Рубрики
Разное

Дифференциал устройство и принцип работы: устройство, виды и принцип работы

Содержание

Как работают разные типы дифференциалов

Что необходимо знать о дифференциалах и об их различиях в работе.

Прежде чем приступить к рассмотрению дифференциалов, их типов и нюансах работы, сначала мы с вами обратимся к теории. Для чего вообще нужен дифференциал на современных автомобилях и какой принцип его работы?

Дифференциал, как говорит теория, это механическое устройство с особым видом планетарной зубчатой передачи, разделяющий момент входного вала (в нашем случае карданного вала) между выходными валами (полуосями) автомобиля, передающий, момент силы с карданного вала на задние полуоси в заднеприводном варианте или непосредственно от двигателя сразу на полуоси в переднеприводном автомобиле так (дифференциал в FWD расположен в КПП), что угловые скорости вращения этих полуосей могут быть разными по отношению друг к другу и колеса автомобиля проходят разный путь (например в повороте). Опять же, все из теории, во время прохождения поворота колеса автомобиля проходят по различным траекториям, а именно, по внутренней и внешней, отсюда соответственно получается, что колесо вращающееся по внешнему радиусу проделывает (пробегает) больший путь чем то колесо, которое вращается по внутреннему радиусу, а значит, что и скорость такого вращения колес будет разная, т. е. скорость колеса вращающегося (пробегающего) по внутреннему радиусу должна быть меньше той скорости колеса, которое вращается по внешнему радиусу.

 

Смотрите также: Что нужно знать прежде чем ездить по бездорожью

 

В этом как-раз непосредственно и заключается главная задача дифференциала, т.е. правильно распределять скорости вращения валов на выходе и соответственно самих колес.

 

Предназначение дифференциала автомобилей:

— позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;

— неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса.

 

Основная проблема, появившаяся на заре автомобильной эры, была решена с помощью применения дифференциала, теперь повороты машине можно проходить более безопасно и без пробуксовки колес, а отсюда соответственно и без чрезмерной нагрузки на трансмиссию, на шины и на сами подшипники колес. Но зато появилось другое неудобство.

Простейший дифференциал имеет одну яркую «особенность», благодаря которой он категорически не подходит для сложных, экстремальных дорожных ситуаций.

 

Когда у ведущих колес 100% сцепление с дорогой, то все будет идти хорошо и дифференциал будет исполнять свою функцию просто идеально, но стоит одному из колес попасть в ситуацию когда оно (шина) потеряет сцепление с дорогой, или попадет на другой тип грунта или на лед, то начнет вращаться именно то колесо, которое потеряло сцепление, а противоположенное стоящее на более цепком грунте просто останется неподвижным.

 

Смотрите также: Избыточная поворачиваемость и недостаточная поворачиваемость

 

Не вдаваясь в сами нюансы работы механизма можно просто констатировать факт, что дифференциал не меняет свой крутящий момент, он просто перераспределяет мощность между колесами и такая мощность будет всегда больше на том именно колесе, которое вращается быстрее. При пробуксовке колеса сопротивление его и крутящего момента будет минимальным, а значит чрезвычайно малым будет и крутящий момент передающийся с самого двигателя непосредственно на колесо, а значит и на противоположенном колесе этот крутящий момент будет ему соответствовать, то есть он будет минимальным.

 

Особенно видны и очень заметны недостатки этого классического дифференциала на спортивных автомобилях с большой мощностью, а также и на полноприводных машинах, которые рассчитаны на езду по бездорожью.

 

В этой связи инженеры и автопроизводители большинства автокомпаний начали искать новое решение с этой проблемой. Появилось большое количество (различных видов устройств) дифференциалов. Основные виды таковых нам и хотелось бы освятить в данной статье. А также нам хотелось бы рассказать своим читателям и об основных преимуществах и конкретных недостатках тех или иных видов этих устройств, и еще, на каких современных автомобилях можно сегодня встретить тот или иной тип дифференциалов.

 

Свободный дифференциал (Open Differential).

Суть его работы.

Разделяет крутящий момент двигателя на две оси, каждая из которых способна вращаться с различной скоростью.

 

Недостатки.

При потери сцепления колеса с дорогой крутящий момент на противоположном колесе тоже снижается (падает). В худшем варианте, у застрявшего автомобиля одно колесо будет свободно вращается, в то время, как противоположенное с лучшим сцеплением не сможет просто передать поверхности (дороге) достаточно крутящего момента, чтобы сдвинуть автомобиль с места.

 

Современные системы управления тягой компенсируют это, путем применения тормозов к потерявшему сцепление колесу. Но данный подход к проблеме помогает лишь отчасти, более сложный дифференциал, как правило действует быстрее и он более эффективен, чем тот же стандартный тип такого механизма.

 

На каких автомобилях его можно обнаружить.

Устанавливается на большинство автомобилей у которых «отсутствуют претензии» на нехватку большой мощности (они достаточно мощные), или у которых «отсутствуют амбиции» к любому бездорожью (внедорожники), а также на семейные седаны, на кроссоверы, на мини-вэны, на малолитражные машины, и т. д.

