Звезда схема: Общие сведения о схеме типа «звезда» и ее значении в Power BI — Power BI

Содержание

Общие сведения о схеме типа «звезда» и ее значении в Power BI — Power BI

  • Статья
  • Чтение занимает 16 мин
Были ли сведения на этой странице полезными?

Оцените свои впечатления

Да Нет

Хотите оставить дополнительный отзыв?

Отзывы будут отправляться в корпорацию Майкрософт. Нажав кнопку «Отправить», вы разрешаете использовать свой отзыв для улучшения продуктов и служб Майкрософт. Политика конфиденциальности.

Отправить

В этой статье

Эта статья предназначена для разработчиков моделей данных Power BI Desktop. В ней описывается схема типа «звезда» и ее значение при разработке моделей данных Power BI, оптимизированных для повышения производительности и удобства использования.

Исчерпывающее описание проектирования с использованием схемы типа «звезда» выходит за рамки данной статьи. Дополнительные сведения см. в опубликованных материалах, например книге The Data Warehouse Toolkit: The Definitive Guide to Dimensional Modeling (3-е издание, 2013 г.) под авторством Ральфа Кимбалла (Ralph Kimball) и других.

Обзор схемы типа «звезда»

Схема типа «звезда» — это зрелый подход к моделированию, широко применяемый в реляционных хранилищах данных. Он требует от разработчиков моделей классифицировать таблицы моделей как

измерения или факты.

Таблицы измерений описывают бизнес-сущности — то, что вы моделируете. Сущностями могут быть предметы, люди, места и общие понятия, включая само время. Наиболее постоянной таблицей в схеме типа «звезда» является таблица измерения дат. Таблица измерения содержит ключевой столбец (или столбцы), который выступает в качестве уникального идентификатора, и описательные столбцы.

В таблицах фактов хранятся наблюдения или события. Это могут быть заказы на продажу, остатки запасов, обменные курсы, значения температуры и т. п. Таблица фактов содержит ключевые столбцы измерений, связанные с таблицами измерений, и числовые столбцы мер. Ключевые столбцы измерений определяют размерность таблицы фактов, а значения ключей измерений — ее степень детализации

. Например, рассмотрим таблицу фактов, предназначенную для хранения планов продаж, с двумя ключевыми столбцами измерений: Дата и КлючТовара. Легко понять, что таблица имеет два измерения. Однако степень детализации нельзя определить без учета значений ключей измерений. В этом примере предположим, что в столбце Дата хранятся первые дни каждого месяца. В таком случае степенью детализации является месяц и продукт.

Как правило, таблицы измерений содержат относительно небольшое количество строк. Таблицы фактов, напротив, могут содержать очень много строк и продолжать расти со временем.

Нормализация и Денормализация

Для понимания некоторых концепций схемы «звезда», описанных в этой статье, важно знать два термина: нормализация и Денормализация.

Нормализация — это термин, используемый для описания данных, которые хранятся таким образом, что сокращает какой данные. Рассмотрим таблицу продуктов, имеющую уникальный столбец значений ключа, например ключ продукта, и дополнительные столбцы, описывающие характеристики продукта, включая название продукта, категорию, цвет и размер. Таблица Sales считается нормализованной, если она хранит только ключи, например ключ продукта. На следующем рисунке обратите внимание, что продукт записывается только в столбец

ProductKey .

Однако если таблица Sales сохраняет сведения о продукте за пределами ключа, она считается денормализованной. На следующем рисунке обратите внимание на то, что продукт имеет значение ProductKey и другие связанные с продуктом столбцы.

При извлечении данных из файла экспорта или извлечения данных, скорее всего, они представляют собой Денормализованный набор данных. В этом случае используйте Power Query для преобразования и формирования исходных данных в нескольких нормализованных таблицах.

как описано в этой статье, вы должны стремиться разрабатывать оптимизированные модели данных Power BI с таблицами, представляющими нормализованные данные.

Значение схемы типа «звезда» для моделей Power BI

Схема типа «звезда» и многие связанные с ней понятия, представленные в этой статье, очень важны для разработки моделей Power BI, оптимизированных для повышения производительности и удобства использования.

Каждый визуальный элемент отчета Power BI создает запрос, который отправляется в модель Power BI (называемую в службе Power BI набором данных). Запросы служат для фильтрации, группирования и обобщения данных модели. Поэтому хорошо спроектированная модель должна предоставлять таблицы для фильтрации и группирования, а также таблицы для обобщения. Схема типа «звезда» соответствует таким принципам проектирования:

  • таблицы измерений поддерживают фильтрацию и группирование;
  • таблицы фактов поддерживают обобщение.

Свойств таблицы, которые разработчик моделей может задать для настройки типа таблицы в качестве измерений или факта, не существует. По факту это определяется связями модели. Связь модели определяет путь применения фильтра между двумя таблицами, а тип таблицы определяется свойством

Кратность этой связи. Часто связь имеет кратность один ко многим или обратный вариант — многие к одному. Сторона «один» всегда представлена таблицей измерений, а сторона «многие» — таблицей фактов. Дополнительные сведения о связях см. в статье Создание связей модели в Power BI Desktop.

Хорошо структурированная модель должна включать либо таблицы измерений, либо таблицы фактов. Избегайте использования таблиц смешанного типа. Кроме того, старайтесь использовать правильное количество таблиц с надлежащими связями. Важно также, чтобы в таблицы фактов загружались данные с единообразной степенью детализации.

Наконец, следует понимать, что проектирование оптимальной модели — это не только умение, но и искусство. Иногда можно отклоняться от рекомендаций, если это продиктовано условиями.

Со схемой типа «звезда», которую можно применять к моделям Power BI, связано также много других понятий. В число этих понятий входят следующие.

Меры

В схеме типа «звезда» мера — это столбец таблицы фактов, в котором хранятся значения для обобщения.

В модели Power BI мера имеет другое, но схожее определение. Это формула, написанная на языке выражений анализа данных (DAX), которая служит для обобщения. В выражениях мер часто используются статистические функции DAX, такие как SUM, MIN, MAX, AVERAGE и т. д., для получения скалярного результата во время выполнения запроса (значения никогда не хранятся в модели). Выражением меры может быть как простое агрегирование столбцов, так и более сложная формула, переопределяющая контекст фильтра и распространение связей. Дополнительные сведения см. в статье Основные сведения о DAX в Power BI Desktop.

Важно иметь в виду, что модели Power BI поддерживают еще один способ формирования сводных данных. Любой столбец (и обычно числовые столбцы) может быть обобщен визуальным объектом отчета или Q & a. Эти столбцы называют

неявными мерами. Они повышают удобство работы для разработчиков моделей, так как зачастую позволяют не создавать меры. Например, столбец Сумма продаж торгового посредника Adventure Works можно обобщать различными способами (сумма, количество, среднее значение, медиана, минимум, максимум и т. д.), не создавая меру для каждого возможного типа статистической обработки.

Однако есть три веские причины для создания мер даже в случае простого обобщения на уровне столбцов.

  • Если известно, что авторы отчетов будут запрашивать модель с помощью многомерных выражений, модель должна содержать явные меры. Явные меры определяются с помощью DAX. Такой подход особенно актуален, если запросы к набору данных Power BI выполняются с помощью многомерных выражений, так как многомерные выражения не позволяют обобщать значения столбцов. В частности, многомерные выражения будут использоваться при выполнении анализа в Excel, потому что сводные таблицы выдают запросы многомерных выражений.
  • Если известно, что авторы отчетов будут создавать отчеты Power BI с разбивкой на страницы с помощью конструктора запросов многомерных выражений, то модель должна включать явные меры. Только конструктор запросов многомерных выражений поддерживает серверные агрегаты. Таким образом, если авторам отчетов нужны меры, вычисленные Power BI (а не подсистемой отчетов с разбивкой на страницы), они должны использовать конструктор запросов многомерных выражений.
  • Если необходимо, чтобы авторы отчетов могли обобщать столбцы только определенными способами. Например, столбец Цена за единицу торгового посредника (который представляет цену единицы товара) можно обобщать, но только с помощью определенных статистических функций. Его нельзя суммировать, но можно обобщать с помощью других статистических функций, таких как минимум, максимум, среднее значение и т. д. В этом случае разработчик модели может скрыть столбец
    Цена за единицу
    и создать меры для всех соответствующих статистических функций.

этот подход хорошо подходит для отчетов, созданных в службе Power BI и для Q & A. Однако активные подключения в Power BI Desktop позволяют авторам отчетов отображать скрытые поля в области Поля, что дает возможность обойти ограничения.

Суррогатные ключи

Суррогатный ключ — это уникальный идентификатор, добавляемый в таблицу для поддержки моделирования на основе схемы типа «звезда». По определению он не задается и не хранится в исходных данных. Как правило, суррогатные ключи добавляются в таблицы измерений реляционного хранилища данных в качестве уникальных идентификаторов для каждой строки в этих таблицах.

Связи внутри модели Power BI основываются на единственном уникальном столбце в одной таблице, из которого фильтр применяется к одному столбцу в другой таблице. Если таблица измерения в модели не содержит единственный уникальный столбец, необходимо добавить уникальный идентификатор, чтобы получить сторону «один» связи. В Power BI Desktop это требование можно легко реализовать, создав столбец индекса Power Query.

Этот запрос необходимо объединить с запросом на стороне «многие», чтобы в него также можно было добавить столбец индекса. При загрузке этих запросов в модель можно создать связь «один ко многим» между таблицами модели.

Измерения типа «снежинка»

Измерение типа «снежинка» — это набор нормализованных таблиц для одной бизнес-сущности. Например, продукты в компании Adventure Works классифицируются по категориям и подкатегориям. Категории назначаются подкатегориям, а продукты, в свою очередь, назначаются подкатегориям. В реляционном хранилище данных Adventure Works измерение продуктов нормализовано и хранится в трех связанных таблицах: DimProductCategory, DimProductSubcategory и DimProduct.

Можно представить, что нормализованные таблицы как бы выступают из таблицы фактов, образуя схему типа «снежинка».

В Power BI Desktop можно имитировать схему типа «снежинка» (например, если исходные данные имеют соответствующую структуру) или включить исходные таблицы в одну таблицу модели (то есть выполнить их денормализацию). Как правило, использовать одну таблицу в модели выгоднее. Оптимальное решение может зависеть от объемов данных и требований к удобству использования модели.

Если вы решили имитировать схему типа «снежинка», имейте в виду следующее:

  • Power BI загружает больше таблиц, что менее эффективно с точки зрения использования памяти и производительности. Эти таблицы должны включать в себя столбцы для поддержки связей модели, из-за чего размер модели может увеличиться.
  • Более длинные цепочки применения фильтров связей, скорее всего, будут менее эффективными, чем фильтры, применяемые к одной таблице.
  • В области Поля представлено больше таблиц моделей для авторов отчетов, что может усложнять работу, особенно если таблицы измерений типа «снежинка» содержат всего один или два столбца.
  • Невозможно создать иерархию, охватывающую таблицы.

Если вы решили включить исходные таблицы в одну таблицу модели, можно также определить иерархию, охватывающую самый высокий и самый низкий уровни детализации измерения. Хранение избыточных денормализованных данных может привести к увеличению размера хранилища, занимаемого моделью, особенно в случае с очень большими таблицами измерений.

Медленно изменяющиеся измерения

Медленно изменяющееся измерение — это измерение, которое соответствующим образом управляет изменением своих элементов с течением времени. Он применяется, если значения бизнес-сущности изменяются с течением времени произвольным образом. Хорошим примером медленно изменяющегося измерения может служить измерение клиентов, особенно столбцы с контактными данными, такими как адрес электронной почты и номер телефона. Некоторые измерения, напротив, считаются быстро изменяющимися, если какой либо атрибут измерения, например курс акций, меняется часто. Стандартный подход к проектированию в таких случаях заключается в хранении быстро изменяющихся значений атрибутов в мере таблицы фактов.

В теории схемы типа «звезда» выделяются два основных типа медленно изменяющихся измерений: тип 1 и тип 2. Таблица измерения может иметь тип 1 или тип 2 либо поддерживать оба типа одновременно для разных столбцов.

Медленно изменяющееся измерение типа 1

SCD типа 1 всегда отражает последние значения, и при обнаружении изменений в исходных данных данные таблицы измерения перезаписываются. Такой подход является общепринятым для столбцов, в которых хранятся вспомогательные значения, например адрес электронной почты или номер телефона клиента. При изменении адреса электронной почты или номера телефона значение в строке соответствующего клиента обновляется, как если бы оно всегда было таким.

Реализовать медленно изменяющееся измерение типа 1 можно посредством обновления таблицы измерения модели Power BI без дополнения. При таком обновлении таблицы в нее загружаются последние значения.

Медленно изменяющееся измерение типа 2

Медленно изменяющееся измерениетипа 2 поддерживает управление версиями элементов измерения. Если в исходной системе версии не хранятся, то обычно обнаружение изменений и надлежащее управление ими в таблице измерения осуществляются в процессе загрузки в хранилище данных. В этом случае в таблице измерения должен использоваться суррогатный ключ для предоставления уникальной ссылки на версию элемента измерения. Таблица также содержит столбцы, которые определяют срок действия версии (например, StartDate и EndDate), и, возможно, столбец флага (например, IsCurrent), который упрощает фильтрацию текущих элементов измерения.

Например, в Adventure Works продавцы назначаются регионам продаж. Когда продавец переводится в другой регион, необходимо создать новую версию его записи, чтобы исторические факты остались связанными с прежним регионом. Для обеспечения точного исторического анализа продаж по продавцам в таблице измерения должны храниться версии записей продавцов и связанные с ними регионы. В таблице также должны содержаться начальные и конечные даты, которые определяют срок действия. Для текущей версии конечная дата может быть пустой (или иметь значение 31.12.9999). В таблице также должен быть определен суррогатный ключ, так как бизнес-ключ (в данном случае это идентификатор сотрудника) не является уникальным.

Важно понимать, что если в исходной системе версии не хранятся, для обнаружения и хранения изменений необходимо использовать промежуточную систему (например, хранилище данных). При загрузке таблицы должны сохраняться существующие данные и выявляться изменения. При обнаружении изменения текущая версия должна терять актуальность. Для учета этих изменений обновляется значение EndDate и вставляется новая версия, значение StartDate которой совпадает со значением EndDate предыдущей версии. Кроме того, для связанных фактов необходимо использовать поиск на основе времени, чтобы получить значение ключа измерения, соответствующее дате факта. Модель Power BI на основе Power Query не позволяет получить такой результат. Однако она позволяет загружать данные из предварительно загруженной таблицы медленно изменяющегося измерения типа 2.

