Зачем нужен дифавтомат: применение, полезные функции

Дифавтомат, или дифференциальный автомат, является устройством защиты, применяемым в электрических сетях. Зачем нужны такие приборы, если существуют обычные автоматические выключатели и УЗО? Они защищают человека от поражения электрическим током и одновременно обеспечивают безопасность при эксплуатации электроприборов, не допуская возгорания проводов, которое может привести к разрушительным пожарам.

Защитные устройства

Самым распространенным устройством защиты на сегодняшний день являются автоматические выключатели (автоматы). Они призваны отключить подачу тока в цепи, если его значение превышает номинал автомата.

Характеристики этого прибора должны соответствовать характеристикам защищаемой цепи. При возникновении в ней сверхтоков (в случае короткого замыкания, или в случае подключения нагрузки, превышающей допустимые параметры) автомат отключает подачу электричества.

Автоматический выключатель устанавливается в разрыве фазного провода внутри распределительного щита. В опасной ситуации он срабатывает, отключая фазу.

В сетях, где возможна утечка электроэнергии, например во влажных помещениях, будет оправдано применение второго вида защитных устройств – дифференциального реле, или УЗО (устройства защитного отключения).

Такие устройства отключают подачу электричества, если будет обнаружена утечка тока в цепи.

Утечка может произойти при повреждении изоляции кабеля или пробое на корпус электроприбора.

Возможна также ситуация, когда изоляция проводов, подвергшихся воздействию влажности (особенно в местах соединений), начинает проводить ток.

В случае прикосновения человека к такому неисправному проводу или прибору, дифреле практически мгновенно отключит подачу тока. Устройство защитного отключения устанавливается на фазный и нулевой проводник. Оно выключается при возникновении разницы между токами в обоих проводниках. При срабатывании УЗО отключает оба проводника.

Два в одном

Чтобы обеспечить максимальный уровень безопасности, необходимо предусмотреть аварийное отключение и при коротком замыкании, и при повышенной нагрузке, и при возникновении утечки тока.

До недавнего времени эти задачи выполнялись только путем установки одновременно и автоматических выключателей и дифференциальных реле. Устанавливались они один за другим, относительно направления тока, и выполняли последовательно каждый свою функцию.

С появлением дифавтомата – прибора нового поколения защитных устройств, необходимость ставить в распределительный ящик автоматического выключателя и УЗО исчезла.

Назначение дифференциального автомата – защита сетей при всех перечисленных выше неисправностях. Чтобы уяснить, для чего же нужен дифавтомат, достаточно знать, что этот прибор является как бы объединением автоматического выключателя и устройства защитного отключения, и способен выполнять функции обоих одновременно.

Внешний вид

Внешне дифференциальный автомат представляет собой устройство из пластмассы, обладающей высокой стойкостью к возгоранию и оплавлению. В конструкцию включен рычажок, задачей которого является принудительное включение и выключение прибора.

Для проверки работоспособности и правильности монтажа, на корпусе присутствует кнопка «ТЕСТ», в некоторых вариантах исполнения она обозначается буквой «Т».

Для подключения дифференциальный автомат имеет клеммы с винтовыми зажимами. У однофазного устройства их четыре, у трехфазного – восемь. Нулевая и фазные клеммы обозначены соответствующими буквами. Менять их местами при подключении недопустимо.

Крепится дифавтомат на стандартную 35-миллиметровую DIN-рейку, для чего, как и во всех современных устройствах защиты, предусмотрен кронштейн со специальной защелкой.

Использование дифавтомата, в значительной мере оправдано в распределительных щитах больших электроустановок, когда является актуальной экономия места в щите.

Дифференциальный автомат намного компактнее, чем автоматический выключатель и дифференциальное реле вместе взятые.

Если учесть еще и количество проводов, которыми необходимо будет соединить эти два устройства, преимущество применения дифавтомата в компоновке распределительного ящика становится очевидным.

Характеристики

При выборе дифавтомата учитывается фазность и напряжение сети. Как правило, для однофазной сети оно составит 220 В, для трехфазной – 380 В.

Следует учесть, что при монтаже однофазный дифавтомат займет место для 2-4 модулей, а трехфазный – 6-7 модулей.

В зависимости от характеристик электропроводки, определяются параметры устройства, при которых будет обеспечена его корректная работа.

Основными параметрами дифференциального автомата являются:

• класс (обозначается буквой латинского алфавита и зависит от характеристик деталей, из которых изготовлено устройство), для бытовых нужд достаточно применение класса С;
• номинальный ток – цифры, указывающие значение тока, при котором допустимо использование дифавтомата, и, одновременно, максимальное значение, при превышении которого, автомат отключится. Указываются после буквы, обозначающей класс;
• значение тока утечки, при котором отключается устройство. Указывается в миллиамперах цифрами после символа IΔn. В жилых и хозяйственных помещениях используют дифавтоматы с дифференциальным током 30 mA.

На корпусе дифавтомата может стоять торговый знак производителя, а также отображаться внутренняя схема устройства.

Особенности монтажа

Монтаж и подключение дифавтомата производится в соответствии со схемой электропроводки в помещении.

При подключении необходимо учесть некоторые нюансы, несоблюдение которых может привести к некорректной работе прибора и небезопасности всей электроустановки в целом.

В верхней части устройства находятся вводные клеммы. Фазу и нуль обязательно нужно подавать на них, иначе будет отсутствовать питание дифавтомата и работать он не сможет. Нагрузка подключается к нижним клеммам устройства. Менять этот порядок недопустимо.

Нагрузка или вся группа подключается именно к выводным клеммам дифавтомата. Если, к примеру, нулевой контакт подключить от общей шины, минуя прибор, то дифавтомат будет всегда выключаться при включении нагрузки, так как будет происходить утечка тока по нулевой шине.

Нулевой провод группы недопустимо соединять с заземляющим проводником, иначе дифавтомат зафиксирует нагрузку и отключится.

Допускается заземлять корпус нагрузки-электроприбора, если конструктивно он не связан с нулевым контактом. В этом случае отключение дифавтомата произойдет при пробое на корпус еще до касания его человеком.

Если в электроустановке присутствует несколько групп, цепей, защищаемых дифавтоматами, не следует объединять их нулевые проводники. Не следует подключать нулевой и фазный проводник к разным дифавтоматам.

В упрощенном виде правила подключения дифавтомата можно выразить тремя фразами. Сколько проводников вошло в устройство, столько их должно и выйти. Подключать к ним можно нагрузку только в пределах одной группы. Нулевой проводник можно соединять с заземляющим только до дифавтомата.

При правильном выборе параметров дифавтомата и соблюдении требований схемы электропроводки, будет гарантирована безопасность эксплуатации защищаемой электросети, и, как следствие этого, станет безопасным использование электроприборов и оборудования, а срок их эксплуатации до выработки ресурса, существенно увеличится.

Дифференциальный автомат. Назначение и принцип работы дифференциального автомата

Дифференциальный автоматический выключатель представляет собой уникальное устройство, в котором одновременно сочетаются функции автоматического выключателя и защитные свойства УЗО.

Дифференциальный автомат предназначен для защиты человека от поражений электрическим током при его соприкосновении с токоведущими частями электрооборудования либо при утечке электрического тока. В этом случае дифференциальный автомат выполняет функции устройства защитного отключения.

Также устройство осуществляет защиту электрической сети от коротких замыканий и перегрузок, выполняя функции автоматического выключателя.

Конструкция устройства

Конструктивно диф автоматы из состоят рабочей и защитной части.

Рабочая часть представляет собой автоматический выключатель, в котором имеется специальный механизм независимого расцепления и рейка сброса с помощью внешнего механического воздействия. В различных типах диф автоматов устанавливаются четырехполюсные или двухполюсные автоматические выключатели.

Дифференциальный автомат, как и обычный автоматический выключатель, оборудован двумя расцепителями:

• — электромагнитный расцепитель отключает линию электропитания в случае короткого замыкания;
• — тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения перегрузки защищаемой группы.

Защитной частью устройства является модуль дифференциальной защиты. Он обнаруживает дифференциальный электрический ток на землю (ток утечки). Кроме этого, модуль преобразовывает электрический ток в механическое воздействие, с помощью которого через специальную рейку осуществляется сброс выключателя.

Для обеспечения питания модуля защиты от электрического тока он включается последовательно с автоматическим выключателем.

В модуле защиты от электрического тока имеются некоторые дополнительные устройства, среди которых дифференциальный трансформатор, обнаруживающий остаточный электрический ток, а также электронный усилитель с катушкой электромагнитного сброса.

Как работает диф автомат

В диф автомате, как и в устройстве защитного отключения, в качестве датчика утечки тока применяется специальный трансформатор. Работа этого трансформатора основана на изменении дифференциального тока в проводниках, подающих электрическую энергию на электроустановку, на которой обеспечивается защита.

Ток утечки отсутствует, если нет повреждений изоляции электропроводки или к токоведущим частям установки никто не прикасается. В этом случае в нулевом и фазном проводе нагрузки будут протекать равные токи.

Этими токами в магнитном сердечнике трансформатора тока наводятся встречно направленные равные магнитные потоки. В результате этого ток вторичной обмотки равен нулю и чувствительный элемент – магнитоэлектрическая защелка не срабатывает.

В случае возникновения утечки, к примеру, если человек случайно прикоснется к фазному проводнику или при нарушении изоляционных свойств диэлектрика, происходит нарушение баланса тока и магнитных потоков.

Во вторичной обмотке возникает электрический ток, который приводит в действие магнитоэлектрическую защелку. Сработавшая защелка воздействует на механизм, расцепляющий автомат и контактную систему.

Где применяются диф автоматы

Дифференциальный автомат может с успехом применяться в однофазных и трехфазных сетях переменного тока. Эти устройства способствуют значительному повышению уровня безопасности в процессе постоянной эксплуатации различных электроприборов.

Кроме этого, дифференциальные автоматические выключатели способствуют предотвращению пожаров, вызванных возгоранием изоляции токоведущих частей некоторых электрических приборов.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Что лучше установить в щитке: «дифавтомат» или УЗО?

Без защитных элементов электрической сети в квартире и на даче не обойтись в любом случае. Эти устройства не только предотвращают серьезные последствия при коротком замыкании и защищают от превышения в сети допустимых нагрузок, но и не допускают утечки тока. В большинстве случаев для защиты устройств от последствий короткого замыкания используются автоматические выключатели, или «автоматы», в то время как для защиты от возможных утечек применяются устройства защитного отключения — УЗО.

Вместе с тем, и то и другое хорошо решают комбинированные приборы, которые имеют математическое название — дифференциальные автоматические выключатели, или «дифавтоматы». Это весьма удобные устройства, которые в одном корпусе совмещают две функции: УЗО и автоматический выключатель.

Что поставить: дифавтомат или УЗО

Ниже мы коротко расскажем, что из себя представляют оба устройства, а также выясним, УЗО или дифавтомат, что из них выбрать. А пока лучше остановимся на основных параметрах выбора, которые часто выступают в качестве ограничений. Это и цена устройства, неудобство подключения и конечно размеры щитка, куда вы будете устанавливать прибор.

Но главным критерием все же является цель: для чего устанавливается тот или иной аппарат. В частности, для обеспечения безопасности одного потребителя и одной линии смело берите дифавтомат.

При этом нужно помнить, что в щитке нужно будет предусмотреть довольно много места для дополнительной защиты. Как известно, для УЗО нужно также устанавливать автоматический выключатель, т.к. оно не имеет встроенной защиты от сверхтоков. Выходит, что для автомата требуется одно модуль-место, а для УЗО — три (сам модуль в два раза толще). То же самое касается подключения отходящих линий, количество которых также зависит от количества групп розеток.

В настоящее время в продаже уже можно найти одномодульные дифавтоматы, которые по выполняемым функциям идентичны обычным АВДТ: они имеют и УЗО, и автомат.

Но у АВДТ есть особенность при подключении, т.к. подразумевает использование таких дополнительных и весьма дорогих инструментов, как пресс клещи, стрипперы и другие инструменты, которые позволят сократить время монтажа.

