Автомат с характеристика: Характеристики срабатывания автоматов. Принцип выбора

A, B, C и D

Автоматическими выключателями называются приборы, отвечающие за защиту электроцепи от повреждений, связанных с воздействием на нее тока большой величины. Слишком сильный поток электронов способен вывести из строя бытовую технику, а также вызвать перегрев кабеля с последующим оплавлением и возгоранием изоляции. Если вовремя не обесточить линию, это может привести к пожару, Поэтому, в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок), эксплуатация сети, в которой не установлены электрические автоматы защиты, запрещена. АВ обладают несколькими параметрами, один из которых – время токовая характеристика автоматического защитного выключателя. В этой статье мы расскажем, чем различаются автоматические выключатели категории A, B, C, D и для защиты каких сетей они используются.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

  • Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
  • Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Характеристики срабатывания защитных автоматических выключателей

Класс АВ, определяющийся этим параметром, обозначается латинским литером и проставляется на корпусной части автомата перед цифрой, соответствующей номинальному току.

В соответствии с классификацией, установленной ПУЭ, защитные автоматы подразделяются на несколько категорий.

Автоматы типа МА

Отличительная черта таких устройств – отсутствие в них теплового расцепителя. Аппараты этого класса устанавливают в цепях подключения электрических моторов и других мощных агрегатов.

Защиту от перегрузок в таких линиях обеспечивает реле максимального тока, автоматический выключатель только предохраняет сеть от повреждений в результате воздействия сверхтоков короткого замыкания.

Приборы класса А

Автоматы типа А, как было сказано, обладают самой высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель в устройствах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении силой тока номинала АВ на 30%.

Катушка электромагнитного расцепления обесточивает сеть в течение примерно 0,05 сек, если электроток в цепи превышает номинальный на 100%. Если по какой-либо причине после увеличения силы потока электронов в два раза электромагнитный соленоид не сработал, биметаллический расцепитель отключает питание в течение 20 – 30 сек.

Автоматы, имеющие времятоковую характеристику А, включаются в линии, при работе которых недопустимы даже кратковременные перегрузки. К таковым относятся цепи с включенными в них полупроводниковыми элементами.

Защитные устройства класса B

Аппараты категории B обладают меньшей чувствительностью, чем относящиеся к типу A. Электромагнитный расцепитель в них срабатывает при превышении номинального тока на 200%, а время на срабатывание составляет 0,015 сек. Срабатывание биметаллической пластины в размыкателе с характеристикой B при аналогичном превышении номинала АВ занимает 4-5 сек.

Оборудование этого типа предназначено для установки в линиях, в которые включены розетки, приборы освещения и в других цепях, где пусковое повышение электротока отсутствует либо имеет минимальное значение.

Автоматы категории C

Устройства типа C наиболее распространены в бытовых сетях. Их перегрузочная способность еще выше, чем у ранее описанных. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.

Установка автоматических выключателей с времятоковой характеристикой C, как мы и говорили, обычно производится в бытовых сетях. Они отлично справляются с ролью вводных устройств для защиты общей сети, в то время как для отдельных веток, к которым подключены группы розеток и осветительные приборы, хорошо подходят аппараты категории B.

Это позволит соблюсти селективность защитных автоматов (избирательность), и при КЗ в одной из веток не будет происходить обесточивания всего дома.

Автоматические выключатели категории Д

Эти устройства имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз.

Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек.

Устройства с характеристикой D наиболее часто используются в общих сетях зданий и сооружений, где они играют подстраховочную роль. Их срабатывание происходит в том случае, если не произошло своевременного отключения электроэнергии автоматами защиты цепи в отдельных помещениях. Также их устанавливают в цепях с большой величиной пусковых токов, к которым подключены, например, электромоторы.

Защитные устройства категории K и Z

Автоматы этих типов распространены гораздо меньше, чем те, о которых было рассказано выше. Приборы типа K имеют большой разброс в величинах тока, необходимых для электромагнитного расцепления. Так, для цепи переменного тока этот показатель должен превышать номинальный в 12 раз, а для постоянного – в 18. Срабатывание электромагнитного соленоида происходит не более чем через 0,02 сек. Срабатывание теплового расцепителя в таком оборудовании может произойти при превышении величины номинального тока всего на 5%.

Этими особенностями обусловлено применение устройств типа K в цепях с исключительно индуктивной нагрузкой.

Приборы типа Z тоже имеют разные токи срабатывания соленоида электромагнитного расцепления, но разброс при этом не столь велик, как в АВ категории K. В цепях переменного тока для их отключения превышение токового номинала должно быть трехкратным, а в сетях постоянного – величина электротока должна быть в 4,5 раза больше номинальной.

Аппараты с характеристикой Z используются только в линиях, к которым подключены электронные устройства.

Наглядно про категории автоматов на видео:

Заключение

В этой статье мы рассмотрели время токовые характеристики защитных автоматов, классификацию этих устройств в соответствии с ПУЭ, а также разобрались, в каких цепях устанавливаются приборы различных категорий. Полученная информация поможет вам определить, какое защитное оборудование следует использовать в сети, исходя из того, какие устройства к ней подключены.

Характеристики срабатывания автоматов. Принцип выбора

Автоматические выключатели: характеристики срабатывания и ситуации применения

Автоматический выключатель (автомат)  — коммутационное устройство, проводящее ток в нормальном режиме и блокирующее подачу электроэнергии в случаи аварии: перегрузки или короткого замыкания.

Для размыкания электрической цепи автоматические выключатели оборудованы специальными устройствами – расцепителями.

В современных модульных автоматах используется два типа расцепителей:

1) Тепловой – служит для защиты от перегрузки

Биметаллическая пластина, которая изгибается при нагреве, проходящим через нее током, тем самым размыкая контакт. Чем больше перегрузка, тем быстрее нагревается биметаллическая пластинка и быстрее срабатывает расцепитель.

Нормируемые параметры – следующие:

  • 1,13 (In) –  тепловой расцепитель не срабатывает в течение 1 ч.
  • 1,45 (In) – расцепитель срабатывает в течение < 1 ч.
2) Электромагнитный (отсечка) – предназначен для защиты от короткого замыкания

Соленоид с подвижным сердечником, который втягивается при превышении заданного порога тока, мгновенно размыкая электрическую цепь. Отсечка срабатывает при существенном превышении номинального тока (2÷10 In) в зависимости от характеристики срабатывания. Рассмотрим наиболее распространенные автоматы с характеристиками: (B, C, D, K, Z).

1) Характеристика В (3-5 In)

Электромагнитный расцепитель срабатывает при токе, превышающем номинальный в 5 раз. Время отключения <1с. При токе, превышающим номинальный в 3 раза, в течение 4-5 с. сработает тепловой расцепитель. (Обращаем ваше внимание, что для постоянного тока (DC) граница срабатывания будет немного сдвинута (х1,5).

Автоматические выключатели «В» применяются в осветительных сетях с небольшими пусковыми токами (или полным их отсутствием).

2) Характеристика С (5-10 In)

Наиболее распространённые автоматические выключатели. Минимальный ток срабатывания составляет 5 In. При этом значении через 1,5 с сработает тепловой расцепитель, а при 10 кратном превышении номинала, электромагнитный разомкнет цепь меньше, чем за 0,1 с.

Автоматические выключатели «С» подходят для сетей со смешанной нагрузкой (освещение, бытовые электроприборы)

3) Характеристика D (10-20 In)

Характеризуются большой устойчивостью к перегрузке. Тепловой расцепитель разомкнет цепь за 0,4 при превышении порога в 10 In. Срабатывание соленоида произойдет при двадцатикратном превышении номинального тока.

Автоматические выключатели «D» используются для подключения электродвигателей с кратковременными большими токами (пусковые токи)

4) Характеристика K (8-15 In)

Для автоматов этой категории характерна большая разница в показателях для постоянного и переменного токов. Например, электромагнитный расцепитель гарантировано разомкнет цепь за 0,02 с. при достижении значения в 12 In в цепи переменного тока, а для постоянного это значения увеличивается до 18 In. При превышении номинального тока в 1,5 раза в течение 2 мин. сработает тепловой расцепитель.

Автоматы с характеристикой «K» применяются для подключения преимущественно индуктивной нагрузки.

5) Характеристика Z (2-3 In)

Автоматы этой категории также имеют различия в параметрах срабатывания для переменного и постоянного токов.

Электромагнитный расцепитель разомкнет цепь при трёхкратном превышении номинальных параметров в цепи переменного тока и 4,5 In в цепях постоянного тока. Тепловой расцепитель сработает при токе в 1,2 от номинального в течение часа.

Вследствие небольших значений по превышению номинальных параметров, Автоматы «Z» применяются только для защиты высокочувствительной электронной аппаратуры.

Подытоживая вышесказанное отметим, что для бытового использования подходят автоматы с характеристиками: «В» и «С», при возможном подключении электродвигателей с высокими пусковыми токами имеет смысл использовать автоматы категории «Е» (во избежание ложного срабатывания). Категория «К» подходит при работе с индуктивными нагрузками, а «Z» для электронного оборудования, чувствительного к небольшим перегрузкам.

И последнее: если вы сомневаетесь в правильности выбора — обратитесь к профессиональному электрику, не гадайте!

В нашем магазине представлены автоматы всех перечисленных серий, при отсутствии того или иного оборудования его можно легко заказать.

Чтобы узнать подробности и заказать электротехническую продукцию звоните по телефону (495) 777-05-30
Или оставьте сообщение через форму обратной связи в разделе «Контакты».

Какую характеристику автоматического выключателя правильно устанавливать в жилых помещениях

← Новые распределительные щиты New VEGA HAGER — ваш хаб инноваций   ||   Видеообзор шкафы Hager Volta →

Какую характеристику автоматического выключателя правильно устанавливать в жилых помещениях

Для тех, кто не хочет вникать в технические тонкости, какую характеристику автоматического выключателя или дифавтомата (поскольку автоматический выключатель в нем, как часть) применить в защите вашей электросети, предлагаем вниманию рекомендации немецкого производителя HAGER – прочесть и принять:

  1. Характеристика срабатывания В (3-5 In):

    Применяется преимущественно для защиты кабелей и цепей в жилых домах (цепи освещения, розетки)

  2. Характеристика срабатывания С (5-10 In):

    Применяется для защиты кабелей и цепей преимущественно в приборах с повышенным пусковым током (группы ламп, электродвигатели, и т. д.)

  3. Характеристика срабатывания D (10-20 In):

    Применяется для защиты кабелей и цепей, особенно в приборах с очень большим пусковым током (сварочные трансформаторы, электродвигатели и т.д.)

Т.е. компания HAGER для жилых помещений рекомендует устанавливать характеристику «В». И ей следуют немецкие электрики. В принципе, подобной рекомендации придерживаются другие европейские производители. Почему же в нашей стране электромонтажники характеристику «В» в жилом фонде не принимают за стандарт, а часто применяют «С» характеристику?

Попробуем разобраться.

Рассмотрим таблицу отключения автоматического выключателя в зависимости от характеристики отключения:

Рис.1 Характеристика «В»

Выпуск автоматических выключателей с разными характеристиками отключения и отсутствие универсальной характеристики обусловлены различными требованиями к защите электрической линии от перегрузок, пусковых токов, короткого замыкания. Из таблицы мы видим, что самый быстрый и чувствительный автомат с «В» характеристикой, самый медленный и не чувствительный к пиковым нагрузкам – автомат с характеристикой «D».

Рис.2 характеристика «C»

Характеристика «С» кажется оптимальной, поскольку находится посередине графика (см. выше). Так ли это? Тот факт, что автоматы типа C сейчас активно применяются, не означает, что тип C «лучше» или «более продвинутый». Это просто два разных типа для разных условий, но технологический уровень их исполнения одинаков. И цена, практически, тоже одинакова.

Рис.3 характеристика «D»

Следует отметить, что в современной высококачественной бытовой технике, благодаря применению специальных технологий, пусковые токи значительно меньше, чем были раньше, даже если используется импульсный блок питания. Поэтому, если вы оснастили квартиру или коттедж современной техникой, можно сделать выбор в пользу защитных автоматов типа «B». При этом можно повысить надежность энергоснабжения, реализовав принцип селективного отключения. Он заключается в том, что из-за задержки по времени в срабатывании вышестоящего защитного автомата относительно нижестоящего предотвращается отключение питания по всему коттеджу или по всей квартире. Самый экономичный способ реализации селективной защиты — поставить вводной автомат типа С, а в качестве нижестоящих использовать автоматы типа B.

Еще одно хорошее преимущество характеристики «В» в квартире. Автоматы с такой характеристикой лучше щадят вашу сеть при коротком замыкании, т.к. раньше отключаются и не настолько требовательны к сечению проводников, как характеристика «С».

Выбор характеристики автоматических выключателей остается за вами. Можно полностью установить с характеристикой «С».

характеристики срабатывания автоматов


Чувствительность электромагнитных расцепителей регламентируется параметром, называемым характеристикой срабатывания. Это важный параметр, и на нем стоит немного задержаться. Характеристика, иногда ее называют группой, обозначается одной латинской буквой, на корпусе автомата ее пишут прямо перед его номиналом, например надпись C16 означает, что номинальный ток автомата 16А, характеристика С (наиболее, кстати, распространенная). Менее популярны автоматы с характеристиками B и D, в основном на этих трех группах и строится токовая защита бытовых сетей. Но есть автоматы и с другими характеристиками.

Согласно википедии, автоматические выключатели делятся на следующие типы (классы) по току мгновенного расцепления:

  • тип B: свыше 3·In до 5·In включительно (где In — номинальный ток)
  • тип C: свыше 5·In до 10·In включительно
  • тип D: свыше 10·In до 20·In включительно
  • тип L: свыше 8·In
  • тип Z: свыше 4·In
  • тип K: свыше 12·In

При этом википедия ссылается на ГОСТ Р 50345-2010. Я специально перечитал весь этот стандарт, но ни о каких типах L, Z, K в нем ни разу не упоминается. В другом месте ссылались на уже не действующий ГОСТ Р 50030.2-94 — но я и в нем упоминания о них не нашел. Да и в продаже я что-то не наблюдаю таких автоматов. У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (свыше 2·In до 3·In). У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например, у АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K (8 — 14·In) и Z (2 — 4·In), соответствующие стандарту МЭК 60947-2. В общем, будем иметь в виду, что, кроме B, C и D существуют и иные кривые, но в данной статье будем рассматривать только эти. Сами по себе кривые отключения одинаковы — они вообще показывают зависимость времени срабатывания теплового расцепителя от тока. Разница лишь в том, до какой отметки доходит кривая, после чего она резко обрывается до значения, близкого к нулю. Посмотрите на следующую картинку, обратите внимание на разброс параметров тепловой защиты автоматических выключателей. Видите два числа сверху графика? Это очень важные числа. 1.13 — это та кратность, ниже которой никакой исправный автомат никогда не сработает. 1.45 — это та кратность, при которой любой исправный автомат гарантированно сработает. Что они означают на деле? Рассмотрим на примере. Возьмем автомат на 10А. Если мы пропустим через него ток 11.3А или меньше, он не отключится никогда. Если мы увеличим ток до 12, 13 или 14 А — наш автомат может через какое-то время отключиться, а может и не отключиться вовсе. И только когда ток превысит значение 14.5А, мы можем гарантировать, что автомат отключится. Насколько быстро — зависит от конкретного экземпляра. Например, при токе 15А время срабатывания может составлять от 40 секунд до 5 минут. Поэтому, когда кто-то жалуется, что у него 16-амперный автомат не срабатывает на 20 амперах, он это делает напрасно — автомат совершенно не обязан срабатывать при такой кратности. Более того — эти графики и цифры нормированы для температуры окружающей среды, равной 30°C, при более низкой температуре график смещается вправо, при более высокой — влево.