 

Блокируемый дифференциал (Locking Differential).

Как он работает.

При заблокированном дифференциале колеса машины будут постоянно вращаться с равными скоростями. В песке, в грязи и на снегу заблокированный дифференциал гарантирует, что крутящий момент продолжит поступать на колеса с более высокой тягой.

 

Недостатки.

В незаблокированном виде данный механизм ведет себя точно также, как и свободный дифференциал. Блокировка дифференциала на поверхности с высоким уровнем сцепных свойств, как например, на том же сухом асфальте, затрудняет поворачиваемость автомобиля и может нанести серьезный вред автомобильной трансмиссии.

 

На каких автомобилях его можно обнаружить.

Jeep Wrangler,  Mercedes-Benz G-класса,  Ram 2500 Power Wagon; опционально его можно поставить на большинство полноразмерных джипов и пикапов.

 

Самоблокирующийся дифференциал (Limited-slip Differential).

Дифференциал повышенного трения.

Как он работает.

Самоблокирующийся дифференциал совмещает в себе две концепции,- свободную и блокируемую системы дифференциалов. Он способен функционировать большую часть времени как обычный дифференциал, а в нужный момент автоматически блокироваться, т.е. в тот момент, когда происходит проскальзывание одного из колес. Блокировка достигается за счет вязкостной муфты, или фрикционной муфты, или за счет сложной системы гидророторного типа. В военных автомобилях ставятся зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.

 

Недостатки.

Чисто механические дифференциалы повышенного трения являются реактивными. То есть, они не блокируются пока не произошла пробуксовка колеса.

 

На каких автомобилях его можно обнаружить.

Nissan 370Z  со Sport пакетом (с вискомуфтой),  Mazda MX-5 Miata  (clutch-type),  Scion FR-S/Subaru BRZ  (helical gears).

 

Самоблокирующийся дифференциал с электронным управлением (Electronically Controlled Limited-slip Differential).

Как он работает.

Преимущества такого электронного управления в том, что повышается тяга в повороте и степень блокировки дифференциала можно настроить.

 

Например, если компьютер автомобиля определяет, что в повороте у него (автомобиля) избыточная поворачиваемость, то он может сильнее заблокировать дифференциал для того чтобы стабилизировать автомобиль.

 

Недостатки.

Как и в обычном дифференциале ограниченного скольжения его крутящий момент смещен в сторону и колеса более медленно вращающегося.

 

На каких автомобилях его можно обнаружить.

BMW M3  и  M4,  Cadillac ATS-V  и  CTS-V,  Chevrolet Corvette с пакетом Z51,  Ferrari 488GTB.

 

Активный дифференциал (Torque-vectoring Differential).

Как он работает.

Использует дополнительные редуктора, которые подключаются по команде электроники. Электроника собирает информацию со всех датчиков, а именно, о скорости автомобиля, о скорости вращения колес, о включенной передаче, об угле поворота рулевого колеса и о множестве других параметров.

 

Способен дозированно отправлять крутящий момент к каждому из ведущих колес.

 

С активным дифференциалом автомобиль может проходить повороты на больших скоростях.

 

Недостатки.

Системы активного дифференциала тяжелые, достаточно сложные и очень дорогие, они увеличивают расход топлива автомобиля.

 

На каких автомобилях его можно обнаружить.

Audi S4, S5 и S6; BMW X5 M и X6 M; Lexus RC F.

Что такое дифференциал. Виды и схема работы

Дифференциал как часть трансмиссии

Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.

Ведуший мост с дифференциалом в разрезе

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения – механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) – нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

  1. Передний привод – картер коробки передач.
  2. Задний привод – корпус ведущего моста.
  3. Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам).

Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.

Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы. Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.

Пробуксовка в таких условиях часто приводила к авариям, поэтому конструкторы надолго задумались над тем, как предотвратить занос машины. Решение было найдено Фердинандом Порше. Он стал изобретателем кулачкового механизма, который ограничивал проскальзывание колёс ведущего моста. Немецкое устройство дифференциала нашло применение в автомобилях Volkswagen.

Устройство и принцип работы

С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?

Устройство типового дифференциала

По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.

  1. Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
  2. Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
  3. Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
  4. Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.

Как это работает?

Детально показано на видео-ролике, ниже.

  1. От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
  2. Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
  3. Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
  4. Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
  5. При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
  6. Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
  7. При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.

При прямолинейном движении

Когда автомобиль движется прямолинейно по гладкой поверхности с твёрдым сухим покрытием, обе полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью. Полуосевые шестерни находятся в покое одна относительно другой, весь дифференциал сильно похож на монолитную конструкцию.

Сателлиты, будучи связанными через свои зубья с обеими полуосевыми шестернями, относительно своих осей не вращаются. Момент распределяется поровну между осями, если дифференциал симметричный и свободный, то есть лишён блокировок. Впрочем, с блокировками в таком идеальном случае будет то же самое.