Модель Power BI должна поддерживать запрос исторических данных для элемента независимо от наличия изменений, а также для версии элемента, которая представляет определенное состояние элемента во времени. В контексте Adventure Works это позволяет запрашивать данные продавца независимо от назначенного региона продаж или конкретную версию записи продавца.

Для этого таблица измерения модели Power BI должна включать в себя столбец для фильтрации продавцов и еще один столбец для фильтрации версии записи. Столбец версии должен предоставлять однозначное описание, например «Виктор Игнатьев (15.12.2008–26.06.2019)» или «Виктор Игнатьев (текущая)». Кроме того, важно проинформировать авторов и пользователей отчетов об основах работы с медленно изменяющимися измерениями типа 2 и о том, как обеспечить нужную структуру отчета, применяя правильные фильтры.

Рекомендуется также реализовать иерархию, позволяющую детализировать визуальные элементы до уровня версии.

Ролевые измерения

Ролевое измерение — это измерение, которое позволяет фильтровать связанные факты по-разному. Например, в Adventure Works таблица измерения дат имеет три связи с фактами продаж торговых посредников. Одну и ту же таблицу измерения можно использовать для фильтрации фактов по дате заказа, дате отгрузки или дате доставки.

В хранилище данных принятым подходом к проектированию является определение одной таблицы измерения дат. Во время выполнения запроса «роль» измерения дат определяется тем, какой столбец фактов используется для соединения таблиц. Например, при анализе продаж по дате заказа соединение таблицы относится к столбцу «Дата заказа на продажу» торгового посредника.

В модели Power BI такую схему можно имитировать, создав несколько связей между двумя таблицами. В примере Adventure Works таблицы дат и продаж торговых посредников будут иметь три связи. Хотя это и возможно, важно понимать, что между двумя таблицами модели Power BI может быть только одна активная связь. Все остальные связи должны быть неактивными. Наличие одной активной связи означает, что путь применения фильтра по умолчанию ведет от даты к продажам торгового посредника. В этом случае в качестве активной связи устанавливается фильтр, наиболее часто используемый отчетами. В Adventure Works это связь с датой заказа.

Единственный способ использовать неактивную связь — определить выражение DAX, в котором применяется функция USERELATIONSHIP. В нашем примере разработчик модели должен создать меры, чтобы обеспечить анализ продаж через торговых посредников по датам отгрузки и доставки. Это может потребовать много усилий, особенно если в таблице торговых посредников определено большое количество мер. Кроме того, из-за большого количества мер в области Поля работать может быть неудобно. Есть и другие ограничения.

  • Когда авторы отчетов прибегают к обобщению столбцов вместо определения мер, они не могут получить сводные данные для неактивных связей без написания мер на уровне отчета. Меры на уровне отчета можно определять только при создании отчетов в Power BI Desktop.
  • При наличии только одного активного пути связи между датами и продажами через торговых посредников невозможно одновременно фильтровать продажи через торговых посредников по различным типам дат. Например, нельзя создать визуальный элемент, в котором продажи представлены по дате заказа и дате отгрузки.

Чтобы преодолеть эти ограничения, в Power BI обычно создается таблица измерения для каждого ролевого экземпляра. Как правило, дополнительные таблицы измерений создаются как вычисляемые таблицы с помощью DAX. При использовании вычисляемых таблиц модель может содержать таблицу Дата, таблицу Дата отгрузки и таблицу Дата доставки, каждая из которых имеет одну активную связь с соответствующим столбцом таблицы продаж через торговых посредников.

Такой подход к проектированию не требует определения нескольких мер для разных ролей дат и позволяет выполнять одновременную фильтрацию по различным ролям. Издержки этого подхода заключаются в том, что таблица измерения дат дублируется, из-за чего размер хранилища для модели увеличивается. Так как таблицы измерений обычно содержат меньше строк, чем таблицы фактов, это редко вызывает проблемы.

При создании таблиц измерений модели для каждой роли следуйте приведенным ниже рекомендациям по проектированию.

  • Назначение столбцов должно быть ясно из их имен. В каждой таблице дат может быть столбец Год (имена столбцов уникальны в пределах таблицы), однако в визуальных элементах это будет вызывать путаницу. Переименуйте столбцы в каждой таблице ролевого измерения так, чтобы в таблице Дата отгрузки, например, был столбец Год отгрузки и т. д.
  • Если применимо, с помощью описаний таблиц предоставьте авторам отчетов сведения о том, как настроены пути фильтров (они будут выводиться в виде подсказок в области Поля). Это важно, когда модель содержит таблицу с общим именем, например Дата, которая используется для фильтрации нескольких таблиц фактов. Если эта таблица имеет активную связь, например, со столбцом «Дата заказа» торгового посредника, рекомендуется предоставить описание таблицы, например «Фильтрация продаж через торгового посредника по дате заказа».

Дополнительные сведения см. в статье Руководство по активным и неактивным связям.

Произвольные измерения

Произвольное измерение полезно при наличии множества измерений, особенно состоящих из небольшого количество атрибутов (возможно, одного), которые имеют мало значений. На эту роль хорошо подходят столбцы с состоянием заказов или демографическими данными клиентов (пол, возрастная группа и т. д.).

Назначением произвольного измерения является объединение множества небольших измерений в одно с целью уменьшить размер хранилища для модели и количество таблиц в области Поля.

Таблица произвольного измерения, как правило, представляет собой декартово произведение всех элементов атрибутов измерений со столбцом суррогатного ключа. Суррогатный ключ предоставляет уникальную ссылку на каждую строку в таблице. Можно создать измерение в хранилище данных или с помощью Power Query разработать запрос, выполняющий полное внешнее соединение, а затем добавляющий суррогатный ключ (столбец индекса).

Этот запрос загружается в модель в виде таблицы измерения. Также необходимо выполнить слияние этого запроса с запросом факта, поэтому столбец индекса загружается в модель для поддержки создания связи модели «один ко многим».

Вырожденные измерения

Под вырожденным измерением понимается атрибут таблицы фактов, который необходим для фильтрации. В Adventure Works хорошим примером может служить номер заказа на продажу торгового посредника. В этом случае не имеет смысла создавать независимую таблицу, состоящую только из одного этого столбца, так как это увеличит размер хранилища для модели и количество элементов в области Поля.

В модели Power BI может быть целесообразно добавить столбец с номерами заказов на продажу в таблицу фактов, чтобы обеспечить фильтрацию или группирование по этим номерам. Такая ситуация является исключением из ранее изложенного правила, согласно которому не следует смешивать типы таблиц (таблицы моделей должны быть либо таблицами измерений, либо таблицами фактов).

Однако если в таблице продаж торговых посредников Adventure Works есть столбцы с номерами заказов и номерами позиций заказов и эти столбцы необходимы для фильтрации, то таблица вырожденного измерения будет хорошим решением. Дополнительные сведения см. в Руководство по связям типа «один к одному».

Таблицы фактов без метрик

В таблице фактов без метрик нет столбцов мер. Она содержит только ключи измерения.

В таблице фактов без метрик могут храниться наблюдения, определяемые ключами измерения. Например, допустим, в определенную дату и время конкретный клиент выполнил вход на ваш веб-сайт. Вы можете определить меру для подсчета строк таблицы фактов без метрик, чтобы проанализировать количество пользователей, выполнивших вход в систему, и время входа.

Более полезным применением таблицы фактов без метрик является хранение связей между измерениями. Именно такой подход рекомендуется использовать в Power BI для определения связей «многие ко многим» между измерениями. В структуре связей «многие ко многим» между измерениями таблица фактов без метрик называется сопоставительной таблицей.

Например, предположим, что продавцы могут назначаться одному или нескольким регионам продаж. Сопоставительная таблица будет разрабатываться как таблица фактов без метрик, состоящая из двух столбцов: ключа продавца и ключа региона. Повторяющиеся значения могут храниться в обоих столбцах.

Такой подход к проектированию с использованием связей «многие ко многим» хорошо описан в документации и может быть реализован без сопоставительной таблицы. Однако сопоставительная таблица считается рекомендуемым решением при связывании двух измерений. Дополнительные сведения см. в разделе Связывание измерений «многие ко многим».

Дальнейшие действия

Дополнительные сведения о проектировании схемы типа «звезда» и проектировании моделей Power BI см. в следующих статьях:

§60. Схема соединения «звездой» | Электротехника

Схема «звезда с нулевым проводом».

При соединении фазных обмоток источника трехфазного тока (например, генератора) по схеме «звезда с нулевым проводом» концы его трех обмоток соединяют в общий узел 0, который называется нулевой точкой, или нейтралью источника (рис. 206).

Рис. 206. Схема «звезда с нулевым проводом», направление в ней линейных и фазных токов и напряжений

Приемники электрической энергии объединяют в три группы ZA, ZB и Zc (фазы нагрузки), концы которых также соединяют в общий узел 0′ (нулевая точка, или нейтраль нагрузки). Обмотки источника соединяют с фазами нагрузки четырьмя проводами. Провода 1, 2 и 3, присоединенные к началам фазных обмоток (А, В, С), называют линейными. Провод 4, соединяющий нулевые точки 0 и 0′, называют нулевым, или нейтральным.

Напряжения uА, uв и uс между началами и концами обмоток отдельных фаз источника или фаз нагрузки ZA, ZB и Zc называют фазными. Они равны также напряжениям между каждым из линейных проводов и нулевым проводом. При отсутствии потери напряжения в обмотках источника (при холостом ходе) фазные напряжения равны соответствующим э. д. с. в этих обмотках.

Фазными токами iA, iB, ic называют токи, протекающие по обмоткам источника или фазам нагрузки ZA, ZB и Zc. Напряжения uAB, uBC, uCA между линейными проводами и токи, проходящие по этим проводам, называют линейными.


Примем условно за положительное направление токов iA, iB и ic в фазах источника — от конца соответствующей фазы к ее началу,в фазах нагрузки — от начала к концу, а в линейных проводах — от источника к приемнику.

Будем считать положительными напряжения uА, uB и uC в фазах источника и нагрузки, если они направлены от начала фаз к концам, а линейные напряжения uАВ, uBC, uСА — если они направлены от предыдущей фазы к последующей.

Из рис. 206 следует, что в схеме «звезда» линейные токи равны фазным, т. е. Iл = Iф, так как при переходе от фазы источника или нагрузки к линейному проводу нет каких-либо ответвлений.

Мгновенные значения напряжений согласно второму закону Кирхгофа:

uАВ = uА – uB; uBC = uB – uС; uСА = uС – uА.

Переходя от мгновенных значений напряжений к их векторам, имеем:

Следовательно, линейное напряжение равно разности векторов соответствующих фазных напряжений.

По полученным векторным уравнениям можно построить векторную диаграмму (рис. 207, а), которую можно преобразовать в диаграмму (рис. 207,б). Из этой диаграммы видно, что в симметричной трехфазной системе векторы линейных напряжений →uAB, →uВС, →uСА образуют равносторонний треугольник ABC, внутри которого расположена симметричная трехлучевая звезда фазных напряжений →uА, →uВ, →uС.

В равнобедренных треугольниках АОВ, ВОС и СОА основание равно Uл две другие стороны — Uф и острый угол между этими сторонами и основанием составляет 30°.

Рис. 207. Векторные диаграммы напряжений для схемы «звезда с нулевым проводом»

Следовательно,

Uл = 2Uф cos 30° = 2Uф (√3)/2 = √3 Uф

Таким образом, в трехфазной системе, соединенной по схеме «звезда с нулевым проводом», линейное напряжение больше фазного в √З раз. Величина √З = 1,73 положена в основу шкалы номинальных напряжений переменного тока: 127, 220, 380 и 660 В. В этом ряду каждое следующее значение напряжения больше предыдущего в 1,73 раза.

В нулевом проводе проходит ток i0, мгновенное значение которого равно алгебраической сумме мгновенных значений токов, проходящих в отдельных фазах: i0 = iA+iB+iC.

Переходя от мгновенных значений токов к их векторам, имеем:

→i0=→iA+→iB+→iC.

Векторы токов →iА, →iВ и →iС сдвинуты относительно векторов соответствующих напряжений →uA, →uB, →uС на углы →iA, →iB, →iC (рис. 208, а). Значения этих углов зависят от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в данную фазу.

На этой же диаграмме показано сложение векторов →iА, →iВ и →iC для определения вектора тока →i0. Обычно ток →i0 меньше токов

Рис. 208. Векторные диаграммы напряжений и токов в отдельных фазах для схемы «звезда с нулевым проводом» при неравномерной (а) и равномерной (б) нагрузках фаз

IA, 1В и IC в линейных проводах, поэтому нулевой провод имеет площадь поперечного сечения, равную или даже несколько меньшую площади сечения линейных проводов.

В схеме «звезда с нулевым проводом» приемники электрической энергии можно включать на два напряжения: линейное Uл (при подключении к двум линейным проводам) и фазное UФ (при подключении к нулевому и одному из линейных проводов).

Схема «звезда без нулевого провода».


При равномерной или симметричной нагрузке всех трех фаз, когда во всех фазах включены одинаковые активные и реактивные сопротивления (RA =RB = RC и ХAВС), фазные токи iA, iB и iC будут равны по величине и сдвинуты от соответствующих фазных напряжений на равные углы. В этом случае получаем симметричную систему токов, при которой токи iA, iB, iC будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 120°, а ток i0 в нулевом проводе в любой момент времени равен нулю (рис. 208,б).

Очевидно, что при равномерной нагрузке можно удалить нулевой провод и передавать электрическую энергию источника к приемнику по трем линейным проводам 1, 2 и 3 (рис. 209).

Рис. 209. Схема «звезда без нулевого провода»

Такая схема называется «звезда без нулевого провода». При трехпроводной системе передачи электрической энергии в каждое мгновение ток по одному (или двум) проводу проходит от источника трехфазного тока к приемнику, а по двум другим (или одному) протекает обратно от приемника к источнику (рис. 210).

Рис 210. Кривые изменения токов в линейных проводах (а) при трехпроводной системе и направление в них токов в различные моменты времени (б в, г)


Векторная диаграмма напряжений для схемы «звезда без нулевого провода» при равномерной нагрузке фаз будет такая же, как и для схемы «звезда с нулевым проводом» (см. рис. 207).

Такими же будут и соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями:

Iл = IФ и Uл = √3 UФ

Следует отметить, что схема «звезда без нулевого провода» может быть применена только при равномерной нагрузке фаз. Практически это имеет место лишь при подключении к источникам трехфазного тока электрических двигателей, так как каждый трехфазный электродвигатель снабжен тремя одинаковыми обмотками, которые равномерно нагружают все три фазы.

