Соединение тэнов звездой: Как подключить трубчатые ТЭНы или Блоки ТЭН. Схемы подключения ЗВЕЗДА и ТРЕУГОЛЬНИК. — РОСНАГРЕВ — промышленные нагреватели и регулировка

Схема подключения тэнов звездой

Содержание

1. Теория
2. Схемы подключения ТЭН котла
3. Вариант 1. Схема подключения к однофазной сети
4. Вариант 2. Трехфазное подключение
5. Вывод
6. Вступление
7. Об электрических котлах
8. Схема подключения электрического котла
9. На практике
10. Вывод

Продажи ведутся через ЗАО «Автомаш»

+7 (495) 306-52-17, 652-51-16

ЗАО «Автомаш»
		Схема проезда >>>		Смотреть прайс-лист
		E-mail: [email protected]

Таможенный союз. Декларация о соответствии № ТС RU Д-RU.АВ98.В.00706
Срок действия c 30.12.2014г. по 25.12.2019г.
Изготовлено по ТУ 3443-009-49110786-2002.
Соответствует требованиям технического регламента
Таможенного союза ТР ТС 004/2011

Схемы соединения ТЭН (однофазная сеть)

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) как и другие потребители электроэнергии подключаются как к однофазной так и к трехфазной сети.

При подключении к однофазной сети (1 «фаза» и «ноль») более чем одного ТЭНа используется параллельная, последовательная либо комбинированная схемы подключения.

1. Параллельное соединение ТЭН

При параллельном соединении действуют следующие основные законы:

• Напряжение на каждом ТЭНе постоянно и равно напряжению в сети;
• При выходе из строя одного из ТЭН, остальные продолжают работать;
• Суммарная мощность сборки складывается из мощностей всех ТЭНов, установленных параллельно;
• Если параллельно установлены ТЭНы разной мощности, то суммарная мощность считается по формуле: P общ =U 2 /R общ , где P общ – суммарная мощность, U- напряжение, R общ – суммарное сопротивление сборки. Суммарное сопротивление сборки Rобщ рассчитывается по формуле: 1/R общ =1/R 1 +1/R 2 +1/R 3 .

2. Последовательное соединение ТЭН

При последовательном соединении действуют следующие основные законы:

• Общее сопротивление сборки складывается из сопротивлений всех ТЭНов, установленных последовательно;
• Если последовательно установлены ТЭНы одинакового сопротивления, то напряжение на каждом ТЭНе равно общему напряжению сети деленному на количество ТЭНов в сборке. Другими словами: U общ =U 1 +U 2 +U 3 .
• Общая мощность сборки ТЭН считается по формуле P общ =U общ 2 /R общ , где P общ – суммарная мощность, U общ – общее напряжение сети, R общ – суммарное сопротивление сборки ТЭН. Суммарное сопротивление сборки R общ рассчитывается по формуле: R общ =R 1 +R 2 +R 3 .
• При выходе из строя одного ТЭНа обрывается общая цепь и остальные ТЭНы также перестают работать.

3. Комбинированное соединение ТЭН

При комбинированном соединении ТЭН, следует разбивать цепь на несколько участков (А и Б), для которых соответственно будут действовать законы либо параллельного (А), либо последовательного (Б) соединения.

Значение напряжения на всех схемах указано при подключении к сети – 220V.

Схемы соединения ТЭН (трехфазная сеть)

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) как и другие потребители электроэнергии подключаются как к однофазной так и к трехфазной сети. При подключении к трехфазной сети (3 «фазы» и «ноль») используются две основные схемы соединений («звезда» и «треугольник»). С целью равномерности распределения нагрузки по фазам, количество подключаемых ТЭНов следует выбирать кратным числу 3.

1. Соединение ТЭНов – «звезда»

Основные законы, которые действуют при соединении ТЭНов «звездой»:

• Между любой «фазой» и «нулем» всегда 220В!
• В каждую ветвь «звезды» можно подключать несколько ТЭНов, соединенных между собой последовательно либо параллельно (см. схемы соединения в однофазной сети).
• Мощность каждой ветви «звезды» должна быть одинакова.
• Суммарная мощность соединения складывается из мощностей трёх ветвей.

2. Соединение ТЭНов – «треугольник»

Основные законы, которые действуют при соединении ТЭНов «треугольником»:

• Между любыми двумя «фазами» всегда 380В!
• В каждую ветвь «треугольника» можно подключать несколько ТЭНов, соединенных между собой последовательно либо параллельно (см. схемы соединения в однофазной сети).
• Мощность каждой ветви «треугольника» должна быть одинакова.
• Суммарная мощность соединения складывается из мощностей трёх ветвей.

Значение напряжения на всех схемах указано при подключении к трехфазной сети – 380V.

Теория

Что такое ТЭН в электрическом котле? С точки зрения электротехники это активное сопротивление, которое выделяет тепло при прохождении по нему электрического тока.

По внешнему виду одиночный ТЭН выглядит, как согнутая или завитая трубка. Спирали могут быть самой разной формы, но принцип подключения одинаков, у одиночного ТЭНа два контакта для подключения.

При подключении одиночного ТЭНа к напряжению питания нам нужно просто подсоединить его клеммы к электропитанию. Если ТЭН рассчитан на 220 Вольт, то подключаем его к фазе и рабочему нулю. Если ТЭН на 380 Вольт, то подключает ТЭН к двум фазам.

Но это одиночный ТЭН, который мы можем увидеть в электрочайнике, но не увидим в электрическом котле. ТЭН котла отопления это три одиночных ТЭНа, закрепленные на единой платформе (фланце) с выведенными на ней контактами.

