Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Классификация ЭА.

Основной признак классификации ЭА – это напряжение. Различают:

· Аппараты низкого напряжения (до 1000 В);

· Аппараты высокого напряжения (свыше 1000 В).

Аппараты низкого напряжения (АНН) делят на следующие виды:

- Аппараты управления и защиты (автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой);

- Аппараты автоматического регулирования (стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров);

- Аппараты автоматики (реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов).

Аппараты высокого напряжения (АВН) работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока. К АВН относят следующие виды аппаратов:

- Выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы (КЗ, аварийных режимах);

- Токоограничивающие реакторы для ограничения токов КЗ;

- Шунтирующие реакторы для ограничивания токов перенапряжений и компенсации реактивной мощности;

- Ограничители перернапряжений (ОПН) на основе разрядников и элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой;

- Разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования;

- Измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей.

По конструктивному признаку различают:

- Электромеханические ЭА (с подвижными элементами);

- Электронные аппараты (статические);

- Гибридные ЭА

Функции ЭА

1. Включение и отключение электрических цепей;

2. Контроль и измерение параметров;

3. Защита от аварийных режимов работы;

4. Управление технологическими процессами;

5. Регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров;

6. Преобразование неэлектрических величин в электрические;

7. Создание магнитного поля с определенными параметрами и направлением

Историческая справка и перспективы развития ЭА.

В России термин «аппарат» распространен с 1879 г. электротехником П.Н. Яблочковым на следующие устройства: рубильники, переключатели, коммутаторы, реле, регуляторы.

При создании телефонного аппарата в 1820 году П.Л. Шиллинг применил впервые электромагнитное реле для управления информацией.

При разработке Электромеханических ЭА необходимо обеспечить работоспособность электрических контактов, гашения электрической дуги при размыкании. Большой вклад в развитие теории процессов на контактах и методов гашения электрической дуги внесли ученые: В.В. Петров, М.О. Доливо-Добровольский, А.Я. Буйлов, Г.Т. Третьяк, Г.В. Буткевич и др.

Теорией электромагнитного поля занимались ученые Р.Л. Аронов, Б.К. Буль, В.С. Кулебакина и др.

Первыми статическими аппаратами были дроссели насыщения, управляемые путем подмагничивания постоянным током (магнитные усилители). Наибольшее развитие эти работы получили в 50-60-е годы 20 века. При этом значительный вклад внесли отечественные ученые Е.Л. Львов, Р.А. Липман, Л.В. Шопен и др.

Начиная с 60-х годов с развитием полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров) созданы различные виды быстродействующих реле, регуляторов, пускателей для АД. Однако, их развитие ограничивалось отсутствием электронной базы.

С 80-х годов новый этап в развитии силовой электроники, организованно производство силовых интегральных модулей. Появились новые виды силовых электронных аппаратов, управляющих качеством электроэнергии и коэффициентом мощности.

Однако, электронные ЭА не могут полностью заменить электроменические, так как уступают по ряду важных параметров. Наиболее эффективным является применение гибридных ЭА.

Общие технические требования к ЭА

1. Рабочая температура не должна превышать допустимого предельного значения;

2. ЭА должны обеспечивать необходимую перегрузочную способность (1,5…2) раза;

3. Сопротивление изоляции должно быть больше предельно допустимой величины;

4. Электрическая прочность изолятора относительно корпуса должно быть больше предельно допустимого;

5. Не должны создавать помех для нормальной работы других изделий.

Кроме того к ЭА предъявляют ряд специальных требований по параметрам, надежности, габаритам, массе, условиям эксплуатации.

 

 

Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ.

Источники теплоты в ЭА.

1) При протекании постоянного тока по проводнику

P₌=I ² · R, где P – выделяемая мощность на нагрев проводника;

I – постоянный ток;

R – активное сопротивление.

, где r – удельное сопротивление материала проводника, которое зависит от температуры:

r=r₀(1+αq), где r₀ – удельное сопротивление при начальной температуре;

 q – температура нагрева (перегрев);

α – температурный коэффициент сопротивления.

При протекании переменного тока происходит явление неравномерного распределения плотности переменного тока по поперечному сечению одиночного проводника, которое называется поверхностным эффектом.

Эффект близости – явление неравномерного распределения плотности переменного тока, обусловленное влиянием друг на друга близко расположенных проводников с токами.

Поэтому при переменном токе происходит дополнительные полери мощности, которые учитывают коэффициентом поверхностного эффекта и коэффициентом близости.

К_п≥1 и коэффициент близости К_б≥1 или К_б<1. К_п и К_б зависят от формы и размеров проводника и от отношения

, где f – частота переменного тока;

R₁₀₀ – активное сопротивление постоянному току проводника определенной длины (100 м).

Коэффициент близости еще зависит от расстояния между проводниками.

P_~=K_п·K _б ·P₌= K_п·K _б ·I²R,

где P_~ и P ₌ потери мощности при переменном и постоянном токе соответственно.

Для ферромагнитных материалов, K_п и K _б больше, чем у немагнитных материалов.

2) Потери на вихревые токи вызывают перегрев в магнитопроводе.

Вихревые токи возникают, когда переменный магнитный поток пронизывает ферромагнитные части аппарата.

Потери больше в сплошных замкнутых магнитопроводах, поэтому применяют листовые шихтованные сердечники.

3) В коммутационных аппаратах источником теплоты является электрическая дуга.

4) Перегрев от терния подвижных частей.

5) Диэлектрические потери также вызывают перегрев ЭА.

Режимы нагрева ЭА.

·

t

tогр

q

q

t

t

qуст

q

продолжительный ( S 1), при котором температура нагрева аппарата достигает установившегося значения и аппарат при этом остается под нагрузкой длительное время.

 

· Прерывисто-продолжительный, при котором ЭА остается под нагрузкой при установившемся значении температуры ограниченное техническими условиями время.

· Кратковременный ( S 2), при котором в период нагрузки температура частей аппарата не достигает установившегося значения, а при отключении достигает температуры холодного состояния.

·

q

tн

tп

tц

t

qуст

t

qуст

q

КЗ

Повторно-кратковременный (S3), при котором температура частей электрического аппарата во время нагрузки не достигает установившегося значения, а за время паузы не достигает температуры холодного состояния.