Для характеристик k, l, z кривые несколько другие: кратность гарантированного несрабатывания 1.05, а срабатывания 1.3. Извините, более красивого графика не нашел:

Что нам следует иметь в виду, выбирая характеристику отключения? Здесь на первый план выходят пусковые токи того оборудования, которое мы собираемся включать через данный автомат. Нам важно, чтобы пусковой ток в сумме с другими токами в этой цепи не оказался выше тока срабатывания электромагнитного расцепителя (тока отсечки). Проще тогда, когда мы точно знаем, что будет подключаться к нашему автомату, но когда автомат защищает группу розеток, тогда мы только можем предполагать, что и когда туда будет включено. Конечно, мы можем взять с запасом — поставить автоматы группы D. Но далеко не факт, что ток короткого замыкания в нашей цепи где-нибудь на дальней розетке будет достаточен для срабатывания отсечки. Конечно, через десяток секунд тепловой расцепитель нагреется и отключит цепь, но для проводки это окажется серьезным испытанием, да и возгорание в месте замыкания может произойти. Поэтому нужно искать компромисс. Как показала практика, для защиты розеток в жилых помещениях, офисах — там, где не предполагается использование мощного электроинструмента, промышленного оборудования, — лучше всего устанавливать автоматы группы B. Для кухни и хозблока, для гаражей и мастерских обычно ставятся автоматы с характеристикой C — там, где есть достаточно мощные трансформаторы, электродвигатели, там есть и пусковые токи. Автоматы группы D следует ставить там, где есть оборудование с тяжелыми условиями пуска — транспортеры, лифты, подъемники, станки и т.д.

Существует разница в токе срабатывания электромагнитного расцепителя (отсечки) в зависимости от того, переменный или постоянный ток проходит через автомат. Если мы знаем значение переменного тока, при котором срабатывает отсечка, то при постоянном токе срабатывание произойдет при значении, равном амплитудному значению переменного тока. То есть ток нужно умножить примерно на 1.4. Часто приводят вот такие графики (по-моему, не очень верные, но подтверждающие то, что разница между пременным и постоянным током есть):

Все написанное выше относится к обычным модульным автоматическим выключателям. У автоматов других типов характеристики несколько другие. Например, кривые срабатывания для автоматов АП-50 — в частности, можно заметить одно существенное отличие: кратности токов гарантийного срабатывания и несрабатывания у них другие.

Характеристики срабатывания селективных автоматов

Другие кратности и у селективных автоматов (специальные автоматы, применяемые в качестве групповых). Главное отличие селективных автоматов — их срабатывание происходит с небольшой задержкой, для того, чтобы не отключать всю группу, если авария произошла на одной из линий, защищенной нижестоящим автоматом. Ниже приведены характеристики E и K для селективных автоматических выключателей серии S750DR фирмы ABB:

Усенко К.А., инженер-электрик,

[email protected]

Технические характеристики автоматических выключателей

Рассмотрим технические характеристики автоматических выключателей, установленные требованиями стандартов МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2, ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011.

Вся информация, которую вы прочитаете ниже основана на материалах из книги Ю.В. Харечко [3], а также соответствующих ГОСТов.

Коммутационная износостойкость.

Коммутационная износостойкость представляет собой способность автоматического выключателя выполнять определенное число циклов оперирования, когда в его главной цепи протекает электрический ток, оставаясь после этого в предусмотренном состоянии.

При номинальном напряжении и токовой нагрузке в своей главной цепи, равной номинальному току, любой автоматический выключатель должен выдерживать не менее 4000 циклов электрического оперирования.

Под циклом оперирования понимают последовательность оперирований автоматического выключателя из одного положения в другое с возвратом в начальное положение. Каждый цикл оперирования состоит из замыкания главных контактов автоматического выключателя с последующим их размыканием.

После выполнения 4000 циклов включения номинальной электрической нагрузки с ее последующим отключением автоматический выключатель не должен быть чрезмерно изношенным, не должен иметь повреждений подвижных контактов главной цепи, а также ослабления электрических и механических соединений. Кроме того, не должна ухудшаться электрическая прочность изоляции автоматического выключателя, которую проверяют соответствующими испытаниями.

Номинальное рабочее напряжение (номинальное напряжение).

Под номинальным рабочим напряжением (номинальным напряжением) Uе понимают установленное изготовителем значение напряжения, при котором обеспечена работоспособность автоматического выключателя, особенно при коротком замыкании. Для одного автоматического выключателя может быть установлено несколько значений номинального напряжения, каждому из которых соответствует собственное значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании.

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 установлены следующие предпочтительные значения номинального напряжения для различных видов автоматических выключателей:

  • для однополюсных – 120, 230, 230/400 В;
  • для двухполюсных – 120/240, 230, 400 В;
  • для трехполюсных и четырехполюсных – 240, 400 В.

Предпочтительные значения номинального напряжения, равные 120, 120/240 и 240 В, установлены стандартами для автоматических выключателей, предназначенных для использования в однофазных трехпроводных электрических системах переменного тока с номинальным напряжением 120/240 В.

Автоматические выключатели, имеющие значения номинального напряжения 230, 230/400 и 400 В, применяют в широко распространенных однофазных двухпроводных, трехфазных трехпроводных и четырехпроводных электрических системах переменного тока с номинальным напряжением 230 В, 400 и 230/400 В.

Помимо указанных выше в стандарте МЭК 60898-2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 установлены следующие предпочтительные значения номинального напряжения постоянного тока для универсальных автоматических выключателей:

для однополюсных – 125, 220 В;
для двухполюсных – 125/250, 220/440 В.

В обоих стандартах также сказано, что производитель должен указать в своей документации значение минимального напряжения, на которое рассчитан данный автоматический выключатель.

Номинальное напряжение изоляции Ui.

Номинальное напряжение изоляции Ui представляет собой установленное изготовителем напряжение, к которому отнесены напряжения испытания изоляции и расстояния утечки. Номинальное напряжение изоляции применяют для определения значений напряжения, используемых при испытании изоляции автоматического выключателя. Его также учитывают при установлении расстояний утечки автоматического выключателя. Когда отсутствуют другие указания, номинальное напряжение изоляции соответствует наибольшему номинальному напряжению автоматического выключателя. При этом значение наибольшего номинального напряжения автоматического выключателя не должно превышать значения его номинального напряжения изоляции.

Номинальный ток In.

Номинальный ток In – установленный изготовителем электрический ток, который автоматический выключатель способен проводить в продолжительном режиме при определенной контрольной температуре окружающего воздуха.

Под продолжительным режимом в стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 понимают такой режим, при котором главные контакты автоматического выключателя остаются замкнутыми, проводя установившийся электрический ток без прерывания в течение продолжительного времени (неделями, месяцами и даже годами).

Контрольной температурой окружающего воздуха называют такую температуру окружающего воздуха, при которой устанавливают время-токовую характеристику автоматического выключателя. Стандартная контрольная температура окружающего воздуха принята равной 30 °С.

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 установлены следующие предпочтительные значения номинального тока: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А.

Номинальная частота.

Характеристика «номинальная частота» определяет промышленную частоту, для которой разработан автоматический выключатель и с которой согласованы другие его характеристики. Автоматический выключатель может иметь несколько значений номинальной частоты. Автоматические выключатели, соответствующие требованиям стандарта МЭК 60898-2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011, могут также функционировать при постоянном токе. Стандартные значения номинальной частоты автоматических выключателей равны 50 и 60 Гц.

Характеристика расцепления.

Характеристика расцепления каждого автоматического выключателя, с одной стороны, должна обеспечивать надежную защиту проводников электрических цепей от сверхтока. С другой стороны, она не должна допускать в стандартных условиях эксплуатации расцепления автоматического выключателя при протекании в его главной цепи электрического тока, равного номинальному току. Характеристика расцепления автоматического выключателя должна быть стабильной во время его эксплуатации и находиться в пределах соответствующей стандартной время-токовой зоны1.

Примечание 1: Эта характеристика автоматического выключателя в п. 8.6.1 ГОСТ IEC 60898-1-2020 названа нормальной время-токовой характеристикой, а п. 8.6.1 ГОСТ IEC 60898-2-2011 – стандартной время-токовой характеристикой. Однако время-токовая характеристика любого автоматического выключателя имеет вид кривой. В стандартах установлены граничные значения, в пределах которых должны находиться характеристики расцепления всех автоматических выключателей, т. е. в них заданы время-токовые зоны, которые находятся между граничными время-токовыми кривыми. Поэтому рассматриваемую характеристику логичнее поименовать стандартной время-токовой зоной. В п. 8.6.1 стандартов МЭК 60898‑1 и МЭК 60898-2 она названа именно так – «standard time-current zone».

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Основные параметры стандартных время-токовых зон представлены в таблицах 7 стандартов МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2. Время-токовая характеристика любого качественного автоматического выключателя должна находиться в пределах его стандартной время-токовой зоны.

Ток мгновенного расцепления.

Под током мгновенного расцепления понимают минимальный электрический ток, вызывающий автоматическое срабатывание автоматического выключателя без выдержки времени.

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 для каждого типа мгновенного расцепления установлены следующие стандартные диапазоны токов мгновенного расцепления1:

тип В – свыше 3 In до 5 In;
тип С – свыше 5 In до 10 In;
тип D – свыше 10 In до 20 In2.

Примечание 1: В стандарте МЭК 60898‑1 эта характеристика имеет наименование «стандартный диапазон мгновенного расцепления» («standard range of instantaneous tripping»). Однако это название нельзя признать удачным. Мгновенное расцепление не может иметь какой-либо диапазон. Оно либо происходит, либо нет. В требованиях стандарта МЭК 60898‑1 и ГОСТ Р 50345 речь идет о диапазонах, в которых находятся минимальные электрические токи, вызывающие мгновенное расцепление автоматических выключателей, т. е. стандарты устанавливают диапазоны, в которых должны находиться токи мгновенного расцепления. Поэтому рассматриваемую характеристику автоматического выключателя в международном стандарте более правильно назвать стандартным диапазоном токов мгновенного расцепления, как она названа в п. 5.3.5 ГОСТ IEC 60898-1-2020.

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Примечание 2: В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 указано, что для специальных автоматических выключателей, имеющих тип мгновенного расцепления D, верхняя граница может быть увеличена до 50 In.

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Для универсальных автоматических выключателей требованиями стандарта МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 предусмотрены только два типа мгновенного расцепления – B и C. При этом для постоянного тока даны иные, чем для переменного тока, стандартные диапазоны токов мгновенного расцепления.

тип В – свыше 4 In до 7 In;
тип С – свыше 7 In до 15 In.

Если в главной цепи автоматического выключателя протекает электрический ток, величина которого равна нижней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (3 In, 5 In, 10 In переменного тока, а для универсальных автоматических выключателей также 4 In и 7 In постоянного тока), то автоматический выключатель должен расцепиться за промежуток времени более 0,1 с, но менее 45 с или 90 с (тип мгновенного расцепления B), 15 с или 30 с (тип мгновенного расцепления C) и 4 с или 8 с (тип мгновенного расцепления D) соответственно при номинальном токе до 32 А включительно и более 32 А, т. е. нижняя граница стандартного диапазона токов мгновенного расцепления не является током мгновенного расцепления.

При протекании в главной цепи автоматического выключателя электрического тока, равного верхней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (5 In, 10 In, 20 In переменного тока или 7 In, 15 In постоянного тока), он должен расцепиться за промежуток времени менее 0,1 с, т. е. верхняя граница стандартного диапазона токов мгновенного расцепления представляет собой максимально допустимое значение тока мгновенного расцепления. Любой сверхток, превышающий верхнюю границу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, тем более
должен вызывать мгновенное расцепление автоматического выключателя.

В том случае, если значение электрического тока, протекающего в главной цепи автоматического выключателя, находится между нижней и верхней границами стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, он может расцепиться либо с незначительной выдержкой времени (несколько секунд), либо без выдержки времени (менее 0,1 с). Фактическое время срабатывания конкретного автоматического выключателя определяется его индивидуальной время-токовой характеристикой. Ток мгновенного расцепления автоматического выключателя также определяется его индивидуальной время-токовой характеристикой.

Стандарт МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 классифицируют автоматические выключатели согласно их токам мгновенного расцепления по типам B, С и D, т. е. все автоматические выключатели подразделяют на три типа мгновенного расцепления: тип B, тип С и тип D. Конкретному типу мгновенного расцепления соответствует собственный стандартный диапазон токов мгновенного расцепления, а также собственная стандартная время-токовая зона. Для универсальных автоматических выключателей стандартом МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 предусмотрены два типа мгновенного расцепления B и С.

Импульсное выдерживаемае напряжение.

Под импульсным выдерживаемым напряжением понимают наибольшее пиковое значение импульсного напряжения предписанной формы и полярности, которое не вызывает пробоя изоляции при установленных условиях. Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение Uimp автоматического выключателя должно быть равным или превышать стандартные значения номинального импульсного выдерживаемого напряжения, которые установлены в таблицах 3 стандарта МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 в зависимости от номинального напряжения электроустановки (см. табл. 1).

Таблица 1. Стандартные значения номинального импульсного выдерживаемого напряжения
Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение (Uimp), кВНоминальное напряжение электроустановки, В
Трехфазные системыОднофазная система с заземленной средней точкой
2,5120/240
4230/400, 250/440120/240, 240

Предельная отключающая способность при коротком замыкании Icu.

Под предельной отключающей способностью при коротком замыкании Icu1 понимают отключающую способность, для которой предписанные условия соответственно установленной последовательности испытаний не предусматривают способности автоматического выключателя проводить в течение условного времени электрический ток, равный 0,85 его тока нерасцепления.

