Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические и электронные аппараты. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 83 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

2.3. Лабораторная работа 3. Исследование влияния силы

контактного нажатия на переходное сопротивление контактов

Цель работы: экспериментально изучить влияние силы контактного нажатия на переходное сопротивление контактов.

Общие сведения

Электрический контакт – соединение двух проводников, позволяющее проводить ток. Соприкасающиеся детали называют контактами.

Абсолютно гладкую поверхность контактов получить невозможно, поэтому они соприкасаются друг с другом не по всей поверхности, а в отдельных точках (рис. 2.7, а). Вследствие нажатия одного контакта на другой вершины соприкасающихся выступов деформируются и образуются площадки действительного касания, через которые и протекает электрический ток. Если имеется только одна площадка касания в виде круга с радиусом r (рис. 2.7, б), то этот радиус можно найти из соотношения

конт

, (2.5)

πr

где Р смятие материала контактов, Н/м

а)

– сила контактного нажатия, Н;  – временное сопротивление на

конт

б)

в)

Рис. 2.7. Стягивание линий тока в контакте

Из-за стягивания линий тока к площадкам касания увеличивается длина пути, по которому протекает ток, и уменьшается фактическое сечение проводника. Следствие этого – увеличение сопротивления в области касания. Для контактов, соприкасающихся по одной круглой площадке, переходное сопротивление R

, обусловленное стягиванием линий тока,

ст

можно найти как

ст

, (2.6)

где  – удельное сопротивление материала контактов, Омм.

Формула дает погрешность не более 5 %, если диаметр контакта превосходит диаметр площадки касания не менее чем в 15 раз. Это условие соблюдается в большинстве случаев, так как размеры площадки касания обычно не превосходят долей миллиметра. Из формул (2.5) и (2.6) следует, что

ст

ρ√πσ

2P

конт

2P

конт

Экспериментально определенные значения коэффициента k для разных материалов приводятся в [5].

С ростом контактного нажатия переходное сопротивление уменьшается. При снижении силы нажатия зависимость сопротивления от силы идет ниже, чем при увеличении (кривые 1 и 2 на рис. 2.7, в), из-за наличия остаточных деформаций контактирующих выступов. При последующих замыканиях и размыканиях контактов кривые не повторяют предыдущие, так как в каждом новом случае касание происходит в новых точках.

Сопротивление R

зависит от качества обработки поверхностей кон-

ст

тактов – у шлифованных контактов сопротивление выше, чем у грубо обработанных, из-за того, что выступы на поверхностях шлифованных контактов более пологие и для их смятия нужна большая сила.

На результирующее переходное сопротивление влияет и наличие пленок, образующихся на поверхности контактов при химическом взаимодействии их материала с воздухом, например при окислении металлов. Такие пленки имеют высокое удельное сопротивление, вследствие чего переходное сопротивление может значительно возрасти. Особенно сильно влияние сопротивления подобных пленок при площадках касания небольшого радиуса (до 10

-3

10-4 мм), поэтому пленки наиболее опасны для контактов на малые токи, в которых сила нажатия и радиус r малы. Чтобы уменьшить переходное сопротивление слаботочных контактов, их изготавливают из материалов, слабо или совсем не поддающихся окислению, например из благородных металлов. Для защиты от воздуха контакты могут помещаться в герметизированный баллон, заполненный инертным газом (герконы). В сильноточных контактах пленки разрушаются при проскальзывании контактов во время замыкания или благодаря большим силам нажатия.

В процессе работы контакта его переходное сопротивление не остается постоянным. Из-за нагрева контактов при протекании тока интенсивность образования пленки растет, сопротивление увеличивается, что вызывает рост падения напряжения на контакте и усиливает его нагрев. При определенном значении напряжения происходит пробой пленки и сопротивление снижается. При сильном перегреве контакта может произойти размягчение его материала, вследствие чего площадка касания увеличивается, а переходное сопротивление резко падает.

Описание лабораторной установки

Исследуемая контактная группа (блок 382) содержит четыре контакта, включенных последовательно, по которым пропускается переменный ток. Источником питания служит автотрансформатор (блок 318.2). Однофазный трансформатор (блок 372) понижает напряжение, сдвоенный реактор (блок 373) используется для ограничения величины тока. Падение напряжения на контактах (U

) усиливается усилителем, собираемым из

вых

миниблоков «1 кОм», «10 кОм» и «КР140УД608» на наборном поле (блок 220). Протекающий по контактам ток и напряжение на выходе усилителя измеряются мультиметрами блока 508.2.

Сила контактного нажатия изменяется при помощи нагрузочного устройства, представляющего собой рычаг (рис. 2.8) с соотношением плеч ОВ/ОА = 2. В точке В подвешивается груз, точка А передает усилие на контактную группу. Таким образом, сила F, приложенная к

Рис. 2.8. Распределение сил

контактам группы, в 2 раза превышает вес груза Р. При отсутствии внешней силы контакты сжимаются контактными пружинами, создающими усилие около 100 г на один контакт.

Порядок выполнения работы:

1. Соедините желто-зелеными проводниками гнезда защитного зазем-

ления используемых в работе блоков с гнездом «РЕ» автотрансформатора.

2. Соберите электрическую цепь по схеме на рис. 2.9. Переключатель пределов мультиметра, используемого в качестве амперметра, установите в положение «10 А» переменного тока, прибор включать в схему через гнезда «СОМ» и «10 А».

Миниблоки «1 кОм», «10 кОм» и «КР140УД608» устанавливаются в гнезда на наборном поле и соединяются специальными проводниками. Переключатель пределов мультиметра, используемого как вольтметр, устанавливается в положение «2 V» переменного тока, к наборному полю прибор подключать через гнезда «СОМ» и «V» с помощью щупов.

Рис. 2.9. Схема лабораторной установки

3. На блоке испытаний электрических аппаратов ослабьте винт, регулирующий положение якоря электромагнита, так, чтобы он не препятствовал перемещениям рычага нагрузочного устройства. Грузы с рычага снять.

4. Включите тумблеры «СЕТЬ» автотрансформатора, источника питания с наборным полем и блока мультиметров, включите используемые приборы.

5. Увеличивая напряжение на выходе автотрансформатора, установите ток контактной группы равным 4 А. В ходе измерений необходимо поддерживать указанную величину тока.

6. Приподняв рычаг нагрузочного устройства так, чтобы он не воздействовал на контакты, измерьте напряжение на выходе усилителя (микросхема КР140УД608) и ток через контакты. Полученные значения занесите в первую колонку табл. 2.4, в строки, соответствующие увеличению силы нажатия. В этом состоянии контакты сжимаются контактными пружинами с усилием примерно 0,98 Н (100 г) на один контакт.

Таблица 2.4

Масса груза, кг 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Усилие нажатия на контакт, Н 0,98

При увеличении силы

При уменьшении силы

Напряжение, мВ Ток через контакты, А Сопротивление контакта, мОм Напряжение, мВ Ток через контакты, А Сопротивление контакта, мОм

7. Повесьте на рычаг сначала минимальный груз (200 г), затем увеличивайте его. После установки очередного груза измеряйте значения тока и напряжения на выходе усилителя и записывайте их в табл. 2.4.

8. Повторите измерения при уменьшении силы нажатия (массы груза), снимая по очереди грузы с рычага нагрузочного устройства.

9. Для каждого значения массы груза рассчитайте усилие нажатия и переходные сопротивления контактов при увеличении и уменьшении силы.

Сопротивление контакта R, мОм, находится как

R =

4∙10∙I

где U – напряжение на выходе усилителя, мВ; 4 – количество соединенных последовательно контактов в контактной группе; 10 – коэффициент усиления напряжения усилителем; I – ток через контактную группу, А.

Усилие нажатия F, Н, рассчитывается по формуле

F = 9,8

где 2 – соотношение плеч рычага; m – масса груза, кг; 4 – количество контактов, между которыми распределяется усилие.

10. По результатам измерений постройте графики изменения переходного сопротивления контакта при увеличении и уменьшении силы нажатия.

В отчете к лабораторной работе следует указать цель работы, привести электрическую схему установки, результаты измерений и расчетов, графики и выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы влияют на величину переходного сопротивления

контактов?

2. Почему с ростом силы нажатия переходное сопротивление контак-

тов падает?

3. Почему не совпадают кривые зависимости сопротивления от силы

нажатия, снятые при увеличении и при уменьшении силы?

4. Почему с увеличением тока через контакт его переходное сопро-

тивление сначала растет, а затем резко падает?

5. К чему приводит вибрация контактов при их включении?

6. Какие причины вызывают эрозию контактов? Какие меры пред-

принимаются для её уменьшения?

7. Какие требования предъявляются к контактным материалам?

2.4. Лабораторная работа 4. Времятоковая характеристика

автоматического выключателя

Цель работы: экспериментальным путем получить времятоковую характеристику автоматического воздушного выключателя.

Общие сведения

Автоматический выключатель (АВ) – механический коммутационный аппарат, способный включать и выключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи при ненормальном состоянии цепи, например при перегрузке или коротком замыкании (КЗ).

+ 0,98,

Требования, предъявляемые к АВ, следующие:

1) токоведущая цепь выключателя должна быть способной сколь угодно долго пропускать номинальный ток, кроме того, она может подвергаться воздействию токов КЗ как при замкнутых контактах, так и при включении на существующее замыкание;

2) после неоднократного отключения тока КЗ выключатель должен оставаться пригодным для дальнейшей эксплуатации;

3) выключатели должны иметь малое время отключения, чтобы снизить опасные для электроустановок последствия возникновения КЗ;

4) для построения селективно действующей защиты выключатели должны обеспечивать необходимые значения тока и времени срабатывания.

Основными узлами АВ являются контактная система, дугогасительное устройство, механизм свободного расцепления и устройства защиты и управления – расцепители.

Выключатели на ток более 200 А имеют главные и дугогасительные контакты, в выключателях с меньшими токами используется одна пара

контактов. При отключении АВ сначала расходятся главные контакты 10 (рис. 2.10), и ток переходит на дугогасительные контакты 1, расходящиеся позже. Дуга, возникающая при их разрыве, гасится на дугогасительном устройстве 9. Такое выполнение контактной системы позволяет избежать вредного воздействия дуги на главные контакты.

Связь между рукояткой 6 ручного привода и главным рычагом 2, с которым соединены подвижные контакты, осуществляется системой ломающихся рычагов 4 – механизмом свободного расцепления. Этот механизм разрывает связь между рукояткой и главным рычагом при автоматическом

Рис. 2.10. Автоматический

выключатель

2) «отключено автоматически» (рис. 2.11, б); 3) «отключено вручную» (рис. 2.11, в). В положении «включено» шарнир, соединяющий рычаги 4, находится ниже линии, проходящей через точки соединения этих рычагов с рукояткой 6 с одной стороны и главным рычагом 2 с другой. Ход рычагов 4 ограничен упором 5, отключающая пружина 3 взведена (растянута или сжата в зависимости от конструкции выключателя). При автоматическом или дистанционном отключении АВ толкатель 7 воздействует на ры-

или дистанционном отключении АВ.

Механизм имеет три устойчивых положения: 1) «включено» (рис. 2.11, а);

чаги 4 так, чтобы шарнир между ними, поднимаясь вверх, прошел «мертвую» точку. Под действием пружины 3 рычаги складываются – выключатель переходит в положение «отключено автоматически». Для подготовки АВ к новому включению необходимо опустить рукоятку 6 до упора, т.е. перевести механизм в положение «отключено вручную», когда рычаги 4 опять образуют жесткое звено. При последующем включении (повороте рукоятки вверх) контакты замыкаются, а пружина 3 взводится, запасая энергию для отключения.

Ручные приводы применяются в АВ на токи до 200 А, при больших токах могут использоваться электромагнитные приводы, а при токах более 1,5 кА – приводы с электродвигателем. Конструкции механизмов свободного расцепления выключателей с большими токами также могут отличаться от приведенной выше.

а)

б)

в)

Рис. 2.11. Механизм свободного расцепления автоматического

выключателя

Автоматическое отключение АВ происходит при воздействии на механизм свободного расцепления специальных элементов защиты – расцепителей. Чаще всего в АВ используются расцепители максимального тока – тепловые и электромагнитные. Ток I, протекающий по выключателю, пропускается через нагреватель 12 (см. рис. 2.10) теплового и обмотку 8 электромагнитного расцепителей. Если ток превысит определенное значение, то электромагнит втягивает якорь и толкателем 7 воздействует на рычаги 4 механизма, вызывая отключение АВ. Тепловой расцепитель содержит биметаллическую пластину 11, изгиб которой при перегреве также приводит к отключению аппарата. Электромагнитные расцепители срабатывают либо без задержки времени (токовая отсечка), либо с задержкой, независимой от величины тока и обеспечиваемой специальным устройством. Поэтому электромагнитные расцепители обычно применяются для защиты от токов КЗ. Время срабатывания теплового расцепителя зависит от тока I, поэтому с его помощью обеспечивается защита от токовых перегрузок. Используются и другие типы расцепителей: полупроводниковые,

позволяющие более точно, чем тепловые, выдерживать время срабатывания при определенном токе; минимального напряжения – для отключения АВ при снижении напряжения в сети; независимые – для дистанционного отключения АВ.

Основные характеристики автоматических выключателей:

1) число полюсов, род тока, число фаз (для переменного тока);

2) номинальное напряжение (рабочее и изоляции);

3) номинальный ток;

4) номинальные наибольшие отключающие способности – предельная (кА) и рабочая (кА или % от предельной). Предельная наибольшая отключающая способность – это ток, который АВ должен быть способен отключить хотя бы однократно, причем после отключения выключатель может остаться неработоспособным (не способным длительно проводить свой номинальный ток). Ток, равный рабочей наибольшей отключающей способности АВ должен отключить как минимум три раза с сохранением работоспособности;

5) номинальная наибольшая включающая способность – значение тока, которое не препятствует включению и последующему отключению АВ при включении его на существующее КЗ;

6) номинальный кратковременно выдерживаемый ток – ток, который АВ может проводить в течение определенного времени (не менее 0,05 с). Характеризует термическую стойкость выключателя. Эта стойкость может

характеризоваться и кривой максимальных значений I

t, где I – ток, вы-

держиваемый в течение времени t;

7) типы расцепителей;

8) характеристики расцепителей. Для расцепителей, работающих без выдержки или с независимой выдержкой времени, указываются номинальный ток расцепителя и величина временной задержки. Для расцепителей с

обратнозависимой выдержкой времени приводится времятоковая характеристика – время размыкания, начиная с холодного состояния, в зависимости от тока.

Характеристику, подобную кривой, приведенной на рис. 2.12, имеют выключатели с тепловым и электромагнитным расцепителями максимального тока. На кривой выделяются две зоны: токов перегрузки (от I КЗ (>I

). Если ток, протекающий через выклю-

до I0) и токов

чатель, больше, чем ток уставки теплового

Рис. 2.12. Времятоковая

характеристика АВ

расцепителя I электромагнитного расцепителя I чение происходит с задержкой, величина кото-

, но меньше, чем ток уставки

, то отклю-

рой обратно зависит от тока. Если ток превышает I ся практически мгновенно (или с малой задержкой t

, то аппарат отключает-

). Часто у АВ есть

возможность регулировки уставок тока и времени срабатывания. Изготовитель должен указывать и допускаемые отклонения от времятоковой характеристики.

Выключатели, не имеющие выдержки времени при отключении, относятся к категории А, выключатели, у которых есть возможность задавать такую выдержку, – к категории В. Применение выключателей категории В позволяет обеспечить селективность действия защиты, использовать выключатели для включения устройств с большими пусковыми токами и т.п.

Описание лабораторной установки

При выполнении лабораторной работы используется автоматический однополюсный выключатель (блок 359) типа S201-С 0,5 со следующими данными:

- номинальное рабочее напряжение 230 В;

- номинальный ток 0,5 А;

- номинальная предельная наибольшая отключающая способность

10 кА;

- номинальная рабочая наибольшая отключающая способность

7,5 кА.

Источником питания служат регулируемый автотрансформатор (блок 318.2) и понижающий однофазный трансформатор (блок 372). Величина тока, пропускаемого через выключатель, и время его срабатывания определяются по показаниям измерителя тока и времени (блок 524). Электрическая схема соединений приведена на рис. 2.13.

Порядок выполнения работы:

1. Соедините желто-зелеными проводниками гнезда защитного зазем-

ления используемых в работе блоков с гнездом «РЕ» автотрансформатора.

2. Соберите электрическую цепь по схеме на рис. 2.13. Рукоятку автоматического выключателя установите в положение «включено», включите тумблер «СЕТЬ» измерителя тока и времени.

Рис. 2.13. Схема лабораторной установки

3. Установите рукоятку автотрансформатора в положение «60 В».

4. Включите тумблер «СЕТЬ» автотрансформатора. После срабатывания выключателя отключите тумблер. Показания измерителя тока и времени – ток через выключатель и время его срабатывания – запишите в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Ток, А … Время, с …

5. Примерно через 5 мин (время, необходимое для охлаждения теплового расцепителя) включите выключатель, поверните рукоятку автотрансформатора по часовой стрелке в положение на 20 В больше предыдущего и, включив тумблер «СЕТЬ» автотрансформатора, проведите новое измерение тока и времени срабатывания.

6. Увеличивайте напряжение и повторяйте опыты до тех пор, пока выключатель не начнет отключаться без выдержки времени, сразу же после включения автотрансформатора (ориентировочно, когда регулировоч-

ная рукоятка будет находиться в положении 210215 В).

7. По данным табл. 2.5 постройте времятоковую характеристику автоматического выключателя t = f(I).

В отчете к лабораторной работе следует указать цель работы, привести электрическую схему установки, результаты измерений, графики и выводы.

Контрольные вопросы

1. Что называют автоматическим выключателем?

2. Какие функции в АВ выполняют расцепители: максимального то-

ка, минимального напряжения, независимый?

3. Для чего предназначен механизм свободного расцепления? Как он

работает?

4. Чем различаются предельная наибольшая и рабочая наибольшая

отключающие способности автоматического выключателя?

5. Что характеризует кратковременно выдерживаемый ток?

6. Какие области можно выделить на времятоковой характеристике

автоматического выключателя?

7. Чем различаются автоматические выключатели категорий А и В?

8. Как работает автоматический выключатель с токоограничением?

9. Назовите особенности устройства сильноточных автоматических

выключателей.

<<< < Предыдущая 1 23 / 83 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]