Относительная продолжительность включения

· Режим короткого замыкания – частный случай кратковременного режима работы, когда температура значительно превосходит установившееся значение температуры при нормальном режиме работы.

 

Термическая стойкость ЭА.

Термическая стойкость – это способность выдерживать без повреждений термическое воздействие токов заданной длительности.

Наиболее напряженным является режим к.з. Термическая стойкость в этом случае зависит не только от режима к.з., но и от температурного состояния аппарата.

Количественной характеристикой термической стойкости является ток термической стойкости, протекающий в течение некоторого времени.

В режиме к.з. токи по сравнению с номинальными возрастают в десятки раз, а мощность в сотни раз. К.з. – это аварийный режим работы, а поэтому время его воздействия ограничивается на минимально возможное (t≤0,1T, т.е. не превосходит время нагрева при адиабатном процессе). Температура ЭА может достигать значений, превосходящих допустимую в продолжительном режиме.

В ЭА приняты следующие значения максимальных температур:

- для неизолированных токоведущих частей из меди до 300ºС;

- алюминиевых частей – 200 ºС;

- токоведущих частей (кроме алюминия), соприкасающихся с изоляцией и маслом – до 250ºС.

Режим нагрева при к.з. адиабатный, поэтому теплоотдачей в окружающую среду можно пренебречь.

Адиабатный процесс – термодинамический процесс, при котором система не получает теплоты извне и не отдает ее. Быстропротекающие процессы можно рассматривать как адиабатные.

Сила тяги электромагнита.

По формуле Максвелла определяют силу притяжения электромагнита:

, где В_δ – индукция в зазоре;

S_δ – эквивалентное сечение воздушного зазора;

μ₀ – магнитная проницаемость воздуха

Формула справедлива, если индукция в воздушном зазоре распределена равномерно. В других случаях зазор разделяют на отдельные участки или определяют среднее значение индукции.

При однородном магнитном поле:

, где Ф = В_δ · S_δ – магнитный поток.

При переменном токе создается переменный магнитный поток:

Ф = Ф_m·sinωt

,   

где F_max=Ф²_m/(2·μ₀·S_δ).

Т.е. сила притяжения пульсирует с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением. Электромагниты переменного тока снабжаются короткозамкнутыми витками из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывая часть полюса.

Принцип работы: Ф=Ф₁+Ф₂

При этом в короткозамкнутом витке индуцируется ЭДС и ток, сдвинутый примерно на 90º, пульсации Ф и Е происходят меньше, исключая вибрацию якоря.

Электрические контакты.

Электрический контакт – это соприкосновение тел, обеспечивающее протекание тока в электрической цепи (называют контакты или контакт-детали).

Классификация электрических контактов:

1. По виду соединения:

1) взаимнонеподвижные:

· разъемные (болтовые);

· неразъемные (сварные, паяные);

2) взаимоподвижные неразмыкающиеся – предназначены для осуществления передачи электрической энергии с неподвижных частей установки на подвижную или наоборот:

· щеточные скользящие;

· жидкометаллические;

· роликовые;

3) взаимоподвижные размыкающиеся – расходящиеся во время работы:

· мостиковые;

· розеточные;

· пальцевые или ножевые;

· с плоскими пружинами.

2. По форме контактирования:

- точечный;

- линейный;

- поверхностный (плоскостный).

Износ контактов.

Износ под действием электрических факторов называется электрическим износом – эрозией.

При размыкании.

При малых токах с эрозией борются:

1) применяя специальные эрозионно-устойчивые материалы;

2) применение шунтирующей RC-цепочки, включенной параллельно контактам (при размыкании часть энергии при размыкании расходуется на заряд конденсатора).

При больших токах износ контактов зависит:

· от числа замыканий;

· от напряженности магнитного поля;

· от силы тока (I↑, σ↑);

· от ширины контакта (обратнопропорционально);

При этом от напряжения и от скорости расхождения контактов износ практически не зависит.

При замыкании.

При замыкании контактов:

1) На износ влияет дребезг – это соударение упругих элементов, которое происходит с затухающей амплитудой.

2) От соотношения механической и тяговой характеристики аппарата. Чем больше скорость замыкания контактов, тем больше удар и дребезг, поэтому тяговая характеристика должна обеспечить четкое включение и не иметь чрезмерных запасов.

3) От начального нажатия и жесткости контактной пружины. Чем больше сила, тем меньше отброс и дребезг, а значит и износ. Повышение начального нажатия ограничено тяговой характеристикой. Если начальное нажатие F_н превосходит значение, при котором МДС втягивающей катушки становится недостаточной для деформирования пружины и имеет место отброс всей системы, износ возрастает.

Дребезг контактов и способы борьбы с ним.

1)

А

0

U

I

В

E

C

D

F

G

t

t

t

А

C

D

F

G

точка А (t=0) соприкосновение контактов.

Ток увеличивается, напряжение стремится к нулю. Началось смятие материала и торможение контактов.

2) Точка В (х=0). Контакт остановился, началось упругое восстановление материала контактов и обратное движение подвижного контакта.

3) Точка С – упругое восстановление материала контактов прекратилось, но подвижный контакт по инерции начинает отходить, происходит разрыв контактов. Ток стремится к нулю, напряжение растет. Контакт отходит на расстояние x_к.

4) Точка D – под действием пружины контакт замыкается. Происходит смятие материала

х_к – амплитуда колебаний контакта;

х_д – величина упругой деформации;

х₀ – остаточная деформация.

Если х_к > х_д то произойдет разрыв цепи. Такой дребезг является опасным.

Если х_к < х_д, несмотря на наличие дребезга, разрыва цепи не произойдет. Такой дребезг является неопасным.

Применяются контактные материала, обладающие достаточной упругостью, поэтому даже теоретически избежать дребезга контактов при их замыкании невозможно. Необходимо конструировать ЭА так, чтобы дребезг был неопасным. Амплитуду х_к необходимо всемерно снижать. Время дребезга не должно превосходить 0,5-1 мс.

Способы снижения дребезга:

· За счет увеличения начального нажатия;

· Увеличение жесткости пружины;

· Уменьшение массы подвижных контактов;

· Уменьшение скорости замыкания контактов.

Способы гашения дуги.

Для гашения дуги необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети.

Таким образом, дугу можно гасить:

- Увеличивая ее длину (растягивая).

- Воздействуя на ее ствол и добиваясь повышения продольного градиента напряжения.

- Используя около электродные падения напряжения.

- Увеличивая скорость и давление внутри дуги.

1)

v

H

I

H

v

I

v

I

I

I

I

H

N

S

H

v

Гашение дуги в магнитном поле.

В магнитном поле сила, действующая на единицу длинны дуги:

F ₁ = I · H,         где I – ток в дуге;

                     H – напряжение магнитного поля.

Сила сопротивления движению при равномерном перемещении дуги:

F₂=k·v²

F₁=F₂; I·H=k₂v²;

Поле гашения создается самим током.

H=k₁·I, тогда =k·I

k – коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально.

I

I

I

lд

v

H

v

lд

I

II

III

l1

l2

0

l_д – расстояние между контактами (длина дуги).

I – 0<l_д<l₁=0,5…1 мм. Скорость движения мала, существует перешеек из расплавленного металла.

II – l₁<l_д<l₂ – резкое возрастание скорости с увеличением дуги. Разрыв расплавленного металла.

III – l_д>l₂ – снижение скорости.

2) Гашение дуги в продольных щелях.

При конструировании дугогасящих устройств ставится следующая задача:

- Гасить дугу в малом объеме;

- При малом звуковом и световом эффекте;

- За малое время;

- При малом износе контактов;

- При заданных перенапряжениях.

1

2

Продольной называется щель, ось которой совпадает по направлению с осью ствола дуги.

Широкой называется щель, ширина которой значительно больше диаметра ствола дуги. Узкой называется щель, ширина которой меньше диаметра дуги.

δ

I

II

III

δкр

0

v

H1

H 3

H 2

δ – ширина дуги.

H₁>H₂>H₃

I = const

 

 

I. В широких щелях скорость почти не зависит от ширины щели. По мере сужения ширины щели скорость возрастает.

II. В узких щелях скорость растет

III. При δ>δ_кр. Скорость дуги падает вплоть до ее остановки. В узкой щели дуга деформирована и плотно прижата к стенкам. Причиной остановки дуги являются тепловые явления у стенок камеры: стенки разогреваются, на них появляется контактные перешейки.

δ

Ед В/см

I1

I3

I2

Зависимость продольного градиента Е_д=f (δ)

I₁>I₂>I₃

H = const

 

 

Т.о для получения интенсивного гашения дуги в малом объеме ширину зазора надо уменьшать. Ограничение связано с движением дуги в узких щелях.

Градиент напряжения не зависит от скорости. Наличие ребер, прорезей повышает напряжение на дуге, охлаждает дугу.

3) Гашение дуги высоким давлением.

Проводимость дугового промежутка зависит от степени ионизации газа. При постоянной температуре степень ионизации:

 , т.е. падает с ростом давления.

Это означает, что для проведения того же тока при более высоком давлении необходимо приложить более высокое напряжение. Продольный градиент напряжения в дуге возрастает с ростом давления.

С ростом давления возрастает теплопроводность газа. При прочих равных условиях это приводит к усиленному охлаждению дуги и к увеличению градиента напряжения в ней.

В устойчиво горящей дуге: k=1/3.

E _p =E₀·p^k·10^-k

E₀ – градиент напряжения при нормальном напряжении.

При дуге отключения k=0,5…1.

Применяется способ в плавких предохранителях – давление создается самой дугой в замкнутом объеме.

4) Гашение дуги в масле.

Применяется в выключателях переменного тока высокого напряжения. Контакты погружаются в масло, при разрыве контактов возникает дуга, которая приводит к интенсивному испарению масла. Вокруг дуги образуется газовая оболочка, газы перемещаются с огромной скоростью, вызывая перемешивание холодного и горячего воздуха в пузыре, дуга охлаждается, происходит деионизация дугового промежутка.

Быстрое разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что способствует гашению дуги.

Различают масляные выключатели по следующим признакам:

1) Дуговые устройства с автодутьем за счет энергии самой дуги;

2) С принудительным импульсным масляным дутьем;

3) С магнитным гашением дуги в масле. Под влиянием магнитного поля дуга перемещается в узкие, наполненные маслом, щели.

5) Гашение дуги в дугогасящих решетках.

Над контактами ЭА устанавливаются неподвижные изолированные друг от друга металлические пластины, образующие дугогасящую решетку. Возникающая при отключении дуга загоняется в эту решетку, где разбивается на ряд коротких дуг.

У каждой пластины решетки возникает околоэлектродное падение напряжения.

а) Гашение дуги постоянного тока.

Напряжение на дуге в решетке U_д.р.:

U_д.р.=U_д.о.+U_э·m

U_д.о – напряжение открытой дуги;

U_э – электродное падение напряжения;

m – число пластин.

Статические ВАХ.

U

I

2

1

Uд.р

Uэ.т

Uд.о

1 – ВАХ открытой дуги;

2 – ВАХ дуги в решетке.

 

 

б) Гашение дуги переменного тока.

При переменном токе можно использовать меньшее чисто пластин, чем при постоянном, так как ток проходит через 0. В это времяокотокатодное пространство приобретает электрическую прочность 150-250 В. Решетка действует эффективнее.

Для вхождения дуги в решетку она должна быть из магнитного материала (сталь), что удешевляет конструкцию. При переменном токе вихревые токи отталкивают дугу от решетки (при 50 Гц пренебрегают), при частоте f > 50 Гц – силы взаимодействия отталкивают дугу от решетки.

 

Выводы:

1) Для гашения дуги необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети. Для этого применяют:

· Увеличивают длину дуги;

· Повышают продольный градиент напряжения, воздействуя на ствол дуги;

· Используют околоэлектродное падение напряжения;

· Увеличивают скорость и давление дуги.

2) Чаще всего применяют комплексные методы гашения дуги.

 

Раздел 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

Предохранители.

Предохранитель – это электрический аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и перегрузки цепи.

Основной элемент предохранителя – плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится), отключая цепь.

По конструкции предохранители классифицируются:

- открытые (не защищены патроном);

- закрытые (закрытый патрон);

- засыпные (вставка заполнена наполнителем).

Материалы плавких вставок: медь, цинк, алюминий, свинец, серебро. Медь окисляется, поэтому покрывается оловом. В засыпных применяется кварцевый песок (SiO₂), мел (CaCO₃).

Особая группа предохранителей:

- жидкометаллические, применяется галлий или сплав галлий-иридий-олово, которым заполняется канал расчетного сечения в герметичном и вакуумнированном патроне. При срабатывании металл из жидкого состояния переходит в парообразное, давление воздействует на расцепитель, происходит отключение цепи. Затем пары переходят в жидкое состояние и предохранитель вновь готов к работе.

- Инерционные предохранители имеют две вставки разного сечения, которые обеспечивают защиту как от токов к.з., так и при небольших токах перегрузки.

I , А

t , сек

Iном

Iпогр

Время-токовая характеристика (защитная, ампер-секундная) – зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока.

I_ном – номинальный ток, который указан на вставке.

I_погр – пограничный ток, при котором вставка  перегорает за время не менее 1 часа. Применяется в расчетах.

 

 

Плавкие вставки изготавливаются фигурными:

§ для снижения уровня перенапряжений;

§ уменьшения засорения внутренней полости патрона парами металла

§ уменьшения тепловых потерь

В некоторых случаях, когда требуется высокая отключающая способность предохранителя, его патрон изготавливают из фибры. При перегорании вставки и соприкосновении дуги со стенками патрона, происходит интенсивное газовыделение, что увеличивает давление, дуга гасится, увеличивается отключающая способность предохранителя.

Полное время срабатывания предохранителя:

t = t₁ + t₂ + t₃,

где t₁ – время нагрева плавкой вставки от температуры окружающей среды до температуры плавления;

t₂ – время плавления вставки;

t₃ – время гашения дуги.

Наиболее распространены серии предохранителей:

ПР-2    от 15 до 1000 А;     U=380; 500 В

ПП-2   30…6300 А;            U=150…1300 В

ПРС              до 100 А                  U до 500 В

Номинальный ток предохранителя – ток, при котором предохранитель работает длительное время не плавясь.

I , А

t , сек

Iном

Iпогр

3

1

2

Предохранитель должен плавиться мгновенно только при токах к.з. При перегрузках отключение должно происходить после определенной выдержки. Такое свойство называется инертностью.

1, 2 – характеристика инерционного предохранителя;

1 – при малых токах перегрузки;

2 – при больших токах к.з.

3 – неинерционный предохранитель.

 

 

Соединители (разъемы)

Соединитель – это сетевой электрический аппарат, предназначенный для одновременного присоединения или отсоединения нескольких электрических цепей. Они состоят из нескольких пар гнезд и соответствующих им штырей (вилка и розетка).

Позволяет быстро соединить и разъединить ЭА и жгуты, независимо от числа проводов.

Классификация электрических соединителей:

По исполнению:

· негерметичные;

· герметичные;

· температуростойкие;

· тропически устойчивые.

По форме корпуса:

- прямоугольные;

- цилиндрические.

По конструкции:

1) серии ШР (вилка и розетка).

2) серии РТ (разъем теплостойкий)

2РТ – до 250 ºС.

4РТ – жаростойкие.

Недостаток 1) и 2) -- большие габариты.

3) РМ – разъем малогабаритный (до 100 ºС).

2РМ до 200 ºС

4) Герметичный (герметичной выполняется вилка, расположенная в корпусе). Заполняется резиной, пропитанной заливкой, герметиком или армированием штырей пластмассой или стеклом (2РМГП)

По назначению:

§ высокочастотные;

§ низкочастотные.

По применению (месту):

- межблочные;

- внутриблочные (межъяйчеечные).

В зависимости от конструкции контактных пар:

· с гладкими плоскими штырями;

· с круглыми штырями;

· с пружинными гнездами;

· с гиперболоидной поверхностью штыря.

 

По степени унификации:

v стандартные;

v наборные;

v нестандартные.

По режиму эксплуатации:

ü временного использования (аэродинамические, разрывные);

ü постоянного использования (сетевые, агрегатные).

Параметры разъемов:

- количество контактных пар;

- переходное сопротивление;

- рабочее напряжение;

- максимальный рабочий ток;

- рабочий диапазон частот;

- масса и габариты;

- срок службы

- усилие свинчивания (сжатия, соединения).

- эксплуатационные характеристики.

Внутриблочные разъемы применяются для электрического соединения между собой функциональных яйчеек с помощью печатного или проводникового монтажа. Вилки разъемов устанавливают на передних панелях ячеек и закрепляют винтами или заклепками, а их выводы паяют в металлизированные отверстия плат или к контактным площадкам. Розетки разъемов устанавливают и крепят на жгут или прямо на шасси. Разъемы имеют прямоугольную форму.

Примеры обозначений:

ГРПМ – гиперболоидный прямоугольный малогабаритный;

ГРППМ и ГРПП – прямоугольные для печатных плат;

МРН – малогабаритный низкочастотный.

Буквы обозначает тип разъема.

Цифра после букв – номер типа.

Цифра после дефиса – число контактных пар.

Буквы: Ш – штырь-вилка;

            Г – гнездо-розетка;

            П – выводы прямые;

            У – под углом;

            Н – пайка на передней панели;

            О – неплавающая розетка; ПЛ – плавающая.

После цифры – покрытие (1 – золото; 2 – серебро)

Межблочные разъемы для электрических соединений цепей между блоками.

Розетки крепят на лицевых панелях или стенках корпусов с помощью прямоугольных фланцев и винтов. Для герметичных разъемов розетки заливают герметиком – компаундом или ставят на уплотнительные прокладки.

Вилки припаивают к кабелям или жгутам, помещенных в металлическую оплетку (экран).

Стандартные высокочастотные разъемы: СР-50; СР-75.

Малогабаритные разъемы 2РМ – низкочастотные, цилиндрические.

2РМГ – герметичные.

МРН-1 малогабаритный цилиндрический низкочастотный.

РП15-32 прямоугольный низкочастотный.

РПС – прямоугольный низкочастотный специальный.

ШР – штепсельные разъемы для специальной техники (авиационные).

2РТ – теплостойкий (до 250 ºС).

Резисторы, реостаты.

Резистор – самостоятельный элемент (или часть ЭА), предназначенный для ограничения или регулирования тока или напряжения в цепи.

Выполняется из материала с высоким удельным сопротивлением.

Классификация.

I. По выполняемой функции:

· постоянные;

· переменные.

II. По схеме включения:

Реостат                           Потенциометр

i = const

u = var

u = const

i = var

 

III. По форме характеристики:

· линейные;

· нелинейные;

IV. По форме каркаса:

· прямолинейные;

· дуговые;

· кольцевые.