Самый распространённый ТЭН котла состоит из трёх одиночных тэнов закрепленных на общем фланце. На фланце выводится для подключения 6 (шесть) контактов ТЭНа электрического ТЭН котла. Есть котлов с большим количеством одиночных тэнов, например, так:

Схемы подключения ТЭН котла

Вариант 1. Схема подключения к однофазной сети

Обычно, три одиночных Тэна в такой конструкции, размещены так, что контакты от разных тэнов располагаются друг напротив друга.

Чтобы подключить ТЭН на 220 Вольт, нужно соединить три контакта от разных одиночных спиралей перемычкой и подключить их к рабочему нулю.

Три оставшиеся контакта нужно, также соединить и подключить к рабочей фазе. Это обеспечит одновременное включение всех тэнов в нагрев при подаче питания.

Однако так напрямую подключение не делают, и на каждый второй контакт тэна подключают на фазу после своего автомата или, что делается чаще, подключают от своей линии управления (автоматики).

Вариант 2.

Трехфазное подключение

Если мы посмотрим на продающиеся тэны для котлов, то увидим, что почти все маркируются, как Тэны 220/380 Вольт.

Если у вас такой вариант тэна, и вы имеете возможность подключиться к трехфазному питанию 220 Вольт или 380 Вольт, то нужно использовать схемы подключения называемые «звезда» и «треугольник».

По схеме «звезда» 220 Вольт три фазы, нужно пермячкой соединить три контакта одиночных тэнов и подключить их рабочему нулю. На вторые свободные контакты подать по фазному проводу. Каждый одиночный тэн будет работать от 220 Вольт, независимо друг от друга.

По схеме «треугольник» 380 Вольт, нужно перемычками соединять контакты 1-6, 2-3, 4-5, у одиночных тэнов 1-2,3-4,5-6 и подавать на них фазные провода. Каждый одиночный тэн будет работать от 380 Вольт, независимо друг от друга.

Вывод

Как видим электрические ТЭН котлы просты в подключении и само подключение ТЭНа не вызывает проблем. Более сложный вопрос подключения автоматики и датчика температур. Об этом в следующих статьях.

Вступление

Вы планируете или уже купили прямоточный электрический котел, для системы отопления своего дома. Предлагаю, заранее познакомится особенностями подключения таких котлов, и посмотреть, как выглядит схема подключения электрического котла.

Об электрических котлах

Классическим электрическим котлом отопления, можно сказать котлом по умолчанию, тип которого не указывают, считаются электрокотлы с ТЭН нагревательными элементами.

ТЭН это аббревиатура трубчатого электрического нагревателя. Аналог, которого вы видите в электрическом чайнике со спиралью.

В зависимости от количества тэнов котла меняется их мощность. Так как тэны чаще стандартны, то мощности электрических котлов у разных производителей тоже стандартны. Это 6/9/12/14/18/21/24/28 кВт.

Стоит отметить, что понятие электрический котел, гораздо шире, чем только ТЭН котлы. Получили распространение индукционные и электродные котлы, которые также являются электрическими.

Схема подключения электрического котла

Общая схема подключения электрического котла с ТЭН нагревателями, это не что иное, как схема подключения одного или нескольких тэнов к электропитанию.

Чтобы разобраться и понять принцип подключения тэнового котла, посмотрим на ТЭН.

На фото вы видите простейший ТЭН, состоящий из одной нагревательной трубки. Как следствие для подключения у такого ТЭНа есть только два контакта. Подключается такой ТЭН, напрямую. Один контакт на фазу (чаще 220 Вольт), второй контакт на рабочий ноль.

Мощность таких тэнов небольшая и они не используются в отеплительных котлах. Их прерогатива чайники или стиральные, посудомоечные машины.

В электрических котлах тэны «завивают» из двух, чаще трех трубок. Выглядит тэн для котла так.

Как видите контактов для подключения у таких тэнов уже 6 (шесть) и это самый простой вариант. Задача подключения ТЭН котла, правильно соединить шесть контактов тэна, чтобы подключить его к электропитанию.

В этом нет ничего сложного, если вспомнить две классические схемы подключения из курса электротехники. Вы наверняка о них слышали, это схемы под названием «звезда» и «треугольник». Я писал о них довольно подробно в статье Как получает электроэнергию потребитель низкого напряжения 380 Вольт.

Опишу эти схемы простым языком. Итак, у нас 6 контактов разбитых по парам. Всего три пары.

• Схема «звезда» предполагает соединить один контакт из трёх пар и подключить его к рабочему «нулю». Оставшиеся контакты пар тэна, подключают к фазам L1, L2, L3 если питание 380 В или также соединяют и подключают к фазе L, если питание 220 В.

• По схеме «треугольник» все пары контактов соединяются последовательно и подключаются к трём фазам 380 В.

На практике

Если вы покупаете готовый котел, а не собираете его самостоятельно, то у вас будет блок управления котла в котором будут клеммы для подключения электропитания.

Единственное, что вам нужно сделать, это правильно рассчитать сечение питающего кабеля и номинал автомата защиты для котла.

Кратко напомню, что эти расчёты проводятся по мощности котла с использованием таблиц 1.3 ПУЭ. Так как алюминий скоро будет возвращен в электромонтаж, приведу сводные таблицы по которым можно подобрать сечение кабеля по мощности прибора для медных и алюминиевых проводов (жил кабеля).

Также поможет такая таблица подбора сечения кабеля и устройства защиты для котлов Protherm Скат.

Вывод

Схема подключения электрического котла с ТЭН нагревателями рассмотрена. При элементарных знаниях электротехники собрать такой котел можно самостоятельно.

Как определяется мощность цепи при последовательном соединении?

Все известные виды проводников обладают определенными свойствами, в том числе и электрическим сопротивлением. Это качество нашло свое применение в резисторах, представляющих собой элементы цепи с точно установленным сопротивлением. Они позволяют выполнять регулировку тока и напряжения с высокой точностью в схемах. Все подобные сопротивления имеют свои индивидуальные качества. Например, мощность при параллельном и последовательном соединении резисторов будет различной. Поэтому на практике очень часто используются различные методики расчетов, благодаря которым возможно получение точных результатов.

Трехфазное подключение нагревателей

Соединение треугольником

Номинальное напряжение каждого нагревательного элемента идентично напряжению между фазами при соединении треугольником.

Соединение звездой

Номинальное напряжение нагревательных элементов равно напряжению между фазами трехфазной проводки, деленному на корень из 3 или 1,732
Пример подключения: 3 нагревательных элемента мощностью 1000 Вт 230 В, подключенные к трехфазной сети 400 В, генерируют 3000 Вт. 3 нагревательных элемента мощностью 1000 Вт 400 В, подключенные к трехфазному источнику питания 400 В, генерируют 1000 Вт.

Подробнее про трехфазное подключение ТЭНов читайте в нашей статье — треугольник или звезда для подключения нагревателей

Мощность при последовательном соединение

При соединение резисторов последовательно электрический ток по очереди проходит через каждое сопротивление. Значение тока в любой точке цепи будет одинаковым. Данный факт определяется с помощью закона Ома. Если сложить все сопротивления, приведенные на схеме, то получится следующий результат: R = 200+100+51+39 = 390 Ом.

Учитывая напряжение в цепи, равное 100 В, по закону Ома сила тока будет составлять I = U/R = 100/390 = 0,256 A. На основании полученных данных можно рассчитать мощность резисторов при последовательном соединении по следующей формуле: P = I2 x R = 0,2562 x 390 = 25,55 Вт.

Таким же образом можно рассчитать мощность каждого отдельно взятого резистора:

• P1 = I2 x R1 = 0,2562 x 200 = 13,11 Вт;
• P2 = I2 x R2 = 0,2562 x 100 = 6,55 Вт;
• P3 = I2 x R3 = 0,2562 x 51 = 3,34 Вт;
• P4 = I2 x R4 = 0,2562 x 39 = 2,55 Вт.

Если сложить полученные мощность, то полная Р составит: Р = 13,11+6,55+3,34+2,55 = 25,55 Вт.

Выводы

При параллельном подключении ТЭНов напряжение на каждом нагревателе будет одинаковое, общая мощность равна сумме мощностей отдельных нагревателей и выход одного ТЭНа из строя не нарушит работы остальных.

При последовательном подключении нагревателей общее сопротивление будет складываться из значений сопротивления каждого отдельного ТЭНа, напряжение на каждый отдельный нагреватель будет рассчитываться по формуле Uобщ/количество нагревателей (для одинаковых ТЭНов), соответственно общая мощность уменьшается во столько раз, сколько ТЭНов в системе.

Одна из причин однозначного выбора заключается в том, что некоторые нагреватели не могут надежно работать при одном напряжении. Это связано с физическими размерами нагревателя, а также с параметрами мощности и напряжения. В основном нужно подбирать ТЭНы с оптимальным размером греющей спирали, чтобы не было необходимости в последовательном подключении нескольких нагревателей. Помните, что параллельно все нагреватели имеют одинаковое напряжение, но последовательно каждый нагреватель имеет одинаковый ток. По сути, вы можете подключить ТЭНы последовательно только тогда, когда у вас есть два нагревателя одинаковой мощности и напряжения, при этом их суммарная мощность будет меньше. В большинстве случаев ТЭНы подключаются параллельно.

Если у Вас остались вопросы, обращайтесь к нам по телефону или по электронной почте. Наши специалисты помогут вам с выбором нагревательных элементов и проконсультируют по вопросам их подключения. Мы производим промышленные нагреватели, ик излучатели а также комплектующие материалы к системам нагрева.

Давайте рассмотрим немного расчетов по подключению ТЭНов.

Общие формулы

Мощность (Ватт)

Напряжение (Вольт)

Сила тока (Ампер)

Сопротивление (Ом)

Рассмотрим последовательное или параллельное подключение нескольких одинаковых нагревательных элементов с различными схемами соединения. Для произведения расчетов нам понадобятся такие характеристики:

R = полное сопротивление P = общая мощность U и I соответственно напряжение и сила тока

Параллельное соединение

Количество нагревательных элементов может быть 2, 3 или любое другое число (x). 2 / [
Сопротивление первого резистора, кОм
] / 1000

Получается, что из двух резисторов по 500 Ом на 2 Вт можно сделать один на 250 Ом, 4 Вт.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники. Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.

Применение тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов). Схемы. Ис. Тиристоры в электронных схемах. Тонкости и особенности использования. Виды тирис.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Применение. Типы, виды, категор. Все о биполярном транзисторе. Принцип работы. Применение в схемах. Свойства. Кла.

Плавная регулировка яркости свечения люминесцентных ламп дневного свет. Схема драйвера для плавной регулировки яркости свечения ламп дневного света. Дра.

Проверка электронных элементов, радиодеталей. Проверить исправность, р. Как проверить исправность детали. Методика испытаний. Какие детали можно использ.

RC — цепь. Резисторно — конденсаторная схема. Резистор, конденсатор. И. Расчет RC — цепи, изменения напряжения на конденсаторе в зависимости от времени.

Смешанное соединение резисторов

Смешанное соединение резисторов — это комбинация последовательного и параллельного соединения. Иногда такую комбинацию называют последовательно-параллельным соединением.

Пример цепи со смешанным соединением резисторов:

Для расчета эквивалентного сопротивления таких соединений всю цепь разбивают на простейшие участки и придерживаются следующего алгоритма:

	Определяется общее сопротивление участков с параллельным соединением резисторов.
	Если эти участки содержат последовательно соединенные резисторы, то сначала вычисляют их общее сопротивление.
	После промежуточных расчетов схема перерисовывается, и получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных сопротивлений.
	Далее рассчитывается сопротивление полученной простой схемы.

Как правильно подключать нагреватели: параллельно или последовательно?

Итак, следует ли подключать нагреватели параллельно или последовательно? Этот вопрос возникает, когда к источнику питания необходимо подключить более одного нагревателя. Любое количество нагревателей может быть подключено параллельно, но обычно только два нагревателя подключаются последовательно. Надежное последовательное подключение более двух нагревателей является сложной задачей. Если нагреватели соединены последовательно, отказ одного нагревателя останавливает работу всех ТЭНов в цепочке. При параллельном подключении нагревателей отказ одного ТЭНа обычно не влияет на другие нагреватели.
Чаще всего при подключении используется два ТЭНа. В этом случае, если нагреватели соединены последовательно, напряжение каждого ТЭНа должно быть равно половине общего доступного напряжения. Например, два нагревателя на 240 вольт, подключенные последовательно к источнику питания на 480 вольт. Также мощность каждого нагревателя должна быть одинаковой. (Если мощность и напряжение каждого нагревателя не равны, нагреватели не будут делить общее напряжение поровну.) Если два нагревателя подключены параллельно, напряжение каждого нагревателя должно быть таким же, как напряжение питания.

Последовательное подключение ТЭНов

Аналогично предыдущему случаю возьмем 2, 3 или х одинаковых ТЭНов, каждый из которых имеет сопротивление r и мощность р. Для последовательного подключения значения сопротивления складываются, в итоге вычислений имеем:

R = 2*r либо R = 3*r либо R = x*r P = p / 2 либо P = p / 3

Например: 2 последовательно подключенных нагревательных элемента мощностью 1000 Вт 230 В, работающих от 230 В, генерируют 500 Вт при 230 В с R = 105,87 Ом (мощность, создаваемая нагревательными элементами, в 4 раза меньше) 3 последовательно подключенных нагревательных элемента мощностью 1000 Вт 230 В, работающих с 230 В генерируют 333 Вт при 230 В с сопротивлением R = 158,7 Ом (мощность, создаваемая нагревательными элементами, в 9 раз меньше) и т. д.

Открытие самой маленькой экзопланеты: звездная связь Барнарда

11 января 2012 г., 13:00

Открытие трех самых маленьких планет, вращающихся вокруг далекой звезды, о котором было объявлено сегодня на ежегодном собрании Американского астрономического общества, имеет необычную связь со звездой Барнарда, одним из ближайших соседей Солнца.

Концепт этого художника изображает планетарную систему, в которую входят три самые маленькие экзопланеты, которые когда-либо были обнаружены. Карликовая звезда составляет одну шестую размера Солнца. Самая маленькая из трех планет размером с Марс вращается дальше всех от звезды и изображена на переднем плане. Следующая планета справа вверху в 0,78 раза больше радиуса Земли, а планета, ближайшая к звезде, имеет радиус в 0,73 раза больше Земли. Планеты вращаются так близко к звезде, что их температура колеблется от 350 до 836 градусов по Фаренгейту. (НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт)

Открытие было сделано научной группой под руководством астрономов из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт), в которую входили три члена из Вандербильта.

Команда использовала данные миссии НАСА «Кеплер» в сочетании с дополнительными наблюдениями за одной звездой под названием KOI-961, чтобы определить, что у нее есть три планеты, размер которых варьируется от 0,57 до 0,78 радиуса Земли. Это делает их самыми маленькими из более чем 700 экзопланет, вращающихся вокруг других звезд.

Кейван Стассан (Университет Стива Грина/Вандербильта)

В ходе исследования звезды KOI-961, которая находится примерно в 130 световых годах от нас в созвездии Лебедя, астрономы обнаружили, что она почти идентична звезде Барнарда, которая находится всего в шести световых годах от нас в созвездии Змееносца. Это сходство позволило им использовать информацию о звезде Барнарда, открытой в 1916 году вандербильтским астрономом Э. Э. Барнардом, для определения массы, размера и светимости далекой звезды. Эти значения, в свою очередь, использовались для определения размера трех новых экзопланет.

«Звезда Барнарда и KOI-961 являются карликами класса М, также известными как красные карлики. Это самая маленькая категория звезд. Они являются популярными целями для охотников за экзопланетами, потому что их небольшой размер облегчает обнаружение планет размером с Землю», — сказал Кейван Стассун, профессор астрономии, возглавлявший контингент Вандербильта. Другими вовлеченными учеными Вандербильта были доценты-исследователи Джошуа Пеппер и Лесли Хебб.

С 1960-х по 1980-е годы астрономы считали, что у звезды Барнарда также есть планетарная система — в частности, одна или две планеты крупнее Юпитера. Если бы их существование было подтверждено, это было бы первым научным открытием, но доказательства в конечном итоге были дискредитированы. Сегодня достижения в области технологий телескопов и обработки изображений позволяют астрономам с большой уверенностью отождествлять звезды с экзопланетами.

Звезда Барнарда, фаворит научной фантастики

Хотя звезда Барнарда слишком тусклая, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом, ее близость к Солнцу и возможность наличия у нее планетарной системы сделали ее излюбленным местом назначения писателей-фантастов. Он появляется в десятках научно-фантастических романов, в том числе Автостопом по Галактике , фильмах, таких как фильм 1979 года Встречи с пришельцами , телесериалах, включая Галактика открывает Землю и ряд компьютерных и видеоигр.

Снимки звезды Барнарда, полученные космическим телескопом Хаббла, подобные этому, не обнаружили никаких доказательств того, что у нее есть планеты крупнее Юпитера. (НАСА) Напротив, KOI-961 — одна из тысяч безымянных звезд, которые миссия НАСА «Кеплер» идентифицировала как кандидатов, которые могут обладать планетными системами. Космический корабль «Кеплер» содержит специально разработанный телескоп, который непрерывно отслеживает яркость 150 000 звезд одновременно. Он помечает звезды, яркость которых периодически падает, потому что затемнение может быть вызвано планетой, которая проходит перед звездой, если смотреть с Земли. Астрономы называют это транзитным методом обнаружения планет.

Команда Калифорнийского технологического института использовала данные Кеплера по KOI-961 вместе с последующими наблюдениями в Паломарской обсерватории недалеко от Сан-Диего и на станции W. W. Кека на Гавайях, чтобы подтвердить существование своей планетной системы и определить размер ее планет.

Астрономы Вандербильта помогли определить размер звезды

Джошуа Пеппер внес вклад в исследование (Дэниел Дюбуа / Университет Вандербильта)

Метод транзита дает астрономам отношение размера планеты к размеру звезды. В результате им нужно было определить размер звезды, чтобы вычислить размер планет. Телескоп Kepler дает некоторую приблизительную информацию о диаметре звезды, но исследователи знали, что эти данные особенно ненадежны для карликов M, сказал Стассун. Поэтому контингент Вандербильта провел дополнительные телескопические наблюдения и анализ, необходимые для получения точной оценки размера звезды.

Чтобы лучше оценить свойства звезды, астрономы получили точную оценку цвета звезды с телескопа Вандербильта в южной Аризоне и подробный спектр звезды с Паломара и Кека. Это дало отпечаток KOI-961. «Когда мы сравнили его отпечатки пальцев с отпечатками самых известных карликов М, мы обнаружили, что звезда Барнарда лучше всего подходит», — сказал Стассун.

Лесли Хебб внес свой вклад в исследование (любезно предоставлено Лесли Хебб)

Это было удачей, потому что звезда Барнарда является одним из наиболее изученных и лучше всего охарактеризованных М-карликов. В частности, есть точная оценка его размера, который составляет одну пятую размера Солнца. Это позволило исследователям начать с математической модели звезды Барнарда и изменить ее, чтобы учесть тонкие различия между двумя звездами. Когда они это сделали, модель дала еще меньшую оценку KOI-9.Размер 61: примерно одна шестая размера Солнца.

После того, как размер звезды был установлен, команда использовала данные Кеплера, чтобы рассчитать, что размеры трех экзопланет варьируются от размера Марса до немногим более трех четвертей размера Земли. Они также определили, что эти планеты вращаются вокруг звезды с периодом от полудня до двух дней. Такие короткие периоды означают, что все три орбиты находятся так близко к своей звезде, что они должны быть слишком горячими для существования жидкой воды и развития жизни, подсчитали астрономы.

Новая система, сравнимая по размеру с Юпитером и его спутниками

Крошечные размеры этой планетной системы побудили Джона Джонсона, главного исследователя Института экзопланетных исследований НАСА в Калифорнийском технологическом институте, прокомментировать: «Действительно удивительная вещь в этой системе заключается в том, что самое близкое сравнение размеров — это Юпитер и его спутники». (KOI-961 всего на 70 процентов больше Юпитера, а его экзопланеты сопоставимы по размеру и имеют такие же периоды обращения, что и галилеевские спутники, вращающиеся вокруг планеты Юпитера.)

Концепция этого художника сравнивает планетарную систему KOI-961 с Юпитером и четырьмя крупнейшими его спутниками. В системе KOI-961 находятся три самые маленькие планеты, вращающиеся вокруг звезды за пределами нашего Солнца (называемые KOI-961.01, KOI-961.02 и KOI-961.03). Орбиты планеты и Луны нарисованы в одном масштабе. Размеры звезд, планет и лун были увеличены для лучшей видимости. (Калифорнийский технологический институт)

Тот факт, что у звезды Барнарда нет планеты-гиганта, не исключает возможности наличия у нее меньших планет. Открытие еще одного М-карлика с небольшими экзопланетами увеличивает вероятность того, что у звезды Барнарда они тоже могут быть. Однако, если это произойдет, планеты должны вращаться на гораздо большем расстоянии, чем у KOI-9.61. Миссия «Кеплер» требует, чтобы изображение звезды трижды опускалось, прежде чем оно будет помечено как кандидат на планету. В результате, чем дольше период обращения планеты, тем труднее ее обнаружить. Например, если планета совершает оборот вокруг звезды один раз в год, для ее обнаружения потребуется три года непрерывных наблюдений.

Вклад команды Вандербильта был поддержан Инициативой Вандербильта в астрофизике с интенсивным использованием данных.

Следует ли использовать заземление по схеме «звезда» для разделения аналогового и цифрового заземления? | Блог

Заземление электрических систем может быть сложной темой, которая ставит в тупик даже самых опытных проектировщиков. Для систем распределения электроэнергии требования, как правило, довольно четкие; не создавайте несколько точек заземления, разделенных достаточным сопротивлением, чтобы вызвать контур заземления. В печатных платах со смешанными сигналами, независимо от того, работают ли они на низкой или высокой скорости, установление четкой точки отсчета потенциала в проекте (что-то, что мы любим называть «землей») сводится как к определению единой точки для потенциала 0 В, так и к о предотвращении прохождения электромагнитных помех (ЭМП) между различными блоками схемы.

Итак, как реализовать области цифрового заземления и аналогового заземления на печатной плате со смешанными сигналами? На эту тему было создано множество технических статей и вебинаров, и некоторые рекомендации по дизайну легко вырвать из контекста. Кроме того, некоторые рекомендации по проектированию заземления в платах со смешанными сигналами просто устарели и могут быть оправданы только в более медленных/низкочастотных системах. Заземление в современных печатных платах со смешанными сигналами необходимо обсуждать в контексте высокоскоростных цифровых сигналов и аналоговых сигналов со средними и высокими частотами (низкие частоты ГГц и выше).

Однако понимание того, что происходит на более низких скоростях при использовании таких методов заземления, как заземление звездой и разделенные плоскости заземления, может помочь вам понять, какие методы подходят, а когда их, вероятно, не следует использовать в современных печатных платах. В этом блоге я хочу рассмотреть, как и почему может быть реализовано что-то вроде заземления по схеме «звезда», и как это связано с правильной стратегией заземления для плат со смешанными сигналами. Как оказалось, простейшее решение с использованием единой заземляющей пластины является наиболее элегантным при правильной реализации.

Заземление печатных плат со смешанными сигналами — сложная проблема со множеством проблем и решений. Существует три типичных варианта заземления в системе, включающей аналоговые и цифровые секции с одной точкой возврата к источнику питания:

• Использовать схему заземления звезда с силовыми и заземляющими шинами/заливками
• Используйте единую заземляющую пластину для обеспечения единого опорного потенциала во всей системе
• Используйте несколько физически разделенных заземляющих плоскостей для различных типов сигналов (цифровых и аналоговых)

Только первые две рекомендации по-прежнему актуальны в современной электронике по нескольким причинам. Среди них каждый дизайнер, которого я знаю, порекомендует второй подход. Если вы внимательно посмотрите, вы обнаружите, что первые две точки эквивалентны, если вы не проложите трассу через какие-либо промежутки между наземными областями.

Почему до сих пор рекомендуют аналоговое и цифровое разделение земли?

Серьезной проблемой помех в платах смешанных сигналов является переключение цифровых цепей. Цифровые сигналы с высокой частотой фронтов могут сильно излучать при переключении между состояниями. При приближении к аналоговым схемам электромагнитные помехи от цифровых сигналов часто оказывают влияние на чувствительные аналоговые сигналы. Вот почему вы обычно должны стараться разделить эти два раздела вашей системы. Когда кто-то пишет «разделите аналоговое и цифровое заземления», все внезапно предполагают, что это означает «использовать физически разъединенные заземления», но цель рекомендации не в этом.

Я считаю, что именно здесь возникают первоначальные рекомендации для физически отдельных наземных плоскостей, и это одна из причин, по которой они сохраняются и сегодня.

Когда я пишу «физически отдельные заземляющие плоскости» или «физически разъединенные заземляющие плоскости», я имею в виду две секции заземления, между которыми нет абсолютно никакого физического электрического соединения. Я могу придумать один крайний случай, когда это приемлемо, но это равносильно размещению двух физически разделенных, электрически изолированных устройств на одной и той же подложке печатной платы, что является совершенно бессмысленным занятием. Я думаю, что это продолжает всплывать, потому что все забывают, как работают обратные токи и паразиты.

Все дело в электромагнитных помехах и обратных путях

Во-первых, давайте подумаем о том, что происходит на печатной плате со смешанными сигналами, где цифровые и аналоговые секции обычно должны передавать сигналы и данные между собой. Вам необходимо разделить аналоговые и цифровые сигналы и компоненты, чтобы уменьшить помехи. Однако вашим аналоговым и цифровым секциям может потребоваться связь друг с другом, поэтому у вас не может быть физического разделения между их основаниями. Если вы разделите их земли, вы в конечном итоге проложите трассу через зазор между двумя эталонными плоскостями, создав неопределенный обратный путь с большой паразитной индуктивностью контура. Эта область становится сильным источником/приемником электромагнитных помех.

Эта ситуация показана на изображении ниже. Красная стрелка показывает сигнал нашего источника, проходящий между цифровой ИС и аналоговой ИС по двум разным заземляющим слоям. Светло-голубая стрелка показывает, куда обратный ток может попытаться пройти как ток смещения. Зазор между плоскостями создает большую рамочную индуктивную антенну, излучающую сильные электромагнитные помехи.

Когда обратный путь определен нечетко, вы создаете полностью случайный обратный путь с большой паразитной индуктивностью и сильным электромагнитным излучением.

Давным-давно можно было обойтись без физически разделенных наземных плоскостей и с маршрутизацией трасс в разные стороны по нескольким наземным плоскостям. В современной электронике, где обычные цифровые и аналоговые сигналы работают с полосой пропускания до ~ ГГц, это прямой путь к катастрофе с электромагнитными помехами. Причина в том, что в проекте не определен четкий обратный путь, и в конечном итоге вы будете прокладывать маршрут по промежутку, чтобы создать любой тип функциональности смешанных сигналов.

Менее плохое решение

Как дизайнеры обычно решают эту проблему? Они помещали конденсатор, резистор 0 Ом или даже ферритовую бусину через зазор рядом с дорожкой, проложенной по разделяемым плоскостям. Идея состоит в том, что он обеспечивает обратный путь для сигнала, проходящего через эту область. Хотя это может быть верно для одного сигнала, это не решает других проблем для любых других сигналов. Недавно я переделывал плату клиента, где они использовали ферритовую бусину для обеспечения этого обратного пути, мотивируя это тем, что они беспокоились только о низкочастотном шуме. Внезапно, как только мы удалили бусину и использовали один заземляющий слой, проблемы с электромагнитными помехами клиента были решены. Опять же, чистый обратный путь в вашей опорной плоскости является решением многих проблем с излучением и приемом электромагнитных помех.

Как насчет заземления шасси?

Если вы используете шасси в качестве дополнительного эталона, будьте осторожны, так как емкостная связь между током смещения в шасси и другими заземлениями на вашей плате создаст синфазные токи, которые проявляются как шум в компонентах. Это одно из возражений против использования грунтовой заливки в Ethernet, области, в которой многие примечания по применению предлагают разные (и противоречивые) точки зрения.

Наведенный здесь «шум» на самом деле является флуктуацией потенциала земли на печатной плате, а не каким-то ложным сигналом, вводящимся платой, ведущей себя как антенна. Опять же, здесь необходима единая ссылка, чтобы гарантировать отсутствие потенциала между шасси и любым другим заземлением системы. Эти отдельные земли имеют между собой некоторую паразитную емкость. Когда потенциал между этими двумя секциями равен 0 В, ток смещения (синфазный) не индуцируется обратно в систему из шасси.

Физически разделенное заземление = плавающее заземление

Разделение аналоговых и цифровых цепей на физически отдельных плоскостях заземления может создать еще одну проблему — плавающее заземление. При наличии плавающего заземления две секции могут питаться от одного и того же источника, но этот источник может не иметь один и тот же потенциал земли. Думайте об этом с точки зрения закона напряжения Кирхгофа; это оставляет некоторый потенциал между плоскостями.

Все ваши аналоговые и цифровые микросхемы должны быть связаны с одним и тем же опорным потенциалом для правильной работы, но разделение аналогового и цифрового заземления может привести к разности потенциалов между двумя областями. Теперь цифровые и аналоговые сигналы не будут сравниваться с одним и тем же эталоном, что приведет к ошибкам измерения и преобразования данных между аналоговой и цифровой секциями.

Зачем нужен единый потенциал

«0 В», который вы используете для измерения между цифровой частью вашей платы и землей, должен быть таким же 0 В для аналоговой части. Когда две секции не подтянуты к одному и тому же опорному потенциалу, обратный путь от одного компонента может создать флуктуацию опорного потенциала для другого компонента. Если это происходит, когда, скажем, цифровой обратный ток с высокой скоростью фронта проходит рядом с аналоговым компонентом или межсоединением, небольшое колебание напряжения может вызвать шум в аналоговом сигнале. Даже при отсутствии внешних источников шума, мешающих работе системы, в аналоговом сигнале будет появляться шум.

Это приводит нас к двум вариантам, которые могут быть рекомендованы для заземления со смешанными сигналами: заземление по схеме «звезда» или однородные плоскости заземления. Каждый из них имеет свои преимущества в различных ситуациях, но их необходимо правильно спроектировать, чтобы предотвратить проблемы с шумом.

Что такое звездное заземление?

Звездообразное заземление представляет собой единую точку, соединяющую аналоговые и цифровые заземляющие плоскости или дорожки. Звездное основание не имеет буквально форму звезды, но идея состоит в том, что каждое соединение осуществляется в одной центральной точке. Это показано на изображении ниже, где заземление находится в центральной точке.

 
При заземлении по схеме «звезда» все аналоговые и цифровые заземляющие соединения должны заканчиваться на заземлении по схеме «звезда».

Топология заземления по схеме «звезда» проста: соедините различные цифровые и аналоговые заземляющие плоскости или обратные дорожки к одной точке (возврат источника питания). Идея здесь состоит в том, чтобы физически изолировать различные области земли. Схема звездообразного заземления пытается бороться с этим на печатной плате со смешанными сигналами, объединяя аналоговые и цифровые схемы в одной точке. Это может снизить вероятность возникновения контуров заземления и излучения электромагнитных помех, но требует тщательного отслеживания обратного пути.

Будьте осторожны с заземлением звездой; в ту секунду, когда вы проходите через зазор в ваших наземных областях, вы создаете электромагнитные помехи, как и в случае, когда у вас есть физически отдельные наземные плоскости. Вы должны трассировать только по секции заземления, которая физически соединяет различные регионы в схеме «звезда». Не перекрывайте зазор между аналоговой и цифровой секциями.

Таким образом, у вас получается однородная заземляющая пластина очень странной формы. Вместо того, чтобы проходить через эту глупость с заземлением звездой, предпочтительнее просто использовать единую однородную заземляющую пластину и тщательно отслеживать обратные пути для сигналов на вашей печатной плате.

Использование аналоговых и цифровых секций в одной плоскости заземления

В многослойной печатной плате или на обратной стороне однослойной печатной платы большие медные области можно разместить на слое и заземлить. Цель состоит в том, чтобы предоставить большую область с постоянным потенциалом заземления, который затем можно использовать для обеспечения узкого пути возврата заземления для ваших компонентов. Это также обеспечивает дополнительную защиту от внешних электромагнитных помех. Типичная стратегия заключается в том, чтобы не разделять наземную плоскость на две физически разделенные плоскости. Вместо этого вы должны попытаться расположить цифровую землю в одной области, а аналоговую землю в другой области, которые занимают одну и ту же плоскость (см. ниже):

Аналоговые и цифровые заземляющие области

По сути, большая плоскость заземления действует точно так же, как действительно большая звездная земля, когда на плате есть только одна точка питания! Так в чем именно разница между ними?

Разница заключается в том, как проходят обратные токи в печатной плате смешанных сигналов. Как было сказано выше, обратный ток из цифровой части может наводить помехи в аналоговой части, и наоборот. Когда цифровые и аналоговые сигналы работают соответственно на высоких скоростях (время нарастания менее ~ нс) или на высоких частотах (выше частот ~ МГц), обратный путь следует ближе к пути наименьшего реактивного сопротивления, который имеет тенденцию быть ближе к компонентам и следы. На более низких скоростях/частотах обратный путь проходит ближе к прямой линии обратно к точке (точкам) возврата мощности.

Это означает, что на более низких частотах цифровые обратные токи от цифровой части заземляющего слоя могут проходить вблизи аналоговых компонентов. Это может привести к появлению шума в аналоговой секции. Чтобы узнать больше об обратном пути на разных частотах, ознакомьтесь с этой статьей.

Когда использовать заземление звездой

Поскольку обратные токи от низкоскоростных/низкочастотных сигналов проходят по путям с меньшим сопротивлением и их труднее отследить, возможно, они будут проходить между цифровыми и аналоговыми секциями большой заземляющей пластины. Эти сигналы должны быть изолированы друг от друга, таким образом, метод заземления звезды. Идея состоит в том, чтобы разделить плоскость заземления и соединить секции вместе в одной точке. Вы также можете полностью удалить плоскость земли и просто проложить участки с большими дорожками или участками насыпи. У вас будет гораздо больше контроля над путями обратного тока для низкочастотных сигналов, поскольку вы определяете области, в которых им разрешено существовать непосредственно на плате. С помощью этой стратегии легко добиться аналогового и цифрового разделения земли между компонентами и сигналами в разных областях.

При проектировании заземления по схеме «звезда» ваши аналоговые и цифровые схемы должны как можно меньше взаимодействовать. Вот несколько советов, которые помогут вам:

• Используйте отдельные шины питания:  Проложите эти шины отдельно и соедините их только в точке звезды.
• Используйте одну точку заземления: Это гарантирует, что площадь контура заземления будет сведена к минимуму, а аналоговые и цифровые сигналы не будут мешать друг другу.
• По возможности прокладывайте разные обратные пути как можно дальше друг от друга:  Креативная маршрутизация — ключ к звездному заземлению. Вы даже можете использовать области заливки грунта на поверхностном слое рядом с вашими компонентами, если хотите.

И, наконец, ненавижу повторяться, но:

• Не прокладывайте трассировку через зазор между областями земли в расположении звездной земли.

Независимо от того, как вы расположите области земли на базовой плоскости, не прокладывайте зазоры между ними.

Что насчет АЦП?

Приемлемый пример использования заземления звездой помимо типа заземления, используемого в энергосистемах, — это когда у вас есть одна печатная плата с одним АЦП/ЦАП на ней, которая перекрывает разрыв между цифровой и аналоговой секциями. В такой системе заземляющий слой полупроводникового кристалла и любые близлежащие крышки обеспечивают путь для вашего обратного тока. Будьте осторожны с этим, потому что потенциал (и импеданс) на этих элементах должен быть фактически равен нулю в интересующем диапазоне частот; это фактически то же самое, что и соединение двух сторон АЦП, что рекомендуется некоторыми производителями АЦП.

Если вы проектируете систему с несколькими платами или используете более одного АЦП, звездное заземление может вам не подойти. Проблема в том, что у вас будет более одной точки звезды, что может создать множество контуров заземления. Вся идея звездной земли заключается в том, что все связано в одной точке. Если не получается соединить все в одну точку, даже не пытайтесь.

Заземлите цепь.

В завершение…

Сообщество дизайнеров единодушно приходит к единому мнению: не используйте физически разъединенные заземляющие плоскости, а применяйте звездообразное расположение только в очень специфических ситуациях. Если вы используете единую заземляющую плоскость, вам не нужно беспокоиться о «проектировании» заземляющей плоскости, но вам нужно отслеживать пути возврата, чтобы цифровые и аналоговые сигналы не мешали друг другу. Если вы неправильно заземлите цепь смешанного сигнала на заземляющую пластину, возникнут шумы. По иронии судьбы легко разделить высокоскоростные и более высокочастотные сигналы, если вы используете однородную заземляющую пластину.

Вкратце:

• Звездообразное заземление подходит для низкоскоростных/частотных систем, поскольку оно может обеспечить некоторую изоляцию между различными секциями платы. Это даже предпочтительнее для таких вещей, как аудиосистемы, где сигналы с низкой скоростью / частотой могут легко мешать друг другу в плоскости земли. На звуковых частотах вам нужна физическая изоляция для управления обратным путем.
• Плоскости заземления являются стандартными в высокоскоростных/частотных системах для обеспечения изоляции между различными уровнями, подавления перекрестных помех и, что наиболее важно, для определения четкого обратного пути и опорного измерения 0 В в системе.
• В обоих случаях тщательно спланируйте расположение и обратные пути, чтобы свести к минимуму помехи между аналоговыми и цифровыми областями заземления.
• Когда вы попадаете в более сложные системы, создание точки заземления с одной звездой становится почти невозможным, и вам придется работать с однородными пластинами заземления на многослойной печатной плате.

Если вы хотите внедрить стратегию заземления по схеме «звезда» или современную стратегию заземления для платы смешанного сигнала, используйте полный набор инструментов проектирования печатных плат в Altium Designer 9.0201 ® . Для более сложного моделирования, включающего кондуктивные или излучаемые электромагнитные помехи, пользователи Altium Designer могут использовать расширение EDB Exporter для импорта своего проекта в полевые решатели Ansys. Эта пара полевого решателя и приложения для проектирования поможет вам проверить макет перед началом запуска прототипа.

Когда вы закончили проектирование и хотите передать файлы своему производителю, платформа Altium 365 ^™ упрощает совместную работу и совместное использование ваших проектов.