- •Политехнический институт Сибирского федерального университета электрические и электронные аппараты
- •Введение
- •1. Основы теории электрических аппаратов
- •1.1.Электрические и электронные аппараты как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров электротехнических и электроэнергетических систем
- •1.1.1. Назначение и классификация электрических аппаратов
- •1.1.2. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам
- •1.2. Физические явления в электрических аппаратах и основы теории электрических аппаратов
- •1.2.1. Электродинамические силы в электрических аппаратах
- •1.2.2. Методы расчета электродинамических усилий и направления их действия
- •1.2.3. Расчет электродинамических усилий
- •1.2.4. Электродинамические усилия при переменном токе
- •1.2.5. Электродинамическая стойкость аппаратов. Механический резонанс
- •1.2.6. Тепловые процессы в электрических аппаратах
- •1.2.7. Источники теплоты в электрических аппаратах
- •1.2.8. Способы распространения теплоты в электрических аппаратах
- •1.2.9. Задачи теплового расчета
- •1.2.10. Режимы работы электрических аппаратов
- •1.2.11. Нагрев электрических аппаратов при различных режимах работы
- •1.2.12. Нагрев электрических аппаратов при коротком замыкании. Термическая стойкость аппарата
- •1.2.13. Контактные явления и классификация электрических контактов
- •1.2.14. Контактная поверхность и контактное сопротивление
- •1.2.15. Математическая модель электрических контактов
- •1.2.16. Влияние переходного сопротивления контактов на нагрев проводников. Сваривание электрических контактов
- •1.2.17. Износ контактов
- •1.2.18. Материалы для контактных соединений
- •1.2.19. Коммутация электрической цепи
- •1.2.20. Включение электрической цепи
- •1.2.21. Отключение электрической цепи контактными аппаратами
- •1.2.22. Электрическая дуга
- •1.2.23. Статическая вольтамперная характеристика электрической дуги постоянного тока
- •1.2.24. Динамическая вольтамперная характеристика электрической дуги постоянного тока
- •1.2.25. Условия гашения дуги постоянного тока
- •1.2.26. Условия гашения электрической дуги переменного тока
- •1.2.27. Электрическая дуга в магнитном поле
- •1.2.28. Способы воздействия на электрическую дугу в коммутационных аппаратах
- •1.3. Электромагниты
- •1.3.1. Электромагниты и их магнитные цепи
- •1.3.2.Методы расчета электромагнитов
- •1.3.3. Тяговые силы в электромагнитах
- •1.3.4. Согласование тяговой характеристики электромагнита с механической нагрузкой. Коэффициент запаса
- •1.3.5. Сила тяги электромагнита переменного тока
- •1.3.6. Сравнение статических тяговых характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока
- •1.3.7. Устранение вибрации якоря электромагнита переменного тока
- •1.3.8. Время срабатывания и отключения электромагнита и способы изменения его быстродействия
- •2. Электромеханические аппараты управления, автоматики, распределения электрической энергии и релейной защиты.
- •2.1.Электромеханические реле
- •2.1.1. Реле управления
- •2.1.2. Электромагнитные реле тока и напряжения
- •2.1.3. Реле времени
- •2.1.4. Поляризованные реле
- •2.1.5. Электромагнитные реле на герконах
- •2.1.6. Тепловые реле
- •2.1.7. Индукционные реле
- •2.2.Электромеханические датчики
- •2.2.1. Электромеханические датчики и требования, предъявляемые к ним
- •2.2.2. Пассивные датчики
- •2.2.3. Активные датчики
- •2.3. Электромеханические исполнительные устройства
- •2.3.1. Электромеханические исполнительные устройства и их характеристики
- •2.3.2. Конструкции исполнительных устройств
- •2.4. Плавкие предохранители
- •2.4.1. Принцип действия и устройство предохранителей
- •2.4.2. Основные параметры предохранителей
- •2.4.3. Время срабатывания и ампер-секундная характеристика предохранителя
- •.2.4.4. Работа предохранителей при номинальном токе и токе короткого замыкания
- •2.4.5. Выбор предохранителей
- •2.5.Контакторы
- •2.5.1. Контакторы и их технические параметры
- •2.5.2. Устройство электромагнитных контакторов
- •2.5.3. Магнитные пускатели
- •2.5.4. Конструкции электромагнитных контакторов постоянного тока
- •2.5.5. Конструкции электромагнитных контакторов переменного тока
- •2.5.6. Жидкометаллические контакторы
- •2.5.7. Герметизированные контакторы
- •2.5.8. Синхронные контакторы
- •2.5.9. Гибридные контакторы
- •2.5.10. Расчет и выбор контакторов и пускателей
- •2.6. Автоматические воздушные выключатели низкого напряжения
- •2.6.1. Общие сведения
- •2.6.2. Принцип действия и основные узлы автоматических выключателей
- •2.6.3. Специальные типы автоматических выключателей
- •2.6.4. Выбор автоматического выключателя
- •2.7. Низковольтные комплектные устройства
- •2.7.1. Общие сведения о низковольтных комплектных устройствах
- •2.7.2. Режимы работы низковольтных комплектных устройств
- •2.7.3. Выбор габаритных размеров низковольтных комплектных устройств и особенности их монтажа
- •3. Аппараты высокого напряжения
- •3.1. Коммутационные аппараты высокого напряжения
- •3.1.1. Классификация аппаратов высокого напряжения и требования, предъявляемые к ним
- •3.1.2. Воздушные выключатели
- •3.1.3. Элегазовые выключатели
- •3.1.4. Масляные выключатели
- •3.1.5. Электромагнитные выключатели высокого напряжения
- •3.1.6. Вакуумные выключатели
- •3.1.7. Разъединители, отделители, короткозамыкатели
- •3.2.Измерительные трансформаторы высокого напряжения
- •3.2.1.Измерительные трансформаторы тока высокого напряжения
- •3.2.2. Трансформаторы напряжения
- •3.2.3. Защитные и токоограничивающие аппараты
- •3.3. Комплектные распределительные устройства высокого напряжения
- •3.3.1. Распределительные устройства закрытого и открытого типов
- •3.3.2. Комплектные распределительные устройства внутренней установки
- •3.3.3. Комплектные распределительные устройства наружной установки
- •3.3.4. Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией
- •4 Электронные и микропроцессорные аппараты
- •4.1 Общие сведения об электронных ключах и бездуговой коммутации
- •4.1.1 Электронные ключи
- •4.1.2 Статические и динамические режимы работы ключей
- •4.1.3 Область безопасной работы и защита ключей
- •4.2 Основные виды силовых электронных ключей
- •4.2.1 Силовые диоды
- •4.2.2 Защита силовых диодов
- •4.2.3 Основные типы силовых диодов
- •4.2.4 Силовые транзисторы
- •4.2.5 Тиристоры
- •4.2.6 Тиристор в цепи постоянного тока
- •4.2.7 Тиристор в цепи переменного тока
- •4.2.7 Запираемые тиристоры
- •4.2.8 Защита тиристоров
- •4.3 Модули силовых электронных ключей
- •4.3.1 Последовательное и параллельное соединение ключевых элементов
- •4.3.2 Типовые схемы модулей ключей
- •4.3.3 Igbt-модули
- •4.3.4 «Интеллектуальные» силовые интегральные схемы
- •4.3.5 Теплоотвод в силовых электронных приборах
- •4.3.6 Охлаждение силовых электронных ключей
- •4.4 Системы управления силовых электронных аппаратов
- •4.4.1 Общие сведения о системах управления
- •4.4.2 Основные принципы управления импульсными системами
- •4.4.3 Интегральные микросхемы в системах управления
- •4.4.4 Базовые цифровые имс
- •4.4.5 Базовые аналоговые имс
- •4.4.6 Компараторы напряжения
- •4.4.7 Усилители сигналов
- •4.4.8 Генераторы импульсов
- •4.5 Микропроцессоры в электрических аппаратах
- •4.5.1 Определения и особенности микропроцессора, микропроцессорной системы и микроконтроллера
- •4.5.2 Структура типичной микроЭвм
- •4.5.3 Классификация и структура микроконтроллеров
- •4.5.4 Основные особенности микроконтроллеров серии pic. Состав и назначение семейств pic-контроллеров
- •4.5.5 Микроконтроллеры семейств pic16cxxx и pic17cxxx
- •4.5.6 Особенности архитектуры микроконтроллеров семейства pic16cxxx
- •5 Статические коммутационные аппараты и регуляторы
- •5.1 Статические коммутационные аппараты и регуляторы постоянного тока
- •5.1.1 Тиристорные контакторы постоянного тока
- •5.1.2 Регуляторы-стабилизаторы постоянного тока
- •5.1.3 Параметрические стабилизаторы
- •5.1.4 Стабилизаторы непрерывного действия
- •5.1.5 Импульсные регуляторы
- •5.2 Статические коммутационные аппараты и регуляторы переменного тока
- •5.2.1 Тиристорные контакторы переменного тока
- •5.2.2 Регуляторы-стабилизаторы переменного тока
- •Заключение
- •Глоссарий Классификация электрических аппаратов
- •Токоведущие и контактные детали электрических аппаратов
- •Гашение электрической дуги
- •Электрические аппараты ручного управления
- •Электрические аппараты дистанционного управления Магнитная система электрических аппаратов постоянного и переменного тока
- •Устройство и принцип действия электромагнитов
- •Электромагнитные муфты и тормозные устройства
- •Электромагнитные реле, пускатели и контакторы
- •Электрические аппараты защиты
- •Предохранители и тепловые реле
- •Характеристики:
- •Автоматические выключатели и токовые реле
- •Бесконтактные электрические аппараты и датчики Датчики
- •Основная и дополнительная литература Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Оглавление
2.5.10. Расчет и выбор контакторов и пускателей
Важнейшей характеристикой контакторов и пускателей являются режимы коммутации нагрузки (табл. 2.5.1), которые следует использовать при их выборе. В режиме редких коммутаций коммутационная способность контактов значительно выше (табл. 2.5.1). В ряде случаев заводом-изготовителем указываются допустимые коммутируемые токи контактора при различных режимах работы и различном напряжении коммутируемой цепи.
При заказе контактора необходимо указывать его тип, напряжение и ток цепи главных контактов (частоту, если ток переменный), максимальное число включений в час, число и исполнение вспомогательных контактов (замыкающих и размыкающих), напряжение катушки, климатическое исполнение и категорию размещения.
2.6. Автоматические воздушные выключатели низкого напряжения
2.6.1. Общие сведения
Автоматический выключатель (автомат) служит для отключения электрической цепи при ненормальных и аварийных режимах — перегрузках, коротких замыканиях, чрезмерном понижении напряжения питания, изменении направления мощности и при защите людей от поражения электрическим током. Автоматом можно также пользоваться для редких включений и отключений номинальных токов нагрузки.
К автоматам предъявляются следующие требования.
Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течение сколь угодно длительного времени. Режим продолжительного включения для автомата является нормальным. С другой стороны, токоведущая система автомата подвергается воздействию больших токов короткого замыкания, как при замкнутом положении контактов, так и при включении на существующее короткое замыкание.
Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов короткого замыкания, которые могут достигать десятков и даже сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания номинального тока.
Для повышения электродинамической и термической стойкости энергоустановок, уменьшения разрушений, вызываемых токами короткого замыкания, автоматы должны иметь малое время отключения. С целью уменьшения габаритов распределительного устройства и повышения безопасности обслуживания необходимо сокращение зоны выхлопа нагретых и ионизированных газов в процессе гашения дуги.
Элементы автомата должны обеспечивать необходимые токи и времена срабатывания и селективность.
Автоматические выключатели подразделяются на:
Установочные и универсальные. Установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный корпус, а универсальные – не имеют такого корпуса;
Быстродействующие и не быстродействующие. Быстродействие обеспечивается принципом действия и условиями для быстрого гашения дуги;
Основными параметрами автоматов являются: номинальный длительный ток, номинальное напряжение, предельный ток отключения, собственное и полное время отключения.
Под собственным временем автомата понимают время от момента наступления условия срабатывания до момента прекращения соприкосновения его контактов. После расхождения контактов возникающая электрическая дуга должна быть погашена за наименьшее время с перенапряжением, не представляющим опасности для остального оборудования.
Собственное время автомата зависит от способа расцепления, конструкции контактов, массы подвижных частей и других факторов. Если собственное время больше 0,01 с, то автомат называется обыкновенным (небыстродействующим). В этом случае, как правило, к моменту размыкания ток в цепи достигает установившегося значения. Такой автомат не облегчает работу аппаратуры и оборудования при коротких замыканиях. Самому аппарату также приходится отключать установившийся ток короткого замыкания.
В быстродействующих автоматах собственное время автомата сокращается до 0,002-0,008 с. К моменту расхождения контактов ток не в любом направлении достигает установившегося значения. Такой автомат, как правило, отключает ток значительно меньший, чем установившийся ток короткого замыкания. Благодаря этому облегчается работа самого автомата, уменьшается термическая и динамическая нагрузка аппаратуры и оборудования. С увеличением скорости возрастания тока эффект токоограничения уменьшается, так как к моменту расхождения контактов ток достигает больших значений.
Для получения токоограничения в настоящее время в этих автоматах применяются устройства, реагирующие не на ток, а на скорость его нарастания. 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
Для построения селективно действующей защиты автоматы должны иметь регулировку тока срабатывания и времени срабатывания.