Примечание 1: В ГОСТ IEC 60898-1-2020 рассматриваемая характеристика автоматического выключателя имеет наименование «предельная наибольшая отключающая способность». В стандарте МЭК 60898‑1 эта характеристика названа иначе – «предельная отключающая способность при коротком замыкании» («ultimate short-circuit breaking capacity»). В национальных стандартах, распространяющихся на автоматические выключатели, вместо термина «предельная наибольшая отключающая способность» следует использовать термин «предельная отключающая способность при коротком замыкании». В требованиях стандарта МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 не используют рассматриваемый термин.

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании Icn.

Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании Icn1 представляет собой значение предельной отключающей способности при коротком замыкании, установленное изготовителем для автоматического выключателя.

Примечание 1: В ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 рассматриваемая характеристика автоматического выключателя имеет наименование «номинальная наибольшая отключающая способность». В стандартах МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2 эта характеристика названа иначе – «номинальная способность при коротком замыкании» («rated short-circuit capacity»). При этом под способностью при коротком замыкании (short-circuit capacity) в международных стандартах понимают (включающую и отключающую) способность при коротком замыкании (short-circuit (making and breaking) capacity), т. е. коммутационную способность автоматического выключателя при коротком замыкании. Для устранения расхождений в наименованиях одной и той же характеристики автоматического выключателя в международных и национальных нормативных документах целесообразно использовать термин «номинальная коммутационная способность при коротком замыкании».

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Характеристика «номинальная коммутационная способность при коротком замыкании» определяет максимальный ток короткого замыкания, который автоматический выключатель должен гарантированно включить, проводить определенное время и отключить при заданных стандартом условиях, например, при установленном в стандарте диапазоне коэффициентов мощности (см. таблицу 17 ГОСТ IEC 60898-1-2020). Автоматический выключатель тем более должен отключить любой ток короткого замыкания, значение которого не превышает его номинальной коммутационной способности при коротком замыкании.

Для понимания характера поведения автоматического выключателя после отключения им максимального тока короткого замыкания обратимся к требованиям, изложенным в п. 9.12.11.4.3 стандартов1. Каждый автоматический выключатель должен обеспечить одно отключение испытательной электрической цепи с ожидаемым током короткого замыкания, равным номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, а также одно включение с последующим автоматическим отключением электрической цепи, в которой протекает указанный испытательный ток.

Примечание 1: В стандартах МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2 этот пункт назван «Испытание при номинальной способности при коротком замыкании (Icn)», в ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 − «Испытание при номинальной наибольшей отключающей способности (Icn)». Этот пункт в международных и национальных стандартах целесообразно назвать иначе: «Испытание при номинальной коммутационной способности при коротком замыкании (Icn)».

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

После проведения этого испытания качественный автоматический выключатель не должен иметь повреждений, ухудшающих его эксплуатационные свойства, а также должен выдержать установленные стандартом испытания на электрическую прочность и проверку характеристики расцепления.

Рассматриваемую характеристику автоматического выключателя используют для согласования ее численного значения с токами короткого замыкания в электроустановке здания. Значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании должно превышать или быть равным максимальному току короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя.

Для автоматических выключателей бытового назначения в стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 установлены следующие значения номинальной коммутационной способности при коротком замыкании:

  • в диапазоне сверхтока до 10 000 А включительно – стандартные значения номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, равные 1500, 3000, 4500, 6000, 10 000 А;
  • в диапазоне сверхтока свыше 10 000 А до 25 000 А включительно – предпочтительное значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, равное 20 000 А.

Указанные значения номинальной коммутационной способности при коротком замыкании имеют и универсальные автоматические выключатели.

Включающая и отключающая способность при коротком замыкании.

Включающую и отключающую способность при коротком замыкании2 автоматического выключателя оценивают в стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 по действующему значению переменной составляющей ожидаемого тока3, который он предназначен включать, проводить в течение его времени размыкания и отключать при определенных условиях.

Примечание 2: В ГОСТ IEC 60898-1-2020 рассматриваемая характеристика автоматического выключателя имеет наименование «наибольшая включающая и отключающая способность». В стандарте МЭК 60898‑1 эта характеристика названа иначе – «(включающая и отключающая) способность при коротком замыкании» («short-circuit (making and breaking) capacity»). В национальных стандартах, распространяющихся на автоматические выключатели, вместо термина «наибольшая включающая и отключающая способность» следует использовать термин «включающая и отключающая способность при коротком замыкании». В стандарте МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 не используют рассматриваемый термин.

Примечание 2 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Примечание 3: Ожидаемый ток – электрический ток, который будет протекать в электрической цепи, если каждый полюс коммутационного устройства заменить проводником с пренебрежимо малым полным сопротивлением.

Примечание 3 от Харечко Ю.В. из книги [3]

Время отключения и время дуги.

Для отключения сверхтока автоматическому выключателю требуется определенное время – время отключения, которое представляет собой интервал времени между началом времени размыкания и концом времени дуги. Началом времени размыкания считают момент, когда электрический ток в главной цепи автоматического выключателя достигнет уровня срабатывания его расцепителя сверхтока. Концом времени дуги является момент гашения электрических дуг во всех полюсах автоматического выключателя. Поэтому время отключения однополюсного автоматического выключателя приблизительно равно сумме времени размыкания и времени дуги в полюсе, а многополюсного автоматического выключателя – сумме времени размыкания и времени дуги в многополюсном автоматическом выключателе.

Рабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics.

Номинальной коммутационной способности при коротком замыкании автоматического выключателя соответствует определенная рабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics1 – отключающая способность, для которой предписанные условия соответственно установленной последовательности испытаний предусматривают способность автоматического выключателя проводить в течение условного времени электрический ток, равный 0,85 его тока нерасцепления.

Примечание 1: В ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 рассматриваемая характеристика автоматического выключателя имеет наименование «рабочая наибольшая отключающая способность». В стандартах МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2 эта характеристика названа иначе – «рабочая отключающая способность при коротком замыкании» («service short-circuit breaking capacity»). Для устранения расхождений в наименованиях одной и той же характеристики автоматического выключателя в национальных нормативных документах вместо термина «рабочая наибольшая отключающая способность» следует использовать термин «рабочая отключающая способность при коротком замыкании».

Примечание 1 от Харечко Ю.В. из книги [3]

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 между номинальной коммутационной способностью при коротком замыкании автоматического выключателя и его рабочей отключающей способностью при коротком замыкании установлены соотношения, представленные в табл. 2. Указанная информация приведена в таблицах 18 стандартов, в которых соотношение между рабочей отключающей способностью и номинальной коммутационной способностью задано посредством коэффициента, равного К = Ics/Icn.

Таблица 2. Соотношения между номинальной коммутационной способностью при коротком замыкании и рабочей отключающей способностью при коротком замыкании

Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании IcnРабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics
Icn ≤ 6000 АIcs = Icn
6000 А < Icn ≤ 10 000 АIcs = 0,75 Icn, но не менее 6000 А
Icn > 10 000 АIcs = 0,5 Icn, но не менее 7500 А

Рабочая отключающая способность при коротком замыкании значительно меньше номинальной коммутационной способности при коротком замыкании (при Icn > 6000 А). Поэтому каждый автоматический выключатель способен отключить электрический ток, равный рабочей отключающей способности при коротком замыкании, бóльшее число раз, чем электрический ток, равный номинальной коммутационной способности при коротком замыкании.

Однополюсный и двухполюсный автоматические выключатели должны обеспечить два отключения испытательной электрической цепи с ожидаемым током короткого замыкания в ней, равным рабочей отключающей способности при коротком замыкании, и одно включение указанной электрической цепи с последующим ее автоматическим отключением. Трехполюсный и четырехполюсный автоматические выключатели должны обеспечить одно отключение электрической цепи, в которой протекает указанный испытательный ток, а также два ее включения с последующим автоматическим отключением.

Однополюсный и двухполюсный универсальные автоматические выключатели должны обеспечить одно отключение электрической цепи с ожидаемым постоянным током короткого замыкания в ней, равным рабочей отключающей способности при коротком замыкании, а также два ее включения с последующим автоматическим отключением.

После проведения указанного испытания качественный автоматический выключатель не должен иметь повреждений, ухудшающих его эксплуатационные свойства. Автоматический выключатель также должен выдержать предписанные стандартами испытания на электрическую прочность и проверку его характеристики расцепления.

В требованиях подраздела 533.3 «Выбор устройств для защиты электропроводок от коротких замыканий» стандарта МЭК 60364‑5‑53 сказано, что, когда стандарт на защитное устройство определяет и рабочую отключающую способность при коротком замыкании, и номинальную предельную отключающую способность при коротком замыкании, допустимо выбирать защитное устройство на основе предельной отключающей способности при коротком замыкании для максимальных характеристик короткого замыкания.

Однако условия эксплуатации могут сделать желательным выбор защитного устройства по рабочей отключающей способности при коротком замыкании, например, когда защитное устройство устанавливают на вводе низковольтной электроустановки. Аналогичное требование, сформулированное с терминологическими ошибками, имеется в ГОСТ Р 50571.5.53-2013, который разработан на основе стандарта МЭК 60364‑5‑53:2002. Поэтому при согласовании характеристик автоматических выключателей с характеристиками электрических цепей в электроустановке здания значения их рабочих отключающих способностей при коротком замыкании целесообразно выбирать так, чтобы они превышали или были равными максимальным токам короткого замыкания в местах их установки.

Характеристика I2t.

Характеристика I2t представляет собой кривую, отражающую максимальные значения I2t автоматического выключателя как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации. Эта характеристика позволяет оценить способность автоматического выключателя ограничивать ожидаемый сверхток в защищаемых им электрических цепях. Некоторые виды электрооборудования, например устройства дифференциального тока без встроенной защиты от сверхтока, имеют ограничения по значению характеристики I2t. Поэтому при проектировании электроустановок зданий с помощью рассматриваемой характеристики проводят проверку возможности использования автоматических выключателей для обеспечения защиты подобного электрооборудования от токов короткого замыкания.

Значения характеристики I2t для конкретных электрических токов – так называемый «интеграл Джоуля» – интеграл квадрата силы тока по данному интервалу времени (t0, t1) – определяют по следующей формуле:

В стандарте EN 60898‑1 рассматриваемая характеристика положена в основу классификации автоматических выключателей, устанавливающей способность автоматических выключателей ограничивать ожидаемые сверхтоки в защищаемых ими электрических цепях. Автоматические выключатели подразделяют на три класса ограничения энергии.

Класс ограничения электроэнергии.

Характеристика «класс ограничения электроэнергии» и значения характеристики I2t, по которым автоматические выключатели могут быть отнесены к определенному классу, не предусмотрены ни в стандарте МЭК 60898‑1, ни в ГОСТ IEC 60898-1-2020. Однако в обоих стандартах отмечается, что в дополнение к характеристике I2t, обеспеченной производителем, автоматические выключатели могут быть классифицированы согласно их характеристике I2t. По требованию производитель должен сделать доступным характеристику I2t. Он может указать классификацию I2t и соответственно маркировать автоматические выключатели.

В табл. 3 представлены максимальные значения характеристики I2t автоматических выключателей по классам ограничения электроэнергии, значения которых заимствованы из изменения А11, внесенного в стандарт EN 60898 в 1994 г.

Таблица 3. Предельные значения характеристики I2t для автоматических выключателей, А2с
Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании, АКласс ограничения электроэнергии
123
Тип мгновенного расцепления автоматического выключателя
B и CВСВС
Номинальный ток до 16 А включительно
3000Предельные значения не установлены31000370001500018000
450060000750002500030000
60001000001200003500042000
100002400002900007000084000
Номинальный ток свыше 16 А до 32 А включительно*
3000Предельные значения не установлены40000500001800022000
4500800001000003200039000
60001300001600004500055000
1000031000037000090000110000
* Для автоматических выключателей с номинальным током 40 А могут быть применены максимальные значения, равные 120 % от указанных в таблице. Такие автоматические выключатели могут быть маркированы символом соответствующего класса ограничения электроэнергии.

Автоматические выключатели, имеющие класс ограничения электроэнергии 2 и 3, представляют собой токоограничивающие автоматические выключатели, характеризующиеся малым временем отключения, в течение которого ток короткого замыкания не успевает достичь своего пикового значения. Применение токоограничивающих автоматических выключателей в электроустановках зданий позволяет уменьшить негативное воздействие токов короткого замыкания на низковольтное электрооборудование и, прежде всего, на проводники электрических цепей.

Современные автоматические выключатели бытового назначения, имеющие номинальный ток до 40 А и типы мгновенного расцепления B и C, как правило, представляют собой токоограничивающие автоматические выключатели и соответствуют третьему классу ограничения электроэнергии.

В стандарте МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 дополнительно установлена следующая классификация универсальных автоматических выключателей по постоянной времени:

  • автоматические выключатели, пригодные для электрических цепей постоянного тока с постоянной времени T ≤ 4 мс;
  • автоматические выключатели, пригодные для электрических цепей постоянного тока с постоянной времени T ≤ 15 мс.

В ГОСТ IEC 60898-2-2011 приведено следующее пояснение: «Очевидно, что токи короткого замыкания не превышают значения 1500 А в тех установках, где в силу присоединенных нагрузок постоянная времени при нормальной эксплуатации может быть не более 15 мс. В электроустановках со значениями токов короткого замыкания свыше 1500 А постоянная времени T = 4 мс считается достаточной».

Список использованной литературы

  1. ГОСТ IEC 60898-1-2020
  2. ГОСТ IEC 60898-2-2011
  3. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 5// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2017. – № 2. – 160 c

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

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

Электрические автоматы

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

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:

  • Пожаров.
  • Ударов человека током.
  • Неисправностей электропроводки.
Виды и конструктивные особенности

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

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

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

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

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

Особенности автоматов с одним полюсом

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

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

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

Свойства автоматов с двумя полюсами

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

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

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

Трехполюсные электрические автоматы

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

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

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

Использование четырехполюсного автомата

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

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

Время-токовая характеристика

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

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

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

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов
Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

Похожие темы:

Время-токовые характеристики автоматических выключателей

Многие, наверное, замечали, что на корпусах модельных защитных выключателей указаны буквы латинского алфавита – B, C или D. Они обозначают време-токовую характеристику или ток мгновенного расцепления данного устройства.

В соответствии с пунктом 3.5.17 ГОСТа Р 50345-99, ток мгновенного расцепления – это минимальные показатели электротока, при котором устройство отключается без электромагнитной защиты, то есть без выдержки времени.

Пунктом 5.3.5 того же ГОСТа установлено, что существует три вида данной характеристики:

1.B– от 3 In до 5 In.

2.C – от 5 In до 10 In.

3.D – от 10 In до 20 In.

In– это номинальный показатель предохранительного элемента.

Рассмотрим эти виды многоцелевого расцепления на примере модульного коммутационного устройства ВА 47-29.

Время-токовая характеристика типа B

На графике приведена зависимость времени срабатывания защитного устройства от величины протекающего электротока. На оси Х указана кратность тока к номинальному электротоку коммутатора. По оси Y– время разъединение (секунд).

