Почему разные токи в ПУЭ и ГОСТ?

Важнейшая тема при проектировании электроснабжения – выбор кабелей по расчетному току. Я уже не раз касался данной темы и многие знают мою позицию, кто-то согласен, кто-то нет, однако, сегодня мне хочется копнуть немного глубже…
А все началось с этого:

В общем, я решил проверить слова Александра Шалыгина. Кстати, должен сказать, что я очень признателен Александру за его ответы на спорные ответы по проектированию, однако, порой я с ним не согласен.
Есть у меня статья: По какому нормативному документу необходимо выбирать сечение кабеля?
В ней я недавно разместил ответ Шалыгина по выбору кабелей.

В вопросе и ответе упоминают лишь ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011, ни слова не сказано про ГОСТ 31996-2012.

ГОСТ 31996-2012 – это ведь документ, которому должна соответствовать кабельная продукция.

Есть еще другие документы, но мы их не будем касаться, т.к. проверять будем на примере кабеля с ПВХ изоляцией.

Должен сказать, что ответ его был опубликован в 2017г, после того как вышел ГОСТ 31996-2012.

Основная мысль в том, что в разных документах приводятся разные значения токов из-за разных температур воздуха, земли, а также удельного сопротивления земли.

ТНПА	Темп. жил	Темп. воздуха	Темп. земли	Удельное сопротивление земли, К*м/Вт
ПУЭ	+65	+25	+15	1,2
ГОСТ Р 50571.5.52-2011	+70	+30	+20	2,5
ГОСТ 31996-2012	+70	+25	+15	1,2

Первое что бросается в глаза, так это то, что в ПУЭ и ГОСТ 31996-2012 приняты одни и те же температуры воздуха, земли и удельного сопротивления земли. Следовательно, в этих документах должны быть одни и те же длительно допустимые токи.

В вопросе речь идет о кабеле АПвБШвнг 4×120. При этом ток определяют по таблице 1.3.7 ПУЭ. В ПУЭ вообще нет таблицы для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

АПвБШвнг 4×120 — кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена, с броней, пониженной пожароопасности.

Чтобы сделать наш эксперимент более чистым, заменим кабель АПвБШвнг 4×120 на АВБбШв 4×120 и посмотрим токи в  разных документах при прокладке в земле.

ТНПА	Допустимый ток АВБбШв-4×120 в земле, А
ПУЭ (таблица 1.3.7)	295*0,92=271,4
ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (таблица В.52.4)	169
ГОСТ 31996-2012 (таблица 21)	244*0,93=226,92

Если у нас формулы одни и те же, то почему в ПУЭ и ГОСТ 31996-2012 представлены разные токи? Почему у нас токи не совпали до третьего знака?

271,4-226,92=44,48А – а это около 16%.

Поскольку в ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011 токи приведены для разных условий, то давайте попытаемся привести токи к одним и тем же условиям.

1 Посчитаем допустимый ток кабеля АВБбШв-4×120 при прокладке в земле при температуре земли +15 градусах и удельном сопротивлении 1,2 К*м/Вт по ГОСТ Р 50571.5.52-2011.

Согласно таблице В.52.16 методом интерполяции определим поправочный коэффициент для удельного сопротивления 1,2 К*м/Вт:

Удельного сопротивления 1,2 К*м/Вт

169*1,412=238,6А – ток с учетом удельного сопротивления земли 1,2 К*м/Вт.

Однако, температуру земли мы должны принять +15 градусов. Согласно таблице В.52.15 – поправочный коэффициент 1,05. Единственный нюанс в том, что  этот коэффициент для прокладки кабелей в трубах в земле. На мой взгляд, при прокладке непосредственно в земле мы должны принимать этот же коэффициент.

238,6*1,05=250,5А – ток с учетом температуры земли +15 градусов.

271,4-250,5=20,9А – а это около 8%.

2 Посчитаем допустимый ток кабеля АВБбШв-4×120 при прокладке в земле при температуре земли +20 градусах и удельном сопротивлении 2,5 К*м/Вт по ПУЭ.
Согласно таблице 1.3.23 методом интерполяции определим поправочный коэффициент:

Удельном сопротивлении 2,5 К*м/Вт

271,4*0,81=219,8А – ток с учетом удельного сопротивления земли 2,5 К*м/Вт.

Согласно таблице 1.3.3 – поправочный коэффициент 0,95 при температуре земли +20 градусов.

219,8А*0,95=208,8А – ток с учетом температуры земли +20 градусов.

208,8-169=39,8А – а это около 19%.

Что я этим хотел показать?

Если привести все документы к одним условиям, то в ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011 представлены более высокие допустимые токи для кабелей и отличаются от ГОСТ 31996-2012, тем самым можно манипулировать разными документами при обосновании сечения кабеля.

На практике редко обращают внимание на температуру воздуха, земли, а также на удельное сопротивление земли. Возможно, где-то на севере либо в жарких тропиках к этому нужно относиться серьезнее.

Я вам категорически не советую использовать ПУЭ при выборе сечения кабеля, особенно при прокладке кабелей в земле.

Если кабели выбирать по ГОСТ Р 50571.5.52-2011, то сети у нас получаются более защищенными. Зачастую у нас не известны значения удельного сопротивления земли, поэтому можно воспользоваться рекомендациями Шалыгина.

В идеале нужно знать удельное сопротивления земли, чтобы правильно выбрать кабель, если речь идет о прокладке кабелей в земле. При этом вы должны понимать, что не так просто увеличить сечение кабеля. Для проектировщика это просто цифра, а для заказчика  — деньги, с которыми он не очень торопится расставаться.

Практически всегда я выбираю кабели по ГОСТ 31996-2012, тем более что в РБ ГОСТ Р 50571.5.52-2011 не действует

Нормативные документы для определения допустимого тока кабелей:

1 Правила устройства электроустановок.

2 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки).

3 ГОСТ 31996-2012 (Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3кВ).

P.S. Надеюсь ничего не напутал

Письмо от 21. 07.2014 № 10-00-12/1188 (РОСТЕХНАДЗОР)

О внесении изменений в Правила устройства электроустановок

Выбор того, каким документом руководствоваться (ГОСТ или ПУЭ) зависит от конкретной ситуации.
Одновременно сообщаем, что необходимость применения вышеуказанных документов в конкретных условиях определяется проектировщиком, который несет ответственность за ненадлежащее составление технической документации, включая недостатки в ходе строительства, а также в процессе эксплуатации объекта (ст. 761 Гражданского кодекса).

Советую почитать:

Вы можете пролистать до конца и оставить комментарий. Уведомления сейчас отключены.

Подбор сечения кабеля по току во Владивостоке

Подбор сечения кабеля по току

Таблицы для выбора сечения провода кабеля по току

» Автомат по нагрузке » — номинал автомата защиты берется ближайший больший от заданного тока нагрузки. Полюсность автомата выбирается по фазности линии: «1р» — для однофазной нагрузки, «2р» — для нагрузки, подключенной к двум фазам, «3р» — для трехфазной нагрузки. В расчете применялись данные таблиц ПУЭ, формулы активной мощности для однофазной и трехфазной симметричной нагрузки. Каждый квалифицированный электрик, узнав величину предполагаемой нагрузки на проводку, может сразу сделать выбор сечения кабеля по току. Параметры, которые превышают допустимые, выводятся красным цветом. Расчет необходимого сечения кабеля по марке кабеля, провода Число жил, сечение.

«Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных ПУЭ, Таблица.3.8. Если у Вас двигатель с тяжелым режимом пуска, самостоятельно выберите характеристику «D». Чтобы понять последствия ошибки при выборе кабеля необходимо ознакомиться с довольно простыми правилами, основанными на школьном курсе физики. При проверке кабеля заданного сечения, коэффициент запаса применяется для снижения максимально допустимого тока, а длина трассы остается заданной. При включении однофазной (несимметричной) нагрузки в трехфазную питающую сеть, сечение нулевого рабочего проводника должно быть не меньшим сечений жил фазных проводников. Напряжение, 380 В ток, А мощность, кВт ток, А мощность, кВт 1,5 19 4,1 16 10,5 2,5 27 5,9 25 16,5 4 38 8,3 30 19,8 6 46 10,1 40 26,4 50 33,7 75 49,3 90 59,7.

О худших вариантах вроде пожара даже не хочется упоминать. Ввод данных начинается с первого узла, последующие добавляются по мере необходимости. Расчет сечения жил проводов должен осуществляться на этапе проектирования, исходя прежде всего, из величин предполагаемых максимальных токов, потребляемых нагрузкой, протяженности питающих линий, материалов из которого они изготовлены и рабочего напряжения. Однако выбор сечения кабеля по току не предполагает использования драгметаллов (причина понятна).

Из таблицы видно, что медные жилы, обладая большей удельной проводимостью, способны выдерживать большие токовые нагрузки, чем алюминиевые того же сечения. Подбор автоматического выключателя для заданной нагрузки потребителя и для всей линии. Для ответственных участков он должен быть увеличен, для неответственных — может быть уменьшен. Допустимый длительный ток (А) для проводов и кабелей при прокладке: Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) ПУЭ ВВГ ВВГнг кввг кввгэ NYM ПВ1 ПВ3 ПВХ (ПНД) Мет. Cечение провода по нагреву и потерям напряжения  Нагрузочная способность провода заданного сечения   Расчет потерь и максимальных параметров линии.

Подбор электрического кабеля или провода для

1.3 — рекомендуемое значение. Кабель в воздухе  ПУЭ, N-ж. Расчет сопротивления ведется для одного проводника при трехфазной сети и для двух проводников для двух- и однофазной сетей. «Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами гост 16442-80, Таблица. Напряжение: В, Ток: А, мощность: КВтВт, кПД*cos Сечение: мм2, диаметр: мм, двигатель 3×400В  Двигатель 230В  Двигатель  ТЭН, лампа 3×400В  ТЭН, лампа 400В  ТЭН, лампа 230В  ТЭН, лампа, 12В  Светодиоды,12В  ТЭН, лампа  Кондиционер  Стиральная машина  Холодильник  Комп.,телевизор  Люмин. Например, полная мощность электродрели мощностью 600 Вт с cos равным 0,8 (указывается на шильдике прибора) составит уже 750 Вт (600/0,8 что, конечно тоже должно быть учтено при расчетах сечений питающих проводов.

Признаком введения напряжения и косинуса фи пользователем является отсутствие пробела перед значением и/или отличие от стандартных значений. Возникающие при запуске в питающей цепи стартовые токи могут превышать в несколько раз номинальные. В случае расхождения результатов просим сообщить комбинацию входных данных и полученные результаты для выработки общей методологии на электронный адрес или. Подбор сечения кабеля дело ответственное.

Тепловой расчет ведется на основании таблиц ПУЭ и гост 16442-80: ПУЭ,1. 3.4. Рассчитать ток в цепи, используя в качестве исходных данных характер нагрузки, потребляемую мощность, фактическое напряжение в сети можно, используя наш онлайн калькулятор расчета. Способны длительно держать токи больших значений, чем при 220. Правильный расчет сечения кабеля дает уверенность в безопасной и надёжной работе сети, приборов и безопасности людей. Провод в трубе, пучке,коробе   ПУЭ, 1-ж. При вводе пользователем рабочего напряжения автовыбор при смене фазности для потребителей » Двигатель » и » ТЭН, лампа » отменяется.

Кабель в воздухе  гост 16442-80, 1-ж. Несмотря на куда более меньшую опасность использования проводов и кабелей с необоснованно завышенными сечениями жил, такое несоответствие, также имеет свои недостатки: в первую очередь — это увеличение сметных затрат на материалы и возможные сложности при монтаже и подключениях к зажимам конечных электроприемников. Тепловые нагрузки приняты из расчета нагрева жил до 65С при температуре окружающей среды 25С. «Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами ПУЭ, Таблица.3.6.

Сечение кабеля по мощности, выбор по таблице

«Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных ПУЭ, Таблица.3.7. При потерях, превышающих заданные вычисляется ток, при котором потери остаются в допуске. К примеру, у серебра оно составляет примерно 0,016 Ом х мм2/ м2, у платины — 0,1, а у золота — 0,02. Таким образом, предельно упростив, можно сказать, что толще жила, тем большим будет и ее сечение. Не менее важно при расчетах учитывать и характер нагрузки. Если выбор сделан в пользу дорогого кабеля, медного, то каждый квадратный миллиметр (или как выражаются электрики «квадрат в состоянии пропускать до 10 Ампер.

Как правило, выбор сечения кабеля по току в квартирах производится в пользу алюминиевого провода сечением в полтора квадрата (розетки) и полквадрата (освещение). «Допустимые токовые нагрузки кабелей с медными жилами с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А гост 16442-80, Таблица. Сечение же напротив, влияет на него в обратном порядке: R ( x L S, где: R величина сопротивления, измеряемая в Омах; удельное сопротивление, то есть сопротивление проводника из данного материала длиной в 1 м и сечением. Кабеля (провода) Наружный диаметр.

Подбор сечения кабеля по току во Владивостоке

Подбор сечения кабеля по току

Выбор сечения кабеля по току задача несложная

При потерях, превышающих заданные вычисляется ток, при котором потери остаются в допуске. » Автомат по нагрузке » — номинал автомата защиты берется ближайший больший от заданного тока нагрузки. О худших вариантах вроде пожара даже не хочется упоминать. Не представленные в таблице по нагреву приводятся к ближайшему меньшему значению, по потерям принимаются равными введенным. При проверке кабеля заданного сечения, коэффициент запаса применяется для снижения максимально допустимого тока, а длина трассы остается заданной. Сброс также производится, когда откат достигает нулевого узла.

