Р.Я. Кляйн
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ
Учебное пособие
Часть I
Физические явления в электрических аппаратах
Томск 2000
УДК 621.316 (075)
Электрические и электронные аппараты. Учебное пособие.
Часть I. Физические явления в электрических аппаратах.
Сост. Р.Я. Кляйн. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 73 с.
Первая часть учебного пособия посвящена основам теории
Электрических аппаратов, в которой рассматриваются физические
явления при коммутации электрических цепей, процессы нагрева
аппаратов в различных режимах работы, динамика электромагнитов,
а также методы расчета основных элементов электрических аппаратов.
Учебное пособие подготовлено на кафедре электрических машин
И аппаратов ТПУ и предназначено для студентов направления 551300-
Электротехника, электромеханика, электротехнологии.
Печатается по постановлению Редакционно-издательского
Совета Томского политехнического университета
Рецензенты:
Яковенко Н.И. – заведующий кафедрой физики и математики
Брянского сельскохозяйственного института,
доцент, кандидат технических наук
Данекер В.А. – старший научный сотрудник ОАО НПФ
«Геофит», кандидат технических наук
К303010 – 2000
Темплан 2000
Томский политехнический университет, 2000
Введение
В1. Определение. Электрический аппарат - это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.
Под электрическим аппаратом понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.
Таким образом, учитывая многофункциональное назначение электрических аппаратов объективно можно определить, что электрические аппараты - это средства для управления потоком электрической энергии.
В2. Функции электрических аппаратов.
Функции управления током включают в себя следующие разновидности: коммутацию, стабилизацию, регулирование, преобразование, контроль и защита.
К о м у т а ц и я (от латинского commutatio - изменение) может быть дискретной (ступенчатой) или плавной (непрерывной) (рис.1). Пример дискретной коммутации - включение или отключение электрической цепи контактами аппарата. Такую коммутацию осуществляют, например, выключатели, контакторы, реле и др. Плавную коммутацию тока в цепи осуществляют, например, различные усилители, работающие в усилительном режиме: плавные изменения входного параметра вызывают плавные изменения выходного параметра.
Р е г у л и р о в а н и е (от латинского regulare) автоматическое поддержание заданного режима работы какой-либо
дискретная плавная установки или автоматическое поддержание
коммутация коммутация на определенном уровне того или иного
Рис. 1 технического параметра работающего
оборудования (электрическое напряжение, частота вращения, температура и т.п.).
П р е о б р а з о в а н и е - изменение величины какого либо параметра, например, напряжения одного уровня в напряжение другого уровня, частоты, мощности, температуры и т.д. Эту функцию выполняют трансформаторы, преобразователи и др.
К о н т р о л ь - наблюдение за изменением какого-либо параметра, его измерение, выдача информации о состоянии контролируемой величины. Эту функцию выполняют датчики.
З а щ и т а электротехнического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, перенапряжения, изменения направления потоков электроэнергии и др.).
В3. Классификация электрических аппаратов. Классификация электрических аппаратов может быть проведена по ряду признаков: назначению, области применения, принципу действия, роду тока, исполнению защиты от воздействий окружающей среды, конструктивным особенностям и др.
В3.1. По назначению: Коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие для включения и отключения электрических цепей. К этой группе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включениеи отключение.
Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварийными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим перегрузкам.
Пускорегулирующие аппараты, предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пускатели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.
Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на схему автоматики. В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выходной величины может бить как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контролироваться как электрические, так и неэлектрические величины.
Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение, удобное для измерений. К ним относятся трансформаторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения.
Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие аппараты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, частоты вращения и других величин.
В3.2. По областям применения: Аппараты электрических систем и электроснабжения. Сюда относятся в основном электрические аппараты распределительных устройств низкого и высокого напряжений и ограничивающие аппараты.
Аппараты управления. К этой группе относятся в основном пускорегулирующие аппараты.
Аппараты автоматики. Группа включает в себя аппараты контролирующих функций.
В3.3. По номинальному напряжению: Электрические аппараты разделяются на аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).
В3.4. По исполнению защиты электрические аппараты разделяются на аппараты открытого исполнения, защищенного исполнения, герметичного исполнения и взрывобезопасного исполнения.