График имеет две линии, которые описывают разброс разъединение электромагнитного и теплового расцепителя устройства. Верхняя линия – это холодное состояние автомата после срабатывания, а нижняя – горячее.

Важно! Характеристики большинства автоматов изображаются при температуре 30 градусов по Цельсию.

На представленных характеристиках, пунктирной линией отмечен верхний предел для прибора с номинальным электротоком меньше 32 Ампер.

Анализ графика показывает:

1.Если через коммутационный прибор будет проходить электрический ток в 3 In, то максимальное время его отключения в горячем состоянии составляет 0,02 секунды. В холодном состоянии время срабатывания:

  • для автоматов менее 32 А – 35 сек.;
  • для автоматов более 32 А – 80 сек.

2.Если через автомат будет проходить электроток в 5 In, то максимальное время разъединения в горячем состоянии – 0,01 секунды, а в холодном – 0,04.

Автоматические выключатели вида B используются преимущественно для защиты потребителей с активным типом нагрузки – цепи освещения, электрические обогреватели и печи.

В магазинах количество подобных устройств довольно ограничено. Хотя для организации питания групп розеток и освещения целесообразно использовать именно такие рубильники, а не тип С. Именно в таком случае удастся соблюсти селективность при коротком замыкании.

Время-токовая характеристика типа C

График время-токовой характеристики вида С:

1.Если через предохранительный коммутатор будет протекать ток в 5 In, то максимальное время отключения в горячем состоянии составит 0,02 секунды. В холодном состоянии наибольшее время разъединение :

  • для выключателей менее 32 А – 11 сек.;
  • для выключателей более 32 А – 25 сек.

2.Если через защитное коммутационное устройство будет протекать электроток в 10 In, то максимальное время срабатывания в горячем состоянии – 0,01 секунды, а в холодном – 0,03 секунды.

Данный тип автоматов используется в основном для защиты моторов с небольшими пусковыми токами и трансформаторов. Их также можно применять для запитывания цепей освещения. Они широко используются в жилом фонде.

Время-токовая характеристика типа D

График время-токовой характеристики типа D:

1.Если через з предохранительный автомат будет протекать ток в 10 In, то максимальное время отключения в горячем состоянии составит 0,02 секунды. В холодном состоянии максимальное время срабатывания :

  • для выключателей менее 32 А – 3 сек.;
  • для выключателей более 32 А – 7 сек..

2.Если через защитный коммутатор будет протекать электроток в 20 In, то наибольшее время срабатывания в горячем состоянии – 0,009 секунды, а в холодном – 0,02 секунды.

Коммутаторы вида D используются для защиты двигателей с тяжелым и частым пуском.

Изменение характеристик расцепления автоматов

Как упоминалось в начале статьи, все характеристики предохранительных автоматов приводятся при температуре окружающей среды в 30 градусов по Цельсию. Для того, чтобы узнать время срабатывания механических коммутаторов при других температурах, следует учитывать такие поправочные коэффициенты:

1.Kt – температурный коэффициент окружающего воздуха. На графике ниже можно проанализировать его значения. Чем выше температура воздуха, тем ниже значение данного коэффициента, а значит и снижается номинальный ток выключателя, то есть его нагрузочная способности. Или, иначе, чем холодней, тем меньше нагрузочная способность. По этойпричине в жарких помещениях возможно срабатывания автоматов даже без роста нагрузки.

2.Kn– коэффициент учета количества установленных автоматов в ряд. Когда в одном ряду уставлено несколько защитных автоматов, то они передают часть своего тепла остальным выключателям. На графике ниже представлена зависимость конвекции тепла от количества автоматов. Чем больше устройств в ряду, тем меньше их нагрузочная способность.

Для того, чтобы рассчитать электроток, в соответствии с температурой окружающей среды, нужно номинальный ток механического коммутатора умножить на приведенные выше коэффициенты.

Теперь рассмотри пример использования коэффициентов на практике. Допустим, распределительный щиток установлен на улице и к нему подключено 4 автомата:

  • вводной автомат типа ВА 47-29 С40 – 1 штука;
  • групповой автомат типа ВА 47-20 С16 – 3 штуки.

Температура окружающей среды – минус 10 градусов по Цельсию.

Находим поправочные коэффициенты для автомата ВА 47-29 С16:

1.Kt=1,1.

2.Kn=0,82.

Рассчитываем номинальный ток:

In=16*1,1*0,82=14,43 Ампер.

Следовательно, чтобы определить предельное время отключения защитного автомата типа С нужно использовать не соотношение I/In (I/16), а I/In* (I/14,43).

Условный ток неотключение и условный ток отключения

Каждый автомат имеет условный ток неотключения, который рассчитывается как 1,13 In. При таком токе защитное устройство не сработает.

Возьмем уже знакомый нам выключатель ВА 47-29 С16. При протекании через него электротока 1,13 In=18,08 Ампер он никогда не сработает.

Также существует такое понятие, как условный ток отключения. Он всегда равняется 1,45 In. При таком токе в холодном состоянии выключатель не будет отключатся в течение часа.

Например, выключатель ВА 47-29 С16 при прохождении тока 1,45In = 23,2 Ампер в горячем состоянии отключится через 50 секунд, а в холодном – через час.

Только представьте, что автомат номинальным током в 16 Ампер сможет держать нагрузку в 23 Ампер в течение 60 минут. За это время 1,5-миллиметровый кабель может выгореть и расправится.

Человеко-машинные системы: конструкция, характеристики и классификация

Человеко-машинные системы: конструкция, характеристики и классификация!

Человеческий фактор — это система, касающаяся взаимоотношений между людьми, рабочим местом или рабочей средой и машинами. Все человеко-машинные системы создаются с определенной целью.

Эта цель всегда четко определена, и система разработана таким образом, чтобы достичь цели как можно более успешно. Ввиду этого операционные функции как компонентов, так и составляющих i.е. человек и машина должны быть четко определены.

Есть еще один аспект системы человек-машина, который, хотя и не является ее частью строго, в значительной степени влияет на производительность системы. Это системная среда или то, что мы называем условиями работы. Правильная интеграция человека и машины, которая выгодна для человека-оператора и повышает общую производительность системы, является основной целью дисциплины эргономики.

1. Характеристики системы человек-машина следующие: :

(1) Система человек-машина состоит из человека, машины и системной среды.

(2) Он является по сути искусственным по своей природе и специально разработан для достижения определенной цели или конкретной цели.

(3) Он имеет определенные входы и выходы, которые должным образом сбалансированы.

(4) Он различается по размеру и сложности, а также отличается динамическими характеристиками.

(5) Подсистемы системы человек-машина взаимодействуют с другими частями и воздействуют на них.

(6) Система «человек-машина» становится более эффективной, когда входы и выходы адекватно сбалансированы.

(7) Факторы окружающей среды или системная среда влияют на производительность системы.

2. Классификация человеко-машинных систем:

В зависимости от размера и сложности системы человек-машина бывают следующих трех типов:

(1) Ручные системы:

По сути, это системы, управляемые человеком. Они гибкие по своей природе и небольшие по размеру. Используются простые инструменты и оборудование, а эффективность зависит от человеческого фактора.Возможны большие различия в ручной системе, поскольку каждый работник может выбрать другой метод для выполнения одной и той же работы.

(2) Механические системы:

Они более сложные и негибкие по своей природе, чем ручные системы. Компонент машины приводится в действие силой, а деятельность человека заключается в обработке информации, принятии решений и управлении, иногда знает полуавтоматические системы, у них есть компоненты, которые хорошо интегрированы. Это особенность, которая делает эти системы довольно негибкими.Автомобиль и станок, управляемый водителем или оператором, являются хорошими примерами этого класса.

(3) Автоматические системы:

Сложная система, в которой все рабочие функции выполняются автоматическими устройствами, известна как автоматическая система. Операционные функции — это отслеживание принятия решений и действий при обработке информации. Он абсолютно негибкий по своей природе и не может быть адаптирован для других целей, кроме тех, для которых он был разработан.

Человек / компонент выполняет работу по мониторингу, программированию функции, техническому обслуживанию и техническому обслуживанию.АТС, цифровой компьютер и винторезные станки — хорошие примеры автоматических систем. Совершенно надежной автоматической системы в настоящее время не существует.

пулемет | История, описание и факты

Пулемет, автоматическое оружие малого калибра, способное вести непрерывную скорострельную стрельбу. Большинство пулеметов — это оружие с ленточной подачей, которое выстреливает от 500 до 1000 выстрелов в минуту и ​​будет продолжать стрелять, пока нажат спусковой крючок или пока не закончится запас боеприпасов.Пулемет был разработан в конце 19 века и коренным образом изменил характер современной войны.

Война в Персидском заливе: пулемет

Морской пехотинец США с боевым автоматом M249 во время войны в Персидском заливе, 1991 год.

Sgt. Брэд Мицельфельт, Морская пехота США / США. Министерство обороны

Подробнее по этой теме

стрелковое оружие: Пулеметы

Поиски большей огневой мощи не ограничивались огнестрельным оружием.Помимо средств индивидуальной защиты, пехота поддерживает разнообразные …

Современные пулеметы делятся на три группы. Ручной пулемет, также называемый боевым автоматом, оснащен сошками и управляется одним солдатом; он обычно имеет магазин коробчатого типа и предназначен для малокалиберных боеприпасов средней мощности, стреляющих из автоматов его войсковой части. Средний пулемет, или универсальный пулемет, имеет ленточное питание, установлен на сошке или треноге и стреляет винтовочными боеприпасами полной мощности.Во время Второй мировой войны термин «крупнокалиберный пулемет» обозначал пулемет с водяным охлаждением с ленточным питанием, управляемый специальным отрядом из нескольких солдат и установленный на треноге. С 1945 года этим термином обозначалось автоматическое оружие с боекомплектом, превышающим тот, который используется в обычных боевых винтовках; наиболее широко используемый калибр — 0,50 дюйма или 12,7 мм, хотя советский крупнокалиберный пулемет стрелял 14,5-миллиметровым снарядом.

С момента появления огнестрельного оружия в позднем средневековье были предприняты попытки создать оружие, которое могло бы стрелять более чем одним выстрелом без перезарядки, как правило, с помощью группы или ряда стволов, выпущенных последовательно.В 1718 году Джеймс Пакл в Лондоне запатентовал пулемет, который действительно был произведен; его модель находится в лондонском Тауэре. Его главная особенность — вращающийся цилиндр, по которому патроны поступали в патронник, — был основным шагом на пути к автоматическому оружию; Успеху помешало неуклюжее и ненадежное зажигание кремневого замка. Появление ударных капсюлей в 19 веке привело к изобретению множества пулеметов в Соединенных Штатах, некоторые из которых использовались во время Гражданской войны в США.Во всех этих случаях либо цилиндр, либо группа стволов приводились в движение вручную. Самым успешным было ружье Гатлинга, которое в своей более поздней версии включало в себя современный патрон, содержащий пулю, метательное взрывчатое вещество и средства воспламенения.

Внедрение бездымного пороха в 1880-х годах позволило превратить ручной пулемет в действительно автоматическое оружие, прежде всего потому, что равномерное сгорание бездымного пороха позволяло использовать отдачу для срабатывания затвора, выбрасывая израсходованный патрон и перезарядить.Хайрам Стивенс Максим из США был первым изобретателем, который включил этот эффект в конструкцию оружия. За пулеметом Максима (ок. 1884 г.) вскоре последовали другие — пистолеты Гочкиса, Льюиса, Браунинга, Мадсена, Маузера и другие. В некоторых из них использовалось другое свойство равномерного горения бездымного пороха: небольшие количества горючего газа отводились через отверстие для приведения в действие поршня или рычага, открывающего затвор при каждом выстреле, позволяя сделать следующий выстрел. В результате во время Первой мировой войны на поле боя с самого начала преобладали пулеметы, обычно с ленточным питанием, с водяным охлаждением и калибром, соответствующим калибру винтовки.За исключением синхронизации с воздушными винтами, пулемет мало изменился на протяжении Первой мировой войны и во время Второй мировой войны. С тех пор такие инновации, как корпус из листового металла и быстросменные стволы с воздушным охлаждением, сделали пулеметы более легкими, надежными и скорострельными, но они по-прежнему работают по тем же принципам, что и во времена Хирама Максима.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

В большинстве пулеметов газ, образующийся при взрыве патрона, используется для приведения в действие механизма, который вводит новый патрон в патронник.Таким образом, пулемет не требует внешнего источника энергии, вместо этого он использует энергию, выделяемую горящим порохом в патроне, для подачи, заряжания, блокировки и стрельбы каждого снаряда, а также для извлечения и выброса пустой гильзы. Эта автоматическая операция может выполняться любым из трех способов: с обратным выбросом, отдачей и работой на газе. Пулемет

Пулемет M60 армии США представляет собой легкое газовое оружие под патрон 7,62 миллиметра. Используется с 1950-х годов, его первоначальная скорострельность составляла примерно 550 выстрелов в минуту.

Encyclopædia Britannica, Inc.

В простой операции с отдачей пустая гильза отбрасывается назад взрывом патрона и тем самым отталкивает назад затвор или затвор, который, в свою очередь, сжимает пружину и возвращается в боевое положение на отдачу той пружины. Основная проблема, связанная со свободным затвором, состоит в том, чтобы контролировать движение затвора назад, чтобы рабочий цикл ружья (то есть заряжание, стрельба и выброс) проходил правильно. В режиме отдачи затвор фиксируется на стволе сразу после выстрела; и затвор, и ствол дают отдачу, но затем ствол возвращается вперед собственной пружиной, в то время как затвор удерживается в задней части запорным механизмом до тех пор, пока новый патрон не попадет на место в открытом затворе.

Работа на газе более распространена, чем любой из этих двух методов. В этом методе энергия, необходимая для работы пистолета, получается за счет давления газа, отводимого из ствола после взрыва каждого патрона. В типичном газовом пулемете отверстие или порт предусмотрен в боковой части ствола в точке где-то между казенной частью и дульным срезом. Когда пуля проходит через это отверстие, некоторые из находящихся за ней газов под высоким давлением выпускаются через отверстие и приводят в действие поршень или какое-либо подобное устройство для преобразования давления пороховых газов в тягу.Затем эта тяга используется с помощью подходящего механизма для обеспечения энергии, необходимой для выполнения автоматических функций, необходимых для ведения непрерывного огня: заряжания, стрельбы и катапультирования.

