеча, которая прикреплена к предплечью около локтя. Локтевой сустав — точка опоры.


  • Составные рычаги объединяют два или более рычага, как правило, для уменьшения усилия. Применяя принцип сложного рычага, человек мог использовать вес одной руки, чтобы уравновесить груз весом в тонну.
  • Закон равновесия
    Рычаг находится в равновесии, когда усилие и нагрузка уравновешивают друг друга; то есть сумма крутящих моментов (сила, умноженная на плечо рычага) равна нулю. Усилие, умноженное на длину рычага, равняется нагрузке, умноженной на длину рычага.

Колесо и ось. Колесо и ось по сути модифицированы. рычаг, но он может перемещать груз дальше, чем рычаг. Центр оси служит точкой опоры.

Идеальное механическое преимущество (IMA) колеса и оси — это соотношение радиусов. Если усилие приложить к большому радиусу, механическое преимущество будет R / r, которое будет больше единицы; если усилие приложено к небольшому радиусу, механическое преимущество по-прежнему будет R / r, но оно будет меньше 1.


Шкив. Шкив — это колесо, через которое проходит веревка или ремень. Это также форма колеса и оси.Шкивы часто соединяются между собой в чтобы получить значительное механическое преимущество.

Идеальное механическое преимущество (IMA) шкива напрямую зависит от количества опорных струн N.


Плоскость наклонная. Наклонная плоскость — это простое устройство, которое вряд ли вообще похож на машину. Механическое преимущество увеличивается по мере того, как крутизна уклона уменьшается. Но тогда груз придется переместить на большее расстояние. расстояние.

Идеальное механическое преимущество (IMA) наклонной плоскости — это длина наклона, деленная на вертикальный подъем, так называемое соотношение подъема к подъему. Механическое преимущество увеличивается по мере уменьшения крутизны уклона, но тогда груз придется перемещать на большее расстояние. Опять же, работа на равных работает в полностью эффективной системе. Трение будет большим, если предметы скользят по поверхности наклонной плоскости. Эффективность можно повысить за счет использования катков в сочетании с наклонной плоскостью.


Клин. Клин — это приспособление наклонной плоскости. Это может использоваться для подъема тяжелого груза на небольшое расстояние или для раскалывания бревна.

Идеальное механическое преимущество (IMA) клина зависит от угла тонкого конца. Чем меньше угол, тем меньше силы требуется для перемещения клина на заданное расстояние, скажем, через бревно. В то же время количество расщеплений уменьшается с меньшими углами.


Винт. Винт представляет собой наклонную плоскость, обернутую спираль вокруг вала. Домкрат сочетает в себе полезность винта и рычаг. Рычаг используется для поворота винта.

Идеальное механическое преимущество (IMA) винта — это в идеале отношение длины окружности винта к расстоянию, на которое он продвигается за каждый оборот. Крепежные винты, проходящие сквозь гайку, могут быть относительно эффективными.Шурупы по дереву, как правило, не на 100% эффективны, так как значительное количество энергии теряется на трение и перемещение вещества. Домкратный винт, например, используемый для подъема домов и других конструкций, сочетает в себе полезность винта и рычага. Рычаг используется для поворота винта. Механическое преимущество домкрата довольно велико.


Типы машин

Машины

бывают двух видов — Простые машины, и Сложные машины.

Простые машины

Простая машина — это инструмент, устройство или объект с небольшим количеством движущихся частей, которые помогают нам выполнять работу. Простые машины используются очень давно. Ранние люди использовали простые машины, чтобы толкать, тянуть, поднимать, разделять и раздавливать вещи. Они использовали простые машины, чтобы грести плоты по воде, строить дома, колоть дрова и переносить тяжелые предметы с места на место. Сегодня повсюду и вокруг нас есть простые машины.

Типы простых машин

Есть шесть типов простых машин — наклонная плоскость, клин, винт, рычаг, колесо и ось, а также шкив.У этих шести есть специфические особенности и уникальная работа, хотя некоторые из них могут работать аналогичным образом. Некоторые простые машины могут быть комбинацией простых машин.

Важно:
Простые машины, в отличие от сложных, сами по себе не работают. Они только увеличивают тягу или толчок (силу или усилие), которые использует человек, увеличивают или уменьшают расстояние или изменяют направление движения, чтобы выполнить больше работы. Они могут:

  • передавать силу из одного места в другое
  • изменять направление силы
  • увеличивать величину силы
  • увеличивать расстояние или скорость силы

Характеристики простой машины

  • Они не используют электричество
  • У них есть одна или несколько движущихся частей
  • Они дают нам механическое преимущество
  • Даже если они облегчают нам работу, им все же требуется участие (сила или усилие) от человека.
  • Они облегчают тяжелую работу, изменяя силу, направление или скорость движения.

Сложные машины
Простые машины отличаются от сложных (или составных машин). В сложных машинах, таких как грузовики, фургоны или велосипеды, используется много движущихся частей. Они объединяют в себе множество простых механизмов, таких как рычаги, шкивы и шестерни, для выполнения работы.
Теперь мы рассмотрим каждый пример простой машины.

Простые машины различных типов и их примеры — Физика О

Простые машины — это устройства, которые позволяют изменять интенсивность или направление энергии, достигающей точки входа в виде механической работы, и все компоненты которых представляют собой твердые твердые тела.Различные типы простых машин — это рычаг, шкив, наклонная плоскость, опора, колеса и оси и винты.

Простые машины используются для увеличения силы или, как уже отмечалось, для изменения ее направления; Идея всегда заключается в том, что работа требует меньше усилий и, следовательно, проще, а иногда и безопаснее. Таким образом, простые машины используются для преобразования или компенсации силы сопротивления или подъема веса в более благоприятных условиях.

В так называемых машинах из композитных материалов сочетаются преимущества двух или более простых машин.
Простые машины возникли для решения проблем , возникающих в результате повседневной деятельности в очень отдаленные времена, включая охоту, рыбалку или транспортировку тяжелых предметов. По правде говоря, сначала была разработана определенная посуда, которая позже была усовершенствована, и так появились первые простые машины. Возможно, эти ранние машины функционировали почти как продолжение человеческих рук : они были деревянными инструментами для копания, острыми камнями для резки и т. Д. Но, без сомнения, они произвели важные изменения в истории человека и в его отношении к работе.
Простые машины включают те, которые имеют единственную точку опоры (в зависимости от них различается расположение указанной опоры), а используют некоторые базовые физические принципы, такие как , такие как момент силы, работы, мощности, энергии и механические характеристики. Следует иметь в виду, что простые машины не избегают закона сохранения энергии: энергия не создается и не разрушается в простой машине, она только преобразует .

Какие 6 типов простых машин?

  1. Рычаг
  2. Шкив
  3. Плоскость наклонная
  4. Подставка
  5. Колеса и оси
  6. Винты

Рычаг , один из самых важных, представляет собой жесткий стержень, который может вращаться вокруг фиксированной точки, точки опоры.Сила, приложенная к рычагу, называется движущей силой или силой , , а преодолеваемая сила известна как сопротивление , . Длина рычага важна для преодоления сопротивления.
Шкив — это , используемый для подъема тяжелых предметов на определенную высоту. Это колесо, через внешнюю часть которого проходит веревка; Груз или груз помещается на один из концов троса, который увеличивается, когда к другому концу прилагается большее усилие.Он служит как для уменьшения силы, необходимой для подъема предметов, так и для изменения направления. Есть простых шкивов, и другие, образованные несколькими колесами; последний называется такелаж .
В наклонной плоскости происходит то, что сила тяжести делится на две составляющие . Таким образом уменьшается усилие, необходимое для подъема груза.
Клин представляет собой корпус, в котором две несколько острые наклонные плоскости сходятся, образуя рваную точку контакта, которая позволяет разрезать или разрывать твердые предметы.
Колесо представляет собой круглое тело, которое вращается относительно фиксированной точки, называемой осью вращения , обычно цилиндрической. Он используется для передачи вращательного движения между осями, облегчения движения предметов и людей и т. Д.
Винт представляет собой не что иное, как наклонную плоскость , скрученную в спираль , каждый из витков называется резьбой . Для того, чтобы винт вошел в тело через его поверхность, он должен вращаться на на , сила, необходимая для каждого поворота и завершения процесса, всегда меньше, чем требуется для его вращения по прямой линии.

Примеры простых машин

Вот список простых примеров машин, которые используются в повседневной жизни:

  1. Колеса обозрения: Они позволяют извлекать воду, используя основной принцип гидравлических четок. Он частично погружен в воду и благодаря непрерывному движению позволяет извлекать воду.
  2. Водяные насосы : Устройство для подъема, перекачки и сжатия жидкостей. Он использует фундаментальные принципы, связанные с давлением.
  3. Краны: Благодаря эффекту рычага ему удается поднимать вес с помощью балки, тем самым создавая меньшее усилие, манипулируя им с помощью шкивов на вращающейся оси, которая обеспечивает горизонтальное перемещение. Устойчивость крана делает его незаменимым в строительной сфере.
  4. Slide : он использует основы простой машины «наклонной плоскости», где задействована потенциальная энергия, задействованы концепции скорости и ускорения, и предполагается, что сила трения отсутствует (или минимальна).
  5. Вверх и вниз : В этой популярной игре эффект рычага сочетается с наклонной плоскостью, объединяясь в одну-две простые машины и используя преимущества веса и силы тяжести, основанные на точке опоры, перед тем, как действие силы и реакция сопротивления.
  6. Тачка : Обычная в строительной области, позволяющая распределять вес, ориентируя его по направлению к ободу, что позволяет выдерживать гораздо больший вес с единственным усилием толкания тачки.
  7. Gear: зубчатое колесо , которое заставляет объект двигаться быстрее или медленнее, манипулируя силой, необходимой для его перемещения.
  8. Токарный станок : комбинация кривошипа и цилиндра, которая позволяет поднимать тяжелые тела с гораздо меньшей силой.
  9. Топор : незаменим для отделения или разрыва (например, дров), у него есть металлическая деталь, обработанная в форме клина, который разрывается и позволяет разрезать.
  10. Ножницы : Типичный пример простого рычага, который сочетает в себе сопротивление и мощность для достижения своей цели — резки путем соединения двух стальных лезвий.
  11. Бак : Используйте шкив, чтобы поднять или опустить ковш, тем самым увеличивая массу воды за счет преобразования энергии.
  12. Червячный винт : наклонная плоскость с резьбой вокруг стержня, который при вращении позволяет вставить резьбу (наклонную плоскость) в древесину, таким образом удерживая две детали вместе с минимальными усилиями.
  13. Клещи : Пример рычага, аналогично ножницам.
  14. Щелкунчик : Рычаг, сочетающий силу и сопротивление, который позволяет приложить силу к точному месту, чтобы сломать гайку.
  15. Удочка : Используя человеческую руку как точку опоры, рычаг управляет силой. Улучшение удочек делало задачу все менее трудоемкой.
  16. Римская шкала : Инструмент для измерения массы, в основе которого лежат рычаги.
  17. Гильотина : Простая машина с очень острым лезвием, сегодня ее чаще всего используют для одновременной резки большого количества бумаги.
  18. Нож : Применяет механизмы достижения наклонной плоскости с помощью режущей кромки, обычно пищевые или веревки.
  19. Кривошипы : Инструмент, который используется для преобразования прямолинейного движения в круговое или наоборот. Он используется для вращения оси с меньшим усилием (что было очень необходимо для старинных автомобилей).
  20. Велосипед: Приложите колесо и ось к основанию, чтобы груз мог перемещаться (человек, едущий на велосипеде).

Дополнительная информация:

Простые машины — объяснение, типы и пример

В былые времена, когда люди не знали, как делать умную работу, они упорно трудились, чтобы выполнить простую задачу.С этого момента люди постепенно научились конструировать специальные машины с низко движущимися частями для выполнения своей требуемой задачи. Эти машины известны как простые машины. Давайте посмотрим, что такое простая машина, ее типы и примеры.

Что такое простая машина?