При неравномерной нагрузке напряжения на отдельных фазах нагрузки будут различными. На некоторых фазах (с меньшим сопротивлением) напряжение уменьшится, а на других увеличится по сравнению с нормальным, что является недопустимым.

Практически неравномерная нагрузка фаз возникает при питании трехфазным током электрических ламп, так как в этом случае распределение тока между всеми тремя фазами не может быть гарантировано (отдельные лампы могут включаться и выключаться в индивидуальном порядке). Особенно опасны в схеме «звезда без нулевого провода» обрыв или короткое замыкание в одной из фаз.

Можно показать путем построения соответствующих векторных диаграмм, что при обрыве в одной из фаз напряжение в других двух фазах уменьшается до половины линейного, вследствие чего лампы, включенные в эти фазы, будут гореть с недокалом.


При коротком замыкании в одной из фаз напряжение в других фазах увеличивается до линейного, т. е. в √З раз, и все лампы, включенные в этих фазах, перегорят. Поэтому при схеме «звезда с нулевым проводом» во избежание разрыва цепи нулевого провода в ней не устанавливают предохранители и выключатели.

12) Схема звезд и снежинок

Что такое многомерная схема?

Многомерная схема специально разработана для моделирования систем хранилищ данных. Схемы предназначены для удовлетворения уникальных потребностей очень больших баз данных, разработанных для аналитических целей (OLAP).

Типы схем хранилища данных:

Ниже приведены 3 основных типа многомерных схем, каждая из которых имеет свои уникальные преимущества.

  • Схема звезды
  • Снежинка Схема
  • Галактика Схема

В этом уроке вы узнаете больше о

Что такое схема звезды?

В схеме STAR центр звезды может иметь одну таблицу фактов и несколько связанных таблиц измерений. Это известно как схема звезды, поскольку ее структура напоминает звезду. Схема «звезда» — это самый простой тип схемы хранилища данных. Он также известен как схема соединения звездой и оптимизирован для запросов больших наборов данных.

В следующем примере таблица фактов находится в центре, которая содержит ключи для каждой таблицы измерений, такие как Dealer_ID, ID модели, Date_ID, Product_ID, Branch_ID и другие атрибуты, такие как проданные единицы и доход.

Пример схемы звезды

Характеристики схемы звезды:

  • Каждое измерение в звездообразной схеме представлено единственной одномерной таблицей.
  • Таблица измерений должна содержать набор атрибутов.
  • Таблица измерений присоединяется к таблице фактов с помощью внешнего ключа
  • Таблица измерений не соединена друг с другом
  • Таблица фактов будет содержать ключ и меру
  • Схема Star проста для понимания и обеспечивает оптимальное использование диска.
  • Таблицы измерений не нормализованы . Например, на приведенном выше рисунке Country_ID не имеет таблицы поиска Country, как было бы в проекте OLTP.
  • Схема широко поддерживается BI Tools

Что такое схема снежинка?

SCHEMA SNOWFLAKE — это логическое расположение таблиц в многомерной базе данных, так что диаграмма ER напоминает форму снежинки. Схема «Снежинка» является расширением схемы «Звезда» и добавляет дополнительные измерения. Таблицы измерений нормализуются, что разбивает данные на дополнительные таблицы.

В следующем примере Страна далее нормализуется в отдельную таблицу.

Пример схемы снежинки

Характеристики схемы «Снежинка»:

  • Основное преимущество схемы «снежинка» — использование меньшего дискового пространства.
  • Проще реализовать измерение добавляется в схему
  • Из-за нескольких таблиц производительность запросов снижается
  • Основная проблема, с которой вы столкнетесь при использовании схемы «снежинка», заключается в том, что вам нужно выполнять больше усилий по обслуживанию из-за большего количества таблиц поиска.

Схема «звезда против снежинки»: основные отличия

Схема звезды Схема снежных хлопьев
Иерархии для измерений хранятся в таблице измерений. Иерархии разделены на отдельные таблицы.
Он содержит таблицу фактов, окруженную таблицами измерений. Одна таблица фактов, окруженная таблицей измерений, которая в свою очередь окружена таблицей измерений
В схеме типа «звезда» только одно соединение создает связь между таблицей фактов и любыми таблицами измерений. Схема снежинки требует много соединений для извлечения данных.
Простой дизайн БД. Очень сложный дизайн БД.
Денормализованная структура данных и запрос также выполняются быстрее. Нормализованная структура данных.
Высокий уровень избыточности данных Очень низкоуровневая избыточность данных
Таблица одного измерения содержит агрегированные данные. Данные разбиты на разные таблицы измерений.
Обработка куба происходит быстрее. Обработка куба может быть медленной из-за сложного соединения.
Предлагает более эффективные запросы, используя Star Join Query Optimization. Таблицы могут быть связаны с несколькими измерениями. Схема снежных хлопьев представлена ​​централизованной таблицей фактов, которая вряд ли связана с несколькими измерениями.

Что такое схема Galaxy?

GALAXY SCHEMA содержит два факта таблицы , что таблицы измерений доли между ними. Это также называется Схема Созвездия Фактов. Схема рассматривается как набор звезд, отсюда и название Galaxy Schema.

Пример галактической схемы

Как вы можете видеть в приведенном выше примере, есть две таблицы фактов

  1. доходов
  2. Товар.

В общих схемах Galaxy размеры измерений называются Conformed Dimensions.

Характеристики галактической схемы:

  • Измерения в этой схеме разделены на отдельные измерения на основе различных уровней иерархии.
  • Например, если география имеет четыре уровня иерархии, таких как регион, страна, штат и город, то схема Galaxy должна иметь четыре измерения.
  • Более того, можно построить схему такого типа, разбив схему с одной звездой на несколько схем типа Star.
  • Размеры в этой схеме велики, что необходимо для построения на основе уровней иерархии.
  • Эта схема полезна для объединения таблиц фактов для лучшего понимания.

Что такое схема звездного кластера?

Схема снежинки содержит полностью расширенные иерархии. Однако это может усложнить схему и потребует дополнительных объединений. С другой стороны, схема «звезда» содержит полностью свернутые иерархии, что может привести к избыточности. Таким образом, лучшим решением может быть баланс между этими двумя схемами, который представляет собой проект STAR CLUSTER SCHEMA .

Пример схемы звездного скопления

Перекрывающиеся измерения могут быть найдены в виде вилок в иерархиях. Разветвление происходит, когда сущность выступает в качестве родителя в двух разных иерархиях измерений. Объекты-вилки затем идентифицируются как классификация с отношениями один-ко-многим.

Резюме:

  • Многомерная схема специально разработана для моделирования систем хранилищ данных
  • Схема «звезда» — это самый простой тип схемы хранилища данных. Это известно как схема звезды, поскольку ее структура напоминает звезду.
  • Схема «Снежинка» является расширением схемы «Звезда» и добавляет дополнительные измерения. Это называется снежинка, потому что ее схема напоминает снежинку.
  • В звездообразной схеме только одно соединение определяет связь между таблицей фактов и любыми таблицами измерений.
  • Звездная схема содержит таблицу фактов, окруженную таблицами измерений.
  • Схема снежных хлопьев окружена таблицей измерений, которые в свою очередь окружены таблицей измерений
  • Схема снежинки требует много соединений для извлечения данных.
  • Схема галактики содержит две таблицы фактов, которые совместно используют таблицы измерений. Это также называется Схема Созвездия Фактов.
  • Схема звездного кластера содержит атрибуты схемы запуска и медленной схемы.

 

Исследование схемы «звезда» | Windows IT Pro/RE

 [Примечание автора: весьма вероятно, что читатели имеют представление главным образом о базовых понятиях проекта для транзакционной базы данных. В этом месяце я хочу сделать акцент на основах проектов для хранилищ данных и сохранении в них данных. В следующих статьях мы рассмотрим такие темы как конкретный проект таблицы размерностей, проект таблиц фактов, проект разбиения таблицы фактов, проект итоговой таблицы и проект медленно меняющихся размерностей. Кроме  того, я расскажу о методах индексирования, которые оптимизированы для использования с хранилищами данных и разделенных таблиц, и о том, как формировать технические требования для проекта хранилища данных, которые могут отличаться от требований, предъявляемых при проектировании транзакционной базы данных.]

Хранилище данных — это одна из фундаментальных структур решений бизнес-аналитики (далее BI). Аналогично транзакционной базе данных, хранилищу данных  требуется проект схемы. Основная схема для хранилища данных — это схема «звезда». Если для работы BI нужно создать многомерный куб, лучше всего для хранилища данных применять именно эту схему. Далее в статье я объясню, почему схема «звезда» предпочтительнее остальных и почему я использую пример схемы «звезда» для иллюстрации преимуществ этого проекта. Подробнее о BI и хранилищах  данных рассказано в статье «Хранилища данных: фундамент BI».

Существует несколько причин использовать схему «звезда», а не традиционный  проект нормализованной базы данных. Прежде всего, нужно задействовать схему «звезда», если необходимо создавать и использовать  кубы OLAP. Размерности куба — это оси анализа (например, по временному периоду, по линии продуктов,  региону).

И, возможно, более значимая причина: схема «звезда» обеспечивает высокое быстродействие, когда реализовывается в виде куба OLAP.

Еще одна причина применения схемы «звезда» для хранилища базы данных заключается в том, что схема «звезда» похожа на наш способ восприятия и использования данных. Никто, кроме разработчиков модели данных, администраторов базы данных  и некоторых программистов базы данных и не думает структурировать данные методами, применяемыми в транзакционной базе данных. Схема «звезда», реализованная как куб OLAP, позволяет и разработчикам, и конечным пользователям  без труда  управлять метаданными. Дополнительно можно модифицировать и развивать  схему «звезда», по мере роста потребности в BI на предприятии. В отличие от обычной транзакционной схемы базы данных, не нужно беспокоиться о хранении ключевых атрибутов только в одном месте. И последнее, но не менее важное — схема «звезда» расширяет выбор инструментов для внешнего интерфейса BI, потому что  лишь некоторые инструменты подходят для доступа к кубам OLAP.

На Рисунке 1 показан образец схемы «звезда», это модель с примером хранилища данных Adventure Works DW, который поставляется с SQL Server 2005. Особенность схемы — одна таблица с данными Reseller Sales. Данные таблицы — это совокупность ключей и показателей. Ключи связывают каждую строку таблицы данных с ассоциированной строкой в таблице размерностей. Как и в схеме транзакционной базы данных, первичный ключ таблицы размерностей  Product становится внешним ключом в таблице данных Reseller_ Sales. Измерения (практически любое поле, кроме ключевого) — это рабочие данные, хорошо упакованные и готовые для анализа.

Пример схемы «звезда» на Рисунке 1 подразумевает поддержку принятия решений и программного инструментария BI. Если реализовать эту схему, ее можно заполнить из соизмеримых таблиц и полей в транзакционной версии базы данных AdventureWorks.

Размерности схемы (то есть Time, Product, Reseller и Sales_Territory) могут быть отображены в таблицах или  представлениях базы данных AdventureWorks, которая облегчает перенос рабочих данных в хранилище данных, и в конечном счете в куб  Reseller_Sales. Каждая размерность — это ось для исследования в кубе, построенная так, чтобы можно было анализировать данные по месяцам, по регионам или типу бизнеса.

Обратите внимание на простую иерархию размерности в этой схеме: из Product_Category в Product_Subcategory далее в Product. Данная структура уменьшает избыточность и превращает схему «звезда» в схему «снежинка», хотя в этом случае неравномерная схема предпочтительнее. Можно добавлять столько размеров, сколько необходимо для схемы «звезда/снежинка». Можно также осуществить более сложную структуру, такую как географическое измерение, которое будет родителем для Reseller и для Sales_Territory. Мы рассмотрим это, когда речь пойдет о модели размерности таблицы.

Проект схемы «звезда», который показан на Рисунке 1, имеет несколько известных характеристик:

  1. Каждая таблица в «звездной» схеме имеет индивидуальный первичный ключ, который устраняет противоречие между естественными первичными ключами и суррогатными первичными ключами. В хранилище базы  данных назначение первичного ключа происходит как суррогатное; если есть натуральный ключ, который нужно сохранить для запросов, он определяется как альтернативный ключ.
  2. Большинство полей как в таблицах измерений  (с метаданными), так и в таблицах с данными, пустые. Только первичные и дополнительные ключи обязательны для заполнения, и лишь первичный ключ уникален. Необходимо иметь в виду, что данные будут загружены в эту структуру хранилища данных из различных источников, в том числе от многократных версий операционных баз данных. Тем не менее, ограничения, которые пользователь обычно применяет для прописывания бизнес-правил в транзакционной базе данных, в хранилище данных должны быть смягчены. Большинство полей должно иметь возможность быть nullable или оставаться незаполненными, потому что для этих полей не будет данных.
  3. Взаимосвязи на родительской стороне необязательны (то есть zero-to-one к zero-to-many). Если нет никакого контроля ссылочной целостности исходных данных, нужно учитывать «осиротевшие» записи в таблице фактов и на более низких уровнях иерархии размерностей.
  4. Большинство полей в таблице фактов (например, величины) числовые. Таблица фактов есть цель исследований BI, и аналитикам BI требуются числа и факты.
  5. Избыточность данных растет по всей схеме. Эта избыточность необходима для хранилища данных, чтобы добиться приемлемого уровня производительности. Количество данных в хранилище данных обычно огромно по сравнению с количеством данных в транзакционной базе данных. При написании запросов на языке T-SQL для работы с  хранилищем данных со схемой «звезда» избыточность минимизирует число связей, необходимых для возврата данных, при этом производительность намного лучше, чем если бы тот же самый запрос был выполнен в исходной транзакционной базе данных

Модель схемы для хранилища данных не должна сильно отличаться от модели схемы для обычной транзакционной базы данных. Поскольку хранилище данных — это исторический архив, можно поддерживать некоторое подобие состояния нормализации в проекте схемы для хранилища данных. Кроме того, можно создавать итоговые таблицы или столбцы, и, конечно, желательно к индивидуальным записям из реляционных таблиц хранилища данных добавить временную метку и уникальное значение. Выгода от хранения реляционных или почти реляционных хранилищ данных будет заключаться в том, что хранилище является готовой, доступной базой данных  для генерации отчетов, в которой можно использовать для запросов обычный  T-SQL. Без необходимости обучения программированию и без специально настроенных инструментов хранилище данных позволяет получить непосредственный эффект от вложенных инвестиций.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Что такое схема звезды? | Топ 8 характеристик схемы Star

Введение в звездную схему

Схема типа «звезда» — это самый простой подход и модель измерений, в которой таблицы функций, измерения и факты организованы организованным образом и в основном применяются в бизнес-аналитике и хранилищах данных. Схема «Звезда» формируется путем размещения каждого факта с соответствующими измерениями, которые напоминают звезду. Факт — это бесконечный результат, такой как данные о продажах и количество входов в систему. Измерение — это набор справочных данных, включая факты, такие как дата, сведения о продукте и клиентах. Схема «звезда» оптимизирована для запросов больших объемов данных в хранилищах данных, кубов данных оперативной аналитической обработки, а также для специальных запросов.