Границы | Автоматическое распознавание характерной формы волны слуховой реакции ствола мозга на основе двунаправленной долгосрочной краткосрочной памяти

Введение

Слуховая реакция ствола мозга (ABR) — это глобальная нервная активность в центрах слухового ствола мозга, вызванная акустической стимуляцией.Он может наблюдать функциональное состояние слухового нерва и нижнего слухового центра и отражать проводящую способность ствола мозга слухового пути (1, 2). Учитывая, что нарушение слуха пациента может быть диагностировано без его активного сотрудничества, ABR стал одним из рутинных методов записи слуха взрослых (3–5). Форма волны ABR обычно имеет диапазон задержки между волнами, и ее потенциал в микровольтах записывается. Нормальный ABR обычно имеет пять видимых пиков, то есть волны I, II, III, IV и V.Волна V обычно появляется как самый большой пик в ABR. В клинической диагностике минимальная интенсивность звуковой стимуляции, способная вызвать распознанный ABR, определяется как порог ABR, который обычно зависит от волны V или волны III (6, 7). На рисунке 1 показаны аннотированные формы волны ABR, которые клинически в основном идентифицируются как волны I, III и V. Другие характерные волны обычно не отображаются четко из-за малой амплитуды, двухволнового слияния и шумовых помех. Таким образом, они редко используются в качестве основы для диагностики.

Рис. 1. Аннотированная форма волны ABR (данные легенды выбраны из наборов данных, применяемых в этой работе).

В клинической диагностике минимальная интенсивность стимуляции волны V обычно используется в качестве порога ABR. Иногда, когда волна III больше, чем волна V, порог ЧСС определяется по интенсивности стимуляции волны III (8). При определении очагов поражения можно судить о их местонахождении в соответствии с задержкой между волнами I, III и V и задержкой между волнами и бинауральными волнами (9).Кроме того, о типах глухоты пациента можно судить, наблюдая за характеристиками изменения латентности формы волны ABR и особой формой формы волны ABR у одного и того же пациента при разных уровнях стимуляции. Таким образом, порог ABR и задержка между волнами I, III и V, которые имеют большое значение в клинических приложениях, могут быть получены путем определения положения характерной волны ABR. Обычно потенциал, получаемый от каждой стимуляции, слабый. В клинических испытаниях необходимо выполнить несколько стимуляций, чтобы наложить, усреднить и получить относительно стабильные результаты формы волны.Этот процесс подвержен влиянию электрических помех, возникающих из-за паразитных миогенных потенциалов или артефактов движения. Кроме того, обычно необходимо выполнение нескольких тестов на пациентах и ​​сравнение результатов, чтобы избежать неочевидных пиков, перекрывающихся пиков и ложных пиков, которые не только занимают много времени, но и подвержены ошибкам субъективного суждения. Таким образом, определение характеристик формы волны ABR и избежание помех, вызванных нечеткой дифференциацией, нечеткими характеристиками и аномальными формами волны, являются важными проблемами, которые необходимо срочно и правильно решить при клинической записи ABR.

Применение компьютерных технологий в медицинской диагностике может эффективно уменьшить количество ошибок, вызванных повторяющейся работой и сложными характеристиками сигналов. Это направление исследований долгое время было важным для консультации по ABR (10). Например, Уилсон (11) обсудил взаимосвязь между ABR и дискретным вейвлет-преобразованием реконструированных форм волны, указав, что дискретное вейвлет-преобразование формы волны ABR может использоваться в качестве эффективного частотно-временного представления нормального ABR, но с некоторыми ограничениями.Особенно в некоторых случаях восстановленная волна дискретного вейвлет-преобразования ABR отсутствует из-за инвариантности сдвига дискретного вейвлет-преобразования. Брэдли и Уилсон (12) дополнительно изучили метод использования производной оценки вейвлета для автоматического анализа ABR, что повысило точность идентификации основной волны до высокого уровня. Тем не менее, они также упомянули о необходимости дальнейших исследований эффективности распознавания формы волны аномальных субъектов, и ручная оценка аномальных форм волны все еще требуется в клинических условиях.Zhang et al. (13) предложили метод классификации ABR, сочетающий вейвлет-преобразование и байесовскую сеть, чтобы уменьшить количество повторений стимулов и избежать нервного утомления испытуемого. Важные особенности извлекаются с помощью пороговой обработки изображения и вейвлет-преобразования. Впоследствии функции были применены в качестве переменных для классификации с использованием байесовских сетей. Экспериментальные результаты показывают, что данные ABR только со 128 повторяющимися стимуляциями могут обеспечить точность 84,17%. По сравнению с клиническим тестом, который обычно требует 2 000 повторений, эффективность обнаружения ABR значительно повышается.Однако волна I и волна V всегда удлиняются примерно на 0,1 мс и вызывают изменения диапазона волн. Следовательно, III – V / I – III будет неточным индикатором.

Таким образом, автоматическое распознавание форм волны ABR с помощью компьютерных методов может эффективно помочь клиницистам и аудиологам в интерпретации ABR. Это также снижает количество ошибок, вызванных субъективными факторами, интерференцией сложных сигналов и нагрузкой большого количества повторяющихся задач для медицинского персонала. В этом исследовании предлагается метод использования сети долгосрочной краткосрочной памяти (LSTM) для идентификации волн I, III и V в форме волны ABR и предлагается новая идея для распознавания характерных форм волны ABR нейронными сетями.Структура исследования организована следующим образом: экспериментальные данные и подробное описание предлагаемого метода представлены в разделе «Материалы и методы». В разделе «Результаты» представлены план эксперимента и соответствующие результаты. Наконец, в разделе «Обсуждение» подробно излагаются результаты этой работы.

Материалы и методы

Источник данных

Данные предоставлены отделением отоларингологии хирургии головы и шеи Китайской больницы общего профиля.Для измерения и сбора данных используется система тестирования вызванного потенциала SmartEP, разработанная американской компанией Smart Listening. На рисунке 2 показан процесс клинического сбора, где на рисунке 2а показано обезжиривание кожи для повышения проводимости; На рис. 2b показано положение электродов на лбу и мочке уха; На рис. 2с представлена ​​диаграмма взаимного расположения предусилителя, электродов и вставных наушников. а на рис. 2d показаны детали предусилителя. Собранная форма волны сохраняется на сервере, рис. 2e, и ее можно наблюдать с помощью монитора.У шестисот четырнадцати клинических стимулов щелчка данные ABR были собраны при интенсивности стимуляции 96 дБ нПС после 1024 повторных стимуляций, которые содержат 181 нормальный и 433 аномальный слух. Набор клинических данных включает 348 мужчин и 266 женщин в возрасте от 18 до 90 лет. Что касается структуры данных, данные содержат 1024 точки выборки в диапазоне от -12,78 до 12,80 мс со средним интервалом 0,025 мс между каждыми двумя точками выборки. Все данные были отмечены тремя клиническими аудиологами с характерными волнами: волна I, волна III и волна V, и прошли перекрестную проверку.Наконец, данные были случайным образом разделены на обучающие и тестовые наборы. Всего для обучения сетевой модели использовался 491 обучающий набор, а для окончательного теста точности распознавания использовалось 123 тестовых набора.

Рис. 2. Процесс сбора клинических данных о диагностике слуха ABR. а) обезжиривание кожи для повышения проводимости; (б) положение электродов на лбу и мочке уха; (c) диаграмма взаимного расположения предусилителя, электродов и вставных наушников; и (d) детали предусилителя.Собранная форма сигнала сохраняется на сервере (e), и ее можно наблюдать с помощью монитора.

Обработка данных

В данной работе предлагается новый метод обработки данных. Для количественной оценки формы волны и точек меток были сгенерированы две матрицы A и B размером 1024 × 1 как классификационная цепочка и метка, соответственно. A представляет собой потенциал входных данных ABR. Положение серийного номера соответствует положению точки выборки данных ABR. B представляет собой не характерную (0) и характерную точки (1) соответственно.Таким образом, в соответствии с положением значения метки данных метки данные, которые соответствовали положению матрицы меток, были изменены на 1, чтобы соответствовать требованиям двоичной классификации всех точек выборки. Однако шум, создаваемый миогенным потенциалом, наблюдается в некоторых экспериментальных данных (рис. 3). В данных клинических испытаний ABR форма волны ABR имеет необычное увеличение в точке выборки в конце из-за колебаний характеристических волн VI и VII и результата внешних помех.Чтобы предотвратить помехи, вызванные аномальными данными, данные до 8 мс были выбраны равномерно, чтобы идентифицировать характерные волны.

Рис. 3. Аномальная форма волны ABR и метод квантования данных.

С другой стороны, начальная точка фактической стимуляции — 0 мс. Конечные входные данные потенциального значения и соответствующая обучающая метка сохранили только 321 точку дискретизации 0–8 мс, чтобы избежать помех обучению нейронной сети и уменьшить объем вычислений в процессе обучения нейронной сети.Таким образом, A и b f обновляются следующим образом:

{A (321) = {y1, y2, …, y321} TB (321) = {t1, t2, …, t321} T (1)

При реальной обработке значение функции потерь может легко достичь низкого уровня, и невозможно получить достаточную информацию, потому что отношение помеченного значения к немаркированному значению в 321 точке выборки составляет всего 3: 318. Информация, помеченная вручную, также может приводить к определенным ошибкам. Таким образом, в этом исследовании был принят метод увеличения положения точки идентификации в обучающей метке.Четыре точки (0,1 мс) до и после исходной точки маркировки были отмечены как характеристическая область, что расширяет диапазон маркировки характеристической формы волны.

Структура сети

LSTM — это рекуррентная нейронная сеть, улучшенная в основном на основе единицы временного шага путем добавления вывода ячеек памяти для переноса информации, которую необходимо передавать в течение длительного времени. Также добавлены три конструкции ворот. Эти структуры затвора используются для выбора сохранения значения ячейки памяти C t-1 , переданного с предыдущего временного шага, добавления новой информации в ячейку памяти V, а также прогнозирования и вывода информации, передаваемой ячейкой памяти, и продолжения передать его на следующий временной шаг.

На рисунке 4 схематически представлена ​​структура LSTM. Во-первых, чтобы контролировать долю входной информации, сохраняемой ячейками памяти на предыдущем временном шаге, выход рассчитывается следующим образом:

ft = σ (Wfht-1 + Ufxt + bf) (2)

h t-1 — значение скрытого состояния, переданное на предыдущем временном шаге; и W f ,… и b f — соответствующие веса и смещения. Функция активации обычно использует сигмовидную функцию для отображения значения активации между [0, 1].Чтобы контролировать пропорцию информации, обновленной в ячейке памяти, сначала была применена функция активации сигмоида, чтобы получить выходной сигнал i i . Затем для получения применяется функция активации tanh, и произведение двух используется в качестве информации для обновления ячейки памяти. i t и t рассчитываются следующим образом:

это = σ (Wiht-1 + Uixt + bi) (3)

at = tanh (Вт-1 + Uaxt + ba) (4)

, где W i , U i , b i , W a , U a и b a — веса и смещения.Наконец, ячейка памяти C t вычисляется до следующего временного шага с использованием уравнения (5):

Ct = Ct-1⊙ft + it⊙at (5)

, где ⊙ — произведение Адамара, которое указывает, что соответствующие позиции матрицы умножаются. Правая сторона относится к выходному вентилю, а выход выходного вентиля рассчитывается с использованием уравнения (6):

ot = σ (Woht-1 + Uoxt + bo) (6)

, где W o , U o и b o — веса и смещения. Наконец, выходное значение h t на временном шаге получается с помощью уравнения (7):

ht = ot⊙tanh (Ct) (7)

Рисунок 4.t-yt) + (∂ht + 1∂ht) Tδht + 1 (9)

δCt = δCt + 1⊙ft + 1 + δht⊙ot⊙ (1-tanh3 (Ct)) (10)

В этой работе BiLSTM устанавливается как сетевая структура, позволяющая входной последовательности иметь двунаправленное соединение друг с другом (14). На рисунке 5 показано, что еще один уровень LSTM, который распространяется назад во времени, добавляется на основе однонаправленного прямого распространения LSTM во временной последовательности. Окончательный вывод определяется выводом двух уровней LSTM: прямого и обратного. По сравнению с односторонним LSTM, конечный результат избегает предсказания каждый раз, чтобы на него влиял только ввод предыдущего времени.Более того, он может лучше отражать информационные характеристики до и после каждой точки прогнозирования, тем самым делая более точные прогнозы.

Рис. 5. Принципиальная схема структуры BiLSTM.

Вейвлет-преобразование

В традиционном режиме вейвлет-преобразование является широко используемым методом в исследованиях выделения и распознавания ABR (15). При извлечении ABR с помощью вейвлет-преобразования можно добиться эффекта устранения шума путем выбора подробных компонентов конкретных частот для восстановления и сглаживания формы волны ABR.Также возможно получение относительно четких форм волны при уменьшении повторяющейся стимуляции. Обычно непрерывное вейвлет-преобразование определяется как (16):

WT (a, τ) = 1a∫-∞∞f (t) * ψ (t-τa) dt (11)

, где f (t) — сигнал во временной области, а часть 1aψ (t-τa) — это вейвлет-функция, которую также можно обозначить как ψ a, τ (t). Доступны две переменные, а именно масштаб a и перемещение τ. Масштаб a применяется для управления расширением и сжатием вейвлет-функции, а величина переноса τ управляет перемещением вейвлет-функции.Масштаб a обратно пропорционален его эквивалентной частоте, которая определяется как φ (t). Полное вейвлет-разложение выглядит следующим образом:

f (t) = ∑k = -∞∞ckφ (t-k) + ∑k = -∞∞∑j = 0∞dj, kψ (2jt-k) (12)

, где c и d — коэффициенты соответствующей функции, j — параметр частотной области, который определяет частотные характеристики вейвлета, а k — параметр временной области, который управляет положением базы вейвлета во временной области. Хотя масштабные и вейвлет-функции сложны и имеют разные характеристики, процесс вейвлет-разложения можно рассматривать как использование фильтра нижних частот и фильтра верхних частот для разложения сигнала по частоте.Низкочастотные компоненты, разложенные на каждом уровне, называются приблизительными компонентами, а высокочастотные компоненты называются подробными компонентами. Таким образом, к восстановленной форме волны были применены приблизительные компоненты и подробные компоненты.

Результаты

Экспериментальная процедура

В этом исследовании были разработаны три серии экспериментов, а именно: (1) сравнение различных сетевых структур, (2) сравнительный эксперимент вейвлет-преобразования и (3) сравнительный эксперимент различных узлов скрытого слоя.На рисунке 6 показана экспериментальная блок-схема. Слой ввода последовательности использовался как входное значение потенциального значения 321 точки выборки, и данные передавались на несколько слоев LSTM или BiLSTM. Впоследствии был соединен полностью связанный слой. Вероятность классификации каждого момента времени рассчитывалась с использованием функции softmax. Наконец, классификационный слой был подключен. Функция кросс-энтропии (17) использовалась для вычисления функции потерь для каждого момента времени и общей функции потерь последовательности.Затем была классифицирована временная последовательность.

Рисунок 6. Схема эксперимента.

В сравнительном эксперименте нескольких сетевых структур семь сетевых структур, а именно: (1) однослойный LSTM, (2) двухслойный LSTM, (3) однослойный BiLSTM, (4) двухслойный BiLSTM, (5 ) трехслойный BiLSTM, (6) четырехслойный BiLSTM и (7) пятислойный сетевой уровень BiLSTM. В сравнительном эксперименте с различными узлами скрытого слоя для обучения использовалась трехслойная двунаправленная сеть LSTM и применялось разное количество скрытых нейронов.В эксперименте использовались четыре группы с разным количеством скрытых нейронов: 64, 128, 256 и 512.

В сравнительном эксперименте с вейвлет-преобразованием все данные добавляли шум в качестве помехи. Для тестирования использовалось семь различных сетевых структур. Например, данные обучения, предварительно обработанные с помощью вейвлет-преобразования, использовались в качестве экспериментальной группы, а данные обучения, обученные с использованием исходных данных, использовались в качестве контрольной группы. В этом эксперименте данные ABR были разложены на шесть слоев, и приблизительные и подробные компоненты шестого слоя и четвертого, пятого и шестого слоев были сохранены для восстановления формы волны соответственно.Конфигурация параметров согласована. Сеть была обучена пятикратной K-кратной перекрестной проверкой (K = 9), и был проведен тест для получения среднего значения.

Выходные результаты представлены в форме «региона». На рисунке 7 представлена ​​выходная визуализация, где кривая представляет собой исходный ABR, используемый для идентификации, а красные метки — это результаты классификации сетевого предсказания, уменьшенные в четыре раза. ABR первых 8 мс четко разделен на две разные метки. Часть с 1 — идентифицированный пик, а другая часть — идентифицированный характеристический непик.Постобработка определяется следующим образом: 20 точек выборки (0,5 мс) задаются в качестве порогового значения. Область в пределах 20 точек выборки между началом и концом является той же характерной областью волны. Наконец, среднее временное значение первой и последней точек вычисляется как временное значение распознанной характеристической волны. Подобные точки выборки рассчитываются для получения уникального значения характеристической волны. Наконец, степень точности распознавания рассчитывается в соответствии с определенным положением волны функции ABR.

Рис. 7. Маркировка функций на ABR, где (a) показывает вывод по режимам. (б) является результатом постобработки.

Четыре результата распознавания данных ABR были выбраны случайным образом и представлены на рисунке 8. После постобработки выходные векторы моделей были преобразованы в характерные точки. Выявленные характерные точки почти идентичны тем, которые были выбраны с использованием методов ручной маркировки, что демонстрирует потенциальную полезность этого метода в клинических условиях. Даже в некоторых сложных данных ABR ручная аннотация обычно записывает несколько наборов данных для определения правильного пика (рис. 8d).Однако модель может напрямую и точно идентифицировать пик формы сигнала из одного сигнала (рис. 8h). Поэтому они также проверяют возможность предлагаемого метода. Чтобы лучше проверить точность распознавания, в этой работе было проведено количественное обсуждение различных сетевых структур, обработки вейвлет-преобразования и количества скрытых нейронов. Однако модель может также привести к ошибочным суждениям. Например, на рис. 9а показан неверный результат распознавания. Поскольку волна I и волна III формы волны неочевидны, невозможно получить достаточное количество точек непрерывной идентификации.Следовательно, после постобработки получается только относительно очевидная волна V (рисунок 9c). Кроме того, на рис. 9b представлен еще один неверный результат. В этом случае полученная ошибка волны I достигла 0,67 мс. Это потому, что модель оценила неправильную волну I (рис. 9d). Таким образом, в будущей работе улучшение способности модели анализировать сложные формы сигналов по-прежнему остается важным направлением.

Рисунок 8. Результаты распознавания четырех данных, где (a – d) — ручные метки. Также (e – h) представляют собой выходные данные предлагаемой трехуровневой модели BiLSTM.

Рисунок 9. Два результата распознавания ошибок, где (a, b) — ручные метки. Также (c, d) представляют собой выходные данные предлагаемой трехуровневой модели BiLSTM.

Сравнение нескольких сетевых структур

Обычно шкала ошибок 0,2 мс применяется как диапазон шкалы клинически отмеченных точек. Были протестированы три значения критерия для максимального допустимого значения ошибки (ME): -0,1, 0,15 и 0,2 мс. Результат прогнозирования считался приемлемым, если точка прогнозирования и точка, определенная вручную, находились в пределах диапазона критериев ME.Согласно количеству правильных точек прогнозирования r p и общему количеству отмеченных точек p n , показатель точности (ACC) рассчитывается с использованием r p / p n , как показано в уравнении (13):

В этом исследовании были рассчитаны три шкалы ошибок (ME) 0,1, 0,15 и 0,2 мс, соответственно, для дальнейшего изучения точности распознавания и других связанных законов. Величина потерь результатов обучения с разными сетевыми структурами и ACC при разных шкалах ошибок представлена ​​в таблице 1.

Таблица 1. Величина потерь и ACC каждой сетевой структуры.

На рисунке 10A показано распределение данных для визуального наблюдения корреляции с различными сетевыми структурами. Примечательно, что ACC сети BiLSTM выше, чем у сети LSTM. Кроме того, ACC однослойной сети BiLSTM и двухуровневой сети LSTM аналогичны. Причина в том, что двусторонняя сеть LSTM имеет структуру, аналогичную двухуровневой сети LSTM. Однако информация в сети BiLSTM имеет характеристики распространения в прямом и обратном направлениях, тогда как двухуровневая сеть LSTM распространяется только в прямой последовательности с течением времени.Это явление приводит к различиям в ACC между двумя моделями. Сети LSTM и BiLSTM увеличивают ACC с количеством наложенных слоев. После того, как сеть BiLSTM достигнет трех уровней, ACC больше не будет значительно увеличиваться. Структура сети постепенно переходит в состояние переобучения и увеличивает вычислительную нагрузку из-за чрезмерных параметров. Таким образом, трехуровневая сеть BiLSTM — лучший выбор.

Рисунок 10. (A) Показатели ACC с различными сетевыми структурами.В статистических результатах трехуровневая сеть BiLSTM достигла 92,91% и является самым высоким показателем среди всех сетей. Однослойный LSTM, имеющий самый низкий индекс, составляет примерно половину от него. (B) Показатели ACC с различными скрытыми узлами, где 512 узлов заняли первое место, а величины 256 и 128 стояли на втором и третьем позициях. Кроме того, 64 узла заняли последнее место.

Эксперимент с вейвлет-преобразованием

При тестировании ACC вейвлет-преобразования данные ABR были разложены на шесть уровней.Кроме того, приблизительные компоненты шестого слоя и подробные компоненты четвертого, пятого и шестого слоев были сохранены для восстановления формы волны. На рисунке 11 показан пример результата, отфильтрованного с помощью вейвлет-преобразования. Кривая, обработанная вейвлет-преобразованием, становится более гладкой. Затем необработанные данные ABR служили контрольным экспериментом. В данной работе обнаружение и сравнение проводились на основе двух шкал ошибок 0,1 и 0,2 мс (таблица 2). Результаты распознавания ACC показаны на рисунке 12.

Рисунок 11. Экземпляр, полученный в результате вейвлет-преобразования, где (a) — исходные данные. В этом сигнале возникла очевидная интерференция. (б) получается после сглаживания.

Таблица 2. ACC каждой сетевой структуры с исходными данными и данными вейвлет-преобразования.

Рисунок 12. Влияние предварительной обработки вейвлет-преобразования на точность. wt представляет результаты, полученные с помощью предварительной обработки вейвлет-преобразования.

Распознавание Значения ACC предварительной обработки в сети LSTM с использованием вейвлет-преобразования немного выше, чем у контрольной группы.Однако они не так хороши, как в контрольной группе в сети BiLSTM. В частности, наибольшая разница ACC достигает 6,46% при расчете со шкалой ошибок 0,1 мс. Кроме того, разница уменьшается до <3% при расчете со шкалой ошибок 0,2 мс. Результаты показывают, что предварительная обработка вейвлет-преобразования не дает более высокого ACC за счет сглаживания кривых. Из-за вейвлет-разложения и реконструкции было создано небольшое отклонение в положении гребня волны. Некоторая информация была уничтожена в форме волны ABR; следовательно, это повлияло на результаты обучения и распознавания.Это означает, что сеть BiLSTM обладает помехоустойчивостью и может обрабатывать данные ABR низкого качества.

Сравнительные эксперименты с различными узлами скрытого слоя

Исходя из приведенных выше результатов, трехуровневая сеть BiLSTM является лучшим выбором. Результаты ACC с разными номерами скрытых узлов обсуждались в данной работе (Таблица 3). На рисунке 10B показаны результаты ACC с различными узлами скрытого слоя: 64, 128, 256 и 512. Очевидно, ACC распознавания увеличивается с увеличением количества скрытых узлов, поскольку достаточное количество параметров позволяет точно подобрать сеть.Кроме того, ACC шкалы ошибок 0,2 мс медленно увеличивается в процессе изменения 256–512 узлов и в основном насыщается. Учитывая стандарт точности в практических приложениях и временные затраты на обучение, которые могут быть вызваны увеличением количества скрытых узлов, сеть из 512 скрытых узлов является лучшим выбором.

Таблица 3. ACC с различными узлами скрытого уровня.

Кроме того, в этой работе в основном обсуждается характерный процесс распознавания волн щелчка ABR со стимулом 96 дБ нПС.Кроме того, можно получить только такие параметры, как задержка и интервал волны. В клинических применениях многие индикаторы все еще могут использоваться в качестве диагностической основы, например, взаимосвязь между потенциальными значениями стимулов разного размера, ответом и исчезновением волны V и изменением латентности между волнами каждой характеристической волны. Это также дает новую идею для последующей компьютерной диагностики и лечения ABR.

Обсуждение

В этой работе предлагается метод автоматического распознавания характеристических сигналов ABR с использованием сети BiLSTM.Основная цель — определить положения характерных волн I, III и V, которые помогают медицинскому персоналу получить соответствующие параметры клинических испытаний, такие как задержка между волнами и интервал между волнами. Процесс количественной оценки данных предназначен для анализа характерной формы волны ABR, включая область выбора потенциального сигнала и расширение положения метки. Оптимальная структура сетевой модели получается с помощью нескольких наборов сравнительных экспериментов. В 614 наборах клинически собранных экспериментов с формами волны ABR общее распознавание сетью характеристических волн показало ACC 92.91%.

Экспериментальные результаты показывают, что метод предлагает новую идею для идентификации характерных форм волны ABR и помогает профессионалам получить параметры межволновой задержки в формах волны ABR. Таким образом, компьютерный метод автоматической идентификации может получить более глубокую информацию, эффективно избежать субъективных оценок медицинского персонала в процессе ручной идентификации, уменьшить количество повторных стимуляций во время теста, а также избежать утомления зрения испытуемого.Из-за помехозащищенности предложенной сетевой модели она может эффективно уменьшить повторяющееся обнаружение пациентов. В процессе крупномасштабной идентификации среднее время обработки каждых данных с помощью этого метода составляет всего около 0,05 с, что намного быстрее, чем скорость ручной идентификации. Таким образом, он имеет большие преимущества в повторяемости работы.

Были предложены некоторые усилия для анализа формы волны ABR с использованием методов глубокого обучения. Например, Фаллата и Даджани (18) предложили новый метод обнаружения ABR на основе ИНС для сокращения времени обнаружения.Перед вычислением ИНС было обработано дискретное вейвлет-преобразование для извлечения характеристик ABR. Ожидалось, что сокращение времени записи будет способствовать применению этого метода измерения в клинической практике. Маккирни и Маккиннон (19) разделили данные ABR на четкий, неопределенный или отсутствие ответа. В своей работе они построили глубокую сверточную нейронную сеть и настроили ее для реализации классификации ABR. Результаты показали, что сеть может иметь клиническое применение при помощи клиницистам в классификации форм сигналов с целью оценки порога слышимости.В отличие от существующих работ, в этом исследовании был предложен новый метод обработки данных и создана сквозная модель глубокого обучения. Модель также может быть рассчитана напрямую без сложных математических преобразований, поэтому она дает новую идею для глубокого обучения в обработке сигналов.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены этическим комитетом больницы общего профиля НОАК. Письменное информированное согласие на участие в этом исследовании было предоставлено законным опекуном / ближайшими родственниками участников. Письменное информированное согласие было получено от человека (лиц) на публикацию любых потенциально идентифицируемых изображений или данных, включенных в эту статью.

Авторские взносы

CC и LZ: концептуализация и написание — подготовка первоначального проекта.CC: методология. XP: программное обеспечение и обработка данных. HQ, FX и WS: проверка. МС: формальный анализ. FJ: расследование. QW: ресурсы. RX и NY: написание — просмотр и редактирование. ЛЗ: визуализация. NY: надзор. ZW и XG: администрирование проекта. RX: привлечение финансирования. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Эта работа финансировалась Национальной программой ключевых исследований и разработок (2017YFB1002804 и 2016YFC0

4), Национальным фондом естественных наук Китая (61701022), больницей общего профиля PLA (QNC19051), Проектом активного здравоохранения Министерства науки и технологий (2020YFC2004001). , Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов (FRF-BD-20-11A) и Пекинская высшая дисциплина искусственного интеллекта в науке и технике Пекинского университета науки и технологий.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта рукопись была опубликована в качестве препринта на сайте bioRxiv (20).

Список литературы

1. Марина С.А., Антонио Э.Ф., Тобиас Р. Индивидуальные различия в модуляции внимания слухового ствола мозга человека на речевую информацию о дефиците речи в шуме.Научный доклад (2019) 9: 14131. DOI: 10.1038 / s41598-019-50773-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

2. Etard O, Kegler M, Braiman C, Frote AE, Reichenbach T. Расшифровка избирательного внимания к непрерывной речи на основе слуховой реакции ствола мозга человека. NeuroImage. (2019) 200: 1–11. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2019.06.029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

3. Курихара Т., Игараси Ю., Кобай К., Мизобути Т., Йокота Х.Диагностика и предсказание прогноза энцефалита ствола мозга Бикерстаффа с использованием слухового ответа ствола мозга: отчет о случае. Acute Med Surg. (2020) 7: e517. DOI: 10.1002 / AMS2.517

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

4. Feng S, Li X, Luo Y, Li W, Wang Z, Jiang X. Характеристики и клиническое значение слуховой реакции ствола мозга при звоне в ушах с нормальными порогами слуха. Чин Дж Отол. (2019) 17: 209–13. DOI: 10.3969 / j.issn.1672-2922.2019.02.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

5. Jiang Y, Wang D, Liu Z, Tan J, Li G. Сравнение слуховых реакций ствола мозга, вызванных щелчком и звуковым сигналом у взрослых с нормальным слухом. В: 41-я ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC), 2019 г. Берлин: IEEE (2019). п. 5237–40.

PubMed Аннотация | Google Scholar

6. Цюй Л., Тао Л., Цзэн М. Анализ характеристик слуховой реакции ствола мозга у новорожденных с высоким риском разного гестационного возраста.Mater Child Health Care China. (2013) 28: 4322–4. DOI: 10.7620 / zgfybj.j.issn.1001–4411.2013.28.22

CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Сара М.К., Мэдсен Джеймс М., ХартКлаус ЭД. Точность усредненных оценок амплитуды и задержки ответа слухового ствола мозга. Int J Audiol. (2018) 57: 345–53. DOI: 10.1080 / 14992027.2017.1381770

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Льюис Дж. Д., Копун Дж., Нили С. Т., Шимид К. К., Горга М. П.. Задержка волны V ответа слухового ствола мозга на выброс тонального сигнала в ушах с нормальным и слабослышащим слухом.J Acoust Soc Am. (2015) 138: 3210–9. DOI: 10.1121 / 1.4935516

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Wang Y, Lan Y, Wang L, Yu K, Zhao W, Wang T. ABR в ранней диагностике и его прогнозе у пациентов с дизаудией после черепно-мозговой травмы. Prog Mod Biomed. (2016) 27: 5336–9.

Google Scholar

10. Крумбхольц К., Харди А. Дж., Бур Дж. Автоматическое извлечение латентных периодов и амплитуд слухового ствола мозга с помощью регистрации нелинейных кривых.Вычислительные методы Prog Biomed. (2020) 196: 105595. DOI: 10.1016 / j.cmpb.2020.105595

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

11. Wilson WJ. Взаимосвязь между слуховой реакцией ствола мозга и его реконструированными волновыми формами после дискретного вейвлет-преобразования. Clin Neurophysiol. (2004) 115: 1129–39. DOI: 10.1016 / j.clinph.2003.11.019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

13. Чжан Р., Макаллистер Дж., Скотни Б., Макклин С., Хьюстон Дж.Сочетание вейвлет-анализа и байесовских сетей для классификации слуховой реакции ствола мозга. IEEE Trans Inform Technol Biomed. (2006) 10: 458–67. DOI: 10.1109 / TITB.2005.863865

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

14. Cross J, Huang L. Пошаговый синтаксический анализ с минимальными функциями с использованием двунаправленного LSTM. В: Материалы 54-го ежегодного собрания Ассоциации компьютерной лингвистики. Берлин (2016) doi: 10.18653 / v1 / P16-2006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

15.Sun Y, Chen ZX. Метод быстрого извлечения слухового ответа ствола мозга на основе вейвлет-преобразования. Признание Int Conf Wave Anal Patt. (2007) 4: 1862–4. DOI: 10.1109 / ICWAPR.2007.4421758

CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Рушайдин М.М., Саллех С.Х., Хафизи О., Махьяр Х., Арифф А.К. Обнаружение волны V с использованием непрерывного вейвлет-преобразования звукового сигнала ответа ствола мозга. Prog Electromag Res Symp. (2012) 2012: 1889–93.

Google Scholar

17. Наср Г.Е., Бадр Э.А., Джоун К.Функция кросс-энтропийной ошибки в нейронных сетях: прогнозирование спроса на бензин. Альберта, Калифорния: Исследовательское общество Флориды. (2002).

Google Scholar

18. Fallatah A, Dajani HR. Точное обнаружение речевых слуховых ответов ствола мозга с помощью метода ИНС на основе спектральных характеристик. Биомедицинский знак управления процессом. (2018) 44: 307–13. DOI: 10.1016 / j.bspc.2018.05.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

20. Chen C, Zhan L, Pan XX, Wang ZL, Guo XY, Qin HD, et al.Автоматическое распознавание характерной формы волны слухового ответа ствола мозга на основе BiLSTM. bioRxiv. [Препринт]. (2020). DOI: 10.1101 / 2020.10.03.324665

CrossRef Полный текст | Google Scholar

На что следует обратить внимание, прежде чем покупать стиральную машину

ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ РАССМОТРЕНИЯ

Материал бочки / бака

Ванна может быть изготовлена ​​из пластика, эмалированного керамогранита или нержавеющей стали. Первые два дешевле. Пластиковые ванны более долговечны, чем эмалированные, они могут скалываться и ржаветь.Лучше всего использовать ванны из нержавеющей стали, так как они самые прочные и выдерживают высокие скорости отжима.

Настройки стирки

Большинство машин имеют предварительно заданные программы стирки, такие как «бережная стирка» для деликатной одежды и варианты уровня воды. Вы можете настроить и сохранить избранные настройки. Их можно отрегулировать с помощью поворотных регуляторов, сенсорной панели или сенсорного экрана. Первый тип самый дешевый.

Цикл отжима

Цикл отжима для сушки измеряется в оборотах в минуту (об / мин).Чем выше частота вращения, тем лучше сушится ваша одежда. Однако это будет зависеть от типа одежды. Для деликатной одежды цикл отжима составляет 300-500 об / мин, а для более толстых вещей, таких как джинсы, — около 1000 об / мин.

Нечеткая логика

Эта функция автоматически выбирает наилучшие условия стирки в зависимости от количества одежды. Он определяет вес белья, а затем определяет, сколько воды, моющего средства и времени требуется для очистки белья. Таким образом, вам не нужно беспокоиться о каких-либо настройках.

Контроль температуры

Если в стиральной машине есть встроенный нагреватель, эта функция поможет регулировать температуру воды. Это может пригодиться зимой. Кроме того, горячая вода лучше очищает одежду. Некоторые машины имеют настройку пара, которая помогает бороться с грязью и пятнами.

Задержка по времени и предварительное замачивание

Задержка по времени позволяет загрузить стиральную машину и запустить ее позже. Это полезно, если вы хотите избежать шума в определенное время. Функция предварительного замачивания позволяет вам замачивать одежду в течение определенного периода времени, после чего цикл стирки запускается автоматически.

КАКАЯ СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА ПОДХОДИТ ВАШИМ ПОТРЕБНОСТЯМ?

Полуавтоматический или автоматический

Полуавтомат

Эти стиральные машины начального уровня имеют два бака, один для стирки, а другой для сушки. Так что вам нужно постоянно менять одежду.

Плюс: полуавтоматические стиральные машины не нуждаются в постоянном подключении к воде, а также потребляют меньше воды, чем полностью автоматические. Они также самые дешевые и обычно стоят от 5 500 до 12 000 рупий.

Плохое: эти машины требуют ручного вмешательства.Они также больше по размеру и требуют больше места, хотя для мобильности у них есть колеса.

Автомат

Эти стиральные машины имеют только одну ванну, в которой вы можете выполнять все функции. Так что вам не нужно переодеваться.

Плюс: Такие стиральные машины энергоэффективны. Их нужно программировать только один раз перед каждой загрузкой стирки, поэтому они предлагают больше предустановленных программ стирки. Они бывают двух типов: с верхней загрузкой и с фронтальной загрузкой.

Плохо: Автомойки дороже.Верхние погрузчики стоят 8 500–35 000 рупий, а фронтальные — 12 500–75 000 рупий.

Верхняя загрузка или фронтальная загрузка

Верхняя загрузка

Бывают двух типов: мешалки и рабочие колеса. В мешалках есть шест с ребрами, которые выступают из нижней части барабана и перемещают одежду. Внизу крыльчатки есть пропеллеры, которые взбивают воду и перемещают одежду.

Плюс: одежду можно добавлять в середине цикла стирки. У них более короткий цикл стирки.

Плохое: они потребляют много воды. Те, у кого есть мешалки, грубее с одеждой, а крыльчатки хороши для деликатных материалов, но, как правило, запутывают одежду.

Фронтальная загрузка

В этих машинах барабан вращается, переворачивая одежду для ее очистки.

Преимущество: фронтальные погрузчики являются наиболее энерго- и водосберегающими, а также моют самые чистые. Большинство из них имеют встроенный нагреватель для нагрева воды.

Плохо: эти стиральные машины дороже других.Они требуют постоянного подключения к воде, и давление воды должно быть высоким. Вы не можете добавить одежду в середине цикла. Фронтальные погрузчики тяжелые и не могут быть легко перемещены.

Дополнительные возможности

Автоматические дозаторы: они автоматически высвобождают отбеливатель, моющее средство или кондиционер для белья в соответствующее время во время цикла стирки.

Дополнительный цикл полоскания: как следует из названия, он выполняет дополнительный цикл полоскания белья и полезен для людей, чувствительных к остаткам моющего средства.

Сушка на воздухе: когда барабан вращается, эта функция позволяет ему втягивать воздух и направлять его на одежду. Это приводит к более эффективной и быстрой сушке одежды, избавляя ее от неприятного запаха и бактерий.

ВЫБЕРИТЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Сушилка для белья

Если у вас нет места для сушки белья или вы живете во влажном месте, сушилка для белья — хорошая покупка. Хотя стиральная машина может удалять излишки воды, преимущество сушилки заключается в том, что нагретый воздух, циркулирующий через барабан, полностью испаряет влагу, так что одежду можно носить немедленно.Сушилка с датчиком влажности лучше, чем та, в которой используется традиционный термостат, поскольку она сводит к минимуму вероятность пересушивания, которое может повредить одежду или дать ей усадку. Хотя слишком много сушилок недоступно, вы можете купить хорошую за 15–22 000 рупий.

Страница не найдена | Институт науки и технологий Сатьябамы (считается университетом)

Состояние

Выберите StateAndaman и NicobarAndhra PradeshArunachal PradeshAssamBiharChandigarhChhattisgarhDadra И Нагар HaveliDaman И DiuDelhiGoaGujaratHaryanaHimachal PradeshJammu и KashmirJharkhandKarnatakaKeralaLakshadweepMadhya PradeshMaharashtraManipurMeghalayaMizoramNagalandOdishaPuducherryPunjabRajasthanSikkimTamil NaduTelanganaTripuraUttar PradeshUttarakhandWest Бенгальский

Курсы

— Select -Undergraduate Courses (UG) Инженерные курсы (B.E. / B.Tech / B.Arch / B.Des) BE — Компьютерные науки и инженерия B.E — Электротехника и электроника B.E — Электроника и коммуникационная техника B.E — Электроника и приборостроение B.E — Машиностроение B.E — Автомобильная инженерия B.E — Мехатроника B.E — Авиационная техника B.E — Гражданское строительство B.Tech — Информационные технологии B.Tech — Химическая инженерия B.Tech — БиотехнологияB.Tech — Биомедицинская инженерия B.Arch — Бакалавр архитектуры B.Des. — Бакалавр дизайна, инженерные курсы (Б.E. / B.Tech) — неполный рабочий деньB.E — информатика и инженерияB.E — электротехника и электроникаB.E — электроника и коммуникационная инженерияB.E — машиностроениеB.E — гражданское строительствоB.Tech — химическая инженерияArts & Science CoursesB. BA — Бакалавр делового администрированияB.Com. — Бакалавр коммерцииB.Com. — Финансовый учет — Визуальная коммуникация, бакалавр наук — Медицинские лабораторные технологии, бакалавр наук — Клиника, питание и диетология. — Физика — Химия — Компьютерные науки Б.Sc. — Математика — Биохимия, бакалавр наук. — Дизайн одежды — BioTechnologyB.Sc. — MicroBiologyB.Sc. — Психология — Английский — Биоинформатика и Data ScienceB.Sc — Специализация в области компьютерных наук в области искусственного интеллекта — Бакалавр наук по курсам сестринского права LL.B. (С отличием) B.B.A. LL.B. (С отличием) B.Com.LL.B. (С отличием) Бакалавр фармацевтических курсов, бакалавр фармацевтики, степень бакалавра фармацевтики, диплом фармацевта, аспирантура, инженерные курсы Компьютерные науки и инженерия Прикладная электроника М.E. Компьютерное проектирование Структурная инженерия Силовая электроника и промышленные приводы Биотехнология Медицинское оборудование Встраиваемые системы и IoTM.Arch. Устойчивая архитектура Программа управления зданием MBA — Магистр делового администрирования Заочная аспирантура Компьютерные науки и инженерия Прикладная электроника Компьютерный дизайн Структурная инженерия Медицинское оборудование Биотехнология Магистр делового администрированияPG Arts & Science Courses Прием М.A — английский, магистр — визуальная коммуникация, магистр — физика, магистр — математика, магистр — химия, магистр — химия — биоинформатика и наука о данных — Прием в исследовательские программы — доктор философии по всем дисциплинам инженерии / технологии, менеджмента и естественных наук Бакалавр стоматологической хирургииМастер стоматологической хирургии (MDS) MDS — Ортодонтия и челюстно-лицевая ортопедияM.DS — Консервативная стоматология и эндодонтияM.DS — Педодонтия и профилактическая стоматология

Основы теории автоматов

Введение

Теория автоматов — увлекательная теоретическая область информатики.Он заложил свои корни в 20 веке, когда математики начали разрабатывать — как теоретически, так и буквально — машины, которые имитировали определенные черты человека, выполняя вычисления более быстро и надежно. Само слово «автомат», тесно связанное со словом «автоматизация», обозначает автоматические процессы, выполняющие определенные процессы. Проще говоря, теория автоматов имеет дело с логикой вычислений относительно простых машин, называемых автоматами. С помощью автоматов компьютерные ученые могут понять, как машины вычисляют функции и решают проблемы, и, что более важно, что означает определение функции как вычислимой или определение вопроса как разрешимого.

Автоматы — это абстрактные модели машин, которые выполняют вычисления над входом, проходя через серию состояний или конфигураций. В каждом состоянии вычислений функция перехода определяет следующую конфигурацию на основе конечной части текущей конфигурации. В результате, как только вычисление достигает принимающей конфигурации, оно принимает этот ввод. Самый общий и мощный автомат — это машина Тьюринга.

Основная цель теории автоматов — разработать методы, с помощью которых специалисты по информатике могут описывать и анализировать динамическое поведение дискретных систем, в которых периодически производится выборка сигналов.Поведение этих дискретных систем определяется тем, как система построена из запоминающих и комбинационных элементов. Характеристики таких машин включают:

  • Входы: предполагается, что это последовательности символов, выбранные из конечного набора I входных сигналов. А именно, набор I — это набор {x 1 , x, 2 , x 3 … x k }, где k — количество входов.
  • Выходы: последовательности символов, выбранные из конечного набора Z.А именно, набор Z — это набор {y 1 , y 2 , y 3 … y m }, где m — количество выходов.
  • Состояния: конечное множество Q, определение которого зависит от типа автомата.

Есть четыре основных семейства автоматов:

  • Конечный автомат
  • Выталкивающие автоматы
  • Линейно-ограниченные автоматы
  • Машина Тьюринга

Вышеупомянутые семейства автоматов можно интерпретировать в иерархической форме, где конечный автомат является простейшим автоматом, а машина Тьюринга — наиболее сложным.Основное внимание в этом проекте уделяется конечному автомату и машине Тьюринга. Машина Тьюринга — это машина с конечным числом состояний, но обратное неверно.