При повороте

В повороте, а это обычный режим работы дифференциала, поскольку идеальных прямых в природе не существует, одно из колёс всегда будет вращаться быстрее. Сателлиты придут в движение относительно своих осей, но связь между полуосевыми шестернями и корпусом не утратят. То есть момент продолжит передаваться от корпуса к колёсам, причём всё в том же соотношении 50/50.

Это очень любопытно рассмотреть с точки зрения мощности. Момент одинаков, а скорость у внешнего от поворота колеса больше, то есть и мощность на него передаётся пропорционально большая.

И это неудивительно, так как чем больше скорость, тем выше потери, которые компенсируются добавкой мощности. При этом ни малейших помех вращению колёс с разной скоростью создаваться не будет, в отличие от жёсткой связи.

При пробуксовке

Гораздо менее приятно дела обстоят в том случае, когда одно из колёс попало на относительно скользкий участок дороги и сорвалось в пробуксовку при разгоне. Сцепления с дорогой нет, а значит момент сопротивления покрытия резко падает. Но этот момент всегда равен тяговому, это закон физики. Значит и тяговый момент упадёт.

Свободный симметричный дифференциал делит тягу пополам между колёсами. Всегда 50/50. То есть при падении момента на одном до нуля, на втором он обнулится автоматически. Автомобиль начнёт терять скорость, а если речь идёт о трогании с места на льду или жидкой грязи, то он просто там и останется, не сумев выехать из засады.

Читайте также:  Тормозная жидкость: описание,виды,состав,основные свойства,фото,видео

В этом главный недостаток свободного дифференциала. Он может передать усилие только то, которое способно переварить колесо, находящееся в худших условиях. Даже если второе будет на сухом чистом асфальте, автомобиль никуда не поедет. Вся энергия уйдет на быстрое и бесполезное вращение буксующего колеса.

Что представляет собой дифференциал и каково его назначение

В машине дифференциал является особым механизмом , который распределяет угловые скорости и момент вращения на колёса от основной передачи. Это необходимо для того, чтобы автотранспорт нормально поворачивался, при этом не нарушая равномерность сцепления колёс. При попытке развернуть движущуюся повозку с жёсткой осью вы непременно столкнётесь с тем, что колесо, располагающееся внутри радиуса, начинает пробуксовывать.

В то же время колесо, располагающееся на наружной дуге, которое должно двигаться на порядок быстрее, утрачивает сцепление с поверхностью. Проще говоря, оказывается, что крайне проблематично совершать поворот с парой колёс, насаженных на единую ось. Остаётся лишь выразить сочувствие несчастным лошадям, которым приходится таскать неповоротливые телеги.

Но автомобиль – не телега и в том числе потому, что при совершении им поворотов активируется дифференциал, распределяющий скорость вращения таким образом, чтобы колёса замедлялись внутри дуги поворота и ускорялись в 3 раза при движении по внешней дуге. Это происходит исключительно благодаря механическому распределению момента вращения, без участия со стороны водителя.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество дифференциала – это то, что он дал возможность выполнять повороты. Скорость движения каждого колеса на ведущей оси подстраивается под дорожную ситуацию совершенно автоматически, без участия водителя, так что безопасность и маневренность транспортного средства выросли в десятки раз после внедрения этого механизма. Сегодня дифференциал той или иной конструкции используется во всех видах автомобильного транспорта.

Еще одно преимущество – довольно высокая надежность узла. Планетарная передача выдерживает большие нагрузки, а особенности некоторых типов дифференциала еще дополнительно повышают его мощность и стойкость к износу

Основным недостатком можно назвать необходимость использовать механизм блокировки, чтобы автомобиль мог двигаться и по льду, и по сложным дорогам. Ручная, автоматическая или электронная – любой тип блокировки должен применяться обязательно, а это означает, что появляется дополнительный механизм, который может выйти из строя.

И, конечно, нельзя забывать о контроле за техническим состоянием узла. Это еще один узел, в котором нужно менять масло, хоть и не часто, и отслеживать износ деталей. И, кстати, о необходимости этой процедуры многие автовладельцы забывают.

Обслуживание

ТО исправного дифференциала сводится к замене масла в редукторе или раздатке. Никаких регулировочных или иных сервисных операций не предусмотрено, только ремонт при износе и поломках. На самоблоках иногда потребуется восстановить величину предварительного натяга подбором пакета пружинных шайб.

Обычно все дифференциалы повышенного трения требуют применения специального масла типа LSD (Limited Slip), но сейчас лучшие универсальные масла уже обладают подобными свойствами, о чём указано на этикетке.

В любом случае, лучше руководствоваться инструкцией изготовителя конкретного изделия.

Разновидности автомобильных дифференциалов

Помимо конического, цилиндрического и червячного, существуют и успешно используются следующие разновидности дифференциалов: дифференциал с полной блокировкой, дифференциал Торсен, дифференциал Квайф, вискомуфта.