V. В зависимости от материала токопроводящего элемента:

· проволочные;

· непроволочные.

- поверхностные (состоят из трубчатого керамического каркаса, на поверхность которого нанесена пленка углерода, металла, оксида металла, металлического сплава);

- объемные (имеют токопроводящий слой внутри каркаса).

Непроволочные резисторы безындукционны, имеют малую массу, габариты и стоимость. Допускаемая мощность рассеивания невелика (десятки ватт), например типа МЛТ (металлизированные лакированные теплостойкие). Такие элементы являются типовыми, изготовляются согласно ГОСТ.

Проволочные могут быть типовыми (ПЭВ – проволочный эмалированный влагостойкий) и специальными.

К специальным относятся авиационные:

Ø балластные;

Ø пусковые;

Ø выносные реостаты регуляторов напряжения;

Ø потенциометры автоматических систем.

Проволочные резисторы бывают:

o бескаркасные;

o каркасные;

o рамочные;

o чугунные литые;

o стальные штамповочные.

Конструктивно проволочный каркасный резистор состоит из следующих частей:

- элемента сопротивления (каркас + обмотка);

- зажимов или выводов;

- крепежных и защитных выводов;

- ползунка (у переменных резисторов).

Материалы резисторов: константан, манганин, нихром, фехраль, хромаль, сплавы.

Реостат – аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которых можно регулировать сопротивление.

По назначению:

- пусковые для пуска электродвигателей.

- пускорегулирующие для изменения частоты вращения электродвигателей.

- реостаты возбуждения – регулируют ток в обмотке возбуждения

- нагрузочные или балластные – для регулирования нагрузки генераторов при испытаниях.

 

Электромеханическое реле.

Электрическое реле – коммутационное устройство, предназначенное производить скачкообразные изменения в управляемых цепях при заданных значениях воздействующих величин.

Электромеханическое реле – электрическое реле, работа которого основана на использовании относительного перемещения его элементов.

Y

Ymax

X

X в

X ср

Y

Ymax

X

X в

X ср

а)

б)

Y

Ymax

X

Ymin

X в

X ср

в)

Y

Ymax

X

X в

X ср

г)

Статическое (электронное) реле – принцип работы его не связан с относительным перемещением элементов.

Характеристика управления:

 

а), б), г) – электромеханические реле. в) – электростатическое реле.

а), б), в) – максимальные реле. г) – минимальные реле.

а), в), г) – работающие на замыкание. б) – работающие на размыкание.

Y – выходной параметр;

X – входной параметр;

X_ср – параметр срабатывания;

X_в – параметр возврата;

Классификация:

1. По принципу действия:

- электромагнитные;

- магнитоэлектрические;

- индукционные;

- электротепловые;

- пьезоэлектрические;

- электро- и ферродинамические;

- магнитострикционные.

Магнитострикция – изменение размеров кристаллического тела при намагничивании. Таким свойством обладают: никель, альсифер, пермаллой, пермендюр. Служат для преобразования магнитной энергии в механическую, датчики давления.

- вибрационные;

- герконовые.

2. По назначению:

· реле управления (для управления и защиты электроприводов);

· реле защиты для электростанций, сетей и систем.

3. По роду тока:

§ постоянного;

§ переменного.

4. По выполняемой функции:

o Логические – срабатывание и отпускание (входная величина подана или нет)

Ø промежуточные (для размножения и усиления сигнала);

Ø указательные (для указывания срабатывания и возврата других коммутационных аппаратов);

Ø реле времени (для создания выдержки времени).

o Измерительные – срабатывают с определенной точностью при заданном значении характеристической величины. (Напряжение подается постепенно).

Термины и определения:

1) Характеристическая величина – это электрическая величина, нормируемая по точности и определяющая функциональный признак реле. Для ее образования необходимы одна или несколько входных воздействующих величин.

Максимальное электромеханическое реле – это измерительное реле, срабатывающее при значениях характеристической величины большей заданного значения.

Минимальное электромеханическое реле – это измерительное реле, срабатывающее при значениях характеристической величины меньшей заданного значения.

2) Уставка по характеристической величине – заданное значение характеристической величины, при котором реле должно срабатывать. Для этого реле должно иметь возможность настройки.

3) Срабатывание электромеханического реле – выполнение реле той функции, для которой оно предназначено.

4) Возврат реле – переход в исходное состояние из состояния, в котором оно находится после срабатывания.

5) Коэффициент возврата – отношение значения параметра возврата к значению параметра срабатывания.

К_в=X_в/X_ср

Если К_в < 1 – максимальное реле.

Если К_в > 1 – минимальное реле.

При К_в стремящемся к единице реле называют с узким пределом срабатывания.

Для надежного срабатывания логического реле рабочее значение входной величины x_р выбирается с запасом:

6) Коэффициент запаса по входной воздействующей величине:

К_з=X_р/X_ср

В зависимости от того, возвращается ли реле в исходное состояние после устранения воздействия, реле подразделяют на одностабильные и двустабильные.

Y

X

X ср2

X ср1

0

Одностабильные реле возвращаются, для возврата двустабильных реле необходимо приложить другое воздействие.

 

Характеристика управления двухстабильного реле.

 

 

Электромеханическое реле с нормируемым временем (реле времени) имеют уставку выдержки времени, в течении которого реле должно сработать.

Электрические реле постоянного тока, которые срабатывают в зависимости от направления тока называются поляризованными.

· Тяговая характеристика электромеханического реле – это зависимость электромагнитной силы, действующей на якорь, от значения рабочего зазора.

F_эм=f(δ)

Тяговая характеристика при медленном перемещении якоря, если можно пренебречь изменением тока в обмотке называется статической; а при быстром – динамической.

· Механическая характеристика – зависимость суммарной силы (за вычетом электромагнитной силы), действующей на якорь от значения рабочего зазора.

F

δ

δ min

δ max

1

2

3

Механическая характеристика при медленном перемещении, когда можно пренебречь силами инерции движению масс, называется статической. Механическую характеристику называют противодействующей.

1 – тяговая срабатывания.

2 – механическая характеристика.

3 – тяговая отпускания.

Тяговая и механическая характеристика должны быть согласованы. Чаще согласовывают статические, так как динамические сложно определить.

Электромагнитные реле – это электромеханическое реле, функция которых основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный якорь.

Принцип действия: при прохождении тока по катушке создается магнитный поток, который замыкается по магнитной цепи реле (сердечник-якорь-ярмо-сердечник). Под действием магнитного поля происходит притяжение якоря к сердечнику. При этом контакты реле размыкаются или замыкаются (т.е. происходит замыкание или размыкание в коммутируемой цепи).

Классификация электромагнитных реле (по выполняемой функции):

§ Электромагнитные реле для промышленных автоматических устройств управления электроприводом. К ним относят серии:

РПЛ-1 (для цепей переменного тока до 660 В);

РПЛ-2 (для цепей постоянного тока до 440 В).

§ Электромагнитные реле защиты.

Серии РТ-40 для цепей переменного и постоянного тока.

§ Электромагнитные реле радиоэлектроники.

Серии РЭС-80 – самые многочисленные, герметичной конструкции.

§ Поляризованные электромагнитные реле (постоянного тока). Делят на: высокочувствительные (1 переключающий контактный узел); менее чувствительные (до 12 контактных узлов). МДС и мощность срабатывания высокочувствительных поляризованных реле меньше, а быстродействие выше.

Серия РПС-47 – имеют высокую термическую стойкость и допускают продолжительное протекание тока

§ Индукционные реле переменного тока. Действие основано на использовании сил взаимодействия переменных магнитных полей неподвижных обмоток с токами, индуцированными в подвижном проводящем элементе (диск, рамка, цилиндр). Применяется как реле тока и мощности. Инерционны.

Серии РТ-80, РТ-90.

§ Герконовые реле. Имеют магнитоуправляемый контакт герметизированный (геркон).

Достоинства герконовых реле:

U устранение воздействия окружающей среды;

U повышение износостойкости контактов;

U упрощение конструкции коммутационных аппаратов.

Серия РЭС-45 –герконовое реле напряжения.

РТГ-01010 – герконовое реле тока.

§ Тепловые реле – биметаллические. Серии ТРП.

Контакторы

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей как при номинальных, так и при токах перегрузки.

Наибольшее распространение получили контакторы с электромагнитным приводом. Контакторы бывают постоянного и переменного тока.

Параметры контактора:

- Механическая и коммутационная износостойкость;

- Номинальный ток главных контактов;

- Предельный отключаемый ток;

- Номинальное напряжение отключаемой цепи;

- Допустимое количество отключений в час;

- Собственное время включения и отключения.

Серия КПВ-600 – контактор постоянного тока, дугогашение производится магнитным дутьем.

КТ-6000 – контактор переменного тока до 1000 А, на напряжение 380В и 660 В.

1

2

б

а

в

г

F

δ

Тяговая характеристика контактора.

1 – тяговая характеристика ;

2 – механическая характеристика противодействующих усилий.

Характеристика (1) должна быть выше характеристики (2) – условие надежной работы.

а – момент соприкосновения контактов.

б – в – провал контактов;

в – г – раствор контактов (максимальный зазор)

 

Разновидности НКУ

Магнитные пускатели

1. Магнитный пускатель – это НКУ, предназначенное для пуска, остановки, реверса и защиты электродвигателя.

Его отличие от контактора – наличие устройства защиты (обычно тепловое реле) от токовых перегрузок.

Применяются контакторы: МК1, 2; КТ12Р; КМ 2000; МК3; КТ6600; КМ13.

КК – тепловое реле. Типы РТТ, РТЛ, РТН.

Магнитные пускатели серий: ПМЕ; ПМА; ПМЛ.

~

QF

KM

FU1

FU2

SB2

SB1

KM

KM

KK

M

KK

KK

SB1 – кнопка «Пуск».

SB2 – кнопка «Стоп».

 

 

2. Станции управления – комплектные устройства, объединенные общей конструкцией и собранное из отдельных блоков, электрических аппаратов, приборов и сигнальных устройств, связанных одной электрической схемой.

Выполняются в открытом и защищенном виде. Например, открытого исполнения: блоки управления, щиты управления и т.п.; защищенного: шкафы управления, щиты станций.

3. Пульты управления – это комплектное устройства, состоящие из одного или нескольких корпусов, имеющих форму стола с крышкой, на котором монтируются электрические аппараты.

4. Устройства распределения – применяют в силовых и осветительных сетях и для управления электроприводами электрических аппаратов. Приборы скомпонованы в типовые блоки, из которых комплектуются сборки по любой электрической схеме. Сборки комплектуют по номинальному напряжению, току, назначению, конструктивному исполнению.

 

Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

Используются в электроэнергетических системах для осуществления всех необходимых изменений схем и электроснабжения потребителей, как в нормальных, так и в аварийных условиях, для обеспечения непрерывного контроля над состоянием системы высокого напряжения, для ограничения возникающих перенапряжений и токов короткого замыкания.

Классификация аппаратов ВН по функциональному признаку:

1) Коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели).

2) Измерительные (трансформаторы тока, напряжения).

3) Ограничивающие (предохранители, токоограничивающие реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений).

4) Компенсирующие (управляемые и неуправляемые реакторы).

5) Комплектные распределительные устройства.

 

Высоковольтные выключатели

Предназначены для осуществления оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для осуществления операций включения и отключения отдельных цепей при ручном и автоматическом управлении.

Основные параметры выключателя высокого напряжения:

1) Номинальное напряжение (линейное напряжение) Uн – это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.

Номинальное напряжение не должно быть больше максимального рабочего напряжения: U_ном ≤ U_раб.max

Наибольшее рабочее – номинальное по МЭК, установленное для продолжительной работы:

Номинальное:       Максимальное рабочее:

3 кВ                                 3,6 кВ

10 кВ                     12 кВ

220 кВ                   252 кВ

2) Номинальный уровень изоляции – характеризуется значениями испытательных напряжений, воздействующих на основную изоляцию аппаратов.

3) Номинальный ток (действующее значение номинального тока) – это наибольшее значение номинального тока по условиям нагрева токоведущих частей.

4) Номинальный ток отключения – это ток, который выключатель может отключить при наибольшем рабочем напряжении.

5) Номинальный ток включения – это наибольший ток, который выключатель может включить при наибольшем рабочем напряжении.

6) Предельный ток отключения – это максимальный ток, который аппарат может отключить без разрушения и повреждения.

7) Номинальная мощность отключения: S_откл=√3·U_ном·I_{откл.ном}

8) Ток динамической устойчивости – это максимальное значение тока, который способен пропустить выключатель не повреждаясь и без отброса контактов.

9) Ток термической стойкости – ток, который выключатель способен пропустить не повреждаясь (отнесенный к определенной длительности времени).

10) Время включения и отключения.

По конструкции и принципу действия различают следующие виды выключателей:

а) Воздушные выключатели;

б) Элегазовые;

в) Масляные;

г) Электромагнитные;

д) Вакуумные.

Воздушные выключатели.

Среда дугогашения – сжатый воздух. Столб дуги, образованный на размыкающихся контактах под действием воздушных потоков растягивается и быстро перемещается в сопла, где происходит ее гашение.

Способы дутья:

1) Одностороннее через металлическое сопло.

2) Одностороннее через изолированное сопло.

3) Двухстороннее дутье через полые контакты.

4) Двухстороннее ассиметричное через полые контакты.

В механизме гашения дуги переплетаются электрические процессы в столбе дуги и газо-термические процессы гашения дуги.

сг

сх

сх

Отношение скорости движения потока холодного воздуха по отношению к скорости потока горячего воздуха примерно составляет:

с_х/с_г=50

При вытекании газа из дугогасящего устройства его поток встречает на пути мощный источник тепла, который тормозит воздушный поток, таким образом уменьшается расход воздуха. Это так называемый термодинамический эффект. Он может полностью закупорить сопло дугой, что приводит к нарушению дугогашения и разрушению всей системы. Поэтому размеры диаметра сопла зависит от тока отключения.

Разрушение столба дуги происходит как термодинамически, так и механически: в начальной стадии нарастания электрической прочности (при переходе тока через ноль), а в дальнейшем – за счет интенсивных турбодинамических процессов, производящих разрушение дуги. За счет этого происходит последующее увеличение прочности, в результате внедрения холодного воздуха.

Область применения воздушных выключателей велика. Они могут применяться при любых условиях, имеют максимальные технические характеристики. Поэтому они получили максимальное распространение.

Достоинства:

· Высокая отключающая способность;

· Пожаробезопасность;

· Высокое быстродействие;

· Способность коммутации токов короткого замыкания.

Недостатки:

· Наличие дорогостоящего компрессорного устройства (давление 6-8 МПА).

· Высокая чувствительность к скорости восстановления напряжения при не удаленном коротком замыкании.

· Возможность среза тока при отключении малых индуктивных токов (отключение силовых трансформаторов).

Элегазовые выключатели

 

Принцип действия – как у воздушных, но вместо воздуха подается элегаз (гексафторид серы) – электроотрицательный газ, который обладает свойством «поглощать» свободные электроны, превращаясь в тяжелые ионы.

Дугогасящая способность в 4-5 раза выше. Более быстродействующие (дуга не может восстановиться при переходе через ноль).

В элегазовых устройствах истечение газа через сопла происходит не в атмосферу, а в закрытую емкость. При этом избыточное давление 0,5-0,6 МПа.

Недостатки:

· Низкая температура сжижения (-64 ºС);

· Под влиянием дуги элегаз разлагается на химические соединения, которые могут вызвать разрушение изоляции. Но степень разложения невелика, кроме того газ обладает способностью на восстановление.

Масляные выключатели

 

Гашение дуги происходит путем эффективного ее охлаждения в потоке газопаровой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения испарений масла.

Основные условия для наиболее эффективного дугогашения в масле:

Ø Интенсивное дутье газопаровой смеси в зоне гашения дуги в момент прохождения тока через ноль.

Ø Максимально возможное давление газопаровой смеси в конце полупериода тока.

Этапы гашения дуги:

1) Дуга горит в замкнутом пространстве, создавая за счет разложения масла значительное давление (режим замкнутого пузыря).

2) Истечение газопаровой смеси из области замкнутого объема через рабочие каналы, которые открываются при перемещении контакта, изменяется давление, происходит затягивание дуги в каналы. Столб дуги распадается, восстанавливается электрическая прочность промежутка.

3) Удаление горячих газов, продуктов разложения из камеры; заполнение ее свежим маслом (т.е. подготовка камеры к следующему включению)

 

Достоинства:

· Нет ограничения по току и напряжению;

· Простота конструкции.

Недостатки:

o Пожароопасность;

o Сложность эксплуатации из-за необходимости контроля и пополнения уровня масла.

Классификация:

I. По назначению:

§ Баковые (многообъемные) – масло используют для гашения и изоляции токоведущих частей.

§ Горшковые (маломасляные) – масло используют только для гашения дуги и изоляции контактов.

II. По способу дутья:

- Продольного дутья;

- Поперечного дутья;

- Комбинированного дутья

Вакуумные выключатели

Принцип действия – гашение дуги производится в закрытом безвоздушном пространстве.

При расхождении контактов в вакуумной дугогасящей камере между контактами образуется жидкометаллический мостик, который потом разрушается. Происходит ионизация паров металла жидкометаллического мостика под воздействием напряжения сети. Таким образом, дуга в вакууме существует за счет ионизации паров контактного мостика, а затем за счет испарения материала электродов под действием дуги.

При прохождении тока через ноль дуга гасится, т.к. скорость деионизации высока. В вакууме электрическая дуга существует либо в рассеянном (диффузном) виде – при токах до 15 кА; либо в сжатом (концентрированном) виде – при токах свыше 15 кА.

Для создания условий гашения дуги при больших токах применяют:

1) Радиальные и аксиальные поля;

2) На контактах делают специальные прорези;

3) Специальные композиции материалов, которые мало ионизируются.

Общие сведения.

Назначение. Статические аппараты предназначены для включения и отключения силовых цепей посредством электронных ключей, реле и контакторов.

По статическим вольтамперным характеристикам, зависящим от проводимости ключа во включенном и выключенном состоянии электромеханические реле приближаются к идеальным. Па динамическим ВАХ, характеризующим быстродействие, статические электронные приближаются к идеальным.

Y

Ymax

X

Ymin

2)

Y

X

1)

Ymax

 

1) – электромеханическое реле;

2)  – электронное реле.

№	Показатели	Контактные	Статические
1	Возможности и способы отвода электрической энергии при коммутационных процессах	+	-
2	Управление коммутационным процессом	-	+
3	Стойкость к перегрузкам по току и перенапряжениям	+	-
4	Количество коммутаций	-	+
5	Наличие гальванической развязки между цепями источника нагрузки и управления	+	-
6	Быстродействие	-	+

Эти показатели определяют рациональные области и эффективность использовании того или иного вида аппаратов.

Классификация электронных аппаратов:

I. По назначению и величине коммутируемого тока:

1) Статические реле;

2) Контакторы;

3) Автоматические выключатели;

4) Многофункциональные аппараты (производят коммутацию, регулирование и защиту).

 

 

II. По мощности:

1) Статические ключи средней мощности на транзисторах (реле и контакторы).

2) Ключи большой мощности на тиристорах (контакторы).

III. По роду тока:

1) Аппараты переменного тока;

2) Аппараты постоянного тока.

Классификация ЭА.

Основной признак классификации ЭА – это напряжение. Различают:

· Аппараты низкого напряжения (до 1000 В);

· Аппараты высокого напряжения (свыше 1000 В).

Аппараты низкого напряжения (АНН) делят на следующие виды:

- Аппараты управления и защиты (автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой);

- Аппараты автоматического регулирования (стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров);

- Аппараты автоматики (реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов).

Аппараты высокого напряжения (АВН) работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока. К АВН относят следующие виды аппаратов:

- Выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы (КЗ, аварийных режимах);

- Токоограничивающие реакторы для ограничения токов КЗ;

- Шунтирующие реакторы для ограничивания токов перенапряжений и компенсации реактивной мощности;

- Ограничители перернапряжений (ОПН) на основе разрядников и элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой;

- Разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования;

- Измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей.

По конструктивному признаку различают:

- Электромеханические ЭА (с подвижными элементами);

- Электронные аппараты (статические);

- Гибридные ЭА

Функции ЭА

1. Включение и отключение электрических цепей;

2. Контроль и измерение параметров;

3. Защита от аварийных режимов работы;

4. Управление технологическими процессами;

5. Регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров;

6. Преобразование неэлектрических величин в электрические;

7. Создание магнитного поля с определенными параметрами и направлением

Историческая справка и перспективы развития ЭА.

В России термин «аппарат» распространен с 1879 г. электротехником П.Н. Яблочковым на следующие устройства: рубильники, переключатели, коммутаторы, реле, регуляторы.

При создании телефонного аппарата в 1820 году П.Л. Шиллинг применил впервые электромагнитное реле для управления информацией.

При разработке Электромеханических ЭА необходимо обеспечить работоспособность электрических контактов, гашения электрической дуги при размыкании. Большой вклад в развитие теории процессов на контактах и методов гашения электрической дуги внесли ученые: В.В. Петров, М.О. Доливо-Добровольский, А.Я. Буйлов, Г.Т. Третьяк, Г.В. Буткевич и др.

Теорией электромагнитного поля занимались ученые Р.Л. Аронов, Б.К. Буль, В.С. Кулебакина и др.

Первыми статическими аппаратами были дроссели насыщения, управляемые путем подмагничивания постоянным током (магнитные усилители). Наибольшее развитие эти работы получили в 50-60-е годы 20 века. При этом значительный вклад внесли отечественные ученые Е.Л. Львов, Р.А. Липман, Л.В. Шопен и др.

Начиная с 60-х годов с развитием полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров) созданы различные виды быстродействующих реле, регуляторов, пускателей для АД. Однако, их развитие ограничивалось отсутствием электронной базы.

С 80-х годов новый этап в развитии силовой электроники, организованно производство силовых интегральных модулей. Появились новые виды силовых электронных аппаратов, управляющих качеством электроэнергии и коэффициентом мощности.

Однако, электронные ЭА не могут полностью заменить электроменические, так как уступают по ряду важных параметров. Наиболее эффективным является применение гибридных ЭА.

Общие технические требования к ЭА

1. Рабочая температура не должна превышать допустимого предельного значения;

2. ЭА должны обеспечивать необходимую перегрузочную способность (1,5…2) раза;

3. Сопротивление изоляции должно быть больше предельно допустимой величины;

4. Электрическая прочность изолятора относительно корпуса должно быть больше предельно допустимого;

5. Не должны создавать помех для нормальной работы других изделий.

Кроме того к ЭА предъявляют ряд специальных требований по параметрам, надежности, габаритам, массе, условиям эксплуатации.

 

 

Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ.

Тема 1.1. Основы теории нагревания и охлаждения.

Источники теплоты в ЭА.

1) При протекании постоянного тока по проводнику

P₌=I ² · R, где P – выделяемая мощность на нагрев проводника;

I – постоянный ток;

R – активное сопротивление.

, где r – удельное сопротивление материала проводника, которое зависит от температуры:

r=r₀(1+αq), где r₀ – удельное сопротивление при начальной температуре;

 q – температура нагрева (перегрев);

α – температурный коэффициент сопротивления.

При протекании переменного тока происходит явление неравномерного распределения плотности переменного тока по поперечному сечению одиночного проводника, которое называется поверхностным эффектом.

Эффект близости – явление неравномерного распределения плотности переменного тока, обусловленное влиянием друг на друга близко расположенных проводников с токами.

Поэтому при переменном токе происходит дополнительные полери мощности, которые учитывают коэффициентом поверхностного эффекта и коэффициентом близости.

К_п≥1 и коэффициент близости К_б≥1 или К_б<1. К_п и К_б зависят от формы и размеров проводника и от отношения

, где f – частота переменного тока;

R₁₀₀ – активное сопротивление постоянному току проводника определенной длины (100 м).

Коэффициент близости еще зависит от расстояния между проводниками.

P_~=K_п·K _б ·P₌= K_п·K _б ·I²R,

где P_~ и P ₌ потери мощности при переменном и постоянном токе соответственно.

Для ферромагнитных материалов, K_п и K _б больше, чем у немагнитных материалов.

2) Потери на вихревые токи вызывают перегрев в магнитопроводе.

Вихревые токи возникают, когда переменный магнитный поток пронизывает ферромагнитные части аппарата.

Потери больше в сплошных замкнутых магнитопроводах, поэтому применяют листовые шихтованные сердечники.

3) В коммутационных аппаратах источником теплоты является электрическая дуга.

4) Перегрев от терния подвижных частей.

5) Диэлектрические потери также вызывают перегрев ЭА.