[вверху]

Конечные автоматы

Увлекательная история того, как конечные автоматы стали отраслью информатики, иллюстрирует широкий спектр их приложений. Первыми, кто рассмотрел концепцию конечного автомата, была группа биологов, психологов, математиков, инженеров и некоторых из первых ученых-информатиков.Все они были объединены общим интересом: моделировать мыслительный процесс человека, будь то мозг или компьютер. Уоррен МакКаллох и Уолтер Питтс, два нейрофизиолога, были первыми, кто представил описание конечных автоматов в 1943 году. Их статья, озаглавленная «Логическое исчисление, имманентное нервной деятельности», внесла значительный вклад в изучение теории нейронных сетей, теории автоматы, теория вычислений и кибернетика. Позже двое ученых-информатиков Г. Мили и Э.Ф. Мур обобщили теорию на гораздо более мощные машины в отдельных статьях, опубликованных в 1955-56 гг.Конечные автоматы, машина Мили и машина Мура, названы в честь их работы. В то время как машина Мили определяет свои выходные данные через текущее состояние и входные данные, выходные данные машины Мура основаны только на текущем состоянии.

Уоррен Маккалок и Уолтер Питтс (источник)

Автомат, в котором множество состояний Q содержит только конечное число элементов, называется конечным автоматом (FSM).Конечные автоматы — это абстрактные машины, состоящие из набора состояний (набор Q), набора входных событий (набор I), набора выходных событий (набор Z) и функции перехода между состояниями. Функция перехода между состояниями принимает текущее состояние и входное событие и возвращает новый набор выходных событий и следующее состояние. Следовательно, его можно рассматривать как функцию, которая отображает упорядоченную последовательность входных событий в соответствующую последовательность или набор выходных событий.

Функция перехода между состояниями: I → Z

Конечные машины — идеальные модели вычислений для небольшого объема памяти и не поддерживают память.Эта математическая модель машины может достигать только конечного числа состояний и переходов между этими состояниями. Его основное применение — математический анализ проблем. Конечные машины также используются для других целей, помимо общих вычислений, например, для распознавания обычных языков.

Чтобы полностью понять концептуально конечный автомат, рассмотрим аналогию с лифтом:

Лифт — это механизм, который не запоминает все предыдущие запросы на обслуживание, кроме текущего этажа, направления движения (вверх или вниз) и сбора еще неудовлетворенных запросов на обслуживание.Следовательно, в любой данный момент времени работающий лифт будет определяться следующими математическими терминами:

  • Состояния: конечный набор состояний для отражения прошлой истории запросов клиентов.
  • Входы: конечный набор входов в зависимости от количества этажей, на которые может подняться лифт. Мы можем использовать набор I, размер которого равен количеству этажей в здании.
  • Выходы: конечный набор выходных данных, в зависимости от необходимости подъема или опускания лифта в соответствии с потребностями клиентов.

Конечный автомат формально определяется как набор из 5 (Q, I, Z, ∂, W), такой что:

  • Q = конечный набор состояний
  • I = конечный набор входных символов
  • Z = конечный набор выходных символов
  • ∂ = отображение I x Q в Q, называемое функцией перехода состояний, то есть I x Q → Q
  • W = отображение W I x Q на Z, называемое функцией вывода
  • A = набор состояний принятия, где F — подмножество Q

Исходя из математической интерпретации, приведенной выше, можно сказать, что конечный автомат содержит конечное число состояний.Каждое состояние принимает конечное количество входов, и каждое состояние имеет правила, которые описывают действие машины для любого входа, представленного в функции отображения перехода состояний. В то же время ввод может вызвать изменение состояния машины. Для каждого входного символа есть ровно один переход из каждого состояния. Кроме того, любой 5-кортежный набор, который принимается недетерминированными конечными автоматами, также принимается детерминированными конечными автоматами.

При рассмотрении конечных автоматов важно иметь в виду, что механический процесс внутри автоматов, который приводит к вычислению выходных данных и изменению состояний, не акцентируется и не углубляется в детали; вместо этого он считается «черным ящиком», как показано ниже:

Имея конечный постоянный объем памяти, внутренние состояния конечного автомата не несут никакой дополнительной структуры.Их легко представить с помощью диаграмм состояний, как показано ниже:

Диаграмма состояний иллюстрирует работу автомата. Состояния представлены узлами графов, переходы — стрелками или ветвями, а соответствующие входы и выходы обозначены символами. Стрелка, входящая слева в q 0 , показывает, что q 0 — это начальное состояние машины. Движения, не связанные с изменением состояний, обозначены стрелками по сторонам отдельных узлов.Эти стрелки известны как петли.

Существует несколько типов конечных автоматов, которые можно разделить на три основные категории:

  • акцепторы: либо принимают ввод, либо не
  • распознавателей: либо распознают ввод, либо нет
  • Преобразователи

  • : генерируют выходной сигнал по заданному входу

Приложения конечных автоматов можно найти в самых разных областях. Они могут работать с языками с конечным числом слов (стандартный случай), бесконечным числом слов (автоматами Рабина, автоматами Бирша), различными типами деревьев и в аппаратных схемах, где вход, состояние и выход являются битовыми. векторы фиксированного размера.

[вверху]

Конечное состояние против машин Тьюринга

Простейший автомат, используемый для вычислений, — это конечный автомат. Он может вычислять только очень примитивные функции; следовательно, это не адекватная модель вычислений. Кроме того, неспособность конечного автомата обобщать вычисления снижает его мощность.

Ниже приведен пример, иллюстрирующий разницу между конечным автоматом и машиной Тьюринга:

Представьте себе современный процессор.Каждый бит в машине может находиться только в двух состояниях (0 или 1). Следовательно, существует конечное число возможных состояний. Кроме того, при рассмотрении частей компьютера, с которыми взаимодействует ЦП, существует конечное число возможных входов от компьютерной мыши, клавиатуры, жесткого диска, различных слотовых карт и т. Д. В результате можно сделать вывод, что ЦП может можно смоделировать как конечный автомат.

Теперь рассмотрим компьютер. Хотя каждый бит в машине может находиться только в двух разных состояниях (0 или 1), внутри компьютера в целом существует бесконечное количество взаимодействий.Становится чрезвычайно трудно моделировать работу компьютера в рамках ограничений конечного автомата. Однако более высокоуровневые, бесконечные и более мощные автоматы были бы способны выполнить эту задачу.

Всемирно известный ученый-компьютерщик Алан Тьюринг разработал первую «бесконечную» (или неограниченную) модель вычислений: машину Тьюринга в 1936 году для решения задачи Entscheindungs. Машину Тьюринга можно рассматривать как конечный автомат или блок управления, снабженный бесконечным хранилищем (памятью).Его «память» состоит из бесконечного числа одномерных массивов ячеек. Машина Тьюринга — это, по сути, абстрактная модель современного компьютерного исполнения и хранения, разработанная для того, чтобы дать точное математическое определение алгоритма или механической процедуры.

В то время как автомат называется конечным, если его модель состоит из конечного числа состояний и функций с конечными строками ввода и вывода, бесконечные автоматы имеют «аксессуар» — либо стек, либо ленту, которую можно перемещать вправо или влево. , и может соответствовать тем же требованиям, что и машина.

Машина Тьюринга формально определяется множеством [Q, Σ, Γ, δ, q 0 , B, F], где

  • Q = конечный набор состояний, из которых одно состояние q 0 является начальным состоянием
  • Σ = подмножество Γ, не включая B, это набор входных символов
  • Γ = конечный набор допустимых обозначений ленты
  • δ = функция следующего перемещения, функция отображения из Q x Γ в Q x Γ x {L, R}, где L и R обозначают направления влево и вправо соответственно
  • q 0 = в наборе Q в качестве начального состояния
  • B = символ Γ, как пробел
  • F ⊆ Q множество конечных состояний

Таким образом, основное различие между машиной Тьюринга и двусторонними конечными автоматами (FSM) заключается в том, что машина Тьюринга способна изменять символы на своей ленте и моделировать выполнение и хранение на компьютере.По этой причине можно сказать, что машина Тьюринга способна моделировать все вычисления, которые сегодня можно вычислить с помощью современных компьютеров.

[вверху]

5 ключевых характеристик, которые определяют пулемет

Когда Юджин Стоунер впервые представил свою винтовку Armalite из алюминия и пластика, которая позже станет основой для M16 и M4, он едва ли мог представить, что его маленькая черная винтовка все еще будет в руках пехотинцев более 50 лет спустя.Тем не менее, после десятков конфликтов легкая автоматическая винтовка Стоунера сохранилась, хотя попутно модернизировалась.


M16 эволюционировала в M16A1 на протяжении всего периода развития M16A4, прежде чем была переведена в нефронтовые подразделения. Но попутно появилась более короткая и удобная версия карабина. Самой ранней версией M4, которая характеризовала большинство характерных аспектов конструкции, был пистолет-пулемет CAR-15. Несмотря на то, что пистолет-пулемет CAR-15 был обозначен как пистолет-пулемет, он все еще использовал патрон калибра 5,56 мм.

SMG отличался излишне сложным (но функциональным) складным прикладом, укороченным стволом и фиксированной ручкой для переноски. Самая большая разница между ранними версиями M16 и современными вариациями — модульность. Старым моделям требовалась либо модификация, либо специальные компоненты для крепления аксессуаров, таких как тактические фонари, лазеры или оптика. Тем не менее, под анодированным алюминиевым корпусом каждого M4 скрывается оригинальный M16.

Почему это важно? Потому что это показывает, что M4 (в той или иной форме) никуда не денется.Она может развиваться и расти, но сама винтовка, скорее всего, выйдет из службы в США только тогда, когда появится что-то по-настоящему революционное. Не другую винтовку и не другой калибр, а совсем другой способ запуска снарядов, чем бездымный порох.

Представьте себе стоимость и логистический кошмар замены всех винтовок M4, находящихся на вооружении всех видов вооруженных сил. Цена была бы ошеломляющей. И во многом именно поэтому армия отказалась от замены M4 несколько лет назад — слишком дорого и недостаточно для «скачка» в технологиях, чтобы оправдать затраты.

Единственный способ, которым Конгресс даст зеленый свет настоящей замене системы оружия, — это если появится что-то, что мгновенно сделает все современное огнестрельное оружие устаревшим.

Что бы это было за оружие? Трудно точно определить, как это может выглядеть, но достаточно просто определить, чего он не будет делать — запускать твердые снаряды.

Сначала на рубке — твердотопливные или жидкостные ракеты. Звучит очевидно, но изобретатель Роберт Майнхардт еще в конце 1950-х годов успешно построил серию пушек, которые стреляли небольшими ракетами, известными как микроджеты.В то время как винтовки (на самом деле пусковые установки) имели много проблем, основная проблема, которая никогда не могла быть решена, — это отсутствие скорости вблизи дульного среза.

В то время как пороховые пули достигают максимальной скорости у дульного среза ствола, ракеты ускоряются гораздо медленнее. Так что с близкого расстояния патроны будут неэффективными. Добавьте к этому сложный характер конструкции патрона и ограниченную емкость магазина из-за размера снаряда, и любое оружие, использующее эти патроны, объективно уступает M4.

А как насчет магнитов? Концепция рельсотрона не нова и существует со времен Первой мировой войны, а военно-воздушные силы Германии даже разработали зенитные батареи рельсотрона во время Второй мировой войны, но они так и не достигли статуса прототипа. Самой большой проблемой был источник питания, большие магниты, необходимые для запуска снарядов на гиперзвуковой скорости, потребляют безумное количество энергии.

Один из двух прототипов электромагнитного рельсотрона, выставленных на совместном высокоскоростном судне USS Millinocket (JHSV 3) в порту военно-морской базы Сан-Диего.Рельсотроны демонстрируются в Сан-Диего в рамках симпозиума по электромагнитному запуску, на который собрались представители военно-морских сил США и их союзников, промышленности и научных кругов для обсуждения технологий направленной энергии. (Фотография ВМС США, сделанная специалистом по массовым коммуникациям 2-го класса Кристофером Кирсопом / опубликована)

Современные физики и инженеры успешно разработали методы магнитного движения, которые не требуют такой большой мощности, и сделали рельсотроны возможными. Настолько возможно, что рейлганы в настоящее время разрабатываются ВМС США, и в этом году планируется разместить одно из них на судне.

Для непосвященных преимущество этих орудий перед традиционными пушками или управляемыми ракетами связано с невероятной скоростью самих снарядов. Когда армия работала вместе с Техасским университетом в Центре электромагнетизма Остина, они обнаружили, что рейлганы могут стрелять 4-фунтовой вольфрамовой штангой со скоростью почти две мили в секунду, или 6840 миль в час. На этой скорости снаряд не только поражает броню основного боевого танка, такого как M1 Abrams, но и проходит сквозь обе стороны.

Звучит здорово, но в настоящее время технология не может быть уменьшена для использования отдельными солдатами. Кроме того, требуемое количество энергии по-прежнему не является переносимым с современной аккумуляторной технологией. Хотя даже если бы это было так, рейлганы в настоящее время являются однозарядным оружием, что делает их хуже M4 в ближнем бою или городских боях.

Так что же является вероятной заменой M4? Как бы безумно это ни звучало, оружие направленной энергии. Думайте больше о «Звездном пути», чем о «Звездных войнах» — вооруженные лазеры имели бы огромные преимущества перед огнестрельным оружием и пушками с твердосплавными метательными снарядами.

Одно из самых больших преимуществ лазерного оружия — это скорость. Ваш луч движется со скоростью звука и относительно не подвержен влиянию гравитации. Таким образом, для попадания в дальнюю цель не потребуется корректировка на ветер или падение. Но это ведь невозможно?

На плаву передовая база (временная) USS Ponce (ASB (I) 15) проводит оперативную демонстрацию системы лазерного оружия (LaWS), спонсируемой Управлением военно-морских исследований (ONR), во время ее развертывания в Персидском заливе.(Фотография ВМС США, сделанная Джоном Ф. Уильямсом / опубликована)

На самом деле Соединенные Штаты и Израиль разрабатывают и внедряют тактический высокоэнергетический лазер более десяти лет. Израильские ЦАХАЛ даже использовали THEL, чтобы сбить 28 приближающихся ракет «Катюша» в 2000 году. Как и рейлган, THEL в настоящее время слишком массивен и потребляет слишком много энергии, чтобы быть переносным. Но то же самое было сказано о компьютерах всего несколько десятилетий назад. Кто знает, может быть, до лазерного карабина M5A2 осталось всего десять лет.

До тех пор американские военные застревают в модернизации, настройке и настройке карабина M4. Возможно, это не передовая технология, но старый боевой конь все еще точно ведет дальше, чем может видеть большинство солдат, и не весит тонны.

.