Как создать звездную схему?

Здесь пользователь собирается создать схему звезды путем преобразования модели взаимосвязи сущностей. Модели отношения сущностей слишком сложны, чтобы объяснить функциональные величины и атрибуты, поэтому они упрощены до размерной схемы звезды следующим образом:

  • Найдите корпоративную процедуру из представления сущности-отношения и поймите модель, которую можно разделить на несколько размерных моделей. Отношения сущности состоят из бизнес-данных.
  • Найдите много-много таблиц в сущности-связи, которые объясняют процедуру компании, и преобразуйте их в таблицы реальности размерной модели. Эта таблица содержит данные, состоящие из таблицы фактов и таблицы измерений с числовыми значениями и уникальными ключевыми атрибутами.
  • Идея этого процесса состоит в том, чтобы дифференцировать информационные таблицы на основе обмена или стертые таблицы. Таким образом, необходимо спроектировать многие отношения. Например, в базе данных ERP есть детали счета, которые являются таблицей обмена. Детали, которые обновляются и обновляются, являются таблицами на основе обмена. Теперь, сравнивая обе таблицы, получается, что данные действительно статичны.
  • Таблица реальности — это представление размерной модели, которая показывает множество сетей между конечными измерениями. Это приводит к тому, что внешние ключи в таблицах реальности разделяют многие на многочисленные, что является исчисляемым отношением. большая часть этой таблицы подпадает под таблицы на основе обмена
  • Последний шаг в разработке схемы типа «звезда» — это ненормализация резидентных таблиц в таблицы измерений. Обязательный ключ — сделать дубликат ключа. Этот ключ опирается на таблицу реальности, которая помогает лучше понять. Найдите дату и время из дизайна отношения сущностей и заполните таблицу измерений. Даты сохраняются как метки даты и времени. Столбец измерения даты представляет год, месяц или дату или время

Пример: Таблица измерений времени имеет TIMEID, Quartername, QuarterNo, MonthName, MonthNo, DayName, DayofMonth, DayOfWeek, которые могут быть важными критериями таблиц измерений. Точно так же все таблицы имеют уникальный идентификатор и атрибуты. Языки запросов, такие как SQL, могут применяться для интеллектуального анализа данных, хранилища данных и анализа данных.

Синтаксис определения куба:

Define cube (cube-name)(dimension-list): (measure-list)

Кубы развертываются для адресации оповещений на разных уровнях, а время ответа на запрос минимально. Это доступно как предварительно построенный дизайн и применимо в необходимых ситуациях. Создание схемы Star очень просто и эффективно в применении, а также легко адаптируется. Заполнение таблицы фактов и таблицы измерений является обязательным, что, в свою очередь, образует звездочку и может быть сформировано с использованием SQL-запросов или запуска кода. Этот дизайн сделан для лучшего понимания и легкого извлечения данных.

Характеристики звездной схемы

1. Схема «звезда» обеспечивает быстрое агрегирование и расчеты, такие как общее количество проданных товаров и доход, полученный в конце каждого месяца. Эти детали и процесс могут быть отфильтрованы в соответствии с требованиями путем создания подходящих запросов.

2. Он способен фильтровать данные из нормализованных данных и обеспечивать потребности в хранилищах данных. Связанная информация нормализованной таблицы складывается на вкладке нескольких измерений. Для каждой таблицы фактов генерируется уникальный ключ для идентификации каждой строки.

3. Таблица фактов — это измерение конкретных событий, в том числе значений с конечными числами, и состоит из внешних ключей, связанных с таблицами измерений. Эта таблица содержит значения фактов на атомарном уровне и позволяет хранить несколько записей одновременно. Существует три типа таблиц фактов.

4. Таблицы фактов транзакции состоят из данных о конкретных событиях, таких как праздничные события, события продаж.

5. Регистрация фактов за определенные периоды, например, информация о счете в конце каждого квартала.

6. Таблицы с быстрой агрегацией за определенный период называются таблицами накопительного снимка.

7. Таблицы измерений содержат подробные данные атрибутов, записи найдены в таблице фактов. Таблица измерений может иметь различные элементы. Таблицы размеров используются главным образом как таблица измерений времени и даты, таблица размеров продукта и заказа на поставку, сведения о сотруднике и счете, таблица размеров, таблица измерений географии и местоположений. Эти таблицы назначаются с одним целочисленным типом данных, который является дублирующим первичным ключом.

8. Пользователь может создать свой стол в соответствии с требованиями. Например, если ему нужна таблица измерений продаж с ключом продукта и клиента, ключом даты и времени, ключом дохода является доход. Если бизнесмен создает таблицу размеров продукта с ключевыми атрибутами, такими как цвет, дата приобретенного товара, ключ продвижения и ключ клиента.

преимущества

  • Он формируется с помощью простой логики и запросов, легко извлекающих данные из транзакционного процесса.
  • У него общая логика отчетности, которая подразумевается динамически.
  • Схема «звезда» может повысить производительность приложений для составления отчетов.
  • Схема «звезда», разработанная путем подачи кубов, применяемых в процессе онлайн-транзакций для построения и обеспечения эффективной работы кубов.

Недостатки

  • Это имеет высокую целостность и высокое состояние нормализации. Если пользователь не сможет обновить значения, весь процесс будет свернут. Защита и безопасность не надежны до предела. Он не такой гибкий, как аналитическая модель, и не оказывает эффективной поддержки многим отношениям.
  • Схема «звезда» развернута в базе данных, чтобы контролировать более быстрое восстановление данных. Запрос используется для выбора потребности, а не для поиска по всей базе данных. Отфильтрованные и выбранные данные могут применяться в разных случаях. Следовательно, эта звездная схема является простой моделью, которая легко адаптируется.

Рекомендуемая статья

Это руководство к Что такое схема звезды? Здесь мы обсуждаем введение в схему звезды и ее характеристики, а также преимущества и недостатки. Вы также можете просмотреть наши другие предлагаемые статьи, чтобы узнать больше —

  1. Обзор таблицы фактов
  2. Схема Звезды против Схемы Снежинки | Главные отличия
  3. Моделирование хранилища данных с типами
  4. Базы данных AWS с преимуществами
  5. AWS Data Pipeline

Схемы подключения ТЭНов типа ЗВЕЗДА и ТРЕУГОЛЬНИК. Статья компании Технонагрев

Трубчатые нагревательные элементы являются наиболее универсальным и подходящим промышленным нагревательным решением для широкого спектра применений. Трубчатые элементы имеют заводскую конфигурацию практически любой формы и размера. По запросу могут быть изготовлены нагреватели любого диаметры изгиба. Трубчатые элементы часто рассматриваются как основа всех нагревательных элементов. Им характерна прочная внешняя оболочка, которая помогает защитить технологический нагреватель от физических нагрузок, а высококачественные сплавы обеспечивают эффективную передачу тепла от резистивной катушки к теплоносителю.

В зависимости от характеристик, оболочки и формы, электрические трубчатые нагреватели используются в различных областях промышленного обогрева (теплопроводность, конвекция, радиационный нагрев), где для нагрева жидкостей, газов и твердых веществ требуются высокие температуры. Даже в стандартных заводских моделях трубчатых нагревателей доступны различные диаметры для регулировки плотности ватт, для обеспечения максимальной производительности и длительного срока службы. Высококачественный оксид магния в конструкции нагревателей используется для эффективной передачи тепла от резистивной катушки к вашему теплоносителю, будь то воздух, жидкость или твердое вещество. Радиусы изгиба разрабатываются с тщательной экспертизой, чтобы обеспечить оптимальную производительность при соблюдении «формы и функциональности» вашего приложения.

Преимущества трубчатых нагревателей и их использование:

  • Усовершенствованный механизм управления для точной передачи тепла и поддержания температуры

  • Компактный размер, который позволяет легко устанавливать, чистить, обслуживать и даже заменять нагреватель в случае повреждения, не занимая много времени

  • Доступны различные формы и размеры для каждой категории, специально разработанной с использованием надежной технологии для увеличения срока службы изделия

Все электронагреватели можно подключать и к однофазной и к трехфазной сети. Для подключения нагревательных элементов к трехфазной сети можно использовать одну из двух схем:

Для равномерного распределения электрической мощности и для нейтрализации эффекта «перекоса фаз», к каждой фазе должно быть подключено трехкратное число ТЭНов. Нагреватели при этом должны иметь напряжение питания 230 или 380 Вольт, соответствующее фазному напряжению линии в соответствии со схемой коммутации. Так ТЭНы с рабочим напряжением 230 Вольт подсоединяют по схеме «звезда», а нагреватели, напряжение которых рассчитано на нагрузку в 380 Вольт, соответственно  треугольником.

Подключения по схеме «звезда»

В качестве наглядного примера предлагаем рассмотреть подключение схемы «звезда», где использовано три нагревателя. Данный вариант подходит для подсоединения к сети сухих трубчатых нагревателей с выводами в виде 4-х болтов и блоков ТЭН.


Данная схема предполагает подсоединение к соответствующей фазе каждого второго вывода нагревателя. Каждый первый вывод нагревателей соединены между собой, что способствует образованию общей точки, которая в свою очередь определяется, как нулевая. Соединённая нагрузка — трехпроводная.

Трехпроводное соединение используется для напряжения 380 Вольт. Далее предлагаем рассмотреть подключение ТЭНа в трехфазную сеть. Здесь включение и отключение напряжение осуществляется в автоматическом режиме за счет наличия трехполюсных выключателей.


Приведенная схема показывает, что контактные выводы электронагревателей, которые располагаются с правой стороны подключены к фазам А, В, С. Выводы расположенные слева соединены в общую нейтральную точку. Напряжение при работе нагревательных элементов между выводами расположенными справа и нулевой точкой составляет 230 Вольт.

Существует также метод подключения схемы «звезда» по четырехпроводному типу. Электронагреватели подключаются к трехфазной сети с напряжением 230 Вольт. Нулевая точка выводов нагревателя при этом соединена с нулевой точкой источника питания.


На имеющейся схеме видно, что правые выводы ТЭНов соединены с соответствующими фазами. Левые выводы замкнуты в единой точке, которая в свою очередь соединена с нейтральной шиной питающего источника. Между нулевой точкой и контактными выводами рабочее напряжение составляет 230 Вольт.

Для полного отключения нагрузки электросети используют автоматические выключатели «3+N» или «3Р+N». Такие автоматы позволяют переводить силовые контакты на рабочий авторежим. Чтобы подробней ознакомиться со схемой «звезда» на практике предлагаем рассмотреть подключение ТЭНов электрокотла.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТЭНОВ ЭЛЕКТРОКОТЛА

При подключении электрического котла могут использоваться разные схемы. На основе недавленого опыта представляем вашему вниманию подключение сухих трубчатых нагревателей по типу «звезда» с рабочим напряжением 230 Вольт к трехфазной сети. Сухие ТЭНы обладают высокой мощностью, поэтому провода питания должны с ними соединяться надежно. Здесь важно соблюдать схему подсоединения проводов к контактным выводам нагревателей строго по инструкции.


Подключая фазные провода к выводам электронагревателей следует в первую очередь накрутить гайку м4. После этого нужно наложить шайбу и одеть наконечник-кольцо питающего проводка. Далее опять накладывается шайба, а сверху на нее ложится пружинная шайба-гровер. Все это зажимается гайкой м4.

Провод, который будет подключен к нейтральной фазе, затягивается болтом м8. Он будет располагаться в перемычке между контактами отверстий нагревателя.


После подключения проводов следует провести заземление корпуса нагревателя и проводов подключения ТЭНа. Обычно у котлов для заземления с левой стороны у блока электронагревателей находится болт, к которому и следует подключать проводник заземления.

В качестве защитного заземлителя можно использовать отдельный проводник дополнительной системы уравнивания потенциалов или взять его с клеммы заземления управляющего блока.

После того как нагреватель электрокотла подключили, следует установить защитный кожух на блок теплообменника. С целью контроля температуры нагреваемой жидкости следует использовать термодатчик. Также можно установить датчик температуры воздуха. На панели блока управления для таких датчиков есть регуляторы с соответствующими маркировками. У каждого регулятора есть градуировка с кодовым обозначением температуры. Таким образом, вы сможете легко выставлять температуру для теплоносителя. Когда температура теплоносителя достигнет установленного уровня, датчик подаст сигнал и нагреватель автоматически отключится. Если же уровень температуры упадет ниже требуемых значений, по принципу того же отклика нагревательное устройство включится в работу и нагрев возобновится.

За счет наличия таких коммуникаций работа электрокотла практически полностью автоматизируется. Вам нужно будет только выставить все необходимые режимы настройки.

Температурный датчик для воды размещают внутри теплообменника в специально отведенном месте посадки. Также его можно монтировать самому, прицепив к отопительной трубе.

По этому же принципу действует и датчик температуры воздуха. Его просто устанавливают в помещении, где он измеряет общие термические значения воздуха.

Электрический котел будет прогревать теплоноситель до тех пор, пока воздух в помещении не достигнет нужных температурных значений.

Разные модификации котлов отличаются внутренней начинкой, дополнительными функциями, уровнем автоматики.… Не меняются лишь проводка, сечение кабеля, защита и вид сетевого подключения.

Подключение ТЭН по схеме «треугольник»

Данная схема подразумевает соединение выводов ТЭНа поочередно. 


Схема подключения такого типа означает, что: вывод под номером 1 у первого нагревателя будет соединён с выводом №1 второго нагревателя; вывод №2 второго ТЭНа подключится к выводу №2 третьего нагревателя; от первого нагревателя вывод №2 подсоединится к выводу №1 третьего ТЭНа. При соблюдении указанной схемы в итоге должно получиться три плеча — «а», «б», «с». На каждое плечо будет подана своя фаза:

  • «а» — А фаза;

  • «б» — В фаза;

  • «с» — С фаза.

Мощность нагревателей и их температурная подача зависимо от схемы подключения ТЭНа

Выбирая нагреватель, покупатель в первую очередь обращают внимание на его мощность. Техническая практика же показывает, что при постоянном подключении к определенной сети, когда не используются трансформаторы, показатели мощности зависят только от электросопротивления резистивного элемента, который находится в самом нагревательном устройстве. Зависимость определена формулой:

P = U * I

где P — мощность,

U — напряжение между концами греющего элемента,

I – ток, протекающий по резистивному элементу.

По той причине, что ток, проходящий по спирали зависим только от напряжения, приложенного к концам и собственного электросопротивления (R) конкретного участка спирали, формулу можно упростить:

P = U2 / R

Из этого можно сделать вывод, что в условиях постоянного напряжения мощность будет повышаться только тогда, когда сопротивление будет падать.

Электрическое сопротивление большинства нагревательных приборов напрямую зависит от температуры подаваемой самим нагревателей. Но сопротивление в пределах нескольких сотен градусов будет немного отличаться. Следует понимать, что с карбидокремниевыми нагревателями ситуация будет совершенно иной. Поскольку они выполняют функцию нагревательного элемента, выполняемого неметаллическим стержнем, сопротивление здесь не будет изменяться линейно. Сопротивление таких устройств может находиться в диапазоне 0,5 … 5 Ом, что не позволит напрямую подключить нагревательное устройство к сети напряжением 220 вольт и тем более 380 вольт. По техническим стандартам карбидокремниевые нагреватели могут быть подключены к стандартной сети при условии, что они собраны в последовательную цепь. Но. Стоит отметить, что такая методика неэффективна, если необходимо осуществлять точное регулирование мощности и регулировать определенную температуру печи. Наилучшим способом является подключение к сети электрических нагревателей с использованием автотрансформаторов с лабораторным управлением или стандартных статистических электромагнитных устройств.

Подключение нагревательного блока по схеме звезда и треугольник


Существуют нагреватели, которые производятся сразу для трехфазной сети, например, нагревательные элементы или нагреватели из карбида кремния в форме буквы W. Способ их подключения зависит от расчетного напряжения по схеме «звезда» или «треугольник». При подключении по схеме «треугольник» это означает подключение трех нагревательных блоков, в которых сопротивление равно и на каждое из них подается напряжение 380 вольт. Схема «звезда» с наличием нейтрального провода подробно описана выше и предназначена для подачи 220 вольт каждому потребителю. Нулевой провод необходим для подключения потребителей с различным электрическим сопротивлением.



Схема подключения звезда — Всё о электрике

Звезда и треугольник принцип подключения. Особенности и работа

Для увеличения мощности передачи без увеличения напряжения сети, снижения пульсаций напряжения в блоках питания, для уменьшения числа проводов при подключении нагрузки к питанию, применяют различные схемы соединения обмоток источников питания и потребителей (звезда и треугольник).

Схемы

Обмотки генераторов и приемников при работе с 3-фазными сетями могут соединяться с помощью двух схем: звезды и треугольника. Такие схемы имеют между собой несколько отличий, различаются также нагрузкой по току. Поэтому, перед подключением электрических машин необходимо выяснить разницу в этих двух схемах — звезда и треугольник.

Схема звезды

Соединение различных обмоток по схеме звезды предполагает их подключение в одной точке, которая называется нулевой (нейтральной), и имеет обозначение на схемах «О», либо х, у, z. Нулевая точка может иметь соединение с нулевой точкой источника питания, но не во всех случаях такое соединение имеется. Если такое соединение есть, то такая система считается 4-проводной, а если нет такого соединения, то 3-проводной.

Схема треугольника

При такой схеме концы обмоток не объединяются в одну точку, а соединяются с другой обмоткой. То есть, получается схема, похожая по виду на треугольник, и соединение обмоток в ней идет последовательно друг с другом. Нужно отметить отличие от схемы звезды в том, что в схеме треугольника система бывает только 3-проводной, так как общая точка отсутствует.

В схеме треугольника при отключенной нагрузке и симметричной ЭДС равно 0.

Фазные и линейные величины

В 3-фазных сетях питания имеется два вида тока и напряжения – это фазные и линейные. Фазное напряжение – это его величина между концом и началом фазы приемника. Фазный ток протекает в одной фазе приемника.

При применении схемы звезды фазными напряжениями являются Ua, Ub, Uc, а фазными токами являются I a, I b, I c. При применении схемы треугольника для обмоток нагрузки или генератора фазные напряжения — U, U, U, фазные токи – I ac, I , I .

Линейные значения напряжения измеряются между началами фаз или между линейных проводников. Линейный ток протекает в проводниках между источником питания и нагрузкой.

В случае схемы звезды линейные токи равны фазным, а линейные напряжения равны U ab, Ubc, U ca. В схеме треугольника получается все наоборот – фазные и линейные напряжения равны, а линейные токи равны I a, I b, I c.

Большое значение уделяется направлению ЭДС напряжений и токов при анализе и расчете 3-фазных цепей, так как его направление влияет на соотношение между векторами на диаграмме.

Особенности схем

Между этими схемами есть существенная разница. Давайте разберемся, для чего в различных электроустановках используют разные схемы, и в чем их особенности.

Во время пуска электрического мотора ток запуска имеет повышенную величину, которая больше его номинального значения в несколько раз. Если это механизм с низкой мощностью, то защита может и не сработать. При включении мощного электромотора защита обязательно сработает, отключит питание, что обусловит на некоторое время падение напряжения и перегорание предохранителей, или отключение электрических автоматов. Электродвигатель будет работать с малой скоростью, которая меньше номинальной.

Видно, что имеется немало проблем, возникающих из-за большого пускового тока. Необходимо каким-либо образом снижать его величину.

Для этого можно применить некоторые методы:
  • Подключить на запуск электродвигателя реостат, дроссель, либо трансформатор.
  • Изменить вид соединения обмоток ротора электродвигателя.

В промышленности в основном применяют второй способ, так как он наиболее простой и дает высокую эффективность. Здесь работает принцип переключения обмоток электромотора на такие схемы, как звезда и треугольник. То есть, при запуске мотора его обмотки имеют соединение «звезда», после набора эксплуатационных оборотов, схема соединения изменяется на «треугольник». Этот процесс переключения в промышленных условиях научились автоматизировать.

В электромоторах целесообразно применение сразу двух схем — звезда и треугольник. К нулевой точке необходимо подключить нейтраль источника питания, так как во время использования таких схем возникает повышенная вероятность перекоса фазных амплитуд. Нейтраль источника компенсирует эту асимметрию, которая возникает вследствие разных индуктивных сопротивлений обмоток статора.

Достоинства схем
Соединение по схеме звезды имеются важные преимущества:
  • Плавный пуск электрического мотора.
  • Позволяет функционировать электродвигателю с заявленной номинальной мощностью, соответствующей паспорту.
  • Электродвигатель будет иметь нормальный рабочий режим при различных ситуациях: при высоких кратковременных перегрузках, при длительных незначительных перегрузках.
  • При эксплуатации корпус электродвигателя не перегреется.

Основным достоинством схемы треугольника является получение от электродвигателя наибольшей возможной мощности работы. Целесообразно поддерживать режимы эксплуатации по паспорту двигателя. При исследовании электромоторов со схемой треугольника выяснилось, что его мощность повышается в 3 раза, по сравнению со схемой звезды.

При рассмотрении генераторов, схемы – звезда и треугольник по параметрам аналогичны при функционировании электродвигателей. Выходное напряжение генератора будет больше в схеме треугольника, чем в схеме звезды. Однако, при повышении напряжения снижается сила тока, так как по закону Ома эти параметры обратно пропорциональны друг другу.

Поэтому можно сделать вывод, что при разных соединениях концов обмоток генератора можно получить два разных номинала напряжения. В современных мощных электромоторах при запуске схемы – звезда и треугольник переключаются автоматически, так как это позволяет снизить нагрузку по току, возникающей при пуске мотора.

Процессы, происходящие при изменении схемы звезда и треугольник в разных случаях

Здесь, изменение схемы — имеется ввиду переключение на щитах и в клеммных коробках электрических устройств, при условии, что имеются выводы обмоток.

Обмотки генератора и трансформатора

При переходе со звезды в треугольник напряжение уменьшается с 380 до 220 вольт, мощность остается прежней, так как фазное напряжение не изменяется, хотя линейный ток увеличивается в 1,73 раза.

При обратном переключении возникают обратные явления: линейное напряжение увеличивается с 220 до 380 вольт, а фазные токи не изменяются, однако линейные токи снижаются в 1,73 раза. Поэтому можно сделать вывод, что если есть вывод всех концов обмоток, то вторичные обмотки трансформатора и генераторы можно применять на два типа напряжения, которые отличаются в 1,73 раза.

Лампы освещения

При переходе со звезды в треугольник лампы сгорят. Если переключение сделать обратное, при условии, что лампы при треугольнике горели нормально, то лампы будут гореть тусклым светом. Без нулевого провода лампы можно соединять звездой при условии, что их мощность одинакова, и распределяется равномерно между фазами. Такое подключение применяется в театральных люстрах.

Чем отличаются соединения звездой и треугольником

Питание асинхронного электродвигателя происходит от трехфазной сети с переменным напряжением. Такой двигатель, при простой схеме подключения, оснащен тремя обмотками, расположенными на статоре. Каждая обмотка имеет сдвиг друг относительно друга на угол 120 градусов. Сдвиг на такой угол предназначен для создания вращения магнитного поля.

Концы фазных обмоток электродвигателя выведены на специальную «колодку». Выполнено это с целью удобства соединения. В электротехнике используют основных 2 метода подключения асинхронных электродвигателей: методом соединения “треугольника” и метод “звезды”. При соединении концов применяют специально предназначенные для этого перемычки.

Различия между «звездой» и «треугольником»

Исходя из теории и практических знаний основ электротехники, способ подключения «звезда», позволяет электродвигателю работать плавнее и мягче. Но при этом данный способ не позволяет выйти двигателю на всю мощность, представленную в технических характеристиках.

Соединив фазные обмотки по схеме «треугольник», двигатель способен быстро выйти на максимальную рабочую мощность. Это позволяет использовать по полной КПД электродвигателя, согласно техпаспорта. Но у такой схемы соединения есть свой недостаток: большие пусковые токи. Для уменьшения значения токов применяют пусковой реостат, позволяя осуществить более плавный пуск двигателя.

Соединение «звездой» и его преимущества

Каждая из трех рабочих обмоток электродвигателя имеет два вывода – соответственно начало и конец. Концы всех трех обмоток соединяют в одну общую точку, так называемую нейтраль.

При наличии нейтрального провода в цепи схему называют 4-х проводной, в противном случае, она будет считаться 3-х проводной.

Начало выводов присоединяют к соответствующим фазам питающей сети. Приложенное напряжение на таких фазах составляет 380 В, реже 660 В.

Основные преимущества применения схемы «звезда»:

  • Устойчивый и длительный режим безостановочной работы двигателя;
  • Повышенная надежность и долговечность, за счет снижения мощности оборудования;
  • Максимальная плавность пуска электрического привода;
  • Возможность воздействия кратковременной перегрузки;
  • В процессе эксплуатации корпус оборудования не перегревается.

Существует оборудование с внутренним соединением концов обмоток. На колодку такого оборудования будет выведено всего лишь три вывода, что не позволяет применить другие методы соединения. Выполненное в таком виде электрооборудование, для своего подключения не требует грамотных специалистов.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезда

Соединение «треугольником» и его преимущества

Принцип соединения «треугольник» заключается в последовательном соединении конца обмотки фазы А с началом обмотки фазы В. И дальше по аналогии – конец одной обмотки с началом другой. В итоге конец обмотки фазы С замыкает электрическую цепь, создавая неразрывный контур. Данную схему можно назвать было кругом, если бы не структура монтирования. Форму треугольника предает эргономичное размещение соединения обмоток.

При соединении «треугольником» на каждой из обмоток, присутствует линейное напряжение равное 220В или 380В.

Основные преимущества применения схемы «треугольник»:

  • Увеличение до максимального значения мощности электрооборудования;
  • Использование пускового реостата;
  • Повышенный вращающийся момент;
  • Большие тяговые усилия.

Недостатки:

  • Повышенный ток пуска;
  • При длительной работе двигатель сильно греется.

Метод соединения обмоток двигателя «треугольником» широко используется при работе с мощными механизмами и наличия высоких пусковых нагрузок. Большой вращающий момент создается за счет увеличения показателей ЭДС самоиндукции, вызванных протекающими большими токами.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме треугольник

Тип соединения «звезда-треугольник»

В сложных механизмах, зачастую используется комбинированная схема «звезда-треугольник». При таком переключении резко вырастает мощность, и если двигатель по техническим характеристикам не предназначен для работы по методу «треугольника», то он перегреется и сгорит.

В этом случае напряжение на соединении каждой обмотки будет в 1,73 раза меньше, следовательно, будет меньше и протекающий в этот период ток. Дальше происходит увеличение частоты и продолжение снижения показания тока. Тогда применяя релейно-контактную схему, произойдет переключение со «звезды» на «треугольник».

В итоге, используя данную комбинацию, получим максимальную надежность и эффективную продуктивность используемого электрического оборудования, не боясь вывести ее из строя.

Переключение «звезда-треугольник» допустимо для электродвигателей с облегченным режимом пуска. Этот метод неприменим, если необходимо понизить ток пуска и одновременно не снижать большой пусковой момент. В этом случае применяют двигатель с фазным ротором с пусковым реостатом.

Основные преимущества комбинации:

  • Увеличение срока службы. Плавный пуск позволяет избежать неравномерности нагрузки на механическую часть установки;
  • Возможность создания двух уровней мощности.

Схема подключения звезда

Произошёл тут такой случай. Принёс человек в ремонт новый двигатель, который проработал у него 10 секунд и задымил. Двигатель он подключил треугольником в обычную трехфазную сеть, а на шильдике двигателя есть схема, на которой написано: треугольник – 230 В. звезда – 400 В. В общем, подключил он неправильно, потому двигатель и сгорел.

Для тех, кто не понимает, почему нельзя делать так, как сделал сделал тот товарищ, спаливший двигатель, предназначена эта статья.

Вот всем известные схемы подключения треугольником (D) и звездой (Y):

Совершенно неважно как вы подключаете двигатель: звездой или треугольником. Важно только то, какое напряжение вы подаёте на обмотки двигателя. Будет ли это напряжение получаться как межфазное (треугольник) или как фазное (между фазой и нулевой точкой – звезда) – двигателю это совершенно неважно.