Здесь вариант «УЗО + автомат» выглядит более бюджетным и удобным.

В общем то, после этой информации становится понятно, что лучше при выборе дифавтомат или узо.

Как подключать УЗО и дифавтомат

Сборка этих приборов выполняется стандартным образом: фазный провод подключается на автоматический выключатель, а затем выходит из автомата и подключается на верхнюю «фазную» клемму УЗО. Нулевой провод подключается напрямую на верхнюю «нулевую» клемму УЗО. Затем фаза и ноль отходят от нижних клемм УЗО к потребителю.

Схема подключения дифавтомата немного проще: фазный и нулевой провод подключаются сразу на верхние клеммы прибора. С нижних клемм питание идет к потребителю.

Особенности применения

Как известно, в электрической цепи необходимо устанавливать защитное устройство именно с целью защиты: в результате скачка напряжения или других нештатных ситуаций оно отключает питание с помощью специальных технологий. В результате такого срабатывания мастеру предстоит найти причину отключения, среди которых может быть как замыкание, так и утечка тока. В случае с использованием АВДТ такие причины сразу можно и не обнаружить.

Но вот при использовании связки «автомат + УЗО» вам будет сразу видно: если отключилось УЗО — неисправность кроется в утечке тока, если же сработал автовыключатель, то причина в коротком замыкание или перегрузка линии.

Что такое УЗО

УЗО работает как защитник человека от поражения электрическим током и как превентивный механизм по предотвращению случайного возгорания кабелей проводки и подключаемых шнуров электроприборов.

Функциональная идея рассматриваемого устройства основана на законах электротехники, постулирующих равенство входящего и выходящего тока в замкнутых электрических цепях с активными нагрузками.

Это значит, что ток, протекающий через фазный провод, должен быть равен току, протекающему через нулевой провод — для цепей однофазного тока при двухпроводной разводке и что ток в нейтральном проводе должен быть равен сумме токов, которые протекают в фазах для трехфазной четырехпроводной цепи.

Когда в таком контуре из-за случайного прикосновения человека к неизолированным частям токопроводящих элементов цепи или при контакте оголенной части проводки (из-за повреждения) с другими токопроводящими предметами, образующими новую электрическую цепь, происходит так называемая утечка тока — равенство входящего и выходящего токов нарушается.

Это нарушение может быть зарегистрированным и использоваться как команда на отключение всей электрической цепи. На этом процессе и было сконструировано УЗО. А ток «утечки» в рамках электротехники стали называть дифференциальным током. УЗО может регистрировать очень малые токи «утечки» и выполнять функции механизма выключателя.

При выборе УЗО нужно помнить, что внутренней защиты от сверхтоков в нем не предусмотрено, УЗО защищает и реагирует только на ток утечки. Поэтому последовательно с устройством защитного отключения обязательно должен устанавливаться автоматический выключатель. Номинальный ток автомата должен быть меньше или равен номинальному току УЗО.

Как отличить УЗО от дифавтомата визуально

Здесь все достаточно просто, хотя два устройства очень похожи между собой. В первую очередь, у УЗО сразу на лицевой стороне виден мощный рубильник, индикатор и кнопка «Тест». Во-вторых, на УЗО на корпусе крупными цифрами указывается маркировка по току, например, 16А.

Если в начале надписи присутствуют латинские буквы В, С или D, а далее идет цифра, то перед вами дифференциальный автомат. Например, перед силой тока 16 идет буква «С», что означает тип характеристики электромагнитного и теплового расцепителей.

Когда УЗО не защитит

УЗО не среагирует, когда человек или животное попадет под напряжение, но тока замыкания на землю при этом не произойдет. Такой случай возможен при прикосновении одновременно к фазному и нулевому проводнику, находящимся под контролем УЗО, или при полной изоляции с полом. Защита УЗО в таких случаях полностью отсутствует. УЗО не может отличить электрический ток, проходящий через тело человека или животного от тока, протекающего в нагрузочном элементе. В таких случаях безопасность могут обеспечить меры по механической защите (полная изоляция, диэлектрические кожухи и др.) или полное обесточивание электроприбора перед его техническим осмотром.

Поэтому, УЗО всегда подключают последовательно с автоматом. Работают эти два устройства именно в паре: одно защищает от утечек, другое от перегрузок и короткого замыкания.

Что такое дифавтомат

Это устройство, сочетающее сразу два защитных устройства — это одновременно УЗО и автоматический выключатель.

Прямым предназначением дифавтомата является защита человека от поражения электрическим током при прямом контакте. Устройство одновременно отслеживает как возникновение короткого замыкания, так и проявление признаков утечки электричества через повреждённые токопроводящие компоненты.

Преимуществом использования дифференциального автомата является отсутствие необходимости подбора УЗО, ведь он уже содержится в составе компонентов дифференциального автомата.

Среди недостатков можно выделить вероятность выхода из строя одного из двух компонентов дифавтомата — замена отдельной части невозможна, что вынудит приобрести новый дифференциальный автомат.

Читайте также:

Фото: компании-производители

Отличие дифференциального автомата от УЗО

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта http://zametkielectrika.ru.

Анализируя полученные письма, я сделал вывод, что многие из Вас до сих пор не видят разницы между дифференциальным автоматом и УЗО, поэтому в этой небольшой статье я решил подробно разъяснить Вам этот вопрос.

Речь пойдет об функциональном и внешнем отличии дифференциального автомата от УЗО. Чтобы не запутать Вас окончательно, сразу внесу поправки в наименование и обозначение этих устройств:

• устройство защитного отключения (УЗО) — он же выключатель дифференциальный (ВД)
• дифференциальный автомат или, сокращенно, дифавтомат — он же автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ)

В качестве примера рассмотрим продукцию от фирмы IEK:

• УЗО типа ВД1-63, 16 (А), 30 (мА)
• дифференциальный автомат типа АВДТ32, С16, 30 (мА)

Вот они:

По фотографиям видно, что по внешним признакам они очень похожи.

Главное отличие дифференциального автомата от УЗО

В первую очередь необходимо знать, что у этих двух устройств разная функциональность, что является их основным отличием.

1. Устройство защитного отключения (УЗО)  — коммутационный аппарат, который защищает человека от прямого или косвенного поражения электрическим током, а также контролирует текущее состояние электропроводки, и при возникновении в ней каких-либо повреждений в виде утечек, отключает ее. Об этом я писал в следующих своих статьях (переходите по ссылочкам и читайте):

Еще раз повторю, что УЗО не защищает электропроводку и электрооборудование от коротких замыканий и перегрузов — его само необходимо защищать, устанавливая перед ним автоматический выключатель. Более подробно об этом я рассказывал в статье про выбор и покупку УЗО.

2. Дифавтомат или дифференциальный автомат — это коммутационный аппарат, который совмещает в одном корпусе и автоматический выключатель, и УЗО, т.е. дифференциальный автомат способен защищать электрическую сеть от коротких замыканий и перегрузов, а также от возникновения утечек, связанных с повреждением электропроводки, электрических приборов и при попадании человека под напряжение.

Условно, дифавтомат можно представить в виде тождества:

Если сказать проще, то дифавтомат — это тоже самое УЗО, только с функцией защиты от токов короткого замыкания и перегруза.

Надеюсь, что с этим все понятно. А теперь давайте разберемся, как же эти два устройства отличить между собой.

Как отличить УЗО от дифавтомата?

1. Надпись названия устройства

В настоящее время большинство производителей, чтобы не вводить в заблуждение покупателей (а чаще и самих продавцов), начали на лицевой стороне или сбоку на крышке писать название устройства, либо это УЗО (выключатель дифференциальный), либо дифавтомат (автоматический выключатель дифференциального тока).

2. Маркировка

Второй способ отличить УЗО от дифавтомата — это обратить внимание на маркировку.

Если на корпусе указана только величина номинального тока, а буква перед цифрой отсутствует, то значит это устройство защитного отключения (УЗО). В моем примере у ВД1-63 на корпусе указан только номинальный ток 16 (А), а буква типа характеристики — отсутствует.

Если перед цифрой, которая указывает значение номинального тока, изображена буква В, С или D, то значит это дифференциальный автомат. Например, у дифференциального автомата АВДТ32 перед значением номинального тока стоит буква «С», которая обозначает тип характеристики электромагнитного и теплового расцепителей.

3. Схема

Третий способ несколько сложнее, чем второй, но все равно имеет право на жизнь. Посмотрите внимательно схему подключения на корпусе.

Если на схеме изображен только дифференциальный трансформатор с кнопкой «Тест», то это УЗО.

Если же на схеме изображены дифференциальный трансформатор с кнопкой «Тест» и обмотки электромагнитного и теплового расцепителей, то значит это дифавтомат.

4. Габаритные размеры

Сейчас этот параметр уже не актуален, но когда выпускались первые дифавтоматы, то они были на порядок шире, нежели УЗО, т.к. в корпусе дополнительно нужно было разместить тепловые и электромагнитные расцепители. В настоящее время наоборот, дифавтоматы стали выпускать с габаритными размерами меньше, чем УЗО.

Как Вы видите, в моем примере УЗО ВД1-63 и дифавтомат АВДТ32 имеют совершенно одинаковые размеры. Поэтому данный пункт при отличии УЗО от дифавтомата во внимание брать не стоит.

Для тех кто ленится читать материал в текстовом виде, смотрите видео:

P.S. В данной статье мы разобрали все отличия дифференциального автомата от УЗО и научились внешне отличать их друг от друга. Теперь нам нужно сделать выбор в ту или иную сторону. Об этом читайте в моей следующей статье: «Что выбрать? УЗО или дифавтомат». Жду от Вас вопросов и комментариев.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Дифференциальный автомат (АВДТ), что это и чем отличатеся от УЗО, как работает?

Дифференциальный автомат представляет собой многофункциональное устройство, выполняющее следующие функции:

• коммутация электрической нагрузки;
• защита сети от короткого замыкания;
• защита оборудования от перегрузки;
• обеспечение защитного отключения при возникновении тока утечки.

Конструктивно и функционально дифавтомат объединяет в себе автоматический выключатель и устройство защитного отключения (УЗО).

Применение дифавтоматов при комплектовании распределительных щитов позволяет сэкономить средства и пространство в щите. Размещённые в одном корпусе автоматический выключатель и устройство защитного отключения более компактны и дёшевы, чем по отдельности.

Для чего нужен?

Дифференциальный автомат — это устройство, выполняющее защитные функции в автоматическом режиме, особенностью аппарата является то, что при необходимости отключения происходит разрыв фазовой и нулевой цепи.

Визуально отличить все три прибора можно далеко не у всех производителей.

В непрерывном режиме осуществляется контроль потребляемого нагрузкой тока и отключение при коротком замыкании или перегрузе. Также постоянно контролируется наличие токовой утечки, при превышении порогового уровня которой происходит отключение.

В соответствии с ГОСТ автоматические выключатели, управление которых осуществляется дифференциальным током и оснащённые защитой от сверхтоков, классифицируются по следующим признакам:

• наличию вспомогательных источников питания;
• наличию времени отключения;
• роду дифференциального токового сигнала;

Видео о внутреннем устройстве

Автоматы, отключающиеся при исчезновении сетевого напряжения с выдержкой или без выдержки времени делятся на следующие разновидности:

• включающиеся повторно в автоматическом режиме при восстановлении питания;
• не включающиеся автоматически.

Существуют также устройства, не отключающиеся при исчезновении питающего напряжения.

Читайте еще:что такое узо и зачем нужен автоматический выключатель тока?

Плюсы и минусы, особенности применения

Выбор в пользу дифференциального автомата несёт в себе определённые преимущества:

• при правильном подборе устройства можно не беспокоиться о состоянии электропроводки;
• применив в качестве защиты дифавтомат, нет необходимости отдельно монтировать УЗО, достаточно правильно выбрать модель по номинальному и дифференциальному токовому параметру;
• коммутация одного устройства в шкафу всегда проще, чем обвязка двух приборов (автомат + УЗО).

