- Электрические процессы при коммутации
- Общая характеристика
- Дейтаграммный способ
- Логический канал
- Виртуальный канал
- Коммутаторы
- Доступ к среде
- Прослушивание несущей частоты
- Обнаружение коллизий
- Принцип работы Switch’а (коммутатора)
- Методы автоматического расцепления
- Варианты коммутации
- Искрение — причины, шкала оценки
- Методы улучшения коммутации
Электрические процессы при коммутации
При пуске двигателя коллектор и обмотка якоря начинают двигаться по окружности с некоторой частотой n, при этом щетки устройства неподвижны. Перед началом коммутационных процессов ток якоря Ia протекает через щетку, правую коллекторную пластину.
В этот момент он разделен надвое между параллельными обмотками якоря. По окончании процесса коммутации проводники 2 и 3 входят в соседнюю параллельную ветвь, при этом протекание электрического тока в них меняется на противоположное.
Щетки в двигателе могут при коммутации перекрывать несколько пластин коллектора, но это никак не влияет на процесс коммутации. Время, в течение которого щетка перемещается от одной коллекторной пластины к соседней, называется периодом коммутации. Именно в это заданное время происходят все процессы переключения. Этот временной интервал очень короткий по продолжительности (тысячные доли секунды).
Непосредственно при замене катушка оказывается закороченной коллекторными пластинами и щеткой. На схеме выше этот момент обозначен как b). В витках 2-3 меняется направление электрического тока, а значит, через этот виток протекает переменный электрический ток, что приводит к возникновению переменного магнитного потока.
Под действием последних наводится ЭДС. (электродвижущая сила) самоиндукции eL, которая пытается поддерживать в катушке ток прежнего направления. За счет воздействия на катушку 2-3 ЭДС самоиндукции образуется дополнительный электрический ток id из-за того, что цепь имеет малое сопротивление.
В точке, где происходит контакт между щеткой и левой пластиной, ток ID и ток якоря имеют противоположное направление. Но в точке, где правая пластина соприкасается со щеткой, направление потока такое же.
По мере приближения окончания процесса переключения площадь поверхности контакта щетки и правой пластины уменьшается, а плотность электрического тока увеличивается. После завершения коммутации разрывается соединение щетки и правой пластины коллектора и образуется электрическая дуга. Чем выше ID силы тока, тем мощнее будет дуга.
Общая характеристика
Назначение коммутационных устройств сводится к процессу передачи электроэнергии за счет замыкания и размыкания цепи. На сегодняшний день все существующие устройства этого типа можно разделить на две категории. К первой группе относятся контактные (механические) устройства, а ко второй группе — бесконтактные (полупроводниковые или газоразрядные) разновидности.
Наиболее распространенными коммутационными устройствами являются выключатели, автоматические выключатели, контакторы, реле, предохранители. Они имеют определенные особенности, которые необходимо учитывать при выборе. Сцепной узел необходимо приобретать в соответствии с условиями эксплуатации.
Представленные устройства могут иметь в конструкции несколько полюсов. Их количество может быть от одного до четырех. В соответствии с этим показателем агрегаты также делятся на группы. Чаще всего в продаже встречаются биполярные изделия. Они имеют два положения — «выключено» или «включено».
Дейтаграммный способ
Метод дейтаграмм — передача осуществляется набором независимых пакетов. Каждый пакет движется по сети по своему маршруту, и пакеты поступают к пользователю в случайном порядке.
- Простой процесс передачи
- Низкая надежность из-за возможности потери пакетов и необходимости программного обеспечения для повторной сборки пакетов и восстановления сообщений
Логический канал
Логический канал — это передача последовательности связанных пакетов, сопровождаемая установлением предварительного соединения и подтверждением получения каждого пакета. Если i-й пакет не получен, все последующие пакеты приниматься не будут
Виртуальный канал
Виртуальный канал — это логический канал, в котором последовательность связанных пакетов отправляется по фиксированному маршруту.
- Естественный порядок данных сохраняется; устойчивые маршруты движения; возможно резервирование ресурсов
- Аппаратная сложность
Коммутаторы
Коммутация считается одной из самых популярных современных технологий. Коммутаторы по всем фронтам вытесняют мосты и маршрутизаторы, оставляя последним только организацию связи через глобальную сеть. Популярность коммутаторов в первую очередь связана с тем, что они позволяют повысить производительность сети за счет сегментации.
Помимо разделения сети на небольшие сегменты, коммутаторы позволяют создавать логические сети и легко перегруппировывать в них устройства. Другими словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.
В 1994 году IDC дала свое определение коммутатора LAN: коммутатор — это устройство, разработанное как сетевой концентратор и работающее как высокоскоростной многопортовый мост; встроенный механизм коммутации позволяет сегментировать локальную сеть, а также распределять пропускную способность между конечными станциями в сети.
Переключатели впервые появились в конце 1980-х годов. Первые коммутаторы использовались для перераспределения полосы пропускания и тем самым повышения производительности сети. Можно сказать, что коммутаторы изначально использовались исключительно для сегментации сети. В настоящее время произошли изменения, и теперь в большинстве случаев коммутаторы используются для прямого подключения к конечным станциям.
Широкое использование коммутаторов значительно повысило эффективность сети за счет равномерного распределения пропускной способности между пользователями и приложениями. Хотя первоначальная стоимость была довольно высокой, они все же были значительно дешевле и проще в настройке и использовании, чем маршрутизаторы.
Широкое использование коммутаторов на уровне рабочих групп можно объяснить тем, что коммутаторы позволяют увеличить отдачу от существующей сети. При этом для повышения производительности всей сети нет необходимости менять существующую кабельную систему и оборудование конечного пользователя.
Наиболее важные способы крепления кабельного канала к стене
- изменение конфигурации,
- смена кадра,
- клеточный обмен,
- преобразование между кадрами и ячейками.
Переключение конфигурации основано на сопоставлении определенного порта коммутатора с определенным сегментом сети. Это сопоставление можно настроить программно, когда пользователи подключаются или перемещаются по сети.
При коммутации фреймов фреймы используются сетями Ethernet, Token Ring и т д. Когда фрейм поступает в сеть, он обрабатывается первым коммутатором на пути. Под термином обработка понимается вся совокупность действий, выполняемых коммутатором для определения выходного порта, на который необходимо отправить этот кадр. После обработки он отправляется по сети на следующий коммутатор или напрямую получателю.
ATM также использует коммутацию, но блоки коммутации называются ячейками. Преобразование кадра в ячейку позволяет станциям в сетях Ethernet, Token Ring и т д напрямую связываться с устройствами ATM. Эта технология используется в эмуляции локальной сети.
Переключатели делятся на четыре категории:
- Простые автономные сетевые коммутаторы рабочей группы позволяют некоторым сетевым узлам или сегментам обмениваться информацией с максимальной скоростью для данной кабельной системы. Они могут действовать как мосты к другим сегментам сети, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность для отдельных выделенных устройств, таких как серверы.
- Коммутаторы рабочей группы второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.
- Сетевые коммутаторы для корпоративных отделов, которые часто используются для подключения сетей рабочих групп. Они обеспечивают лучшее управление сетью и повышение производительности. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связи, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные блоки питания и позволяют быстро менять модули.
- Коммутаторы корпоративной сети, которые планируют трафик для определения наиболее эффективного маршрута. Они могут поддерживать большое количество логических сетевых подключений. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают модули ATM как часть своей продукции. Эти коммутаторы преобразуют протоколы Ethernet в протоколы ATM.
Доступ к среде
Чтобы избежать коллизий и обеспечить успешную передачу информации в сетях, где используется общая среда, необходимо использовать какой-либо метод управления доступом к среде. Этот метод должен сделать так, чтобы только один компьютер одновременно передавал данные через общую среду.
Классический Ethernet использует метод общего доступа к среде CSMA/CD. Аббревиатура множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий. На русском мультидоступ с прослушиванием оператора и обнаружением коллизий.
Мультидоступ означает, что у нас есть своего рода общая среда, которая используется несколькими компьютерами.
Прослушивание несущей частоты
Чтобы избежать коллизий, ПК передают информацию только тогда, когда носитель свободен. А прослушивание — это способ узнать, свободна ли среда в данный момент времени или сейчас другой ПК передает данные через общую среду.
Несущая частота представляет собой основную гармонику сигнала, используемого для передачи информации на физическом уровне.
Например, в Ethernet с манчестерским кодированием сигнал изменяется в середине каждого тактового цикла. Кроме того, изменение сигнала может произойти в конце каждой цели. Поэтому все компьютеры смотрят, изменяется ли сигнал на заданной частоте.
А если сигнал меняется, значит, другой компьютер передает данные, так что теперь передать данные невозможно. Если в сети нет несущей частоты, вы можете передавать данные, не боясь побеспокоить другое устройство. Также возможно, что в сети есть какой-то сигнал, но в нем нет явной несущей частоты. Это говорит о том, что это не сигнал данных, а просто помехи.
Обнаружение коллизий
Если два компьютера одновременно начинают передавать данные, возникает коллизия. Как обнаруживается коллизия в Ethernet компьютера? Для этого они одновременно отправляют и получают данные и сравнивают эти данные друг с другом. Если сигнал, который ваш компьютер отправляет в сеть, отличается от того, что он получает, произошла коллизия. Входной сигнал изменяется, потому что другой компьютер отправляет сигнал в сеть.
В Ethernet, если компьютер обнаруживает коллизию, он останавливает передачу и отправляет последовательность в сеть Jam. Это сигнал, который существенно искажает все данные, отправляемые по сети, усиливает коллизию, чтобы все компьютеры, подключенные к общей среде, гарантированно поняли, что произошла коллизия, и прекратили передачу.
Принцип работы Switch’а (коммутатора)
Сетевой коммутатор или свитч (сленг от англ switch — переключатель) — это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети.
Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI и поэтому в общем случае может объединять узлы одной сети только по их MAC-адресам. Коммутаторы разработаны с использованием мостовой технологии и часто называются многопортовыми мостами.
Коммутатор поддерживает в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), которая сопоставляет MAC-адрес хоста с портом коммутатора. Когда переключатель включен, эта таблица пуста и находится в режиме обучения. В этом режиме входящие данные на любой порт перенаправляются на все остальные порты коммутатора.
В этом случае коммутатор анализирует фреймы (фреймы) и после определения MAC-адреса хоста-отправителя заносит его в таблицу. Затем, если на один из портов коммутатора поступает фрейм, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, этот фрейм будет передаваться только через порт, указанный в таблице.
Если MAC-адрес целевого хоста не связан ни с одним портом коммутатора, кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех портов, и в результате происходит локализация трафика. Стоит отметить низкую латентность (задержку) и высокую скорость переадресации на каждом интерфейсном порту.
Методы автоматического расцепления
Блоки защитного отключения имеют в своей конструкции реле. Они являются частью переключателей. Реле могут быть электромеханическими или статическими. Производить контроль и сравнение заданных параметров полупроводниковых материалов. Этот принцип заложен во вводных машинах.
Электромеханические варианты могут быть выполнены на основе электротермических, электромагнитных или комбинированных элементов. Вводной коммутационный блок представленного типа устанавливается в квартирах, домах, промышленных предприятиях и т.п
Расцепители могут не иметь заданного временного интервала при срабатывании. Также в продаже есть устройства с независимым воздействием или работой с обратной зависимостью от тока.
Варианты коммутации
Существует 3 вида обмена. Замена может быть:
- ускоренное криволинейное переключение. При этой коммутации плотность тока под частью щетки, входящей в пластину, выше, чем под частью, уходящей от нее. Наблюдаются складские клерки;
- прямолинейное переключение, когда плотность электрического потока одинакова под входным и выходным краями щетки. Проводник почти не искрит;
- медленно криволинейной, когда плотность электрического тока ниже входящей кромки ниже, чем ниже выходящей.
Важными показателями, характеризующими процесс переключения, будут:
- скорость изменения электрического тока в якорной части,
- плотность тока, протекающего через входную и выходную пластины;
- непрерывность потока электричества.
Искрение — причины, шкала оценки
В рабочем состоянии в МИТ происходит непрерывное переключение участков катушки якоря с одного витка на соседний, и электрический ток меняет направление. В связи с тем, что такие периоды переключений непродолжительны по времени, скорость реверсирования тока в секции всегда достаточно высока.
Возникающая при этом электрическая дуга и появление искр в последний момент коммутации между щеткой и пластинами коллектора приводят к повреждению внешних сторон коллектора. Поверхность пригорает, в результате чего ухудшается контакт между щеткой и коллектором. Такой обмен считается неудовлетворительным.
Для оценки качества обмена используется стандартная шкала:
- 1 — искрообразования не наблюдается (темновая рефракция);
- 1¼ — легкие искры под небольшой площадью кисти;
- 1½ — небольшая искра под большой площадью кисти;
- 2 — появление искр под всеми краями кисти;
- 3 — сильные искры под всеми краями кисти с появлением крупных и летящих искр.
Надежная работа электрических машин постоянного тока обеспечивается, если искрообразование на проводниках не превышает 1¼ градуса. Для удобства в приведенной ниже таблице приведены все классы переключателей, описанные ранее.
Возникновение искр может быть вызвано такими механическими явлениями:
- вибрация и удары коллектора, наличие нервной поверхности из-за некачественной притирки;
- наличие еще одного воздушного зазора под столбами;
- перекос пластин переключателей при сборке;
- разная толщина плиты;
- миканитовый утеплитель выступает над плитами;
- загрязнение коллекционных поверхностей;
- неправильная заделка и установка щеток;
- ослабление давления на щетки, их износ.
Форма и материал токопроводящих контактов оказывают существенное влияние на рабочий процесс машин постоянного тока. В настоящее время используются угольно-графитовые, графитовые и электрографитовые щетки. Щетки делятся в зависимости от процентного содержания графита и способа производства.
Существуют также электромагнитные причины образования щеточных искр. Эти причины гораздо труднее выявить, чем ранее описанные механические. Такие искры имеют прямопропорциональную зависимость от нагрузки, но скорость вращения при этом практически не влияет. Цвет электромагнитной искры чаще всего бело-голубой. Искры могут быть сферическими или каплевидными.
При изготовлении МПТ на заводе в них при настройке устанавливается затемнитель, не вызывающий искрения при работе. Однако при работе электрической машины и по мере износа коллектора со щетками возможно возникновение искр. Незначительное искрение в двигателях общего назначения допустимо и не считается проблемой.
Читайте также: КМИ контактор-описание, расшифровка обозначения, каталог пускателя КМИ
Методы улучшения коммутации
Чтобы улучшить коммутацию и снизить риск возникновения электрической дуги, используйте следующие методы:
- Реактивная ЭДС оказывает значительное влияние на коммутацию. Следовательно, уменьшение этого воздействия улучшит добычу. В таком случае:
- Уменьшая количество витков, можно уменьшить индуктивность секций (одновитковая конструкция).
- вскройте анкерные канавки небольшой глубины (ок. 4,5-5,5 мм).
- Расположение каждой секции выглядит так: одна сторона в верхнем слое дорожки, а другая в нижнем.
- Уменьшите ширину кистей. При этом 3,5-4,5 пластины коллектора должны перекрывать щетку. Этот метод подходит для небольших машин (тяговых двигателей и генераторов).
- В больших двигателях длина, окружная скорость и общий электрический ток в пазах якоря уменьшены. Также можно увеличить сечение анкера.
- Замещение ЭДС вращения от тока якоря и реактивной ЭДС.:
- Установка дополнительных столбов между основными столбами. Это создает внешнее переменное электромагнитное поле. Направление магнитного потока будет противоположно потоку якоря в зоне связи и компенсирует его. ЭДС колебаний и реактивная должны быть примерно равны.
- увеличить поперечный размер стержней дополнительных стоек и установить большие воздушные зазоры под основными стойками.
- Уменьшает расстояние от обмотки дополнительных полюсов до якоря.
- Установка немагнитных прокладок для исключения искрообразования щеток и замедления процесса магнитного насыщения сердечников.
- Переместите кисти к физической нейтральности из геометрической.
- Снижение коммутационных токов, которое может быть достигнуто увеличением сопротивления цепи в коммутационной части:
- Заменить медные щетки на электрографитовые.
- Использование обрезанных кистей.