Не представляет принципиальных трудностей погасить дугу путем ее растяжения. Однако главная и наиболее трудная задача заключается в том, чтобы ограничить распространение дуги и ее пламени и погасить дугу в малом объеме, что необходимо для создания компактных распределительных устройств. Для этого размыкание цепи производят внутри дугогасительных камер.
Камеры стремятся делать так, чтобы горячие ионизированные газы, могущие вызвать пробой между соседними токоведущими частями, успевали охладиться и деионизироваться внутри камеры до выхода за ее пределы. Для охлаждения и деионизации ствола дуги и образуемых ею газов внутри камер создают развитую поверхность охлаждения. При этом дуга находится в узкой щели. Рассмотрим два характерных случая: дуга горит в узкой щели между поверхностями изоляционных материалов, причем направление тока и движение дуги параллельны стенкам щели (гашение дуги в продольных щелях); дуга горит в узкой щели между металлическими поверхностями, причем направление тока перпендикулярно к стенкам щели, а направление движения дуги параллельно (гашение дуги в поперечных щелях).
Электрическая дуга с контактов в дугогасительную камеру перемещается под действием сил взаимодействия с внешним магнитным полем или под действием электродинамических сил собственного контура тока, или под действием тех и других сил. Электрическая дуга может рассматриваться как проводник с током. Известно, что на проводник с током, помещенный в магнитном поле, действует сила, определяемая по правилу «левой руки» (рис. 2.12).
Иначе говоря, проводник с током (электрическая дуга) будет всегда выталкиваться из области сгущения магнитных силовых линий. При равномерном и перпендикулярном относительно дуги магнитном поле, а также в собственном магнитном поле контура тока дуга получит поступательное движение.
Гашение дуги в продольных щелях. В современных коммутирующих аппаратах широкое распространение получили дугогасительные камеры с продольными щелями. Продольной называют щель, ось которой совпадает с осью ствола дуги. Такая щель образуется между двумя изоляционными пластинами. На рис. 2.13 показаны характерные формы продольных щелей камер дугогасительных устройств.
В верхней части камеры (рис. 2.13,а) между точками 1 и 2 имеется одна прямая продольная щель 3 с плоскопараллельными стенками. В камере (рис. 2.13,б) применено несколько аналогичных параллельных щелей, что позволяет отключать большие токи. При извилистой форме щели (рис. 2.13,в) представляется возможным в камере небольших размеров уместить длинную дугу. Кроме того, наличие ребер способствует повышению напряжения на дуге. Продольная щель с рядом ребер и уширений 5, за счет которых происходит возрастание продольного градиента напряжения, показана на рис. 2.13,г. Камера (рис. 2.13,д) имеет комбинированную зигзагообразную щель 3 с местными уширениями 5.
С точки зрения особенностей движения электрической дуги в продольных щелях различают щели широкие и узкие. Широкой называется щель 4, ширина которой значительно больше диаметра дуги. Узкой называют щель 1, ширина которой меньше диаметра дуги или близка ему.
Так как диаметр дуги зависит от тока, скорости движения дуги и условий охлаждения, то для одних условий щель будет широкой, для других условий эта же щель будет узкой. В широких щелях движение дуги сало стеснено стенками, сечение ее ствола не деформированно. В узких щелях движение дуги сильно стеснено, сечение ствола дуги деформировано, условия охлаждения резко изменены.
Стенки щелей выполняются из газогенерирующего материала, что приводит к улучшению деионизации межконтактного пространства.
Гашение дуги в поперечных щелях. Рассмотренные способы гашения дуги сводились к воздействию на ее ствол. Дугу можно также гасить, используя околоэлектродные падения напряжения. Над контактами 1 и 2 аппарата (рис. 2.14) устанавливаются неподвижные изолированные друг от друга металлические пластины 3, образующие дугогасительную решетку. Возникающая дуга загоняется в эту решетку, где разбивается на ряд 
последовательно включенных коротких дуг. У каждой пластины решетки возникает околоэлектродное падение напряжения. Гашение дуги происходит за счет суммы околоэлектродных падений напряжений. Дугогасительная решетка на переменном токе действует намного эффективней; этим и объясняется широкое ее применение на переменном токе и ограниченное – на постоянном.
10. Электромагнитные системы в электрических аппаратах: понятие, назначение применения.
В электромагнитных системах используется явление притяжения между намагниченными ферромагнитными телами. Они применяются для приведения в действия многих аппаратов. Конструкции их разнообразны, они классифицируются по способу действия, роду тока в намагничивающих катушках, способу включения обмоток в цепь, роду движения якоря и конструкции магнитной системы.
По способу действия они делятся на: удерживающие – удерживают те или иные грузы или детали; притягивающие – совершают определенную работу, притягивая свой якорь.
По роду тока в намагничивающих катушках различают электромагнитные системы постоянного и переменного тока. Род тока определяет конструкцию магнитопровода: на постоянном токе магнитопровод может выполняться из сплошного ферромагнитного материала; на переменном – из специальной листовой электротехнической стали с целью уменьшения потерь на вихревые токи.
По способу включения различают электромагниты с последовательным и параллельным включением. Последовательные обмотки имеют относительно малое сопротивление и выполняются из небольшого количества витков провода большого сечения. Величина протекающего по ним тока определяется не сопротивлением самой обмотки, а зависит от включенных последовательно с ней электроприемников. Параллельные обмотки, наоборот, имея относительно большое сопротивление, включаются на полное напряжение сети.
По характеру движения якоря: поворотные – якорь поворачивается вокруг какой-то оси или опоры (рис. 2.15,а,б); прямоходовые – якорь перемещается поступательно (рис. 2.15,в,г).
11. Аппараты распределительных устройств: понятие, функциональное назначение.
Аппараты РУ – это электротехнические устройства, которые обслуживают (управляют, защищают, контролируют) электроустановки на этапах распределения электроэнергии. Все необходимые включения, переключения, выключения на распределительных устройствах производятся выключателями. Они также осуществляют защиту всех электрических установок от действия токов короткого замыкания (к.з.), перегрузок и других ненормальных режимов работы. Команды на соответствующие переключения и выключения подаются автоматически разнообразными реле и датчиками, которые контролируют заданные параметры и при их отклонении от установленных величин подают соответствующие команды на восстановление параметра или отключение поврежденного элемента цепи.
Коммутационные аппараты распределения энергии выполняют две функции:
1) неавтоматическое включение и отключение электрических цепей, которые производятся при управлении распределением электроэнергии в системах электроснабжения;
2) автоматическое отключение электрических цепей в случае появления в них каких-либо ненормальных явлений, угрожающих безопасности обслуживающего персонала или сохранности установки. Иногда аппараты осуществляют автоматическое включение резервного источника энергии или автоматическое повторное включение после аварийного отключения.
Различают три группы аппаратов распределения энергии:
1) неавтоматические выключатели;
2) плавкие предохранители, или сокращенно предохранители;
3) автоматические выключатели, или сокращенно автоматы.
Неавтоматические выключатели (рубильники, переключатели и т.д.) выполняют только первую функцию – неавтоматическое включение и отключение электрических цепей.
Плавкие предохранители частично выполняют вторую функцию – они только отключают электрическую цепь при перегрузках и токах короткого замыкания.
Автоматические выключатели полностью выполняют первую и вторую функции – они служат как для неавтоматической коммутации, так и для автоматической коммутации при всевозможных ненормальных режимах.
12. Рубильники и переключатели (выключатели нагрузки): назначение, конструктивные особенности.
Рубильники и переключатели предназначены для ручного непосредственного или дистанционного замыкания, размыкания или переключения электрических цепей. Они рассчитаны на отключение незначительных токов и при наличии соответствующих дугогасительных устройств допускают отключение тока до 1 – 1,25 U ном.
Основными элементами конструкции их являются (рис. 4.1): неподвижные врубные контакты 1; подвижные контакты 2, закрепленные подвижно в других неподвижных контактах 3; дугогасительное устройство 4; дугогасительный контакт 6 и привод. Монтируются рубильники на изоляционных плитах 5. Привод может осуществляться при помощи центральной рукоятки, боковой рукоятки через вал, центральной рукоятки через систему рычагов.
Переключатель в отличие от рубильника имеет две системы неподвижных контактов (типа 1 на рис. 4.1) и три коммутационных положения. В среднем положении подвижного контакта цепи разомкнуты. Специальное устройство фиксирует подвижный контакт в этом положении.
Механическая износостойкость – до 5000 коммутаций.
13. Предохранители: назначение, конструктивные особенности, защитная характеристика.
Предохранитель – электрический аппарат, предназначенный для защиты электрических установок от токов перегрузки и токов короткого замыкания.
Основные элементы предохранителя – это плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.
Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока – время-токовая характеристика (рис. 4.2).
Работа предохранителя протекает в двух резко отличных режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.
В первом случае нагрев плавкой вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки I ном. Номинальный ток предохранителя, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции, так как в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные токи.
При увеличении тока нагрузки увеличивается температура вставки и других деталей предохранителя. Наибольший ток, при котором вставка не перегорает в течение длительного времени, называется пограничным током I пог. Значение I пог обычно нормируется. При калибровке задаются минимальный ток, например, I пог min = (1,3 – 1,4) I ном , при котором плавкая вставка не должна перегореть в течение 1 – 2 ч, и максимальный ток, например, I пог max = 1,6 I ном , при котором вставка должна расплавиться за время до 2 ч.
При токах I > I пог плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время. Чтобы достигнуть этого, идут по двум направлениям: придают плавкой вставке специальную форму (рис. 4.3,а); используют металлургический эффект (рис. 4.3,б).
В первом случае вставку выполняют в виде пластинки с вырезами. На узких местах выделяется больше тепла, чем на широких. При номинальных токах избыточная энергия вследствие теплопроводности материала успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру. При ненормальных режимах нагрев суженных участков идет быстрее и вставка перегорает в этих местах.
Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро). Полученный таким образом раствор обладает большим электрическим сопротивлением. В настоящее время широкое распространение получили медные и серебряные плавкие вставки с металлургическим эффектом.
Весьма существенное достоинство плавких предохранителей – токоограничивающее действие, т.е. плавкая вставка перегорает много раньше, чем ток в цепи к.з. успевает достигнуть максимального значения.
Дуга, возникающая после перегорания плавкой вставки, должна быть погашена в возможно более короткое время. Это время зависит от конструкции предохранителя и принятого способа гашения. Наибольший ток, который предохранитель может отключить без повреждений, называют предельным током отключения предохранителя.
14. Автоматические выключатели: назначение, конструктивные особенности, защитная характеристика.
15. Контакторы: понятие и функциональное назначение, конструкция.
Контакторы – аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых коммутаций силовых электрических цепей при нормальном режиме работы. Они обеспечивают 150 – 1500 коммутаций в час, допуская общее число включений и выключений до 25 – 30 млн. раз. Они широко применяются для дистанционного управления электрическими машинами и аппаратами в установках постоянного и переменного тока при напряжениях до 500 – 600 В. Замыкание контактов контактора может осуществляться электромагнитным, пневматическим и гидравлическим приводом. Наибольшее распространение получили электромагнитные контакторы. Различают контакторы постоянного и переменного тока. Контакторы постоянного тока изготовляются главным образом однополюсными, а контакторы переменного тока – многополюсными.
Электромагнитный контактор в основном состоит: из контактной системы, которая включает в себя неподвижный 1 и подвижный 2 (рис. 1) контакты, контактную пружину 8, а также блок-контакты для цепей управления другими аппаратами сигнализации или электрической блокировки; и электромагнитной системы (приводящей в действие подвижный контакт), включающей в себя якорь 3, ярмо с сердечником 4, катушку 5 и возвратную пружину 7; из дугогасительной системы 6.
Рис. 1. Конструктивная
схема контактора
В зависимости от положения контактов различают контакторы с нормально открытыми и нормально закрытыми контактами. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не возбуждена, и освобождены все имеющиеся металлические защелки.
Контактор постоянного тока
Контакторы постоянного тока выполняются, как правило, однополюсными, но на токи до 40 А, а в отдельных сериях на токи до 100 – 150 А выполняются и многополюсными.
Электромагнитная система наиболее широко применяется клапанного типа с вращением якоря на призме, обеспечивающим самоустановку якоря и существенно более высокую износостойкость системы по сравнению с вращением на оси.
При включении электромагнит преодолевает действие сил возвратной и контактной пружин. Тяговая характеристика электромагнита должна во всех точках идти выше характеристики противодействующих сил при минимальном допустимом напряжении на катушке (0,85 Uном).
Для уменьшения намагничивающей силы катушки, а следовательно, и потребляемой ею мощности, рабочий ход якоря выбирается небольшим (порядка 3 – 8 мм), хотя раствор контактов должен составлять 8 – 20 мм.
а б
Рис. 2. Крепление подвижного контакта (а) и магнитное дутье (б) в контакторах постоянного тока
Контактная система. Главные контакты в большинстве случав – рычажного типа. Вращение контакта выполняется на призме, реже – на оси (рис. 2,а). Характерным для контакторов постоянного тока является расположение контактов на плече, большем, чем плечо якоря магнитной системы.
На большие токи главные контакты во многих сериях выполняются двухступенчатыми и состоят из основных и дугогасительных контактов.
Дугогасительная система построена на принципе гашения электрической дуги с магнитным дутьем в дугогасительных камерах. Магнитное поле гашения в подавляющем большинстве конструкций возбуждается последовательной дугогасительной катушкой 1 (рис. 2,б), с обеих сторон которой закреплены полюсные наконечники 2. Большее распространение получают камеры с узкими щелями и дугогасительные устройства, ограничивающие размеры дуги объемом камеры.
Контакторы переменного тока
Контакторы переменного тока выпускаются с числом главных контактов от одного до пяти. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Наиболее широко распространены контакторы трехполюсного исполнения. Наличие большого числа контактов приводит к увеличению усилия и соответственно момента, необходимых для включения аппарата.
Электромагнитная система выполняется шихтованной, т.е. набирается из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиной 0,35; 0,5; 1 мм. Катушки низкоомные с малым числом витков. Основную часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины зазора. Ввиду этого ток в катушке при разомкнутой магнитной системе (пусковой ток) в 5 – 10 раз превышает ток при замкнутой магнитной системе (рабочий ток). Применяются магнитные системы как поворотного (Е-образные, П-образные, клапанные), так и прямоходного (Ш-образные, Т-образные) типа, первые – в контакторах тяжелого режима работы, вторые – в контакторах нормального режима работы.
Электромагнитная система независимо от типа состоит из сердечника, якоря, катушки и короткозамкнутого витка. Короткозамкнутый виток (рис. 3) необходим для устранения вибрации в притянутом положении, так как при прохождении магнитного потока через нуль якорь стремится оторваться от сердечника. Благодаря наличию короткозамкнутого витка поток Ф2 отстает по фазе относительно Ф1 на определенный угол. Каждый из потоков под своей частью полюса создает свою силу F1 и F2. Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме сил F1 и F2. Можно выполнить короткозамкнутый виток так, что минимальное значение результирующей силы проходит выше силы отрыва якоря Fотр.
Рис. 3. Принцип работы короткозамкнутого витка
При жестком креплении магнитной системы кинетическая энергия подвижных частей гасится при ударе якоря о сердечник, что приводит к расклепыванию и износу как якоря, так и сердечника. Для повышения механической износостойкости магнитную систему амортизируют. Амортизируется либо неподвижная часть, либо подвижная. При этом кинетическая энергия расходуется на перемещение сердечника или якоря и гасится амортизирующими пружинами.
Контактная система. При поворотных магнитных системах применяются рычажные контакты, при прямоходовых – мостиковые. Таким образом, первые находят более широкое применение в контакторах тяжелого режима работы, вторые – в контакторах нормального режима работы.
Дугогасительная система. Довольно широкое распространение получила система с дугогасительной решеткой из стальных пластин (гашение дуги в поперечных щелях). Дуга втягивается в решетку и разбивается на ряд последовательных дуг, поэтому в цепи дуги появляется дополнительное падение напряжения на каждой паре электродов.
Мостиковые контакты осуществляют двойной разрыв на полюс, что уменьшает ток дуги и облегчает условия ее гашения.
Принцип работы контактора
Внешне контактор представляет собой катушку проводов, внутри которой расположен сердечник, или цилиндр, подсоединенный механическим образом к электрическим контактам замыкания и размыкания. Контакты замыкания замыкают цепь, по которой течет ток, а контакты размыкания, наоборот, размыкают ее, останавливая ток. Тонкостенный каркас из меди или стали обеспечивает механическую прочность катушке и оптимальные условия для охлаждения элементов прибора.
Работа контактора основана на двух противоположных действиях. На электромагнитную катушку подается напряжение, после чего сердечник, под действием магнитного поля, начинает двигаться вверх, и цепь замыкается, что приводит к появлению в цепи тока и включению электродвигателя или другого подключенного оборудования. После отключения подачи электроэнергии благодаря системе пружин сердечник принимает свое первоначальное положение, основная цепь размыкается, и электрооборудование отключается.
Включение и отключение контактора производится посредством кнопочного устройства с двумя кнопками – «Пуск» черного цвета и «Стоп» красного. При нажатии на кнопку «Пуск» контакты, присоединенные к кнопке, замыкаются, а при нажатии на кнопку «Стоп» – размыкаются. Замыкание контактов приводит к подаче напряжения на катушку контактора и замыканию в ней силовых контактов, которые остаются во включенном состоянии, даже после того как кнопка возвращается в исходное положение – благодаря вспомогательным блок-контактам.
Существует принципиальное отличие в названиях цепей, участвующих в работе системы. Катушка получает питание от цепи управления, напряжение в которой может быть самым разным – чаще всего 230 В. В свою очередь цепь, в которой замыкается контакт, называют силовой цепью, так как она пропускает ток большей силы, чем ток в цепи управления.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 380.