Имеют место и недостатки:

• отдельные модели дифавтоматов не оснащены сигнальными флажками, поэтому, при их срабатывании не всегда можно определить, какой фактор послужил причиной отключения – повышенное значение тока в цепи нагрузки или наличие токовой утечки;
• поскольку устройство выполнено в одном корпусе, то выход из строя одной его части вынуждает производить замену целиком.

В данном примере, синий индикатор отображает срабатывание по току утечки на землю. Это позволяет однозначно определить причину выключения цепи.

Таким образом, при выборе модели желательно сразу предусмотреть наличие необходимых сигнальных устройств. В дальнейшем это позволит значительно быстрее находить причины отключений и устранять неисправности.

Что выбрать: УЗО или дифавтомат?

При проектировании внутренней электропроводки, на вводе питания объекта (квартиры, дома) лучше предусмотреть установку дифавтомата вместо комбинации автомат плюс УЗО. Номинальный ток выключателя на вводе должен быть больше номинала любого выключателя на более низком уровне. Это же относится к величине дифференциального токового показателя. Обычно на щитках ввода устанавливаются УЗО или дифавтоматы с уставкой тока порядка 100 мА. Такие устройства защищают электропроводку от возможного оплавления и возгорания при опасном снижении сопротивления изоляции.

Отдельную защиту, срабатывающую при появлении токовой утечки, следовательно и дифференциального тока необходимо устанавливать на линиях питания мощных потребителей, связанных с водой или установленных в сырых местах. Например, электрических бойлеров, стиральных машин, проточных водонагревателей.

Также отдельно должны быть защищены линии питания потребителей, расположенных в отдельно стоящих помещениях или на улице. Это разводка уличного освещения, линии питания бани, гаража, подвального помещения.

Дифавтоматы, как и устройства защитного отключения устанавливают как в сетях с защитным проводом, так и без него. Наиболее благоприятные условия для защиты оборудования и людей создаются при наличии защитного провода и повторного заземляющего устройства.

Видео по теме

Корпуса металлических распределительных щитов должны быть соединены с защитным проводом PE, так как достаточно велика вероятность появления на них фазного потенциала. При наличии такого соединения дифференциальная часть автомата сработает, как только сопротивление изоляции снизится до значения, обеспечивающего ток утечки, равный уставке срабатывания. Такой режим обеспечивает наиболее надёжную защиту человека от косвенного прикосновения. То есть, защита сработает не в момент прикосновения, а в момент снижения уровня изоляции. Это значит, что опасность прикосновения предупреждена.

При отсутствии защитного провода, защита может сработать только в момент прикосновения человека к корпусу, на котором оказалось фазное напряжение. При этом токовая утечка – это ток, протекающий через тело человека.

Читайте еще: что такое контур заземления и какой материал для него подходит?

Важные характеристики

Подбор дифференциального автомата следует производить с учётом совокупности технических характеристик. Во-первых, определяется номинальное напряжение и количество фаз. Однофазные устройства предназначены для работы в сетях 220 вольт, трёхфазные – 380 вольт.

Далее необходимо выбрать номинальные токовые параметры. Этот параметр зависит от мощности питаемой нагрузки и места установки выключателя. Так, выключатель, питающий отдельный электроприбор, должен иметь номинальный ток, не менее того, который потребляет питаемый агрегат. В случае, если в составе есть двигательная нагрузка, должен быть учтён пусковой ток. Выключатели, установленные выше по иерархии электрической схемы, имеют более высокий номинал. СтабЭксперт.ру напоминает, что наиболее мощный автомат устанавливается на вводе объекта.

Сечение кабелей на каждом участке проводки должно соответствовать расчётному значению тока.

Иногда на корпусе дифференциального автомата пишут — АВДТ (ТДМ-Электрик, EKF, TexEnergo и ряд других производителей).

Выбор по электромагнитному расцепителю

Пусковые токи в отдельных случаях могут в разы и даже на порядок превышать номинальные значения. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя должен быть подобран таким образом, чтобы защита не реагировала на пусковые токи, но при этом надёжно отключала бы нагрузку при сверхтоках короткого замыкания.

Для этого необходим точный расчёт режимов запуска электродвигателей в разных вариантах, в том числе при самых неблагоприятных условиях. Также необходим расчёт режимов короткого замыкания, включая режим, обеспечивающий наименьшее значение тока короткого замыкания.

После этого можно подобрать устройство с необходимым током срабатывания электромагнитного расцепителя.

Расцепители делятся на группы по параметрам срабатывания:

• устройства группы «B» срабатывают при кратности фактического тока к номинальному значению от 3 до 5;
• ток срабатывания выключателей группы «C» превышает номинальное значение от 5 до 10 раз;
• самые грубые автоматы группы «D» отключаются при токе в 10 – 20 раз превышающем номинал.

Существует прямая связь между размерами, энерговооружённостью объекта и типом электромагнитного расцепителя применяемого выключателя. Как правило, на объектах с малой электрической нагрузкой и отсутствием электродвигателей применяют аппараты группы «B».

Примером такого объекта может служить небольшая дача или квартира. В хорошо электрифицированном частном доме, наполненном бытовыми электроприборами более уместен автоматический выключатель с расцепителем типа «C».

Тип «D» подходит для промышленных предприятий с большим объёмом двигательного электропривода.

Выбор аппаратов по значению диф-тока

Ток утечки определяется защитным устройством, как токовая разность в фазном и нулевом проводе. Наличие данного явления означает, что появилась обходная цепь для протекания тока от фазы к нулю, минующая рабочий нулевой провод. Это может происходить только в случаях нарушения изоляции электроприборов и образования утечки через корпус на защитный провод.

Существует несколько номиналов дифференциального тока, при которых происходит отключение автомата:

• 10 миллиампер. Автоматы с такой уставкой по дифференциальному току устанавливают на линии питания отдельных электроприборов, работающих в условиях повышенной опасности, например, в сырах местах;
• 30 миллиампер. Наиболее распространённый номинал, используется при подключении одного или нескольких приборов.

Существуют дифавтоматы с уставкой по дифференциальному току 100 миллиампер и более. Они предназначены для защиты электропроводки от пожара, в то время как выключатели с дифференциальной токовой уставкой до 30 мА защищают человека. Это разделение обусловлено тем, что величина 0,1 ампер (100 мА) является нижней границей смертельно опасных значений токов, в связи с чем считается, что устройства с такой уставкой не в состоянии полностью предотвратить пусть даже кратковременное протекание смертельного тока через тело человека.

Дифференциальные автоматы, реагирующие на токовые утечки 100 миллиампер и более обычно устанавливаются в вводных распределительных шкафах. При выборе выключателей должна быть обеспечена селективность действий защитных устройств. Токи тепловых, электромагнитных расцепителей, а также дифференциальные токи автоматов должны быть тем выше, чем ближе автомат установлен к источнику питания. При необходимости, для обеспечения селективности должна использоваться выдержка времени срабатывания.

Далее:

для чего нужен, схема подключения (в том числе в однофазной сети)

Развитие технологии защиты в электрических сетях различного назначения привело к появлению удобного и практичного устройства — дифференциального автоматического выключателя тока. Статус практичного прибора дифавтомат заслуживает благодаря объединению нескольких защитных функций. В отличие от устройств узкого профиля, использующихся для осуществления защиты от конкретных явлений в электрической сети, дифавтоматы обеспечивают комплексную защитную технологию. Принцип действия и условия работы защиты описаны далее.

Для чего нужен дифавтомат в электропроводке

Прежде всего, дифавтомат — это защитное устройство. Как и обычный автоматический выключатель, дифавтомат защищает участок цепи, на котором он установлен, от перегруза и короткого замыкания. При возникновении таких явлений в цепи, дифавтомат отключит участок, находящийся под его защитой аналогично обычному автоматическому выключателю.

Дополнительно дифавтомат оснащён функцией защиты человека от поражения электрическим током при случайном прикосновении человека к токоведущим частям. В этом смысле дифавтомат выполняет функцию УЗО.

Такое сочетание необходимых видов защит делает дифавтомат востребованным в процессе монтажа и эксплуатации электрических сетей различного назначения.

Универсальность этого устройства подтверждается его размерами, которые особо не увеличились при объединении функций двух других устройств. Дифавтомат устанавливается на дин-рейку аналогично другим приборам.

Объединение функций УЗО и автоматического выключателя

Сохранность и работоспособность электрической сети во многом зависит от используемых устройств защиты. Но самой большой ценностью во все времена остаётся человеческая жизнь. Защита людей, обслуживающих и эксплуатирующих электрические сети, всегда должна оставаться в приоритете. В этом смысле дифавтомат является оптимальным решением в оборудовании защищаемой электросети.

При несомненных практических преимуществах, дифавтоматы ещё и несколько экономичнее, чем отдельная установка УЗО и автоматического выключателя.

Об особенностях подключения перекрёстного выключателя можно прочитать в данном материале: https://aqua-rmnt.com/ehlektrosnabzhenie/perekryostnyj-vyklyuchatel-dlya-chego-nuzhen-i-kak-ego-podklyuchit.html

Принцип работы и методы срабатывания

Принцип работы дифавтомата также объединяет принципы работы автоматического выключателя и УЗО. Для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки в сети дифавтомат оснащён электромагнитным и тепловым расцепителями, а для защиты от тока утечки — дифференциальным трансформатором и отключающей катушкой.

В случае попадания человека под действие тока на участке цепи, защищаемом дифавтоматом, сработает отключение от появления тока утечки. В дифференциальном трансформаторе нарушиться баланс магнитных потоков и отключающая катушка на это отреагирует мгновенно.

Возникновение тока утечки

В случае же перегруза электрической цепи работу по отключению выполнит тепловой расцепитель, конструктивно и номинально не отличающийся от тепловых расцепителей обычных автоматических выключателей. А при возникновении в цепи тока короткого замыкания, свою работу выполнит магнитный расцепитель, который также не отличается от магнитных расцепителей автоматических выключателей.

Расположение магнитного и теплового расцепителей

В зависимости от схемы монтажа дифавтоматов, различают селективный и неселективный методы срабатывания.

Селективность — это избирательность в процессе защиты. При возникновении аварии селективная защита должна отключить минимальное количество потребителей, находящихся на защищаемом участке.

В качестве примера: при возникновении неисправности в бытовом электроприборе, предохранитель должен сработать в самом приборе, а не в распределительном щите всего здания.

Селективная схема предусматривает использование дифавтомата с обозначением S на передней панели, что собственно и обозначает «селективный».

Селективная схема монтажа реализовывается за счёт установки одного дифавтомата (селективного) на вводе (центральный распределительный щит, электрощит на лестничной клетке и т. п.) и нескольких неселективных дифавтоматов в отходящей цепи. По одному на каждый участок.

Вводной дифавтомат и три отходящих участка цепи

Такая схема монтажа предпочтительнее из-за того, что при возникновении аварии на любом из трёх защищаемых участков, отключение выполнит неселективный дифавтомат, а основной останется включённым. Такой способ срабатывания обеспечивает существенное снижение риска отключения всех потребителей одновременно.

Неселективная схема монтажа реализована аналогично предыдущей, но с существенным отличием. Вводной дифавтомат не селективного исполнения, а такого же, как и отходящие дифавтоматы. В случае возникновения аварии на любом из участков цепи отключится дифавтомат, защищающий этот участок, а также вводной дифавтомат, что, в свою очередь, приведёт к отключению всех групп потребителей.

Функционально неселективная схема выполняет защиту правильно, но в плане эксплуатации она непрактична.

Монтаж селективной схемы защиты более предпочтителен.

Об обозначении розеток и выключателей на строительных чертежах и электрических схемах можно прочитать здесь: https://aqua-rmnt.com/ehlektrosnabzhenie/oboznachenie-rozetok-i-vyklyuchatelej-na-stroitelnyx-chertezhax-i-elektricheskix-sxemax.html

Схема подключения дифференциального автоматического выключателя тока

Схема подключения дифавтомата рассмотрена на примере бытовой электросети 220 В.

Схему можно реализовать по-разному, в зависимости от бюджета и личных предпочтений в формировании защиты домашней электрической сети.

Относительно экономичный вариант предусматривает установку одного дифференциального автомата на вводе в квартиру или дом, а на каждый защищаемый участок установку обычного автоматического выключателя. При такой схеме защита от перегруза и короткого замыкания осуществляется на каждом из участков благодаря работе автоматических выключателей. А защита от тока утечки реализована во всей цепи за счёт дифавтомата на вводе.

Подключение вводного дифавтомата в бытовой сети 220В

Следующий вариант подключения предусматривает установку дифавтоматов на каждый участок цепи. В этом случае нет необходимости устанавливать вводной дифавтомат. Каждый из защищаемых участков обеспечен защитой от перегруза, короткого замыкания и тока утечки. Следует заметить, что такой вариант дороже чем предыдущий. Хотя и более правильный, с точки зрения формирования защиты, в электросети.

Схема без вводного дифавтомата в электросети 220 В

Второй вариант схемы подключения предпочтительнее для помещений с повышенной влажностью. В таких помещениях возрастает риск появления токов утечки на землю из-за влажной среды. Для защиты людей необходимо максимально эффективно сформировать защиту от токов утечки. Установка дифавтоматов на каждую группу электроприборов обеспечит высокую степень защиты.

Как правильно подключить

Схема подключения дифавтоматов в сети 220 В рассмотрена выше.

Схема подключения дифавтоматов в сети 380 В имеет существенные отличия. Прежде всего, для такой схемы нужен четырёхполюсный дифавтомат. Такой дифавтомат предназначен специально для трёхфазной сети, имеет более крупные габариты, но также устанавливается на дин-рейку.

Исполнение для трёхфазной сети

Схема установки такого дифавтомата предусматривает его монтаж после счётчика. Такой тип установки можно реализовать селективным способом, если вводной дифавтомат использовать селективного исполнения.

Установка в сети 380 В

При отсутствии заземляющего проводника в схеме питания помещения (дома), установка дифавтомата является обязательной.

Самым уязвимым местом у лампы накаливания является вольфрамовая спираль, которая чувствительна к резким перепадам напряжения. Для того чтобы сгладить эти каскады используют специальные приспособления. Подробности: https://aqua-rmnt.com/ehlektrosnabzhenie/plavnoe-vklyuchenie-lamp-nakalivaniya-220.html

Защита людей от электрического тока прежде всего.

Схема подключения в такой сети реализовывается следующим образом.

Простейшая схема установки в сети 220 В

При такой схеме сам дифавтомат будет выполнять функцию заземлителя, мгновенно реагируя на появление в сети тока утечки на землю. Это обеспечит защиту людей использующих бытовые электроприборы или просто находящихся в защищаемом помещении.

Независимо от вида электрической сети, в которой монтируется дифавтомат, существует ряд правил, обеспечивающих правильность эксплуатации:

• Питающие провода всегда нужно подводить к устройству сверху, а отходящие вниз. Практически на всех моделях дифавтоматов нанесено обозначение присоединений проводов и положение входа и выхода. При случайном подключении нагрузки не стой стороны, можно вызвать аварию, вызывающую выход из строя дифавтомата. Иногда приходится работать в условиях, требующих установки дифавтомата в перевёрнутом положении. На эффективность его работы такое положение не повлияет, главное, не перепутать клеммы подключения.
• Важно соблюдать правильность подключения фазных и нулевого провода. В стандартной международной маркировке клемма подключения фазного провода имеет обозначение L, а клемма подключения нулевого проводника N. Приходящий проводник имеет обозначение — 1, а отходящий обозначение — 2.
• Для нормальной корректной работы дифавтомата, его нулевой проводник должен быть соединён лишь со своей цепью. Запрещено объединять нули всех групп в общую цепь.

Важно помнить, что неправильное подключение устройства защиты не всегда вызовет его поломку. Неправильное подключение всегда не обеспечит должного уровня защиты и правильности её работы.

Видео: устройство и принцип работы устройства

Обеспечение своего жилого пространства защитой — это всегда актуальный вопрос. А обеспечение защитой близких — ещё более актуальный. Автоматические выключатели дифференциального тока помогают решить одну из наиболее важных задач — задачу безопасного использования электроэнергии. Важно, что решение вопроса построено комплексно. Это позволяет оптимально использовать средства монтажа, пространство и время работы, потраченное на оборудование схемы защиты.

Дмитрий. 29 лет. Образование — инженер-механик. Работаю в горнодобывающей промышленности.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Как отличить Дифференциальный автомат от УЗО?

Сперва рассмотрим принцип работы УЗО. Внутри УЗО находится специальный трансформатор, в котором каждый из проводников (L-фаза, N-нуль) создает электромагнитное поле. При нормальной работе они друг друга аннулируют. При возникновении утечки тока, в катушке происходит дисбаланс электромагнитного поля, в итоге, стержень толкает рычаг на выключение. Такое устройство срабатывает на выключение от утечки тока, но не предназначено для защиты от коротких замыканий и перегрузок сети.

Как работает дифференциальный автоматический выключатель (диф. автомат)?

Теперь поговорим о диф.автомате (дифференциальной защите тока и общей защите). Прибор предназначен для защиты цепи от утечки тока (аналогично работе Узо), но преимущество диф. автомата заключается в том, что в него встроен автоматический выключатель, который выполняет функцию защиты цепи от коротких замыканий и перегрузок. Два в одном: УЗО+ Автоматический выключатель= Дифференциальный автомат. Получился своего рода технический симбиоз.

Трехфазный дифференциальный автомат

Если под обычным Узо устанавливают 3 или 4 группы отдельных автоматических выключателей, то диф.автомат обеспечивает отдельную группу для защиты электрической цепи. Под диф.автоматом не устанавливают автоматические выключатели, он несет самостоятельную ответственность за короткое замыкание (КЗ), перегрузку электрической цепи и утечку тока в землю. Можно конечно и поставить автоматические выключатели под диф. автоматом, но это расточительно.

Читайте следующие статьи про УЗО:

Где устанавливают дифференциальные автоматические выключатели?

Устанавливают диф.автомат там, где требуется постоянное питание приборов, например, таких приборов как: охранная сигнализация, пожарная сигнализация, морозильник, компьютер и т.д. Группа работает автономно, т.е. на ветке больше никто не сидит. Обычное Узо отсекает сразу три, а то и больше групп, а это значит, что если где-то произошла утечка тока, к примеру, в стиральной машине, УЗО отключит не только её, но и все остальные приборы.

Диф.автомат-надежная заЩИТа!

Что нужно учесть устанавливая дифференциальный автоматический выключатель?

При установке необходимо учесть габариты диф.автомата. Обычное УЗО — размером в 2 модуля, тогда как диф.автомат — на все 4 модуля в однофазной сети. В зависимости от того, сколько вы хотите проложить отдельных групп, следует подобрать соответствующий распределительный щит для автоматических выключателей дифференциального тока, очень уж много они занимают пространственного места. Но есть диф. автоматы размером в 2 модуля — более компактные, которые позволяют сэкономить в распределительном щите много места.

Обязательно прочитайте следующую статью про установку реле «Почему нужно устанавливать реле контроля напряжения?»

Оцените качество статьи:

Difference Engine | вычислительная машина

Difference Engine , одна из первых вычислительных машин, чуть не являющаяся первым компьютером, спроектированная и частично построенная в 1820–30-е годы Чарльзом Бэббиджем. Бэббидж был английским математиком и изобретателем; он изобрел короволова, реформировал британскую почтовую систему и был пионером в области исследования операций и актуарной науки. Именно Бэббидж первым предположил, что погоду прошлых лет можно было определить по годичным кольцам деревьев.Он также всю жизнь увлекался ключами, шифрами и механическими куклами (автоматами).

Разностная машина

Завершенная часть разностной машины Чарльза Бэббиджа 1832 года. Этот усовершенствованный калькулятор был предназначен для создания таблиц логарифмов, используемых в навигации. Ценность чисел была представлена ​​положениями зубчатых колес, отмеченными десятичными числами.

Музей науки Лондон

Подробнее по этой теме

компьютер: The Difference Engine

Чарльз Бэббидж был английским математиком и изобретателем: он изобрел короволова, реформировал британскую почтовую систему и был пионером…

Как член-основатель Королевского астрономического общества, Бэббидж видел очевидную потребность в разработке и создании механического устройства, которое могло бы автоматизировать долгие и утомительные астрономические вычисления. Он начал с письма в 1822 году сэру Хэмфри Дэви, президенту Королевского общества, о возможности автоматизации построения математических таблиц, в частности таблиц логарифмов для использования в навигации. Затем он написал статью «О теоретических принципах устройства для расчета таблиц», которую он зачитал обществу позже в том же году.(Он выиграл первую золотую медаль Королевского общества в 1823 году.) Таблицы, которые использовались тогда, часто содержали ошибки, которые могли быть проблемой жизни и смерти моряков в море, и Бэббидж утверждал, что, автоматизируя производство таблиц, он может гарантировать их точность. Заручившись поддержкой в ​​обществе своей «Разностной машины», как он ее называл, Бэббидж затем обратился к британскому правительству с просьбой профинансировать разработку, получив один из первых в мире государственных грантов на исследования и технологические разработки.

Бэббидж очень серьезно подошел к проекту: он нанял мастера-машиниста, организовал пожаробезопасную мастерскую и построил пыленепроницаемую среду для тестирования устройства. До этого вычисления редко производились с точностью до 6 знаков; Бэббидж планировал регулярно выдавать 20- или 30-значные результаты. Разностная машина была цифровым устройством: она работала с дискретными цифрами, а не с гладкими величинами, и цифры были десятичными (0–9), представленными позициями на зубчатых колесах, а не двоичными цифрами («битами»), как это делал немецкий математик. -философ Готфрид Вильгельм фон Лейбниц одобрил (но не использовал) в своем «Счетчике шагов».Когда одно из зубчатых колес поворачивалось с 9 на 0, это заставляло следующее колесо перемещаться на одну позицию, неся цифру, точно так же, как работал калькулятор Лейбница Step Reckoner.

Однако система различий была больше, чем просто калькулятор. Он механизировал не только один расчет, но и целую серию вычислений по ряду переменных для решения сложной задачи. Он вышел далеко за рамки калькуляторов и в других отношениях. Как и в современных компьютерах, у Difference Engine было хранилище, то есть место, где можно было временно хранить данные для последующей обработки, и он был разработан для штамповки своих выходных данных в мягкий металл, который впоследствии можно было использовать для изготовления печатной формы.

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

Тем не менее, разностная машина выполнила только одну операцию. Оператор установит все свои регистры данных с исходными данными, а затем единственная операция будет многократно применяться ко всем регистрам, в конечном итоге приводя к решению. Тем не менее, по сложности и смелости конструкции он превосходил любые существовавшие в то время счетные устройства.

Полный двигатель, рассчитанный на размер комнаты, никогда не был построен, по крайней мере, Бэббиджем.Хотя он получал несколько государственных субсидий, они были спорадическими — правительства менялись, финансирование часто заканчивалось, и ему приходилось лично нести часть финансовых затрат, — и он работал с допусками строительных методов того времени или приближался к ним и столкнулся с многочисленные трудности строительства. Все работы по проектированию и строительству были прекращены в 1833 году, когда Джозеф Клемент, машинист, ответственный за сборку машины, отказался продолжать работу, если ему не была внесена предоплата. (Завершенная часть разностной машины находится на постоянной выставке в Музее науки в Лондоне.) См. Также Analytical Engine.

Двигатели | Двигатель Бэббиджа

Двигатели

Чарльз Бэббидж (1791–1871), пионер компьютеров, разработал два класса двигателей: разностные двигатели и аналитические двигатели. Разностные машины называются так из-за математического принципа, на котором они основаны, а именно метода конечных разностей.Прелесть метода в том, что он использует только арифметическое сложение и устраняет необходимость умножения и деления, которые сложнее реализовать механически.

Разностные двигатели — это строго калькуляторы. Они вычисляют числа единственным способом, которым умеют — путем многократного сложения по методу конечных разностей. Их нельзя использовать для общих арифметических расчетов. Аналитическая машина — это гораздо больше, чем просто калькулятор, и она отмечает прогресс от механизированной арифметики вычислений к полноценным вычислениям общего назначения.На разных этапах развития его идей было как минимум три дизайна. Так что говорить об Аналитических машинах во множественном числе строго правильно.

Двоичное, десятичное и обнаружение ошибок

Вычислительные машины

Бэббиджа — десятичные цифровые машины. Они являются десятичными в том смысле, что используют знакомые десять чисел от «0» до «9», и они являются цифровыми в том смысле, что только целые числа распознаются как действительные. Числовые значения представлены шестеренками, и каждая цифра числа имеет свое собственное колесо.Если колесо останавливается в положении, промежуточном между целочисленными значениями, значение считается неопределенным, и двигатель рассчитан на заклинивание, чтобы указать, что целостность расчета была нарушена. Замедление — это форма обнаружения ошибок.

Бэббидж рассматривал возможность использования других систем счисления, кроме десятичной, включая двоичную, а также систему счисления 3, 4, 5, 12, 16 и 100. Он остановился на десятичной системе из соображений инженерной эффективности — чтобы уменьшить количество движущихся частей — а также повседневное знакомство.

Разностный двигатель № 1

Бэббидж начал в 1821 году с разностной машины № 1, предназначенной для вычисления и табулирования полиномиальных функций. Конструкция описывает машину, которая автоматически вычисляет ряд значений и выводит результаты в таблицу. Неотъемлемой частью концепции дизайна является печатающее устройство, механически связанное с вычислительной секцией и являющееся неотъемлемой частью ее. Разностная машина № 1 — это первая законченная разработка для автоматической вычислительной машины.

Время от времени Бэббидж менял мощность двигателя.На схеме 1830 года изображена машина, рассчитывающая с шестнадцатью цифрами и шестью порядками разницы. Для Engine потребовалось около 25 000 деталей, поровну разделенных между вычислительной секцией и принтером. Если бы он был построен, он весил бы приблизительно четыре тонны и был около восьми футов в высоту. Строительство двигателя было остановлено в 1832 году из-за спора с инженером Джозефом Клементом. Государственное финансирование было окончательно прекращено в 1842 году.

Аналитическая машина

Когда строительный проект застопорился и освободился от гаек и болтов детальной конструкции, Бэббидж задумал в 1834 году более амбициозную машину, позже названную Analytical Engine, универсальную программируемую вычислительную машину.

Аналитическая машина обладает многими важными функциями, присущими современным цифровым компьютерам. Его можно было программировать с помощью перфокарт, идея заимствована из жаккардового ткацкого станка, используемого для ткачества сложных узоров на текстиле. Механизм имел «Хранилище», где можно было хранить числа и промежуточные результаты, и отдельную «Мельницу», где выполнялась арифметическая обработка. Он имел внутренний репертуар из четырех арифметических функций и мог выполнять прямое умножение и деление. Он также мог выполнять функции, для которых у нас есть современные названия: условное ветвление, цикл (итерация), микропрограммирование, параллельная обработка, итерация, фиксация, опрос и формирование импульсов, среди прочего, хотя Бэббидж нигде не использовал эти термины.Он имел множество выходных документов, включая распечатку на бумаге, перфокарты, построение графиков и автоматическое создание стереотипов — лотки из мягкого материала, в которые запечатывались результаты, которые можно было использовать в качестве форм для изготовления печатных форм.

Логическая структура аналитической машины была по существу такой же, как и та, которая доминировала в компьютерном дизайне в электронную эпоху — отделение памяти («Хранилище») от центрального процессора («Мельница»), последовательная работа с использованием «цикл выборки-выполнения», а также средства для ввода и вывода данных и инструкций.Назвать Бэббиджа «первым компьютерным пионером» — не просто дань уважения.

Новый разностный двигатель

Когда новаторская работа над аналитической машиной была в основном завершена к 1840 году, Бэббидж начал рассматривать новую разностную машину. Между 1847 и 1849 годами он завершил разработку разностной машины № 2, улучшенной версии оригинала. Этот механизм вычисляет числа длиной тридцать одну цифру и может табулировать любой многочлен до седьмого порядка. Конструкция была элегантно простой и требовала только около трети деталей, требуемых в разностном двигателе No.1, обеспечивая при этом аналогичную вычислительную мощность.

Модель

Difference Engine № 2 и аналитическая машина имеют одинаковую конструкцию для принтера — устройства вывода с замечательными характеристиками. Он не только производит печатную копию чернильной распечатки на бумаге в качестве контрольной копии, но также автоматически стереотипирует результаты, то есть впечатляет результаты на мягком материале, например, на гипсе, который может использоваться в качестве формы, из которой может быть использована печатная форма. сделал. Аппарат автоматически набирает результаты и допускает программируемое форматирование i.е. позволяет оператору предварительно настроить расположение результатов на странице. Изменяемые пользователем функции включают переменную высоту строки, переменное количество столбцов, переменные поля столбцов, автоматический перенос строк или перенос столбцов и оставление пустых строк через каждые несколько строк для удобства чтения.

Физическое наследие

За исключением нескольких частично завершенных механических сборок и тестовых моделей малых рабочих секций, ни один из проектов Бэббиджа не был полностью реализован физически при его жизни.Основная сборка, которую он завершил, была одна седьмая разностного двигателя № 1, демонстрационного образца, состоящего из примерно 2000 деталей, собранных в 1832 году. Он работает безупречно по сей день и является первым успешным автоматическим вычислительным устройством, воплощающим математические правила в механизме. Небольшая экспериментальная часть аналитической машины строилась во время смерти Бэббиджа в 1871 году. Многие из небольших экспериментальных сборок уцелели, как и исчерпывающий архив его чертежей и записных книжек.

Проекты огромных механических вычислительных машин Бэббиджа считаются одним из поразительных интеллектуальных достижений 19 века. Лишь в последние десятилетия его работа была подробно изучена, и масштабы того, чего он достиг, становится все более очевидным.

Как это работает | Двигатель Бэббиджа

Принцип различия двигателей

Разностные машины называются так из-за математического принципа, на котором они основаны, а именно метода конечных разностей.Как правило, для вычисления значения полинома может потребоваться любое или все операции сложения, вычитания, умножения и деления.

Преимущество метода конечных разностей состоит в том, что он устраняет необходимость в умножении и делении и позволяет вычислять значения многочлена, используя только простое сложение. Сложить два числа с помощью шестерен проще, чем умножение или деление, поэтому этот метод упрощает сложный механизм.

Если известны первые несколько значений полинома, остальные могут быть вычислены с помощью простого повторного сложения.Этот метод проиллюстрирован на диаграмме выше для функции F (x) = x ² + 4. Значения x показаны в первом столбце с приращением на 1 каждый раз (x = 1, 2, 3, 4. .). Значения функции x ² + 4 показаны во втором столбце с первыми четырьмя значениями, вычисленными в уме или вручную (5, 8, 13, 20).

Следующим шагом является вычисление первой и второй разностей. Первые различия показаны в третьем столбце и рассчитываются путем вычитания последовательных значений из предыдущего столбца, как показано сплошными стрелками, проходящими слева направо (8-5 = 3, 13-8 = 5 и т. Д.). Вторые разности вычисляются путем вычитания первых пар разностей, и они отображаются в последнем столбце.

После вычисления этих начальных значений остальные значения функции могут быть вычислены путем обращения процесса. Значения, которые мы хотим вычислить, показаны под верхней пунктирной линией. Для этого полинома вторая разность является константой (2). Чтобы вычислить значение функции для x = 5, постоянная разность (2) добавляется к первой разности (7), чтобы получить следующую первую разность (9) (красная стрелка), которую затем можно добавить к последнему значению функции. (синяя стрелка), получаем F (5) = 29.Это желаемый результат, достигаемый без умножения.

Затем процесс можно повторить, чтобы получить следующую первую разность (11), которую можно добавить к последнему значению функции, чтобы получить F (6) = 40 и т. Д. Используя этот метод, можно вычислить любой многочлен второй степени. и, в более общем случае, любой полином n ^{-й степени} может быть вычислен с использованием только сложения, начиная с разности n ^-го .

Разностная машина Бэббиджа № 2 имеет «регистры» для хранения одного числа из каждого столбца в таблице (например, 20, 7, 2).Он добавит вторую разницу к первой, а затем добавит этот результат к значению функции для вычисления следующей записи в таблице. Было достаточно «регистров» для семи различий, что позволяло вычислять 31-значные значения для многочленов с членами до x ⁷ .

В чем разница, сделанная разностным двигателем: из калькулятора Чарльза Бэббиджа появился современный компьютер |
История

Как можно догадаться из названия, «Разностная машина» — странно сложный объект для описания.Вы можете начать с представления стороны большой детской кроватки со стойками, окруженными небольшими металлическими колесами — или, скорее, катушками, — но лучше увидеть это самому.

Хорошо запыленный и с отполированной латунной фурнитурой, он выставлен в первой галерее выставки «Век информации» в Национальном музее американской истории. Хотя усиленный голос указывает на важность машины в истории науки, она редко привлекает толпу.Не сомневайтесь, однако, что «Разностная машина» — это связь с мощным интеллектуальным возбуждением и с удивительным человеком, которого британское правительство недавно удостоило награды собственной почтовой маркой. Это Чарльз Бэббидж, человек, который более 150 лет назад впервые смутно заметил сегодняшний компьютерный век и стремился его достичь.

The Difference Engine — это калькулятор. Он составляет числовые таблицы с использованием математического метода, известного как метод разности. Сегодня такие таблицы, часто используемые в навигации и астрономии, будут вычисляться и храниться в электронном виде.Почти полтора века назад разностная машина выполняла почти ту же работу, но медленно и механически.

Два шведа, Георг Шойц и его сын Эдвард, построили Смитсоновский станок в 1853 году. На каждом из его длинных валов установлены диски, а на каждом диске есть колеса с десятью зубьями, соответствующими отметкам на дисках. Ученый мог установить диски с известными цифрами, четными или нечетными, повернуть кривошип и, читая на каждом валу, найти результат расчета. Этот конкретный «двигатель» также мог распечатать свои ответы.Проданный обсерватории в Олбани, штат Нью-Йорк, он был передан Смитсоновскому институту в 1963 году.

Шойцы не интересовались приятным дизайном. Однако их устройство работало хорошо, поскольку они следовали до практического завершения концепциям одного из самых блестящих умов XIX века. Изобретатель и философ Бэббидж создал прототип оригинальной разностной машины еще в 1822 году, а затем продолжал вносить улучшения, так и не доработав его. Он с энтузиазмом одобрил работу своих друзей Георга и Эдварда Шойца.Но в течение многих лет, которые потребовались им для завершения своей машины, изобретатель искал механическое устройство, которое выходило бы далеко за рамки расчетов. На самом деле будет хранить созданных данных, а затем повторно использовать информацию, чтобы добавить больше. Бэббидж описал этот процесс как «двигатель поедает собственный хвост».

То, что он предвидел, было примитивным компьютером. Как писал его биограф Энтони Хайман, «Бэббидж работал сам по себе, далеко опережая современные мысли.Ему нужно было не только разработать дизайн, но и разработать концепции, конструкцию и даже инструменты для изготовления деталей. Он . . . стоит особняком: великая исконная фигура вычислительной техники ».

Чарльз Бэббидж родился в 1791 году в Девонширской богатой и увлеченной семье. Он пошел в хорошую школу, а затем отправился в Кембридж, не зная, чего там ожидать, за исключением предупреждения, что это плохое место для покупки вина. От природы блестящий в математике, он обнаружил, что его профессора математики на самом деле знают меньше, чем он сам.

Явно гений, Чарльз, похоже, был очаровательным молодым человеком, исполненным юношеской решимости улучшить преподавание математики в Кембридже. Вместе со своим близким другом Джоном Гершелем, сыном знаменитого астронома Уильяма Гершеля, Бэббидж помог основать Аналитическое общество.

Подобно Лунному обществу во времена Джозайи Веджвуда и Эразма Дарвина (дедушка Чарльза), два поколения назад, «аналитики» собрались в шумной компании, чтобы обсудить, среди прочего, производство ткани из хлопка и шерсти и чугунные кузницы и сталелитейные заводы заполнили зеленый Мидлендс Англии.Их целью было вычислить, как наука может наилучшим образом поддержать продолжающуюся промышленную революцию с помощью новых методов, лучших инструментов и более точного планирования.

Задолго до того, как отправиться в Кембридж, Бэббидж изобрел способ ходьбы по воде. «Мой план, — писал он, — заключался в том, чтобы прикрепить к каждой ступне две доски, тесно связанные друг с другом петлями, прикрепленными к подошве обуви». Эта штука сработала достаточно хорошо, чтобы юный Чарльз смог спуститься вниз по реке во время отлива. Но что-то пошло не так, и ему пришлось спасаться плаванием.

Он покинул Кембридж, одержимый идеей использования машин для ускорения трудоемких математических вычислений. Так родилась идея разностной машины. Чарльз также представил машину, которая будет обрабатывать больше десятичных знаков, чтобы ускорить процесс «переноса» и «заимствования».

«Он всегда был великим улучшителем», — говорит Пегги Кидвелл, куратор разностной машины Scheutz в Смитсоновском институте. Кидвелл, соавтор книги « Ориентиры в цифровых вычислениях », считает, что Бэббиджа постоянно подстегивало стремление улучшить не только свой Engine, но и качество жизни 19-го века.Среди других примеров она приводит его эксперименты с печатью таблиц разными цветами на разных оттенках бумаги (черный отпечаток на белой бумаге был неприятен для глаз). В 1826 году у него была одна страница таблиц, опубликованная 13 разными красками на бумаге 151 разного цвета.

Что еще более важно, он бесконечно искал способы избавить фабричную работу от убойной рутины. Дозирующие устройства, например, автоматически производят бессмысленный подсчет некоторых повторяющихся действий на мельнице. Он изобрел таймер для того, чтобы набивать удары; подозрительные рабочие назвали это «контрольным сигналом».«Он разработал устройство для записи направления толчков в сейсмоопасных районах, красочный валик для печати и, возможно, думая о тех детских« водных ботинках », предложил идею гидроплана.

Он пытался заставить правительство изменить традиционные значения фунтов, шиллингов и пенсов на десятичную систему. Он прошел примерно так же, как сегодня американские ученые, после долгих лет тщетных призывов ввести метрическую систему. Тем не менее, британцы приняли предложенную им монету в два шиллинга, или флорин, сделав десять флоринов равными фунту стерлингов.

Бэббидж так и не закончил полностью расширенную разностную машину, которую он начал называть «аналитической машиной», но части оригинала плавно отображались на дисплеях и продолжали привлекать к нему все больше внимания. «Теперь, мистер Бэббидж, — сказала одна женщина, выслушав его объяснение, — я хочу знать только одну вещь. Если вы зададите вопрос неправильно, получится ли правильный ответ?» Со временем люди узнали, что компьютер не умнее своего программиста. Как говорится, «мусор на входе, мусор на выходе».«

Бэббидж был прекрасным хозяином. Звонил герцог Веллингтон. Чарльз Диккенс тоже. Бэббидж беседовал с сэром Чарльзом Уитстоном, изобретателем моста Уитстона для измерения электрического сопротивления; с Джозефом Уитвортом, чья винтовочная пушка с шестиугольным отверстием была куплена Конфедеративными Штатами Америки и использовалась со смертельной точностью против несчастных солдат Союза; с Isambard Kingdom Brunel, строителем гигантского железного корабля Great Eastern ( Smithsonian , ноябрь 1994 г.).

Прежде всего, была Августа Ада Байрон, дочь поэта. Это была блестящая и красивая женщина, которую Байрон назвал «Августа» в честь своей сводной сестры, которая также была его любовницей. Хотя Августа Ада была ее дочерью, леди Байрон никогда не простила девушке того же имени, что и женщина, которую она презирала.

Ада хорошо разбиралась в математике и была одним из немногих людей, способных понять и объяснить, в чем суть изобретений Бэббиджа. Это был целомудренный роман — Ада была замужем за графом Лавлейс.Но она посвятила годы тому, чтобы помогать Бэббиджу, писать объяснения его достижений и мечтаний, восхищаясь им как с профессиональной, так и с сыновней преданностью. Она так хорошо написала некоторые из его заметок, что он захотел опубликовать их под ее подписью. Она отказалась. Тем не менее, когда он немного переписал ее копию — просто изменив пару слов — она ​​прояснила, что ни один никогда не переписывает Байрона.

Как и многие викторианцы, Ада пристрастилась к опиуму. Во время ее мрачной смерти от рака ее мать спрятала опиум, который она тогда использовала, чтобы облегчить боль, чтобы Ада страдала еще больше и раскаивалась.После ее смерти Бэббидж лишился женщины, которую Энтони Хайман описывает как «свою любимую интерпретатор». В его планах требовалась система перфокарт, которая бы управляла функциями все еще теоретической машины. Он получил идею карты от известного французского ткацкого станка, представленного в начале 1800-х годов Жозефом Мари Жаккаром, который использовал выбранные карты для автоматизации ткачества разноцветных узоров. Именно Ада могла лучше всего выразить то, что карточная система могла бы сделать для машины Чарльза: «Мы можем наиболее точно сказать, что аналитическая машина ткет алгебраические узоры так же, как ткацкий станок из жаккарда плетет цветы и листья.«

Хотя идеи Бэббиджа о хранении информации существуют только в его обширных планах, его концепции продолжали приближаться к нашему компьютерному веку. Карточная система была жизненно важна для самых первых электронных компьютеров, устройств после Второй мировой войны, которые заполняли целую комнату.

Разностная машина Scheutz также связывает нас с ранними днями Смитсоновского института. Джозеф Генри, первый секретарь Института, посетил Бэббиджа в 1837 году и написал: «Он, возможно, больше, чем кто-либо из когда-либо живших, сузил пропасть, [разделяющую] науку и практическую механику.»Мягкая оценка. Сегодня, когда вокруг нас крутятся компьютеры, которые вращаются вокруг нас, делая возможным жизненный опыт, который простирается от космических полетов до Интернета, судя о Бэббидже, трудно не смотреть на этого пророка 19-го века с изумленным трепетом.

Дифференциальный двигатель

— История дифференциального двигателя Чарльза Бэббиджа

Чарльз Бэббидж, 1791–1871. Портрет из Illustrated London News , 4 ноября 1871 г.

Цифровая таблица — это инструмент, предназначенный для экономии времени и труда тех, кто занимается вычислительной работой.Самые старые из сохранившихся таблиц были составлены в Вавилоне в период 1800-1500 гг. До н. Э. Они предназначались для преобразования единиц, умножения и деления, и они были начертаны клинописью на кусках глины. В I веке до н. Э. Клавдий Птолемей в Александрии создал свою теорию о движении небесных тел в работе, которая позже стала известна под названием Альмагест

.

Они должны были составить один из важнейших астрономических документов Древнего мира, и они содержали все необходимые таблицы для расчета затмений, а также различные виды эфемерид, то есть таблицы, которые определяли положение небесных тел во время определенного периода. период, e.грамм. каждый день в течение всего года. В первой половине XIII века таблицы Птолемея привлекли внимание короля Кастилии Альфонса Мудрого. Затем он собрал в Толедо большое количество ученых, которым было поручено составить новую коллекцию астрономических таблиц. Говорили, что причиной этого стремления было то, что король Альфонсо, интересовавшийся астрономией, обнаружил много ошибок в таблицах Птолемея. Работа началась где-то в 1240-х годах и заняла около десяти лет.Изготовленные столы позже были известны как альфонсиновые столы . Огромные расходы были оплачены королем, имя которого вскоре распространилось с копиями таблиц по всему европейскому научному миру. Помимо вавилонских таблиц, работ Птолемея и таблиц альфонсов, в этот период было вложено много труда в создание множества других числовых таблиц различного типа.

С появлением искусства печати по всей Европе во второй половине 15 века были напечатаны первые таблицы.Например, таблицы альфонсов были напечатаны в Венеции в 1483 году. В конце шестнадцатого века было опубликовано несколько известных арифметических и тригонометрических таблиц. Для упрощения работы по умножению были опубликованы таблицы умножения. Настоящая революция в бизнесе таблиц произошла после открытия логарифмов Джоном Напье в 1614 году. Имея под рукой таблицу логарифмов, вычислительные усилия можно было значительно сократить. В 1617 году Генри Бриггс опубликовал первую таблицу логарифмов.

Двести лет спустя, в начале XIX века, числовые таблицы все еще оставались самым важным средством расчетов в Европе. Единственными альтернативами были «Кости Напьера» и логарифмическая линейка. Механические вычислительные машины были чрезвычайно редки, и в лучшем случае горстка очень избранных людей могла когда-либо использовать их для серьезных вычислений. Большинство из них были просто замечательными устройствами, иллюстрирующими научный прогресс человека, а не настоящими помощниками в вычислениях. Обычному калькулятору или ученому, которому приходилось выполнять сложные вычисления, требующие большой точности, стержни Напьера и логарифмическая линейка мало помогли.Фактически, его инструментами были ручка, бумага и таблицы. Были таблицы по математике, астрономии, навигации, физике, инженерии, статистике, торговле и финансам, в армии и во многих других областях. Однако публикация таких таблиц потребовала большого количества ручных вычислений, и конечный продукт был полон ошибок.

Где-то в 1821 году молодому английскому математику Чарльзу Бэббиджу (биография Чарльза Бэббиджа) пришла в голову идея о механических вычислениях. Он предоставил нам две версии происхождения своих идей о машинах, но одна, написанная в 1822 году, кажется более правдоподобной, чем другая, появившаяся в его автобиографии примерно сорок лет спустя.
Согласно первой истории, в 1820 или 1821 году Астрономическое общество поручило Бэббиджу и его другу Гершелю одну из задач по улучшению таблиц навигационной книги Морской альманах . Они построили соответствующие формулы и поручили арифметику клеркам. Чтобы уменьшить количество ошибок, им пришлось выполнять вычисления дважды, каждый раз другим клерком. Затем они сравнили два набора на предмет расхождений. В ходе утомительной проверки Гершель и Бэббидж обнаружили ряд ошибок, и в какой-то момент Бэббидж сказал , я бы хотел, чтобы эти вычисления были выполнены паром .«» Вполне возможно, «», — заметил Гершель.
Но в своей автобиографии Бэббидж вспомнил другую версию этой истории, которая, должно быть, произошла либо в 1812, либо в 1813 году:
«… Я сидел в комнатах Аналитического общества в Кембридже, наклонив голову вперед на стол, как бы мечтательного настроения, передо мной лежала открытая таблица логарифмов. Другой член, войдя в комнату и увидев меня полусонным, крикнул: «Ну, Бэббидж, о чем ты мечтаешь?» на что я ответил: «Я думаю, что все эти таблицы» (указывая на логарифмы) «могут быть рассчитаны с помощью машин.”

Как бы то ни было, где-то в 1820 или 1821 году Бэббидж начал свою работу над вычислительной машиной, создав несколько конструкций для часовых механизмов, которые можно было заставить управлять набором колес с числами по краям, которые можно было печатать на бумаге. Он сделал небольшую модель, состоящую из 96 колес и 24 осей, которую позже сократил до 18 колес и 3 осей. Машина была готова к концу весны 1822 года, а в июне о ней было объявлено публично, и она была исследована несколькими членами Астрономического общества.
Похоже, Бэббидж очень мало знал о конструкции машин, механических вычислениях и истории таких машин в то время, потому что он начал с рассмотрения использования скользящих стержней вместо более естественного использования колес в механизме сложения. Этот вид механизма, который был «новым» в истории вычислительных машин, вызывает серьезные трудности в процессе переноса, факт, который в конце концов осознал Бэббидж. Фактически, это, кажется, было для него таким откровением, что в ноябре 1822 года он очень торжественно отметил, что в будущем он решил всегда выбирать для этой цели круговое движение.
В рабочей модели была часть счетного механизма, включая два порядка разницы, но не печатный механизм. Он успешно вычислил первые тридцать значений, вытекающих из формулы ^{+ x + 41} , которая была его любимым примером, потому что она генерирует множество простых чисел. Машина выдавала правильные результаты со скоростью 33 цифры в минуту, поэтому значения были сведены в таблицу за две с половиной минуты. Позже в том же году Бэббидж написал записку в Общество и статью «О теоретических принципах механизма для расчета таблиц» для журнала Brewster’s Journal of Science:
. Я придумал методы, с помощью которых машина должна устанавливать шрифт в системе. порядок определяется расчетом.Устройства таковы, что… не должно существовать возможности ошибки в любой печатной копии таблиц, вычисленных этим механизмом.
Бэббидж написал также письмо на общую тему президенту Королевского общества сэру Хэмфри Дэви. В этом письме Бэббидж указал на преимущества, которые такая машина имела бы для правительства при создании длинных таблиц для навигации и астрономии, и предложил сконструировать машину в увеличенном масштабе для использования правительством.
Астрономическое общество с большим энтузиазмом восприняло предложение Бэббиджа, а Королевское общество положительно отозвалось о его проекте создания так называемой разностной машины , специализированной вычислительной машины для расчета таблиц с использованием метода разностей

Бэббидж не был первым, кто предложил печатный калькулятор, и не он был первым, кто предложил метод разностей в качестве подходящего принципа, на котором основываются механизированные вычисления.Эта награда принадлежит немецкому инженеру и мастеру-строителю Иоганну Хельфриху Мюллеру, который еще в 1784 году описал свои мечты о вычислительной машине, основанной на методе разностей, но его идея осталась только на бумаге. Есть свидетельства того, что в какой-то момент Бэббидж узнал о Мюллере и его проекте, но, скорее всего, это произошло после 1821 года, когда он уже начал свою работу над разностной машиной

В чем суть метода разностей, лежащего в основе первого автоматического вычислительного устройства Бэббиджа.Давайте рассмотрим ту же формулу, которую использовал Бэббидж: T = x ^{+ x + 41} . Он генерирует последовательность значений для , которые оказываются простыми числами, как видно в таблице на следующем рисунке, где для отмечен первый столбец разницы, а для — второй столбец разностей. Если мы возьмем разности между последовательными значениями , эти так называемые первые разности следуют довольно простому правилу. Если мы возьмем различия между различиями, известные как секундных разностей , результат будет еще более поразительным — второе различие является константой.Обладая этими знаниями, таблица может быть построена очень простым способом, как показано в рамке в таблице. Возьмите второе различие и добавьте его к первому различию, чтобы сформировать новое первое различие, 4 + 2 = 6. Процесс можно обобщить. В нашем примере вторая разница постоянна, потому что функция T является квадратичной. Если бы функция T была кубической, например, T = x , тогда вторая разница была бы изменена, но третья разница, разница между следующими друг за другом вторыми разностями, была бы постоянной.Как правило, полином степени будет иметь постоянную разность n ^и , и каждое последующее новое значение функции может быть получено путем n простых сложений.

Полезность разностных методов значительно возрастает благодаря тому факту, что любой участок непрерывной функции с хорошим поведением может быть аппроксимирован полиномом. Чем короче участок и выше степень полинома, тем ближе приближение. Поэтому, если мы хотим табулировать функцию, такую ​​как синус или время заката, необходимо только разделить функцию на достаточно короткие интервалы и найти подходящий аппроксимирующий полином для каждого интервала.Затем можно использовать метод разностей для табулирования функции на протяжении всего интервала. Этот процесс известен как подведение итогов. Бэббидж понял, что машина может выполнять этот процесс подведения итогов. Во-первых, ему нужен был механизм для раздельного хранения чисел, соответствующих значениям табличного значения, первой разности, второй разности и т. Д., И механизм для добавления каждой разности к значению предыдущей разности.

В процессе разработки и создания своей разностной машины Бэббиджу потребовалось множество точных чертежей деталей.Используя эти чертежи, он почувствовал, что они не полностью и адекватно описывают механизм. Для машины с множеством частей, движущихся по-разному, статические чертежи могли показать только форму и расположение частей. Поэтому Чарльз разработал систему механических обозначений, которая также показывала бы, как движутся части — их скорости и взаимосвязи. В отличие от обычных рисунков, обозначения не отображали формы деталей. Скорее, это была таблица чисел, линий и символов, описывающая действия машины.Это была общая система, которую можно было использовать для описания любой машины. Чарльз опубликовал описание своей механической записи в «Философских трудах Королевского общества» в 1826 году, а затем в 1851 году (см. «Законы механической записи»). Однако эта механическая нотация не получила широкого распространения.

В интервью, проведенном в 1823 году между Бэббиджем и канцлером казначейства, было достигнуто довольно расплывчатое устное соглашение, согласно которому правительство выделит средства для предприятия, что, как ожидалось, займет три года.Его собственное Астрономическое общество было настолько впечатлено машиной, что наградило его своей первой золотой медалью в 1824 году. В том же году британское правительство назначило Бэббиджу гонорар в размере 1500 фунтов стерлингов, и он начал конструировать полную разностную машину . Бэббиджу была нужна небольшая фабрика и компетентные рабочие, хотя изначально две комнаты в доме Бэббиджа были переоборудованы в мастерские, а третья — в кузницу. Он нанял хорошего инженера Джозефа Клемента для обслуживания механических работ в своей мастерской. К 1828 году Чарльз потратил на строительство более 6000 фунтов стерлингов, а правительство возместило ему только 1500 фунтов стерлингов.После положительного отчета друзей Чарльза из Королевского общества правительство согласилось компенсировать разницу. Но работа шла довольно медленно.

Весь проект занял намного больше времени, чем кто-либо ожидал. Пока шло изготовление основных деталей, нужно было рисовать выкройки для других. Полный набор планов был завершен только в 1830 году. К тому времени рабочие Клемента произвели много тысяч деталей, но мало что сделали.
Вскоре Бэббидж и правительство решили, что чертежи и сборку следует вынести из мастерской Клемента.На территории Бэббиджа была построена двухэтажная пожаробезопасная мастерская и второе здание для разностной машины. Бэббидж намеревался перенести все предприятие Клемента в эти новые помещения. Однако Клемент сопротивлялся, потому что на средства, которые Бэббидж предоставил ему, он значительно расширил свою мастерскую. Теперь у него было много станков и несколько сотрудников, и он использовал их для выполнения другой работы, помимо той, которую нанял Бэббидж. И согласно торговой практике того времени, он утверждал, что оборудование принадлежит ему, а не Бэббиджу или правительству.
В 1832 году рабочие Клемента завершили сборку двигателя, для которого были детали (было изготовлено около 10 000 деталей). Несмотря на то, что секция вычислений была в основном завершена, секция печати — нет. С этого времени дальнейшая работа не велась. Клемент не стал перемещать свое оборудование в мастерскую Бэббиджа, и только в 1834 году был передан сам двигатель. К тому времени правительство израсходовало 17000 фунтов стерлингов, а Бэббидж потратил около шести тысяч фунтов собственных денег. Правительство не желало идти дальше, учитывая необходимость реорганизации всего проекта после того, как Клемент и Бэббидж расстались.
Почти все части всего вычислительного механизма были изготовлены, но не собраны, когда работа над проектом прекратилась в начале 1833 года. Часть счетного механизма была собрана в 1832 году (см. Нижнюю фотографию) для демонстрации комитету Королевского общества и парламента, что проект продвигается удовлетворительно, но он ограничен двумя порядками разницы и пятью цифрами, подходящими только для демонстрационных целей.
Он составляет примерно одну треть высоты и половину ширины, или примерно одну седьмую всего счетного механизма, и состоит примерно из 2000 бронзовых и стальных деталей.Одна только счетная часть была бы в 7 раз больше, чем собранный маленький блок. Предполагалось, что вся машина будет содержать около 25000 деталей и весить более 2 тонн, с размерами примерно 260 см в высоту, 230 см в ширину и 100 см в глубину.

Часть разностного двигателя 1832 г. сборки

Конструкция разностного двигателя

Разностная машина состояла из двух основных частей — вычислительного механизма и механизма печати и управления.На нижнем чертеже от 1830 г. фасада (верхняя часть рисунка) и планах (нижняя часть) разностной машины они хорошо видны. Слева расположен счетный механизм, хорошо видны оси фигурных колес для табличного значения (крайний справа) и шесть разностей. Печатный механизм находится справа, а движущийся стол, несущий пластину для стереотипной печати, и сектор, несущий штампы цифрового типа, видны в центре обоих чертежей.

Фасад (верхняя часть рисунка) и чертежи в плане разностной машины, с 1830 г.

Цифры представлены в разностной машине положением вращения горизонтальных шестерен.Номер состоит из ряда этих фигурных колес, вращающихся вокруг общей вертикальной оси. Самое нижнее колесо представляет единицы, следующие десятки, следующие сотни и так далее. Фигурные колеса имеют диаметр около 15 сантиметров и разнесены по осям вертикально на расстоянии около 7,5 сантиметров. Бэббидж использовал термин ось для обозначения набора колесиков с цифрами, которые вместе хранят число как набор десятичных цифр. Вся система различий состоит из оси для табличного значения функции, другой оси для разности, третьей оси для второй разности и так далее для желаемого количества порядков разностей.

Фрагмент разностной машины (с фронтисписа Отрывков из жизни философа , 1864)

Каждая ось служила не только как хранилище чисел, но и как механизм сложения. Сложение происходило в два этапа, которые будут объяснены со ссылкой на добавление первой разницы к табличному значению. Внутри каждого первого разностного фигурного колеса находится механизм, который совершает столько же шагов, сколько значение, сохраненное в фигурном колесе.Если колесо фигурки единиц стоит на отметке 3, механизм будет перемещаться по трем ступеням. Это движение передается с помощью передачи на соответствующее колесо фигурки оси табличных значений. Если последняя изначально стояла на 5, она будет перемещена на три ступени и станет на 8. Этот процесс происходит одновременно в позициях десятков, сотен, тысяч и других цифр.

Может случиться так, что добавление фигурного колеса приведет к переносу, который должен быть передан на следующую более высокую позицию цифры. Если цифра единиц табличного значения изначально была 6 и добавляется 7, она переместится на семь позиций вперед и станет равной трем, но перенос также должен быть передан на колесо чисел десятков табличного значения.Распространение переноса осложняется тем фактом, что, если колесо с цифрами десятков уже стоит в 9, оно будет перемещено переносом до положения 0, и новый перенос будет распространен на колесо с цифрами сотен. В разностной машине эти последовательные переносы могут распространяться, а иногда и должны, от единиц вверх через колесо наиболее значимых фигур. Таким образом, каждое добавление состоит из двух отдельных этапов — одновременного добавления всех цифр первой разности к соответствующим цифрам табличного значения и последовательного распространения переносов от единиц до наиболее значимых цифр по мере необходимости.

Табулирование функции включает в себя повторение этого базового процесса сложения для каждого из задействованных порядков различия. Так как каждая ось также является механизмом сложения, табулирование кубической функции из третьих разностей, например, требует шести шагов для каждого полученного табличного значения (см. Рисунок рядом):
1. Добавление третьих разностных цифр ко вторым разностным цифрам
2 Распространение переноса между цифрами второй разности
3. Вторая разность добавляется к первой разности
4.Распространение переноса между цифрами первой разности
5. Первая разница добавляется в столбец результата
6. Произошел перенос в столбец результата

Отрицательные числа могут обрабатываться без дополнительных механизмов, представляя их как дополнения к десяти.
Эту схему легко распространить на разности более высокого порядка. Очевидно, что количество шагов является удвоенным числом степеней функции, а это значит, что для более высоких степеней функций потребуется много шагов.Бэббидж нашел способ изменить порядок вычислений так, чтобы для каждого полученного табличного значения требовалось всего четыре шага, независимо от количества задействованных различий. Это характерно для сложных логических соображений, лежащих в основе замыслов Бэббиджа.
Бэббидж заметил, что когда первая разница добавляется к табличному значению на шагах пятом и шестом, как третья, так и вторая разностные оси бездействуют. Таким образом, он мог бы добавить третье различие ко второму различию, шаги один и два, в то же время, когда первое различие добавляется к табличному значению.Шаги один и два перекрывают шаги пятый и шестой. Таким образом, для каждого полученного табличного значения требуется только четыре единицы времени для шагов с третьего по шестой. В современной терминологии мы бы назвали расположение оборудования для выполнения вычислений таким образом конвейером
Идея перекрытия может быть расширена до более высоких различий, и новое табличное значение всегда может быть получено в четыре этапа, а именно:
1. Нечетный различия добавляются к четным и к результату.
2. Удовлетворение имеет место в равных различиях и в результате.
3. К нечетным добавляются четные разности.
4. Перенос происходит в нечетных разностях.
Эта измененная форма расчета не только значительно экономит время, но также значительно упрощает управление вычислительным механизмом.

Похоже, что Чарльз Бэббидж изначально не определял математическую мощность двигателя. Он описывает его только как , двигатель большего размера . В 1823 году двигатель делали на расчет с четырьмя порядками разницы.Количество цифр не упоминалось. В 1829 году было сказано, что машина способна работать с разностями шестого порядка, 12 цифрами, и печатать результат 16 цифр со скоростью сорок четыре цифры в минуту. количество цифр продолжало меняться в зависимости от автора. 18 цифр упоминаются в 1834 году, и, как старик, сам Бэббидж сказал, что вся машина была способна производить вычисления с 20 разрядами цифр.

Матрицы для создания стереотипов таблиц были бы изготовлены в типографии.Результат должен был быть взят из столбца результатов в вычислительном блоке и передан в печатный блок. Там одиннадцать стальных штампов должны были напечатать результат и аргумент на медной пластине, создав распечатку, подобную этой, показанной на рисунке рядом.

Очень жаль, что работа над разностной машиной так близка к завершению. Генри Бэббидж позже подсчитал, что хватило бы еще пятисот фунтов. Бэббидж легко мог найти средства, однако его чувства и отношение как к правительству, так и к Клементу не позволили ему сделать это.Кроме того, за год или два разум Бэббиджа продвинулся далеко в направлении гораздо более сложной и интеллектуально полезной Аналитической машины. Тогда не было никакой возможности вернуться к первоначальному дизайну разностной машины и довести его до завершения, даже если бы события сделали это возможным.
В конце 1860-х Бэббидж сказал: «Я не закончил эту [разностную машину], потому что работая над ней, я пришел к идее моей аналитической машины, которая могла бы делать все, на что она была способна, и многое другое.На самом деле идея была настолько проще, что для завершения вычислительной машины потребовалось бы больше работы, чем для разработки и создания другой целиком, поэтому я обратил свое внимание на аналитическую машину ».

Тем не менее, не может быть и речи о том, что Разностная машина стояла как великий памятник человеческой изобретательности и способности механизировать все виды труда. Идея была слишком важной и захватывающей, чтобы о ней забыть. Усилия Бэббиджа вызвали широкую огласку, что было важным фактором сохранения идеи.Другим фактором, естественно, была сама проблема. Горстке изобретателей, все с разным опытом, в течение XIX века предстояло попытаться построить разностные двигатели в соответствии со своими собственными идеями. Первым из них был швед Пер Георг Шойц, которому удалось лишь с небольшой частью ресурсов Бэббиджа в середине XIX века создать работающий разностный двигатель.

В течение нескольких лет Бэббидж демонстрировал рабочую часть своей разностной машины в одной из своих гостиных и использовал часть вычислительного механизма для вычисления почти сотни функций.Он даже разработал некоторые улучшения оригинального механизма. В разностной машине всякий раз, когда в наборе вычислений требовалась новая константа, ее приходилось вводить вручную. В 1834 году Бэббидж придумал способ механической вставки различий, расположив оси разностной машины по кругу так, чтобы столбец «Результат» находился рядом с столбцом последнего различия и, таким образом, легко находился в пределах досягаемости от него. Он назвал это устройство двигателем, поедающим собственный хвост . Но вскоре это привело к идее управлять машиной совершенно независимыми средствами и заставлять ее выполнять не только сложение, но и все арифметические процессы по желанию в любом порядке и столько раз, сколько потребуется.Работа над первой разностной машиной была остановлена ​​10 апреля 1833 г., а первый чертеж аналитической машины датирован сентябрем 1834 г.

После завершения работы над конструкцией аналитической машины в 1847 году Бэббидж обратился к разработке разностной машины № 2, используя улучшенные и упрощенные арифметические механизмы, разработанные для аналитической машины. Логическая схема была такой же, как и для более ранней разностной машины, но он использовал более простые механизмы для хранения и добавления чисел и распространения переноса.Механизм печати был упрощен, так что целое число отпечатывалось на печатной форме как одно действие, а не цифра за цифрой. Обычная печатная копия с использованием красящих валиков была сделана одновременно. Управление было устроено одним стволом очень просто. К середине 1848 г. был подготовлен проект и полный комплект чертежей. Эти Бэббидж предложил британскому правительству, по-видимому, для выполнения обязательства, которое, по его мнению, существовало в результате провала проекта по созданию первой разностной машины, но правительство не проявляет интереса к новой конструкции.

Счетные машины Бэббиджа и относящиеся к ним материалы были унаследованы его младшим сыном, генерал-майором Генри Прево Бэббиджем (1824–1918), который проявил большой интерес к работе своего отца. В подростковом возрасте Генри и его старший брат Дугалд проводили время в рисовальном кабинете Бэббиджа и в мастерской, изучая навыки мастерской. Позже Генри хорошо разбирался в конструкции разностного (и аналитического) двигателя и установил тесные отношения со своим отцом, которого он посетил в отпуске после продолжительной военной службы в Индии.Бэббидж завещал свои чертежи, мастерскую и уцелевшие физические реликвии двигателей Генри, который пытался продолжить работу своего отца и популяризировать двигатели после смерти Бэббиджа.

Генри был у постели отца, когда Бэббидж умер 18 октября 1871 года, и с 1872 года он продолжал усердно работать над своим отцом, а затем с перерывами ушел на пенсию в 1875 году. Он собрал около шести небольших демонстрационных деталей для разностной машины номер 1 и одну из них. он отправил в Гарвард.В 1930-х годах эта штука привлекла внимание Говарда Эйкена, создателя Harvard Mark I, калькулятора с программным управлением.

Верьте только половине того, что вы видите, и ничему, что вы слышите.
Эдгар Аллан По

Наша история — The Difference Engine

Мы являемся отмеченным наградами кадровым агентством, базирующимся в Лондоне и имеющим международный охват. Основанная в 2006 году компания DIFFERENCE ENGINE начала свою жизнь как Canary Wharf & City Recruitment, IT-рекрутинговую компанию, ориентированную на предоставление интеллектуальных встреч широкому кругу клиентов, от глобальных корпораций до стартапов.Имея более 10 лет работы в сфере найма и старших руководителей, с более чем 30-летним опытом работы в качестве самих технологов, мы можем предложить уникальный взгляд на подбор персонала в сфере ИТ. Это позволяет нам по-настоящему понимать потребности как кандидатов, так и клиентов.

В 2018 году Canary Wharf & City переименовала двигатель DIFFERENCE ENGINE в , чтобы отразить рост и расширение компании как географически, так и как бизнес, поскольку мы начали оказывать консультационные услуги.

Хотя структура нашей компании, юридическое лицо и команда остаются такими же, как и всегда, наше новое название отражает нашу растущую способность и мотивацию оказывать поддержку и предоставлять экспертные знания по более широкому спектру потребностей бизнеса.

Наши ценности

1. Мы смотрим на долгосрочные отношения с клиентами — заботимся о наших клиентах, и они ответят взаимностью
2. Мы стремимся обеспечить дружелюбную, благоприятную, разнообразную и инклюзивную рабочую среду, где каждый волен полностью посвятить себя работе
3. Мы всегда работаем честно и добросовестно
4. Мы серьезно относимся к тому, что делаем хорошо, и уделяем особое внимание совершенству и полировке
5. Мы инвестируем в то, чтобы наши сотрудники были лучшими они может происходить через постоянное обучение и развитие, продвигая культуру творчества и инноваций во всем, что мы делаем.

Что такое Difference Engine?

Разностная машина, разработанная известным пионером компьютеров Чарльзом Бэббиджем в 19 веке, представляет собой калькулятор, построенный на математическом принципе метода конечных разностей.Разностная машина № 1, начатая Бэббиджем в 1821 году, представляет собой первый законченный проект автоматической вычислительной машины или калькулятора.

За свою жизнь Бэббидж выполнил одну седьмую этой конструкции, и эта деталь по сей день безупречно работает как автоматическое счетное устройство. Эти механические вычислительные конструкции, созданные Бэббиджем, были широко отмечены как одно из самых инновационных и поразительных интеллектуальных достижений XIX века.

Одним из самых известных математиков, работавших над этой машиной, был Август Ада Кинг, более известная как Ада Лавлейс.Ада отмечена как первый человек, который осознал, что машина Бэббиджа могла найти применение не только в чистых расчетах. Подруга Бэббиджа, Лавлейс сделала обширные заметки о двигателе, в которых она смогла объяснить это гораздо яснее, чем Бэббидж когда-либо мог. В этих заметках она также описала алгоритм, который сможет выполнять двигатель.

Сегодня она считается первым в мире программистом.

Сегодня мы вводим фразу ДВИГАТЕЛЬ DIFFERENCE не только как дань уважения одному из первых в мире компьютеров, но и как игру этих слов, основанную на опыте наших клиентов.В нас считают движущими силами перемен и с нетипичным подходом к набору персонала, который обнадеживающе отличается от наших конкурентов.

Если вам нужен другой подход, свяжитесь с нами

Назад

Difference Engine № 1 или «Жемчужина всех механизмов»

Difference Engine был нацелен на автоматизацию процесса вычислений. Состоящий из тысяч шестерен, пружин, кронштейнов и других движущихся частей, он был разработан для выполнения множества вычислений, а не одной суммы, превосходя все, что было до него.Он был разработан Чарльзом Бэббиджем (1791–1871), который мечтал создать автоматическую, безошибочную вычислительную машину. Машина, которую сегодня признали бы компьютером.

Разностный двигатель №1 был далеко не законченным устройством. Он продемонстрировал лишь небольшую часть того, что предвидел Бэббидж. К 1834 году он сконструировал новую, более сложную машину — Аналитическую машину. Подобно современным компьютерам, эту машину можно было «запрограммировать» с помощью серии перфокарт, которые «сообщали» машине, какие вычисления выполнять и в каком порядке (идея, вдохновленная ткацким станком Jacquard Loom, который использовал перфокарты для производства различных текстильных конструкций. ).

Бэббидж разработал свою последнюю вычислительную машину — Разностную машину номер 2, создав серию сложных, подробных чертежей и инструкций, чтобы показать, как она будет работать. Но, как и большинство его проектов, он так и не построил его. Только в 2002 году был наконец собран первый полный двигатель Бэббиджа. На его строительство потребовалось семнадцать лет. Его построили современные специалисты в Музее науки в Лондоне с использованием подробных чертежей Бэббиджа. С тысячами движущихся частей машина имеет колоссальные два метра в высоту, более трех метров в длину и весит как большой бегемот! И он работает именно так, как предсказывал Бэббидж в своих проектах, созданных более 150 лет назад.

Он мечтал создать автоматическую, безошибочную, программируемую машину, которая произвела революцию в решении сложных задач, и тем самым он упредил переход от простого калькулятора к компьютерам будущего. У Difference Engine была возможность хранить информацию, временно удерживая данные, которые можно было использовать для последующей обработки. Сегодня различное программное обеспечение может создавать относительно простые числа и моделирование чего угодно, от игр и музыки до высадки на Луну!

Знаете ли вы..?

Ада Лавлейс (1815-1852), называющая себя «аналитиком (и метафизиком)» и дочь известного поэта лорда Байрона, какое-то время работала с Бэббиджем над проектами. Она опубликовала свои собственные заметки, в которых предлагала способы развития программируемых функций машины, которые более полно, чем кто-либо другой, предвидели более широкое влияние, которое программное обеспечение может оказать на человеческое общество.