Механическое устройство, которое изменяет свое движение, положение или величину за счет небольшого количества частей или отсутствия частей для достижения требуемой задачи, известно как простая машина. У нас есть шесть типов простых машин.Давайте подробнее рассмотрим типы простых машин.

Типы простых машин

У нас есть шесть различных типов простых машин, каждая из которых привнесла кардинальные изменения. Это:

  • Наклонная плоскость.

  • Рычаг.

  • Клин.

  • Колесо и ось.

  • Шкив.

  • Винт.

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость — это простая машина, которая используется для подъема тяжелых тел с использованием наклонной плоскости; он поднимает предметы двумя разными способами.Один поднимает в прямом направлении, а другой поднимает объект наверх, перемещая его по диагонали. Примерами наклонных плоскостей являются тротуарные пандусы, пандусы для доступа к автомагистралям, наклонные конвейерные ленты, обратные дороги и т. Д.

Колесо и ось

Колесо и ось — это еще один тип простых машин, которые коренным образом изменили мир физики. Он состоит из двух частей: одна настоящая, а другая — ось. Он движется в круглой или цилиндрической форме. Если колесо вращается, то ось также перемещается в зависимости от скорости и направления колеса.Этот принцип используется для перемещения объектов или подъема объектов с одного места на другое. Размер объекта можно определить как малую шестерню и большую шестерню. Извлечение ковша из колодца — хорошо известный пример колеса и оси.

Что такое шкив?

Аналогичен колесу и оси. Простая машина, использующая колесо, но не ось. Вместо оси в шкиве используется трос, шнур или ремень. Любой из них можно вращать, что, в свою очередь, вращает колесо. Это приводит к увеличению механической энергии и толкает вверх объект, который нам нужно поднять.Здесь, если вращение может выполняться по отдельности, это простой шкив, тогда как он известен как составной шкив по-разному. Если мы обратимся к примерам со шкивами, то в первую очередь это размещение флага с помощью веревки.

Клин

Клин — это еще один тип простой машины, используемой для разрушения тяжелых предметов на более мелкие. Разрушение тяжелых предметов можно осуществить, приложив некоторую силу к величине. Примеры клина: — Гвоздь вонзается в объект и т. Д.

Винт — Простая машина

Винт определяется как вал, обернутый наклонной плоскостью.Это помогает удерживать вещи вместе и поднимать их. Винт, болт, зажим, вращающийся табурет и винтовая лестница — вот примеры винта, который представляет собой простую машину.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Рычаги

Рычаги — еще один тип простой машины. Это очень удобно. Он также используется для подъема предметов. У него есть рука и точка опоры. Оба движутся в противоположных направлениях. Если мы прикладываем силу в одном направлении, то ось действует в противоположном направлении. Здесь сила и расстояние обратно пропорциональны друг другу.Если сила увеличивается или уменьшается, это зависит от расстояния. Примеры рычагов: молоток, используемый для вытаскивания гвоздей, и любимый детский игровой инструмент — качели.

Типы рычагов

Рычаги можно разделить на три различных класса. Их можно определить с помощью несложной техники.

Рычаг первого класса — имеет точку опоры между нагрузкой и усилием. Первоклассный пример рычага — See-Saw.

Рычаг второго класса — он имеет нагрузку между усилием и точкой опоры.Примером рычага второго сорта является тачка.

Рычаг третьего класса — имеет усилие между грузом и точкой опоры. Примером рычага третьего класса является удочка.

Следовательно, это различные типы и примеры простой машины Ричарда, очень эффективной и действенной в решении задачи.

Список простых машин

Люди используют простые машины каждый день, возможно, даже не замечая этого. Автомобиль, например, использует свои оси и колеса для облегчения движения за счет перераспределения силы, вызванной его массой, на более подвижные поверхности, а части автомобиля удерживаются вместе винтами или затягиваются или ослабляются гаечным ключом. использовать.Короче говоря, простые машины меняют способ приложения силы к объекту, в основном, в лучшую сторону — только плохой инструмент может усложнить задачу. Основные простые инструменты, каждый из которых имеет долгую историю использования людьми, перечислены ниже.

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость — это просто пандус. Один конец самолета низкий, а другой высокий. Наклон вниз позволяет перемещать тяжелые или громоздкие предметы с помощью силы тяжести. Если вы когда-либо катили большой ящик по рампе движущегося фургона, вы использовали наклонную плоскость.

Колесо и ось

Колесо — это круглый объект, а ось — это длинный цилиндр. В сочетании ось позволяет колесу вращаться на 360 градусов. Колеса облегчают перемещение на большие расстояния или перемещение тяжелых предметов. Автомобили, велосипеды и тележки используют колесо и ось, а шестерни, управляющие часами, являются просто модифицированными версиями одной и той же машины.

Рычаг

Рычаг может быть таким же простым, как длинный металлический стержень. Рычаги используются для увеличения силы, облегчая подъем или разделение предметов.Например, когда вы открываете дверь ломом, лом действует как рычаг в этой ситуации. Лопаты и часть молотка, удаляющая гвозди, являются примерами рычагов в действии.

Шкив

Шкивы представляют собой разновидности колеса и оси. Шкив обычно неподвижен и обернут веревкой или цепью. Когда вы тянете за веревку, колесо вращается. Чем больше у вас шкивов, тем меньше силы нужно приложить для подъема объекта. Флагштоки, краны и оконные жалюзи работают со шкивами.

Винт

Винт представляет собой модифицированный вариант наклонной плоскости. Если наклонная плоскость наматывается на цилиндрический предмет, он превращается в винт. Когда вы поворачиваете шуруп, вызывается наклонная плоскость для отделения дерева или других материалов. Винты очень трудно удалить, потому что плоскость вокруг их корпуса образует в древесине корни, похожие на зубы.

Клин

Клинья — еще одна простая машина, в основе которой лежит наклонная плоскость. Клин — это острая кромка наклонной плоскости, которую можно использовать для различных целей.Клинья используются для удержания дверей открытыми, разделения поверхностей и выравнивания конструкций. Ножи, топоры и другие острые предметы также являются клиньями, но их ручка делает их комбинацией клин / рычаг.

6 видов простых машин

Работа выполняется путем приложения силы на расстоянии. Эти шесть простых машин создают большую выходную силу, чем входную; соотношение этих сил составляет механическое преимущество машины. Все шесть перечисленных здесь простых машин использовались в течение тысяч лет, и физика, лежащая в основе некоторых из них, была количественно определена греческим философом Архимедом (ок.287–212 гг. До н. Э.). В сочетании эти машины могут использоваться вместе для создания еще большего механического преимущества, как в случае с велосипедом.

Рычаг

Рычаг — это простой механизм, состоящий из жесткого объекта (часто какого-либо стержня) и точки опоры (или оси). Приложение силы к одному концу жесткого объекта заставляет его вращаться вокруг точки опоры, вызывая увеличение силы в другой точке вдоль жесткого объекта. Существует три класса рычагов, в зависимости от того, где находятся входная сила, выходная сила и точка опоры по отношению друг к другу.Самый ранний рычаг использовался в качестве весов к 5000 году до нашей эры; Архимеду приписывают высказывание: «Дайте мне место, чтобы встать, и я сдвину землю». Бейсбольные биты, качели, тачки и ломы — все это типы рычагов.

Колесо и ось

Колесо — это круглое устройство, которое прикреплено к жесткому стержню в его центре. Сила, приложенная к колесу, заставляет ось вращаться, что может использоваться для увеличения силы (например, путем наматывания веревки вокруг оси).В качестве альтернативы сила, прилагаемая для вращения оси, преобразуется во вращение колеса. Его можно рассматривать как тип рычага, который вращается вокруг центральной точки опоры. Самая ранняя известная комбинация колеса и оси была игрушечной моделью четырехколесной повозки, сделанной в Месопотамии около 3500 г. до н. Э. Колеса обозрения, шины и скалки — это примеры колес и осей.

Плоскость наклонная

Наклонная плоскость — это плоская поверхность, установленная под углом к ​​другой поверхности. Это приводит к тому, что вы выполняете такой же объем работы за счет приложения силы на большем расстоянии.Самая основная наклонная плоскость — это пандус; для подъема по пандусу на более высокую отметку требуется меньше усилий, чем для подъема на эту высоту по вертикали. Никто не изобрел наклонную плоскость, поскольку она встречается в природе, но люди использовали пандусы для строительства больших зданий (монументальная архитектура) еще в 10–8500 годах до нашей эры. В «Плоском равновесии» Архимеда описываются центры тяжести различных геометрических плоских фигур.

клин

Клин часто считают двойной наклонной плоскостью (обе стороны наклонены), которая перемещается, чтобы оказывать силу по длине сторон.Сила перпендикулярна наклонным поверхностям, поэтому она раздвигает два объекта (или части одного объекта). Топоры, ножи и стамески — все клинья. Обычный «дверной клин» использует силу на поверхностях для обеспечения трения, а не для разделения предметов, но по сути это все равно клин. Клин — самая старая простая машина, созданная нашими предками Homo erectus , по крайней мере, 1,2 миллиона лет назад для изготовления каменных орудий.

Винт

Винт — это вал, имеющий на своей поверхности наклонный паз.При вращении винта (приложении крутящего момента) сила прикладывается перпендикулярно канавке, тем самым преобразуя вращательную силу в линейную. Он часто используется для скрепления объектов (как крепежный винт и болт). Вавилоняне в Месопотамии разработали винт в 7 веке до нашей эры, чтобы поднимать воду из низко расположенного тела в более высокое (орошение сада из реки). Эта машина позже будет известна как винт Архимеда.

Шкив

Шкив — это колесо с канавкой по краю, куда можно поместить трос или трос.Он использует принцип приложения силы на большом расстоянии, а также натяжение веревки или кабеля, чтобы уменьшить величину необходимой силы. Сложные системы шкивов могут использоваться для значительного уменьшения усилия, которое необходимо приложить изначально для перемещения объекта. Простые шкивы использовались вавилонянами в 7 веке до нашей эры; первый сложный (с несколькими колесами) был изобретен греками около 400 г. до н. э. Архимед усовершенствовал существующую технологию, сделав первый полностью реализованный блок-снаряд.

Что такое машина?

Слово «машина» («machina») на греческом языке впервые употребил древнегреческий поэт Гомер в 8 веке до н.э., который использовал его для обозначения политических манипуляций. Считается, что греческий драматург Эсхил (523–426 до н. Э.) Использовал это слово в отношении театральных машин, таких как « deus ex machina » или «бог из машины». Эта машина была краном, который выводил на сцену актеров, играющих богов.

Источники и дополнительная информация

  • Баутиста Пас, Эмилио и др.«Краткая иллюстрированная история машин и механизмов». Дордрехт, Германия: Springer, 2010. Печать.
  • Чеккарелли, Марко. «Вклад Архимеда в механику и конструкцию механизмов». Теория механизмов и машин 72 (2014): 86–93. Распечатать.
  • Хондрос, Томас Г. «Архимед Жизни Работы и Машины». Теория механизмов и машин 45.11 (2010): 1766–75. Распечатать.
  • Писано, Рафаэле и Данило Капеччи.«Об архимедовых корнях в механике Торричелли». Гений Архимеда: 23 века влияния на математику, науку и технику. Ред. Пайпетис, Стефанс А. и Марко Чеккарелли. Материалы международной конференции, состоявшейся в Сиракузах, Италия, 8–10 июня 2010 г. Дордрехт, Германия: Springer, 2010. 17–28. Распечатать.
  • Уотерс, Шон и Джордж А. Аггидис. «Обзор более 2000 лет: возрождение винта Архимеда от насоса к турбине». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 51 (2015): 497–505.Распечатать.

Инженерное дело: простые машины — Урок

. (3 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 30 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области: Геометрия, Физические науки, Решение проблем, Рассуждения и доказательства, Наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Простые машины — это устройства с небольшим количеством движущихся частей или без них, которые облегчают работу.Студенты знакомятся с шестью типами простых машин — клином, колесом и осью, рычагом, наклонной плоскостью, винтом и шкивом — в контексте построения пирамиды, получая общее представление об инструментах, которые использовались с тех пор. древние времена и используются до сих пор. В двух практических занятиях учащиеся начинают собственное проектирование пирамиды, выполняя расчеты материалов, а также оценивая и выбирая строительную площадку. Шесть простых машин более подробно рассматриваются в последующих уроках этого раздела. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Почему инженеры заботятся о простых машинах? Как такие устройства помогают инженерам улучшать общество? Простые машины важны и распространены в современном мире в виде повседневных устройств (ломы, тачки, съезды на шоссе и т. Д.), Которые люди, особенно инженеры, используют ежедневно.Те же физические принципы и механические преимущества простых машин, которые использовались древними инженерами для строительства пирамид, используются сегодняшними инженерами для строительства современных сооружений, таких как дома, мосты и небоскребы. Простые машины предоставляют инженерам дополнительные инструменты для решения повседневных задач.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Разберитесь, что такое простая машина и как она поможет инженеру что-то построить.
  • Определите шесть типов простых машин.
  • Узнайте, как те же физические принципы, которые сегодня используются инженерами при строительстве небоскребов, использовались инженерами в древние времена для строительства пирамид.
  • Сгенерируйте и сравните несколько возможных решений для создания простой рычажной машины в зависимости от того, насколько хорошо каждое из них соответствует ограничениям задачи.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS

3-ПС2-2. Выполняйте наблюдения и / или измерения движения объекта, чтобы предоставить доказательства того, что шаблон может быть использован для прогнозирования будущего движения.(3-й степени)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям.
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Проведите наблюдения и / или измерения, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательства объяснения явления или проверки проектного решения.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Научные открытия основаны на распознавании закономерностей.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Можно наблюдать и измерять закономерности движения объекта в различных ситуациях; когда это прошлое движение демонстрирует регулярный образец, будущее движение может быть предсказано по нему. (Граница: технические термины, такие как величина, скорость, импульс и векторная величина, не вводятся на этом уровне, но разрабатывается концепция, согласно которой для описания некоторых величин требуется как размер, так и направление.)

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Шаблоны изменений можно использовать для прогнозирования.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/lessons/view/cub_simple_lesson01], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной учебной программы

Урок средней школы Рычаги подъема

Студенты знакомятся с тремя из шести простых механизмов, используемых многими инженерами: рычагом, шкивом и колесно-осевым механизмом. Как правило, инженеры используют рычаг для увеличения силы, приложенной к объекту, шкив для подъема тяжелых грузов по вертикальному пути и колесо с осью для увеличения крутящего момента…

Урок старшей школы Сдвиньте вправо, используя наклонную плоскость

Учащиеся изучают построение пирамиды, узнавая о простой машине, называемой наклонной плоскостью. Они также узнают о другой простой машине, шурупе, и о том, как она используется в качестве подъемного или крепежного устройства.

Урок старшей школы Здание пирамиды: как использовать клин

Студенты узнают, как простые машины, в том числе клинья, использовались при строительстве как древних пирамид, так и современных небоскребов.На практических занятиях учащиеся тестируют различные клинья на различных материалах (воске, мыле, глине, пене).

Деятельность средней школы Всплеск, Поп, Физз: Машины Руба Голдберга

Освежено пониманием шести простых машин; Винт, клин, шкив, наклонная плоскость, колесо и ось, а также рычаг, группы студентов получают материалы и выделенное количество времени, чтобы выступать в качестве инженеров-механиков при проектировании и создании машин, способных выполнять указанные задачи.

Введение / Мотивация

Как египтяне построили Великие пирамиды тысячи лет назад (~ 2500 лет до нашей эры)? Можете ли вы построить пирамиду из каменных блоков весом 9000 кг (~ 10 тонн или 20 000 фунтов) голыми руками? Это все равно что пытаться голыми руками сдвинуть большого слона! Сколько людей потребуется, чтобы переместить такой большой блок? Сегодня все еще сложно построить пирамиду даже с использованием современных инструментов, таких как отбойные молотки, краны, грузовики и бульдозеры.Но как египетские рабочие могли вырезать, формировать, транспортировать и складывать огромные камни без этих современных инструментов? Что ж, одним из ключей к выполнению этой удивительной и сложной задачи было использование простых машин.

Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу. Многие из современных сложных инструментов на самом деле представляют собой более сложные формы шести простых машин. Используя простые машины, обычные люди могут раскалывать огромные камни, поднимать большие камни и перемещать блоки на большие расстояния.

Однако для построения пирамид требовалось больше, чем просто машины. Также потребовалось грандиозное планирование и отличный дизайн . Планирование, проектирование, работа в команде и использование инструментов для создания чего-либо или выполнения работы — вот что такое Engineering . Инженеры используют свои знания, творческий потенциал и навыки решения проблем, чтобы совершать удивительные подвиги для решения реальных задач. Люди призывают инженеров использовать свое понимание того, как работают вещи, для выполнения кажущейся невозможной работы и облегчения повседневной деятельности.Удивительно, сколько раз инженеров и обращались к простым машинам для решения этих задач.

Как только мы поймем простые машины, вы узнаете их во многих обычных делах и повседневных предметах. (Раздайте справочный лист «Простые машины».) Это шесть простых машин: клин , колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив . Теперь, когда вы видите картинки, узнаёте ли вы некоторые из этих простых машин? Можете ли вы увидеть какие-нибудь из этих простых машин в классе? Как они работают? Что ж, важным термином в лексике при изучении простых машин является феномен механического преимущества .Механическое преимущество простых машин означает, что мы можем использовать меньшее усилие для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние. Хороший пример — толкание тяжелого предмета по пандусу. Может быть проще подтолкнуть объект вверх по пандусу, чем просто поднять его на нужную высоту, но это займет большее расстояние. Пандус — это пример простой машины, называемой наклонной плоскостью . Мы собираемся узнать намного больше о каждой из этих шести простых машин, которые представляют собой простое решение, помогающее инженерам и всем людям выполнять тяжелую работу.

Иногда трудно распознать простые машины в нашей жизни, потому что они выглядят иначе, чем те, которые мы видим в школе. Чтобы упростить изучение простых машин, давайте представим, что мы живем в Древнем Египте и что лидер страны нанял нас в качестве инженеров, чтобы построить пирамиду. Студенты могут выступать в роли инженеров в веселых и практических занятиях: Stack It Up! и Выбор места пирамиды для проектирования и планирования строительства новой пирамиды. Сегодняшняя доступность электричества и технологически продвинутых машин затрудняет понимание того, что делает эта простая машина.Но в контексте Древнего Египта простые машины, которые мы будем изучать, представляют собой гораздо более простые инструменты того времени. После того, как мы разовьем понимание простых машин, мы перенесем наш контекст на строительство небоскреба в наши дни, чтобы мы могли сравнить и сопоставить, как простые машины использовались на протяжении веков и используются до сих пор.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Используйте прилагаемую презентацию PowerPoint «Введение в простые машины» и справочный лист «Простые машины» в качестве полезных инструментов в классе.(Покажите презентацию PowerPoint или распечатайте слайды для использования с диапроектором. Презентация анимирована для продвижения стиля, основанного на запросах; каждый щелчок раскрывает новую точку зрения о каждой машине; попросите учащихся предложить характеристики и примеры, прежде чем вы их покажете .)

Простые машины везде; мы используем их каждый день для выполнения простых задач. Простые машины также использовались с первых дней существования человечества. Простые машины принимают разные формы, но бывают шести основных типов:

  • Wedge : Устройство, которое разделяет вещи.
  • Колесо и ось : Используется для уменьшения трения.
  • Рычаг : перемещается вокруг точки поворота для увеличения или уменьшения механического преимущества.
  • Наклонная плоскость : поднимает предметы, перемещаясь вверх по склону.
  • Винт : устройство, которое может поднимать или удерживать предметы.
  • Шкив : изменяет направление силы.

Простые машины

Мы используем простые машины, потому что они облегчают работу.Научное определение работы — это величина силы , приложенная к объекту, умноженная на расстояние, на которое объект перемещается. Таким образом, работа состоит из силы и расстояния. Для завершения каждого задания требуется определенный объем работы, и это число не меняется. Таким образом, умножение силы на расстояние всегда равняется одному и тому же объему работы. Это означает, что если вы переместите что-то на меньшее расстояние, вам нужно будет приложить большую силу. С другой стороны, если вы хотите приложить меньшее усилие, вам нужно переместить его на большее расстояние.Это компромисс силы и расстояния, или механическое преимущество , общее для всех простых машин. Благодаря механическому преимуществу, чем дольше длится работа, тем меньше усилий вам нужно использовать на протяжении всей работы. Большую часть времени мы чувствуем, что задача трудная, потому что она требует от нас больших усилий. Следовательно, компромисс между расстоянием и силой может значительно облегчить выполнение нашей задачи.

клин

Клин — это простая машина, которая раздвигает предметы или вещества, прикладывая силу к большой площади поверхности на клине, при этом сила увеличивается до меньшей площади на клине для выполнения фактической работы.Гвоздь — это обычный клин с широкой зоной шляпки гвоздя, на которую прикладывается сила, и небольшой точечной зоной, где прикладывается сосредоточенная сила. Сила увеличивается в острие, позволяя гвоздю пробить дерево. По мере того, как гвоздь погружается в древесину, форма клина на острие гвоздя продвигается вперед и раздвигает древесину.

Рис. 1. Топор является примером клина. Авторское право

Copyright © Martin Cathrae, Flickr https://www.flickr.com/photos/suckamc/3743184350

Примеры повседневных клиньев: топор (см. Рисунок 1), гвоздь, дверной упор, долото, пила, отбойный молоток, застежка-молния, бульдозер, снегоочиститель, конный плуг, застежка-молния, крыло самолета, нож, вилка и нос лодки или корабля.

Колесо и ось

Колесо и ось — это простая машина, которая снижает трение, возникающее при перемещении объекта, что упрощает транспортировку объекта. Когда объект толкают, необходимо преодолеть силу трения, чтобы он начал двигаться. Когда объект движется, сила трения противодействует силе, действующей на объект. Колесо и ось упрощают это, уменьшая трение, связанное с перемещением объекта. Колесо вращается вокруг оси (по сути стержня, который проходит через колесо, позволяя колесу вращаться), катясь по поверхности и сводя к минимуму трение.Представьте, что вы пытаетесь столкнуть каменный блок весом 9000 кг (~ 10 тонн). Не было бы проще катить его, используя бревна, подложенные под камень?

Повседневные примеры колеса и оси включают автомобиль, велосипед, офисное кресло, тележку-колесо, тележку для покупок, ручную тележку и роликовые коньки.

Рычаг

Рычажная простая машина состоит из груза, точки опоры и усилия (или силы). Груз — это объект, который перемещается или поднимается. Точка опоры — это точка поворота, а усилие — это сила, необходимая для подъема или перемещения груза.При приложении силы к одному концу рычага (приложенная сила) создается сила на другом конце рычага. Приложенная сила либо увеличивается, либо уменьшается в зависимости от расстояния от точки опоры (точки или опоры, на которой поворачивается рычаг) до нагрузки и от точки опоры до усилия.

Рисунок 2: Лом является примером рычага. Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA. Все права защищены. С примечаниями программы ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2005 г.

Повседневные примеры рычагов включают качели или качели, стрелу крана, лом, молоток (с помощью когтя), удочку и открывалку для бутылок. Подумайте, как вы используете лом (см. Рисунок 2). При нажатии на длинный конец лома сила создается на конце нагрузки на меньшем расстоянии, еще раз демонстрируя компромисс между силой и расстоянием.

Плоскость наклонная

Наклонные плоскости облегчают подъем чего-либо. Представьте себе пандус.Инженеры используют пандусы, чтобы легко перемещать объекты на большую высоту. Есть два способа поднять объект: подняв его прямо вверх или подтолкнув вверх по диагонали. Поднимая объект прямо вверх, он перемещается на кратчайшее расстояние, но вы должны приложить большую силу. С другой стороны, использование наклонной плоскости требует меньшего усилия, но вы должны приложить его на большее расстояние.