Дифференциал с полной блокировкой

Дифференциалы этого типа чаще всего используются на грузовиках и внедорожниках. Их блокировка включается и отключается непосредственно из салона с помощью специальной клавиши водителем. Они используются для повышения проходимости автомобилей.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

  1. корпус;
  2. правая полуосевая шестерня;
  3. левая полуосевая шестерня;
  4. сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
  5. выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Преимущества дифференциалов этой конструкции

Преимуществ у данной конструкции достаточно много. Данный механизм устанавливают за то, что точность его работы чрезвычайно высокая, при этом работает устройство очень плавно и тихо. Мощность распределяется между колесами и мостами автоматически – какое-либо вмешательство водителя не нужно. Перераспределение момента никак не влияет на торможение. Если дифференциал эксплуатируется корректно, то обслуживать его не нужно – от водителя требуется только проверять и периодически менять масло.

Именно поэтому многие водители ставят дифференциал “Торсен” на “Ниву”. Там также применена система постоянного полного привода и никакой электроники, поэтому нередко любители экстрима меняют штатный дифференциал на данный узел.

Недостатки

Есть и минусы. Это высокая цена, ведь внутри конструкция устроена достаточно сложно. Так как дифференциал работает на принципе терния, из-за этого повышается расход топлива. При всех преимуществах КПД довольно низкий, если сравнивать с похожими системами другого типа. Механизм имеет высокую предрасположенность к заклиниванию, а износ внутренних элементов довольно интенсивный. Для смазки нужны специальные продукты, так как при работе узла выделяется много тепла. Если на одной оси установлены разные колеса, то детали изнашиваются еще более интенсивно.

Дифференциалы Квайф

Отличительной особенностью дифференциалов этого типа является то, что сателлиты в них располагаются параллельно оси вращения корпуса (чаши), причем в два ряда. Кроме того, при функционировании этих агрегатов образуются силы трения, которые при необходимости автоматически осуществляют блокировку, повышают проходимость и силу тяги автомобиля. Чаще всего дифференциалы Квайф используются для тюнинга легковых автомобилей и внедорожников.

Вискомуфта

Функционирование этот типа дифференциала основано на том же принципе, что и работа гидротрансформатора. Чаще всего вискомуфты используются в автомобилях с полным приводом и используются для того, чтобы обеспечивать связь передних колес с задними по следующему принципу: если одни из них проскальзывают, то крутящий момент транслируется на другие, за счет чего и решается проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта представляет собой цилиндр, в которой находится погруженный в вязкую жидкость пакет металлических дисков, имеющих перфорацию, и соединенных с валами (как ведущим, так и ведомым). В зависимости от температуры вязкость жидкости меняется, на чем и основывается принцип работы этого агрегата.

Видео на тему

Виды блокировок дифференциала

Есть несколько видов блокировки:

  • Полная. Напрямую подсоединить корпус к полуоси, которая получает основную нагрузку и жестко его закрепить. Т.е. передать крутящий момент, как он есть, на колеса.
  • Частичная. Ограничить в планетарном механизме вращение сателлитов. При этом заблокировать дифференциал получиться частично, а значит и крутящий момент перераспределить также частично, но большую его часть перенаправить на колесо со сцеплением.

По способу включения бывают:

  • ручной блокировки;
  • автоматической (самоблокирующей).

Привод ручной блокировки может быть:

  • механический;
  • электрический;
  • гидравлический;
  • пневматический.

Как правило ручная блокировка происходит за счет кулачкового механизма. Он приводит в действие принудительную блокировку дифференциала, с помощью переключателя на приборной панели или рычажного механизма. Т.е. водитель вручную должен активировать блок. Никаких датчиков и напоминаний. Механизм универсален для применения. Водитель, включая специальную муфту, соединяет полуось с корпусом дифференциала, и момент передается на прямую без участия сателлитов.

Если Вы купили автомобиль со значком «полный привод», это еще вовсе не значит, что на нем установлена блокировка дифференциала. К сожалению, не все любители 4Х4 об этом знают. Поэтому внедорожник, повисший в диагональном вывешивание в колее грунтовой дороги, совсем не редкость. В этой ситуации колеса, находящие в воздухе, энергично крутятся, а те, что плотно прижаты к земле, стоят без участия. Почему же так происходит?

Для городских автомобилей, вполне достаточно штатного дифференциала. Если на заснеженной трассе встретился участок со льдом, они передадут большую часть крутящего момента колесу, оставшемуся на твердой поверхности. Но для поездок по сложному бездорожью, или размытой грунтовке, этого мало.

Поэтому изобрели механизмы, которые по ситуации, или по желанию водителя, могут осуществить блокировку, у полноприводных монстров даже на выбор, заднего или переднего дифференциала и блокировку межосевого дифференциала.