Если выбор сделан в пользу дорогого кабеля, медного, то каждый квадратный миллиметр (или как выражаются электрики «квадрат в состоянии пропускать до 10 Ампер. Полученные результаты носят рекомендательный характер и должны быть проверены по методикам, принятым на Вашем предприятии! Сделав его неправильно, в лучшем случае можно столкнуться с необходимостью нарушать целостность штукатурки и менять перегоревший провод. На промышленных предприятиях все необходимые расчеты производятся профессионалами, имеющими специальное электротехническое образование, поэтому параметры сети определяются не по принципу «проложим, что имеем а оптимизированно, с учетом минимизации затрат при соблюдении технических регламентов. Несоответствие сечений жил перечисленным выше условиям наиболее опасно в случае их занижения: результатом недопустимого нагрева проводов это может стать повреждение, пробой их изоляции, что чревато уже возникновением пожароопасной ситуации. Установка кабеля недостаточного сечения приводит к перегреву, повреждению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Таблицы для выбора сечения провода кабеля по току

Тепловой расчет ведется на основании таблиц ПУЭ и гост 16442-80: ПУЭ,1.3.4. Сложности возникают тогда, когда люди, не имеющие достаточной квалификации, пытаются самостоятельно произвести монтаж или замену проводки в своем жилище или на даче. Сечение выбирается для тока с запасом, все остальные расчеты ведутся по номинальному току. Cечение провода по нагреву и потерям напряжения  Нагрузочная способность провода заданного сечения   Расчет потерь и максимальных параметров линии. При вводе пользователем рабочего напряжения автовыбор при смене фазности для потребителей » Двигатель » и » ТЭН, лампа » отменяется.

Токи для кабелей и шнуров малых сечений, отсутствующие в таблице в ПУЭ, получены путем экстраполяции. Расчет максимальной нагрузки кабеля и провода заданного сечения. «Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных ПУЭ, Таблица.3.8. Сечение же напротив, влияет на него в обратном порядке: R ( x L S, где: R величина сопротивления, измеряемая в Омах; удельное сопротивление, то есть сопротивление проводника из данного материала длиной в 1 м и сечением. Если Вам нужно отключать и ноль, то добавьте один полюс — «N» — самостоятельно. Например, полная мощность электродрели мощностью 600 Вт с cos равным 0,8 (указывается на шильдике прибора) составит уже 750 Вт (600/0,8 что, конечно тоже должно быть учтено при расчетах сечений питающих проводов.

Говоря о нагрузке, содержащей электропривод нельзя не упомянуть о высоких пусковых токах электродвигателей. Для возврата к автовыбору необходимо выбрать потребителя с указанным напряжением питания или вставить в поле ввода напряжения значений «400 «230» или «12». «Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами гост 16442-80, Таблица. Перед использованием таблицы расчета, просим внимательно прочитать нижеприведенные рекомендации и принципы расчетов. Из таблицы видно, что медные жилы, обладая большей удельной проводимостью, способны выдерживать большие токовые нагрузки, чем алюминиевые того же сечения.

Важно помнить, что соединять медный провод с алюминиевым нельзя. Поле учета температуры среды, основано на таблице.3.3 ПУЭ, которая применяется к другим видам кабелей. 230В  Люмин. Возникающие при запуске в питающей цепи стартовые токи могут превышать в несколько раз номинальные.

Подбор электрического кабеля или провода для

Если этот номинал ниже заданного рабочего тока нагрузки, то считается, что для данной комбинации сечения и нагрузки подобрать автомат нельзя. Расчеты ведутся с определенной точностью и округляются, поэтому проходы вперед и назад в общем случае не абсолютно равны. При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе, нулевой рабочий провод четырехпроводной системы трехфазного тока (или заземляющий провод) в расчет не входит. Колонка «L» содержат длины каждого сегмента, » — реальные потери в каждом сегменте. Полюсность автомата выбирается по фазности линии: «1р» — для однофазной нагрузки, «2р» — для нагрузки, подключенной к двум фазам, «3р» — для трехфазной нагрузки. 12-14  Песок влажностью от 4 до 7  песчано-глинистая почва.

Однофазные и двухфазные потребители питаются по двум проводам. 1.3 — рекомендуемое значение. Расчет сопротивления ведется для одного проводника при трехфазной сети и для двух проводников для двух- и однофазной сетей. Чтобы не ошибиться в величине тока, которому предстоит течь в проводах, достаточно знать простую формулу закона Ома для цепи с активной нагрузкой: WU x I, где: W мощность, измеряемая в Ваттах; U напряжение сети (у нас оно составляет 220 Вольт I величина тока (Ампер).

Если у Вас двигатель с тяжелым режимом пуска, самостоятельно выберите характеристику «D». Кабель в воздухе  ПУЭ, N-ж. Кабель в земле  ПУЭ, Шнур соединительный  гост 16442-80, 1-ж. Автомат по линии  Автомат по нагрузке   С учетом автомата по линии  С учетом автомата по нагрузке 1 фаза, Uф,  ( LN )  1 фаза, Uф,  ( lnpe )  2 фазы, Uл,  ( L1L2 ) . Протяженность и температура среды эксплуатации питающих линий. Каждый квалифицированный электрик, узнав величину предполагаемой нагрузки на проводку, может сразу сделать выбор сечения кабеля по току.

Сечение кабеля по мощности, выбор по таблице

Типовое значение — «-10 рекомендуемое для расчетов — «-5 для компрессоров кондиционеров допустимое значение потерь — «-2». ПУЭ (Правила устройства радиоустановок)  являются настольной книгой каждого электрика-проектировщика. Кабель в земле  гост 16442-80, N-ж. Поэтому, несмотря на их кратковременность, выбор сечения жил питающих электродвигательную нагрузку проводов следует сделать так-же, с некоторым запасом; определив соответствующее току нагрузки и, взяв большее ближайшее значение из стандартного ряда (см.

Однако выбор сечения кабеля по току не предполагает использования драгметаллов (причина понятна). Удельное сопротивление отличается у разных металлов.

Если количество одновременно нагруженных проводников, проложенных в трубах, кабельных каналах, а также в лотках пучками, будет более четырех, то табличные значения максимального тока умножаются на поправочный коэффициенты:.68 при 5 и 6 проводниках,.63 — при 7-9,.6 — при 10-12. Расчет сечения жил проводов должен осуществляться на этапе проектирования, исходя прежде всего, из величин предполагаемых максимальных токов, потребляемых нагрузкой, протяженности питающих линий, материалов из которого они изготовлены и рабочего напряжения. Способны длительно держать токи больших значений, чем при 220. Для ответственных участков он должен быть увеличен, для неответственных — может быть уменьшен. Несмотря на куда более меньшую опасность использования проводов и кабелей с необоснованно завышенными сечениями жил, такое несоответствие, также имеет свои недостатки: в первую очередь — это увеличение сметных затрат на материалы и возможные сложности при монтаже и подключениях к зажимам конечных электроприемников. Не менее важно при расчетах учитывать и характер нагрузки.

Рассчитать ток в цепи, используя в качестве исходных данных характер нагрузки, потребляемую мощность, фактическое напряжение в сети можно, используя наш онлайн калькулятор расчета. 7-9  песчано-глинистая почва. 8-12  Песок влажностью до 4   Каменистая почва. Кабель в воздухе  гост 16442-80, 1-ж. Соотношения между напряжением, током и мощностью в однофазной (фаза-ноль) и двухфазной (фаза-фаза) цепях: P U * I * cos в трехфазной цепи: P 3 * U * I * cos Коэффициент запаса применяется для тока и является общим для.

9.1 Электрический ток — Университетская физика, Том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите электрический ток
• Определите единицу электрического тока
• Объясните направление тока

До сих пор мы рассматривали в основном статические заряды. Когда заряды действительно двигались, они ускорялись в ответ на электрическое поле, создаваемое разностью напряжений.Заряды теряли потенциальную энергию и приобретали кинетическую энергию, когда они проходили через разность потенциалов, где электрическое поле действовало на заряд.

Хотя заряды не требуют прохождения материала, большая часть этой главы посвящена пониманию движения зарядов через материал. Скорость, с которой заряды проходят мимо места, то есть количество заряда в единицу времени, известна как электрический ток . Когда заряды протекают через среду, ток зависит от приложенного напряжения, материала, через который протекают заряды, и состояния материала.Особый интерес представляет движение зарядов в проводящем проводе. В предыдущих главах заряды ускорялись из-за силы, создаваемой электрическим полем, теряя потенциальную энергию и приобретая кинетическую энергию. В этой главе мы обсуждаем ситуацию силы, создаваемой электрическим полем в проводнике, когда заряды теряют кинетическую энергию в материале, достигая постоянной скорости, известной как «скорость дрейфа ». Это аналогично тому, как объект, падающий через атмосферу, теряет кинетическую энергию в воздух, достигая постоянной конечной скорости.

Если вы когда-либо проходили курс по оказанию первой помощи или технике безопасности, вы, возможно, слышали, что в случае поражения электрическим током важным фактором, влияющим на силу удара и количество ударов током, является сила тока, а не напряжение. повреждение человеческого тела. Ток измеряется в единицах, называемых амперами; Возможно, вы заметили, что автоматические выключатели в вашем доме и предохранители в машине рассчитаны на токи (или амперы). Но что такое ампер и что он измеряет?

Определение тока и ампер

Электрический ток определяется как скорость, с которой течет заряд.При наличии большого тока, например, используемого для работы холодильника, большое количество заряда перемещается по проводу за небольшой промежуток времени. Если ток небольшой, например, используемый для работы портативного калькулятора, небольшое количество заряда перемещается по цепи в течение длительного периода времени.

Электрический ток

Средний электрический ток I — это скорость протекания заряда,

Iave = ΔQΔt, Iave = ΔQΔt,

9,1

, где ΔQΔQ — количество чистого заряда, проходящего через заданную площадь поперечного сечения за время ΔtΔt (рисунок 9.2). Единицей измерения тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Поскольку I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы видим, что ампер определяется как один кулон заряда, проходящий через заданную область в секунду:

Мгновенный электрический ток, или просто электрический ток, является производной по времени протекающего заряда и определяется путем принятия предела среднего электрического тока как Δt → 0Δt → 0:

I = limΔt → 0ΔQΔt = dQdt.I = limΔt → 0ΔQΔt = dQdt.

9,3

Большинство электроприборов рассчитаны в амперах (или амперах), необходимых для правильной работы, равно как и предохранители и автоматические выключатели.

Рисунок 9.2. Скорость потока заряда — это ток. Ампер — это поток одного кулона заряда через область за одну секунду. Ток в один ампер будет результатом 6,25 × 10186,25 × 1018 электронов, протекающих через область A, каждую секунду.

Пример 9.1

Расчет среднего тока

Основное назначение аккумулятора в легковом или грузовом автомобиле — запускать электрический стартер, который запускает двигатель. Для запуска двигателя требуется большой ток, подаваемый аккумулятором.После запуска двигателя устройство, называемое генератором переменного тока, берет на себя подачу электроэнергии, необходимой для работы транспортного средства и для зарядки аккумулятора.

(a) Какой средний ток возникает, когда аккумулятор грузового автомобиля приводит в движение заряд 720 C за 4,00 с при запуске двигателя? (б) Сколько времени требуется 1,00 C для зарядки аккумулятора?

Стратегия

Мы можем использовать определение среднего тока в уравнении I = ΔQΔtI = ΔQΔt, чтобы найти средний ток в части (a), поскольку даны заряд и время.Что касается части (b), когда мы знаем средний ток, мы можем определить его I = ΔQΔtI = ΔQΔt, чтобы найти время, необходимое для того, чтобы заряд 1,00 C прошел от батареи.

Решение

а. Ввод данных значений заряда и времени в определение тока дает I = ΔQΔt = 720C 4,00 с = 180 ° C / с = 180 A. I = ΔQΔt = 720C 4,00 с = 180 ° C / с = 180 А.

г. Решение соотношения I = ΔQΔtI = ΔQΔt для времени ΔtΔt и ввод известных значений заряда и тока дает

Δt = ΔQI = 1,00 ° C180 ° C / с = 5,56 × 10−3s = 5,56 мс. Δt = ΔQI = 1,00 ° C180 ° C / с = 5.56 × 10–3 с = 5,56 мс.

Значение

а. Это большое значение тока иллюстрирует тот факт, что большой заряд перемещается за небольшой промежуток времени. Токи в этих «стартерных двигателях» довольно велики, чтобы преодолеть инерцию двигателя. б. Сильный ток требует короткого времени для подачи большого количества заряда. Этот большой ток необходим для подачи большого количества энергии, необходимой для запуска двигателя.

Пример 9.2

Расчет мгновенных токов

Рассмотрим заряд, движущийся через поперечное сечение провода, где заряд моделируется как Q (t) = QM (1 − e − t / τ) Q (t) = QM (1 − e − t / τ).Здесь QMQM — это заряд после длительного периода времени, когда время приближается к бесконечности, в кулонах, а ττ — это постоянная времени в секундах (см. Рисунок 9.3). Какой ток в проводе?

Рис. 9.3 График движения заряда по поперечному сечению провода во времени.

Стратегия

Ток через поперечное сечение можно найти из I = dQdtI = dQdt. Обратите внимание на рисунок, что заряд увеличивается до QMQM, а производная уменьшается, приближаясь к нулю с увеличением времени (рисунок 9.4).

Решение

Производную можно найти с помощью ddxeu = eududxddxeu = eududx. I = dQdt = ddt [QM (1 − e − t / τ)] = QMτe − t / τ.I = dQdt = ddt [QM (1 − e − t / τ)] = QMτe − t / τ.

Рис. 9.4 График зависимости тока, протекающего по проводу, от времени.

Значение

Ток через рассматриваемый провод уменьшается экспоненциально, как показано на рисунке 9.4. В следующих главах будет показано, что ток, зависящий от времени, появляется, когда конденсатор заряжается или разряжается через резистор. Напомним, что конденсатор — это устройство, накапливающее заряд.Вы узнаете о резисторе в разделе «Модель проводимости в металлах».

Проверьте свое понимание 9.1

В портативных калькуляторах

часто используются небольшие солнечные элементы для обеспечения энергии, необходимой для выполнения расчетов, необходимых для сдачи следующего экзамена по физике. Ток, необходимый для работы вашего калькулятора, может составлять всего 0,30 мА. Сколько времени потребуется, чтобы заряд 1,00 C потек из солнечных элементов? Можно ли использовать солнечные элементы вместо батарей для запуска традиционных двигателей внутреннего сгорания, которые в настоящее время используются в большинстве легковых и грузовых автомобилей?

Проверьте свое понимание 9.2

Автоматические выключатели

в домашних условиях имеют номинал в амперах, обычно в диапазоне от 10 до 30 ампер, и используются для защиты жителей от повреждений, а их электроприборы — от повреждений из-за больших токов. Один автоматический выключатель на 15 А можно использовать для защиты нескольких розеток в гостиной, а один автоматический выключатель на 20 А можно использовать для защиты холодильника на кухне. Что вы можете сделать из этого о токе, используемом различными приборами?

Ток в цепи

В предыдущих параграфах мы определили ток как заряд, который проходит через площадь поперечного сечения в единицу времени.Для прохождения заряда через прибор, такой как фара, показанная на рисунке 9.5, должен быть полный путь (или цепь) от положительной клеммы к отрицательной. Рассмотрим простую схему автомобильного аккумулятора, выключателя, лампы фары и проводов, обеспечивающих ток между компонентами. Для того, чтобы лампа загорелась, должен быть полный путь прохождения тока. Другими словами, заряд должен иметь возможность покинуть положительную клемму батареи, пройти через компонент и вернуться к отрицательной клемме батареи.Переключатель предназначен для управления цепью. На части (а) рисунка показана простая схема автомобильного аккумулятора, выключателя, токопроводящей дорожки и лампы фары. Также показана схема [часть (b)]. Схема — это графическое представление схемы, которое очень полезно для визуализации основных характеристик схемы. В схемах используются стандартные символы для обозначения компонентов в цепях и сплошные линии для обозначения проводов, соединяющих компоненты. Батарея показана в виде серии длинных и коротких линий, представляющих историческую гальваническую батарею.Лампа изображена в виде круга с петлей внутри, что представляет собой нить накаливания. Переключатель показан в виде двух точек с проводящей полосой для соединения этих двух точек, а провода, соединяющие компоненты, показаны сплошными линиями. Схема в части (c) показывает направление тока, когда переключатель замкнут.

Рис. 9.5 (a) Простая электрическая схема фары (лампы), аккумулятора и переключателя. Когда переключатель замкнут, непрерывный путь для прохождения тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с выводами батареи.(b) На этой схеме батарея представлена ​​параллельными линиями, которые напоминают пластины в оригинальной конструкции батареи. Более длинные линии указывают на положительную клемму. Проводящие провода показаны сплошными линиями. Переключатель показан в разомкнутом положении в виде двух клемм с линией, представляющей токопроводящую шину, которая может контактировать между двумя клеммами. Лампа представлена ​​кружком, охватывающим нить накаливания, как если бы это была лампа накаливания. (c) Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и ток течет от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.

Когда переключатель замкнут на Рисунке 9.5 (c), существует полный путь для прохождения зарядов от положительной клеммы батареи через переключатель, затем через фару и обратно к отрицательной клемме батареи. Обратите внимание, что направление тока — от положительного к отрицательному. Направление обычного тока всегда представлено в направлении протекания положительного заряда от положительного вывода к отрицательному.

Обычный ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но в зависимости от реальной ситуации положительные заряды, отрицательные заряды или и то и другое могут перемещаться.В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, перемещаются как положительные, так и отрицательные заряды. То же самое и с нервными клетками. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. В ускорителе Тэватрон в Фермилабе, до его закрытия в 2011 году, сталкивались пучки протонов и антипротонов, движущихся в противоположных направлениях. Протоны положительны, и поэтому их ток в том же направлении, в котором они движутся.Антипротоны заряжены отрицательно, и, следовательно, их ток идет в направлении, противоположном направлению движения реальных частиц.

Более пристальный взгляд на ток, протекающий по проводу, показан на рисунке 9.6. На рисунке показано движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток считается направленным в направлении протекания положительного заряда, можно проследить до американского ученого и государственного деятеля Бенджамина Франклина 1700-х годов. Не зная о частицах, составляющих атом (а именно о протоне, электроне и нейтроне), Франклин полагал, что электрический ток течет от материала, который имеет больше «электрической жидкости», и к материалу, который имеет меньше этого «электрического флюида». электрическая жидкость.Он ввел термин положительный для материала, в котором больше этой электрической жидкости, и отрицательный для материала, в котором отсутствует электрическая жидкость. Он предположил, что ток будет течь от материала с большим количеством электрической жидкости — положительного материала — к отрицательному материалу, в котором меньше электрической жидкости. Франклин назвал это направление тока положительным током. Это было довольно продвинутое мышление для человека, который ничего не знал об атоме.

Рисунок 9.6 Ток I — это скорость, с которой заряд движется через область A, , такую ​​как поперечное сечение провода. Обычный ток определяется движением в направлении электрического поля. (а) Положительные заряды движутся в направлении электрического поля, которое совпадает с направлением обычного тока. (б) Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Обычный ток идет в направлении, противоположном движению отрицательного заряда. Поток электронов иногда называют электронным потоком.

Теперь мы знаем, что материал является положительным, если в нем больше протонов, чем электронов, и отрицательным, если в нем больше электронов, чем протонов. В проводящем металле ток в основном возникает из-за того, что электроны текут от отрицательного материала к положительному, но по историческим причинам мы рассматриваем положительный ток, и ток, как показано, течет от положительного вывода батареи к положительному. отрицательный терминал.

Важно понимать, что электрическое поле присутствует в проводниках и отвечает за выработку тока (Рисунок 9.6). В предыдущих главах мы рассматривали случай статического электричества, когда заряды в проводнике быстро перераспределяются по поверхности проводника, чтобы нейтрализовать внешнее электрическое поле и восстановить равновесие. В случае электрической цепи заряды никогда не достигают равновесия с помощью внешнего источника электрического потенциала, такого как батарея. Энергия, необходимая для перемещения заряда, обеспечивается электрическим потенциалом от батареи.

Хотя электрическое поле отвечает за движение зарядов в проводнике, работа, совершаемая над зарядами электрическим полем, не увеличивает кинетическую энергию зарядов.Мы покажем, что электрическое поле отвечает за движение электрических зарядов с «дрейфовой скоростью».

Практическое руководство по акустическим кабелям

Последняя редакция: 14 мая 2019 г.

Акустические кабели являются наиболее загадочными и переоцененными компонентами аудиосистем. Несмотря на заявления производителей высококачественных аудиокабелей, действительно важен тщательный выбор калибра провода. Акустические провода не обладают магическими свойствами, а передача сигнала по проводам полностью понятна инженерам и ученым.

Это руководство представляет собой смесь хорошо известных фактов (например, схемных моделей) и небольшой части моей собственной работы (эксперименты, анализ схем). Широко известно, что потери индуктивности в акустических кабелях пренебрежимо малы до нескольких метров, но сколько? Я подробно изучил потери в индуктивности и обнаружил, что ключевым понятием, помимо индуктивности кабеля, является характеристика импеданса высокочастотных динамиков.

▶ Конструкция
▶ Несколько слов об экранированных и скрученных кабелях громкоговорителей
▶ Разъемы и клеммы проводов громкоговорителей
▶ Сопротивление, индуктивность и емкость
▶ Импеданс громкоговорителя
▶ Определение минимального поперечного сечения
▶ Таблица рекомендуемых расстояний между кабелями
▶ Затухание из-за индуктивности

Конструкция

Акустические кабели состоят из двух многожильных медных проводов, окруженных изоляцией из ПВХ.Роль изоляции — помимо изоляции двух проводов друг от друга — заключается в предотвращении окисления меди. Существуют акустические кабели, которые стоят 100 долларов за метр и более, но на самом деле это просто «звуковые украшения», они выглядят круто, но не имеют никаких звуковых преимуществ (а некоторые из них могут быть хуже, чем обычный акустический кабель). Кабель динамика должен иметь очень низкое последовательное сопротивление и последовательную индуктивность — вот и все.

Самая распространенная медь в электротехнике — это так называемая электролитическая медь с твердым шагом (ETP) с содержанием 99.9% -99,95% содержания меди. Бескислородная медь (OFC) считается лучшей для аудио, но на самом деле она имеет те же электрические и механические свойства, что и обычная электролитическая медь. И если кто-то продает кабель «99,9% OFC», то это просто электрическая медь, а не OFC.

Между акустическими проводами (также известными как zip-шнурки) и акустическими кабелями есть большая разница. Акустические кабели имеют внешнюю оболочку, поэтому они более долговечны и лучше подходят для усиленного живого звука. В дополнение к этому, внешняя оболочка обязательна для установки в стене.Акустические провода (молнии) не имеют внешней оболочки и предназначены для использования в домашних аудиосистемах (домашний кинотеатр, стерео).

Некоторые кабельные компании предлагают акустические кабели со скрученными или лужеными медными проводниками. Луженая медь имеет более низкую скорость окисления, чем «чистая медь» (полезна вблизи моря). Витая пара снижает индуцированное магнитное поле вокруг кабеля и снижает напряжение, индуцированное в кабеле внешними магнитными полями.

Несколько слов об экранированных и скрученных акустических кабелях (и электромагнитных помехах)

Поскольку акустические кабели подключаются к усилителям мощности с низким выходным сопротивлением, они не требуют защиты от электрических и магнитных полей в диапазоне звуковых частот.Нет необходимости беспокоиться о радиочастотных помехах (RFI) в типичной комнате для прослушивания — если только кто-то не живет в непосредственной близости от НЧ или СЧ радиопередатчика … Таким образом, экранирование и даже скручивание одиночных кабелей колонок совершенно не нужны.

Самая распространенная и почти единственная форма электромагнитных помех в системе проводов громкоговорителей — это перекрестные помехи между прямыми и неэкранированными парами проводов в многожильных кабелях или между связанными кабелями громкоговорителей .Если несколько кабелей громкоговорителей связаны вместе или установлены в кабельном канале рядом, и они подключены к разным каналам усилителя, настоятельно рекомендуется использовать витую пару. Для двухполосного усиления скручивание с трехканальным усилением не требуется, и можно использовать многожильный кабель с прямыми проводами без каких-либо дополнительных проблем (могут быть небольшие перекрестные помехи между высокочастотным динамиком и низкочастотным динамиком, но это не слышно). Перекрестные помехи между теми акустическими кабелями, которые лежат на полу, равны нулю.

Штекеры и клеммы проводов динамиков

В домашней аудиосистеме есть два основных типа клемм усилителей и динамиков: зажимные штыри и пружинные зажимы. В таблице ниже приведены возможные соединения между клеммами динамика / усилителя и клеммами кабеля. Хотя штыревые штекеры могут входить в фиксирующие штыри, их не рекомендуется использовать с этим типом разъема динамика / усилителя.

Пружинные зажимы подходят для неизолированного провода сечением до 14 AWG / 2 мм ² . Стойки для привязки дают больше свободы, поскольку они могут работать напрямую с кабелями до 10 AWG / 6 мм ² .Но гораздо лучше завершить кабели соответствующими разъемами, потому что оголенные концы проводов могут быть быстро повреждены.

Разъемы для проводов динамиков имеют некоторые реальные преимущества перед неизолированными проводами:

Сопротивление, индуктивность и емкость

Так как кабели динамиков подключают усилитель с низким выходным сопротивлением (~ 100 мОм) к низкоомной нагрузке (3 … 50 Ом) , последовательные электрические параметры кабеля (последовательное сопротивление и индуктивность) более важны, чем параллельные параметры (емкость и шунтирующая проводимость).

Сопротивление, индуктивность и емкость кабеля прямо пропорциональны его длине. Таким образом, чем длиннее провод, тем больше у него будет сопротивления, индуктивности и емкости. Более толстый провод будет иметь меньшее сопротивление при той же длине, что и провод меньшего сечения. Удвоение эффективной площади поперечного сечения провода снижает его сопротивление вдвое.

Ток, протекающий по проводу, приводит к падению напряжения в соответствии с законом Ома (напряжение = сопротивление * ток). Поэтому провод динамика должен иметь низкое сопротивление, чтобы минимизировать падение напряжения.Индуктивность приводит к высокочастотным потерям, которые слышны только при использовании очень длинных кабелей (см. В конце этой статьи). Емкость влияет только на частотную характеристику типичного твердотельного усилителя класса AB выше 200 кГц. Настоящая проблема экзотических кабелей с высокой емкостью (таких как ленточные кабели, переплетенные кабели) заключается в том, что они закорачивают усилитель в очень широком диапазоне частот около четвертьволновой резонансной частоты (от 1 МГц до 10 МГц). Нет такой проблемы со шнурками на молнии или витыми парами…

Геометрия кабеля, расстояние между проводниками определяют индуктивность и емкость. Чем больше расстояние между двумя проводниками, тем больше индуктивность кабеля и меньше его емкость. Поэтому не рекомендуется разделять провода на большие расстояния, поскольку это увеличивает индуктивность. (Для шнуров с застежкой-молнией типичные значения индуктивности на метр составляют от 600 нГн / м до 700 нГн / м.)

Импеданс динамика

Номинальное сопротивление динамика является просто номинальным значением.Фактически, импеданс динамика (~ сопротивление переменного тока) зависит от частоты: динамик с номиналом 4 Ом может упасть до 3,2 Ом и стать очень высоким — скажем, 40 Ом или более — на разных частотах.

Минимальное значение импеданса динамика определяет максимальное затухание из-за сопротивления проводов и выходного сопротивления усилителя. Чем меньше минимальный импеданс, тем выше затухание для данного кабеля и усилителя. В соответствии со стандартом IEC 268-5 минимальное сопротивление громкоговорителя не должно быть ниже 80% от номинального сопротивления, поэтому для динамика с сопротивлением 8 Ом минимальное сопротивление будет равно 6.4 Ом, а для динамика на 4 Ом это будет 3,2 Ом.

Иногда на этикетке на задней панели громкоговорителя отображается что-то вроде «4-8 Ом». В этом случае у динамика есть драйверы с разными значениями импеданса, например вуфер на 4 Ом и твитер на 8 Ом. При определении поперечного сечения этот тип громкоговорителей следует учитывать как 4-омные громкоговорители. При расчетах индуктивности значение имеет импеданс твитера (или секции твитера).

Определение минимального поперечного сечения

Существует минимальная площадь поперечного сечения провода или калибр (AWG) для данного импеданса динамика, длины кабеля и допустимых потерь (дБ).Или иначе: существует максимальная длина кабеля для данного импеданса динамика, площади поперечного сечения провода и допустимых потерь.

Более точный расчет может включать выходное сопротивление усилителя и индуктивность кабеля. Для еще большей точности выходную индуктивность усилителя можно использовать в качестве дополнительного параметра.

Выходное сопротивление усилителя (в случае усилителей мощности звука — это выходное сопротивление) можно рассчитать по коэффициенту демпфирования.Как коэффициент демпфирования, так и выходной импеданс зависят от частоты. В настоящее время выходное сопротивление фирменных усилителей звука (домашний кинотеатр, стерео) даже на частоте 10 кГц не превышает или чуть превышает 100 мОм. Таким образом, 100 мОм — хорошее приближение для расчета потерь.

Выходная индуктивность составляет от 1 до 2 мкГенри. Источником этой индуктивности является то, что в подавляющем большинстве усилителей есть небольшая катушка индуктивности, параллельная резистору, чтобы предотвратить колебания с длинными (и «плохими») кабелями.1 мкГенри — это индуктивность 1,5-метрового шнура.

Таблица с рекомендуемыми длинами кабелей

В таблице ниже описаны рекомендуемые максимальные расстояния между кабелями для различных размеров кабеля (сечения) и нагрузок на динамики с потерями 0,3 дБ и 0,5 дБ. Выходное сопротивление усилителя является регулируемым параметром: его можно установить на ноль (идеальный усилитель) или 100 мОм (близко к реальному усилителю класса AB).

AWG (Американский калибр проволоки): чем выше номер калибра, тем меньше диаметр и тоньше проволока.

Вверх ▲

(Для переключения между модулями и выходным сопротивлением усилителя требуется JavaScript.)

Как это работает? Установите выходное сопротивление усилителя на 100 мОм (предпочтительно) и выберите столбец с желаемыми потерями, затем выберите длину и соответствующее поперечное сечение.

Примечания:

Выбор правильных кабелей для 8-омных динамиков даже при потере 0,3 дБ — это простая задача в домашней аудиосистеме, с другой стороны, невозможно достичь уровня выше 0.Погрешность 3 дБ с реальными усилителями и динамиками 4 Ом точно (полагаясь только на расчеты, без проведения реальных измерений). Причина этого проста: наибольшей погрешностью в расчетах является выходное сопротивление усилителей. Усилитель, используемый в измерениях производителем динамиков, вероятно, имеет другой тип по сравнению с усилителем, который питает динамики дома. Разница между выходными сопротивлениями может достигать 100 мОм (например, 30 мОм против 130 мОм, оба довольно хорошие значения).Это приводит к потерям 0,27 дБ при нагрузке 4 Ом и потерям 0,13 дБ при нагрузке 8 Ом. Учитывая величину отражений в типичной комнате, на самом деле это просто игра с числами, и эта ошибка не сделает хорошую систему хуже, но она по-прежнему является ее частью.

Расчет потерь (передаточная функция):

потери = 20 · log (R _{динамик} / (R _кабель + R _amp + R _{динамик} )) [дБ]
R _{динамик} = 0,8 · Z _{номинал} [Ом]
R _кабель = 2 · ρ · l / A [Ω]
ρ = 17 мОм · мм ² / м (удельное сопротивление меди)

Затухание из-за индуктивности

Индуктивность длинных акустических кабелей может вызвать некоторую потерю самых высоких слышимых частот.Фактический спад высоких частот зависит от индуктивности кабеля и номинального импеданса высокочастотного динамика (точнее, кривой импеданса высокочастотного динамика, измеренной от клемм динамика). Индуктивность кабеля зависит от длины и конструкции кабеля.

К счастью, купольные твитеры с одинаковым номинальным сопротивлением имеют схожую (почти одинаковую) кривую импеданса между 10 кГц и 20 кГц, поэтому провода громкоговорителей одинаковой длины и конструкции будут иметь очень похожее затухание.Разница между двумя 8-омными 25-миллиметровыми (1-дюймовыми) купольными твитерами практически равна нулю на глубине 10 метров и примерно 0,1 дБ на 20 метрах. На приведенном ниже графике показаны расчетные потери для твитеров на 8 и 4 Ом и для чисто резистивных нагрузок. При резистивной нагрузке затухание будет меньше.

График действителен для обычных акустических кабелей и шнуров на молнии (распределенная индуктивность этих кабелей: 600 наноГенри / метр — 700 наноГенри / метр). Недействительно для коаксиальных, звездообразных, плетеных кабелей CAT5, лент, кабелей типа «больше проводов, чем цветов радуги».

Затухание сопротивления и индуктивности кабеля является аддитивным, однако сложение не является идеальным суммированием, общие потери на частоте 20 кГц немного меньше суммы двух потерь. Если допустить потерю 0,5 дБ для сопротивления, то дополнительные потери 0,5 дБ на частоте 20 кГц для индуктивности все еще допустимы.

А как насчет слышимости потерь индуктивности и длины кабеля? Во-первых, я не думаю, что мы можем определить точный предел длины кабеля.Если бы мне пришлось выбирать предел, я бы выбрал 7 метров для 4 Ом и 15 метров для 8-омных динамиков. С другой стороны, для можно с уверенностью сказать, что потери индуктивности не слышны на расстоянии до пяти метров для твитеров с сопротивлением 4 Ом и до десяти метров для твитеров с сопротивлением 8 Ом . Следовательно, нет необходимости в акустических кабелях со сверхнизкой индуктивностью.

Иногда бывает небольшой выброс в ответе из-за взаимодействия между реактивной нагрузкой, представленной кроссовером, и индуктивностью кабеля.Это может произойти, если длина кабеля превышает десять метров, а его поперечное сечение большое (> 2,5 мм ² ). Величина перерегулирования очень мала (

Заключительные примечания

Кабели динамиков являются наиболее загадочными компонентами цепи аудиосигнала. И все же они являются самыми простыми и дешевыми. Смена позиции прослушивания имеет более драматический эффект, чем переключение к кабелю с немного большим поперечным сечением.

Csaba Horvath

См. также:
Акустические кабели: имеют ли значение?
Объяснение соединительных аудиокабелей
Видеоуроки: Введение в измерения звука, развенчание мифов об аудио

Главная

ПРОВОДА И МЕТОДЫ СОЕДИНЕНИЯ (часть 1)

---

---

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ:

Изучив этот раздел, посвященный монтажным проводам и методам межсоединений, студент должен уметь:

1.Знать состав, конфигурации и обозначения размеров обычных соединений. провод.

2. Вычислите сопротивление провода заданной длины.

3. Измерьте диаметр проволоки.

4. Ознакомьтесь с различными типами изоляционного материала проводов и их характеристики.

5. Выберите подходящий тип изоляции провода для конкретного применения.

6. Знайте общие типы специальных конфигураций проводов и их применение.

7.Ознакомьтесь с системой цветовой кодировки проводов.

8. Удалите изоляцию провода механическими инструментами для зачистки.

9. Подготовить провод к пайке.

10. Сформируйте правильные соединения проводов на различных клеммах.

11. Используйте клеммы обжимного типа.

12. Используйте ручные инструменты для намотки и извлечения проволоки.

13. Понимание использования полуавтоматической и полностью автоматической обмотки проволоки. машины.

14. Используйте правильную технику подключения проводов к клеммам с проволочной обмоткой.

0. ВВЕДЕНИЕ

Один из наименее подчеркнутых и, возможно, наиболее важных аспектов упаковки. это выбор наиболее подходящего соединительного провода для конкретной сборки. С точки зрения надежности этот выбор должен основываться на таких факторах. как материал проводника и покрытие, размер проводника, тип изоляции, гибкость, факторы окружающей среды, ограничения по току и напряжению, а также стоимость. Этот В разделе приведены рекомендации, которые помогут при оценке и выборе провода.В сочетании с проблемой выбора являются методы сопряжения межсоединений. Поскольку существует множество стандартных соединений (в дополнение ко многим специальные типы), этот раздел также включает соответствующую информацию для оценки пригодность различных способов подключения.

Здесь также представлена ​​конкретная информация о распространенных материалах проводов и покрытия и классификации размеров American Wire Gauge (AWG), а также сравнение одножильного провода с многожильным проводом различных типов.Типичные типы изоляции проверяются на предмет их применения, включая цветовую маркировку методы. Предоставляется дополнительная информация о токе, напряжении и механических характеристиках. и экологические критерии, чтобы дать полное представление о выборе провода из многих имеющихся в продаже типов. Обсуждаются также специальные типы проводов.

Представлены методы соединений и инструменты, используемые для подготовки проводов. описаны механические устройства, такие как съемники, диагональные ножи, и другие.Обжимные и проходные соединения применительно к обжатым обсуждаются выводы под пайку, выводы с ушком и наконечники под пайку. и расширен за счет включения специальных аппаратных соединений, таких как паяльные ванны, вилки и гнезда. Наконец, методы беспаечной разводки, такие как беспаечные или соединители обжимного типа и соединения с проволочной обмоткой.

1. МАТЕРИАЛЫ ПРОВОДНИКА И КОНФИГУРАЦИИ ПРОВОДОВ

Большая часть проводов, используемых для электронных межсоединений, изготовлена ​​из отожженных (размягченная) медь.Медь, используемая для этой цели, называется электролитической прочностью. Шаг (E.T.P.). Хотя другие материалы, такие как алюминий, сталь и серебро, используются в конструкции проводов, они не распространены в производстве электроники. Однако были разработаны сплавы меди, которые обладают превосходными характеристиками. по сравнению с чистой медью. Хотя чистая медь обладает отличными электрическими характеристиками. характеристики проводимости, а также податливость и пластичность, он имеет выраженный недостаток — высокая подверженность переломам при условия вибрации и изгиба.Современные методы высокотемпературного отжига, однако позволили разработать высокопрочные сплавы с улучшенными усталость жизни. Некоторые из этих распространенных высокопрочных сплавов — кадмиево-медные, хром-медь и кадмий-хром-медь. Один недостаток в использовании этих легированные проволоки в том, что они выпускаются только с покрытиями из серебра или никеля, которые дороги и сложны для пайки. Луженый высокопрочный Сплавы, к сожалению, недоступны.

Медная проволока обычно имеет покрытие, потому что чистая медь быстро окисляется при воздействии на нее. в атмосферу.Олово — наиболее распространенное покрытие, хотя серебро и никель покрытия используются в специальных приложениях. Луженая проволока, рекомендуется для приложения, в которых температура окружающей среды не превышает 150 ° C (302 ° F), является наименее дорогим из трех упомянутых покрытий. Кроме того, оловянное покрытие улучшает паяемость. Серебряное покрытие, рекомендуется для использования при высоких температурах. в диапазоне от примерно 150 до 200 ° C (от 302 до 3950 F) значительно улучшает паяемость но имеет тенденцию к коррозии при повышенных температурах.Серебро самое дорогое покрытие упомянутых. Никелевое покрытие способно защитить от окисления до температур до 300 ° C (575 ° F), но требует активированных флюсов и высокой температуры техника пайки.

Проволока с оловянным покрытием на сегодняшний день является наиболее часто используемой в электронной промышленности. Олово наносят на оголенный провод окунанием или гальваникой. Погружение является наименее дорогим методом и используется, если равномерная толщина покрытия не критический. Следует указать олово с гальваническим покрытием, если автоматический полоску, так как этим методом можно добиться равномерного покрытия.

Провода, применяемые в электронной промышленности, можно разделить на две группы: сплошные. и застрял. Как правило, одножильный провод, сопоставимый с определенным размером многожильный провод дешевле в производстве и, следовательно, дешевле покупать. Однако сплошная проволока не обладает характеристиками гибкости. или усталостной долговечности многожильного провода. В то время как сплошная проволока имеет свойство ломаться даже при небольшом изгибе многожильный провод остается очень гибким. Потому что много электронного оборудования, производимого сегодня, подвергается той или иной форме вибрации при нормальном использовании или требует гибкости проводки во время сборки, многожильный Wire — это наиболее часто указываемый тип.

Сплошная проволока находит широкое применение при изготовлении выводов для малых компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и твердотельные устройства. Монтировать применение сплошной проволоки обычно ограничивается условиями, в которых гибкость не является критерием, или отводы должны быть короткими, жесткими окончаниями, такими как прямое соединение двух близко расположенных обжатых клемм револьверного типа на печатная плата. Сплошной неизолированный луженый медный провод, используемый в качестве короткой перемычки или как общая точка цепи называется проводом шины.

Когда требуются более длинные шинные провода, обычно рекомендуется перед использованием проволоку выпрямить. Как правильно выпрямить проволоку заключается в том, чтобы закрепить один конец в тисках, а другой конец — в зажиме руки дрель (взбивалка). Все, что обычно требуется для выпрямления проволоки, — 8 до 10 полных оборотов сверла в одном направлении с последующим равным количеством поворотов в обратном направлении при постоянном натяжении провод.

Многожильный провод классифицируется как пучок или концентрический.Пучок многожильный проволока состоит из нескольких сплошных проволок малого диаметра, «скрученных» вместе. без учета симметрии. Хотя стоимость пучка проволоки невысокая и чрезвычайно гибкий, он не имеет постоянного диаметра. Из-за этого недостаток, не рекомендуется, т.к. современные инструменты для снятия изоляции может порезать или сломать отдельные жилы, что ослабит проволоку, а также уменьшить текущую емкость.

Многожильный концентрический провод преодолевает недостатки пучковой проволоки в что его постоянное круглое поперечное сечение делает его пригодным для ручного как методы автоматической зачистки.Противонаправленные концентрические многожильные проволока — многослойная проволока с чередующимися слоями вращающихся или скрученных прядей. в направлении, противоположном следующему последующему нижнему слою. Однонаправленный концентрическая многопроволочная проволока также является многослойной, но каждый слой жил скручивания в том же направлении, но с разной степенью наклона (угол при пряди которых пересекают ось общей проволоки) по мере их скручивания. Однонаправленный многожильный провод более гибкий, чем у встречного типа, но его диаметр не очень точно единообразно.

Для одножильных и многопроволочных проводов есть свои системы обозначения размеров. Сплошная проволока обозначается по площади поперечного сечения и диаметру. по номеру датчика. Чаще всего используется обозначение American Wire Gauge. (AWG) стандартная система. В Приложении X перечислены номера AWG для твердой неизолированной меди. проволока с эквивалентной площадью поперечного сечения и диаметром для калибра № 00 к 50.

Чтобы лучше понять информацию, представленную в таблицах проводов, определим отношения нужно обследовать.В электрическом поле характеристики разных калибры и длина проводов для удобства сравниваются со стандартными, так что разные размеры проводов можно легко сравнить. Принятый стандарт — шт. сплошной отожженной медной проволоки диаметром 0,001 дюйма (1 мил) и длиной 1 фут с сопротивлением 10,37 Ом при 20 ° C. (Этот стандарт часто называют как мю-стопа). Поскольку большинство электрических проводников имеют круглое сечение, была создана система круговых измерений, чтобы уменьшить утомительную задачу сравнения характеристик проводников.Параметры, участвующие в таком сравнении сопротивление, длина и площадь поперечного сечения. Эти отношения выражаются математически как:

резистивный провод I / резистивный провод II = длина провода I / длина провода II x участок провода II / участок провода I (уравнение 1)

Выражение для определения площади круга: A = (диаметр), когда площадь двух проводников сравнивается, как указано выше, является постоянной для обоих проводов. I и провод II. Следовательно, уравнение (1) можно упростить следующим образом:

резистивный провод I — длина провода I (провод H (ур.2)

резистивный провод II — длина провода II (диаметр) провод I

Термин (диаметр) обозначает площадь поперечного сечения круглой проволоки. Этот термин обозначается как площадь в круговых мельницах (CM), где сейчас площадь равным квадрату диаметра (A d Все таблицы проводов относятся к диаметрам в миллиметрах и в площади поперечного сечения в круглых миллиметрах.

Для определения сопротивления медного провода используется следующее соотношение: используемый:

сопротивление = 10.2 (CM) (ур.3)

Если, например, необходимо найти сопротивление 50 футов AWG № 18, Приложение X показывает, что площадь этого провода составляет 1624 см. Подстановка эти известные значения в уравнение (уравнение 3) дают

R = 0,32 Ом (уравнение 4)

Диаметр проволоки в милах можно преобразовать в дюймы, просто перемещая десятичная запятая на три разряда слева (умножьте на 0,001). Например, AWG Проволока № 18 имеет диаметр 40,30 мил, что равно 0.0403 дюйма.

Поскольку одним из важнейших критериев выбора провода является его сила тока. грузоподъемность, в таблицах проводов указаны площади поперечного сечения каждого провода Калибр выражается в см. В четвертом столбце указан максимальный рекомендуемый ток. емкость в амперах для обычных проводов, используемых в электронике. Эти ценности были полученное по «практическому правилу», согласно которому каждое поперечное сечение размером 500 см безопасно выдержит ток 1 ампер. Например, провод AWG №10, имея поперечное сечение примерно 10 000 см, выдерживает 20 ампер.AWG Проволока № 13, который на 3 сортамента больше, уменьшает площадь поперечного сечения. наполовину до примерно 5000 см и, следовательно, может обрабатывать половина тока, или 10 ампер. Опять же, AWG № 23 (на 10 калибров выше чем № 13), с его поперечным сечением примерно 500 см, способен обработка 1 ампер. Исходя из этих отношений, можно сделать следующие рекомендации: использовано: для каждого уменьшения или увеличения трех значений шкалы площадь CM удваивается. или вдвое соответственно, как и его допустимая нагрузка по току.Соответственно, уменьшение или увеличение номера шкалы в 10 раз будет увеличиваться или уменьшаться поперечное сечение на 10 из 4 соответственно, как и его текущая емкость.

Обычные сечения соединительных проводов, используемых в электронной промышленности, варьируются от AWG № 10 — № 26 и их допустимая нагрузка по току примерно от 20 ампер в ампер.

Стандартная система нумерации AWG была разработана в основном для неизолированной сплошной меди. провод. Эта система также используется для обозначения многожильного провода вместе с дополнительное число, чтобы указать количество жил, составляющих провод.Для Например, в обозначении 7/34 первая цифра указывает, что есть всего 7 жил проволоки, и второе число указывает, что каждая жилка — AWG № 34. Чтобы определить размер одножильного провода AWG, эквивалентный конкретному многожильный провод, площадь поперечного сечения каждой жилы умножается на количество жил в общей проволоке. Например, чтобы определить эквивалент сечение одножильного провода № 7/34, сечение № 7/34. 34 оказывается равным 40 см (из Приложения X).7 нитей составляют всего сечение 7 х 40 или 280 см. Приложение X показывает, что его ближайший эквивалент представляет собой сплошной провод AWG №26. Таким образом, как № 7/34, так и AWG № 26 имеют максимум рекомендуемая допустимая нагрузка по току около 0,5 ампер. ТАБЛИЦА 1 перечисляет некоторые из распространенных типов многожильных проводов с их эквивалентными номерами AWG.

Чтобы определить размер провода AWG для одножильного или многожильного провода, калибр провода такой как показанный на фиг. ля, можно использовать. Каждый слот в датчике сопровождается соответствующим размеру номера AWG и разгрузочным отверстием диаметром больше чем ширина слота.Назначение разгрузочного отверстия — обеспечить надлежащее «наощупь» измерения, а также для безупречного удаления провода от калибра после измерения. Правильный метод размещения калибра и провода измеренное значение показано на фиг. 1b. Обратите внимание на рисунок, что при измерении многожильного провод, изоляция не удаляется полностью, как для одножильного провода. Скорее, часть изоляции отделяется, чтобы оголить провод. Эта секция не следует сначала обрезать ближе, чем на 1 дюйм от конца провода до предотвратить разделение или сплющивание отдельных жил, поскольку проволока помещен в датчик.При снятии участка утеплителя нижележащий провода нельзя скручивать, иначе диаметр жилы изменится. и это приведет к ошибочному чтению.

— ТАБЛИЦА 1 Конфигурации многожильного провода для номеров AWG

— РИС. — 1 Калибр и метод измерения провода: (a) калибр провода для измерения AWG. размеры от № 0 до № 36, любезно предоставлены L.S. Компания Starrett, Атол, Масс .; (б) перпендикулярный калибр и расположение проволоки для точного измерения в прорези датчика.

При измерении многожильного провода показание калибра провода будет немного больше. чем соответствующий номер AWG для сплошной проволоки из-за небольшого увеличения в диаметре, обусловленном промежутками между прядями. Поэтому при измерении многожильный провод, калибр, в который входит провод, будет соответствовать одному номеру AWG. меньше фактического размера, а также даст нечетное значение AWG. Для Например, многожильный провод AWG № 20 будет правильно вставлен в щель калибра, обозначенную AWG No.19. Таким образом, это практическое правило показывает, что правильный размер этот провод — AWG No. 20. (Здесь может быть уместно подчеркнуть, что странный Размеры номеров AWG обычно отсутствуют и по этой причине не должны быть определенным.) Дополнительным методом измерения многожильного провода является измерение одна жилка калибра, подсчитайте количество жил в общем проводе, и обратитесь к ТАБЛИЦЕ 1, чтобы определить эквивалентный номер AWG.

Для дополнительной помощи в выборе провода воспользуемся стереоусилителем. для определения наиболее подходящего типа покрытия провода, типа (многожильный или многожильный сплошной) и размер.

Пример: Требования к усилителю мощности:

Ток: 1,6 ампер постоянного тока максимум

Диапазон рабочих температур: 70 ° C (см. Раздел 2)

Требования к гибкости: печатная плата жестко закреплена — нет проблем с вибрацией — минимум гибкость, необходимая для сборки

Решение: поскольку гибкость не является решающим фактором, выбирается сплошной провод. потому что это наименее дорогое. Температурные требования минимальны, Таким образом, можно использовать оловянное покрытие, что еще больше снизит затраты и обеспечить доступность.Размер провода теперь будет выбран на основе текущие требования схемы. Большинство соединений сигнальные линии, в которых текущие потребности очень низкие. Единственные провода, которых можно будет ожидать для обработки 1,6 ампер — это те, которые исходят от источника питания и питания платы усилителя. Эти провода относятся к линиям питания постоянного тока Vcc (L). и Vcc (R), и линии заземления. Провод AWG № 20 рассчитан на 2 ампера. Все сигнальные провода могут быть намного меньше этого; но для единообразия и простоты, реалистичным выбором будет AWG No.20 проводов для всех соединений. Хотя стоимость проволоки пропорциональна размеру, экономия достигается за счет выбор провода меньшего размера ничтожен.

2. ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Монтажный провод, используемый для соединения в электронном оборудовании, должен иметь изоляцию для предотвращения коротких замыканий и защиты дирижер. Единственное исключение из этого правила связано с использованием шинопровода, который из-за жесткости и небольшой длины не создает проблем с изоляцией.

Выбор наиболее подходящей изоляции для конкретного применения: основанный на трех критериях: электрическом, механическом и экологическом. Каждый из эти критерии будут обсуждаться.

Изоляция общих проводов и изоляционные покрытия делятся на три основных категории: каучуки, винилы и специальные высокотемпературные или специальные материалы. Приведена сравнительная таблица различных изоляционных материалов. в ТАБЛИЦЕ 2. В этой таблице сравниваются следующие механические и физические свойства:

1.Пробой напряжения

2. Сопротивление изоляции

3. Низкий коэффициент рассеяния

4. Устойчивость к истиранию

5. Гибкость

6. Сопротивление прорезанию

7. Водонепроницаемость

8. Огнестойкость

9. Кислотостойкость

10. Полезный диапазон температур

Пробой напряжения и сопротивление изоляции — это два фактора, которые имеет ключевое значение в высоковольтных приложениях. Изоляция отмечена как отличная являются единственными, которые следует учитывать для этой цели.Как видно из ТАБЛИЦА 2, силикон, полиэтилен (PE) и майлар обладают высокой стойкостью к коронному разряду. и обычно используются для высоковольтных кабелей. Неопрен, уретан и нейлон изоляция не подходит для этого применения из-за плохого рейтинг. Количество вибрации, которой подвергается провод, напрямую связано с его номинальному напряжению изоляции. Следовательно, этот фактор необходимо учитывать при выборе утеплителя.

Затухание сигнала на высоких частотах зависит от рассеивания изоляции. фактор.Как правило, предпочтительнее использовать изоляцию с низким коэффициентом рассеяния. Тефлон имеет самый низкий коэффициент рассеяния среди перечисленных в ТАБЛИЦЕ 2.

Механические характеристики, такие как сопротивление истиранию, гибкость и прорезание сопротивления, представляют собой компромисс между стоимостью и простотой установки. Истирание и сопротивление прорезанию, как правило, напрямую связаны — чем выше значение одного, тем выше значение другого. Из изоляций, перечисленных в ТАБЛИЦЕ 2, Kynar — самый прочный, имеет отличную стойкость к истиранию и порезам. характеристики.Гибкость изоляции становится чрезвычайно важной. внимание, особенно в упаковке с высокой плотностью для простоты установки. Семейство каучуков (силикон, неопрен и бутил) демонстрирует высочайшую гибкость. а винилы (полиэтилен и поли) самые низкие.

Водонепроницаемость — это экологический фактор. Резина и уретановые материалы более чувствительны к влаге, чем виниловые. Тефлоновые материалы наименее подвержены водопоглощению.

Огнестойкие материалы находят применение в электронном оборудовании, в котором могут возникнуть взрывы или воспламеняющиеся условия.Тефлон и Kel F — это материалы, указанные для этого применения, поскольку они не поддерживают горение. Все остальные изоляционные материалы, перечисленные в ТАБЛИЦЕ 2, поддерживают горение. в разной степени.

Изоляции с высокой кислотостойкостью, такие как бутилкаучук, полипропилен, и тефлон, находят широкое применение в космической отрасли. Уретан, нейлон и силиконовые каучуки уступают по этому свойству.

— ТАБЛИЦА 2 Сравнительные характеристики изоляции проводов

* Общее количество изоляционных характеристик, не соответствующих минимально требуемым рейтинги.Характеристики изоляции соответствуют минимальным требованиям. Изоляция характеристика ниже пример проблемы минимально необходимый рейтинг. —

Полезный диапазон температур для ПВХ, нейлона и ПЭ узкий, тогда как для Тефлон и Кел-Ф широк. При рассмотрении этого свойства важно здраво оценивать стоимость. Например, не рекомендуется выбрать тефлон (верхний предел 250 ° C) на основании его превосходных температурных характеристик если температурный диапазон ПЭ (верхний предел 80 ° С), а также другие его характеристики, будут удовлетворять проектным требованиям, так как тефлон считается умело дороже.

Из широкого ассортимента доступных материалов очевидно, что выбор наиболее подходящей изоляции провода для конкретного применения — это компромисс между спецификациями и стоимостью.

Чтобы проиллюстрировать использование ТАБЛИЦЫ 2, рассматривается следующая задача:

Схема: стерео усилитель мощности

Электрические характеристики

Напряжение 36 В постоянного тока макс.

Максимальный ток 1,6 ампера постоянного тока

Частота от 20 до 20 килогерц (кГц)

Механические характеристики

Стационарный

Высоких вибраций не ожидается

Упаковка низкой плотности

Все провода проходят через втулки

Условия окружающей среды

Диапазон температур от +50 до 90 ° F (от + 10 до 32 ° C)

Влажность 40% стандарт

Похоже, что эти спецификации не содержат требований к критическим схемам. что касается выбора изоляции проводов.Поскольку требования к напряжению и току низкие, любая изоляция с пробоем напряжения и сопротивление изоляции сравнительная оценка «хорошо» и «отлично» приемлема. Это условие исключает неопрен, кайнар, уретан и нейлон из дальнейшего рассмотрения.

В диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц, любая изоляция с подойдет хороший и отличный коэффициент рассеяния. Низкие потери на рассеивание факторы становятся критическими только на более высоких частотах.

Поскольку все провода будут пропущены через резиновые втулки, возможность истирания отсутствует, и качество стойкости к истиранию не обязательно учитываться в этой оценке, даже если присвоена удовлетворительная или плохая оценка конкретный материал. Поэтому для этого соображения любая изоляция проводов перечисленные подходят.

Гибкость также не критична из-за низкой плотности упаковки схема и вытекающая из этого незамысловатая разводка. Следовательно, нет изоляционного материала. должны быть отклонены из-за его рейтинга гибкости.

Чтобы сократить время сборки, особенно если рассматривается крупносерийное производство, изоляция со сравнительным рейтингом сопротивления прорезанию хорошей или следует считать отличным. Это исключает силикон, бутил и тефлон. из дальнейшего рассмотрения.

Так как этот тип усилителя мощности обычно используется в домашних или других место, в котором температура и влажность контролируются на уровнях, исключающих критические экологические проблемы, любой утеплитель с водостойкостью оценка «хорошо» или «отлично» приемлема.

Огнестойкость и кислотостойкость, конечно, не учитываются в предполагаемых среда. Следовательно, нет изоляции, даже если рейтинг любого из эти категории исключаются из рассмотрения.

Наконец, ожидаемая температура окружающей среды агрегата составляет примерно + 10 до 32 ° C, с коэффициентом 2, используемым для снижения номинальных значений на каждом конце температуры диапазон для работы в экстремальных условиях (температура внутри корпуса повысится при полной выходной мощности). Рассматриваемый диапазон пониженных температур становится от 5 до 64 ° C.ТАБЛИЦА 2 показывает, что все перечисленные утеплители имеют полезные диапазоны температур, которые находятся в пределах этих спецификаций. Как результат, изоляционный материал не будет удален из-за температурных ограничений.

— ТАБЛИЦА 3 Пример схемы оценки для выбора изоляции провода

Таблица оценки представлена ​​в ТАБЛИЦЕ 3, чтобы более четко показать процедуру. для удаления изоляционных материалов с номинальными характеристиками ниже минимального. Анализ Столбец результатов ТАБЛИЦЫ 3 показывает, что полиэтилен (ПЭ) или полипропилен (поли) пластиковая виниловая изоляция подходит для примера задачи.Финал выбор между этими двумя материалами теперь становится вопросом стоимости и доступности.

В целях идентификации изоляция соединительного провода снабжена цветовой код. Это обеспечивает быструю идентификацию проводов, что является незаменимым помощь при работе с кабелями и жгутом. Цветовое кодирование чрезвычайно полезно как в сборке, так и в устранении неисправностей. Военно-промышленные стандарты были установлены для цветовой кодировки изоляции. Эти стандарты перечислены в ТАБЛИЦЕ 4.Подобен цветовой кодировке сопротивления, принятой в EIA (Электронный Industries Association), обозначен сплошной цвет изоляции. цифрами от 0 до 9 и представляет первую цифру номера цветового кода. С 10 основными цветами доступны 10 числовых возможностей для идентификации отдельные провода. Для сложной проводки, включающей более 10 выводов, необходимо можно идентифицировать, изоляция также доступна с широкой индикаторной полосой, которая цвет отличается от цвета корпуса и закручивается по длине проволоки.Эти Трассирующие цвета теперь расширяют доступные различные цветовые комбинации до 100. Когда задействовано более 100 проводов, как в случае сложных жгутов, Изоляция доступна со вторым трассером, который уже, чем первый. Оба индикатора расположены близко друг к другу, параллельны друг другу и расположены по спирали. всю длину провода. Использование второго индикатора расширяет числовой возможности кодирования до 910 возможных комбинаций. Чтобы проиллюстрировать нумерацию система, провод с красным цветом корпуса, широким зеленым индикатором и узким оранжевым трассирующий (красный / зеленый / оранжевый) можно классифицировать по трехзначному номеру 253.

— ТАБЛИЦА 4 Стандарты цветовой кодировки для изоляции проводов

— ТАБЛИЦА 5 Идентификация цвета провода, связанная с функцией цепи

Также были установлены стандарты

, в которых не используется система нумерации. а лучше обозначить цвет провода в зависимости от функции схемы. Два таких стандарты — это цветовой код государственного стандарта MIL-STD-122 для проводки шасси и цветовой код ETA для силовых трансформаторов. Эти классификации показаны в ТАБЛИЦЕ 5.

3. КОНФИГУРАЦИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОВОДОВ

Есть несколько доступных конфигураций проводов, которые используются для специальные приложения. Экранированный провод, показанный на фиг. 2а, это вариант подключения провод обсуждался ранее. Он состоит из изолированного отрезка соединительного провода. Оболочка закрыта проводящей оболочкой в ​​виде экрана из плетеной проволоки. В Экран формируется из тонких жил луженой отожженной медной проволоки. Пряди вплетены в тесьму, которая обеспечивает примерно 85% покрытия основы изолированный провод.Также доступен экранированный провод с внешней изоляцией. покрытие для предотвращения короткого замыкания при прокладке провода между точками подключения. Другой вариант экранированного провода имеет два внутренних проводника, скрученных вокруг друг с другом. Этот поворот улучшает подавление нежелательного сигнала.

— РИС. -2 (a) Экранированный провод; (б) коаксиальный кабель.

Экранированный провод используется в аудиосхемах на входном каскаде, где сигнал уровень низкий и нежелательный шум (обычно 60-герцовый гул) или обратная связь от выходной каскад усилителя с высоким коэффициентом усиления может создавать нежелательные сигналы.В экран либо подключен к шасси на входе схемы, либо может быть подключен к шасси с обоих концов, чтобы обеспечить наиболее эффективный метод минимизации нежелательного захвата сигнала.

Коаксиальный кабель (коаксиальный), показанный на РИС. 2b, используется исключительно в ВЧ-цепях. По конструкции он похож на экранированный провод, с внешней изоляционной оболочкой. изоляция экрана от земли. Основное отличие коаксиального кабеля а экранированный провод по своим электрическим характеристикам.Коаксиальный кабель разработан специально для передачи радиочастотной энергии из одной точки в другую с минимальным потеря (затухание). Изоляционный материал и толщина контролируются чрезвычайно точность при производстве для изготовления кабелей с сопротивлением 50, 75 или 95 Ом характеристический импеданс для правильного согласования. С другой стороны, экранированный провод, предназначен для низкочастотных приложений, в которых его полное сопротивление не критично.

При использовании коаксиального кабеля необходимо минимизировать потери от скин-эффекта на высоких частотах. кабель.Скин-эффект — это термин, используемый для описания типа потерь или затухания. сигнала, вызванного протеканием тока по поверхности (коже) провод и частично в прилегающую изоляцию. Из-за своего выдающегося изоляционные характеристики на высоких частотах, тип изоляции — нейлон чаще всего используется при изготовлении коаксиальных кабелей.

Другая особая конфигурация проводов — это провод Litzendraht (Литц), который используется при изготовлении тюнинговых катушек. На коротковолновых частотах этот тип проволока имеет низкий скин-эффект благодаря своей конфигурации.Литц-проволока — многожильная проводник, содержащий 25 или более тонких проволочных жил. Каждая прядь самостоятельно утеплён ватным утеплителем и намотан от центра к внешняя поверхность общего проводника. Эта техника намотки имеет тенденцию чтобы уравновесить проблему скин-эффекта.

4. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И МОНТАЖА ПРОВОЛОКИ

Для создания надежного электрического соединения между соединительным проводом, используемым для внутренних соединения и клемма, к которой она должна быть припаяна, вся изоляция необходимо полностью удалить с конца провода, чтобы оголить провод.Кроме того, может потребоваться удаление загрязнений, таких как грязь, пальчиковые масла или окисление с неизолированного провода. (Окисление произойдет, если неизолированный проводник находился в атмосфере в течение длительного времени перед тем, как пайка.) Это жизненно важно при подготовке к пайке. что все поверхности, подлежащие пайке (легированию), абсолютно свободны от загрязнений.

— РИС. — 3 Механические устройства для зачистки проводов: (а) ступенчатая регулировка; (б) регулируемый.

Механические устройства для зачистки проводов, такие как два типа, показанные на РИС.3, входят в наиболее распространенные инструменты, используемые для снятия изоляции проводов. У каждого есть свои преимущества и недостатки в отношении качества и простоты эксплуатации.

Стриппер с ступенчатой ​​регулировкой показан на фиг. 3а, Все, что требуется для установить челюсти, повернуть шаговое колесо селектора до нужного калибра. ориентируется стопорным штифтом. Его очевидный недостаток в том, что он способен зачистки проводов только восьми размеров (от AWG № 12 до AWG № 26). Чтобы свести к минимуму возможность повреждения проводника при использовании этого стриппера, его следует удерживается перпендикулярно проводу при снятии изоляции.

Самым популярным механическим стриппером является автоматический стриппер, показанный на фиг. 3b и используется на фиг. 4. У этого съемника есть шесть отмеченных позиций резки. на губках, чтобы приспособиться к разным калибрам. Зачищаемый провод помещается в соответствующее положение режущей губки и между зажимными губками. Держа проволоку на месте, ручки осторожно сжимают. Этот заставляет подвижные верхние режущие губки сначала вдавливать изоляцию в нижние неподвижные режущие челюсти.Дополнительное сдавливание ручек вызывает изоляция должна быть разорвана вокруг проводника при верхнем подвижном захвате челюсть плотно захватывает проволоку нижней неподвижной захватной губкой. Способствовать сжатие рукоятки приводит к тому, что оба набора челюстей, когда они задействованы, разъединяются, тем самым удаляя изоляцию с конца провода (фиг. 4). Как давление на ручках снимается, оба набора губок выходят из зацепления, освобождая таким образом зачищенный провод. Эти стрипперы также доступны с ограничителем, который при установке на желаемую длину полосы, будет последовательно удалять ту же длину изоляция от проводов.

— РИС. —4 Удаление изоляции механическими инструментами для зачистки проводов.

Термические устройства для зачистки проводов, хотя и не пользуются популярностью в производстве прототипов, еще одно средство снятия изоляции с проводов. Они состоят из обогрева элемент и две поворотные ручки с электродами, которые служат для снятия изоляции. челюсти. Зачищаемый провод помещают между электродами, которые затем зажали вокруг проволоки. Сжатие изолированных ручек активирует выключатель, который заставляет электроды нагревать изоляцию до точки плавления.Когда электроды находятся под напряжением, провод вращается так, что изоляция плавится. равномерно. Когда изоляция растает, давление на ручки снимается, провод снимается, и с проводника снимается изоляция. Тепловой устройства для зачистки не режут и не режут проводники. Они дороже механических стриптизерши, однако, могут также вызывать раздражающие пары, так как изоляция растаял.

Какой бы метод зачистки проводов не использовался, больше провода, чем необходимо для соединения следует зачистить.Причины этого: (1) в случай многожильного провода, когда лужение (обсуждается далее в этом разделе) жилы обязательны, накопление припоя обычно происходит на конце проводника и могут быть удалены просто разрезанием; и (2) если каждый провод разрезан и зачищен до его точного требуемого размера, это не обеспечит необходимой «игры» что техническому специалисту может потребоваться отрегулировать положение проволоки во время операций с проволокой.

Как упоминалось ранее, может потребоваться дополнительная очистка открытых провод перед пайкой.Это можно быстро сделать с помощью свинцовый очиститель, показанный на фиг. Предназначен в первую очередь для использования на твердой проволоке (в том числе выводы компонентов), этот очиститель в виде ластика удалит загрязнения, такие как грязь и оксиды с поверхности проволоки. Провод компонента очищается показан на фиг. 5.

Для снятия эмали или пленочной изоляции любого типа с сплошного провода, абразивный материал. можно использовать свинцовый очиститель. Он сделан из плетеной проволоки, сформированной из куска алюминий. Подробности создания этого типа пылесоса приведены в упражнении. 25.1.

Последний этап перед соединением — лужение многожильного провода. Этот процесс необходим для формирования вокруг терминала способом в результате соединение будет настолько аккуратным, насколько это возможно при использовании сплошной проволоки. Сначала с провода снимается примерно дюйм изоляции, и пряди плотно скручены в направлении, чтобы вернуться к исходному состоянию ориентация скручивания, которая нарушается действием снятия изоляции. Это скручивание также возвращает проволоке исходный диаметр, что важно избегать трудности с подключением к клеммам с маленькими проушинами, клеммам горшечного типа, или центральный штырек на штекерах фонокорректора.

— РИС. —5 Очистка свинца и проволоки.

Оголенный и скрученный провод затем погружают в жидкий флюс, такой как Кестер. 1544 или 1589 флюс. Следует избегать контакта флюса с изоляцией. так что очистка после завершения процесса лужения будет быстрее.

Лужение многожильного провода может быть эффективно выполнено одним из следующих способов: два метода. Первый — с использованием паяльника, как показано на фиг. 6а. Изолированная часть провода аккуратно удерживается между зажимами Настольные тиски с выдвинутым флюсовым проводником.Поднесен горячий паяльник в контакт с нижней частью провода и припоем, нанесенным на верх прямо на пряди. Тепло от железа вызовет плавление припоя и протягиваться через жилы, поскольку плавящийся припой следует в направлении теплового потока. Рисуем утюг и припой по длине провода от конца к изоляции и обратно обеспечит прочное, равномерное соединение отдельных прядей.

Второй метод лужения — с помощью ванны для припоя.Это показано на фиг. 6б. В емкости находится ванна с расплавленным припоем, поддерживаемая при температуре между 600 и 650 ° F. Чтобы начать процесс лужения, образование окалины на поверхность расплавленного припоя снимается небольшим деревянным шпателем например, депрессор языка. Затем флюсовую проволоку медленно помещают в припаяйте так, чтобы изоляция находилась чуть выше поверхности. Этот медленный вход al понижает отдельные пряди до достаточной температуры, чтобы смачивающее действие и результаты склеивания.При вытаскивании проволоки снова делать медленно, чтобы поверхностное натяжение припоя стянуло излишки припоя. припаять провод. (Осторожно: при работе с расплавленный припой, чтобы избежать травм.)

Эффективные результаты лужения, когда весь проводник смачивается достаточным количеством припоя поверхности, образующие между собой прочную связь. Следует избегать чрезмерного количества припоя. Контур каждой пряди должен быть хорошо виден.

После лужения проволоки остатки флюса следует удалить.Это Для этого положите проволоку на бумажное полотенце и протрите конец жесткой кисть с изопропиловым спиртом. Теперь проволока готова к намотке. любой тип соединения, не заботясь о том, чтобы какие-либо жилы отделились от группа.

— РИС. — 6 Лужение многожильного провода: (а) с помощью паяльника; (б) окунание проволока в жидкий флюс, а затем в расплавленный припой.

Проблема, связанная с лужением или выполнением пайки многожильных проводов. проволока — это состояние, называемое растеканием, при котором припой течет по капиллярам. действие под утеплителем.В результате проволока становится жесткой там, где требуется максимальная гибкость, что противоречит цели использования многожильных провод. Чтобы свести к минимуму эту проблему, используются инструменты, предотвращающие растекание (проводящие радиаторы), такие как как тип, показанный на фиг. 7а. Ручки сначала сжимаются, чтобы открыть зажимы для размещения проводника и изоляции (фиг. 7b). Затем инструмент перемещается так, чтобы нос каждой челюсти плотно прилегал к проводнику, прилегающему к изоляция. Средство против впитывания воды защищает изоляцию от тепла. паяльника, шунтируя поток тепла от проводника, когда он проходит в изоляцию, тем самым уменьшая впитывание.

— РИС. —7 Использование инструмента, препятствующего впитыванию: (a) приспособление, препятствующее впитыванию; (б) ввод проволоки.

— РИС. — 8 Инструменты для резки проволоки различных типов.

После операции лужения избыточная длина проволоки вместе с накоплением припоя, который обычно скапливается на конце провода, можно удалить парой диагональных фрез. Выбор наиболее подходящего типа диагональных фрез (дамб) зависит в первую очередь от размера используемого провода, а также доступности во время сборки.Из-за разнообразия возникающих ситуаций резания, доступны многие стили диагональных фрез. Подборка общих стилей используемый для электронной проводки, показан на фиг. 8. Размер этих диагональных фрез. колеблется от 6 дюймов для проволоки большого сечения (макс. AWG № 14) до 4 дюймов длинный для использования с меньшими проводами, такими как AWG № 24 и меньше.

Режущие кромки диагональных фрез могут быть классифицированы как обычные, полузаглубленные, или полный слив. Обычные фрезы, используемые для универсального применения, оставляют «острие» на конце проволоки после резки.Фрезы с полузажимом оставляют менее выраженная точка. Фрезы с прямым заподлицо, предназначены для использования только на отожженных медная проволока не оставляет точек или фаски, а имеет гладкий, плоский конец, перпендикулярный к оси проволоки. Так как обычные и полузаглубленные фрезы деформируют конец провода, это может создать проблему при попытке вставить провод в отверстия с жестким допуском, например, связанные с клеммами горшечного типа, небольшие проушины и отверстия в клеммных колодках печатной платы. Кроме того, резкое точки, которые оставляют эти резцы, нежелательны, когда они выступают из клеммных соединений.По этим причинам рекомендуется использовать фрезу заподлицо.

Челюсти большинства диагональных фрез создают легкий «толчок», когда сходятся вместе. при разрезании проволоки. При использовании на соединительном проводе это не представляет проблемы. Тем не мение, Чувствительные полупроводниковые устройства могут быть повреждены этим ударом. По этой причине, Ножницы рекомендуются для деликатной работы. Челюсти этих фрез проходите друг друга, как ножницами, тем самым сводя к минимуму разрез шок.

Диагональные фрезы доступны с закругленными, коническими и офсетными головками для выполнения требования различных потребностей резки.Наиболее подходящая стрижка челюсти, формы и типы кромок выбираются после того, как выполняемая работа оценен. Когда необходимо разрезать проволоку большего сечения и уменьшить допуски на резку и доступность не критична, можно использовать менее деликатные резаки. Сложная проводка с использованием тонкой проволоки потребует более тонких резаков.

Резиновые вставки губок доступны на некоторых типах фрез, которые захватывают конец удаляемой проволоки. Эти вставки предотвращают разлет обрезанного конца из челюсти при разрезании проволоки.Присутствует серьезная угроза безопасности при использовании диагональных фрез, не оснащенных резиновыми вставками. Это всегда Хорошая практика — направлять конец проводника вниз, чтобы предотвратить летящий конец от причинения травм. Фрезы с пластиковыми захватами предпочтительнее фрез с нет захватов, потому что они не только обеспечивают более надежный захват, но и уменьшают утомляемость рук.

(продолжение части 2)

3.3 Сопротивление и удельное сопротивление | Texas Gateway

Температурное изменение сопротивления

Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры.Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рис. 3.14.) И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ºC100 ºC размер 12 {«100» ° C} {} или меньше) удельное сопротивление ρρ размером 12 {ρ} {} изменяется с изменением температуры ΔTΔT размером 12 {DT} {}, как выражено в следующее уравнение

3.23 ρ = ρ0 (1 + αΔT), ρ = ρ0 (1 + αΔT), размер 12 {ρ = ρ rSub {size 8 {0}} \ («1» + αΔT \) «,»} {}

где ρ0ρ0 размер 12 {ρ rSub {размер 8 {0}}} {} — это исходное удельное сопротивление, а αα размер 12 {α} {} — температурный коэффициент удельного сопротивления. (См. Значения αα размера 12 {α} {} в Таблице 3.2 ниже.) Для более значительных изменений температуры размер αα 12 {α} {} может изменяться, или может потребоваться нелинейное уравнение для определения ρ.ρ. размер 12 {ρ} {} Обратите внимание, что αα размер 12 {α} {} положителен для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой.Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, манганин (который состоит из меди, марганца и никеля) имеет размер αα 12 {α} {} , близкий к нулю (до трех цифр на шкале в таблице 3.2), и поэтому его удельное сопротивление незначительно изменяется в зависимости от температуры. . Это может быть полезно для создания эталона сопротивления, не зависящего от температуры.

Рис. 3.14. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах — это сверхпроводник до примерно 4.2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление делает резкий скачок, а затем почти линейно увеличивается с температурой.

Материал	Коэффициент αα (1 / ° C)
Проводники
Серебро	3,8 × 10–33,8 × 10–3 размер 12 {3 «.» 8 раз по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Медь	3.9 × 10–33,9 × 10–3 размер 12 {3 «.» 9 раз по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Золото	3,4 × 10–33,4 × 10–3 размер 12 {3 «.» 4 раза по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Алюминий	3,9 × 10–33,9 × 10–3 размер 12 {3 «.» 9 раз по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Вольфрам	4,5 × 10–34,5 × 10–3 размер 12 {4 «.»5 раз» 10 «rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Утюг	5,0 × 10–35,0 × 10–3 размер 12 {5 «.» 0 умножить на «10» rSup {size 8 {- 3}}} {}
Платина	3,93 × 10–33,93 × 10–3 размер 12 {3 «.» «93» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Свинец	4,3 × 10–34,3 × 10–3 размер 12 {3 «.» 9 раз по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Сплав Cu, Mn, Ni	0.000 × 10−30,000 × 10−3 размер 12 {0 «.» «000» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Медь, никелевый сплав	0,002 × 10−30,002 × 10−3 размер 12 {0 «.» «002» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Меркурий	0,89 × 10–30,89 × 10–3 размер 12 {0 «.» «89» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	0.4 × 10−30,4 × 10−3 размер 12 {0 «.» 4 раза по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Полупроводники
Углерод (чистый)	−0,5 × 10−3−0,5 × 10−3 размер 12 {- 0 «.» 5 раз по «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Германий (чистый)	−50 × 10−3−50 × 10−3 размер 12 {- «50» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}
Кремний (чистый)	−70 × 10−3−70 × 10−3 размер 12 {- «70» умножить на «10» rSup {размер 8 {- 3}}} {}

Таблица 3.2 Температурные коэффициенты удельного сопротивления αα размер 12 {α} {}

Обратите внимание, что αα размер 12 {α} {} отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 3.2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения размера ρρ 12 {ρ} {} с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку размер R0R0 12 {R rSub {размер 8 {0}}} {} прямо пропорционален ρ.ρ. размер 12 {ρ} {} Мы знаем, что цилиндр R = ρL / A, R = ρL / A, размер 12 {R = ρL / A} {} и поэтому, если размер LL 12 {L} {} и размер AA 12 {A} {} не сильно изменяются с температурой, размер RR 12 {R} {} будет иметь такую ​​же температурную зависимость, как и размер ρρ 12 {ρ} {}. Изучение коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, и поэтому влияние температуры на размер LL 12 {L} {} и размер AA 12 {A} {} составляет примерно на два порядка меньше, чем на ρ.р. размер 12 {ρ} {} Таким образом,

3.24 R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {size 8 {0}} \ («1» + αΔT \)} {}

— температурная зависимость сопротивление объекта, где размер R0R0 12 {R rSub {размер 8 {0}}} {} — исходное сопротивление, а размер RR 12 {R} {} — сопротивление после изменения температуры ΔT.ΔT. размер 12 {DT} {} Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.15.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Рис. 3.15 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры. (Biol, Wikimedia Commons)

Пример 3.6 Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити

Следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ0 (1 + αΔT) ρ = ρ0 (1 + αΔT) размера 12 {ρ = ρ rSub { размер 8 {0}} \ («1» + αΔT \)} {} и R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {размер 8 {0}} \ («1» + αΔT \)} {} для изменений температуры более 100 ºC 100 ºC размер 12 {«100» ° «C»} {}.Однако для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной (20 ºC20 ºC) до типичной рабочей температуры 2850 ºC 2850 ºC для размера 12 {«2850» ° «C»} {}?

Стратегия

Это прямое применение R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {size 8 {0}} \ («1» + αΔT \)} {}, поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R0 = 0.350 ОмR0 = 0,350 Ом размер 12 {R rSub {размер 8 {0}} = 0 «.» «350» `% OMEGA} {}, а изменение температуры ΔT = 2 830 ºC. ΔT = 2 830 ºC. размер 12 {ΔT = «2830» ° «C»} {}

Решение

Горячее сопротивление RR размера 12 {R} {} получается путем ввода известных значений в приведенное выше уравнение:

3,25 R = R0 (1 + αΔT) = (0,350 Ом) [1 + (4,5 × 10–3 / ºC) (2830 ºC)] = 4,8 Ом. R = R0 (1 + αΔT) = (0,350 Ом) [1 + (4,5 × 10–3 / ºC) (2,830 ºC)] = 4,8 Ом.

Обсуждение

Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.

Исследования PhET: сопротивление в проводе

Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.

Потери в меди — обзор

8.3.3.1 Обзор существующих методов

Отдельный онлайн-мониторинг потерь в железном сердечнике и меди одно- и трехфазных трансформаторов желателен, поскольку дополнительные потери из-за проблем с качеством электроэнергии (e .g., гармоники, возбуждение постоянным током) могут быть легко обнаружены до того, как произойдет какое-либо существенное повреждение из-за дополнительного повышения температуры. Эти потери можно точно и экономично измерить для однофазных трансформаторов с помощью компьютерного тестирования (CAT) [71,88].

Известные подходы к онлайн-измерению потерь в высокоэффективных трансформаторах (например, с КПД более 97%) неточны, поскольку они измеряют входную и выходную мощности и определяют потери из разницы этих двух больших значений.Обычно применяемый косвенный метод, состоящий из испытаний без нагрузки (потери в железном сердечнике) и короткого замыкания (потери в меди) [35], не может быть выполнен в режиме онлайн, пока трансформатор частично или полностью загружен. То же справедливо и для метода обратной загрузки [89].

Arri et al. представила аналоговую измерительную схему [90]. Хорошо известно, что на стороне заземления Y трехфазного трансформатора могут возникать токи нулевой последовательности, и эти токи будут вызывать соответствующие потери в трансформаторе.Измерительная схема, представленная Arri et al. не может измерить эти составляющие нулевой последовательности, поэтому метод не подходит для трансформаторов с заземлением на любой стороне (первичной или вторичной). Более того, Arri et al. полагается на множество измерительных трансформаторов (девять ТТ и девять ТТ) для преобразования соединения Δ в соединение Y для подключенного трансформатора Y / Δ: в результате снижается точность измерения. В [91] аналоговая измерительная схема с ваттметрами представлена ​​в однофазной схеме.

В этом разделе представлен более точный метод в реальном времени для цифрового и раздельного измерения установившихся потерь в железном сердечнике и меди трехфазных трансформаторов с различными заземленными соединениями, когда трансформаторы работают при любых условиях нагрузки. Эта цифровая измерительная схема основана на датчиках напряжения и тока (делители напряжения, шунты, трансформаторы тока, трансформаторы тока или устройства Холла), аналого-цифровом преобразователе и персональном компьютере. С помощью компьютерной программы тестирования (CATEA) [70] потери, КПД, гармоники, снижение номинальных характеристик и формы волн всех напряжений и токов можно контролировать за доли секунды.

Максимальные ошибки измерения потерь достаточно малы и варьируются в диапазоне от 0,5 до 15%, в основном в зависимости от точности используемых датчиков напряжения и тока. В зависимости от применения могут использоваться делители напряжения с оптопарами [73], токовые шунты с оптопарами, трансформаторы напряжения и тока (погрешность <0,1%), а также датчики Холла [92] (погрешность <0,5%).

Когда сигналы напряжения и тока получены от устройств Холла [92], потери в меди будут включать потери постоянного тока, если они существуют.При условии, что сигналы напряжения и тока генерируются датчиками PT и CT, потери постоянного тока не включаются в потери в меди и должны измеряться дополнительными вольтметрами постоянного тока и амперметрами или датчиками. В этом случае общие потери состоят из потерь в стальном сердечнике, медных потерь переменного и постоянного тока.

Сверхлегкий сверхпроводящий провод на основе Mg, B, Ti и Al

Было показано, что температура плавления Al + 1,37 об.% Al ₂ O ₃ оболочка относительно низкая ~ 652 ° C ²² , в то время как температура, близкая к 650 ° C, необходима для быстрого образования плотной фазы MgB ₂ ²³ .Это может вызвать нежелательные изменения (например, плавление или перекристаллизацию) Al ₂ O ₃ стабилизированной алюминиевой оболочки. Поэтому для недеформированной проволоки Mg / B / Ti / HITEMAL, обозначенной как wA, была применена термообработка с быстрым нарастанием (~ 25 ° C / мин) с установочной температурой 628–635 ° C и выбросом до 640–646,5 ° C wB и wC, см. Таблицу 1 и Рис. 1. Изображение поперечного сечения провода wB показано на Рис. 2 (a), где центральное отверстие (на месте исходного сердечника Mg) и сформировано MgB _{Хорошо видны 2 слоя} толщиной ∼100 мкм.Это коррелирует с кинетикой образования слоя MgB ₂ , представленной Li et al. кто рассчитал время, необходимое для реакции Mg + B ²⁴ . Наши предыдущие эксперименты подтвердили эту модель и показали оптимальное время 8 минут для HT при 635 ° C и превышении 654 ° C ²³ . На рисунке 2 (b) показан тонкий интерметаллический реакционный слой толщиной ~ 1 мкм на границе раздела Ti / Al проволоки wB, подвергнутой термообработке (HT) при температуре 628 ° C / 10 мин.

Таблица 1 Условия термообработки с начальным кратковременным превышением температуры ( T _макс ) проволок wA-wC и соответствующей толщины межфазного слоя Al ₃ Ti, микротвердости оболочки HITEMAL (HV _0.005 ), необратимой деформации ( ε _irr ) и напряжения ( σ _irr ). Рис. 1

Схема окончательной термообработки проводов wA, wB и wC. На вставке показаны резистивные переходы сравниваемых проводов.

Рисунок 2

Изображение поперечного сечения термообработанной проволоки wB ( a ) и фрагмент реакционного слоя Al ₃ Ti на границе раздела Ti / Al проволоки wB ( b ) .

Локальный анализ EDS подтвердил фазу Al ₃ Ti, что хорошо согласуется с данными других исследований ²⁵ . Сравнимый слой Al ₃ Ti аналогичной толщины наблюдался для проволок wA и wB, прошедших термообработку в течение 10 минут, в то время как для проволоки wC, отожженной в течение 30 минут, слой увеличился до ∼4 мкм (см. Таблицу 1). Образование фазы Al ₃ Ti на границе раздела Ti / Al может значительно снизить тепловой и электрический перенос между сердечником MgB ₂ и внешней оболочкой Al + Al ₂ O ₃ .Чтобы свести к минимуму образование фазы Al ₃ Ti, предпочтителен короткий режим термообработки с очень быстрым начальным нарастанием.

Критические плотности тока сравниваемых проводов wA-wC были определены из магнитных петель с использованием модели критического состояния Бина, чтобы установить связь между шириной петли гистерезиса Δ м и критической плотностью тока. Предполагая полное проникновение магнитного поля в измеряемый образец, конкретная форма формул, связывающих Δ m — J _c , может быть получена с учетом геометрии текущего потока.В случае цилиндрического сердечника MgB ₂ критическая плотность тока получается согласно:

$$ \ begin {array} {c} {J} _ {c} = \ frac {3} {d} { \ rm {\ Delta}} M \, {\ rm {for}} B \, \ mathrm {application} \, {\ rm {parallel}} \, {\ rm {to}} \, {\ rm { }} \, {\ rm {wire}} \, {\ rm {axis}} \, (B ||) \, \, {\ rm {and}} \\ \, {J} _ {c} = \ frac {3 \ pi} {4d} {\ rm {\ Delta}} M \, {\ rm {for}} \, B \, {\ rm {application}} \, {\ rm {perpendicular}} \ , \ mathrm {to} \, \ mathrm {the} \, {\ rm {wire}} \, {\ rm {axis}} \, (B \, \ perp \,) \ end {array} $$

, где Δ M — ширина петли гистерезиса, деленная на объем сердечника MgB ₂ , а d — диаметр сердечника.{3}}} $$

Размеры нити d _I и d _o в проводе wB равны 0,00423 и 0,00625 см соответственно. На рис. 3 (а) показаны критические плотности тока проволоки wB, измеренные с помощью магнитометра с вибрирующим образцом при внешних магнитных полях 1–9 Тл (в B || и B ⊥) и температурах 5–25 К. Дж. _c ( B , T ) значения провода в перпендикулярном поле идентичны J _c одножильного MgB _{2 Провода} / Ti / Cu, изготовленные методом IMD и отожженные при 640 ° C / 60 мин ²⁷ , что является результатом достаточно плотного порошка бора, деформированного внутри оболочки Al + Al ₂ O ₃ .Пунктирными линиями показаны значения J _c в параллельном поле, которые очень похожи на перпендикулярные для температур 5–15 K и лишь немного снижаются при температурах выше 20 K. Небольшая разница J _c между перпендикулярным направлением поля (с токами, текущими по трубчатому сердечнику) и параллельным направлением отражает превосходную однородность соединения MgB ₂ , созданного процессом IMD. Противоположное поведение с большими J _c различиями между B || и B ⊥ наблюдался в MgB ₂ , полученном с помощью процесса in-situ PIT, что было связано в первую очередь с текстурой, вызванной деформацией проволоки и приводящей к различной «пористости» или «связности» в продольном и поперечном направлениях ²⁸ .На рис. 3 (б) показаны плотности тока транспортной техники (рассчитанные для всего поперечного сечения провода) при 4,2 К для образцов wA, wB и wC. Наивысшее значение J _e измерено для wA из-за T _max = 646,5 ° C, что близко к температуре плавления Mg ²² . Механизм представленного процесса IMD ​​при температурах ниже 650 ° C учитывает быструю диффузию Mg в порошок бора и последующее образование фазы MgB ₂ ^23,24 .Резистивные переходы сравниваемых слоев MgB ₂ аналогичны (см. Вставку на рис.1), но систематическое снижение критической температуры ( T _c = 37,00 K — wA, 36,89 K — wB и 36,87 K — wC) и небольшое расширение перехода R ( T ) (Δ T _c = 1,90 K — wA, 2,03 K — wB и 2,15 K — wC). Он отражает состав и чистоту образовавшейся фазы MgB ₂ и коррелирует со значениями J _e , показанными на рис.3 (б).

Рисунок 3

Критические плотности тока провода wB, полученные из измерения VSM ( a ) и J _e ( B ) при измерении транспортного постоянного тока проводов wA, wB и wC при 4,2 К. ( b ) включая J _e провода wB из измерения VSM.

Только слегка пониженная пиковая температура 642,5 ° C для провода wB привела к снижению J _e примерно на 10% по сравнению с проводом wA, но J _e провода wC снизилась на 37% в поле 6 T по сравнению с wA.На рисунке 3 (b) также показана связь между транспортным и магнитным J _e (от VSM) для провода wB, где наблюдалось падение магнитного J _e с транспортного. Это можно рационализировать, учитывая различный ток в сочетании с отсутствием полностью идентичных соединений вдоль и поперек оси сердечника.

Изменения критических токов существующих проводов, подвергнутых осевому растяжению при 4,2 К, показаны на рис. 4. Из-за большего теплового сжатия Ti и Al по сравнению с MgB ₂ охлаждение до 4.2 К приводит к напряжению сжатия, которое действует на слой MgB ₂ и снижает критическую температуру и ток ^1,29 . Приложенное осевое растяжение частично компенсирует напряжение давления, и, следовательно, критический ток увеличивается до уровня необратимой деформации ( ε _irr ), где разрушение хрупкого MgB ₂ приводит к радикальной деградации. Значение ε _irr определяет максимальную деформацию, при которой ток все еще остается обратимым ²⁹ .На рисунке 4 можно увидеть значительное влияние применяемой термообработки на необратимую деформацию. Проволока wA с самой высокой пиковой температурой 646,5 ° C механически ведет себя как самая слабая, и, следовательно, самая низкая ε _irr = 0,166%. измеряется из-за очевидного размягчения внешней оболочки.

Рисунок 4

Допуски на деформацию проволок wA, wB и wC при растяжении при 4,2 К по сравнению с аналогичной проволокой с внешней оболочкой GlidCop.

Однако проволока из wC, отожженная при максимальной температуре 640 ° C, имеет наивысшее значение ε _irr = 0.342%, что даже сопоставимо с пределом деформации одножильного провода IMD, армированного оболочкой GlidCop, см. Закрашенные кружки на рис. 4. GlidCop — это медь, усиленная дисперсией, которая уже эффективно использовалась для некоторых проводов MgB ₂ ²³ . В таблице 1 показаны необратимая деформация ε _irr и необратимая нагрузка σ _irr , измеренные для wA-wC, которые хорошо коррелируют с микротвердостью оболочки HV _0,005 — наименьшей для wA ∼ 43 ГПа и максимальной при wC ∼ 68 ГПа.Уже было показано, что на допуски на деформацию и напряжение ( σ _irr и ε _irr ) проволоки MgB ₂ в основном влияет механическая прочность внешней оболочки ³⁰ . Поэтому структурные изменения во внешней оболочке проводов wA-wC были исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии.

Деформированный Al + Al ₂ O ₃ состоит из зерен Al, интенсивно вытянутых в направлении волочения проволоки, а поперечная структура показывает случайно распределенные нанометрические дисперсоиды Al ₂ O ₃ , см.рис.5 (а). Нанодисперсоиды образованы из слоев нативного аморфного (am) -Al ₂ O ₃ на порошках Al после распыления ²⁰ . Вызванная деформация сдвига разрушила слои Al ₂ O ₃ на am-Al ₂ O ₃ пластинок во время этапов холодной обработки ²¹ и некоторые остатки разрушенного am-Al ₂ O ₃ пластинок остались на высокоугловых границах зерен, см. Белую стрелку на рис. 5 (а). Однако большинство пластинок am-Al ₂ O ₃ , преобразованных в нанометрические кристаллические диспергаторы Al ₂ O ₃ во время холодной обработки, были обнаружены как на границах зерен Al, так и внутри зерен Al. см. черную стрелку на рис.5 (а). При окончательной термообработке наблюдается укрупнение зерен Al. При повышении температуры предпочтительно устраняются большеугловые границы зерен, но малоугловые границы зерен по-прежнему стабилизируются дисперсоидами Al ₂ O ₃ и выдерживаются даже при более высоких температурах отжига, см. Рис. 5 (b). Черные стрелки показывают совместную локализацию малоугловых границ зерен с дисперсоидами Al ₂ O ₃ в оболочке провода wA.

Рис. 5. Светлопольные изображения

ПЭМ поперечных сечений деформированных оболочек Al + Al ₂ O ₃ ( a ) и термообработанной оболочки провода wA ( b ).

На рисунке 6 показаны изображения в светлом поле поперечных сечений оболочки из Al + Al ₂ O ₃ в термообработанных проволоках wA — wC (ac), полученные методом просвечивающей электронной микроскопии, в сравнении с деформированным, показанным на рисунке 6 ( г). Микрофотографии ПЭМ демонстрируют различную микроструктуру после отжига с максимальной температурой от 640 ° C до 646,5 ° C. В то время как зерна Al в деформированной проволоке обычно имеют равноугольную форму среднего размера d _av ∼ 470 нм, в проволоках wB и wC видны увеличенные и / или удлиненные (не равноугольные) зерна из-за укрупнения зерен.Высокоугловые границы зерен Al + Al ₂ O _{3 оболочки} еще хорошо стабилизированы Al ₂ O ₃ дисперсоидами при температуре термообработки T _max = 640 ° C, см. Рис. 6 ( c), где обнаружен почти удвоенный размер зерна d _av ∼ 950 нм по сравнению с деформированной оболочкой. Наружная оболочка проволоки wC остается поликристаллической со структурой, аналогичной деформированной, см. Рис. 6 (d). Гранулометрическая структура оболочки wB, представленная на рис.6 (b) больше зависит от отжига только на ∼10 ° C ниже плавления Al + Al ₂ O ₃ и d _av ∼ 1380 нм было оценено для T _max = 642,5 ° С. Рисунок 6 (a) показывает, что границы зерен в wA (5,5 ° C ниже плавления Al + Al ₂ O ₃ ) не более стабилизированы, а большие зерна Al с субзеренами и малоугловыми границами зерен с локализованными Al ₂ O ₃ дисперсоидов. Следовательно, правильная оценка d _av для провода wA невозможна.Наблюдаемые структурные изменения и укрупнение зерен приводят к механическому размягчению термообработанных оболочек Al + Al ₂ O ₃ , что сопровождается снижением микротвердости оболочки (см. Таблицу 1) по сравнению с неотожженными Al + Al ₂ O ₃ провод с высоким напряжением _0,005 ∼ 70 ГПа ²² .

Рисунок 6

Светлопольные изображения ПЭМ поперечных сечений Al + Al ₂ O ₃ оболочки проводов wA ( a ), wB ( b ), wC ( c ) и недеформированной ( d ).

Технические характеристики кабеля | LAPP Северная Америка

A: Передача тока повышает температуру кабелей и проводов в зависимости от силы тока или выбранного поперечного сечения проводника. Если сила тока слишком велика, кабель, проложенный при комнатной температуре + 20 ° C, может легко достичь температуры поверхности + 80 ° C. Если бы температура окружающей среды также значительно увеличилась, максимально допустимая температура жилы кабеля была бы значительно превышена.Это может привести к повреждению изоляционного материала жилы, оболочки кабеля и даже медного проводника или вызвать преждевременный выход из строя этих компонентов.

В зависимости от применимых стандартов, различные сечения медных проводников имеют максимальные номинальные токи. Материал изоляции жилы здесь практически не играет никакой роли. Важно то, как установлен кабель, одножильный или многожильный. В соответствии с DIN VDE 0298, часть 4, таблица 11 (см. Приложение к каталогу, таблица T12-1), указанные здесь значения мощности действительны для температуры окружающей среды + 30 ° C.
Согласно столбцу B таблицы T12-1, максимальный непрерывный ток, который может подаваться на кабель ÖLFLEX® 450 P 3 G 1.5 для портативного оборудования при температуре окружающей среды + 30 ° C, составляет 16 А на жилу (1,5 мм²).
При повышении температуры окружающей среды до + 50 ° C, например, так называемая «коррекция соотв. коэффициент уменьшения », цель которого — снизить текущую нагрузку на кабель.

Применяемый понижающий коэффициент зависит от преобладающей температуры окружающей среды и максимально допустимой температуры жилы кабеля.На странице каталога кабеля ÖLFLEX® 450 P максимально допустимая температура жилы указана как + 70 ° C. Исходя из этих двух температур, коэффициент уменьшения 0,71 можно найти в таблице T12-2 («Поправочные коэффициенты») в приложении к каталогу; максимальный номинальный ток затем умножается на этот коэффициент.

Если заказчик хочет подать ток 16 А в кабель ÖLFLEX® 450 P 3 G 1,5 мм² при температуре окружающей среды + 50 ° C, сечение жилы 1.5 мм² будет недостаточно!

Примеры расчетов
ÖLFLEX® 450 P 3 G 1,5 мм²:
Макс. нагрузка при + 30 ° C согласно таблице T12-1, столбец B: 16 A
Макс. нагрузка при +50 ℃ согласно таблице T12-2: 16 A x понижающий коэффициент 0,71 = 11,36 A
Результат: Чтобы иметь возможность проводить ток 16 A при температуре окружающей среды + 50 ° C, поперечное сечение проводника должно быть увеличился до подходящего размера.

ÖLFLEX® 450 P 3 G 2.5 мм²:
Макс. нагрузка при + 30 ° C согласно таблице T12-1, столбец B: 25 A
Макс. нагрузка при +50 ℃ согласно таблице T12-2: 25 A x понижающий коэффициент 0,71 = 17,75 A
Результат: Увеличение поперечного сечения проводника с 1,5 мм² до 2,5 мм² дает требуемое значение 16 A при температуре окружающей среды +50 ° C.

Обратите внимание, что этот расчет не принимает во внимание другие важные факторы для правильного определения допустимой нагрузки кабеля, например тип установки!

Сила тока измеряется в амперах (А).

Оценка отсутствует.

No related posts.