Повседневные примеры наклонных плоскостей включают пандусы для доступа к шоссе, пандусы для тротуаров, лестницы, наклонные конвейерные ленты и обратные дороги или тропы.

Винт

Рисунок 3: Автомобильный домкрат — это пример простой винтовой машины, которая позволяет одному человеку поднять борт автомобиля. Copyright

Copyright © https://en.wikipedia.org/wiki/Jack_(device) # / media / Файл: Jackscrew.jpg

Винт представляет собой наклонную плоскость, обернутую вокруг вала. Винты выполняют две основные функции: они удерживают предметы вместе или поднимают предметы. Винт хорош для скрепления предметов из-за резьбы вокруг вала.Нити захватывают окружающий материал, как зубы, обеспечивая надежную фиксацию; единственный способ вывернуть винт — раскрутить его. Автомобильный домкрат — это пример винта, который используется для подъема чего-либо (см. Рисунок 3).

Повседневные примеры винтов включают винт, болт, зажим, крышку банки, автомобильный домкрат, вращающийся стул и винтовую лестницу.

Шкив

Рис. 4. Шкив на судне помогает людям тянуть тяжелую рыболовную сеть. Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA.Все права защищены.

Шкив — это простой механизм, используемый для изменения направления силы. Подумайте о поднятии флага или тяжелом камне. Чтобы поднять камень на свое место на пирамиде, нужно приложить силу, которая поднимет его. Используя шкив, сделанный из рифленого колеса и веревки, можно потянуть вниз на веревке, используя силу тяжести, чтобы поднять камень вверх на . Еще более ценно то, что систему из нескольких шкивов можно использовать вместе, чтобы уменьшить усилие, необходимое для подъема объекта.

Примеры повседневного использования шкивов: флагштоки, лифты, паруса, рыболовные сети (см. Рисунок 4), веревки для белья, краны, оконные шторы и жалюзи, а также снаряжение для скалолазания.

Составные машины

Составная машина — это устройство, объединяющее две или более простых машины. Например, тачка сочетает в себе использование колеса и оси с рычагом. Используя шесть основных простых машин, можно изготавливать всевозможные составные машины. У вас дома и в классе есть много простых и сложных машин.Некоторые примеры составных машин, которые вы можете найти: консервный нож (клиновой и рычажный), тренажеры / краны / эвакуаторы (рычаги и шкивы), лопата (рычаг и клин), автомобильный домкрат (рычаг и винт), колесная тачка ( колесо, ось и рычаг) и велосипед (колесо, ось и шкив).

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Сегодня мы обсудили шесть простых машин.Кто может назвать их для меня? (Ответ: клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив.) Как простые машины облегчают работу? (Ответ: Механическое преимущество позволяет нам использовать меньшую силу для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние.) Почему инженеры используют простые машины? (Возможные ответы: инженеры творчески используют свои знания в области естественных наук и математики, чтобы сделать нашу жизнь лучше, часто используя простые машины. Они изобретают инструменты, облегчающие работу. Они выполняют огромные задачи, которые невозможно было бы выполнить без механического преимущества простых машин.Они проектируют структуры и инструменты для лучшего и более эффективного использования наших ресурсов окружающей среды.) Сегодня вечером, дома, подумайте о повседневных примерах шести простых машин. Посмотрите, сколько вы можете найти вокруг своего дома!

Заполните таблицу оценки KWL (см. Раздел «Оценка»). Оцените понимание учащимися урока, назначив Рабочий лист «Простые машины» в качестве теста на вынос. В качестве расширения используйте прикрепленный файл Simple Machines Scavenger Hunt! Рабочий лист для проведения простого поиска мусора на машинах, в котором учащиеся находят примеры простых машин, используемых в классе и дома.

На других уроках этого раздела студенты изучают каждую простую машину более подробно и видят, как каждую из них можно использовать в качестве инструмента для построения пирамиды или современного здания.

Словарь / Определения

дизайн: (глагол) Планировать в систематической, часто графической форме. Создавать для определенной цели или эффекта. Спроектируйте здание. (существительное) Хорошо продуманный план.

Инженерия: применение научных и математических принципов в практических целях, таких как проектирование, производство и эксплуатация эффективных и экономичных конструкций, машин, процессов и систем.

сила: толкать или тянуть объект.

наклонная плоскость: простая машина, поднимающая объект на большую высоту. Обычно это прямая наклонная поверхность без движущихся частей, таких как пандус, наклонная дорога или лестница.

Рычаг: Простая машина, которая увеличивает или уменьшает усилие для подъема чего-либо. Обычно штанга поворачивается на фиксированной точке (опоре), к которой прилагается сила для выполнения работы.

механическое преимущество: преимущество, полученное за счет использования простых машин, позволяющих выполнять работу с меньшими усилиями.Облегчение задачи (что означает меньшее усилие), но может потребоваться больше времени или места для работы (большее расстояние, веревка и т. Д.). Например, приложение меньшей силы на большем расстоянии для достижения того же эффекта, что и приложение большой силы на небольшом расстоянии. Отношение выходной силы, оказываемой машиной, к приложенной к ней входной силе.

шкив: простой механизм, который изменяет направление силы, часто для подъема груза. Обычно состоит из рифленого колеса, в котором движется натянутый трос или цепь.

пирамида: массивная структура древнего Египта и Мезоамерики, использовавшаяся для склепа или гробницы. Типичная форма — квадратное или прямоугольное основание на земле со сторонами (гранями) в форме четырех треугольников, которые встречаются в точке наверху. Мезоамериканские храмы имеют ступенчатые стороны и плоскую вершину, увенчанную камерами.

Винт: простая машина, которая поднимает или скрепляет материалы. Часто цилиндрический стержень, нарезанный спиральной резьбой.

простая машина: машина с небольшим количеством движущихся частей или без них, которая используется для облегчения работы (дает механическое преимущество). Например, клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт или шкив.

спираль: кривая, которая огибает фиксированную центральную точку (или ось) на постоянно увеличивающемся или уменьшающемся расстоянии от этой точки.

инструмент: устройство, используемое для работы.

клин: простая машина, разделяющая материалы.Используется для раскалывания, затягивания, фиксации или подъема. Он толстый на одном конце и сужается к тонкому краю на другом.

колесо и ось: простая машина, уменьшающая трение при движении за счет качения. Колесо — это диск, предназначенный для вращения вокруг оси, проходящей через центр колеса. Ось — это опорный цилиндр, на котором вращается колесо или колесная пара.

работа: сила, действующая на объект, умноженная на расстояние, на которое он перемещается. W = F x d (сила, умноженная на расстояние).

Оценка

Оценка перед уроком

Таблица «Знай / Хочу знать / Учиться» (KWL): Создайте классную диаграмму KWL, чтобы помочь организовать изучение новой темы. На большом листе бумаги или классной доске нарисуйте таблицу с заголовком «Строительство с помощью простых машин». Нарисуйте три столбца с названиями K, W и L, представляющие, что студенты знают о простых машинах, что они хотят, чтобы знал о простых машинах и что они узнали о простых машинах.Заполняйте разделы K и W во время введения к уроку по мере появления фактов и вопросов. Заполните L-часть в конце урока.

Оценка после введения

Справочный лист: Раздайте прилагаемый справочный лист Simple Machines. Просмотрите информацию и ответьте на любые вопросы. Предложите студентам держать листы под рукой в ​​своих партах, папках или журналах.

Наблюдения: Покажите ученикам пример каждой простой машины и попросите их сделать наблюдения и обсудить любые закономерности, которые можно использовать для прогнозирования будущего движения.

Итоги урока, оценка

Заключительное обсуждение: Проведите неформальное обсуждение в классе, спросив учащихся, что они узнали из заданий. Спросите у студентов:

  • Кто может назвать разные типы простых машин? (Ответ: клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив.)
  • Как простые машины облегчают работу? (Ответ: Механическое преимущество позволяет нам использовать меньшую силу для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние.)
  • Почему инженеры используют простые машины? (Возможные ответы: инженеры творчески используют свои знания в области естественных наук и математики, чтобы сделать нашу жизнь лучше, часто используя простые машины. Они изобретают инструменты, облегчающие работу. Они выполняют огромные задачи, которые невозможно было бы выполнить без механического преимущества простых машин. Они проектировать конструкции и инструменты для лучшего и более эффективного использования наших экологических ресурсов.)

Напомните студентам, что инженеры учитывают множество факторов при планировании, проектировании и создании чего-либо.Спросите у студентов:

  • Какие соображения необходимо учитывать инженеру при проектировании новой конструкции? (Возможные ответы: размер и форма (конструкция) конструкции, доступные строительные материалы, расчет необходимых материалов, сравнение материалов и стоимости, изготовление чертежей и т. Д.)
  • Какие соображения следует учитывать инженеру при выборе площадки для строительства новой конструкции? (Возможные ответы: физические характеристики участка [топография, грунтовый фундамент], расстояние до строительных ресурсов [дерево, камень, вода, бетон], пригодность для использования по назначению [найдите школу или продуктовый магазин рядом с местом проживания людей].)

Таблица KWL (Заключение): Как класс, завершите столбец L таблицы KWL, как описано в разделе «Оценка перед уроком». Составьте список всего, что они узнали о простых машинах. Были ли даны ответы на все вопросы W? Что нового они узнали?

Домашнее задание

Тест на вынос: Оцените понимание учащимися урока, назначив Рабочий лист «Простые машины» в качестве теста на вынос.

Мероприятия по продлению урока

Воспользуйтесь прилагаемым приложением «Охота на мусора на простых машинах»! Рабочий лист для веселой охоты за мусором.Попросите учащихся найти примеры всех простых машин, используемых в классе и дома.

Приведите повседневные примеры простых машин и продемонстрируйте, как они работают.

Проиллюстрируйте мощь простых машин, попросив учащихся выполнить задание, не используя простую машину, а затем с ее помощью. Например, создайте демонстрацию рычага, забив гвоздь в кусок дерева. Попросите учащихся попытаться вытащить гвоздь, сначала используя только руки

Принесите множество повседневных примеров простых машин.Раздайте по одному каждому ученику и попросите их подумать, что это за простая машина. Затем попросите учащихся распределить предметы по категориям с помощью простых машин и объяснить, почему они решили разместить свой предмет именно там. Спросите студентов, какой была бы жизнь без этого предмета. Подчеркните: простые машины облегчают нашу жизнь.

Интерактивная игра на простых машинах представлена ​​на веб-сайте Edheads: http://edheads.org.

Инженерное проектирование с рычагами: дайте каждой паре учеников мешалку для краски, 3 небольших пластиковых стаканчика, кусок клейкой ленты и деревянный брусок или катушку (или что-нибудь подобное).Попросите учеников сконструировать простой рычаг машины, который будет бросать мяч для пинг-понга (или любой другой маленький мяч) как можно выше. На этапе перепроектирования разрешите учащимся запрашивать материалы для добавления к их дизайну. Проведите небольшое соревнование, чтобы увидеть, какая группа смогла отправить мяч для пинг-понга в высокий полет. Обсудите с классом, почему именно этот дизайн оказался успешным по сравнению с другими вариантами, замеченными во время соревнований.

Дополнительная поддержка мультимедиа

См. Http: // edheads.org для хорошего веб-сайта, посвященного простым машинам, с учебными материалами, включая обучающие игры и задания.

использованная литература

Dictionary.com. ООО «Издательская группа« Лексико ». По состоянию на 11 января 2006 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией) http://www.dictionary.com

Простые машины. inQuiry Almanack, Интернет-институт Франклина, электронное обучение Unisys и Drexel.По состоянию на 11 января 2006 г. http://sln.fi.edu/qa97/spotlight3/spotlight3.html

авторское право

© 2005 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Грег Рэмси; Глен Сиракавит; Лоуренс Э. Карлсон; Жаклин Салливан; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон, при участии студентов, участвовавших в весеннем курсе подготовки инженерного корпуса K-12 (К-12) весной 2005 года.

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этих программ электронных библиотек было разработано в рамках Комплексной программы преподавания и обучения в рамках гранта GK-12 Национального научного фонда.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 октября 2021 г.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.