Если у вас есть двигатель с номинальным напряжением обмотки 220 В и есть две разные трёхфазные сети, у одной из которых линейное напряжение 380 В (220 В на фазу), а у другой – 220 В (127 В на фазу), то к первой вы можете подключать двигатель звездой, а ко второй – треугольником, разницы для двигателя не будет никакой, отличаться будут лишь токи, протекающие в проводниках на линии, ведущей к двигателю.

Линейное напряжение трёхфазной сети – это межфазное напряжение, именно оно обозначается на шильдиках двигателей. Фазное напряжение (между фазой и нейтралью) на шильдиках не обозначается.

Условно говоря, вы можете считать, что на шильдике обозначено фазное напряжение, но только в том случае, если собираетесь подключать двигатель только к одной фазе через конденсатор.

Для сетей переменного тока 50 Гц линейное напряжение выше фазного в квадратный корень из трёх раз (т.е. примерно в 1.73 раза, т.е. 220 х 1.73 = 380).

Для такого двигателя на шильдике будет написано: D/Y 220V / 380V, 4.9А / 2.8А. Соответственно, в этих двух случаях отличаются только токи в проводниках, ведущих к двигателю (именно они указаны на шильдике, в то время как ток на обмотке будет одинаковый, что видно на рисунке сверху). Следовательно, для России (линейное напряжение 400 В) для такого двигателя надо использовать схему подключения звезда.

Номинальное напряжение обмотки большинства двигателей при частоте тока 50 Гц обычно составляет либо 127 В , либо 230 В, либо 400 В, либо 690 В. Ну, или как было раньше: 220, 380, 660 В соответственно.

Теперь логичный вопрос:

если двигателю нет разницы по какой схеме он будет подключен, а важно лишь напряжение на обмотках, то зачем вообще делать двигатели с разным номинальным напряжением на этих самых обмотках?
Двигатели малой мощности
D 230V / Y 400V

Для того, чтобы двигатель можно было так подключить в однофазную сеть, его номинальное напряжение каждой обмотки должно быть равно фазному напряжению сети. Это значит, что если двигатель планируется использовать в России или Европе, то номинальное напряжение обмотки должно быть равно 230 В. В таком случае этот двигатель можно будет использовать как в трёхфазной сети с линейным напряжением 400 В (подключение звезда), так и в однофазной сети 230 В (подключение треугольником через конденсатор). Это те самые двигатели, где на шильдике написано напряжение D 220V / Y 380V.

Соответственно, если нужно такой двигатель использовать в стране с более низким линейным напряжением, например, в США (где линейной напряжение 240 В, а фазное – 120 В при частоте тока 60 Гц), то по-нормальному подключить такой двигатель в их однофазную сеть через конденсатор не получится. Однако, по крайней мере, можно использовать 3-фазное подключение треугольником. Для такого подключения потребуется немного более высокое напряжение, чем 230 В (из-за частоты тока 60 Гц), но у них там как раз 240 В, что как раз подходит.

D 115V / Y 230V

Одновременно с этим, маломощные двигатели, предназначенные для стран, где стандартное напряжение ниже, чем у нас, будут подключаться как D 127V / Y 220V. Однако, двигатели с такой надписью на шильдике вы вряд ли найдёте, потому что 127 В, 50 Гц – это очень малораспространённое напряжение в мире (см. тут). Поэтому, скорее всего, вам встретится двигатель с шильдиком, где будет указано напряжение D 115V / Y 208-230V.
Насчет заморочки с 208 вольтами можно почитать в этой статье.

Подключить такой двигатель к стандартной российской трёхфазной сети (все три фазы) можно только через преобразователь частоты переменного тока, поскольку на них есть возможность переключения линейного напряжения на выходе: 230 / 400 В.
В однофазную сеть можно подключить звездой через конденсатор. Тогда напряжение, подаваемое на каждое обмотку, будет составлять половину фазного напряжения сети (230 В / 2 = 115 В). Выглядит это вот так:

Двигатели мощности более 5 кВт
D 400V / Y 690V

Для двигателей мощнее 5 кВт обычно не предусматривают возможность подключения в однофазную сеть, т.е. номинальное напряжение обмоток делают такое, которое соответствует линейному напряжению. Т.е. штатной схемой подключения таких двигателей в трёхфазную сеть является треугольник. В России и Европе это двигатели с номинальным напряжением обмоток 400В, т.е. где на шильдике написано D 400V / Y 690V.

Для определённых задач, где на валу двигателя находится свободная нагрузка (системы вентиляции, осевые насосы), ну, и вообще те задачи, где возможно регулирование скорости вращения вала только лишь напряжением (трансформатором), часто используют схему подключения “звезда” при старте с последующим переключением на “треугольник”. Т.е. при старте на обмотку подаётся заниженное напряжение 230В вместо номинальных 400В, а затем происходит переключение на штатный режим (т.е. на треугольник). Из-за свободной нагрузки на валу момент вращения при старте на низком напряжении также будет ниже, т.е. пусковой ток будет не столь высок, как при старте на номинальном напряжении. Поэтому такой пуск двигателя называют “щадящим”.

Следует помнить, что для нагрузок, требующих большого момента при запуске, подобный режим приведет напротив, к возрастанию тока в обмотках и последующим неприятным событиям.

Кроме того, надо иметь ввиду, что подключение двигателей даже со свободной нагрузкой на валу звездой для “щадящего старта” вовсе не означает, что если по такой схеме постоянно эксплуатировать двигатель (не переходя на треугольник), то такой режим станет “щадящим” для него. Низкий момент при старте ещё не означает, что заниженное напряжение годится для его нормальной работы, поскольку сам двигатель (со своими номинальными характеристиками) обычно как раз и подбирается под конкретную нагрузку. Поэтому постоянная эксплуатация двигателей на напряжении ниже номинального иногда приводит к их выходу из строя. Чтобы не было неприятностей двигатель всегда надо эксплуатировать на номинальном напряжении, а если требуется снизить обороты вращения вала, то тогда нужно использовать редукторы или преобразователи частоты переменного тока, а не пытаться решить вопрос самым дешёвым способом. К слову сказать, частотник тоже меняет не только частоту тока, но и напряжение, однако, он это делает с умом.

D 220V / Y 440V

Двигатели мощностью выше 5 кВт, изготовленные в США, будут иметь номинальное напряжение обмотки 220 В, т.е. на шильдике будет написано D 220V / Y 440V (для 60 Гц). Подключать такие двигатели к российской трёхфазной сети 400 В следует звездой, а к российской однофазной сети через конденсатор – треугольником. Касательно величин напряжения, есть двигатели, где более подробно расписано подключение для сетей 50 Гц и 60 Гц, например вот так:

{SOURCE}

Распечатки органайзера со звездой, тесьмой, кластерной графикой

Звездообразные, лямки, кластерные диаграммы — это тип графического органайзера, который объединяет и систематизирует данные о нескольких чертах, фактах или атрибутах, связанных с одной темой.

Звездчатые диаграммы полезны для базового мозгового штурма по теме или просто перечисления всех основных характеристик, связанных с темой.

Например, звездчатую диаграмму можно использовать для создания графического изображения, описывающего все, что вы знаете о динозаврах (когда они жили, какие были виды, насколько они были большими, что они ели, где были найдены окаменелости и т. Д.) или графическое отображение методов, которые помогают вам в учебе (например, делать заметки, читать, делать домашнее задание, запоминать и т. д.). Другое использование — это звездочка, звездная диаграмма, используемая для описания ключевых моментов истории или события, с указанием 5 W: кто, когда, где, что и почему.

Разное Распечатки Star GO:

Распечатка Story Star


Сюжетная звезда — это тип звездной диаграммы, которую можно использовать для описания ключевых моментов истории или события, отмечая 5 W в истории: кто, когда, где, что и Зачем.

Распечатка цветочной схемы с маркированными лепестками 5-W

5 помеченных лепестков вокруг основного овала.

Распечатка овальной схемы с надписью 5 W

5 вариантов маркировки вокруг центрального овала.

Распечатка 5 кругов с надписями

5 кругов с надписями вокруг главного овала.

Распечатка диаграммы отчета о животных

8 помеченных квадратов вокруг главной площади, помеченных: анатомия, диета, среда обитания, ареал, воспроизводство (жизненный цикл), враги, защита, интересные факты.

Распечатка карты словаря в виде звездочки

Графический органайзер в виде звездочки для изучения нового словаря с ячейками, помеченными словом, определением, типом слова, синонимом, антонимом, рисованием изображения и использованием слова в предложении.

Напишите много слов, начинающихся с каждой буквы алфавита
Посмотрите, сможете ли вы придумать и написать восемь слов, начинающихся с A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, Y, Z.

Найдите восемь слов, относящихся к теме
Найдите наборы слов, относящиеся ко многим темам. Некоторые из тем включают: животные, пляжные слова, жуки, слова для кемпинга, цирковые слова, одежда, помощники сообщества, осенние слова, зерна, летающие предметы, еда, фрукты, ароматы мороженого, существительные, противоположности, весенние слова, летние слова. , инструменты, овощи, средства передвижения, глаголы, погода, зимние слова и многое другое.

Напишите слова из восьми категорий для каждой буквы алфавита
Посмотрите, сможете ли вы придумать и написать восемь слов, начинающихся с буквы A, в восьми категориях: имя человека, животное, еда, астрономическое слово, глагол (действие слово), что-то из моря, растения и места.Это сложный рабочий лист, который хорошо подходит для группового мозгового штурма! A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, R, S, T, U, V, W, Y, Z.

Слова, которые рифмуются с …
Рабочие листы

На каждом рабочем листе для печати ученик пишет шесть слов, которые рифмуются с простым звуком. Рабочие листы, включающие звуки: ad, ag, ake, all, an, ap, ar, at, ate, ay, ee, ell, en, est, et, ink, ing, ip, og, op и un.

Найдите 8 элементов для каждого цвета
Рабочие листы

На каждом рабочем листе для печати ученик пишет 8 элементов определенного цвета.Рабочие листы, включая красный, розовый, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, коричневый, черный, серый, белый, черно-белый.

Напишите существительные: люди, места и вещи
Напишите как можно больше существительных, включая людей, места и предметы.

Найдите 8 прилагательных, описывающих кошку
Напишите восемь прилагательных, описывающих кошку, и затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих персонажа
Подумайте о вымышленном персонаже или придумайте своего.Напишите имя своего персонажа и нарисуйте его изображение в центральном овале. Напишите восемь прилагательных, описывающих персонажа. Затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих собаку
Напишите восемь прилагательных, описывающих собаку, и затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих шляпу
Напишите восемь прилагательных, описывающих шляпу, и затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих рожок мороженого
Напишите восемь прилагательных, описывающих рожок мороженого, и затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 наречий, описывающих еду
Напишите восемь наречий, описывающих еду, и затем используйте каждое наречие в предложении.

Найди 8 прилагательных Как описывай себя
Напиши свое имя и нарисуй себя в центре овала. Напишите восемь прилагательных, описывающих себя. Затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих вашего отца
Напишите имя вашего отца и нарисуйте его изображение в центре овала.Напишите восемь прилагательных, описывающих вашего отца. Затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 прилагательных, описывающих вашу мать
Напишите имя вашей матери и нарисуйте изображение вашей матери в центральном овале. Напишите восемь прилагательных, описывающих вашу мать. Затем используйте каждое прилагательное в предложении.

Найдите 8 знаменитых женщин
Найдите 8 известных женщин: писательницу, художницу, космонавта, ученого, социального реформатора, изобретателя, политического лидера и судью.Примеры ответов: Дж. К. Роулинг (автор), Джорджия О’Киф (художник), Салли Райд (космонавт), Мари Кюри (ученый), Сьюзен Б. Энтони (социальный реформатор), Стефани Кволек (изобретатель), Маргарет Тэтчер (политический лидер) , Сандра Дэй О’Коннор (судья).

Найдите 8 знаменитых людей
Придумайте и напишите имена 8 известных людей: писателя, художника, космонавта, ученого, социального реформатора, изобретателя, политического лидера и судьи. Примеры ответов: Чарльз Диккенс (автор), Пабло Пикассо (художник), Нил Армстронг (астронавт), Альберт Эйнштейн (ученый), Мартин Лютер Кинг (социальный реформатор), Томас Эдисон (изобретатель), Уинстон Черчилль (политический лидер), Тургуд Маршалл (судить).

Чувства: напишите восемь слов, связанных со слухом
Подумайте и напишите восемь прилагательных, связанных со слухом, описывающих звучание вещей. Примеры ответов: громкий, мягкий, тихий, шумный, скрипучий, высокий, низкий, урчание.

Чувства: напишите восемь слов, связанных с запахом.
Подумайте и напишите восемь прилагательных, связанных с запахом, описывающих запахи и запах вещей. Примеры ответов: гнилой, цветочный, подгоревший, вкусный, гнилостный, плохой, хороший, потный.

Чувства: напишите восемь слов, связанных со зрением
Подумайте и напишите восемь прилагательных, связанных со зрением, описывающих внешний вид вещей. Примеры ответов: яркий, темный, блестящий, тусклый, красочный, фиолетовый, чистый, мерцающий.

Чувства: напишите восемь слов, связанных со вкусом
Подумайте и напишите восемь прилагательных, связанных со вкусом, описывающих ощущения. Примеры ответов: сладкий, кислый, горький, липкий, соленый, сиропный, лимонный, терпкий.

Чувства: напишите восемь слов, связанных с прикосновением
Подумайте и напишите восемь прилагательных, связанных с прикосновением, описывающих ощущения.Примеры ответов: жесткий, мягкий, горячий, холодный, грубый, гладкий, зернистый, острый.

Три ветви правительства США — графические организаторы
В этих распечатываемых рабочих листах графического органайзера учащийся заполняет три ветви правительства США, как указано в Конституции США. Учащиеся старшего возраста могут добавить факты о трех ветвях, а также об обязанностях и ответственности каждого.

Графический органайзер штата США
Для одного штата США напишите название штата, нарисуйте карту штата и ответьте на простые вопросы о штате.Примеры ответов: Калифорния, Сакраменто (столица), Калифорния (почтовое сокращение), 1850 г. (дата получения статуса штата), Cal. долинный перепел (государственная птица), золотой мак (государственный цветок), река Сакраменто (крупный водоем), Аризона, Невада (2 граничащих штата), Голден Стэйт (прозвище).

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела | COSMOS

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (диаграмма HR) — один из важнейших инструментов в изучении звездной эволюции. Разработанный независимо в начале 1900-х годов Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Норрисом Расселом, он отображает температуру звезд в зависимости от их светимости (теоретическая диаграмма HR) или цвет звезд (или спектральный тип) в зависимости от их абсолютной величины (диаграмма наблюдений HR, также известная как диаграмма цвет-величина).
В зависимости от своей начальной массы каждая звезда проходит определенные этапы эволюции, продиктованные ее внутренней структурой и тем, как она производит энергию. Каждая из этих стадий соответствует изменению температуры и светимости звезды, которые, как можно видеть, перемещаются в разные области на диаграмме HR по мере развития. Это раскрывает истинную силу диаграммы ЧСС — астрономы могут узнать внутреннюю структуру звезды и стадию эволюции, просто определив ее положение на диаграмме.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела включает различные стадии звездной эволюции.Безусловно, наиболее заметной особенностью является главная последовательность (серый цвет), которая проходит от верхнего левого угла (горячие светящиеся звезды) до нижнего правого угла (холодные слабые звезды) диаграммы. Ветвь гигантов и звезды-сверхгиганты расположены над главной последовательностью, а белые карлики находятся под ней.
Кредит: Р. Холлоу, CSIRO.
Эта диаграмма Герцшпрунга-Рассела показывает группу звезд на различных стадиях их эволюции. Безусловно, наиболее заметной особенностью является главная последовательность, которая проходит от верхнего левого угла (горячие светящиеся звезды) до нижнего правого угла (холодные слабые звезды) диаграммы.Гигантская ветвь также хорошо заселена, здесь много белых карликов. Также нанесены классы светимости Моргана-Кинана, которые различают звезды одинаковой температуры, но разной светимости. ->
На диаграмме HR можно выделить 3 основных области (или стадии эволюции):
  1. Основная последовательность , тянущаяся от верхнего левого угла (горячие, светящиеся звезды) до нижнего правого (холодные, слабые звезды), доминирует на диаграмме HR. Именно здесь звезды проводят около 90% своей жизни, сжигая водород в гелий в своих ядрах.Звезды главной последовательности имеют класс светимости по Моргану-Кинану, обозначенный как V .
  2. красных гигантов и сверхгигантов звезд (классы светимости от I до III ) занимают область над главной последовательностью. У них низкая температура поверхности и высокая светимость, что, согласно закону Стефана-Больцмана, означает, что они также имеют большие радиусы. Звезды вступают в эту стадию эволюции после того, как исчерпали водородное топливо в своих ядрах и начали сжигать гелий и другие более тяжелые элементы.
  3. белых карликов звезд (класс светимости D ) являются заключительной стадией эволюции звезд с низкой и средней массой и находятся в нижнем левом углу диаграммы HR. Эти звезды очень горячие, но имеют низкую светимость из-за своего небольшого размера.

Солнце находится на главной последовательности со светимостью 1 и температурой около 5400 Кельвинов.
Астрономы обычно используют диаграмму HR либо для обобщения эволюции звезд, либо для исследования свойств совокупности звезд.В частности, построив диаграмму ЧСС для шарового или рассеянного звездного скопления, астрономы могут оценить возраст скопления, исходя из которого звезды, по-видимому, отключают главную последовательность (см. Запись о главной последовательности, чтобы узнать, как это работает).


Что такое звездные карты? | Космос

Благодаря своему уникальному и немного загадочному виду, звездные карты пытаются зафиксировать то, что мы видим и что мы знаем о ночном небе. С течением времени стили менялись: от замысловатых декорированных карт столетней давности до четких компьютерных диаграмм сегодняшнего дня.

Связано: Лучшие телескопы за деньги — обзоры и руководство 2020 года

Как использовать звездную карту

Месячная звездная карта из журнала, газеты или музея, вероятно, будет иметь форму круглой области, засыпанной с точками, представляющими звезды, расположенные так, как они появляются на небе. В центре диаграммы показаны звезды, которые находятся прямо над головой. Внешний край представляет собой горизонт, обозначенный направлениями север, юг, восток и запад.

Чтобы соответствовать небу, карту необходимо держать над головой, так чтобы маркер севера карты указывал на север.И это должна быть диаграмма, составленная для того месяца, в котором вы находитесь. Обычно в таблице есть примечание с пояснением того, какое время ночи она соответствует наиболее подходящему — например, позже вечером в начале месяца. и раньше вечером в конце месяца.

Связано: Как выбрать бинокль для астрономии и наблюдения за небом

Также популярны колеса звездоискателя или планисферы, которые можно настроить на любую дату и время. Это двухуровневые устройства с большой круглой диаграммой под крышкой с овальным окном.Фоновая диаграмма включает все звезды, видимые в течение года, но в окне отображаются только те звезды, которые находятся над горизонтом в определенную дату и время. Вы вращаете фоновую диаграмму вокруг оси, наблюдая за числами по краям, пока текущая дата не совпадет с текущим временем. Затем в окне отображаются те звезды, которые вы можете ожидать увидеть.

Звездные карты зависят от времени года и местоположения. В центре диаграммы будут отображаться звезды, которые находятся прямо над головой.(Изображение предоставлено: Future)

Элементы звездной карты

Независимо от формата, у создателей звездной карты есть несколько вариантов:

  • Темный или белый фон? Более естественным выглядит черный или темно-синий фон с белыми точками вместо звезд. Но белый фон с черными точками вместо звезд легче распечатать и позволяет пользователю делать собственные заметки.
  • Линий или нет? Направляющие линии могут соединять звезды в формы, ведущие взгляд от звезды к звезде.Большая Медведица, Большой квадрат Пегаса, три звезды Пояса Ориона и другие формы являются традиционными и часто используются. Но вы можете изобретать разные фигурки из палочек, если они помогут вам сориентироваться.
  • Насколько большими и насколько маленькими можно сделать звездочки? Большие точки указывают на более яркие звезды, маленькие точки — на более слабые. Придумывать градуированный набор звездных точек, который дает точное представление о диапазоне яркости на реальном небе, — это искусство.

Вот пример звездной карты на апрель 2020 года в Северном полушарии.(Изображение предоставлено: All About Space / Future)
  • Фигуры созвездий или их нет? Некоторые звездные карты, особенно с 1600-х до начала 1800-х годов, такие как те, которые вы можете найти в художественных книгах или в качестве старинных декоративных предметов, изображают дикую группу мифологических фигур, от Андромеды до Лисички, плавающих по небу. Некоторые из них запоминаются, но многие сбивают с толку. Например, форму Ориона нетрудно представить в структуре созвездия, состоящей из двух звезд на плечах, трех звезд на поясе и двух звезд на ступнях или коленях.Но попытки сделать Большую Медведицу, Большого Медведя из Большой Медведицы и окружающих звезд, могут разочаровывать.

    В популярной книге по астрономии, опубликованной в 1842 г., «Сидерическое небо и другие предметы, связанные с астрономией» (Эдвард С. Биддл, 1842 г.) автор Томас Дик описывает мифологические рисунки созвездий как «гротескные и несочетаемые фигуры… подлые, нелепые и воображаемые. объекты.» Начиная с 20 века, звездные карты обычно опускали мифологические фигуры в пользу фигурок или прямых границ между созвездиями, которые были согласованы Международным астрономическим союзом в 1930 году.
  • Планеты или нет? Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн выглядят как яркие звезды, если смотреть с Земли. Они могут появиться где угодно в полосе, охватывающей весь небосклон, называемой зодиаком. Если звездная карта сделана для определенного месяца в конкретном году, она может показать расположение планет в этом месяце.

Связано: 10 событий наблюдения за небом, которые нужно обязательно посетить в 2020 году

Карты с полным кругом неизбежно растягивают созвездия по краям, так же как карты Земли растягивают удаленные континенты.(Например, прямоугольные карты мира, использующие проекцию Меркатора, делают Антарктиду и Гренландию намного больше, чем они есть на самом деле.)

Чтобы уменьшить искажения, астрономы могут создавать карты участков неба. Атлас звезд Нортона, который с 1910 года переиздан 18 раз, разделил небо на борозды, похожие на сегменты апельсина, каждый из которых покрывает примерно пятую часть неба с небольшими искажениями. Звездные атласы для серьезных астрономов-любителей включают большие карты, которые увеличивают даже меньшие участки неба.

Звездный старт, вылетевший на поверхность Луны на Аполлоне-11, подписан астронавтом Баззом Олдрином. (Изображение предоставлено NASA / Apollo Lunar Surface Journal)

Карты звездного неба для навигации

Карты звездного неба также служат серьезным профессиональным инструментом, используемым мореплавателями. Если спутниковая инфраструктура Глобальной системы позиционирования выйдет из строя, обученный штурман или квартирмейстер может обратиться к традиционной астрономической навигации, сверяясь с простой картой, на которой указаны 58 ярких навигационных звезд.Навигатор выберет одну из этих звезд, измерит ее направление и высоту над горизонтом, отметит точное время, а затем проведет вычисление этих чисел, которое даст широту и долготу корабля.

Во время полетов на Луну «Аполлон» астронавты несли карты ярких навигационных звезд и прицеливались на них, чтобы настроить систему ориентации космического корабля. В 2018 году астронавты Международной космической станции протестировали методы наблюдения за звездами в качестве резервной процедуры для будущих миссий, сообщило НАСА.

Будьте уверены, что если высокотехнологичные системы выйдут из строя, звезды все равно будут там для тех, кто знает, как их использовать.

Дополнительные ресурсы:

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела | Обсерватория национальных школ

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела
Авторы и права: NSO

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела показывает взаимосвязь между температурой звезды и ее светимостью. Ее также часто называют диаграммой H-R или диаграммой цвет-величина. Диаграмма была создана Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Норрисом Расселом примерно в 1910 году.Это очень полезный график, потому что его можно использовать для построения графика жизненного цикла звезды.

На оси абсцисс (горизонтальная ось) отложим температуру поверхности звезд в градусах Кельвина. Мы откладываем светимость звезд (или абсолютную звездную величину) по оси ординат (вертикальная ось). Имейте в виду, что по оси x диаграммы H-R могут использоваться разные данные. Он может показывать температуру звезды, ее спектральный класс (OBAFGKM) или цвет. Все эти типы данных показывают одинаковую связь со светимостью звезды.

Большинство звезд, включая Солнце, располагаются полосой, идущей от верхнего левого угла до нижнего правого угла диаграммы.В этой группе находятся звезды, которые находятся на главной сцене. Мы можем использовать диаграмму, чтобы увидеть, как температура звезд главной последовательности увеличивается с яркостью. Это потому, что масса звезды определяет ее температуру и яркость.

Гигантские и сверхгигантские звезды расположены вверху и в правом верхнем углу диаграммы. Это говорит нам о том, что они ярче, чем звезды главной последовательности, но также краснее и холоднее. Это потому, что они расширяются и остывают по мере того, как достигают заключительных этапов своей жизни. Однако из-за своего большого размера они остаются очень яркими.

Белые карлики расположены внизу и слева от главной последовательности. Это говорит о том, что они горячее, чем звезды главной последовательности, но не такие яркие. Это потому, что они маленькие по размеру, но содержат большую массу.

Звезды, как правило, проводят большую часть своей жизни (~ 90%) в стадии главной последовательности. После этого они превращаются в гигантскую звезду на оставшиеся 10% своей жизни. В конце концов, они либо взорвутся как сверхновые, либо станут белыми карликами.

Классифицирующие звезды — Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Есть несколько сотен миллиардов звезд в нашей галактике, Млечном Пути и миллиарды галактик во Вселенной.Один из важных методов в науке — это попытаться отсортировать или классифицировать вещи по группам и выявить тенденции или закономерности. Астрономы делают это со звездами.

До сих пор мы обсуждали светимость и цвет или эффективную температуру звезд. Их можно построить, чтобы сформировать один из наиболее полезных графиков для звездной астрономии — диаграмму Герцшпрунга-Рассела (или H-R). Он назван в честь датских и американских астрономов, которые независимо друг от друга разработали версии диаграммы в начале двадцатого века.

На диаграмме H-R яркость или выход энергии звезды отложены на вертикальной оси. Это можно выразить как отношение светимости звезды к светимости Солнца; л * / л солнце . Астрономы также используют историческую концепцию звездной величины в качестве меры светимости звезды. Абсолютная величина — это просто мера того, насколько яркой могла бы выглядеть звезда на расстоянии 10 парсеков, что позволяет просто сравнивать звезды.Чтобы запутать вещи, чем меньше или меньше отрицательная величина, тем ярче звезда. По определению звезда 1-й величины в 100 раз ярче звезды 6-й величины. Абсолютная звездная величина нашего Солнца составляет +4,8.

Кредит: CSIRO

Возможные оси для диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Обратите внимание, как шкала температуры перевернута по горизонтальной оси. Также будьте осторожны, используя величину для увеличения до отрицательных значений.

Эффективная температура звезды отложена на горизонтальной оси диаграммы H-R.Одна особенность здесь заключается в том, что температура отображается в обратном порядке: высокая температура (около 30 000–40 000 K) слева и более низкая температура (около 2 500 K) справа. На практике астрономы фактически измеряют величину, называемую индексом цвета , которая представляет собой просто разницу в величине звезды при измерении через два разных цветных фильтра. Звезды с отрицательным показателем цвета имеют голубоватый оттенок, тогда как более холодные оранжевые или красные звезды имеют положительный показатель цвета.

Третья возможная шкала горизонтальной оси — это спектральный класс звезды . Разделив свет от звезды с помощью спектрографа, можно записать и проанализировать ее спектр. Звезды схожего размера, температуры, состава и других свойств имеют схожие спектры и относятся к одному спектральному классу. Основные спектральные классы для звезд варьируются от O (самые горячие) до B , A , F , G , K и M (самые холодные).Наше Солнце — звезда класса G . Сравнивая спектры неизвестной звезды со спектрами выбранных стандартных опорных звезд, можно определить большой объем информации, включая ее цвет или эффективную температуру.

Если мы теперь построим диаграмму Герцшпрунга-Рассела для нескольких тысяч ближайших или самых ярких звезд, мы увидим следующее:

Каждая точка представляет собой звезду.

Как мы видим, звезды не появляются на графике случайным образом, а, по-видимому, сгруппированы в четырех основных областях.Это очень важно, поскольку предполагает, что между светимостью и температурой звезды может быть какая-то связь. Хотя это не удивительно (действительно, мы уже видели, что более горячая звезда излучает больше энергии на единицу площади поверхности, чем более холодная звезда), связь осложняется присутствием этих четырех групп. Давайте рассмотрим их более внимательно.

Большинство звезд попадают в группу A . Он показывает общую тенденцию от холодных тусклых звезд в правом нижнем углу до горячих чрезвычайно ярких звезд в верхнем левом углу, что соответствует нашей ожидаемой взаимосвязи между температурой и светимостью.Эта группа называется Main Sequence , поэтому звезды, обнаруженные в ней, являются звездами главной последовательности. Наше Солнце — один из таких примеров. Другие включают α Cen, Altair, Sirius, Achernar и Barnard’s Star.

Звезды группы B в основном имеют температуру 6000 К или холоднее, но при этом более ярки, чем звезды главной последовательности с той же температурой. Как это может быть? Причина в том, что эти звезды намного больше звезд главной последовательности. Хотя они излучают такое же количество энергии на квадратный метр, что и звезды главной последовательности, они имеют гораздо большую площадь поверхности (площадь ∝ радиус 2 ), общая излучаемая энергия, таким образом, намного больше.Эти звезды упоминаются как гиганты . Примеры включают Альдебаран и Мира.

Звезды группы C даже ярче гигантов. Это сверхгигантов , самые большие из звезд с чрезвычайно высокой светимостью. Красный сверхгигант, такой как Бетельгейзе, выйдет за пределы орбиты Юпитера, если он заменит Солнце в нашей солнечной системе.

Последняя группа, представляющая интерес, — это звезды в группе D . Судя по их положению на диаграмме H-R, мы видим, что они очень горячие, но при этом очень тусклые.Хотя они излучают большое количество энергии на квадратный метр, они имеют низкую светимость, что означает, что они должны быть очень маленькими. Звезды группы D на самом деле известны как белых карликов . Сириус B и Процион B являются примерами. Белые карлики намного меньше звезд главной последовательности и примерно размером с Землю. На диаграмме ниже показаны основные группы, помеченные вместе с примерами звезд в каждой группе.

Кредит: CSIRO

Основные группы звезд, показанные на диаграмме H-R.

Выявив существование различных типов звезд на основе измеримых свойств, в следующем разделе мы исследуем некоторые из их характеристик и источников энергии в звездах.

Диаграмма

HR Диаграмма

HR
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела : Чтения: Шнайдер и Арни: блоки 50, 58

В 1905 году датский астроном Эйнар Герцшпрунг и независимо американский астроном Генри Норрис Рассел заметил, что светимость звезд снизился от спектрального класса О до М.Они разработали технику построение зависимости абсолютной звездной величины звезды от ее спектрального класса. для семей звездного типа.

Эти диаграммы, называемые диаграммами Герцшпрунга-Рассела или диаграммами HR, отображают светимость в солнечных единицах по оси Y и температура звезды по оси X ось, как показано ниже.

Обратите внимание, что шкалы не линейны. Горячие звезды населяют левую руку сторона диаграммы, холодные звезды с правой стороны. Яркие звезды на вверху, слабые звезды внизу.Наше Солнце — довольно средняя звезда и сидит около середины.

График ближайших звезд на диаграмме ЧСС показан ниже:

Большинство звезд в окрестностях Солнца слабее и холоднее, чем Солнце. Также есть несколько очень ярких красных звезд. (называемые красными сверхгигантами) и несколько горячих, но очень слабых звезд (называемые белыми карликами). В более поздней лекции мы увидим, что звезды начинают свою жизнь с основной последовательности, а затем переходят в разные части диаграммы HR.

Большинство звезд на приведенной выше диаграмме попадают на кривую, которую мы называем главная последовательность. Это область, где встречается большинство нормальных звезд. Нормальный, с точки зрения астрономии означает, что они молоды (несколько миллиардов лет) и сжигание водорода в их ядрах. Время идет, звезды меняются или эволюционируют по мере изменения физики в их сердцевине. Но для большей части время жизни звезды она находится где-то на главной последовательности.

Некоторым областям диаграммы ЧСС присвоены имена, хотя звезды может занимать любую порцию.Самые яркие звезды называются сверхгигантами. Звездные скопления богаты звездами рядом с главной последовательностью, называемой красными. гиганты. Звезды главной последовательности называются карликами. И слабые горячие звезды называют белыми карликами.

Типы спектральной классификации были более точными, чем попытки измерения температуры. звезды по цвету. Так часто шкала температуры на горизонтальной оси заменяется на спектральные классы, ОБАФГКМ. Преимущество этого было в том, что он был более линейным, чем температура (приятно пробелы и буквы) и содержали больше информации о звезде, чем просто ее температуру ( состояние его атомов).

Диаграмма HR становится инструментом расчета, когда понимаешь, что температура, светимость и размер (радиус) все связаны законом Стефана-Больцмана. Стандартный закон Стефана-Больцмана имеет вид для точечных источников — идеализированный случай. Реальные объекты имеют размер, то есть площадь поверхности. Большой объекты охлаждаются быстрее (излучают энергию быстрее), чем маленькие объекты, поэтому должна быть некоторая корреляция с радиусом. Для звезд светимость, температура и радиус связаны расширением Закон Стефана-Больцмана, который гласит:

L = 4π R 2 σ T 4

Это уравнение можно выразить в единицах солнечной энергии, например:

L / L o = ( R / R o ) 2 ( T / T или ) 4

где L o , R o и T o — светимость, радиус и поверхность. температура Солнца.

Зная из лабораторных измерений, что постоянная Стефана-Больцмана равна 5,67×10 -8 позволяет рассчитать светимость звезды в ваттах (как лампочка), если мы знать радиус звезды в метрах и температуру в градусах Кельвина. Например, Солнце 6.96×10 8 метров в радиусе и имеет температуру поверхности 5780К. Следовательно, его светимость 3.84х10 26 Вт.

На логарифмическом графике член в квадрате R в приведенных выше уравнениях представляет собой прямая линия на графике ЧСС.Это означает, что на диаграмме HR размер звезды легко определить, если ее яркость и цвет известен.

Диаграмма HR — ключевой инструмент в отслеживании эволюции звезд. Звезды начинают свою жизнь в главной последовательности, но затем эволюционируют в красный цвет фаза гиганта и фаза сверхгиганта перед смертью в виде белых карликов или некоторых других более жестокая конечная точка.


Термоядерный синтез :

Производство энергии — это сердце звезд. Он обеспечивает энергию, которая мы видим как свет, и он также обеспечивает тепло и давление, которые поддерживает структуру звезд.Источником энергии для звезд является термоядерный синтез.

Обычно частицы с одинаковым зарядом (положительно-положительный или отрицательно-отрицательно) отталкиваются друг от друга, это называется электростатическим отталкивание. Но при температуре выше 15 миллионов градусов К движения протонов достаточно высоки, чтобы преодолеть электростатический силы и ядра могут « сливаться » с помощью сильного взаимодействия.

Первичным выходом термоядерной реакции являются фотоны в форма гамма-лучей, но большое количество других частиц также производится.

Простейшая реакция синтеза — протон-протонная. цепочка, общая для всех звезд главной последовательности. Он имеет следующие четыре этапов:

Все гамма-фотоны рассеиваются во много раз по сравнению с покинуть звездное ядро. Каждое рассеяние обменивается энергией, так что фотоны преобразуются в видимые, УФ, ИК и радио фотоны, а также в высокоэнергетические, дающие тепловой, планковский спектр.

Проблема нейтрино :

Во время протон-протонной цепочки несколько различных типов материи образуются. создается из энергии, и многие гамма-фотоны высвобождаются.Однако из-за к высокой плотности в ядре звезды, все эти объекты захвачены в центре и, следовательно, мы не можем «видеть», что происходит внутри звезды. Однако также рождается много нейтрино, и нейтрино очень особый тип фундаментальной частицы без электрического заряда, очень маленький масса, и половина единицы спина. Нейтрино принадлежат к семейству частицы, называемые лептонами, которые не подвержены сильной ядерной сила, следовательно, не остановлена ​​материей в ядре звезды.

Нейтрино — самые проникающие из субатомных частиц, потому что они реагируют с веществом только через слабое взаимодействие. Нейтрино не вызывают ионизацию, потому что они не заряжены электрически. Только 1 из 10 миллиарда, путешествуя сквозь материю на расстояние, равное земному диаметром, реагирует с протоном или нейтроном. Однако, поскольку нейтрино слабо взаимодействующие, их так же трудно обнаружить. Наш лучший нейтринные «телескопы» — это большие резервуары с водой, погребенные глубоко под землей. такие как Супер Камиоканде в Японии.Вода содержит много протонов в виде атомы водорода.

Нейтрино от взрыва сверхновой звезды летят на или очень почти со скоростью света и несут много энергии. В редких случаях нейтрино ударит протон в резервуаре с водой (чем больше воды, тем больше шанс). В результате этого столкновения образуется позитрон, который отскакивает с таким высокая скорость, при которой он испускает короткую вспышку света, известную как излучение Черенкова. В резервуар с водой закопан глубоко в землю, чтобы устранить космические лучи и другие взаимодействия, которые могут исказить обнаружение нейтрино.Только нейтрино могут достигать таких глубин.

Хотя нейтрино так сложно остановить, их так много, что возможно проектирование детекторов. К сожалению, детекторы обнаруживают только небольшая часть от того количества нейтрино, которое они должны. Это был главный источником беспокойства и замешательства в течение многих лет, и назывался «проблема нейтрино» или «проблема солнечных нейтрино». Что делает это значит? Давно никто не знал. Это могло означать, что наши идеи о протон-протонной цепочке, нуждающейся в пересмотре, или о том, что есть какие-то неизвестные работает механизм, который поглощает много нейтрино, прежде чем они достигнут Земной шар.Это оставалось загадкой до недавнего времени, когда астрономы и физики предположили, что нейтрино могут изменять свои характеристики когда они движутся к Земле. Итак, когда они добрались до детекторов на Земле, многие из нейтрино фактически превратились в другой тип, другой чем то, что искали детекторы. Убедительным доказательством этого было объявлено в июне 2001 г., и похоже, что «нейтринная проблема» было решено.


Mr Toogood Physics — Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

3.9.2.5 Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (HR)

Общий вид: главная последовательность, карлики и гиганты.

Шкалы осей находятся в диапазоне от –10 до +15 (абсолютная величина) и от $ \ amount {50 000} {K} $ до $ \ amount {2 500} {K} $ (температура) или OBAFGKM (спектральный класс).

Студенты должны быть знакомы с положением Солнца на диаграмме ЧСС.

Звездная эволюция: путь звезды, похожей на наше Солнце на диаграмме HR, от образования до белого карлика.

Жизненный цикл звезд — Что нужно знать

Жизненный цикл звезд довольно сложен и включает множество различных разделов физики, от законов газа до ядерной физики.Многие детали выходят за рамки курса A level, но я включу их позже на этой странице, поскольку они, тем не менее, очень интересны.

Вам важно знать следующее:

  • и пуля; Как пользоваться диаграммой Герцшпрунга-Рассела.
  • и пуля; Путь, по которому пойдет звезда, подобная солнцу.
  • и пуля; От того, как масса звезды определит, как она закончит свою жизнь.

К началу


Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Рисунок 1: Диаграмма Герцшпрунга-Рассела для 100 000 ближайших звезд, сделанная с использованием данных, находящихся в открытом доступе.

HR-диаграмма — очень полезный инструмент, помогающий понять различия между разными типами звезд и то, как звезда меняется на протяжении своей жизни. Он отображает спектральный класс или температуру по оси абсцисс, а абсолютную величину или светимость — по оси ординат. Это не график в прямом смысле слова, и ни одна из осей не начинается с нуля.

Звезды имеют тенденцию попадать в одну из четырех отдельных областей на диаграмме в зависимости от их размера и стадии их жизни.

Рисунок 2: Базовая диаграмма HR.Эти простые формы и оси — это то, что вам нужно запомнить.

Основная полоса посередине диаграммы называется главной последовательностью, и именно здесь звезды будут оставаться на протяжении большей части своей жизни. Самые горячие звезды находятся слева от диаграммы и обычно намного ярче. Более холодные звезды обычно более тусклые и появляются справа от главной последовательности.

В правом верхнем углу диаграммы гигантских звезд и сверхгигантских звезд есть два «облака».Это большие звезды, которые приближаются к концу своей жизни. Большинство типичных звезд (таких как Солнце) к концу своей жизни расширяются и переходят в гигантское облако. Эти звезды намного ярче, поэтому кажутся выше по оси Y, но они также намного холоднее, класса K или M, из-за увеличения площади их поверхности и следуют из закона Стефана. Когда такая звезда заканчивает синтез всего своего топлива, она медленно остывает, образуя звездный остаток, называемый белым карликом. Это очень маленькие тусклые объекты, но они тоже очень горячие, класс B.Солнце образовалось из облака пыли и газа, которое называется туманностью. Это было довольно круто и очень тускло, поэтому не отображалось на диаграмме. Итак, когда Солнце было сформировано, оно просто появляется на диаграмме HR в своем текущем положении. Солнце в течение своей жизни будет следовать по пути, подобному тому, который показан на диаграмме ниже, и вам необходимо знать этот путь.

Рисунок 3: Диаграмма ЧСС может использоваться для отслеживания жизненного пути звезды. В этом случае прослежена жизнь Солнца.

От вас могут потребоваться нарисовать диаграмму ЧСС на экзамене, и вас могут попросить пометить ось x либо температурой спектрального класса , либо температурой , так что стоит потренироваться.При рисовании диаграммы следует помнить о следующих ключевых моментах:

  • Абсолютная величина по оси Y должна начинаться с 15 внизу и доходить до -10. Убедитесь, что вы правильно указали эти числа, от наибольшего к наименьшему, а не наоборот.
  • При отображении температуры ось абсцисс должна идти от $ \ amount {50 \, 000} {K} $ слева к $ \ quantity {2500} {K} $ справа.
  • Главная последовательность должна быть нарисована в виде полосы, а не линии, и должна иметь некоторую кривизну.
  • Ни гигантское облако, ни облако белых карликов не могут коснуться главной последовательности.
  • Абсолютная величина гигантов должна быть меньше 0.
  • Карлики должны иметь абсолютную звездную величину больше 10.
  • Сверхгигантов рисовать не нужно.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела также полезна для сравнения двух разных звезд по размеру или температуре.{4} $:

$$ \ frac {P_ {A}} {P_ {B}} = \ frac {A_ {A}} {A_ {B}} $$

Итак, звезда А должна иметь большую площадь поверхности и, следовательно, больший диаметр.

К началу


Рабочий пример

Красный гигант и звезда главной последовательности имеют одинаковую абсолютную величину, 0, и температуру поверхности $ \ amount {3000} {K} $ $ \ amount {15 \, 000} {K} $ соответственно.

  1. Какие спектральные классы принадлежат двум звездам?
  2. Ожидается, что вы запомните соответствующие температуры для различных спектральных классов, особенно на обоих концах шкалы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *