Схема подключения проходного выключателя с 2х клавиш фото: Страница не найдена — Все о кроватях, о том какие они бывают и как в них разбираться

Содержание

Проходной выключатель - схема подключения на 2 клавиши, фото и видео

Просмотров 3.1k. Обновлено

Включение таких проходных выключателей в эл/цепь создает дополнительные удобства по управлению освещением в частных домах или крупногабаритных помещениях, например, складских, производственных и тому подобное. Хотя и для собственников квартир данные приборы представляют интерес. Как вариант – установка в спальне, что позволит выключить свет из другой «точки», расположенной около кровати.

Но, как правило, в основном подразумеваются изделия с одной клавишей. Это самый простой вариант. Мы же разберемся с тем, что собой представляет проходной выключатель на 2 клавиши, в чем его особенность и по какой схеме правильно подключить прибор.

Проходные выключатели на 2 клавиши выпускаются в нескольких модификациях. Далее – акцент на самую распространенную разновидность изделия, работающую по схеме «2 входа/4 выхода». Это не  более чем совмещенный вариант двух одноклавишных выключателей проходного типа. Нужно учесть, что подобные приборы, независимо от модификации, работают только в паре. Установка в эл/цепь лишь одного изделия совершенно бессмысленна.

Принцип действия проходного выключателя

Без элементарных знаний об устройстве проходного выключателя на две клавиши вряд ли получится понять, по какой схеме и как ее самостоятельно подключать. Более точное название этого прибора, исходя из особенностей функционирования – переключатель, так как в момент нажатия на клавишу происходит переброс контактной группы, и цепь из положения «замкнуто» («разомкнуто») переводится в обратное.

Изучение принципа работы целесообразно начать с одноклавишного аналога. Схема его подключения показана на рисунке.

Из нее видно, что провод фазы подводится только к одному устройству (№1). Между другим (№2) и нулем цепи включается осветительный прибор. Оба проходных выключателя соединяются проводниками. Перебросом контактов можно управлять освещением. Лампочка будет гореть, когда их положение в каждом из изделий будет совпадать. Это соответствует замыканию эл/цепи. Погаснет осветитель при условии, если в одном из приборов изменится положение клавиши и, соответственно, контактной группы.

Особенности двухклавишных приборов

К устройству №1 подходят 2 фазных проводника. Соответственно, и клавиш – две.

Промежуточных проводов, соединяющих выключатели, не 2, а 4.

Это и называется – «2входа/4 выхода». 2-х клавишный выключатель проходного типа, если посмотреть на его схему, напоминает обычное реле, имеющее 2 пары контактов, только с ручным переключением. Устройство предназначено для управления работой 2-х разных светильников (или групп приборов, состоящих из параллельно включенных образцов).

Порядок подключения проходного выключателя на 2 клавиши

  1. Соединение контактных групп устройств между собой.
  2. Присоединение осветительных приборов.
  3. Подключение к ним нулевого провода и линий от проходного устройства.
  4. Проверка правильности сборки схемы.
  5. Подключение фазного проводника. При любых эл/монтажных работах «сила» (питание) подается в цепь в последнюю очередь!!!

Схемы подключения

Конструктивное исполнение приборов от разных производителей может несколько отличаться. Поэтому далее – лишь общий порядок включения в цепь. Прежде чем приступать к монтажу приобретенного проходного выключателя, нужно внимательно изучить его схему, которая обязательно приводится в сопроводительной документации на любое эл/техническое устройство.

Автор сознательно привел однотипные схемы с различным графическим оформлением. Это дает читателю возможность выбрать ту, которая ему более понятна.

Варианты схем по способу управления

Производится из двух точек

Схема самая простая. Чтобы избежать путаницы с проводами, лучше использовать кабель с жилами в цветной оплетке. Сколько их должно быть? На входы – 2, от выходов – 4, и обязательно парочка запасных.

Итого – не менее 8 токопроводящих жил. Если предусмотрено заземление, то плюс 2 штуки. В случае обрыва любой из линий гораздо проще произвести 2 переключения, чем заниматься заменой кабелей (проводов).

При управлении по двум направлениям схема выглядит так:

Из трех точек

Такое включение несколько сложнее и используется значительно реже. Например, на лестницах с несколькими пролетами (для «секционного» выключения освещения). Или в холлах, имеющих более двух дверей. В комнатах, когда 1 проходной ставится у двери, а управлять освещением необходимо из двух других точек. В таких случаях понадобится еще и выключатель перекрестный. Он отдельно не монтируется – только совместно с проходными.

Получается, что ничего сложного в подключении проходного устройства с 2 клавишами нет. Нужно лишь правильно определить, где в распред/коробке фаза и ноль (с помощью индикатора).

На заметку:

  • При установке устройств необходимо соединять только их однотипные контакты (из одних и тех же пар).
    Путаница приведет к тому, что схема работать не будет!
  • В отличие от обычных выключателей, у проходных нет фиксированных положений «вкл» и «выкл». Управление освещением производится лишь переводом соответствующей клавиши в другое положение. Поэтому к таким приборам первое время, возможно, придется привыкать.
  • В большинстве многоквартирных домов третий провод (заземление) в эл/проводке отсутствует. Но там, где он заложен, при подключении проходных выключателей и осветительных приборов о нем забывать нельзя.
  • При использовании одноцветных проводников их концы следует пометить. Это существенно упростит их подключение по месту.

И последнее. Если провод (кабель) только что куплен в магазине, это автоматически не означает, что он не имеет дефектов. Наружные повреждения заметить несложно, а вот с внутренними не так все просто. А обрывы бывают – из-за неаккуратной намотки кабеля на бобину (барабан) на производстве, в процессе транспортировки, погрузки/выгрузки.

 Вывод – прежде чем закладывать кабель (провод) в стену (под плинтус), его нужно проверить на отсутствие обрыва. Что такое «прозвонка» линии с помощью простейшего мультиметра, объяснять смысла нет. Кто этого не знает, тот и самостоятельным эл/монтажом заниматься не будет.

Успехов в «автоматизации» домашнего освещения!

Схема подключения двухклавишного проходного выключателя

Схема подключения двухклавишного проходного выключателя применяется довольно часто в жилых и общественных зданиях. Известно, что в просторных помещениях или длинных коридорах пользоваться только одним выключателем, установленным на самом входе, крайне неудобно.

Какое-то время до включения прибора или после его отключения придется обходиться без света. Избежать этого неудобства можно только одним способом – установить на входе в помещение, а также на его выходе приборы особой конструкции (их называют проходными выключателями или переключателями).

Устройство и принцип работы

С помощью таких переключателей одним и тем же источником света удается управлять из двух точек и более, включая его в одном месте, а выключая – в другом (или наоборот). Благодаря чему во время перемещения коридор будет постоянно освещен на всем протяжении пути.

Вид с тыльной стороны двухклавишных проходных выключателей  разных производителей показан на рисунке ниже.

Схему подключения двойного проходного выключателя удается реализовать посредством одноклавишного прибора, так что вполне закономерен вопрос: для чего тогда нужна вторая клавиша?

Для ответа на него потребуется разобраться в следующих разъяснениях:

  • Двухклавишный выключатель проходного типа также содержит перекидные контакты, но в этом случае число переключающих групп ламп увеличивается с одной до двух.
  • Число проводников, соединяющих два разнесенных в пространстве коммутирующих прибора, увеличивается до 4-х.
  • При этой схеме подключения двухклавишных проходных выключателей появляется возможность коммутировать сразу две осветительные лампочки (одну включать, а другую – выключать).
  • Чтобы увидеть различие между двухклавишными и одноклавишными выключателями нам поможет их непосредственное сравнение. Для этого потребуется вспомнить схему подключения проходного выключателя, в которой соединение обустраивается только на двух проводах.

Важно! При совместном рассмотрении двух схем сразу видно отличие не только по количеству соединителей, но и по функциональности используемых устройств.

Если в случае единственной клавиши коммутировалась только одна группа (лампа включалась и выключалась), то в цепочке с двухклавишным переключателем таких групп уже две. Согласно схеме проходных двухклавишных приборов в данной ситуации можно будет включать первую из 2-х лампочек, одновременно выключая вторую и наоборот.

Схема управления освещением с двух мест

При подключении двойных проходных выключателей удается управлять двумя лампочками поочередно из двух мест. Такая схема содержит пару двухклавишных выключателей, что позволяет включать одну из ламп при входе, выключая одновременно другую.

При выходе из длинного коридора, например, второй прибор позволяет производить обратную операцию. Таким образом, управление освещением осуществляется поочередно из 2-х мест.

Важно! При этом направление передвижения по коридору не имеет принципиального значения.

Реализовать такой алгоритм управления удается только при наличии двойного проходного выключателя. Организованные таким образом системы заметно упрощают управление освещением в описанных выше условиях.

Порядок монтажа

Перед подключением проходных двухклавишных выключателей и осветителей сначала подбираются места для их установки (первые должны находиться у самого выхода-входа в помещение). После этого переходят к основным работам, производимым в следующей последовательности:

  1. Прежде всего, в выбранных точках специальной коронкой в стенах высверливаются установочные ниши, диаметр которых выбирается 72 или 80 мм (в зависимости от корпуса приборов).
  2. Затем в них фиксируются специальные пластиковые коробки (их называют «подрозетниками»).
  3. При наружной прокладке проводки корпуса коммутационных изделий крепятся на стене посредством саморезов.
  4. По завершении установки двухклавишных проходных выключателей переходят к монтажу двух групп осветителей, в каждой из которых лампы включаются параллельно (это исключит вероятность полного обесточивания цепи при перегорании одной из них).
  5. Затем от установленных люстр или плафонов до распределительной коробки прокладывают два фазных провода и один – нулевой.

Поскольку требованиями ПУЭ предписывается заземлять любую соединительную проводку с нагрузками – от светильников прокладывается кабель с тремя жилами.

Обратите внимание: Место для установки распредкоробки (РК) рекомендуется выбирать посередине помещения, что позволяет сэкономить на длине проводов.

Так как в конструкции двухклавишного проходного выключателя предусмотрено 6 контактных клемм – от него до РК потребуется проложить два 3-х жильных кабеля. При расключении элементов системы провода к РК должны подводиться согласно приведенной ниже схеме.

 


Предлагаем посмотреть видео – как подключить двухклавишные проходные выключатели без распределительной коробки.

Внимание! В этом варианте монтажа подрозетники должны быть глубокими.

Схема управления освещением с трех мест

Для того чтобы управлять освещением сразу с трех мест – использованную ранее схему с двумя двухклавишными приборами потребуется дополнить еще одним (его называют перекрестным). Этот переключатель может быть размещен в любой точке помещения, находящейся между двумя уже установленными изделиями.

Конструктивно перекрестный двойной проходной выключатель представляет собой два двухклавишных прибора, совмещенных в одном корпусе. В этом изделии на обычный перекидной механизм вместо двух установлена одна общая клавиша, за счет чего коммутация обеих линий осуществляется синхронно.

Схема подключения на 3 точки организуется таким образом, что нулевой провод заводится сразу на обе осветительные группы, а фазовый поступает на каждый из входов первого двухклавишного переключателя. Независимо от позиции клавиш ток будет протекать только по 2-м из 4-х входных клемм. С первого проходного выключателя ток через перемычки попадает на вход перекрестного переключателя, а затем на второй проходной выключатель.

Такое положение клавиш выключателей определяет путь прохождения тока через осветительные приборы. Если данная группа находится в рабочем состоянии (лампочки светятся) – достаточно нажать на клавишу любого из переключателей, чтобы снять питание с нее. То же самое происходит и с их включением: при изменении положения любой клавиши цепь питания тут же восстанавливается.

Схема управления освещением из четырех мест

Для организации управления осветительными приборами сразу из 4-х точек (на два направления) в помещении потребуется установить уже пару перекрестных коммутирующих изделий. При наличии нескольких осветительных групп предпочтение отдается двухклавишным переключателям перекрестного типа. При их последовательном включении усложняется не только электрическая разводка, но и монтаж самих изделий по уже рассмотренному выше алгоритму.

В этом случае перемычки потребуется устанавливать дважды (сразу в обоих проходных выключателях схема которых приведена выше). При расключении таких систем рекомендуется четко следовать прорисованному заранее эскизу с указанными на нем обозначениями контактов и перемыкающих проводников.

Схема подключения трехклавишного проходного выключателя

При ознакомлении со схемой проходного трехклавишного переключателя необходимо обратить внимание на следующие моменты:

  • Рассматриваемые устройства имеют 6 выходных контактов, что позволяет контролировать три группы осветителей, находясь в одной точке доступа.
  • Перед тем как подключить проходной выключатель на три клавиши – сначала потребуется смонтировать его нагрузки и расключить их согласно осветительному плану.
  • Трехклавишный проходной выключатель схема которого приведена на рисунке справа, предназначается не для проходных целей.
  • Основное назначение этих приборов – экономия на проводке, обеспечиваемой за счет управления нескольким осветителями из фиксированной точки.

В заключение отметим, что техника монтажа двухклавишного проходного выключателя с двух мест и все последующие ее модификации (с трех и четырех точек) напоминает те же операции для одноклавишных приборов. Ее незначительное усложнение оправдано существенным расширением функциональных возможностей системы, дополненной еще одним осветителем, коммутируемым «в противофазе» с первым.

Полезные видео по теме

Как сделать или где найти двухклавишный перекрестный переключатель – смотрите видео ниже.

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

Помогла40Не помогла4

Схема подключения проходного двухклавишного выключателя

Всё в своей жизни человек старается сделать максимально комфортным, это касается и электрической проводки в доме. При ремонтах мы подбираем красивые светильники, выключатели в тон общему интерьеру, розеточные блоки, устанавливаем розетки с защитными шторками от детей и выключатели с подсветкой, чтобы удобно было находить их в тёмном помещении. Но пока ещё не многим приходилось сталкиваться с таким понятием, как проходной выключатель двухклавишный. Это устройство по-настоящему делает наше общение с электричеством удобнее, потому что обеспечивает управление одними и теми же светильниками из нескольких разных мест.

Такой аппарат заслуживает отдельного подробного разговора, так что давайте разберёмся, для чего он нужен, где устанавливается, какие имеет разновидности и как осуществить подключение в электрическую бытовую сеть двухклавишного проходного выключателя.

Область применения

Двухклавишный проходной выключатель устанавливают в помещениях, больших по площади или длине, где будет удобнее управлять освещением с двух мест. Рассмотрим несколько примеров.

Допустим у вас огромная гостиная, в которой имеется большая люстра и точечные светильники, смонтированные по периметру комнаты. Выключатель, как и положено, находится при входе в помещение – зашли, нажали нужную клавишу, загорелась люстра либо групповые светильники. Пройдя до другого конца гостиной, где, к примеру, расположена лестница на второй этаж, было бы очень комфортно выключить свет, не возвращаясь обратно в начало комнаты. Вот для чего и нужен такой двухклавишный переключатель. Один проходной аппарат расположен при входе, который вы включаете, зайдя в комнату, второй монтируется на выходе из гостиной, чтобы отключать освещение с этого места.

Точно также применятся схема подключения проходного выключателя с 2-х мест для длинных коридоров. Зачастую её используют в частных мини-отелях и гостиницах, гостевых домах на курортах, когда в длинном помещении расположено несколько номеров, либо в офисах с большим количеством кабинетов. В таких длинных коридорах хорошо монтировать две группы светильников, каждая из которых включается отдельной клавишей. При входе в длинный коридор устанавливается первый проходной выключатель, а в самом конце второй, пройдя через всё помещение, вам не нужно будет возвращаться для отключения.

Очень удобным оказывается монтаж двойного проходного выключателя в двухэтажном домостроении. Коммутационные аппараты устанавливаются на первом и втором этаже (в начале и в конце лестничного марша). Здесь тоже может быть две группы осветительных элементов – люстры с более ярким освещением и точечные светильники с приглушённым светом, которого будет достаточно, чтобы не спотыкаясь пройти по лестнице. Каждая клавиша включает освещение определённой группы светильников. Управление происходит с того этажа, на котором в данный момент находится человек.

Ещё такой переключатель можно устанавливать на даче или в загородном доме, где есть длинные садовые дорожки. Например, в начале участка расположен дом, а в конце беседка, между ними дорожка со светильниками. В тёмное время вам надо пройти в беседку, включаете проходной переключатель, расположенный где-то на стене дома, идёте по освещённой садовой дорожке, а потом отключаете освещение из беседки. Пока вы находитесь в беседке, лампочки зря не горят и не наматывают лишнюю электроэнергию. Точно также потом возвращаетесь, сначала включили освещение дорожек в беседке, а отключили его потом переключателем на доме. Освещение дорожек можно сделать более ярким с подвесными светильниками и приглушённым, с точечными приборами освещения, вмонтированными вдоль дорожек, каждый вид включается отдельной клавишей.

Устройство и разновидности

обычный

Как правильно дать определение проходному выключателю? По сути, это два коммутационных аппарата, которые управляют одним осветительным прибором (либо группой).

Если посмотреть на проходной бытовой выключатель двухклавишный, то внешне он абсолютно ничем не отличается от обыкновенного аппарата. Также он состоит из рабочей части (контактной группы) и защитного корпуса (рамки и клавиш). И основные функции у него такие же – разрывать либо замыкать электрическую цепь.

Но из обычного выключателя никогда не получится сделать проходной, второй имеет более сложную схему подключения. У обыкновенного двухклавишного переключателя имеется три контакта – один входящий (на него поступает фаза из питающей сети) и два отходящих (к ним должны подключаться фазные провода светильников). У проходной модели шесть контактов.

с подсветкой

Если нажать клавишу обыкновенного аппарата, то создаётся замкнутая цепь между источником напряжения и светильником, в результате чего появляется освещение. У проходного варианта есть внутренний подвижный контакт (перекидной), при нажатии клавиши он одновременно одну цепь размыкает, а вторую замыкает, то есть перекидывается с одной клеммы на другую. В данном случае, вторая цепь – это контакты парного выключателя, ведь проходной коммутационный аппарат не работает как самостоятельное устройство.

сенсорный

При выборе модели проходного выключателя, обратите внимание, что помимо клавишных моделей существуют ещё сенсорные. Они стоят дороже, поэтому здесь ориентируйтесь на свои финансовые возможности.

Очень удобными в применении считаются модели с подсветкой, такой аппарат не придётся долго искать в тёмном помещении. На каждой клавише есть светящееся окошко, указывающее на место положения выключателя.

Схема подключения

Сначала немного основных принципов, чтобы вы поняли саму суть работы проходного выключателя.

схема подключения проходного выключателя

  1. От каждого проходного устройства в распределительную коробку приходит провод из трёх жил.
  2. От первого проходного выключателя одна жила соединяется с фазой питающей сети.
  3. Одна жила второго выключателя соединяется с фазным проводом осветительного прибора.
  4. Между собой оба коммутационных аппарата электрически увязываются в распределительной коробке путём попарного соединения двух оставшихся жил.

А теперь более подробно рассмотрим подключение в электрическую сеть двухклавишного проходного выключателя.

Возьмите в руки проходной переключатель на две клавиши и внимательно рассмотрите его тыльную сторону. Подсоединение проводов выполняется на шесть клемм (то есть по три на каждую клавишу).

Клеммы все промаркированы. Те, которые имеют маркировку «1» с нарисованной рядом стрелочкой, соединяются с аналогичными клеммами второго проходного выключателя. Точно также необходимо соединить между собой проводами клеммы с цифрой «2» и нарисованной рядом стрелочкой. В этом случае удобно использовать четырёхжильный провод.

В первом выключателе есть ещё две клеммы «L1» и «L2», к ним производится подключение фазного провода из питающей сети. Во втором выключателе клеммы с маркировкой «L1» и «L2» соединяются соответственно с двумя приборами освещения. Такие соединения выполняются двухжильным проводом.

Не забывайте! Ноль питающей сети соединяется в распределительной коробке с нулевыми проводами, идущими от патронов светильников.

Подробный разбор схемы подключения смотрите в этом видео:

Особенности монтажа

Выберите места для установки проходных переключателей. Учитывая суть самого коммутационного аппарата, вполне логично, что один будет в начале помещения, второй в конце. Неважно, с какой стороны вы зайдёте в это помещение, в любом случае – одним выключателем вы включите свет, другим отключите, они оба работают в два направления осветительных групп.

Для подключения проходного двухклавишного выключателя понадобятся специальные монтажные коробки, которые утапливаются в стенное отверстие (их ещё называют подрозетниками).

Так как все соединения (а их не так уж мало) будут выполняться в распределительной коробке, то в обычной стандартной (диаметром 60 мм) это сделать будет затруднительно, там попросту не хватит места, чтобы произвести необходимую коммутацию и аккуратно уложить её внутри. Перед тем, как подключить двойной проходной аппарат, постарайтесь приобрести коробку большего диаметра или спаренную из двух-трёх.

  1. Обесточьте помещение, в котором будете производить работы.
  2. При помощи электродрели со специальной коронкой проделайте в стене необходимые отверстия под распределительную коробку (как правило, делается под потолком) и подрозетники (принято устанавливать их на уровне опущенной человеческой руки).
  3. Для прокладки проводов с помощью болгарки сделайте штробы от распределительной коробки до мест установки выключателей и светильников.
  4. Проложите в штробах провода и зафиксируйте их при помощи алебастра. Не забудьте при этом оставить длинные кончики для разделки и подсоединения.
  5. Заведите в распределительную коробку провод питающей сети, в нём будет две жилы – фаза и ноль.
  6. Согласно описанной выше схеме подключения произведите все необходимые соединения проводов. Среди электриков самым распространённым методом соединения является скрутка. Концы проводов необходимо зачистить от изоляции: в распределительной коробке для надежности скрутки концы зачищаются на 3-4 см, в выключателях и патронах ламп достаточно 0,8-1 см.
  7. Все места соединений прочно заизолируйте специальной лентой, сверху для надёжности ещё наденьте ПВХ трубки.
  8. Установите светильники (в осветительных группах обычно элементы освещения подключают параллельно, потому что при последовательном соединении, если выйдет из строя один светильник, у вас не будет работать вся цепочка).
  9. Закрепите выключатели в подрозетниках, установите рамки и клавиши.
  10. Подайте напряжение в помещение и опробуйте работу проходных выключателей. Произведите включение первого аппарата, лампы должны загореться, пройдите до конца помещения, отключите второй выключатель, светильники должны погаснуть.

В следующем видео показано как выполнить подключение на практике:

И еще один пример — здесь:

Если хорошенько разобраться, схема подключения двухклавишного проходного переключателя, не так уж сложна. Что понадобится, так это элементарные знания электротехники, рабочий набор инструментов электрика и максимум внимательности.

из двух, трех и более точек, фото, видео

Нынешние цены на электричество заставляют задуматься об экономии там, где раньше об этом даже не думал. Например, освещение на лестнице. Неважно, в частном или многоэтажном доме — все равно платить нужно. Раньше просто оставляли свет гореть. Сегодня задумываешься о том, чтобы его выключить, но бегать вверх/вниз тоже нерадостно. Оказывается есть решение. Чтобы свет не горел постоянно, существуют схемы управления лампами из нескольких мест. То есть один или несколько светильников могут включаться и выключаться из нескольких точек. Выключатели для этого нужны особенные. Называются они проходными. Иногда встречаются названия «дублирующие» или «перекидные». Все это  — один тип электрооборудования. Отличаются от обычных большим числом контактов. Соответственно и схема подключения проходного выключателя сложнее. Тем не менее, разобраться можно. 

Содержание статьи

Как выглядит и работатет проходной выключатель

Если говорить о лицевой стороне, то отличие единственное: едва заметная стрелочка на клавише вверх и вниз.

Как выглядит проходной одноклавишный выключатель. Видите, есть двойные стрелочки

Если говорить об электрической схеме, все тоже просто: в обычных выключателях только два контакта, в проходных (еще называют перекидными) три контакта, два из которых — общие. В схеме приличествуют всегда два или больше таких устройства, вот при помощи этих общих проводов они и коммутируются.

Разница — в количестве контактов

Принцип работы прост. Изменением положения клавиши вход подключается к одному из выходов. То есть у этих устройств только два рабочих положения:

  • вход соединен с выходом 1;
  • вход соединен с выходом 2.

Никаких других промежуточных положений нет. Благодаря этому все и работает. Так как контакт переключается из одного положения в другое, электрики считают, что правильнее их называть «переключатели». Так что проходной переключатель — это тоже это устройство.

Чтобы не полагаться на наличие или отсутствие стрелочек на клавишах, нужно осмотреть контактную часть. На фирменных изделиях должна быть нанесена схема, позволяющая понять, какого типа оборудование у вас в руках. Она точно есть на изделиях фирм Lezard (Лезард),  Legrand (Легранд),  Viko (Вико). На китайских экземплярах они часто отсутствуют.

Так выглядит перекидной выключатель с тыла

Если такой схемы нет, смотрите на клеммы (медные контакты в отверстиях): их должно быть три. Но далеко не всегда на недорогих экземплярах та клемма, что стоит одна — это вход. Часто они перепутаны. Чтобы найти где же находится общий контакт, необходимо прозвонить контакты между собой при разных положениях клавиши. Сделать это обязательно, иначе ничего работать не будет, а само устройство может сгореть.

Вам нужен будет тестер или мультиметр. Если есть мультиметр, переводите его в режим звука — он пищит при наличии контакта. Если в наличии стрелочный тестер, прозваниваете на короткое замыкание. Ставите щуп на один из контактов, находите с каким из двух он звонится (прибор пищит или стрелка показывает КЗ — отклоняется вправо до упора). Не меняя положение щупов, изменяете положение клавиши. Если КЗ пропало, один из этих двух — общий. Теперь осталось проверить который. Не переключая клавишу передвигаете один из щупов на другой контакт. Если есть КЗ, то тот контакт, с которого щуп не двигали и есть общий (это вход).

Может станет понятнее, если посмотрите видео о том,  как найти вход (общий контакт) для проходного выключателя.

Как подключить варочную панель написано тут, а про установку и включение водонагревателя — в этой статье.

Схема подключения проходного выключателя с двух мест

Такая схема удобна в двухэтажном доме на лестнице, в проходной комнате, в длинном коридоре. Можно применить ее и в спальне — выключать верхний свет у входа и возле кровати (сколько раз приходилось вставать, чтобы его включить/выключить?).

Электрическая схема включения проходного выключателя с 2 мест

Ноль и земля (если есть) заводятся сразу на светильник. Фаза подается на выход первого переключателя, вход второго заводится на свободный провод светильника, выходы двух устройств соединяются между собой.

Глядя на эту схему, несложно понять, как работает проходной выключатель. В том, положении, что на рисунке, светильник включен. Нажав на клавишу любого из устройств, цепь разрываем. Точно также, при выключенном положении, переведя любой из них в другое положение мы замкнем цепь через одну из перемычек и лампа загорится.

Чтобы было понятнее, что и с чем соединять, как прокладывать провода, приведем несколько изображений.

Расключение проводов на проходном выключателе

Если говорить о помещении, то прокладывать провода нужно примерно так, как на фото ниже. По современным правилам все они должны находится на расстоянии 15 см от потолка. Укладываться они могут в монтажные коробы или лотки, концы проводов заводятся в монтажные коробки. Это удобно: при необходимости можно заменить пробитый провод. Также по последним нормам все соединения происходят только в монтажных коробках и при помощи контакторов. Если же делаете скрутки, то лучше их пропаять, а сверху хорошенько замотать изолентой.

Возвратный провод лампы подсоединяется ко выходу второго выключателя. Белым обозначены провода, соединяющие между собой выходы обоих устройств.

Как разводятся провода по помещению

Как все соединить в клеммной коробке рассказано в видео.

Как самому подключить люстру читайте тут. 

Схема на 3 точки

Чтобы иметь возможность включать/выключать свет с трех мест, необходимо к двум выключателям купить перекрестный (крестовой) переключатель. От описанных ранее он отличается наличием двух входов и двух выходов. Он переключает сразу пару контактов. Как все должно быть организовано, смотрите на рисунке. Если разобрались с тем, что выше, понять эту просто.

Электрическая схема управления лампой с трех точек

Как собрать такую схему? Вот порядок действий:

  1. Ноль (и заземление, если есть) заводится сразу на лампу.
  2. Фаза подключается ко входу одного из проходных выключателей (с тремя входами).
  3. Вход второго подается на свободный провод лампы.
  4. Два выхода одного трехконтактного устройства заводятся на вход перекрестного переключателя (с четырьмя входами).
  5. Два выхода второго трехконтактного устройства заводятся на вторую пару контактов переключателя с четырьмя входами.

Та же схема, но уже в другом ракурсе — куда подключать провода на корпусах.

Куда подключать провода

А вот примерно так разводить по помещению.

Проводка при управлении лампой из трех мест

Если вам нужна схема на четыре, пять и боле точек, то отличается она только количеством перекрестных переключателей (на четыре входа/выхода). Выключателей (с тремя входами/выходами) всегда в любой схеме два — в самом начале и в самом конце цепи. Все остальные элементы — перекрестные устройства.

Схема подключения проходных выключателей на 5 точек

Уберете один «перекрестник»,  получите схему управления из четырех точек. Добавите еще — будет уже схема на 6 мест управления.

Чтобы окончательно уложить все в голове, посмотрите еще это видео.

О правилах соединения проводов в распределительной коробке читайте тут.

Двухклавишный проходной выключатель: схема подключения

Чтобы с нескольких мест управлять освещением двух ламп (или групп ламп) с одного выключателя есть двухклавишные проходные выключатели. Они имеют шесть контактов. При необходимости общие провода находите по тому же принципу, как и в обычном устройстве этого типа, только прозванивать придется большее количество проводов.

Схема подключения 2-х клавишного проходного выключателя отличается только тем, что проводов будет больше: фаза должна подаваться на оба входа первого выключателя, также как и с двух входов второго должна уходить на две лампы (или две группы ламп, если речь идет о многорожковой люстре).

Принцип подключения двухклавишных проходных выключателей

Если необходимо организовать управление двумя источниками света из трех и более точек, придется в каждой точке ставить по два перекрестных переключателя: двухклавишных их просто нет. В этом случае одна пара контактов заводится на один перекрестник, вторая — на другой. И дальше, при необходимости они между собой соединяются. На последний в цепи двухклавишный переходной выключатель подключают выходов обоих перекрестников.

Как организовать управление двумя лампами из четырех мест

Если вдуматься, все не так уж и сложно, а схема подключения проходного выключателя из 2-х точек, так вообще простая. Только проводов много…

Схема подключения проходного выключателя с 2-х, 3-х и 4-х мест

Стандартная ситуация: вы вошли в дом и включили свет в коридоре, а затем переместились в спальню. Теперь нужно вернуться, чтобы потушить коридорную лампочку, что не слишком удобно. А если комната отдыха расположена на втором этаже частного дома, то вам придется дважды преодолеть лестницу, чтобы вырубить освещение в прихожей. Решить эту проблему поможет схема подключения так называемого проходного выключателя, позволяющая задействовать управление одним светильником (или группой ламп) с 2-х мест.

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, настоятельно рекомендуем обращаться помощью к специалисту, а именно электрику, электрика в Запорожье можно найти на сайте elektromaster.zp.ua. Работник обязательно проконсультирует по всем вопросам, касающихся проводки и проведет качественную работу, безопасно для Вашей жизни.

Принцип управления из двух точек

На практике система работает следующим образом:

  1. Войдя в темный коридор, вы зажигаете осветительный прибор.
  2. Переместившись в другую комнату либо на второй этаж, вы гасите его вторым выключателем, установленным в этом помещении.
  3. Каждый, кто зайдет в дом после вас, сможет опять зажечь свет в прихожей и потушить его удобным способом в одной из двух точек.

Примечание. С таким же успехом можно организовать управление освещением с 3-х или даже 4-х разных мест, о чем будет сказано далее.

Проще говоря, светильник включается и отключается в первой точке независимо от положения клавиши во второй и наоборот. Ключевым элементом схемы является проходной (иначе – маршевый) выключатель, который отличается от обычного одноклавишного тремя контактами для подсоединения проводки. Два таких устройства нужно поставить в удобных местах и подключить к электрической сети тройным (трехжильным) кабелем по следующей схеме:

По сути, наши устройства представляют собой переключатели, перекидывающие фазный ток по одному из двух направлений. Между этими линиями и происходит переключение, только с разных сторон. В каком бы положении ни находились кнопки изначально, нажатие на любую из двух клавиш приведет к замыканию либо разрыву электрической цепи.

На фото видно, что средний контакт замыкается на один из крайних, режим полного выключения отсутствует

Справка. Проходные переключатели – далеко не новинка. Обычные, двухклавишные и трехклавишные модели изделий достаточно давно выпускаются известными производителями электрооборудования — Schneider Electric (Шнайдер Электрик), Legrand (Легранд) и Lezard (Лезард). Как выглядит подобное устройство, показано на фото.

Чтобы управлять из разных комнат группой светильников с возможностью включения одной либо нескольких ламп, нужно использовать двойные (двухполюсные) переключатели и соединить их по такой схеме:

Несколько рекомендаций о том, как правильно подключить провода:

  1. Установите проходные выключатели на пластиковые подрозетники в требуемых местах. От каждого из них проложите в стробах трехжильные кабели к распределительной коробке.
  2. Внутри коробки соедините напрямую нулевой и заземляющий контакт, ведущий к лампочке. Фазные провода от сети и светильника подключите к проводникам, ведущим к перекидным контактам выключателей.
  3. Там же состыкуйте контакты двойной линии между нашими кнопками. На этом монтаж окончен.

Включение из 3-х и более мест

Чтобы реализовать подобное управление освещением, приведенная схема проходного выключателя дополняется еще одним элементом. Это так называемый перекрестный (иначе – спаренный) переключатель на 4 контакта, чья установка предусматривается между крайними отключающими устройствами, как изображено ниже на картинке. Его принцип действия следующий:

  • в первом положении кнопка напрямую замыкает обе цепи;
  • после переключения линии замыкаются крест-накрест.

Примечание. Если необходимо сделать управление светильником из 4-х и более мест, то в схему добавляется второй спаренный переключатель, третий и так далее до бесконечности.

Расключить приборы в данном случае несколько сложнее, так как здесь возникает четырехжильный кабель для подсоединения перекрестного устройства. Распайку лучше делать внутри распределительной коробки, а не в подрозетниках, при этом цвета проводов желательно дублировать бирками, дабы избежать путаницы. Доступно и подробно о схеме подключения рассказывается на видео:

Распространенные ошибки при монтаже

При самостоятельной сборке описанных схем хозяева квартир и частных домов допускают несколько типичных ошибок, отчего система не работает изначально или отказывает в ближайшее время. Перечислим эти недочеты и причины, их вызывающие:

  1. Один из выносных выключателей разрывает цепь окончательно (как правило, перекрестный), остальные тоже перестают функционировать. Это явный признак неверного присоединения контактов, нужно все проверить и подключить правильно.
  2. Одно из клавишных устройств быстро перегорает и его приходится часто менять. Здесь налицо высокая нагрузка от ламп на контакты переключателя, рассчитанные на максимальную мощность 2,2 кВт (ток 10 Ампер). Если ее снизить нельзя, нужно перейти на другой способ коммутации – с помощью импульсных реле с параллельным подсоединением кнопочных выключателей.
  3. Наблюдается периодическое мигание люминесцентных и светодиодных ламп, работающих от проходных переключателей. Причина – низкокачественные изделия с плохой изоляцией (есть утечка) либо дешевые микролампочки ночной подсветки, встраиваемые в корпуса для ориентации в темноте.

Важный момент. Серьезная ошибка, в определенных условиях ведущая к поражению электротоком, — подсоединение к отключающей арматуре нулевого провода вместо фазного.

Кнопочный диммер, совмещенный с проходным переключателем

Также неполадки случаются при использовании одновременно с проходными двухпозиционными переключателями диммеров – электронных устройств для регулировки яркости свечения лампочек. Так бывает, когда вы пытаетесь собрать схему из дешевых элементов с некачественной изоляцией.

Заключение

Невзирая на появление новых способов коммутации освещения с помощью импульсных реле и блоков дистанционного управления, схема с проходными выключателями остается самой простой и доступной по цене комплектующих. Недостаток системы один: у клавиш нет фиксированного положения «вкл» и «выкл», что иногда вызывает неудобства. К примеру, находясь на втором этаже дома, вы не видите, выключен ли свет на первом, а по переключающей кнопке этого не поймешь.

Схема подключения проходного выключателя с 2х мест: порядок действий

Схема подключения проходного выключателя с 2х мест является несложной. Отсюда возникает вопрос: как подключить переходной выключатель дома, не прибегая к услугам специалистов? В действительности, это можно осуществить самому без особых усилий, если соблюдать все принципы установки и правила безопасности.

Освещение с разных точек пространства

Включать и выключать осветительные приборы с нескольких точек пространства одновременно дает возможность схема подключения проходного выключателя с 2х мест.

При ее прокладывании для каждой детали в отдельности должен быть трехжильный кабель. Напротив тумблера осуществляют установку распределительной коробки.

Схема подключения выключателей с двух мест состоит из:

  • кабеля питания;
  • кабеля первого выключателя;
  • кабеля второго выключателя;
  • кабеля лампы или светильника.

Фото подключения проходного выключателя с 2х мест позволяет ознакомиться с принципами прокладывания схем наглядно. Это обеспечивает установку по всем правилам, гарантируя качество и надежность.

2х клавишные приборы регулировки света

Схема подключения на 2 клавиши проходного выключателя – это прибор, состоящий из двух клавиш. Эти элементы соединяются вместе одним корпусом. Работа схемы базируется на перекидывании контактов. Контакты выключателя делятся на 2 входа и 4 выхода. В данном случае управлять светом можно любым способом.

Схема подключения 2 клавишного проходного выключателя зависит от планировки здания, но в общем случае всегда нулевой кабель напрямую подключают к лампе:

  • к обеим частям прибора примыкает фазный электропровод;
  • для замыкания контактов предназначена первая клавиша;
  • электропровод подключается к контактам, а потом от них к прибору освещения.
  • способом такого же типа ко второй клавише присоединяются остальные провода.

Схема проходного 2х клавишного выключателя монтируется в подрозетниках, а лампы и светильники подключаются к нескольким точкам света. К выключателям подключаются трехжильные кабели. Они конструктивно имеют 6 контактов.

Схема подключения на две лампы проходного выключателя заключается в том, что для экономии времени применяется всего два кабеля. Тут используют трехжильный и двухжильный, а прокладывают их только ко второму выключателю.

2х клавишный проходной выключатель используется в том случае, когда имеется длинное помещение. Вам не нужно возвращаться в то место, где вы включили свет, он обеспечивает меньшую затрату времени.

Проходной выключатель на 2 клавиши, две точки которого обеспечивают работу системы по методу перекидывания контактов, размещается в начале и в конце коридора.

Как подключить в доме два проходных выключателя?

Режим переключения с разных точек помещения обеспечивают два двуклавишных выключателя. Схема подключения двух проходных выключателей состоит из двух выключателей, имеющих 2 клавиши переключения и 3 контакта. Система переключения клавиш должна быть «перекидной».

К обоим выключателям присоединяется фазный кабель, а ток распределяется на их левую и правую клавиши. Выключатели соединены между собой за счет промежуточных проводов. Схема подключения 2х проходных выключателей предусматривает возможность установки электропроводов разного цвета. Это обеспечивает точность при установке и исключает путаницу в кабелях.

Схема подключения двухклавишного выключателя с 2х мест обеспечивает включение в одном месте, а выключение в другом. Этот способ актуален не только для помещений длинного типа, но и для многоэтажек. Схема значительно экономит электроэнергию, а вас избавляет от ненужного передвижения по квартире или дому.

 

Прочтите также:
- Как правильно подключить выключатель света. Пособие знатока
- Особенности электрической проводки в зданиях из бруса
- Проводка в квартире своими руками
- Выключатели света: разновидности, характеристики, цены
- Дистанционный выключатель света с пультом
- Ретро проводка в деревянном доме


←Вернуться

Принцип и схема подключения проходного двухклавишного выключателя.

В предыдущей своей статье Я подробно рассказывал, как работают проходные выключатели и как подключить одноклавишный вариант. Сейчас Я подробно расскажу, как подключить 2-х клавишный или двойной проходной выключатель, который позволяет отдельно управлять 2 независимыми линиями включения. Например, 2 светильников или одной люстрой с отдельными включениями ламп.

Как правило, 2 клавишные схемы применяются в комнатах, кабинетах— там где необходимо раздельное включение с разных мест двух линий освещения, а в коридорах, возле лестниц вполне хватает и одно клавишного проходного выключателя.

На клавишах наносятся указатели в виде стрелок, которые указывают на  направление её положения для выключения или включения света. Необходимо учитывать, что если свет включен при помощи любого выключателя, то если будите выключать другим, то не имеет значения положении его клавиши- просто перещелкните его. В этом и отличие от обычных выключателей у которых есть два фиксированных положения клавиш: вверх- включено, вниз-выключено.

Проходной двойной выключатель конструктивно состоит из двух одноклавишных проходных,  объединенных в одном корпусе. Они также работают по принципу “перекидывания” контактов.  У всех них для подключения используется 6 контактов, из которых 2 входных  и 4 выходных.

Принципиальная схема подключения проходного двухклавишного выключателя.

Итак давайте рассмотрим как устроен и как подключить 2 клавишный проходной выключатель. Его устройство очень простое: он состоит из двух независимых групп контактов. Контакты 1 и 2  при нажатии клавиш переключаются с верхних двух не взаимосвязанных линий на две нижние, которые идут на второй такой же выключатель.

Как видно на данной схеме на контакт правого выключателя № 2 приходит фаза с распределительной коробки электросети дома или квартиры. Далее контакты 1 и 2 объединяются перемычкой.  А с левого 1 и 2 уходят не пересекаясь на два независимых по включению светильника. Четыре перекрестных контакта соединяются соответственно по парам между собой.  Внимание будьте внимательны, если перепутаете из разных пар подключите- схема не будет работать.
Ноль как и в обычных светильниках, идет к лампам напрямую с распределительной коробки.

Для схемы управления из трех и более мест понадобится два двухклавишных выключателя концевого и один (для управления из трех мест) двойной  перекрестного вида,  который устанавливается в схеме между двумя первыми.


Подключить перекрестный проходной выключатель будет не сложно, но для этого понадобится его объединить 4 электрическими проводами с каждым из концевых. Как правило для этого, в одну распределительную коробку заводится с перекрестного 8 проводов и по 6 с каждого проходного выключателя концевого типа. И конечно, не забываем туда завести кабель электропитания, и два отходящих- для подключения светильников или люстры.

Если необходимо подключить 4 выключателя, значит добавляйте между перекрестным и любым концевым- еще один перекрестного типа.

При подключении двухклавишного перекрестного типа не перепутайте пары и не подключите провода с разных линий в одно включение, иначе схема не будет работать. При монтаже своими руками, что бы исключить ошибки- всегда в голове представляйте, что Вы подключаете 2 независимых одноклавишных проходных выключателей, объединенных в одном корпусе.

Практическая схема подключения проходных двойных выключателей Legrand.

Я всегда с удовольствием ставлю и подключаю выключатели известной немецкой Legrand, которые не только выделяются качеством и долговечной и безупречной работой, а так же  их легко установить и подключить с помощью пружинных контактов.

Давайте рассмотрим, как подключаются 2 клавишные проходные выключатели этого производителя, используя схему из комплекта.

На расположенный слева приходит фаза на его нижний левый контакт, далее второй и третий снизу объединены проводами со 2 и 3 нижними правого выключателя, у которого с первого уходит уже коммутируемая фаза на первую линию включения светильников.

Верхние первые два контакта объединены у обоих выключателей электрическими проводами соответственно.  А с третьего контакта левого уходит фаза на вторую линию включения светильников. А у правого на третий контакт приходит фаза с ответвительной коробки электропроводки дома.  Но чаще достаточно одного фазного провода, который соответственно объединяется перемычкой со вторым входом для фазы.

В принципе, как видите проходной выключатель будет под силу самостоятельно подключить практически любому человеку. Только обязательно соблюдайте меры предосторожности. А если не будет правильно работать схема, тогда проверьте правильность всех подключений по схеме.

Условные обозначения цепей и схемы

До сих пор в этом разделе учебного пособия «Физический класс» основное внимание уделялось ключевым компонентам электрической цепи и концепциям разности электрических потенциалов, тока и сопротивления. Концептуальные значения терминов были введены и применены к простым схемам. Обсуждаются математические отношения между электрическими величинами и моделируется их использование при решении задач. Урок 4 будет посвящен средствам, с помощью которых два или более электрических устройства могут быть соединены в электрическую цепь.Наше обсуждение продвинется от простых схем к умеренно сложным схемам. К этим сложным схемам будут применяться прежние принципы разности электрических потенциалов, тока и сопротивления, и те же математические формулы будут использоваться для их анализа.

Электрические цепи, простые или сложные, можно описать разными способами. Электрическую цепь обычно описывают простыми словами. Сказать что-то вроде «Лампочка подключена к D-элементу» - это достаточное количество слов, чтобы описать простую схему.Во многих случаях в уроках с 1 по 3 для описания простых схем использовались слова. Услышав (или прочитав) слова, человек привыкает быстро представлять схему в своем уме. Но еще один способ описания схемы - просто нарисовать ее. Такие рисунки дают более быстрое представление о реальной цепи. Схемы, подобные приведенному ниже, много раз использовались в уроках с 1 по 3.

Описание цепей словами

"Цепь содержит лампочку и 1.5-вольтовый D-элемент. "

Описание схем с помощью чертежей

Последним средством описания электрической цепи является использование условных обозначений цепи для получения принципиальной схемы цепи и ее компонентов. Некоторые символы схем, используемые в принципиальных схемах, показаны ниже.

Отдельный элемент или другой источник питания представлен длинной и короткой параллельной линией.Набор элементов или батареи представлен набором длинных и коротких параллельных линий. В обоих случаях длинная линия представляет положительный вывод источника энергии, а короткая линия представляет отрицательный вывод. Прямая линия используется для обозначения соединительного провода между любыми двумя компонентами схемы. Электрическое устройство, которое оказывает сопротивление потоку заряда, обычно называется резистором и представлено зигзагообразной линией. Открытый переключатель обычно представлен разрывом по прямой линии, когда поднимает часть линии вверх по диагонали.Эти обозначения цепей будут часто использоваться в оставшейся части Урока 4, поскольку электрические цепи представлены схематическими диаграммами. Важно либо запомнить эти символы, либо часто обращаться к этому короткому списку, пока вы не привыкнете к их использованию.


В качестве иллюстрации использования электрических символов на принципиальных схемах рассмотрим следующие два примера.

Пример 1:

Описание со словами: Три D-элемента помещаются в аккумуляторную батарею для питания цепи, содержащей три лампочки.
Используя словесное описание, можно получить мысленную картину описываемого контура. Это словесное описание может быть представлено изображением трех ячеек и трех лампочек, соединенных проводами. Наконец, символы схемы, представленные выше, могут использоваться для обозначения той же схемы. Обратите внимание, что три набора длинных и коротких параллельных линий были использованы для представления аккумуляторной батареи с ее тремя D-ячейками. Обратите внимание, что каждая лампочка обозначена отдельным символом резистора.Прямые линии были использованы для соединения двух клемм батареи с резисторами и резисторов друг с другом.

Приведенные выше схемы предполагают, что три лампочки были соединены таким образом, что заряд, протекающий по цепи, проходил через каждую из трех лампочек последовательно. Путь положительного тестового заряда, покидающего положительный полюс батареи и проходящего через внешнюю цепь, будет включать прохождение через каждую из трех подключенных лампочек перед возвращением к отрицательной клемме батареи.Но разве это единственный способ подключения трех лампочек? Должны ли они быть подключены последовательно, как показано выше? Точно нет! Фактически, приведенный ниже пример 2 содержит то же словесное описание, при этом рисунок и схематические представления нарисованы по-разному.

Пример 2:

Описание со словами: Три D-элемента помещаются в аккумуляторную батарею для питания цепи, содержащей три лампочки.
Используя словесное описание, можно получить мысленную картину описываемого контура. Но на этот раз подключение лампочек выполняется таким образом, чтобы в цепи была точка, в которой провода отходили друг от друга. Место разветвления упоминается как узел , . Каждая лампочка помещается в отдельную ветвь. Эти ответвления в конечном итоге соединяются друг с другом, образуя второй узел. Одиночный провод используется для подключения этого второго узла к отрицательной клемме аккумулятора.

Эти два примера иллюстрируют два распространенных типа соединений в электрических цепях. Когда в цепи присутствуют два или более резистора, они могут быть подключены последовательно или параллельно . Оставшаяся часть Урока 4 будет посвящена изучению этих двух типов соединений и их влияния на электрические величины, такие как ток, сопротивление и электрический потенциал. Следующая часть Урока 4 познакомит вас с различием между последовательным и параллельным подключением.

Проверьте свое понимание

1. Используйте символы цепей для построения принципиальных схем для следующих цепей:

а. Одиночный элемент, лампочка и выключатель помещены вместе в цепь, так что выключатель можно открывать и закрывать, чтобы включить лампочку.

г.Блок из трех D-элементов помещается в цепь для питания лампочки фонарика.

г.

г.

2. Используйте концепцию обычного тока, чтобы нарисовать непрерывную линию на схематической диаграмме справа, которая указывает направление обычного тока.Поместите стрелку на непрерывную линию.

Как подключить двухпозиционный переключатель (со схемой)

Одна из простых, но интересных схем подключения, которую молодые инженеры изучают в своей лаборатории, - это установка для подключения освещения лестницы . Возможно, большинство из нас уже использовали его, не обращая особого внимания на то, как он работает.Освещение лестницы дома или в любом другом месте обычно осуществляется с помощью так называемого двухпозиционного переключателя. Сейчас на рынке существует множество различных типов переключателей, и некоторые из них могут использоваться напрямую для двустороннего подключения без каких-либо специальных двусторонних проводных соединений. Но в этом уроке мы покажем вам, как сделать проводку двухпозиционного переключателя с обычными бытовыми переключателями. Двухстороннее переключающее соединение означает, что вы можете управлять электрическим оборудованием, таким как лампочка, с помощью двух переключателей, расположенных в разных местах, обычно используемых на лестнице.Двусторонним переключателем можно управлять независимо от любого переключателя, это означает, что независимо от положения другого переключателя (ВКЛ / ВЫКЛ), вы можете управлять светом с помощью другого переключателя.

Существует два метода создания 2-проводного коммутационного соединения : один - это , 2-проводное управление, , а другое - , 3-проводное управление, . Мы объяснили оба метода ниже, и оба метода продемонстрированы в Video , приведенном в конце этой статьи.

Необходимые компоненты для подключения двухпозиционного переключателя
  • Два двухпозиционных переключателя
  • Лампа
  • Электропитание переменного тока
  • Соединительные провода

Подключение двухпозиционного переключателя с использованием двухпроводного управления

Это первый метод двусторонней коммутации, это старый метод .Если вы собираетесь установить новый, используйте три метода управления проводом.

Как вы видите на схеме двухпозиционного переключателя ниже, вы обнаружите, что фаза / напряжение соединены с общим проводом первого двухпозиционного переключателя. PIN1 и PIN2 первого переключателя связаны с PIN1 и PIN2 второго переключателя соответственно. Один конец лампы подключен к общей клемме второго переключателя, а другой конец лампы подключен к нейтральной линии источника питания переменного тока.

Примечание: При 2-проводном методе управления, когда переключатели находятся в противоположном состоянии свет будет в состоянии ВЫКЛ , как показано на схеме ниже:

Условие получения выхода в состоянии ВКЛ такое же, как в таблице истинности Ex-nor вентилей, которая приведена ниже:

Переключатель 1

Переключатель 2

Состояние лампы

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Где 0 представляет состояние ВЫКЛЮЧЕНО, а 1 представляет состояние ВКЛЮЧЕНО.

Как подключить проводку двухпозиционного переключателя с помощью трехпроводного управления

Это новый метод подключения двухпроводного переключателя , который немного отличается от метода двухпроводного управления. Этот метод широко используется в настоящее время, поскольку он более эффективен, чем двухпроводная система управления.

Как вы можете видеть на принципиальной схеме двухпозиционного переключателя под номером , общий контур обоих переключателей закорочен.PIN1 обоих переключателей подключается к фазе или проводу под напряжением, а PIN2 обоих переключателей подключается к одному концу лампы. Другой конец лампы подключен к нейтральной линии источника питания переменного тока.

Примечание: При 3-проводном методе управления, когда переключатели находятся в том же состоянии свет будет в состоянии ВЫКЛ , как показано на схеме ниже:

Условие получения выхода в состоянии ВКЛ такое же, как в таблице истинности взрывозащиты или логического элемента, приведенной ниже:

Переключатель 1

Переключатель 2

Состояние лампы

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Где 0 представляет состояние ВЫКЛЮЧЕНО, а 1 представляет состояние ВКЛЮЧЕНО.

Применение двухстороннего переключателя:
  • В основном на лестничной клетке.
  • Ошибочное срабатывание устройств безопасности / защиты цепи.
  • Большой зал с двумя въездными / выходными воротами.
  • Для управления любыми приборами переменного тока, такими как вентилятор или свет, из двух мест, например входа и выхода.

типов переключателей | Механические, электронные, характеристики

В этом руководстве мы узнаем, что такое переключатель, какие бывают разные типы переключателей, механические переключатели, электронные переключатели, их символы и многое другое о переключателях.

Что такое коммутатор?

Переключатель - это устройство, которое предназначено для прерывания тока в цепи. Проще говоря, выключатель может включать или отключать электрическую цепь. Каждое электрическое и электронное приложение использует по крайней мере один переключатель для включения и выключения устройства.

Итак, переключатели являются частью системы управления, и без нее управление невозможно. Переключатель может выполнять две функции, а именно полностью ВКЛ (замыкание контактов) или полностью ВЫКЛ (размыкание контактов).

Когда контакты переключателя замкнуты, переключатель создает замкнутый путь для прохождения тока и, следовательно, нагрузка потребляет энергию от источника. Когда контакты переключателя разомкнуты, нагрузка не потребляет никакой энергии, как показано на рисунке ниже.

Другая важная функция коммутатора - отводить электрический ток в цепи. Рассмотрим следующую схему. Когда переключатель находится в положении A, лампа 1 включается, а пока он находится в положении B, лампа 2 включается.

Существует множество применений переключателей в самых разных областях, таких как дома, автомобили, промышленность, военная промышленность, аэрокосмическая промышленность и так далее. В домашних и офисных приложениях мы используем простые кулисные переключатели для включения и выключения таких приборов, как освещение, компьютеры, вентиляторы и т.д. электрическая нагрузка из более чем одного места, например, двухсторонний переключатель.

Характеристики коммутатора

Прежде чем продолжить и рассмотреть различные типы коммутаторов, давайте рассмотрим некоторые важные моменты, касающиеся характеристик коммутатора.

  • Двумя важными характеристиками переключателя являются его полюса и броски. Столб представляет собой контакт, а бросок представляет собой соединение между контактами. Количество полюсов и ходов используется для описания переключателя.
  • Некоторые стандартные количества полюсов и ходов - одинарные (1 полюс или 1 ход) и двойные (2 полюса или 2 переключателя).
  • Если количество шестов или бросков больше 2, то это число часто используется напрямую. Например, трехполюсный шестицилиндровый переключатель часто обозначается как 3P6T.
  • Другой важной характеристикой переключателя является его действие, то есть, является ли он мгновенным или фиксированным. Мгновенные переключатели (например, кнопки) используются для мгновенного контакта (на короткое время или пока кнопка нажата).
  • Переключатели с фиксацией на руке, удерживают контакт до тех пор, пока он не будет переведен в другое положение.

Типы переключателей

В основном переключатели бывают двух типов. Это:

Механические переключатели - это физические переключатели, которые необходимо активировать физически, перемещая, нажимая, отпуская или касаясь их контактов.

Электронные переключатели

, с другой стороны, не требуют физического контакта для управления цепью. Они активируются действием полупроводника.

Механические переключатели

Механические переключатели можно разделить на различные типы в зависимости от нескольких факторов, таких как метод срабатывания (ручные, концевые и технологические переключатели), количество контактов (одноконтактные и многоконтактные переключатели), количество полюсов и ход ( SPST, DPDT, SPDT и т. Д.), Работа и конструкция (кнопочный, тумблерный, поворотный, джойстик и т. Д.)), в зависимости от состояния (мгновенные и заблокированные переключатели) и т. д.

По количеству полюсов и ходов переключатели подразделяются на следующие типы. Полюс представляет собой количество отдельных силовых цепей, которые можно переключать. Большинство переключателей имеют один, два или три полюса и обозначаются как однополюсные, двухполюсные и трехполюсные.

Число переходов представляет число состояний, в которые ток может проходить через переключатель. Большинство переключателей имеют одно- или двухходовые переключатели, которые обозначаются как одно- и двухходовые переключатели.

Однополюсный однопозиционный переключатель (SPST)

  • Это основной переключатель включения и выключения, состоящий из одного входного и одного выходного контактов.
  • Он переключает одну цепь и может включать (ВКЛ) или отключать (ВЫКЛ) нагрузку.
  • Контакты SPST могут быть нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми.

Однополюсный двухходовой переключатель (SPDT)

  • Этот переключатель имеет три клеммы: одна - входной контакт, а остальные две - выходные контакты.
  • Это означает, что он состоит из двух положений ВКЛ и одного положения ВЫКЛ.
  • В большинстве схем эти переключатели используются как переключатели для подключения входа между двумя вариантами выходов.
  • Контакт, который подключен к входу по умолчанию, называется нормально закрытым контактом, а контакт, который будет подключен во время работы ВКЛ, является нормально открытым контактом.

Двухполюсный однопозиционный переключатель (DPST)

  • Этот переключатель состоит из четырех клемм: двух входных контактов и двух выходных контактов.
  • Он ведет себя как две отдельные конфигурации SPST, работающие одновременно.
  • Он имеет только одно положение ВКЛ, но он может активировать два контакта одновременно, так что каждый входной контакт будет подключен к соответствующему выходному контакту.
  • В положении ВЫКЛ оба переключателя находятся в разомкнутом состоянии.
  • Этот тип переключателей используется для одновременного управления двумя разными цепями.
  • Кроме того, контакты этого переключателя могут быть нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми.

Двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT)

  • Это двойной переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, состоящий из двух положений ВКЛ.
  • Он имеет шесть клемм, два из которых являются входными контактами, а остальные четыре являются выходными контактами.
  • Он ведет себя как две отдельные конфигурации SPDT, работающие одновременно.
  • Два входных контакта подключены к одному набору выходных контактов в одном положении и в другом положении, входные контакты подключены к другому набору выходных контактов.

Кнопочный переключатель

  • Это переключатель с мгновенным контактом, который замыкает или разрывает соединение, пока приложено давление (или когда кнопка нажата).
  • Обычно это давление обеспечивается кнопкой, нажатой чьим-то пальцем.
  • Эта кнопка возвращается в нормальное положение после снятия давления.
  • Внутренний пружинный механизм управляет этими двумя состояниями (нажатым и отпущенным) кнопки.
  • Он состоит из неподвижных и подвижных контактов, из которых неподвижные контакты соединены последовательно со схемой, подлежащей переключению, а подвижные контакты прикрепляются с помощью кнопки.
  • Нажимные кнопки в основном подразделяются на нормально открытые, нормально закрытые и кнопки двойного действия, как показано на рисунке выше.
  • Кнопки двойного действия обычно используются для управления двумя электрическими цепями.

Тумблер

  • Тумблер приводится в действие вручную (или толкается вверх или вниз) с помощью механической ручки, рычага или качающегося механизма. Они обычно используются в качестве переключателей управления освещением.
  • Большинство этих переключателей имеют два или более положения рычага, которые находятся в версиях переключателей SPDT, SPST, DPST и DPDT.Они используются для коммутации больших токов (до 10 А), а также могут использоваться для коммутации малых токов.
  • Они доступны в различных номиналах, размерах и стилях и используются для различных типов приложений. Состояние ON может быть любым из их горизонтальных положений, однако, по соглашению, нижнее положение является закрытым или включенным положением.

Концевой выключатель

  • Схемы управления концевым выключателем показаны на рисунке выше, на котором представлены четыре разновидности концевых выключателей.
  • Некоторые переключатели приводятся в действие присутствием объекта или отсутствием объектов, или движением машины, а не действиями руки человека. Эти выключатели называются концевыми выключателями.
  • Эти переключатели состоят из рычага бамперного типа, приводимого в действие каким-либо предметом. Когда этот рычаг бампера приводится в действие, это приводит к изменению положения контактов переключателя.

Поплавковые переключатели

  • Поплавковые переключатели в основном используются для управления насосами с электродвигателями постоянного и переменного тока в зависимости от жидкости или воды в резервуаре или отстойнике.
  • Этот переключатель срабатывает, когда поплавок (или плавающий объект) движется вниз или вверх в зависимости от уровня воды в резервуаре.
  • Это плавающее движение узла тяги или цепи и противовеса приводит к размыканию или замыканию электрических контактов. Другой формой поплавкового выключателя является выключатель с ртутной лампой, который не состоит из поплавкового стержня или цепной конструкции.
  • Эта лампа состоит из ртутных контактов, поэтому при повышении или понижении уровня жидкости состояние контактов также изменяется.
  • Обозначение шарового поплавкового переключателя показано на рисунке выше. Эти поплавковые выключатели могут быть нормально открытого или нормально закрытого типа.

Реле потока

  • Они в основном используются для обнаружения движения потока жидкости или воздуха по трубе или воздуховоду. Переключатель воздушного потока (или микровыключатель) сконструирован с защелкиванием.
  • Этот микровыключатель крепится к металлическому рычагу. К этому металлическому рычагу подсоединяется тонкий пластиковый или металлический элемент.
  • Когда большое количество воздуха проходит через металлическую или пластмассовую деталь, это вызывает движение металлического рычага и, таким образом, приводит в действие контакты переключателя.
  • Реле потока жидкости сконструированы с лопастью, которая вставляется поперек потока жидкости в трубе. Когда жидкость течет по трубе, сила, приложенная к лопасти, изменяет положение контактов.
  • На приведенном выше рисунке показан символ переключателя, используемый как для потока воздуха, так и для потока жидкости. Символ флажка на переключателе указывает на лопасть, которая определяет поток или движение жидкости.
  • Эти переключатели снова нормально разомкнутые или нормально замкнутые конфигурации.

Реле давления

  • Эти переключатели обычно используются в промышленных приложениях для измерения давления в гидравлических системах и пневматических устройствах.
  • В зависимости от диапазона измеряемого давления эти реле давления подразделяются на реле давления с мембранным управлением, реле давления с металлическим сильфоном и реле давления поршневого типа.
  • Во всех этих типах датчик давления управляет набором контактов (которые могут быть как двухполюсными, так и однополюсными).
  • Этот символ переключателя состоит из полукруга, соединенного с линией, плоская часть которой указывает на диафрагму. Эти переключатели могут быть нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми.

Реле температуры

  • Самым распространенным элементом для измерения тепла является биметаллическая полоса, работающая по принципу теплового расширения.
  • Биметаллические ленты изготовлены из двух разнородных металлов (которые имеют разную степень теплового расширения) и связаны друг с другом.
  • Контакты переключателя срабатывают, когда температура заставляет полоску изгибаться или наматываться. Другой способ работы с термореле - использование ртутной стеклянной трубки.
  • Когда колба нагревается, ртуть в трубке расширяется и затем создает давление для срабатывания контактов.

Джойстик-переключатель

  • Джойстик-переключатель - это управляемые вручную устройства управления, используемые в основном в переносном контрольном оборудовании.
  • Он состоит из рычага, который свободно перемещается по более чем одной оси движения.
  • В зависимости от движения нажатого рычага срабатывают один или несколько переключающих контактов.
  • Они идеально подходят для опускания, подъема и срабатывания спускового механизма влево и вправо.
  • Они используются для строительной техники, тросиков и кранов. Символ джойстика показан ниже.

Поворотные переключатели

  • Они используются для подключения одной линии к одной из многих линий.
  • Примерами этих переключателей являются переключатели диапазонов в измерительном оборудовании для электрических измерений, переключатели каналов в устройствах связи и переключатели диапазонов в многодиапазонных радиоприемниках.
  • Состоит из одного или нескольких подвижных контактов (ручки) и более одного неподвижного контакта.
  • Эти переключатели бывают с различным расположением контактов, такими как однополюсный 12-контактный, 3-полюсный 4-контактный, 2-полюсный 6-контактный и 4-контактный 3-контактный.

Электронные переключатели

Электронные переключатели обычно называют твердотельными переключателями, потому что в них нет физических движущихся частей и, следовательно, физических контактов. Большинство устройств управляется полупроводниковыми переключателями, такими как моторные приводы и оборудование HVAC.

На сегодняшний день на потребительском, промышленном и автомобильном рынке доступны различные типы твердотельных переключателей различных размеров и номиналов.Некоторые из этих твердотельных переключателей включают в себя транзисторы, тиристоры, полевые МОП-транзисторы, триак и IGBT.

Биполярные транзисторы

Транзистор либо пропускает ток, либо блокирует его, как при работе обычного переключателя.

В коммутационных схемах транзистор работает в режиме отсечки для состояния выключения или блокировки по току и в режиме насыщения для состояния включения. Активная область транзистора не используется для коммутации.

Транзисторы NPN и PNP работают или включаются, когда на них подается достаточный базовый ток.Когда небольшой ток протекает через клемму базы, питаемую цепью управления (подключенной между базой и эмиттером), это заставляет транзистор включать путь коллектор-эмиттер.

И он выключается, когда базовый ток снимается, а базовое напряжение снижается до небольшого отрицательного значения. Несмотря на то, что он использует небольшой базовый ток, он способен пропускать гораздо более высокие токи по пути коллектор-эмиттер.

Силовой диод

Диод может выполнять операции переключения между своим высоким и низким состояниями импеданса.Полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий, используются для изготовления диодов.

Обычно силовые диоды конструируются из кремния для работы устройства при более высоких токах и более высоких температурах перехода. Они созданы путем соединения полупроводниковых материалов p- и n-типа вместе с образованием PN-перехода. Он имеет два вывода: анод и катод.

Когда анод становится положительным по отношению к катоду и приложением напряжения, превышающего пороговый уровень, PN-переход смещается в прямом направлении и начинает проводить (как переключатель ON).Когда катодный вывод становится положительным по отношению к аноду, PN-переход смещается в обратном направлении и блокирует прохождение тока (как выключатель).

MOSFET

Возможно, наиболее популярным и наиболее часто используемым полупроводниковым коммутационным устройством является MOSFET. Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET) - это униполярное высокочастотное переключающее устройство. Наиболее часто используемым коммутационным устройством является силовая электроника. Он имеет три клеммы, а именно сток (выход), исток (общий) и затвор (вход).

Это устройство, управляемое напряжением, т.е. путем управления входным напряжением (от затвора до истока) регулируется сопротивление между стоком и истоком, которое дополнительно определяет состояние включения и выключения устройства.

МОП-транзисторы могут быть P-канальными или N-канальными устройствами. N-канальный полевой МОП-транзистор включается путем подачи положительного напряжения V GS по отношению к источнику (при условии, что напряжение V GS должно быть больше порогового напряжения).

P-канальный MOSFET работает аналогично N-канальному MOSFET, но использует обратную полярность напряжений.Оба V GS и V DD отрицательны по отношению к источнику включения P-канального MOSFET.

IGBT

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) сочетает в себе несколько преимуществ силового транзистора с биполярным переходом и силового полевого МОП-транзистора. Как и полевой МОП-транзистор, это устройство, управляемое напряжением, и имеет меньшее падение напряжения в открытом состоянии (меньше, чем у полевого МОП-транзистора и ближе к силовому транзистору).

Это трехконтактное полупроводниковое высокоскоростное коммутационное устройство.Эти терминалы являются эмиттером, коллектором и затвором.

Подобно MOSFET, IGBT можно включить, подав положительное напряжение (превышающее пороговое напряжение) между затвором и эмиттером. IGBT можно выключить, снизив напряжение на затвор-эмиттер до нуля. В большинстве случаев для снижения потерь при выключении и безопасного выключения IGBT требуется отрицательное напряжение.

SCR

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) - одно из наиболее широко используемых высокоскоростных переключающих устройств для приложений управления мощностью.Это однонаправленное устройство в виде диода, состоящее из трех выводов, а именно анода, катода и затвора.

SCR включается и выключается путем управления входом затвора и условиями смещения анодных и катодных выводов. SCR состоит из четырех слоев чередующихся слоев P и N, так что границы каждого слоя образуют переходы J1, J2 и J3.

TRIAC

Симисторный переключатель (или TRI ode AC ) - это устройство двунаправленной коммутации, которое представляет собой эквивалентную схему соединения двух спина к спине тиристоров с одной клеммой затвора.

Его способность управлять мощностью переменного тока как с положительными, так и с отрицательными пиками формы волны напряжения часто позволяет использовать эти устройства в контроллерах скорости электродвигателей, светорегуляторах, системах контроля давления, приводах электродвигателей и другом оборудовании управления переменным током.

DIAC

DIAC (или DI ode AC Switch) - это устройство двунаправленной коммутации, которое состоит из двух выводов, которые не называются анодом и катодом, поскольку это двунаправленное устройство i.е., DIAC может работать в любом направлении независимо от идентификации терминала. Это указывает на то, что DIAC можно использовать в любом направлении.

Когда напряжение подается на DIAC, он работает либо в режиме прямой блокировки, либо в режиме обратной блокировки, если приложенное напряжение не меньше напряжения отключения. Как только напряжение увеличивается больше, чем напряжение отключения, происходит лавинное отключение, и устройство начинает проводить ток.

Тиристор отключения затвора

GTO (Тиристор отключения затвора) представляет собой биполярное полупроводниковое переключающее устройство.Он имеет три вывода: анод, катод и затвор. Как следует из названия, это коммутационное устройство может отключаться через терминал ворот.

GTO включается подачей небольшого положительного тока затвора, который запускает режим проводимости. Его можно выключить отрицательным импульсом на затвор. Символ GTO состоит из двойных стрелок на выводе затвора, который представляет двунаправленный поток тока через вывод затвора.

Заключение

Простое руководство по переключателям, различным типам переключателей, характеристикам переключателя, механическим переключателям, электронным переключателям, обозначениям схем всех переключателей, а также примерам схем (или соединений) для важных переключателей.

Цепей: один путь к электричеству - Урок

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Оценка Уровень: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области: Физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:


Резюме

Учащиеся начинают понимать явление электричества, изучая электрические цепи.Учащиеся используют основную дисциплинарную идею использования доказательств для построения объяснения, поскольку они узнают, что движение заряда по цепи зависит от сопротивления и расположения компонентов схемы. Студенты также изучают основные дисциплинарные идеи и сквозные концепции энергии и передачи энергии в контексте энергии от батареи. В одном из связанных практических занятий студенты создают и исследуют характеристики последовательных цепей. В другом упражнении студенты конструируют и собирают фонарики. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Принципиальная схема - это язык электрического проектирования и инженерии. Эти диаграммы представляют собой карты, которые каждый может прочитать, чтобы увидеть, как построить схему. Когда инженеры проектируют или строят любую электрическую схему, они либо создают новую принципиальную схему, либо используют существующую. Интерпретация принципиальных схем - важный навык для инженеров-электриков и многих других инженеров.После постройки эти электрические цепи используются для освещения наших домов, питания компьютеров, запуска автомобилей и почти всех современных устройств, использующих электричество.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Опишите, как изменяется ток в последовательной цепи, когда лампочка или аккумулятор добавляются или удаляются из цепи
  • Поймите, что химическая энергия в батарее преобразуется в электрическую энергию в цепи, которая преобразуется в тепловую энергию и свет в лампочке.Кроме того, звуковая энергия может вырабатываться из электричества посредством движущегося диффузора динамика. В этом примере электричество преобразуется в механическое движение (для перемещения динамика), которое затем производит звуковую энергию в виде движущихся воздушных волн.
  • Опишите связи между представлениями символов схем.
  • Найдите напряжение последовательно соединенных батарей, суммируя напряжения отдельных батарей.

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

4-ПС3-2. Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока.(4 класс)

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
Доказательства использования (e.g., измерения, наблюдения, закономерности) для построения объяснения.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может передаваться с места на место с помощью движущихся объектов, звука, света или электрического тока.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Свет также передает энергию с места на место.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем можно использовать локально для создания движения, звука, тепла или света.С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может передаваться различными способами и между объектами.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии - Технология
ГОСТ
Колорадо - наука
  • Покажите, что электричество в цепях требует замкнутого контура, по которому может проходить ток. (Оценка 4) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Опишите преобразование энергии, происходящее в электрических цепях, в которых возникают световые, тепловые, звуковые и магнитные эффекты. (Оценка 4) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Цепи

Студенты знакомятся с несколькими ключевыми понятиями электронных схем.Они узнают о некоторых физических принципах схем, ключевых компонентах схемы и их распространении в наших домах и повседневной жизни.

Параллельная схема и закон Ома: много путей для подачи электричества

Студенты изучают состав и практическое применение параллельной схемы по сравнению с последовательной схемой.Студенты проектируют и строят параллельные схемы, исследуют их характеристики и применяют закон Ома.

Электроны в движении

Студенты узнают о текущем электричестве и необходимых условиях для существования электрического тока. Учащиеся конструируют простую электрическую схему и гальванический элемент, чтобы помочь им понять напряжение, ток и сопротивление.

Сила еды

Студенты воображают, что они застряли на острове и должны создать как можно более яркий свет с помощью скудных принадлежностей, которые у них есть под рукой, чтобы привлечь внимание спасательного самолета. В небольших группах учащиеся создают схемы, используя предметы из своих «наборов для выживания», чтобы создать максимальное напряжение, измеряемое...

Предварительные знания

Батарея, простая схема, ток электричества, сопротивление, напряжение, ток

Введение / Мотивация

Рис. 1. Схема простой схемы. Авторское право

Copyright © 2012 Карли Самсон, Университет Колорадо в Боулдере

Спросите студентов, были ли у них когда-нибудь электронная игра или игрушка, для которых требуются батарейки? (Многие ответят утвердительно.) Спросите сколько батареек нужно для игры или игрушки? (Возможные ответы: одна, две, три или четыре батарейки.) Попросите учащихся подумать, почему для некоторых электронных игр или игрушек требуется больше батарей, чем для других игр или игрушек? (Возможные ответы: некоторым игрушкам нужно больше энергии, некоторым играм нужно больше электричества.) Три батареи AA, подключенные последовательно, могут обеспечить большее напряжение, чем одна батарея AA. Это связано с тем, что химическая энергия в батарее преобразуется в электрическую в цепи, и в цепи с тремя батареями AA «последовательно» доступно больше химической энергии, чем в цепи только с одной батареей AA.Электрические цепи, а также батареи могут быть «последовательно» или «параллельно». В ходе сегодняшнего урока мы узнаем, что означает «последовательно» и «параллельно».

Откуда инженеры-электрики знают, сколько батарей необходимо для работы электронной игры или игрушки? Один из способов определить необходимое напряжение и ток - это создать карту цепи. Инженеры-электрики могут использовать карту или принципиальную схему , чтобы определить, сколько энергии требуется устройству для работы.

Спросите студентов, почему в некоторых устройствах используются батареи, а в других - розетка? (Ответ: Батареи вырабатывают ток другого типа, чем стенная розетка.) Ток, который исходит от батареи, называется постоянный ток (DC). Ток, который идет от розетки в наших домах или школах, называется переменным током (AC). Объясните учащимся, что многие телевизоры, компьютеры, DVD-плееры и стереосистемы имеют внутри устройства оборудование (оборудование), которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC) для работы устройства.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Что такое принципиальные схемы?

Принципиальные схемы - это графические изображения цепей или электрических устройств.Каждый компонент схемы имеет соответствующий стандартный символ (см. Рисунок 2). При отрисовке эти символы соединяются вместе, чтобы показать построение цепи; получившаяся диаграмма представляет собой карту, которую каждый может прочитать, чтобы увидеть, как построить схему. Фактически, принципиальная схема - это язык электрического проектирования и инженерии. Когда инженеры проектируют или строят любую электрическую схему, они либо создают, либо используют существующую принципиальную схему. Интерпретация принципиальных схем - важный навык для инженеров-электриков и многих других инженеров.

Рис. 2. Выбор графических обозначений принципиальной схемы. Авторское право

Авторское право © Дарья Котис-Шварц, Лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2004 г.

Провода с очень низким сопротивлением представлены прямыми или угловыми линиями, соединяющими электрические компоненты. Резистор - это устройство, используемое для регулирования силы тока в цепи. Существует множество различных резисторов с сопротивлением от нескольких Ом до миллионов Ом.Резистор обозначен зигзагообразной линией. Есть разные способы изобразить лампочку в цепи. В этом устройстве символ, используемый для лампочки, представляет собой круг с «x», как показано на рисунке 2. Ячейка, или электрохимическая ячейка, представлена ​​двумя линиями разной длины, расположенными перпендикулярно проводной линии, чтобы показать, что между положительной и отрицательной клеммами есть напряжение; более короткая линия - отрицательная клемма аккумулятора. Батарея состоит из нескольких ячеек.Обратите внимание, что символ батареи выглядит как две ячейки подряд или последовательно. Символ переключателя показывает, что электрическое соединение может быть разомкнутым и замкнутым на контакте.

Чтобы нарисовать принципиальную схему существующей последовательной цепи, нарисуйте макет схемы и соответствующий символ по мере того, как вы встречаетесь с каждым элементом схемы. Хотя провода в цепи обычно изогнуты, нарисуйте провода на принципиальной схеме как прямые, так и в виде угловых изогнутых линий.

Как электрические элементы соединяются в цепи?

В схемах можно использовать множество компонентов: батареи, лампочки, провода и переключатели.Части схемы могут быть соединены двумя разными способами. Когда они соединены так, что между ними есть один проводящий путь, говорят, что они соединены последовательно. Схема слева на Рисунке 3 показывает два последовательно включенных резистора. Когда элементы схемы соединены через общие точки, так что через цепь проходит более одного проводящего пути, они подключаются параллельно . Схема справа на рисунке 3 показывает два резистора, включенных параллельно.Обратитесь к упражнению «Лампочки и батарейки в ряд», чтобы научить студентов строить свои собственные схемы из нескольких компонентов. Типичное электрическое устройство состоит из множества более мелких последовательных и параллельных частей. В общем, только очень простые цепи могут быть полностью последовательными. Рисунок 3. Два резистора, включенных последовательно (слева) и два резистора, включенных параллельно (справа). Авторское право

Авторские права © 2012 Карли Самсон, Университет Колорадо в Боулдере

Закон Ома и последовательные цепи

Закон Ома - это фундаментальное математическое уравнение, описывающее взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.Фактически, закон Ома определяет сопротивление: R = V / I, где R = сопротивление элемента схемы, V = общее напряжение, подаваемое в схему источником питания (например, аккумулятором), а I = ток через схема. Уравнение можно изменить (V = I * R), чтобы спрогнозировать падение напряжения на элементе схемы с известным сопротивлением и известным током, проходящим через него. Напряжение, подаваемое в цепь, V, и полное падение напряжения во всей цепи V T должны быть одинаковыми и противоположными.Это означает, что V + V T = 0. Общее падение напряжения в цепи равно: I * R T = V T , где R T - полное сопротивление в цепи. Мы рассмотрим, как найти полное сопротивление R T , в этом уроке для последовательных цепей, а также в следующем уроке и упражнениях в этом модуле для цепей с параллельными элементами.

Последовательная цепь и ее схема согласования показаны на рисунке 4. Поскольку существует только один путь для движения заряда по цепи, ток во всей цепи одинаков.Когда электроны движутся по цепи, их потоку препятствует каждая лампочка, так что полное сопротивление движению заряда является суммой всех сопротивлений на пути. Из закона Ома (записанного в виде I = V / R) мы знаем, что полный ток равен напряжению, деленному на общее сопротивление. На каждой лампочке есть падение напряжения. Сумма падений напряжения равна напряжению источника питания, которым в данном случае является аккумулятор. Поскольку ток одинаков во всей последовательной цепи, падение напряжения на каждой лампочке прямо пропорционально сопротивлению этой лампочки (путем перестановки уравнения закона Ома V = I * R).

Рисунок 4. Последовательная схема (слева) и соответствующая принципиальная схема (справа). Авторское право

Авторские права © Джо Фридрихсен, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2003.

Когда батареи соединены последовательно, общее напряжение является суммой напряжений каждой батареи. Итак, если мы сделаем схему с тремя последовательно включенными батареями 1,5 В в качестве источника напряжения, общее напряжение составит 4,5 В, как показано на рисунке 5. Вот как производители батарей делают батареи с более высоким напряжением; они просто соединяют несколько батарей (с одинаковым потенциалом) последовательно.

Рис. 5. Когда батареи соединены последовательно, общее напряжение является суммой напряжений каждой батареи. Авторское право

Авторские права © 2012 Карли Самсон, Университет Колорадо в Боулдере

В чем разница между постоянным и переменным током?

Постоянный ток или постоянный ток означает движение заряда в цепи только в одном направлении. Батареи, фотоэлементы и некоторые генераторы обеспечивают постоянный ток. Например, в фонарике с батарейным питанием электроны покидают отрицательную клемму батареи и перемещаются по цепи фонарика к положительной клемме.Попросите учащихся построить свой собственный фонарик с помощью действия «Осветите свой путь: проектирование-создание серийной схемы фонарика». Многие повседневные портативные устройства работают на постоянном токе. Предложите учащимся применить свои знания о таких устройствах для проектирования и сборки своих собственных игрушек в упражнении «Построить мастерскую игрушек».

В переменном или переменном токе электроны движутся вперед и назад по цепи. Из-за этого электроны перемещаются только на небольшое расстояние вокруг относительно фиксированного положения в цепи.Хотя генераторы переменного и постоянного тока похожи, переменный ток оказался более эффективным способом передачи электроэнергии. Каждый раз, когда вы подключаете электрическое устройство к розетке, вы используете переменный ток. Направление тока меняется, потому что направление напряжения на электростанции меняется. В США мы используем ток, который меняет направление 60 раз в секунду, называемый током 60 Гц.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

На классной доске нарисуйте пример последовательной схемы, которая включает в себя несколько компонентов (например, см. Рисунок 4).Качественно сравните ток и напряжение в разных частях схемы. Попросите учащихся сравнить ток в трех последовательно соединенных лампочках с увеличивающимся сопротивлением. (Ответ: ток одинаков во всей последовательной цепи.) Затем сравните напряжение на каждой из этих трех лампочек. (Ответ: напряжение падает, когда оно встречается с сопротивлением лампочки, поэтому первая лампочка будет иметь наибольшее напряжение, а каждая последующая лампочка будет испытывать меньшее напряжение.) Что происходит с общим напряжением при последовательном подключении аккумуляторов? (Ответ: общее напряжение - это сумма напряжений каждой батареи.)

Рис. 4. Последовательная принципиальная схема, показывающая провод, три лампочки, батарею и выключатель. Авторское право

Авторские права © Джо Фридрихсен, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2003.

Словарь / Определения

переменный ток: электрический ток, который меняет направление на регулярные промежутки времени.Сокращенно AC.

принципиальная схема: графическое представление схемы с использованием стандартных символов для представления каждого компонента схемы.

постоянный ток: электрический ток только в одном направлении. Сокращенно DC.

передача энергии: движение энергии в системе. Может включать преобразование одного вида энергии в другой (с некоторыми потерями). Соответствующие примеры включают электричество для движения (вентилятор), электричество для света и тепла (лампочки) и электричество для звука и движения (звуковая система).

нагрузка: устройство или сопротивление устройства, на которое подается электричество.

параллельная цепь: электрическая цепь, обеспечивающая более одного проводящего пути.

резистор: устройство, используемое для управления током в электрической цепи путем обеспечения сопротивления.

Последовательная цепь: электрическая цепь, обеспечивающая единственный проводящий путь, так что ток проходит через каждый элемент по очереди без разветвлений.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов:

  • Почему некоторые устройства используют батареи, а другие устройства используют розетку для питания? (Ответ: Батареи вырабатывают ток [постоянный ток], отличный от стенной розетки [переменного тока])

Оценка после введения

Голосование: Задайте вопрос «правда / ложь» и попросите учащихся проголосовать, подняв палец вверх за истину и вниз за ложь.Подсчитайте голоса и запишите итоги на доске. Дайте правильный ответ.

  • Верно или неверно: три батареи AA, соединенные последовательно, обеспечивают большее напряжение, чем одна батарея AA. (Ответ: Верно.)
  • Верно или неверно: Батареи могут быть включены «последовательно» или «параллельно». (Ответ: Верно.)
  • Верно или неверно: инженеры-электрики используют принципиальную схему, чтобы определить, сколько энергии требуется устройству для работы. (Ответ: Верно.)
  • Верно или неверно: батареи вырабатывают ток того же типа, что и настенная розетка.(Ответ: Неверно. Батареи вырабатывают ток [постоянный] другого типа, чем стенная розетка [переменный ток].)
  • Верно или неверно: ток, который исходит от батареи, называется переменным током. (Ответ: Неверно. Ток, который выходит из розетки в наших домах или школах, называется переменным током [AC]. Батареи имеют постоянный ток [DC].)
  • Верно или неверно: (Звуковая энергия может быть получена от электричества или удара по столу? Ответ: Верно, что электрические источники, такие как батареи, могут питать небольшие динамики, и ваша рука может создавать звуковые волны, ударяясь о твердую поверхность стола.)

Итоги урока Оценка

Быстрый опрос: Дайте студентам лист бумаги и попросите их записать ответы на следующие три вопроса.

  • Что вам больше всего понравилось в уроке?
  • Что можно было сделать лучше?
  • Что вы узнали, чего не знали раньше?

Пронумерованные главы: Попросите учащихся каждой команды выбрать числа (или числа), чтобы у каждого члена был свой номер.Задайте учащимся вопросы, указанные ниже (при желании, дайте им временные рамки для решения). Члены каждой команды должны работать вместе над вопросом. Все в команде должны знать ответ. Позвоните по номеру наугад. Студенты с этим номером должны поднять руки, чтобы ответить на вопрос. Если не все ученики с этим номером поднимают руки, дайте командам поработать еще немного. Спросите у студентов:

  • Если вы удалите одну лампочку из последовательной цепи с тремя лампочками, цепь станет (n) _________ цепью.Открытый или закрытый? (Ответ: Открыто.)
  • Что произойдет с другими лампочками в последовательной цепи, если одна лампочка перегорит? (Ответ: Все гаснут.)
  • При добавлении дополнительных ламп к последовательной цепи каждая лампа становится _____________. Ярче или тусклее? (Ответ: Диммер.)
  • При последовательном соединении аккумуляторов напряжение на них ____________. Увеличивается, уменьшается или остается неизменным? (Ответ: Увеличивается.)
  • Нарисуйте принципиальную схему последовательной цепи с двумя батареями и тремя лампочками.(Ответ: он должен выглядеть, как на Рисунке 4, с переключателем, замененным на вторую батарею.)

Рисунок Рисунок Гонки: Напишите символы схемы на доске. Разделите класс на команды по четыре человека так, чтобы у каждого члена команды был другой номер, от одного до четырех. Позвоните по номеру и попросите учащихся с этим номером поспешить к доске, чтобы нарисовать правильную принципиальную схему. Дайте очко команде, чей товарищ по команде первым закончит розыгрыш. Попросите учащихся нарисовать принципиальные схемы следующего:

  • Последовательная цепь с одной батареей и двумя лампочками
  • Последовательная цепь с двумя батареями, одной лампочкой и одним выключателем
  • Последовательная цепь с одной батареей, одной лампочкой и одним резистором
  • Последовательная цепь с тремя батареями, двумя лампочками и двумя резисторами
  • Последовательная цепь с одной батареей, двумя резисторами, двумя лампочками и одним переключателем
  • Последовательная цепь с тремя батареями, четырьмя лампочками и одним выключателем
  • Последовательная цепь с одной батареей, тремя переменными лампочками и резисторами и одним переключателем

Домашнее задание / Самостоятельная практика:

  • Попросите учащихся подсчитать количество трансформаторов в их домах.Дополнительную информацию о трансформаторах см. В разделе «Действия по расширению урока».

Мероприятия по продлению урока

Изучите историю развития фонарика. В Музее фонарей можно найти множество фотографий старинных фонариков и портативных осветительных приборов по адресу: http://www.flashlightmuseum.com/.

Узнайте о трансформаторах: трансформатор - это электрическое устройство, используемое для преобразования мощности переменного тока с определенным уровнем напряжения в мощность переменного тока с другим напряжением, но с той же частотой.Значительное количество энергии теряется при передаче энергии по распределительной сети. Дополнительная энергия потребляется трансформаторами на подстанциях. Для многих бытовых электронных устройств требуются трансформаторы, которые всегда включены и потребляют электроэнергию, даже если никто не использует электрическое устройство.

  • Попросите учащихся подсчитать количество трансформаторов, имеющихся у них дома . Трансформаторы могут быть прикреплены к компьютерам, принтерам, сканерам, динамикам, автоответчикам, беспроводным телефонам, зарядным устройствам для мобильных телефонов, электрическим отверткам, электродрелям, радионяням, модемам и видеокамерам.Трансформеры не всегда легко распознать; Очевидно, трансформаторы выглядят как коробки большего размера (обычно того же цвета, что и шнур), прикрепленные к концу шнуров в том месте, где вы подключаете устройство к электрической розетке.
  • Если вы дотронетесь до трансформатора, и он теплый, вы почувствуете, что электрическая энергия (потраченная впустую) превращается в тепловую. Попросите учащихся подсчитать количество энергии, ежегодно теряемой трансформаторами в их доме. . Потребляемая мощность невелика - порядка от 1 до 5 Вт на трансформатор, но в сумме все равно.Допустим, у вас есть пять трансформаторов, каждый из которых потребляет 5 Вт. Это означает, что 25 Вт постоянно тратятся впустую. Если в вашем районе киловатт-час стоит 10 центов, это означает, что вы тратите 10 центов на каждые 1000 ватт-часов / 25 Вт = 40 часов. В году 8760 часов, поэтому 8760 часов / 40 часов = 21,90 доллара в год.
  • Попросите учащихся подсчитать общее количество энергии, теряемой трансформаторами по всей стране . В Америке 100 миллионов семей. Если каждое домохозяйство тратит на эти трансформаторы 25 Вт, это 2.5 миллиардов ватт. По цене 10 центов за киловатт-час, это 2 500 000 000 ватт / 1000 ватт или 250 000 долларов в час. Это 2 190 000 000 долларов (2 миллиарда долларов), потраченных впустую каждый год.

Рекомендации

Берг, Эрик. Старший специалист по машиностроению, Колорадская горная школа, "Как работает трансформатор?" http://www.physlink.com/ Проверено 28 апреля 2004 г.

Хьюитт, Пол Г. Концептуальная физика . 8-е издание. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Addison Publishing Co., 1998. Ралофф, Джанет. "Мы должны вытащить вилку?" Новости науки. 25 октября 1997 г.

Ропейк, Дэвид. MSNBC - Как сеть поддерживает континент . 23 января 2001 г. MSNBC News. http://www.msnbc.msn.com/id/3077316/ns/technology_and_science-science/t/how-grid-powers-continent/#.T4M6w_WfzTo, по состоянию на 7 апреля 2004 г.

Шнайдер, Стюарт. Музей фонарей . Wordcraft.net. По состоянию на 7 апреля 2004 г.

Зильберман, Стив. Wired News: подготовка к электросети . 14 июня 2001 г. Журнал Wired. www.wired.com По состоянию на 7 апреля 2004 г.

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Сабер Дурен; Джо Фридрихсен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон; Карли Самсон

Программа поддержки

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

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Департамент образования и Национальный научный фонд (грант ГК-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 1 мая 2021 г.

Электроэнергия и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Мощность ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность - это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт.(См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q - это перемещенный заряд, а V, - напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность - это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) - это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = V 2 / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (а)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на кратковременную выдержку очень высоких токов при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

- это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они работают, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания - это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (а)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже несмотря на то, что первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос - Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение составляет 120 В, тогда используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Однако эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую каждым из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горящую лампочку фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какая масса древесного сока может быть увеличена с 18ºC до точки кипения, а затем испарена этой энергией, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия с 20º C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю для повышения температуры 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какая выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рис. 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, предполагая эффективность 95,0% и постоянную мощность? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -г алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 - сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумный промежуток времени. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, - это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:
- скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В неоправданно низкое для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт), чтобы уменьшить потери мощности.

Современные рентгеноскопические системы визуализации | Image Wisely

Сводка

Рентгеноскопия, или проекционная рентгеновская визуализация в реальном времени, стала использоваться в клинической практике вскоре после открытия рентгеновских лучей Рентгеном. Ранние флюороскопы состояли просто из источника рентгеновского излучения и флуоресцентного экрана, между которыми помещался пациент.Пройдя через пациента, остаточный луч падал на флуоресцентный экран и производил видимое свечение, которое непосредственно наблюдал практикующий врач.

В современных системах флуоресцентный экран соединен с электронным устройством, которое усиливает и преобразует светящийся свет в видеосигнал, пригодный для представления на электронном дисплее. Одно из преимуществ современной системы по сравнению с более ранним подходом состоит в том, что флюороскописту не нужно находиться в непосредственной близости от флуоресцентного экрана, чтобы наблюдать за живым изображением.Это приводит к значительному снижению дозы облучения флюороскописта. Пациенты также получают меньшую дозу облучения благодаря усилению и общей эффективности системы визуализации.

Рентгеноскопия отличается от большинства других рентгеновских снимков тем, что получаемые изображения появляются в реальном времени, что позволяет оценивать динамические биологические процессы и направлять вмешательства. Электронные рентгеноскопические системы создают это восприятие путем захвата и отображения изображений с высокой частотой кадров, обычно 25 или 30 кадров в секунду.При такой частоте кадров человеческая зрительная система не может различать изменения от кадра к кадру, и движение кажется непрерывным без видимого мерцания. Чтобы достичь высокой частоты кадров при сохранении кумулятивной дозы облучения на разумном уровне, доза облучения рецептора изображения на изображение (то есть на кадр) должна быть достаточно низкой, около 0,1% от дозы, используемой в рентгенографии.

Флюороскопические изображения отображаются с перевернутой шкалой серого (черный / белый инвертирован) по сравнению со стандартными рентгенограммами.Это соглашение является производным от появления ранних неинтенсивных флюороскопических экранов, и оно было сохранено в эпоху цифровых технологий, даже несмотря на то, что теперь существует возможность цифрового обращения шкалы серого.

Введение

Схема рентгеноскопической системы с усилением изображения показана на рисунке 1. Ключевые компоненты включают рентгеновскую трубку, спектральные формирующие фильтры, устройство ограничения поля (также называемое коллиматором), антирассеивающую сетку, приемник изображения, компьютер для обработки изображений и устройство отображения.Вспомогательные, но необходимые компоненты включают в себя высоковольтный генератор, устройство для поддержки пациента (стол или кушетку) и оборудование, позволяющее позиционировать узел источника рентгеновского излучения и узел приемника изображения относительно пациента.

Рис. 1. Принципиальная схема рентгеноскопической системы с усилителем рентгеновского изображения (XRII) и видеокамерой

Перепечатано из RadioGraphics; 20 (4), Schueler BA, Учебник по физике AAPM / RSNA для жителей, общий обзор рентгеноскопической визуализации - рис. 2, p1117, 2000 г., с разрешения RSNA.

Источник рентгеновского излучения

Генератор высокого напряжения и рентгеновская трубка, используемые в большинстве рентгеноскопических систем, аналогичны по конструкции и конструкции трубкам, используемым для общих радиографических применений. Для комнат специального назначения, таких как те, которые используются для визуализации сердечно-сосудистой системы, необходима дополнительная теплоемкость, чтобы позволить ангиографические «прогоны», последовательности рентгенографических изображений с более высокой дозой, полученных в быстрой последовательности для визуализации помутненных сосудов. Эти прогоны часто чередуются с рентгеноскопическими изображениями в диагностических или интервенционных процедурах, и их сочетание может привести к большому спросу на рентгеновскую трубку.В таких системах обычно используются специальные рентгеновские трубки.

Размер фокусного пятна во флюороскопических трубках может быть от 0,3 мм (когда требуется высокое пространственное разрешение, но допускается низкий уровень излучения) и от 1,0 до 1,2 мм, когда требуется более высокая мощность. Выходное излучение может быть как непрерывным, так и импульсным, причем импульсный более распространен в современных системах. Автоматический контроль мощности экспозиции поддерживает дозу облучения на кадр на заданном уровне, адаптируясь к характеристикам ослабления анатомии пациента и поддерживая постоянный уровень качества изображения на протяжении всего исследования.

Фильтрация луча

Обычно рентгеноскопические системы визуализации оснащаются фильтрами, упрочняющими пучок, между выходным портом рентгеновской трубки и коллиматором. Дополнительная фильтрация алюминия и / или меди может снизить дозу облучения кожи на входной поверхности пациента, в то время как низкое kVp создает спектральную форму, которая хорошо согласуется с k-краем бария или йода для высокого контраста в интересующей анатомии.

Добавление этой дополнительной фильтрации в путь луча может выбираться пользователем, что дает оператору возможность переключаться между режимами низкой и высокой дозы в зависимости от условий во время рентгеноскопической процедуры.В других системах дополнительная фильтрация является автоматической, основанной на условиях ослабления луча, для достижения желаемого уровня качества изображения и экономии дозы.

В дополнение к фильтрам формирования луча многие рентгеноскопические системы имеют «клиновидные» фильтры, которые частично прозрачны для рентгеновского луча. Эти подвижные фильтры ослабляют луч в областях, выбранных оператором, чтобы уменьшить входную дозу и чрезмерную яркость изображения.

Коллимация

Жалюзи, ограничивающие геометрическую протяженность рентгеновского поля, присутствуют во всем рентгеновском оборудовании.При рентгеноскопии коллимация может быть круглой или прямоугольной по форме, соответствующей форме приемника изображения.

Когда оператор выбирает поле обзора, положения лопастей коллиматора автоматически перемещаются под управлением двигателя, чтобы быть немного больше, чем видимое поле. Когда расстояние от источника до изображения (SID) изменяется, лезвия коллиматора регулируются, чтобы сохранить поле зрения и минимизировать «побочное» излучение за пределами видимой области. Эта автоматическая коллимация существует как в круговой, так и в прямоугольной системе поля зрения.

Столик пациента и подушка

Столы для пациентов должны обеспечивать прочность для поддержки пациентов и рассчитаны производителем на определенный предел веса. Важно, чтобы стол не поглощал много излучения, чтобы избежать появления теней, потери сигнала и потери контрастности изображения.

Технология углеродного волокна предлагает хорошее сочетание высокой прочности и минимального поглощения излучения, что делает его идеальным материалом для стола. Между пациентом и столом часто помещают поролоновые прокладки для дополнительного комфорта, но с минимальным поглощением излучения.

Сетка против рассеивания

Решетки, предотвращающие рассеяние, являются стандартными компонентами рентгеноскопических систем, поскольку большой процент рентгеноскопических исследований выполняется в условиях высокого рассеяния, например, в брюшной полости. Типичное соотношение сетки составляет от 6: 1 до 10: 1. Решетки могут быть круглыми (системы XRII) или прямоугольными (системы FPD) и часто снимаются оператором.

Рецептор изображения - усилитель рентгеновского изображения (XRII)

Усилитель рентгеновского изображения (рис. 2) - это электронное устройство, которое преобразует диаграмму интенсивности рентгеновского луча (также известную как «остаточный луч») в видимое изображение, подходящее для захвата видеокамерой и отображения на видеодисплее. монитор.Ключевыми компонентами XRII являются входной слой люминофора, фотокатод, электронная оптика и выходной люминофор.

Входной люминофор с иодидом цезия (CsI) преобразует рентгеновское изображение в изображение в видимом свете, как и оригинальный флюороскоп. Фотокатод помещается в непосредственной близости от входного люминофора, и он выпускает электроны прямо пропорционально видимому свету входного люминофора, который падает на его поверхность. Электроны управляются, ускоряются и умножаются в количестве электронно-оптическими компонентами и, наконец, сталкиваются с поверхностью, покрытой люминофорным материалом, который заметно светится при ударе электронов высокой энергии.Это выходной люминофор XRII.

В принципе, можно было непосредственно наблюдать усиленное изображение на небольшом (диаметром 1 дюйм) выходном люминофоре, но на практике видеокамера оптически связана с этим люминофорным экраном через регулируемую диафрагму и объектив. Затем видеосигнал отображается напрямую (или оцифровывается), подвергается постобработке на компьютере и визуализируется для отображения.

Рисунок 2. Компоненты усилителя рентгеновского изображения

Перепечатано из RadioGraphics; 20 (4), Schueler BA, Учебник по физике AAPM / RSNA для жителей Общий обзор рентгеноскопической визуализации - Рис. 5, p1120, 2000 , с разрешения RSNA.

XRII излучает на порядки больше света на рентгеновский фотон, чем простой флуоресцентный экран. Это происходит за счет электронного усиления (усиление электронной оптикой) и минимального усиления (концентрирование информации с большой площади входной поверхности на небольшой выходной площади люминофора), как показано на рисунке 2. Это обеспечивает относительно высокое качество изображения (отношение сигнал-шум. соотношение) при умеренных дозах по сравнению с неинтенсивной рентгеноскопией.

Использование видеотехнологии добавило важный фактор удобства - она ​​позволяет нескольким людям одновременно наблюдать за изображением и дает возможность записывать и обрабатывать последовательности рентгеноскопических изображений.

Доступны усилители изображения с различным входным диаметром от 10–15 до 40 см. Входная поверхность всегда круглая и изогнутая - конструктивная характеристика технологии электронных ламп, из которой она построена.

Видеокамеры, используемые в системах XRII, изначально были аналоговыми устройствами vidicon или plumbicon, заимствованными из индустрии телевещания. В более поздних системах стали широко использоваться цифровые камеры, основанные на датчиках изображения устройства с зарядовой связью (CCD) или технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS).

Приемник изображения - плоскопанельный детектор (FPD)

В последние годы мы стали свидетелями появления рентгеноскопических систем, в которых компоненты XRII и видеокамеры заменены сборкой «детектор с плоской панелью» (FPD). Когда плоские детекторы рентгеновского излучения впервые появились в радиографии, они обладали преимуществами «цифровой камеры» по сравнению с существующими технологиями.

В рентгеноскопических приложениях проблемой для FPD было требование низкой дозы на кадр изображения, что означает, что собственный электронный шум детектора должен быть чрезвычайно низким, а требуемый динамический диапазон высоким.Оказалось, что довольно сложно изготовить FPD с достаточно низкими характеристиками электронного шума для достижения хорошего отношения сигнал / шум (SNR) в условиях низкой экспозиции, однако такие устройства в настоящее время существуют.

Детекторы с плоской панелью

физически более компактны, чем системы XRII / видеосистемы, что обеспечивает большую гибкость в перемещении и позиционировании пациента. Однако наиболее важным преимуществом FPD является то, что он не страдает от многих присущих XRII ограничений, включая геометрическое искажение типа «подушечка булавки», искажение «S», вуалирующие блики (блики, выходящие из очень ярких областей) и виньетирование. (потеря яркости на периферии).Эти явления просто не происходят в FPDs. FPD часто имеют более широкий динамический диапазон, чем некоторые системы XRII / видео.

Еще одно преимущество FPD состоит в том, что пространственное разрешение рецептора изображения определяется в первую очередь размером элемента детектора и, в отличие от XRII / видео, не зависит от поля зрения. В системах XRII усиление минимизации требует, чтобы входная доза изменялась обратно пропорционально полю зрения для поддержания постоянной яркости выходного люминофора. Для FPD такого ограничения не существует; доза входного детектора не зависит от поля зрения.

Детекторы с плоской панелью состоят из набора отдельных детекторных элементов. Элементы имеют квадратную форму, 140–200 микрон на каждую сторону и изготавливаются по технологии тонких пленок аморфного кремния на стеклянных подложках.

Диапазон детекторов

, используемых для рентгеноскопии, составляет от 20 x 20 см до 40 x 30 см. Один детектор может содержать до 5 миллионов отдельных детекторных элементов. Сцинтилляционный слой иодида цезия (CsI) наносится на аморфный кремний с тонкопленочными фотодиодами и транзисторами, улавливающими сигнал видимого света от сцинтиллятора для формирования цифрового изображения, которое затем передается в компьютер с частотой кадров, выбранной пользователя (рисунок 3).Частота кадров может достигать 30 кадров в секунду.

Рис. 3. Поперечное сечение плоскопанельного детектора для флюороскопической визуализации


Перепечатано из радиологии; 234 (2), Pisano ED, Yaffe MJ, State of the Art: Digital Mammography - Fig 1, p355, 2005, с разрешения RSNA.

Отображение изображений

Для рентгеноскопии требуются высококачественные видеодисплеи, которые позволяют пользователям различать мелкие детали и тонкие различия контрастности в интересующей анатомии.Технологии отображения медицинских изображений за последние несколько лет оказались «на хвосте» телеиндустрии.

Современные системы оснащены плоскими ЖК-дисплеями высокого разрешения с высокой максимальной яркостью и высокой контрастностью. Эти дисплеи должны быть откалиброваны по стандартной функции отклика яркости (такой как стандартная функция отображения оттенков серого, часть 14 DICOM), чтобы обеспечить видимость самого широкого диапазона уровней серого.

Новейшие интервенционные / ангиографические системы оснащены дисплеями высокой четкости с диагональю 60 дюймов, поддерживающими до 24 различных источников видеовхода, которые можно расположить различными способами на одном большом мониторе.Макеты дисплея могут быть индивидуально настроены и сохранены для индивидуальных предпочтений врача.

Конфигурации системы

Рентгеноскопические системы производятся в различных конфигурациях, чтобы оптимизировать использование для решения клинических задач, для которых они предназначены. «Обычные» системы рентгенографии / рентгеноскопии состоят из стола пациента, который часто полностью наклоняется в вертикальное положение, что позволяет проводить рентгеноскопию, когда пациент стоит вертикально. В этих системах рентгеновская трубка расположена под столешницей, а приемник изображения - над столом, и наиболее часто используются для визуализации желудочно-кишечного тракта (исследования с усилением бария в верхнем и нижнем ЖКТ).

Возможность наклона стола пациента позволяет оператору использовать силу тяжести для облегчения движения контрастного вещества с барием по пищеводу, желудку и кишечнику. Более старые системы могут содержать устройство «точечной пленки», которое позволяет размещать рентгеновскую кассету перед приемником рентгеноскопических изображений, облегчая получение рентгеновских снимков с использованием рентгеноскопического источника рентгеновского излучения. В современных системах статические изображения обычно получают с помощью того же цифрового приемника изображения, который используется для рентгеноскопии, поэтому точечная пленка исчезает.

Вариантом этой традиционной конфигурации R / F является система с дистанционным управлением, в которой положения рентгеновской трубки и приемника изображения меняются местами: трубка находится над столом пациента, а приемник изображения - ниже. Этими системами можно полностью управлять, включая движения стола, с пульта оператора с контроллером типа джойстика в экранированной кабине управления. Это защищает персонал от вторичного радиационного воздействия.

В ангиографических системах

используется геометрия «С-образной дуги», обеспечивающая легкий доступ для пациента, поскольку рентгеноскопия определяет выборочное размещение артериального и венозного катетера.Эти системы включают расширенные функции, такие как цифровое вычитание и отображение дорог.

Новейшие системы имеют возможность получения трехмерных изображений, что достигается путем вращения С-дуги вокруг пациента и выполнения томографической реконструкции для получения набора данных объемного изображения. Иногда это называют КТ с коническим лучом (КЛКТ), а в ангиографическом режиме - трехмерной ротационной ангиографией. Системы, разработанные для сосудистой / интервенционной радиологии и кардиологии / электрофизиологии, имеют сложные рентгеноскопические возможности, включая переменную частоту кадров, автоматическую фильтрацию луча и расширенную постобработку изображений.Наконец, мобильная конфигурация С-дуги популярна в хирургическом кабинете и для офисных процедур в опорно-двигательной радиологии, ортопедии, урологии, гастроэнтерологии и лечении боли. Мобильные С-образные дуги часто представляют собой небольшие недорогие системы, но некоторые из них доступны с более мощными источниками рентгеновского излучения, способными производить значительные уровни излучения.

Сводка

Рентгеноскопия превратилась из самых простых из неинвазивных методов визуализации в очень сложную технологию с расширенными возможностями трехмерного изображения, способную управлять жизненно важными интервенционными процедурами, часто с минимальным дискомфортом для пациента.Многие из этих малоинвазивных процедур под визуальным контролем пришли на смену высокоинвазивным открытым хирургическим процедурам. С каждым прогрессом в технологии все меньшие сосуды и более тонкие различия контрастности могут быть визуализированы в режиме реального времени, часто с низкой дозой облучения.

Список литературы

  1. Schueler BA. Учебное пособие по физике AAPM / RSNA для резидентов, общий обзор флюороскопической визуализации. RadioGraphics, 2000. 20 (4): p1115-1126. Доступно по адресу: http://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148 / радиография.20.4.g00jl301115. По состоянию на 23 октября 2014 г.
  2. Бушберг Дж. Т., Зайберт Дж. А., Лейдхольдт Е. М., Бун Дж. М.. Основы физики медицинской визуализации. Филадельфия, Пенсильвания, Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 3-е изд, 2012 г. Доступно по адресу: http://books.google.com/books?id=RKcTgTqeniwC&printsec=frontcover&dq=The+Essential+Physics+of+Medical+Imaging,+3rd+Edition&hl=en&sa=X&ei=L-tIVLbCIs6zy&ASEioK4 = 0CDIQ6AEwAA # v = onepage & q = Основы физики медицинской визуализации, 3-е издание & f = false.По состоянию на 23 октября 2014 г.
  3. Николофф ЭЛ. Физика плоскопанельных рентгеноскопических систем. RadioGraphics, 2011. 31 (2): p591-602. Доступно по адресу: http://pubs.rsna.org/doi/pdf/10.1148/rg.312105185. По состоянию на 23 октября 2014 г.
  4. Pisano ED, Yaffe MJ. Состояние дел: цифровая маммография. Радиология, 2005. 234 (2): p353-362. Доступно по адресу: http://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/radiol.2342030897. По состоянию на 23 октября 2014 г.

Коммутатор уровня 2 - обзор

15.2 SD-WAN

SDN для WAN, или, как его обычно называют, SD-WAN, является одной из наиболее многообещающих будущих областей применения принципов SDN, представленных в этой книге. В Разделе 14.9.5 мы обсудили несколько стартапов, нацеленных на эту мощную стратегию использования наложения виртуальных подключений, часто через какой-либо механизм туннелирования через набор подключений WAN, включая MPLS, Интернет и другие транспортные каналы WAN [5]. Наложение достигается за счет размещения специализированных периферийных устройств в филиалах.Устройства Customer Premises Equipment (CPE) управляются централизованным контроллером. Ключевая функция этих пограничных устройств - интеллектуальное отображение различных потоков пользовательского трафика по наиболее подходящему доступному туннелю. В значительной степени это сосредоточено на экономии средств, достигаемой за счет размещения только трафика, который очень чувствителен к потерям, задержкам или дрожанию, на более дорогих каналах, предлагающих эти гарантии. Обычный трафик данных, такой как электронная почта и просмотр веб-страниц, может быть сопоставлен с менее дорогостоящими широкополосными интернет-соединениями.Некоторые классы трафика могут маршрутизироваться по менее дорогим беспроводным резервным каналам связи, если этот трафик может выдерживать периодические простои или снижать пропускную способность.

Легко представить себе такую ​​SD-WAN как естественное расширение SDN-via-Overlays, представленного в Разделе 4.6.3 и подробно обсуждаемого в Главах 6 и 8. SD-WAN действительно связана с нашими предыдущими обсуждениями этого вопроса. SDN-via-Overlays в том, что в центре обработки данных виртуальные коммутаторы в решении наложения решают, через какой туннель вводить трафик по сети центра обработки данных.Шлюзы CPE в решениях SD-WAN выполняют аналогичную функцию интеллектуального сопоставления трафика приложений с конкретным туннелем. Однако критерии, по которым принимаются эти решения по отображению, намного сложнее в SD-WAN, чем в центре обработки данных. Например, в решении наложения центра обработки данных обычно существует только один туннель между двумя хостами, тогда как важной особенностью решения SD-WAN является интеллектуальный выбор между альтернативными туннелями для оптимизации затрат и производительности.

Ранее мы видели, что этот подход наложения может успешно использоваться для решения проблем центров обработки данных в больших доменах уровня 2, где размер таблиц MAC-адресов может превышать емкость коммутаторов.Эта технология также использовалась для ограничения распространения широковещательного трафика, который является неотъемлемой частью сети уровня 2, столь распространенной в центрах обработки данных. Хотя такие вопросы могут не иметь отношения к объединению географически разнесенного предприятия через глобальную сеть, применение оверлеев в SD-WAN больше мотивировано экономией затрат. Хотя различия в стоимости и характеристиках QoS различных транспортных каналов в центре обработки данных незначительны, в глобальной сети это не так. Стоимость MPLS-канала, предлагающего гарантии QoS, значительно выше, чем при подключении к Интернету с максимальной эффективностью.Время подготовки для такого MPLS-соединения намного больше, чем для Интернет-соединения. Разница еще больше с другими альтернативами беспроводных каналов WAN, такими как LTE или спутниковая связь [6]. Другое важное различие между парадигмой наложения центра обработки данных и SD-WAN заключается в том, что устройства SD-WAN CPE практически не контролируют фактические пути, используемые виртуальным каналом. В то время как теоретически контроллер OpenFlow может определять точную пошаговую маршрутизацию виртуального канала в центре обработки данных, в SD-WAN граничные устройства рассматривают туннели, которые они имеют в своем распоряжении, как грубые объекты с определенной стоимостью, потерями и скоростью. , и характеристики QoS.Они могут выбрать отображение потока конкретного приложения по данному каналу в соответствии с этими характеристиками, но они вряд ли смогут динамически изменять характеристики любого из этих каналов на лету, включая фактический путь, по которому этот туннель, для Например, маршрутизируется.

Интерес к применению SDN к WAN в некотором роде является расширением более ранних усилий по оптимизации WAN, таких как сжатие данных, веб-кэширование и Dynamic Multipoint Virtual Private Networks (DMVPN) [7].Действительно, некоторые из компаний, предлагающих сегодня продукты SD-WAN, имеют свои корни в оптимизации WAN. Помимо генерации локальных подтверждений и кэширования данных, оптимизация глобальной сети также связана с формированием и направлением трафика туда, где это лучше всего подходит. Например, чувствительный к QoS трафик, такой как VoIP, может быть направлен на пути MPLS, которые могут предлагать гарантии задержки и дрожания, в то время как другой трафик может быть перенаправлен на менее дорогие Интернет-каналы. Конечно, до SDN были попытки отодвинуть управление от плоскости данных, такие как использование Route Reflectors для вычисления наилучших путей для каналов MPLS [8].Это полностью обобщено в SD-WAN за счет использования централизованного контроллера в парадигме SDN. Из пяти фундаментальных характеристик SDN, которые были постоянной темой на протяжении всей этой работы, решения SD-WAN демонстрируют централизованное управление , разделение плоскостей и автоматизацию сети и виртуализацию . На сегодняшний день существует мало свидетельств в SD-WAN решениях упрощенного устройства или открытости .

Некоторые аспекты решений SD-WAN сходятся на решениях, основанных на стандартах [9].В частности, туннели шифрования и распределение ключей сходятся на SSL VPN и IPSec. И наоборот, методы сжатия и оптимизации, наряду с алгоритмами выбора пути, как правило, являются частными и в которых сосредоточена уникальная добавленная стоимость поставщиков.

В общем, SD-WAN относится к любой глобальной сети, управляемой программным обеспечением. Группа пользователей открытой сети (ONUG) определяет два широких типа SD-WAN [10]:

Внутридоменные SD-WAN, где один административный домен использует управляемые SDN коммутаторы для выполнения различных задач управления сетью. , например, обеспечение безопасных туннелей между несколькими географически распределенными частями сети, находящимися под контролем одного административного домена.

Междоменные сети SD-WAN, в которых несколько независимо управляемых доменов подключаются друг к другу через общий коммутатор уровня 2 для выполнения различных задач управления сетью, включая управление входящим трафиком и предотвращение атак типа «отказ в обслуживании» (DoS). .

Как и в случае любой предполагаемой технологической панацеи, при фактической реализации парадигмы SD-WAN возникает множество проблем. Мы обсудим это в следующем разделе.

Вопрос для обсуждения

Какая из пяти основных характеристик SDN, определенных в разделе 4.1 решения SD-WAN вообще выставляют? Приведите пример каждого.

Дьявол кроется в деталях

В связи с высоким спросом на коммерческие решения SD-WAN рынок изобилует спорными заявлениями и технологиями. Очень полезное руководство по оценке и сравнению решений SD-WAN можно найти в [11]. Другой - [12], где автор задает 13 вопросов о том, как данное решение SD-WAN решит конкретную проблему. Эти вопросы возникли во время мероприятия Networking Field Day Event 9 [13].Два производителя опубликовали свои ответы в [14, 15] соответственно. Мы предоставляем заинтересованному читателю возможность ознакомиться со всеми 13 вопросами и различными ответами по предоставленным ссылкам. Здесь мы рассмотрим три вопроса: один связан с концепцией маршрутизации хоста , другой - с асимметричной маршрутизацией , а третий - с проблемой двойного шифрования .

Вопрос о маршрутизации хоста:

Как решение SD-WAN передает трафик в систему? Например, маршрутизаторы привлекают трафик, будучи шлюзами по умолчанию или находясь на наилучшем пути для удаленного пункта назначения.Конечные точки туннеля SD-WAN должны каким-то образом привлекать трафик, как это сделал бы оптимизатор WAN. Как это делается? WCCP? PBR? Статическая маршрутизация? (Все три из них в основном ужасны, если вы думаете о них примерно на 2,5 секунды.) Или конечные точки SD-WAN взаимодействуют с базовой системой маршрутизации с помощью BGP или OSPF и рекламируют недорогие маршруты через туннели? Или они встроены? Или используется какой-то другой метод? [12]

Ответ зависит от того, пытается ли оборудование CPE быть стандартным или запатентованным.Некоторые из предложенных решений, если они являются частными, описывают сниффинг трафика приложения , посредством чего блок CPE анализирует трафик приложения, чтобы определить характер приложения и, следовательно, соответствующий транспортный канал, по которому он должен быть отображен. Такой частный подход может быть заблокирован, если трафик приложения уже зашифрован приложением. Поскольку большинство решений SD-WAN предполагают, что туннели, образующие виртуальные каналы, должны быть зашифрованы, это подчеркивает проблему, упомянутую в вопросе 8 в [12], а именно, как бороться с ненужным двойным шифрованием.Альтернативой сниффингу трафика приложений в шлюзе CPE является использование маршрутизации хоста . Ключевой концепцией здесь является то, что хост сам понимает, что один шлюз, выходящий с локального сайта, предпочтительнее другого для этого типа трафика. Альтернативой этому уровню 2 является принадлежность хостов к разным VLAN в зависимости от типа трафика. Простым примером этого является VLAN для передачи данных и VLAN для голосовой связи. Трафик голосовой VLAN отображается по виртуальному каналу WAN, который предлагает гарантии QoS, а VLAN для передачи данных отображается по более дешевому каналу, который не предлагает таких гарантий.

Вопрос об асимметричной маршрутизации:

Важна ли симметрия пути при прохождении инфраструктуры SD-WAN? Почему или почему нет? В зависимости от того, как контроллер обрабатывает состояние потока и отражает его различным конечным точкам в структуре наложения туннелей, это может быть интересным ответом. [12]

Когда решения о маршрутизации между двумя конечными точками были основаны на простых критериях, таких как путь наименьшей стоимости, трафик, проходящий между этими двумя конечными точками, обычно будет следовать одному и тому же пути независимо от того, в каком направлении он течет.При более сложных критериях маршрутизации возможность асимметричной маршрутизации становится реальностью. Асимметричная маршрутизация означает, что пакеты, идущие от приложения A к приложению B, могут идти по другому пути, чем пакеты, идущие от B к A. Это может быть, а может и не быть проблемой. Это определенно задокументированная проблема для некоторых старых классов межсетевых экранов. Таким образом, знание того, может ли данное решение SD-WAN порождать асимметричную маршрутизацию, может быть важным соображением.

Вопрос о двойном шифровании:

Двойное шифрование часто плохо сказывается на производительности приложений.Можно ли освободить определенные потоки трафика от шифрования? Например, зашифрованный трафик приложения туннелируется через оверлейную структуру, но не шифруется второй раз туннелем? [12]

Возможность двойного шифрования является как соображением производительности, так и соображением конструкции. Если устройство SD-WAN намерено определить маршрутизацию потока приложений на основе вышеупомянутого сниффинга, это не сработает в том случае, если приложение уже зашифровало трафик.Возможные обходные пути здесь включают использование нешифрованного поиска DNS, чтобы угадать природу приложения и, таким образом, соответствующее отображение его трафика на заданное виртуальное соединение WAN [16]. Второе соображение производительности - это просто неэффективность повторного шифрования и дешифрования трафика. Некоторые решения SD-WAN могут предлагать незашифрованные туннели для виртуальных каналов WAN специально для уже зашифрованного трафика. Другой возможной альтернативой может быть прекращение шифрования приложения на исходном шлюзе CPE, выполнение анализа и повторное шифрование.

Cisco Intelligent WAN (IWAN) - это гибридное предложение WAN и еще один пример SD-WAN. Известный маршрутизатор Cisco Integrated Services Router (ISR) играет роль шлюза CPE в этом решении. Вы можете автоматизировать настройку функций IWAN с помощью приложения IWAN, которое работает в контроллере инфраструктуры политики приложений Cisco - Enterprise Module (APIC-EM). IWAN построен на упомянутой ранее технологии DMVPN. DMVPN обеспечивает динамические защищенные оверлейные сети с использованием установленных технологий Multipoint GRE (mGRE) и Next-Hop Resolution Protocol (NHRP), которые предшествовали SD-WAN.DMVPN создает сеть туннелей через Интернет для формирования виртуальных каналов SD-WAN.

Cisco IWAN создает решение SD-WAN с использованием в основном существующих технологий Cisco, а также технологий, полученных в результате приобретения Meraki. Многие из них являются проприетарными протоколами Cisco, но обычно они менее непрозрачны, чем закрытые системы стартапов SD-WAN. Руководство по проектированию Cisco IWAN [17] дает подробные инструкции по настройке протоколов маршрутизации HSRP и Enhanced Internal Gateway Routing Protocol (EIGRP) для маршрутизации правильного трафика по правильному каналу WAN.Возможность формировать и отправлять трафик через VPN-туннели через два интерфейса дает администраторам возможность балансировать нагрузку на трафик по нескольким каналам. Маршрутизация на основе политик (PBR) позволяет ИТ-персоналу настраивать пути для различных потоков приложений на основе их исходных и целевых IP-адресов и портов [18]. IWAN также позволяет настраивать критерии производительности для различных классов трафика. Затем решения о маршруте принимаются для каждого потока в зависимости от того, какой из доступных VPN-туннелей соответствует этим критериям, которые, в свою очередь, определяются автоматически собираемыми метриками QoS.

Cisco IWAN отличается от некоторых стартовых альтернатив несколькими фундаментальными особенностями. Отображение трафика не основано на подходе сниффинга приложений. Вместо этого APIC-EM сообщает пограничному маршрутизатору, какой выходной путь выбрать, в зависимости от условий пути, а также политик маршрутизации, а затем интеллектуально распределяет нагрузку трафика приложений по доступным виртуальным каналам глобальной сети. Согласно [17], разнообразие каналов WAN ограничено MPLS и Интернетом, тогда как некоторые альтернативы также предлагают беспроводные соединения WAN.Количество каналов WAN для данного сайта ограничено первичным и вторичным соединением, тогда как выбор между более чем двумя каналами WAN возможен с некоторыми другими решениями. Важно понимать, что количество конечных точек туннеля может быть намного больше, чем количество предлагаемых каналов WAN, в зависимости от конкретного решения SD-WAN. Каждая конечная точка туннеля может отображаться в различные помещения клиента, если проект основан на топологии ячеистой сети, или каждый туннель может заканчиваться в централизованном концентраторе, если проект основан на топологии концентратора и лучевой топологии .Кроме того, туннели могут предлагать разные уровни шифрования и потенциально разные гарантии QoS.

Многие решения SD-WAN предлагают динамическую оценку QoS каналов и, на основе этих оценок, динамически перемещать трафик QoS с одного пути на другой. Эта оценка может быть выполнена с помощью пробников производительности , периодически вводимых в туннели и затем использующих их для эмпирического измерения уровней QoS. Затем оценки можно использовать для адаптивного направления трафика через наиболее подходящий туннель.Это, конечно, выполнимо, но суть затемнена, когда соответствующие маркетинговые заявления подразумевают, что это позволяет предоставлять гарантии качества обслуживания через Интернет. Хотя может быть возможно определить текущие характеристики QoS по данному Интернет-соединению и потенциально отреагировать на него, это далеко не соответствует рекламной шумихе, подразумевающей, что решение может фактически обеспечивать уровни QoS.

Хотя эта общая концепция, называемая динамическим выбором пути , рекламируется поставщиками SD-WAN как новая в SD-WAN, мы напоминаем читателю пример из раздела 9.6.1 динамического маневрирования трафика по оптическим транспортным сетям (OTN), который основан на аналогичных принципах. Следовательно, SDN рассматривала это до появления SD-WAN.

Интересным дополнением к SD-WAN является возможное применение протокола Locator / ID Separation Protocol (LISP) [19]. LISP использует идентификаторов конечных точек (EID), которые соответствуют хостам, и указателей маршрутизации (RLOC), которые соответствуют маршрутизаторам. EID указывает, кем является хост, и обозначает статическое сопоставление между устройством и его владельцем.RLOC, с другой стороны, указывает , где находится это устройство в данный момент. Если учесть мобильность пользователей, приходящих и уходящих из филиалов предприятия, становится ясно, что интеграция такого рода технологий очень важна для решения проблем, которые, как предполагается, решаются с помощью решений SD-WAN. Действительно, контроллер Cisco APIC-EM интегрирует LISP с IWAN.

Вопрос для обсуждения

Решение Cisco IWAN SD-WAN предлагает альтернативы MPLS VPN и каналам WAN на базе Интернета.Одна возможная конфигурация, показанная в [17], представляет собой конфигурацию с без каналов MPLS, но только с двумя Интернет-связями, каждое от другого провайдера. Помимо дополнительной полосы пропускания, какое преимущество дает такая конфигурация?

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *