Электрические аппараты

Электрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами.

Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ. До 1 кВ делятся на аппараты ручного, дистанционного управления, аппараты защиты и датчики.

Электрические аппараты классифицируются по ряду признаков:

1. по назначению, т. е. основной функции выполняемой аппаратом,

2. по принципу действия,

3. по характеру работы

4. роду тока

5. величине тока

6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше)

7. исполнению

8. степени защиты (IP)

9. по конструкции.

Особенности и области применения электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов в  зависимости от назначения:

1. Аппараты управления, предназначены для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости вращения, напряжения, тока электрических машин, станков, механизмов или для пуска и регулирования параметров других потребителей электроэнергии в системах электроснабжения. Основная функция этих аппаратов это управление электроприводами и  другими потребителями электрической энергии. Особенности : частое включение, отключение до 3600 раз в час т.е. 1 раз в секунду.

К ним относятся электрические аппараты ручного управления - пакетные выключатели и переключатели, рубильники, универсальные переключатели, контролеры и командокотролеры, реостаты и др., и электрические аппараты дистанционного управления - электромагнитные реле, пускатели, контакторы и т. д.

2. Аппараты защиты, используются для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания.

К ним относятся плавкие предохранители, тепловые и токовые реле, автоматические выключатели и др.

3. Контролирующие аппараты, предназначены для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся датчики. Эти аппараты преобразуют электрические или неэлектрические величины в электрические и выдают информацию в виде электрических сигналов. Основная функция этих аппаратов заключается в контроле за заданными электрическими и неэлектрическими параметрами.

К ним относятся датчики тока, давления, температуры, положения, уровня, фотодатчики, а также реле, реализующие функции датчиков, например реле контроля скорости (РКС), реле времени, напряжения, тока..

Классификация электрических аппаратов по принципу действия

По принципу действия электроаппараты разделяются в зависимости от характера воздействующего на них импульса.

-1-

Исходя из тех физических явлений, на которых основано действие аппаратов, наиболее распространенными являются следующие категории:

1. Коммутационные электрические аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой или удаленных друг от друга для разрыва электрической цепи (рубильники, переключатели, …).

2. Электромагнитные электрические аппараты, действие которых зависит от электромагнитных усилий, возникающих при работе аппарата (контакторы, реле, …).

3. Индукционные электрические аппараты, действие которых основано на взаимодействии тока и магнитного поля (индукционные реле).

4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения).

Классификация электрических аппаратов по характеру работы

По характеру работы электрические аппараты различают в зависимости от режима той цепи, в которой они установлены:

1. Аппараты, работающие длительно,

2. предназначенные для кратковременного режима работы,

3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки.

Классификация электрических аппаратов по роду тока

По роду тока: постоянного и переменного.

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

Особенно многообразны конструктивные разновидности современных аппаратов, в связи с этим различны и требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов. Они зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности аппаратов.

Изоляция электрического аппарата должна быть рассчитана в зависимости от условий возможных перенапряжений, которые могут возникнуть в процессе работы электрической установки.

Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения номинального тока нагрузки, должны иметь высокую механическую и электрическую износоустойчивость, а температура токоведущих элементов не должна превышать допустимых значений.

При коротких замыканиях токоведущая часть аппарата подвергается значительным термическим и динамическим нагрузкам, которые вызваны большим током. Эти экстремальные нагрузки не должны препятствовать дальнейшей нормальной работе аппарата.

Электрические аппараты в схемах современных электротехнических устройств должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием, универсальностью.

Общим требованием по всем видам аппаратов является простота их устройства и обслуживания, а также их экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

-2-

Режимы работы электротехнических устройств

Номинальный режим работы - это такой режим, когда элемент электрической цепи работает при значениях тока, напряжениях, мощности указанных в техническом паспорте, что соответствует наивыгоднейшим условиям работы с точки зрения экономичности и надежности (долговечности).

Нормальный режим работы - режим, когда аппарат эксплуатируется при параметрах режима незначительно отличающихся от номинального.

Аварийный режим работы - это такой режим, когда параметры тока, напряжения, мощности превышают номинальный в два и более раз. В этом случае объект должен быть отключен. К аварийным режимам относят прохождение токов короткого замыкания, тока перегрузки, понижение напряжения в сети.

Надежность – безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации.

Свойство электрического аппарата выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования.

Исполнение электрических аппаратов по степени защиты

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Обозначение степеней защиты	Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.	Защита от проникновения воды.
0	Специальная защита отсутствует.
1	Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.	Капель, падающих вертикально.
2	Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм .	Капель при наклоне оболочки до 150 в любом направлении относительно нормального положения.
3	Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.	Дождь, падающий на оболочку под углом 600 от вертикали.
4	Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.	Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.
5	Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.	Струй, выбрасываемых в любом направлении.
6	Защита от пыли полная ( пыленепроницаемые).	Волн (вода при волнении не должна попасть внутрь).
7	-	При погружении в воду на короткое время .
8	-	При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:

-3-

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды.

6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

Климатическое исполнение электрических аппаратов определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море.

Категории размещения электрических аппаратов:

1. На открытом воздухе,

2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь).

4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги). Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия.

Выбор электрических аппаратов

Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу, при решении которой должны учитываться:

коммутируемые электрическим аппаратом токи, напряжения и мощности;

параметры и характер нагрузки — активная, индуктивная, емкостная, низкого или высокого сопротивления и др.;

число коммутируемых цепей;

напряжения и токи цепей управления;

напряжение катушки электрического аппарата;

режим работы аппарата — кратковременный, длительный, повторно-кратковременный;

условия работы аппарата — температура, влажность, давление, наличие вибрации и др.;

способы крепления аппарата;

экономические и массогабаритные показатели;

удобство сопряжения и электромагнитная совместимость с другими устройствами и аппаратами;

стойкость к электрическим, механическим и термическим перегрузкам;

климатическое исполнение и категория размещения;

степени зашиты IP,

требования техники безопасности;

высота над уровнем моря;

условия эксплуатации.

-4-

Магнитные пускатели и тепловые реле

Контактором (магнитным) называется аппарат, предназначенный для частых включений и отключений силовой цепи (до 1500 раз в час) и приводимый в действие с помощью электромагнита.

Контакторы классифицируются по роду тока – контакторы постоянного и переменного тока; по числу полюсов – одно -, двух и трех полюсные; по исполнению контактов – контакторы с замыкающими (или нормально открытыми – н.о.) и размыкающими (или нормально закрытыми – н.з.) контактами. К группе контакторов переменного тока относятся магнитные пускатели.

Магнитные пускатели предназначены для применения в стационарных установках для дистанционного пуска, непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных двигателем с короткозамкнутым ротором переменного напряжения до 660В частоты 50Гц.

При наличии тепловых реле пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Работа асинхронных электродвигателей в значительной степени зависит от таких свойств пускателей, как износостойкость, коммутационная способность, надежность защиты электродвигателя от перегрузок. Магнитные пускатели допускают частоту включений до 600 в час. Их электрическая износостойкость 1 млн. включений 7 – кратного тока и отключений номинального тока, механическая износостойкость – 5 млн. циклов.

По исполнению магнитные пускатели подразделяются на открытого исполнения, защищенного исполнения, пылебразгозащищенного исполнения.

Магнитные пускатели открытого исполнения предназначены для установки на панелях, в закрытых шкафах и других местах, защищенных от попадания пыли и посторонних предметов.

Магнитные пускатели защищенного исполнения предназначены для установки внутри помещений, в которых окружающая среда не содержит значительного количества пыли.

Магнитные пускатели пылебрызгонепроницаемого исполнения предназначены как для внутренних, так и для наружных установок в местах, защищенных от солнечных лучей и от дождя (под навесом).

Промышленность выпускает различные серии магнитных пускателей: ПМ, ПМЕ, ПМА, ПМЛ.

В озможные обозначения магнитных пускателей серии ПМ12

ПМ 12 – 025 2 4 0 УЗ Б

- первая цифра (025) - обозначает номинальный ток (А);

- вторая цифра (2)– обозначает исполнение пускателей по назначению и наличию теплового реле;

- третья цифра (4) – исполнение пускателей по степени защиты и наличию кнопок;

- четвертая цифра (0) – исполнение пускателей по числу и исполнению контактов вспомогательной цепи;

-5-

- буквы (УЗ) – обозначает климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69;

- буква (Б) – обозначает исполнение по износостойкости.

Номинальный ток: 010 — 10А; 025 — 25А; 040 — 40А; 063 — 63А; 100 — 100А; 160 — 160А; 250 — 250А.

Исполнение пускателей по назначению и наличию теплового реле: 1 — нереверсивный пускатель без теплового реле; 2 — нереверсивный пускатель с тепловым реле; 5 — реверсивный пускатель без теплового реле, с мех. блокировкой и степенью защиты IP00;

6 — реверсивный пускатель с тепловым реле, с электрической и механической блокировками.

Исполнение пускателей по степени защиты и наличию кнопок: 0 — степень защиты IP00 без кнопок; 1 — степень защиты IP54 c кнопкой R; 2 — степень защиты IP54 с кнопками П+С; 3 — степень защиты IP54 с кнопками П+С+Л; 4 — степень защиты IP40 без кнопок; 5 — степень защиты IP20 без кнопок; 6 — степень защиты IP40 с кнопками П+С; 7 — степень защиты IP40 c кнопками П+С+Л.

Исполнение по износостойкости: А — 0,32 млн. циклов; Б — 0,1 млн. циклов; В — 0,03 млн. циклов.

В озможные обозначения магнитных пускателей серии ПМЕ

ПМЕ 2 2 2

- первая цифра (2) – обозначает величину пускателей в зависимости от номинального тока;

- вторая цифра (2) – обозначает степень защиты;

- третья цифра (2) – обозначает назначение и наличие теплового реле.

Величина пускателей в зависимости от номинального тока: 1 —10А; 2 —25А.

Степень защиты: 1 —IP00; 2 —IP30; 3 —IP54.

Назначение и наличие теплового реле: 1 —нереверсивный без теплового реле; 2 —нереверсивный с тепловым реле; 3 —реверсивный без теплового реле; 4 —реверсивный с тепловым реле.

В озможные обозначения магнитных пускателей серии ПМА

ПМА 3 1 1 0

- первая цифра (3) – обозначает величину пускателей в зависимости от номинального тока;

- вторая цифра (1) – обозначает назначение и наличие теплового реле;

- третья цифра (1) – обозначает степень защиты и наличие кнопок;

- четвертая цифра (0) – обозначает род тока цепи управления.

Величина пускателей в зависимости от номинального тока: 3 —40А; 4 —63А; 5 —100А; 6 —160А.

-6-

Назначение и наличие теплового реле: 1 —нереверсивный без теплового реле; 2 —нереверсивный с тепловым реле; 3 —реверсивные без теплового реле с электрической блокировкой; 4 —реверсивные с тепловым реле с электрической блокировкой;

5 —реверсивные без теплового реле с электрической и механической блокировками;

6 —реверсивные с тепловым реле с электрической и механической блокировками;

7 —нереверсивные с аппаратом позисторной защиты АЗП;

8 —реверсивные с АЗП и механической блокировкой;

9 —нереверсивные с аппаратом позисторной защиты УВТЗ-1М;

0 —реверсивные с УВТЗ-1М и с механической и электрической блокировками.

Степень защиты и наличие кнопок: 0 —IP00 без кнопок; 1 —IP40 без кнопок; 2 —IP54 без кнопок; 3 —IP40 c кнопками П+С; 4 —IP54 c кнопками П+С; 5 —IP40 с кнопками П+С+сигнальная лампа; 6 —IP54 с кнопками П+С+ сигнальная лампа. Род тока цепи управления: 0 —переменный; 1 —постоянный.

Магнитные пускатели серии ПМЛ

           

Возможные обозначения магнитных пускателей серии ПМЛ

ПМЛ – 1 2 2 0

- первая цифра (1) – обозначает величину тока пускателей;

- вторая цифра (2) – обозначает назначение и наличие теплового реле;

- третья цифра (2) – обозначает степень защиты и наличие теплового реле;

- четвертая цифра (0) – обозначает число контактов вспомогательной цепи.

Величина пускателей в зависимости от номинального тока: 1 —10А; 2 —25А; 3 — 40А;

4 — 63А.

Назначение и наличие теплового реле: 1 — нереверсивный без теплового реле;

2 — нереверсивный с тепловым реле; 5 — реверсивный пускатель без теплового реле с электрической и механической блокировками; 6 — реверсивный пускатель с тепловым реле с электрической и механической блокировками; 7 — пускатель звезда-треугольник.

Степень защиты и наличие кнопок: 0 — IP00 без кнопок; 1 — IP54 без кнопок;

2 — IP54 c кнопками П+С; 3 — IP54 c кнопками П+С+сигнальная лампа.

*IP – степень защиты электромагнитных пускателей согласно международному нормативу International Protect. На магнитных пускателях указывается степень защиты с помощью букв IP и последующих двух цифр, например IP00 или IP65. Первая цифра дает представление о защите от прикосновения человеком к токоведущим частям пускателя и о защите от попадания в него посторонних предметов.

-7-

Вторая цифра определяет степень защиты корпуса пускателя от проникновения воды.

- Степень защиты IР00 (открытые пускатели)- для установки в отапливаемых помещениях на панелях, в закрытых шкафах и других местах, защищенных от попадания воды, пыли и посторонних предметов; пылевлагозащита и влагозащита отсутствуют;

- Степень защиты IP40 (закрытые пускатели) – защита от твердых тел d=>1mm, для установки внутри не отапливаемых помещений, в которых окружающая среда не содержит значительного количества пыли и исключено попадание воды на оболочку пускателя

Устройство магнитного пускателя

Магнитные пускатели имеют магнитную систему, состоящую из якоря и сердечника и заключенную в пластмассовый корпус.

Сердечник и якорь набираются из пластин, электротехнической стали, изолированных друг от друга, для уменьшения нагрева вихревыми токами. Для устранения вибрации якоря при изменении направления тока в катушке пускателя в боковые части сердечника установлены медные короткозамкнутые кольца. На сердечнике помещена втягивающая катушка. Катушка обеспечивает создание электромагнитного поля и выпускаются на напряжение при частоте переменного тока 50 Гц (36, 127, 220, 380, 660) вольт.

На катушке имеется паспорт, в котором указывается:

- тип магнитного пускателя;

- напряжение катушки;

- частота тока;

- количество витков;

- марка обмоточного провода и его диаметр в мм.

По направляющим верхней части пускателя скользит траверса, на которой собраны мостики главных и блокировочных контактов с пружинами.

При включении асинхронного двигателя пусковой ток в 6 раз превышает номинальный. При таком токе даже незначительная вибрация контактов быстро выводит из строя. Это накладывает высокие требования в отношении вибрации и износа контактов. С целью уменьшения времени вибрации контакты и подвижные части контакторов магнитного пускателя делают возможно легче, уменьшается их скорость, увеличивается контактное нажатие.

Главные контакты выполняются с двойным разрывом электрической цепи и нагружены двумя пружинами плоскими и цилиндрическими. Двой ной разрыв контактов позволяет уменьшить время горения электрической дуги при их размыкании. Пружины обеспечивают плотность прилегания контактов, устраняют вибрацию и динамическую ударную нагрузку при их замыкании. Основными техническими параметрами контактов является сила нажатия, разрыв и провал контактов.

Сверху главные контакты закрываются крышкой, на которой нанесены основные технические параметры пускателя и нумерация силовых контактов.

В магнитных пускателях четвертой, пятой и шестой величины в крышках установлена дугогасительная решетка, из стальных омедненных пластин. Электрическая дуга под действием потока воздуха направляется на пластины и разрывается на части, в результате чего быстро гаснет.

Блокировочные контакты, также как и силовые выполнены с двойным разрывом электрической цепи, но рассчитаны на малые токи до 10А. Применяются только в цепях управления в качестве электрической блокировки магнитного привода пускателя, при использовании его в схемах реверсирования или для управления электрическими цепями сигнальных ламп.

-8-

Основными техническими параметрами контактов является сила нажатия, разрыв и провал контактов. Эти параметры в большей степени влияют на нормальную работу контактов, поэтому в эксплуатации должны контролироваться и регулироваться при выполнении технического обслуживания.

Принцип работы пускателя.

При подаче напряжения на катушку якорь притягивается к сердечнику, нормально-открытые контакты замыкаются, нормально-закрытые размыкаются. При отключении пускателя происходит обратная картина: под действием возвратных пружин подвижные части возвращаются в исходное положение, при этом главные контакты и нормально-открытые блок-контакты размыкаются, нормально-закрытые блок-контакты замыкаются.

Особенности работы привода

Особенностью в работе электромагнитного привода пускателя является, то что переменный ток периодически меняет свое направление, поэтому якорь электромагнитного привода пускателя работает в режиме вибрации, это отрицательно сказывается на работе контактов пускателя. Для устранения вибрации в боковые части сердечника электромагнитного привода вставляются короткозамкнутые витки, выполненные из меди или латуни.

Короткозамкнутые витки создают электромагнитное поле, в тот момент когда ток в катушке равен нулю и изменяет свое направление. Для компенсации потерь магнитного потока в сердечнике его боковые части имеют уширение, которое увеличивает площадь магнитного потока.

Катушка в цепи переменного тока является индуктивным сопротивлением, величина которого зависит от сопротивления магнитной цепи привода пускателя. Магнитная цепь разомкнута сопротивление катушки привода небольшое, поэтому ток в катушке возрастает. При замкнутой магнитной цепи (якорь притянут к сердечнику привода) сопротивление катушки увеличивается, а ток в катушке снижается.

Поэтому при эксплуатации привода необходимо тщательно следить за площадью прилегания якоря к сердечнику привода, чтобы избежать выхода из строя катушки включения. Площадь прилегания якоря к сердечнику должна составлять не менее 80%. Проверяют площадь прилегания якоря по отпечатку, для этого берут лист чистой бумаги и лист копировальной бумаги устанавливают между сердечником и якорем, после чего включают привод пускателя. Якорь притягивается к сердечнику и оставляет на листе бумаги оттиск площади прилегания.

-9-

-10-

В процессе эксплуатации довольно часто обрывается одна из фаз трехфазного питающего напряжения, например из-за перегорания предохранителя. К электродвигателю при этом подводится только две фазы и ток в статоре резко возрастает, что приводит к выходу его из строя из–за нагрева обмотки до высокой температуры.

Для отключения двигателя в этой ситуации магнитный пускатель комплектуется аппаратом защиты, тепловым реле.

Тепловые реле

Тепловые реле служат для защиты электрических двигателей от токов перегрузки и потери напряжения одной из фаз источника трехфазного напряжения.

Тепловые реле классифицируются: на однополюсные ТРП, двухполюсные ТРН и трехполюсные РТТ. Реле ТРП выпускаются на номинальные токи тепловых элементов от 1 до 150А и от 150 до 600А с включением реле через трансформатор тока. Реле ТРН и РТТ выпускаются на номинальные токи тепловых элементов от 1,75 до 550А.

Тепловое реле содержат биметаллический элемент 1, который при нагреве изгибается и переводит контактную систему в отключенное состояние. Биметаллический элемент представляет собой двухслойную пластинку из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Например, стальная и никелевая пластинка, соединенные горячей прокаткой, образуют сплав инвар. В тепловом реле РТТ установлено три биметаллических пластины 1, контролирующие ток каждой фазы потребителя. Для предания чувствительности пластинам реле на каждую из них наматывается нагревательный элемент 2 из нихрома. Одним концом биметаллические пластины закреплены жестко в корпусе на выводных клеммах 11, а свободные их концы чрез изоляционную планку 3, фиксируют рычаг 4 привода контакта 7 во включенном положении. При появлении перегрузки по току в любой фазе потребителя, нагревательный элемент нагревает биметаллическую пластину. Вследствие нагрева, пластина сгибается и через изоляционную планку 3, поворачивает рычаг 4, который освобождает от фиксации блокировочный контакт 7.

-11-

Под действием пружины 8 контакт размыкается и обесточивает катушку магнитного пускателя. Пускатель отключает электродвигатель от питающей сети. Для восстановления реле, необходимо после остывания биметаллических пластин нажать кнопку включения 9. При этом защелка 6 повернется на оси и зафиксируется рычагом 4 во включенном положении. Блокировочный контакт реле 7 замкнется и подготовит цепь включения катушки пускателя. Регулировку тока срабатывания реле и привязку его к температуре внешней среды осуществляют регулировочной шайбой 10. Время срабатывания тепловых реле от 4 до 25 секунд.

Уход за магнитными пускателями в процессе эксплуатации

Уход за пускателями должен заключаться, прежде всего, в защите пускателя и теплового реле от пыли, грязи и влаги. Необходимо следить, чтобы винты контактных зажимов были плотно затянуты. Надо также проверять состояние контактов.

Контакты современных магнитных пускателей особого ухода не требуют. Срок износа контактов зависит от условий и режима работы пускателя. Зачистка контактов пускателей не рекомендуется, так как удаление контактного материала при зачистке приводит к уменьшению срока службы контактов. Только в отдельных случаях сильного оплавления контактов при отключении аварийного режима электродвигателя допускается их зачистка мелким надфилем.

При появлении после длительной эксплуатации магнитного пускателя гудения, носящего, характер дребезжания, необходимо чистой ветошью очистить от грязи рабочие поверхности электромагнита, проверить наличие воздушного зазора, а также проверить отсутствие заеданий подвижных частей и трещин на короткозамкнутых витках, расположенных на сердечнике.

При разборке и последующей сборке магнитного пускателя следует сохранять взаимное расположение якоря и сердечника, бывшее до разборки, так как их приработавшиеся поверхности способствуют устранению гудения. При разборках магнитных пускателей необходимо чистой и сухой ветошью протирать пыль с внутренних и наружных поверхностей пластмассовых деталей пускателя.

Основные причины выхода из строя магнитных пускателей и контакторов.

Катушки контакторов перегорают по следующим основным причинам:

1) При подаче на контакты катушки напряжения, не соответствующего номиналу, например, вместо 220В подаётся 380В.

2) Катушка пускателя в цепи переменного тока является индуктивным сопротивление, величина которого зависит от количества витков и магнитной цепи. При разомкнутом якоре индуктивное сопротивление катушки небольшое, а ток проходящий по ней довольно высокий. При замкнутом якоре на сердечник индуктивное сопротивление катушки увеличивается, а ток в катушке снижается. Если якорь прилегает неполностью к сердечнику, то по катушек проходит довольно большой ток, который вызывает нагрев и как следствие сгорание катушки.

3) Межвитковое замыкание. Может возникнуть как при пробое изоляции из-за повышенного напряжения, так и вследствие естественного старения изоляции провода, из которого выполнена обмотка катушки. Выгорание силовых и дополнительных контактов.

-12-

Причин выхода из строя контакторов из-за выгорания контактов гораздо больше.

1) Ошибки при расчете допустимой нагрузки. Большинство контакторов используется в трёх режимах: АС-1, АС-3 и АС-4. Режим АС-1 это режим работы контактора с активной нагрузкой (например нагревательные приборы или лампы накаливания).

Режим АС-3 это режим пуска и остановки трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором без торможения противотоком.

Режим АС-4 это режим пуска и остановки трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с торможением противотоком.

В маркировке большинства контакторов фигурирует допустимая нагрузка в режиме АС-3. Если же предполагается использовать контактор в более тяжелом режиме АС-4, то необходимо учесть, что допустимая нагрузка в этом случае будет примерно на 40% меньше. Например, пускатель ПМ12-040100 с номинальным током в режиме АС-3 40А в режиме АС-4 допустимо нагружать только на 25А, иначе силовые контакты довольно быстро придут в негодность из-за воздействия больших пусковых токов. Аналогичная картина возникает, когда контактор, заводская маркировка которого указана для режима АС-1 используется в режиме АС-3 (или даже АС-4).

2) Подключение трехфазной нагрузки к двум силовым и одному дополнительному контакту. Одна из распространенных причин. Возникает на стадии монтажа. Номинальный ток, указанный в маркировке контакторов, относится к силовым контактам. Номинальный же ток дополнительных контактов, как правило, равен 10А, реже 16А. Поэтому при подключении нагрузок одновременно к двум силовым и одному дополнительному контакту вызывает выход из строя последнего при условии, что ток нагрузки превышает 10А на полюс.

3) Пониженное напряжение на катушке. Оно может появиться вследствие неправильного подключения, например на контакты катушки с номинальным напряжением 380В вместо двух фазных проводников подключается одна фаза и ”ноль”. В результате на катушке напряжение будет только 220В. Пружины, установленные внутри контакторов, имеют разную жесткость, поэтому данная ошибка зачастую может быть обнаружена при первом включении, когда проявится дребезг силовых контактов. Это произойдет в том случае, если пружина имеет достаточную жесткость, в противном случае, если пружина слабая, произойдет неполный контакт, вследствие которого начнется перегрев силовых контактов и их последующее выгорание. Самым распространенным случаем является пониженное напряжение в управляющей цепи. При этом происходит то же самое, что было описано выше, но как правило, дребезга контактов не возникает, поэтому обнаружить, что напряжение в управляющей цепи ниже требуемого на слух и визуально не удаётся, и в результате контакты через определенное время выгорают. Здесь причину можно устранить  путём стабилизации напряжения на катушке или найдя другой источник питания.

Если же это невозможно, то выйти из создавшейся ситуации можно заменив контактор другим, более мощным. В этом варианте он будет более устойчив к перегреву за счет большего сечения пятна контакта.

4) Ослабление крепления проводов на силовых контактах. Ослабление крепления проводов для контактора более актуально, чем для других устройств. Это связано с вибрацией, которая и вызывает ослабление контакта и появляющийся из-за этого местный перегрев, который в дальнейшем приведет к выгоранию одного или нескольких контактов. Эта причина устраняется проще всего: достаточно при техническом обслуживании подтягивать винты на контактах и проверять надежность крепления самого контактора к монтажной поверхности.

-13

Электромагнитный контактор – это электрический аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений электрической цепи при номинальных токах нагрузки, а также для редких отключений при токах перегрузки, обычно равных 7-10-кратным по отношению к номинальному. Существуют контакторы постоянного и переменного тока, которые обычно не взаимозаменяемы, а также контакторы, которые могут коммутировать электрические цепи как постоянного, так и переменного тока. Номинальные токи контакторов лежат в пределах от 3 до 4000А. Для коммутации меньших значений номинального тока предназначены реле управления. Наиболее широкое распространение нашли электромагнитные контакторы. Отключение таких контакторов осуществляется за счет отключающих пружин и веса подвижных частей.

-64-

Контакторы КПВ-600 выпускаются на номинальные токи от 60до 600А. Они предназначены для коммутации силовых электрических цепей в основном при напряжении 220В. При нечастых срабатываниях они могут коммутировать цепи напряжением 440-600В. Контакторы МК3 выпускаются на номинальные тока от 10 до 250А. Они предназначены для коммутации силовых электрических цепей при напряжении 220В.

Электромагнитный контактор постоянного тока состоит из изоляционного основания, электромагнитного привода, контактов и дугогасительной системы. Электромагнитный привод предназначении для привода контактов – состоит из стального ярма в виде буквы «Г», на котором крепится сердечник с включающей катушкой. На верхнюю часть ярма подвижно крепится якорь, который нагружен выключающей пружиной. Катушка управления рассчитана на напряжение постоянного тока 24В. При протекании тока по катушке в ней образуется электромагнитное поле, которое притягивает якорь к сердечнику. При отключении питающего напряжения от катушки, электромагнитое поле исчезает, и якорь под действием выключающей пружины возвращается в исходное выключенное положение. На якоре установлена немагнитная латунная прокладка толщиной 0,1-0,2 мм. Прокладка уменьшает силу, создаваемую остаточной индукцией и предохраняет таким образом, якорь магнитной системы, от залипания при снятом с катушки напряжении. В конструкции электромагнитного привода контакторов серии МК3 используется две катушки, каждая из которых- рассчитана на постоянное напряжение 110В.

Контакты контактора подразделяются на силовые и блокировочные. Силовые контакты предназначены для замыкания и размыкания электрических силовых цепей с большими токами и напряжениями, а блокировочные используются в цепях управления и коммутируют малые токи не более 10А.

При включении электромагнитного привода соприкосновение контактов друг с другом и замыкание цепи произойдет раньше, чем якорь полностью притянется к сердечнику. По мере движения якоря подвижный контакт будет как бы «проваливаться», упираясь своей верхней частью в поверхность неподвижного контакта.

-65-

Подвижный контакт провернется на некоторый угол вокруг своей оси и вызовет дополнительное сжатие контактной пружины. Возникает так называемый провал контактов, который обеспечивает надежное замыкание цепи, когда толщина контактов уменьшается вследствие выгорания их материала под действием электрической дуги. Провал контактов определяет запас материала контактов на износ в процессе работы контактора. После соприкосновения контактов происходит перекатывание подвижного контакта по неподвижному. Контактная пружина создает определенное нажатие на контактах, поэтому при перекатывании происходит разрушение окисных пленок и других химических соединений, которые могут появиться на поверхности контактов. Вследствие нажатия переходное сопротивление в момент их касания будет небольшим и контактная площадка не разогреется. Кроме того, предварительное контактное нажатие, созданное контактной пружиной, позволяет снизить вибрацию подвижного контакта при ударе его о неподвижный контакт. Все это предохраняет контакты от приваривания при включении электрической цепи.

При размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга, которая гасится дугогасительной системой состоящей из дугогасительной катушки с сердечником, двух листовых магнитопроводов и дугогасительной камеры с перегородками.

Дугогасительная катушка включена в цепь неподвижного контакта, поэтому при размыкании контактов в катушке возникает ток, который создает электромагнитное поле. Поле дугогасительной катушки попадает в зону возникновения электрической дуги через листовые магнитопроводы и выдувает ее на перегородки дугогасительной камеры. Дуга рвется перегородками на ряд мелких дуг, что снижает ее время горения, и она гаснет.

Для гашения дуги на блокировочных контактах применяют двойной разрыв электрической цепи.

-

-14-

Реле максимального тока.

Реле максимального тока мгновенного действия РОЭ-401 применяют для защиты электродвигателей постоянного и переменного тока от перегрузок и токов короткого замыкания. Втягивающие катушки реле выполняют на номинальные токи: 6,10,16,25,40,63,100,160,250,400,630 А. и включают последовательно в фазу защищаемого двигателя. Реле выпускают с одним размыкающим контактом. Оно смонтировано на панели. Присоединение проводов осуществляют к выводам. Через катушку реле проходит полный ток защищаемого двигателя. Катушка расположена вокруг гильзы, в которой свободно перемещается в вертикальном направлении стальной сердечник. Последний нормально занимает самое нижнее положение, регулируемое поворотным винтом. Положение риски на втулке относительно отметок на шкале определяет ток срабатывания реле. При возрастании тока до значения срабатывания сердечник поднимается вверх, перемещая толкатель, который размыкает мостиковый контакт. Контакт остается разомкнутым только до тех пор, пока ток, превышающий установленное значение, проходит через катушку. Как только ток в катушке понизится и якорь реле отпадет, толкатель переместится вниз и контакт под действием пружины примет свое нормальное положение, т.е. замкнется. При регулировании реле рекомендуется устанавливать ток срабатывания не выше 225% номинального тока электродвигателя.

В качестве реле максимального тока в крановых электроприводах находят применение реле РЭВ-570 и РЭ-570 электромагнитного типа. Первые применяют в электроприводах постоянного тока, вторые – в электроприводах переменного тока для защиты двигателей от перегрузки. Реле РЭВ-570 и РЭ-570 могут быть использованы также в сложных схемах электроприводов в качестве реле контроля силы тока. Конструктивно принципы построения реле РЭВ-570 и РЭ-570 и реле РЭВ-800 близки. Втягивающие катушки реле выполняют на токи силой 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 320; 400 и 630А.

-72-

Реле РЭВ-570 имеют следующие исполнения: с самовозвратом, с ручным возвратом(с защелкой) и с электромагнитным возвратом. Номинальное напряжение катушек электромагнитного возврата 110 и 220В постоянного тока. Коэффициент возврата реле РЭВ-570 не нормируется. Собственное время срабатывания реле РЭВ-570 и РЭ-570 не более 0,05 с. Точность срабатывания составляет +/- 10%. Номинальная сила тока контактов 10А. Номинальное напряжение цепи контактов 110-380В.

Принципы работы

1. Реле времени с электромагнитным замедлением применяются только при постоянном токе. Помимо основной обмотки реле этой серии имеют дополнительную короткозамкнутую обмотку, состоящую из медной гильзы. При нарастании основного магнитного потока, он создает магнитный поток в дополнительной обмотке, который препятствует нарастанию основного магнитного потока. В итоге, результирующий магнитный поток увеличивается медленнее, время «трогания» якоря уменьшается, чем обеспечивается выдержка времени. Этот вид реле времени обеспечивает выдержку времени при срабатывании от 0,07 с до 0,11 с, при отключении от 0,5 с до 1,4 с.

2. РЕле времени с пневматическим замедлением ,  имеет специальное замедляющее устройство — пневматический демпфер, катаракт. Регулировка выдержки осуществляется изменением сечения отверстия для забора воздуха. Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.

3. Реле времени с анкерным или часовым механизмом работает за счет пружины, которая заводится под действием электромагнита и контакты реле срабатывают только после того, как анкерный механизм отсчитает время, выставленное на шкале. Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,1 до 20 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.

Такие реле времени до сих пор широко используются и показали себя одними из самых надежных. Еще примеры: механический будильник, кухонный таймер со звонком, механическое реле программ некоторых стиральных машин.

4. Моторные реле времени предназначены для отсчета времени от 10 с до нескольких часов. Оно состоит из синхронного двигателя, редуктора, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактов. Работа электронных реле времени основана на переходных процессах в разрядном контуре RC или RL.

Такие реле времени ранее встречались, например, как счетчики моточасов электрогенераторов. Они необходимы для проведения своевременных регламентных работ на оборудовании.

5. Электронные реле наиболее распространенный тип реле времени. Такие реле легко обеспечивают выдержки от долей секунды до месяцев и даже лет. Поскольку в таких устройствах может использоваться кварцевая стабилизация частоты и синхронизация времени по эталонным внешним часам через радиоканал или интернет, то они обеспечивают непревзойденную точность.

Кроме того, такие реле времени уже являются микроконтроллерами, так как имеют различные входы и выходы для осуществления обратной связи, развитое программирование для задания необходимого алгоритма работы. Электронные реле времени – это наиболее современные устройства.

За счет достижений в микроэлектронике, они имеют малые габариты, энергопотребление и высокую автономность за счет энергонезависимой памяти и внутренних батарейных источников питания. Если вы не ограничены в средствах и выбираете реле времени для новых проектов, следует остановить свой выбор на электронных реле времени.

Плавкие предохранители

В истории развития электрических аппаратов защиты плавкие предохранители явились первыми и самыми дешевыми устройствами для защиты от токов короткого замыкания. Предохранитель состоит из металлического проводника – плавкой вставки, включаемой последовательно в защищаемую электрическую цепь, и патрона в которой закрепляют вставку. Работа плавкого предохранителя основана на тепловом действии электрического тока. Протекая по вставке, ток нагревает ее. Очевидно, что чем больше ток, тем выше становится температура вставки. Когда ток превышает определенное значение, вставка расплавляется (перегорает), размыкая цепь. Наиболее распространенные материалы плавких вставок – медь и цинк, реже применяют свинец и серебро. Медные вставки подвержены окислению, поэтому обычно применяют луженые медные вставки. Если необходимо получить большую выдержку времени предохранителя при перегрузках, например, при пуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяют так называемые инертные плавкие вставки из свинца и серебра.

Широко распространены следующие типы предохранителей: трубчатые ПН, разборные ПР и засыпные ПН-2.

Трубчатые предохранители состоят из держателя и стеклянной трубки с наконечниками. Между наконечниками внутри стеклянной трубки натянута плавкая вставка.

Трубчатые предохранители на номинальные токи до 5А и напряжение не более 600В применяют в слаботочных цепях электрических установок и линий связи (предохранители ПН-50, ПК-45 и др.).

Плавкие вставки выпускают в двух исполнениях: закрытые ПВ на 2, 6, 10, 20, 30, 40 и 50А и открытые ПВ-60АС, ПВ-80АС, и ПВ-100АС на токи соответственно 60, 80, и 100А.

Разборный предохранитель ПР-2 состоит из цинковой плавкой вставки 11 фигурной формы, фибрового патрона 13, латунных колпачков 8 и контактных ножей 7, которые служат для подсоединения предохранителя к электрической цепи. Предохранители ПР-2 удобны в эксплуатации, так как легко разбираются и при перегорании плавкой вставки позволяют быстро сменить ее. Предохранители ПР-2 выпускают двух габаритов: габарит 1 – на напряжение до 220В, габарит 2 – на напряжение до 500В.

Причем предохранители 1 габарита могут работать в цепях с номинальным напряжением 380В при ограниченном по мощности источнике питания. В связи с этим на путевых машинах с автономными дизель-электрическими агрегатами мощностью до 500 Квт применяют в основном предохранители ПР-2 1 габарита. Плавкие вставки предохранителей ПР-2 выпускают на номинальные токи 6, 10, 15, 20, 25, 35, 45, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350, 430, 500, 600, 700, 800, и 1000А, патроны предохранителей и контактные стойки для переднего и заднего присоединения проводов – на 15, 60, 100, 200, 350, 600 и 1000А.

-15-

Предохранители с мелкозернистым наполнителем.

Эти предохранители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения предохранителя ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки и наполнитель – кварцевый песок . Плавкие вставки привариваются к диску, который крепится к пластинам, связанным с ножевыми контактами. Пластины крепятся к корпусу винтами. Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1 – 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя.

Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски (металлургический эффект).

При КЗ плавкая вставка сгорает. При сгорании дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100А дуга имеет возрастающую вольтамперную характеристику. Градиент напряжения на дуге очень высок.

Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд. После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском заменяют, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины кладется асбестовая прокладка, что предохраняет песок от увлажнения.

Выбор предохранителей.

Номинальное напряжение предохранителей и плавких вставок Uн.пр должно по возможности выбираться равным номинальному напряжению сети Uн.с, к которой подключены потребители, т.е. Uн.пр = Uн.с. Для проводов с нагрузкой, при включении которой не возникает токов, значительно превосходящих номинальные (лампы накаливания), электрические печи, асинхронные двигатели с пусковыми реостатами), номинальный ток плавкой вставки предохранителя должен быть больше или равен рабочему току нагрузки, т.е. должно соблюдаться условие: Iн.вст > Ip. Для проводов с нагрузкой, при включении которой возникают пусковые токи, значительно превышающие номинальные, как, например, при пуске короткозамкнутых асинхронных двигателей при небольшой частоте включений и легких условиях пуска (время пуска Tн = 2 – 5С) во избежание отключения при кратковременных перегрузках номинальный ток плавкой вставки Iн.вст > Iпуск/2,5 или Iн.вст> 0,4 Iпуск.

При тяжелых режимах работы (Тп > 10 – 20 с) номинальный ток плавкой вставки выбирают так, чтобы Iн.вст > (0,5 – 0,6) Iпуск.

Автоматические выключатели

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при перегрузках, коротком замыкании, чрезмерном понижении напряжения питания, изменении направления мощности и т.п., а также для редких включений и отключений вручную номинальных токов нагрузки. В зависимости от вида воздействующей величины автоматы делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, минимальные автоматы по напряжению, автоматы обратного тока, максимальные автоматы, работающие по производной тока, поляризованные максимальные автоматы (отключают цепь при нарастании тока в одном – прямом направлении) и неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении. Для построения селективно действующей защиты автоматы должны иметь регулировку тока и времени срабатывания.

-16-

В некоторых случаях требуется комбинированная защита – максимальная по току и минимальная по напряжению. Автоматы, удовлетворяющие этим требованиям, называются универсальными. Автоматы общепромышленного и бытового применения обычно имеют лишь максимально-токовую защиту, отрегулированную на заводе. В эксплуатации характеристики автомата не могут быть изменены. Для уменьшения возможности соприкосновения персонала с деталями, находящимися под напряжением, эти автоматы закрыты пластмассовым кожухом и практически не выбрасывают дугу. Такие автоматы называются установочными. В любом автомате есть следующие основные узлы: токоведущая цепь, дугогасительная система, привод автомата, механизм свободного расцепления и элементы защиты – расцепители.

Универсальный автоматический выключатель

Универсальный автоматический выключатель используется для защиты генератора от короткого замыкания и перегрузки. Выключатель оборудован электромагнитным приводом. Включение и выключение производится универсальным переключателем. Сигнализация включенного и выключенного положения осуществляется сигнальными лампами.

Конструктивно выключатель состоит из механизма свободного расцепления, силовых и блокировочных контактов, электромагнитного привода и механизмов минимального напряжения, максимального тока, независимого расцепления.

Свободный механизм расцепления обеспечивает включение и выключение контактов автоматического выключателя. Контактный механизм выключателя состоит из трех контактных рычагов, на которых установлены силовые контакты, обеспечивающие включение и выключение нагрузки. При номинальных токах до 200А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой. При токах более 200А применяются двухступенчатые контакты типа перекатывающегося контакта или пары главных и дугогасительных контактов. Основные контакты облицовываются серебром либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительный неподвижный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (серебро, вольфрам), подвижный – СН – 29ГЗ. Применяется металлокерамика и других марок.

-17-

В быстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени срабатывания применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Контакты изготавливаются из меди, а поверхности касания подвергаются серебрению.

Контактные рычаги приводятся в работу от механизма свободного расцепления, который состоит из рычагов 6, рукоятки включения 9 и электромагнитного привода 8. Контактные рычаги механически связаны с блокировочными контактами 15.

Приводы механизма свободного расцепления.

Привод должен обеспечивать усилие на контактах, необходимое для включения автомата в самом тяжелом случае – на существующее КЗ. Приводы могут быть ручные и электромеханические. Ручные приводы применяются при номинальных токах до 200А. При токах до 1Ка применяются электромагнитные приводы, обеспечивающие необходимую скорость нарастания давления в контактах. Недостатки электромагнитного привода являются большие скорости движения и удары в механизме, которые могут приводить к вибрации контактов. В автоматах на токи 1500А и выше применяют электродвигательный привод. Достоинствами этого привода являются плавный ход механизма и отсутствие ударов. Отключение автоматов происходит под действием на механизм свободного расцепления элементов защиты – расцепителей.

Дугогасительная система.

В автоматах применяются полузакрытое и открытое исполнения дугогасительных устройств. В полузакрытом исполнении автомат закрыт изоляционным кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов.

Объем кожуха достаточно велик для исполнения внутри больших избыточных давлений. Зона выброса горячих и ионизированных газов составляет несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое исполнение применяется в установочных и универсальных автоматах, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распределительных устройствах, автоматах с ручным управлением. Предельный отключаемый ток не превышает 50Ка.

В быстродействующих автоматах и автоматах на большие предельные токи (100Ка и выше) или большие напряжения (выше 1000В) применяются дугогасительные устройства открытого исполнения с большой зоной выброса. В установочных и универсальных автоматах массового применения широко используется деионовая дугогасительная решетка из стальных пластин.

Поскольку эти автоматы предназначены как для переменного, так и для постоянного тока, число пластин выбирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряжение не более 25В.

В цепях переменного тока с напряжением 660В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50Ка. На постоянном токе эти устройства работают при напряжении до 440В и отключаемых токах до 55Ка. При этом дуга горит с минимальным выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.

Максимальный электромагнитный расцепитель 11 служит для отключения автомата при прохождении через него недопустимых токов короткого замыкания. Максимальный расцепитель представляет собой электромагнитное токовое реле, якорь которого при опасных для потребителей токах притягивается и через толкатель воздействует на механизм свободного расцепления, который производит выключение автоматического выключателя. Механизм имеет регулятор, при помощи которого можно изменять характеристику тока срабатывания выключателя.

-18-

Тепловой расцепитель 10 представляет собой тепловое реле. При прохождении больших токов перегрузки через потребитель, биметаллическая пластина нагревается. Свободный конец пластины изгибается и через толкатель воздействует на механизм свободного расцепителя, который производит выключение автоматического выключателя. Механизм имеет регулятор, которым в процессе эксплуатации можно производить подстройку тока срабатывания.

Минимальный электромагнитный расцепитель 12 устанавливается только на неселективных автоматах. Он отрегулирован так, что при снижении напряжения до 0,3Uн и ниже отключает автомат. В качестве расцепителя используется реле низкого напряжения. Реле отпускает якорь при снижении напряжения в сети и через толкатель воздействует на свободный расцепитель, который отключает автомат.

Независимый электромагнитный расцепитель 13 служит для дистанционного отключения автомата. Номинальное напряжение расцепителя берется не выше 220В. Питается катушка расцепителя через замыкающий вспомогательный контакт, в качестве которого используется кнопка или элементы автоматики защищаемого агрегата.

Установочный автоматический выключатель сери А. Автоматы установочные используются на машине СМ для защиты электрических приводов от токов перегрузки и короткого замыкания. Установочные выключатели рассчитаны на небольшие токи нагрузки, поэтому оборудованы ручным приводом. Все механизмы выключателя расположены в пластмассовом корпусе 17.

На поверхность крышки корпуса выходит рукоятка механизма свободного расцепления. Рукоятка имеет цветовую метку (белого цвета), по которой определяется включенное положение автоматического выключателя.

На корпусе выключателя крепится паспортная табличка с техническими данными. В паспортной табличке указывается: тип выключателя, ток уставки максимального и теплового расцепителей, номинальное напряжение питания и величина номинального тока выключателя. Механизмы теплового и максимального расцепителей не имеют органов регулировки, поэтому в процессе эксплуатации не подстраиваются.

-19-

Механизм свободного расцепления выключателя состоит из рычагов 5, 4, 10 и выключающей пружины 10. Привод расцепителя обеспечивается пластмассовой рукояткой 11. Механизм расцепителя шарнирно рычагом 4 соединяется с контактным рычагом подвижных силовых контактов 3. Силовые контакты закрываются дугогасительными камерами 13, которые обеспечивают быстрое гашение дуги при их размыкании. Максимальный токовый расцепитель имеет токовую катушку 7, которая включена последовательно в цепь силовых контактов выключателя, поэтому при включенных контактах по ней постоянно проходит ток нагрузки. Якорь токового расцепителя 14 через удерживающий рычаг 8 входит в зацепление с механизмом сводного расцепления.

При появлении в электрической цепи больших токов, электромагнитное поле токовой катушки резко возрастает и якорь 14 притягивается к сердечнику катушки 7. Удерживающий рычаг выходит из зацепления с механизмом свободного расцепителя. При помощи пружины 12 свободный расцепитель воздей ствует на контактный рычаг 3 и силовые контакты размыкаются.

Тепловой расцепитель 9 представляет собой тепловое реле. Биметаллические пластины реле через тягу шарнирно соединены с рычагом 8. При появлении длительных больших токов перегрузки биметаллическая пластина изгибается и выводит из зацепления рычаг 8 со свободным расцепителем. Под действием пружины 12 расцепитель выключает силовые контакты выключателя.

Рукоятка привода автоматического выключателя может иметь три положения:

- верхнее положение, цветовой метки не видно – выключатель включен;

- среднее положение рукоятки, цветовую метку видно – выключатель выключен тепловым или максимальным расцепителем;

- нижнее положение рукоятки, цветовую метку видно – выключатель выключен вручную свободным расцепителем.

При выключении автомата защитными расцепителями его рукоятка занимает среднее положение. После выявления и устранения причин перегрузки в электрической цепи рукоятку выключателя переводят сначала в нижнее положение, а затем в верхнее положение.

Аппараты ручного управления

Выключатель массы

Выключатель массы ВК-318 предназначен:

1.Для отключения аккумуляторных батарей при неработающем дизеле.

2.Для мгновенного отключения аккумуляторных батарей от потребителей электроэнергии при неисправности в электрических цепях.

Выключатель рассчитан на длительную работу в однопроводной системе электрооборудования напряжением постоянного тока 24В. Он состоит из корпуса и механизма включения и контактов. Фланец корпуса имеет три отверстия диаметром 6,5 мм для крепления выключателя к массе корпуса машины. Медный винт соединяется при помощи провода с минусовой клеммой аккумуляторной батареи. Включение выключателя осуществляется нажатием на кнопку 2 с усилием 20 – 40 кгс. Для отключения выключателя необходимо нажать кнопку 3 фиксатора с усилием 5-10 кгс.

Выключатель ВК-317Б

Выключатель ВК-317Б применяется для включения стартера дизеля, включения топливного насоса, возбуждения силового синхронного генератора. По своей конструкции выключатель рассчитан на длительную работу и выдерживает не менее 15000 включений. Рабочее напряжение 24В. Ток коммутируемый выключателем 60А. Включение контактов происходит при повороте рукоятки на 60 градусов.

-20-

Конструкция выключателя неразборная и в условиях эксплуатации ремонту не подлежит.

Кнопки управления

Кнопки управления – это простейшие аппараты, применяемые в основном для управления цепями катушек электрических аппаратов переменного тока напряжением до 660В и постоянного тока до 440В. Они могут иметь несколько контактных систем с замыкающими (разомкнутыми при отсутствии нажатия на кнопку) или размыкающими (замкнутыми при отсутствии нажатия на кнопку) контактами. Кнопки управления могут коммутировать мощности до 200 Вт при постоянном токе и до 1500 ВА при переменном токе.

Электрическая износостойкость, например кнопок КЕ, не менее 2 млн. циклов включений – отключений, механическая – не менее 5 млн. циклов.

Кнопки классифицируются по числу коммутируемых цепей управления на одноцепные, двухцепные и многоцепные. По способу возврата подвижных частей кнопки бывают с самовозвратом и без самовозврата. По виду основной детали управляющего элемента (толкателя) – с цилиндрическим и грибовидными толкателями, с рукояткой и рукояткой с замком. Цвет толкателя кнопки может быть черный, коричневый, красный, зеленый, желтый, голубой, и белый. По способу защиты от воды и пыли кнопки делятся на открытые и с протектором (резиновым колпачком). Контакты кнопок выполняются с двойным разрывом электрической цепи, что обеспечивает быстрое гашение электрической дуги между контактами при их выключении. Нажатие на контакты осуществляется нажимными пружинами, что обеспечивает плотный контакт при их износе. Для лучшей проводимости контактов и уменьшения переходного сопротивления, а также для защиты от воздействий внешней среды контакты кнопок подвергают серебрению, поэтому при обслуживании контактов категорически запрещается использовать наждачную бумагу или напильники. Контакты должны протираться салфеткой смоченной в бензине.

-21-

Пакетные выключатели и переключатели

Пакетные выключатели используются для включения и выключения электрических цепей, а также для прямого пуска асинхронных трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Изготавливаются на номинальные токи от 10А до 400А и рабочие напряжения переменного тока до 380В, постоянного тока до 220В. Износостойкость этих аппаратов до 20000 переключений. Пакетные выключатели обеспечивают 1,0 млн.переключений. Пакетные выключатели и переключатели набирают из нескольких неподвижных колец – пакетов, изготовленных из изолирующего материала.

Внутри каждого кольца расположено коммутирующее устройство, связанное с общим валом, приводимым в действие от руки, через специальное моментное устройство, которое обеспечивает постоянные скорости включения и отключения независимо от скорости поворота рукоятки.

-22-

Пакетные выключатели и переключатели бывают двух или трехполюсные в открытом (ПВМ, ППМ), защищенном (ВПКМ) и герметическом (ВГПМ и ГППМ) исполнениях.

Защищенные и гермитические пакетники заключают в оболочку, которая состоит из силумина (пакетники в герметическом исполнении на номинальные токи от 100А до 400А имеют оболочку из стали).

Тумблеры ТВ

Тумблерные выключатели переключатели используются для включения и переключения цепей управления. Эти выключатели рассчитаны на рабочее напряжение 220В и токи коммутации 10А, неразборные. Выключатель смонтирован в пластмассовом корпусе. Внутри корпуса расположены сектор с подвижными контактами 5 и неподвижными контактами 10. На верхней части корпуса крепится рукоятка привода выключателя и армированный фланец с гайкой для крепления. Рукоятка имеет два положения «Включено» и «Выключено». Так как расстояние от оси 1 до средней части сектора 11 минимальное по отношению к остальным точкам скоса, то ручка 6 при повороте переходит в одно из крайних положений (под действием пружины), поворачивая сектор 11 также в одно из крайних положений. Один из контактных мостиков 5 сходит с пары неподвижных серебряных контактов 9, размыкая их, а второй замыкает другую пару контактов 9.

Рубильники и переключатели

Рубильники – это простейшие аппараты, осуществляющие видимый на глаз разрыв электрической цепи. Переключатели представляют собой по существу двусторонние рубильники. Рубильники и переключатели изготавливают на номинальные токи от десятков до тысяч ампер.

Предельный ток, который может отключать рубильник, обычно меньше номинального. Для повышения предельного отключаемого тока рубильники снабжаются дугогасительными камерами. При включении рубильника его подвижные контакты (ножи) плотно входят в пружинящие неподвижные контакты. Основными частями рубильников и переключателей являются контактные ножи 5 (рис.37) и стойки: контактные 4 и шарнирные 6. У аппаратов с боковой рукояткой (рис.38) ножи связаны валиком 8, приводимым в движение симметрично расположенными стальными тягами 4, второй конец которых шарнирно соединен с валом, установленным с задней стороны панели на двух подшипниковых стойках. Этот вал вращается рукояткой 3. Такая конструкция позволяет устанавливать аппараты с боковой рукояткой в шкафах прислонного типа, имеющих передние дверцы или крышки. Боковая рукоятка съемная, но ее можно снимать только в отключенном состоянии рубильника или переключателя. У рубильников и переключателей с центральным приводом ножи связаны валиком, который приводится в движение тягой с гайкой 4 (рис.39), непосредственно соединенной с рычажным приводом 2. Аппараты этого типа устанавливают так, чтобы привод находился с лицевой стороны стенки 3 шкафа, имеющего с задней стороны доступ для обслуживания аппарата.

-23-

-24-

Трансформаторы

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Однофазный трансформатор (рис.5.1) состоит из стального сердечника и надетых на сердечник двух катушек (обмоток) из изолированного медного или алюминиевого провода.

Одна обмотка (первичная) подключается к источнику переменного тока, например к генератору электростанции Г напряжением U1. Ко второй обмотке (вторичной подключают нагрузку Н, т.е потребители электроэнергии, которые работают при напряжении U2, отличающемся от U1. Напряжение U1, поддерживаемое на зажимах (выводах) первичной обмотки трансформатора источником переменного тока, создает в этой обмотке переменный электрический ток, который возбуждает в сердечнике аппарата переменный магнитный поток Ф. Вследствие непрерывных периодических изменений магнитного потока, пронизывающего как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора, в каждом витке этих обмоток согласно закону электромагнитной индукции возникает (индуктируется) переменная электродвижущая сила е (э. д. с.), пропорциональная скорости изменения охватываемого витком магнитного потока Ф. Если число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора равно соответственно W1 и W2, а эффективное значение переменной э. д. с. одного витка равно Е, то эффективное значение суммарной э. д. с., наводимой переменным магнитным потоком в каждой из обмоток, равно: в первичной Е1 = w1E; во вторичной Е2 = w2E.

Силовые трансформаторы рассчитываются таким образом, что при нормальных режимах работы э. д. с., индуктируемые магнитным потоком в обмотках трансформатора, мало отличаются от соответствующих напряжений на зажимах этих обмоток, т.е U1 = E1 = w1E; U2 = E2 = w2E.

Из уравнений следует, что если при помощи трансформатора необходимо повысить напряжение в (к) раз, то вторичная обмотка трансформатора должна иметь примерно в (к) раз больше витков, чем первичная.

Если же необходимо понизить напряжение в (к) раз, то вторичная обмотка должна иметь примерно в (к) раз меньше витков, чем первичная.

В том случае, когда вторичная обмотка рассчитана на более высокое напряжение, чем первичная, трансформатор называют повышающим; если же напряжение вторичной обмотки ниже, чем первичной, трансформатор называют понижающим.

Обычно трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации к, представляющим собой отношение напряжения высоковольтной обмотки к напряжению низковольтной. Так, если U1 > U2, то k = U1/U2 = E1/E2 = w1/w2. Таким образом, коэффициент трансформации может быть выражен как отношение чисел витков обмоток трансформаторов.

-25-

Правильно рассчитанный и выполненный трансформатор представляет собой весьма совершенный в энергетическом отношении аппарат с коэффициентом полезного действия 95-97%, а у очень мощных трансформаторов – свыше 98%.

Поэтому при нормальной нагрузке трансформатора мощность Р1, получаемая его первичной обмоткой от источника электроэнергии, приблизительно равна мощности Р2, отдаваемой вторичной обмоткой потребителям. Мощность соответствующей обмотки может быть охарактеризована произведением протекающего по ней тока на напряжение.

Поэтому U1I1 = P1 = P2 = U2I2, или U1I1 = U2I2. Преобразовав последнее уравнение и учитывая, что U1/U2 = w1/w2 = k, получим U1/U2 = I2/I1 = k = w1/w2.

Итак, при нормальной работе трансформатора напряжение на зажимах его обмоток приблизительно пропорционально числу витков этих обмоток, а отношение токов приблизительно обратно пропорционально числу витков обмоток. Иначе говоря, чем выше напряжение, на которое рассчитана обмотка данного трансформатора, тем меньше ток, протекающей по этой обмотке. Поэтому сечение провода первичной обмотки выбираются соответственно меньшим.

Таким образом, обмотка высшего напряжения трансформатора должна состоять из большого числа витков сравнительно тонкого провода, а обмотка низшего напряжения – из соответственно меньшего числа витков более толстого провода. На паспортной табличке трансформатора обычно указывается его марка, характеризующая назначение и конструкцию, а также напряжение обмоток и мощность трансформатора.

В настоящее время широкое применение находит трехфазный ток благодаря ряду известных преимуществ трехфазной системы. Для преобразования напряжения трехфазного тока можно воспользоваться тремя одинаковыми однофазными трансформаторами, соединив должным образом выводы их обмоток. Однако расход материалов, габариты, масса и стоимость трех однофазных трансформаторов будут значительно больше, чем у одного соответственно заменяющего их трехфазного трансформатора.

Трехфазный трансформатор (рис.5.2,а) состоит из стального сердечника, на каждом из трех стержней которого размещены три пары обмоток. Принцип действия трехфазного трансформатора по существу тот же, что и у однофазного.

Фазные обмотки одного и того же напряжения в трехфазном трансформаторе (рис.5.2,б) соединяют между собой в «звезду», «звезду» с выведенной нулевой точкой и в «треугольник». Соотношение между значениями первичных и вторичных линейных напряжений в трехфазных трансформаторах зависит не только от соотношения чисел витков соответствующих обмоток, но и от схем их соединения.

-26-

Например, если каждая фаза первичной обмотки трансформатора рассчитана на 220 В, а вторичной – на 127 В и коэффициент трансформации здесь равен 1,73, то, соединив первичную обмотку по схеме «звезда», можно подключить ее линейные зажимы на напряжение 380 В. Если же при этом вторичная обмотка соединена по схеме «треугольник», то на линейных зажимах, подключаемых к нагрузке, будет напряжение 127 В. Таким образом, напряжение снижено не в 1,73 раза, а в 3 раза.

Конструкция трансформаторов

Сердечник трансформатора для уменьшения в нем потерь от вихревых токов набирается из тонких (толщиной 0,35-0,5 мм) штампованных листов высококачественной электротехнической стали (трансформаторной стали), имеющей большую магнитную проницаемость и малые потери на перемагничивание. Листы сердечника изолируют друг от друга тонкой (0,03 мм) бумагой (в крупных трансформаторах), лаком или окалиной. Сердечник имеет стержни, на которые надеваются катушки с обмотками, и два ярма, замыкающих торцовые части стержней между собой. Сердечник служит магнитопроводом трансформатора. Листы сердечника трансформатора собираются в пакет и стягиваются болтами, изолированными от сердечника и пропущенными сквозь его листы через специально штампованные в них отверстия.

В зависимости от формы магнитопровода различают стержневые и броневые трансформаторы (рис.5.5) В отличии от стержневых в броневых трансформаторах магнитный поток стержня делится на две части в замыкающем ярме.

На стержни сердечника надеты катушки с обмотками. Первичную и вторичную обмотки располагают, как правило, на одном стержне, что уменьшает рассеяние магнитного потока. Обмотки применяются цилиндрические и дисковые.

В первом случае они выполнены в виде цилиндрических слоев (из витков провода), концентрически расположенных вокруг стержня, причем обмотку высшего напряжения обычно располагают снаружи.

Обмотки отделяют друг от друга изолирующими цилиндрами. Дисковые обмотки состоят из ряда надетых на стержень и положенных друг на друга катушек, причем катушки первичной и вторичной обмоток чередуются.

При работе трансформатора он нагревается из-за выделения тепла при прохождении тока по обмоткам, а также из-за потерь энергии в стали сердечника от перемагничивания и возникновения здесь вихревых токов. Именно нагрев трансформатора ограничивает его мощность. По способу охлаждения трансформаторы разделяются на сухие и масляные.

-27-

Измерительные трансформаторы

К измерительным трансформаторам относятся трансформаторы тока и напряжения. Они служат для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов, разделения высоковольтных силовых цепей и низковольтных измерительных цепей в электроустановках, а также для питания релейной и другой аппаратуры автоматического управления (рис.5.6).

Первичная обмотка трансформатора тока включается в линию последовательно, а вторичная обмотка замыкается непосредственно на амперметр, токовую обмотку ваттметра, счетчика или реле. Поскольку перечисленные приборы имеют очень малое сопротивление, то трансформаторы тока рассчитаны на режим работы, близкий к короткому замыканию. У трансформаторов тока, обычно включаемых первичной обмоткой последовательно в линию с достаточно большими токами, число витков этой обмотки невелико.

Для очень больших токов первичная обмотка выполняется в виде шины, продетой в окно стального сердечника, на котором намотаны витки вторичной обмотки. Вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока обычно рассчитаны на ток 5 А независимо от того, на какой ток рассчитана первичная обмотка. В целях безопасности один вывод вторичной обмотки должен быть заземлен. При работе трансформатора тока нельзя допускать размыкания его вторичной обмотки, так как при этом на ней будет весьма высокое напряжение, что представляет опасность, как для изоляции, так и для обслуживающего персонала. В тех случаях, когда от вторичной обмотки трансформатора тока отключается прибор, на который он работал, саму вторичную обмотку следует обязательно закоротить, т.е. соединить между собой ее выводы. Трансформаторы напряжения по существу являются маломощными силовыми трансформаторами и по своей конструкции весьма близки к ним. Первичная обмотка трансформатора напряжения включается в цепь параллельно.

Вторичная обмотка подключается к вольтметру, обмоткам напряжения ваттметров, счетчиков или реле. Эти приборы имеют большое сопротивление, поэтому ток во вторичной обмотке трансформатора достаточно мал, т.е трансформатор напряжения работает в режиме, близким к холостому ходу. Вторичные обмотки трансформаторов напряжения обычно рассчитаны на 100В независимо от того, на какое напряжение рассчитана первичная обмотка. В целях безопасности один вывод вторичной обмотки должен быть заземлен. При отключении от вторичной обмотки трансформатора напряжения приборов, на которое он работал, саму вторичную обмотку, в отличие от таковой трансформатора тока, нельзя закорачивать, так как это может привести к выходу трансформатора из строя.

-28-

Выпрямители

Выпрямителями называются устройства, преобразующие переменный электрический ток в постоянный. По принципу действия выпрямители могут быть механическими, электронными, ионными, полупроводниковыми. Наибольшее широкое распространение получили полупроводниковые выпрямители. Существующие в природе вещества в зависимости от их способности проводить электрический ток разделяются на проводники, изоляторы и полупроводники. Проводники, к которым относятся металлы, а также водные растворы солей кислот и щелочей хорошо проводят электрический ток, обладая большой удельной проводимостью.

Изоляторы, которые называются также диэлектриками (фарфор, стекло, слюда, резина и др.), имеют очень малую удельную проводимость, т.е. практически не пропускают электрический ток.

Полупроводники, к которым относится большинство существующих в природе веществ, занимают промежуточное положение между изоляторами и проводниками. Для изготовления полупроводниковых выпрямителей чаще других используют селен, германий, кремний.

Среди полупроводниковых веществ особый интерес представляют так называемые электронные полупроводники, у которых, как и у металлов, носителями зарядов при прохождении электрического тока являются свободные электроны.

Способность металлов хорошо проводить электрический ток объясняется наличием в них большого количества свободных электронов. В полупроводниках же, чтобы перевести электрон из связанного состояния в свободное состояние, нужно извне сообщить ему некоторую добавочную энергию, например нагревом или облучением (освещением). В обычных условиях лишь сравнительно небольшое число электронов полупроводника получает добавочную энергию, достаточную, чтобы порвать связь со своими атомами и превратиться в свободные электроны. Атомы полупроводника, потерявшие электроны, превращаются в положительные ионы. При этом в кристаллической решетке полупроводникового вещества образуется незаполненная междуатомная связь – электронная дырка проводимости. Дырка проводимости легко может быть легко заполнена электроном соседнего нейтрального атома, который сам превратится в положительно заряженный ион. Этому вновь образованному иону может отдать свой электрон один из соседних атомов и т.д. Таким образом, местоположение в полупроводнике положительного иона меняется, т.е. положительный заряд, или электронная дырка проводимости, как бы перемещается. Таким образом, в чистом полупроводнике имеются равное количество носителей тока – свободные электроны (электроны проводимости) и дырки проводимости. Идеально чистые полупроводники в природе практически не встречаются, а изготовить их искусственно чрезвычайно трудно.

Малейшие следы примесей коренным образом изменяют свойства полупроводников. В одних случаях влияние примесей проявляется в том, что ток в полупроводнике протекает главным образом за счет направленного перемещения свободных электронов. Это полупроводники n – типа. В других случаях из-за наличия примеси ток в полупроводнике протекает главным образом за счет направленного перемещения дырок. Это полупроводники р – типа. Устройство состоящее из полупроводников р и n проводимостей называется полупроводниковым диодом.

Если к полупроводниковому диоду подключить источник переменного синусоидального напряжения, то в течении тех полупериодов, когда напряжение будет прямым, т.е направленным от анода к катоду, в цепи будет протекать достаточно большой электрический ток, а в течение тех полупериодов, когда напряжение обратное, от катода на анод, ток в цепи будет мал, то есть практически отсутствует. Таким образом, благодаря полупроводниковому прибору диоду в цепи получается не переменный, а пульсирующий выпрямленный ток одного направления.

-29-

При чрезмерном повышении температуры полупроводника вентильные свойства диода нарушаются и полупроводниковый прибор перестает работать в качестве выпрямителя. Поэтому температура германиевых диодов не должна превышать 60 градусов, кремниевых 150 градусов из арсенид галлия 250 градусов. Причиной чрезмерного нагрева полупроводникового диода может быть слишком большой проходящий ток. Работа диода также может быть нарушена при чрезмерном большом обратном напряжении, которое «пробивает» запирающий слой.

Вентильные свойства полупроводникового диода, хорошо видны на его вольт-амперной характеристике, представляющей собой график зависимости тока через полупроводник от приложенного напряжения. С увеличением прямого напряжения Uпр, направленного от р-зоны к n-зоне, прямой ток Iпр, имеющий то же направление, быстро растет. Рост же обратного напряжения Uоб, имеющего направление от зоны n к зоне р, до определенного предела почти не увеличивает обратный ток Iобр.

-

Промышленность производит электрические вентили: германиевые, кремниевые, селеновые и медно-закисные. Германиевые и кремниевые вентили изготавливают двух типов: точечные и плоскостные. У точечного германиевого диода (рис.135,а) помещен кристалл 5 с электронной проводимостью, в который острием входит контактный пружинящий вывод анода 3. Под контактным острием в результате специальной термической обработки создается область с дырочной проводимостью. В плоскостном германиевом диоде (рс.135,б) на пластину германия 5 с электронной проводимостью накладывается таблетка из индия, которая в процессе изготовления диода нагревается до 500 градусов и плавится так, что ее атомы диффундируют в германий, образуя область с дырочной проводимостью. На границе двух областей (с электронной и дырочной проводимостью) появляется запирающий p-n переход. Как в точечном, так и в плоскостном диоде германий 5 припоем 4 укреплен на кристаллодержателе 6, к которому приварен вывод катода (нижний) 7. Вывод анода 3 также припоем 4 укрепляется в области с дырочной проводимостью и выводится наружу в верхний части диода. Металлический корпус 2 сварен с кристаллодержателем 6 и стеклянным изолятором 1.

-30-

Схемы выпрямителей тока. В зависимости от назначения выпрямительного устройства, а также от требуемого соотношения между напряжением переменного и выпрямленного тока применяют различные схемы выпрямления.

В схеме однополуперидного (однотактного) выпрямителя трехфазного тока использован трехфазный трансформатор, у которого как первичная, так и вторичная обмотки соединены по схеме «звезда». В каждую фазу вторичной обмотки трансформатора включен полупроводниковый диод. В тот промежуток времени, когда напряжение какой-либо фазы вторичной обмотки имеет положительное (по отношению к диоду) и наибольшее по сравнению с другими фазами значение, ток протекает через эту фазу, диод и нагрузку.

Так как наибольшее положительные напряжения на фазах вторичной обмотки сдвинуты во времени на одну треть периода, то график выпрямленного тока, протекающего по нагрузке, имеет такую форму, как показано на графике. В этой схеме ток и напряжение на нагрузке получаются пульсирующими. При этом глубина пульсаций получается меньше, а частота пульсаций большая. Достоинством схемы является равномерность нагрузки всех трех фаз трансформатора.

В схеме двухполупериодного (двухтактного) выпрямителя со средней точкой (рис.4.7, а) использованы два диода, действующие поочередно через каждые полпериода. Ток протекает по тому из диодов В1 или В2, у которого в течение данного полупериода анод положителен по отношению к катоду. В результате совместного действия обоих диодов по нагрузке протекает ток одного направления. Пульсации выпрямленного тока и напряжения здесь получаются небольшими, а частота пульсаций равна удвоенной частоте сети.

Мостовая схема двухполуперидного однофазного выпрямителя (схема Гретца) (рис.4.7, б) не требует вывода средней точки на вторичной обмотке трансформатора Тр. Здесь в течение одного полупериода ток протекает через последовательно соединенные диоды В1, сопротивление нагрузки Rн и диод В3, а во второй полупериод – через диод В2, сопротивление Rн и диод В4. Характер изменения тока в нагрузке и пульсации такие же, как и для схемы со средней точкой.

-31-

В трехфазной мостовой двухполупериодной схеме выпрямителя (схема Ларионова), показанной на рис.4.8, как и в схеме трехфазного однопулопериоднго выпрямителя, фазы трансформатора работают поочередно. В тот отрезок времени, когда наибольшее положительное напряжение будет между фазами 1 и 2 (плюс на выводе фазы 1), ток протекает через диод В1, сопротивление нагрузки Rн и диод В2. Через 1/6 часть периода, когда большее положительное напряжение будет между фазами 1 и 3, ток потечет через диод В1, сопротивление Rн и диод В3.

Так каждую шестую часть периода будут меняться пары последовательно соединенных диодов, а на нагрузке будет напряжение одного и того же направления. На рис.4.8 пунктиром показано возможное включение нагрузки на половинное напряжение. К достоинствам рассматриваемой схемы выпрямителя относятся малая пульсация выпрямленного напряжения с частотой, в шесть раз большей, чем частота сети, а также равномерная нагрузка фаз и хорошее использование обмоток трансформатора. Трехфазная мостовая схема часто используется для питания выпрямленным током обмоток возбуждения самовозбуждающихся синхронных генераторов.

-32-

Тиристоры

Четырехслойный кремниевый вентиль, имеющий два электрода (анод и катод), называется динистором. Если кроме анода и катода имеется третий (управляющий) электрод, то вентиль становится управляемым и называется тиристором. Тиристор, а также динистор выполняют четырехслойными: р-п-р-п. Средняя область р тиристора имеет вывод – управляющий электрод у. При отключенном управляющем электроде тиристор превращается в динистор. Если между анодом и катодом вентиля будет приложено небольшое постоянное напряжение в прямом направлении, то переходы П1 и П3 окажутся открытыми и их сопротивление мало. Переход П2 будет включен в обратном (непроводящем) направлении и его сопротивление велико, так что все приложенное к тиристору напряжение будет практически на переходе П2, а ток в цепи мал. При повышении напряжения на тиристоре ток в цепи увеличивается незначительно, так как ограничивается большим сопротивлением перехода П2, и вольт-амперная характеристика тиристора будет подобна обратной ветви характеристики диода. Если напряжение достигнет некоторого определенного значения, называемого напряжением переключения, то в переходе П2 напряженность электрического поля становится достаточной для ионизации и образования новых свободных носителей зарядов (электронов и дырок), его сопротивление резко уменьшится и тиристор открывается. Наибольший ток тиристора лимитируется предельно допустимой мощностью, рассеиваемой им. Если уменьшить ток через открытый тиристор, то он будет оставаться открытым до тех пор, пока ток тиристора достаточен для поддержания процесса образования носителей зарядов в переходе П2. При токе, меньшем определенного значения, называемым током удержания тиристор закрывается, т.е. возвращается в непроводящее состояние.

Если на управляющий электрод подать положительный потенциал от постороннего источника, то в переходе П2 возникает ток управления и появятся дополнительные носители зарядов, вследствие чего уменьшится напряжение переключения этого перехода и тиристор откроется при меньшем напряжении. Чем больше ток управления, тем больше дополнительных зарядов в переходе П2 и меньше напряжение переключения тиристора. При определенном значении тока управления тиристор будет работать как неуправляемый вентиль, т.е. будет открыт при любом положительном напряжении на его аноде. Таким образом, тиристор открывается как при подаче на его анод напряжения переключения, так и при включении тока управления достаточного значения. Так как управляющий электрод после открытия тиристора перестает оказывать влияние на его работу, то в цепи управляющего электрода проходит кратковременный импульс тока прямоугольной формы и длительностью примерно 10 мкс.

При подаче на зажимы тиристора обратного напряжения он будет закрыт обратно включенными переходами П1 и П3 независимо от управляющего тока и его вольт-амперная характеристика практически не отличается от обратной ветви вольт-амперной характеристики неуправляемого вентиля.

Тиристоры имеют два устойчивых состояния: при закрытом тиристоре его сопротивление очень велико, при открытом – мало. Поэтому тиристоры находят применение как бесконтактные переключатели в инверторах, регулируемых выпрямителях, в схемах защиты и т.д.

Конструкция мощного тиристора показана на рисунке. Четырехслойная кристаллическая структура 4, укрепленная на кристаллодержателе 3, помещена в металлическом корпусе 2, в нижней части которого находится резьбовой вывод катода 1. К верхнему р-слою припоем 5 крепится плетеный вывод анода 7. В среднюю р-область вводится вывод управляющего электрода 8. Выводы анода и управляющего электрода закрепляют в корпусе изолятором 6.

-33-