Безопасность прежде всего

Дифференциал создан для обеспечения безопасного комфортного маневрирования на трассе. Описанные выше недостатки касаются езды в экстремальных условиях, а также по пересеченной местности. Поэтому если на автомобиле установлен привод ручной блокировки, использовать его нужно исключительно в соответствующих дорожных условиях. А шоссейные автомобили, которые сложно «уговорить» ехать медленнее 100 км/час, эксплуатировать без дифференциала вообще невозможно и даже опасно. Такой вот нехитрый, но бесконечно важный механизм в трансмиссии.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным диффом и позволяет снизить пробуксовку колес машины в случае возникновения между ними разницы в коэффициенте сцепления с грунтом. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля, причем независимо от качества дороги.

Самоблок исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка с полуосей снимается автоматически, если при прямолинейном движении скорости вращения колес выравнивается.

Итог

На сегодняшний день дифференциал применяется абсолютно на всех автомашинах, что является свидетельством его незаменимости. Для большинства владельцев авто не имеет значения что именно располагается под днищем их «железного коня». Тонкости и нюансы данного узла интересуют разве что любителей автомобилей и езды по суровому бездорожью. Однако чем качественнее работает этот узел, тем безопаснее и увереннее может чувствовать себя автовладелец при совершении манёвров на дороге.

Сайт источник vaznetaz.RU

Принцип работы дифференциального выключателя

Алгоритм действия дифференциального выключателя основан на обеспечении надежной защиты от возможных токов утечки. Например, в случаях непрямого контакта с токопроводящими элементами или в моменты замыкания токоведущих частей на корпус. К выбору защитного устройства следует отнестись ответственно. Вы согласны?

Мы расскажем, как правильно выбрать дифференциальный выключатель, наделенный расширенным защитным функционалом. В нашей статье мы подробно описываем типы устройств, которые могут предотвратить множество угрожающих ситуаций. Даны ценные рекомендации будущим покупателям.

Содержание статьи:

  • Работа устройства дифференциального тока
  • Типы остаточных автоматических выключателей. ) на корпусе приборов
  • Как выбрать устройство дифференциального тока?
  • Выводы и полезное видео по теме

Устройство дифференциального тока Работа

Учитывая типовую конструкцию УЗО (УДТ), следует выделить три основных модуля:

  1. Трансформатор тока суммирующий.
  2. Преобразователь путевки.
  3. Блокирующее устройство для переключающих элементов.

Токоведущие жилы цепи тока подключаются к контактам суммирующего трансформатора. Учитывая закон Ома, согласно которому сумма всех токов дает нуль, магнитное действие токонесущих проводников трансформатора взаимно компенсируется.

Магнитное поле, вызывающее за счет индукционного эффекта появление напряжения вторичной обмотки трансформатора, не формируется. Это состояние соответствует нормальным условиям протекания тока в цепи.

Устройство УДТ: 1 — контакты входной цепи; 2 — контакты выходной цепи; 3 — кнопка взвода; 4 — сделать контакты; 5 — суммирующий трансформатор; 6 — вторичная обмотка; 7 — следящее устройство; 8 — кнопка «тест»; 9 — тестовый проводник

Однако образование даже небольшого тока утечки нарушает этот баланс. Область сердечника трансформатора подвергается воздействию остаточного магнитного поля. В результате вторичная обмотка создает напряжение.

Расцепитель активируется естественным образом, преобразуя электрическую величину в механическое действие. Далее срабатывает устройство блокировки дифференциального тока.

Подобный способ защиты характеризуется как высокий уровень, т.к. цепь разрывается независимо от напряжения сети или напряжения вспомогательного источника энергии. Именно такой принцип действия гарантирует 100% защиту при любых обстоятельствах.

Конструкция каждого дифференциального выключателя тока обычно снабжена контрольным ключом. На передней панели устройства специально выведена так называемая «кнопка управления», чтобы пользователи могли проверить готовность защитного устройства к работе.

Кнопка тестирования используется для проверки работоспособности устройства. Обычное использование кнопки – после первой установки устройства и его ввода в эксплуатацию, а также во время технического обслуживания

При нажатии кнопки Тест механизм устройства искусственно создает ток утечки. В этом случае исправное устройство обязательно заработает. Обычно кнопка «Тест» используется сразу после установки автомата в цепь, при первом подключении электричества. В дальнейшем они тестируются по графику, примерно раз в квартал.

Типы устройств защитного отключения

Разнообразие автоматических выключателей впечатляет. Благодаря такому разнообразию открываются возможности организации эффективной защиты в проектах любого назначения. Рассмотрим несколько примеров конструкции УЗО, чтобы оценить все имеющиеся преимущества.

Стандартные устройства

Основное назначение стандартных устройств, например, серии F, FH – защита обслуживающего персонала. Прямой/косвенный контакт с токоведущими частями, риск поражения электрическим током – такие ситуации сводятся к нулю при использовании автоматических выключателей серии F, FH.

Устройство из серии автоматических выключателей дифференциального тока АВВ серий F и FH. Продукт из разряда экономичных, но достаточно эффективных продуктов

Лучший выбор для использования в бытовых и коммерческих целях. Приборы также обеспечивают наличие риска возгорания кабеля при длительном воздействии тока утечки.

Данный тип устройств предназначен для реализации в сетях переменного тока с минимальным уровнем высших гармоник и отсутствием постоянного напряжения. Ток нагрузки 16 — 63А, запас механической цикличности — 20000.

Другим примером стандартных селективных устройств является серия ABB DS. Они предназначены для установки и эксплуатации в однофазных сетях. СО ознакомит вас со статьей, которую мы настоятельно рекомендуем прочитать.

Дифференциальные выключатели серии ДС предназначены для организации защитных цепей от перегрузок и короткого замыкания. Модули обеспечивают четкую работу защитных функций от случайного прикосновения к токоведущим линиям или элементам оборудования.

Устройство селективного действия является продуктом производства компании ABB. Такие продукты, как последовательные модули DS, показали на практике долгую безупречную работу и поэтому пользуются спросом

Отличительной особенностью конструкции серии DS является наличие визуально обнаруживаемой индикации, сигнализирующей о наличии тока утечки. Это одна из конструкций защитного устройства, благодаря которой можно предотвратить возгорание, подать сигнал о нарушении электроизоляции. Допустимая нагрузка 6 — 40А. Цикл 20000.

Дифференциальный выключатель «домашний» серии AD, BD является продуктом немецкой компании «Schneider Electric», разработан, в первую очередь, для внедрения в структуру бытовых электросетей.

Основное назначение — исключить поражение электрическим током физического тела. Также данный вид защитного устройства достаточно эффективно и качественно защищает электрооборудование, кабели, аппаратуру.

Серия устройств, специально разработанных для использования в домашних (квартирных) сетях. Этот тип дифференциального автоматического выключателя был разработан немецким производителем Schneider Electric 9.0003

Чувствительность аппарата при прямом (косвенном) прикосновении к частям электрооборудования, находящимся под напряжением, соответствует нормативной (30 мА). Стандартная чувствительность (100 — 300 мА) также предусмотрена в случае обнаружения утечки тока вследствие пожаров. Хорошее решение для и офисного помещения.

Моноблочные дифференциальные машины

Моноблочные устройства функционируют комплексно, и в этом их главное отличие от типовых разработок. Они охватывают весь спектр защитных функций, которыми должны обладать современные устройства защиты. Настоящие устройства стандартного дизайна также предоставляют пользователям широкий функционал.

Ярким примером устройств защитного отключения, работающих в комплексном функционале, является продукция той же компании Schneider Electric. В частности, модели серии «Мульти» представляют собой выключатели нагрузки селективного и мгновенного действия.

Еще один вариант эффективных и надежных устройств, разработанный в рамках проектов под названием «Мульти». Устройства обладают широким спектром свойств, обеспечивающих защитные функции.

Автоматы в зависимости от модели предназначены для установки в распределительных сетях административных (бытовых) зданий промышленного производства.

Эти UDT обеспечивают разрыв цепи при токе утечки от 10 до 500 мА. Особенностью конструкции является возможность регулировки для исключения случайных срабатываний (разряды молнии, пробой через слой пыли и т.п.).

Ограничители перенапряжения

Пожалуй, к отдельному виду устройств следует отнести конструктивные разработки, аналогичные автоматическим выключателям, реализация которых обеспечивает защиту от перенапряжений.

Как правило, данный тип устройств наделен сверхвысоким быстродействием, уровнем чувствительности 10 — 30 мА в случае срабатывания при контакте с токоведущими поверхностями. Эти же автоматы гарантируют надежную защиту оборудования от перегрузок по току.

Устройства, предназначенные для использования в цепях, где существует риск перенапряжения. Отличаются немного расширенным функционалом

Диапазон номинальных токов здесь обычно 6 — 63А при напряжении 230 — 440 вольт. Коммутационная способность достигает значения 4500А. Конструктивно доступны для питания через 2 или 4 полюса.

Из этой же серии, но с небольшими изменениями, видны автоматические выключатели с характеристикой «А». Хороший пример — серия АД12М, где отмечается расширение защитного функционала. Среди дополнений функция отключения при повышении напряжения сети выше 265 вольт на 0,3 секунды.

Также следует отметить, что устройства, наделенные характеристикой «А», имеют существенные отличия от характеристик дифференциальных автоматов с характеристикой «АС». Первый вариант способен реагировать на постоянно пульсирующий дифференциальный ток и на синусоидальный ток.

Устройства защитного отключения передвижные

Промышленность (зарубежная и отечественная) выпускает еще одну разновидность автоматических дифференциальных выключателей в исполнении передвижного типа. То есть речь идет о переносных устройствах, управляемых дифференциальным током.

Такой дизайн характерен для современных портативных моделей. Мобильные устройства защитного отключения, рекомендуемые для бытового применения

Такие мобильные модули выполнены в виде миниатюрного блока, который просто вставляется в бытовую розетку. Между тем этот тип устройств предназначен для использования внутри помещений, относящихся к группе особо опасных (с повышенной опасностью).

Эти устройства часто устанавливаются как дополнительные модули к существующим. .

Данный однотипный прибор является портативной конфигурацией, его рекомендуется использовать в бытовых условиях для защиты детей и пожилых людей. Как известно, сопротивляемость организма молодых и старых организмов несколько отличается от одинаковых размеров тела человека среднего возраста.

Поэтому переносные УЗО выполнены конструктивно как устройства, имеющие повышенный уровень уставки срабатывания. Это значение настройки обычно не превышает 10 мА для устройств мобильного типа.

Переносные машины, например, серии УЗО-ДП, считаются оптимальной защитой для частной городской и загородной недвижимости — коттеджей, загородных домов, гаражей и т.д.

Маркировка УЗО (УДТ) на корпусе приборов

Следует отметить, что корпусная характеристика (условные обозначения на корпусе) современных приборов показывает практически полную информацию, касающуюся электромеханических и температурных параметров приборов.

Вся информация о характеристиках, области применения и даже лучшем варианте подключения напечатана на корпусе защитного устройства в виде четкой, легко читаемой маркировки

По сути, пользователю даже не нужно обращаться к сопроводительной документации, так как, зная обозначения, всю информацию можно получить, прочитав информацию с лицевой стороны корпуса.

Среди обозначений рекомендуется изучить график, отражающий характеристики машин по отношению к условиям эксплуатации: «А», «В», «АС», «F», определяющий чувствительность прибора к переменного и постоянного тока различной формы.

Сокращенное обозначение приборов часто отражает их типовую и серийную принадлежность. Например, «АД12М» — дифференциальная машина, заводской номер 12, модернизированная. Или так: «ВД63» — дифференциальный выключатель, 63 серия.

Правда, есть модели (обычно импортные), которые имеют несколько сбивающую с толку аббревиатуру, скажем — Fh300. Здесь: символ F — серия прибора, H — исполнение корпуса, 200 — серийный номер.

Или другой пример: устройство, обозначенное аббревиатурой DS. Первый символ понятен без «перевода» — дифференциала. Второй указывает на то, что устройство относится к категории селективных устройств.

Вопрос выбора требует детального изучения. Рекомендуем ознакомиться с материалом, в котором разобраны их отличия, особенности использования, а также преимущества с недостатками.

Как выбрать устройство дифференциального тока?

Устройства дифференциального тока подбираются так же, как, например, с автоматическими выключателями.

Выбор УДТ. Благодаря обширной информации, которая выводится на лицевую панель модуля, можно без затруднений выбирать устройства прямо по месту покупки

То есть выбор производится на основе традиционных критериев подбора электрооборудования данного тип:

  1. Цель использования.
  2. Соответствие току нагрузки.
  3. Критерий чувствительности ответа.
  4. Корпусное исполнение.

Для использования в бытовых условиях обычно выбирают однофазные устройства с характеристиками «АС» или «А». Для использования на внутренних сетях жилых домов лучше брать устройства с чувствительностью 10-30 мА (на прикосновение) и 100 мА (противопожарная защита и КЗ). Корпусное исполнение — максимально удобное для монтажа и в плане эксплуатации.

Следует отметить: устройство дифференциального тока всегда монтируется последовательно с автоматическим выключателем. Поэтому токовые характеристики обоих устройств должны совпадать или номинальный ток УДТ должен быть выше.

Выводы и полезное видео по теме

Еще больше интересной информации об устройстве, видах и принципе работы диффавоматов вы можете узнать из следующего видео:

УЗО по сути являются автоматическими выключателями дополнен чувствительной системой обнаружения утечки тока.

В обязательном порядке такие устройства должны быть оборудованы сетями питания, работоспособность которых связана с риском контакта людей с токоведущими частями оборудования. Схемы современного исполнения по умолчанию предполагают введение УДТ.

Хотите рассказать о том, как вы выбрали дифференциальный коммутатор для защиты домашней или загородной сети? У вас есть полезная информация по теме, которой стоит поделиться с посетителями сайта? Пожалуйста, пишите комментарии в форме блока ниже, размещайте фото и задавайте вопросы.

Что такое дифференциальный усилитель? Определение и работа дифференциального усилителя

Определение : Дифференциальный усилитель — это устройство, которое используется для усиления разности напряжений двух входных сигналов. Дифференциальный усилитель является важным строительным блоком в интегральных схемах аналоговой системы.

Обычно образует входных каскадов из операционных усилителей . Простыми словами можно сказать, что это устройство, которое усиливает разницу двух входных сигналов.

Давайте посмотрим на приведенную ниже диаграмму, где операционный усилитель используется в качестве дифференциального усилителя:

Здесь разность напряжений, присутствующая на инвертирующем и неинвертирующем выводах, усиливается и, таким образом, усиливается выходной сигнал. получен. Из-за конфигурации входа все операционные усилители считаются дифференциальными усилителями.

Когда два входа подаются на две клеммы, разность напряжений , полученная в результате, будет пропорциональна разности двух приложенных входных сигналов . Дифференциальный усилитель ведет себя как схема вычитания , которая в основном вычитает два входных сигнала. Дифференциальный усилитель может быть построен с использованием биполярных транзисторов и полевых транзисторов .

Схема дифференциального усилителя

Как видно из схемы, используются два входа и два выхода. Здесь два отдельных транзистора Q 1 и Q 2 используются так, чтобы применять отдельные входы на базе обоих транзисторов.

В идеале два отдельных транзистора обладают одинаковыми характеристиками. Резистор с общим эмиттером R E , общий положительный источник питания V CC и общий отрицательный источник питания V EE используются обоими транзисторами.

Теперь нам приходит в голову, как мы можем подать сигналы на вход и получить выход.

В основном четыре конфигурации :

  • Сбалансированный выход с двумя входами. В этой конфигурации задаются два входа, а выход берется с обоих транзисторов.
  • Несимметричный выход с двумя входами. Вход подается на оба транзистора, но выход берется с одного транзистора.
  • Балансный выход с одним входом. Здесь, предоставляя один вход, мы получаем выход от двух отдельных транзисторов.
  • Single Input Unbalance Output — это тип конфигурации, в которой на один вход подается выход, а выход берется только от одного транзистора.

Работа дифференциального усилителя

Рассмотрим Первый случай , где

Сигнал подается на базу транзистора Q 1 и на базу транзистора Q не подается никакого сигнала 2.

Здесь Q 1 действует двояко: во-первых, как усилитель с общим эмиттером, подача которого на вход Q 1 обеспечит усиленный инвертированный сигнал на выходе 1.

Во-вторых, как усилитель с общим коллектором, в котором сигнал появляется на эмиттере Q 1 , который находится в фазе с входом и немного меньше.

Итак, входной сигнал на базе Q 1 управляет транзистором, т. е. Q 1 включается положительным входным сигналом. Падение напряжения на R C1 будет больше, в результате чего коллектор Q 1 будет менее положительным.

Когда входной сигнал отрицательный, транзистор Q 1 закроется, что приведет к меньшему падению напряжения на R C1 , вызывая коллектор Q 1 , чтобы быть более позитивным.

Таким образом, инвертированный выход появляется на коллекторе Q 1 при подаче сигнала на вход 1. будет увеличиваться, как мы знаем I C ≈ I E . Таким образом, падение напряжения на R E будет больше, что заставит эмиттеры обоих транзисторов двигаться в положительном направлении.

Этот вопрос 9Положительный эмиттер 0227 2 приведет к тому, что база Q 2 станет отрицательной. Эта отрицательная половина вызовет меньший ток в Q 2 . В результате падение напряжения на R C2 также будет меньше, поэтому коллектор движется в положительном направлении.

Таким образом, у нас будет неинвертирующий выход на коллекторе Q 2 для положительного входа на базе Q 1 .

Теперь перейдем к нашему . Второй случай

Предположим, теперь сигнал подается на базу транзистора Q 9.0227 2 и транзистор Q 1 заземлен.

Таким образом, в этом случае рассмотренный выше случай поменяется местами, т. е. теперь Q 2 будет вести себя как общий эмиттер и общий усилитель, а Q 1 будет действовать как усилитель с общей базой.

Следовательно, на выходе Q 1 будет получен инвертированный и усиленный выход, а на выходе Q 2 будет неинвертированный усиленный выход.

Что такое синфазные сигналы?

В дифференциальном усилителе напряжение, генерируемое на выходе, пропорционально разности двух входных сигналов. Таким образом, когда два подаваемых входных сигналов равны , равным , т. е. нет разницы между двумя входными напряжениями, результирующее выходное напряжение будет равно 0 .

Но на практике, когда два одинаковых входа подаются на обе входные клеммы, выход не точно равен 0.

Выход в случае синфазного сигнала порядка нескольких 100 мкВ .

Важные ключевые термины

  • Усиление по напряжению : Когда мы говорим об усилении в синфазном режиме

Здесь V c — значение общего входа, подаваемого на обе входные клеммы, а Vo — выходной сигнал.

  • CMMR : CMMR означает Коэффициент подавления синфазного сигнала , он задается как отношение усиления дифференциального режима к усилению синфазного сигнала.

В дБ,  

Для идеального усилителя CMMR должно быть практически бесконечным , но на практике это не так и имеет конечное значение.

Он определяется как отношение полезного сигнала к нежелательному сигналу . больше CMMR лучше усилитель .

Дифференциальный усилитель обеспечивает превосходную стабильность смещения благодаря использованию смещения тока эмиттера.

Дифференциальный усилитель по мосту Уитстона

Дифференциальный усилитель также может быть дифференциальным компаратором напряжения, где он сравнивает один входной сигнал с другим.

Предположим, мы подключаем один вход к фиксированному эталонному напряжению, а другой к маломощному резистору или термистору. Мы можем обнаружить низкий или высокий уровень света.

Это так, потому что теперь выходное напряжение будет линейной функцией изменений в мостовой схеме.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *