- •Электрические и электронные аппараты конспект лекций
- •Оглавление
- •Лекция № 1.
- •1. Общие сведения об электрических и электронных аппаратах
- •1.1. Предмет и задачи изучения дисциплины, её значение для подготовки дипломированных специалистов
- •1.2. Понятие об электрическом и электронном аппарате
- •1.3. Электрические и электронные аппараты как средства управления режимами работы, защиты и регулирования.
- •1.4. Расположение электрических аппаратов в установке по производству, распределению и потреблению электрической энергии
- •1.5. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам
- •1.6. Особенности схем электроустановок и общие требования к их выполнению
- •Лекция № 2.
- •2.1. Свойства электрической дуги и условия её гашения
- •2.1.1. Свойства дугового разряда
- •2.1.2. Вольт-амперная характеристика дуги (вах)
- •2.1.3. Условия гашения дуги постоянного тока
- •2.1.4. Энергия, выделяемая в дуге
- •2.1.5. Условия гашения дуги переменного тока
- •Лекция № 3
- •2.1.6. Способы гашения электрической дуги
- •2.1.7. Дугогасительные устройства постоянного и переменного тока
- •2.1.8. Применение полупроводниковых приборов для гашения дуги
- •Лекция № 4
- •2.2. Электрические контакты
- •2.2.1.Общие сведения
- •2.2.2. Режимы работы контактов
- •2.2.3. Материалы контактов
- •2.2.4. Конструкция твёрдометаллических контактов
- •2.2.5. Жидкометаллические контакты
- •2.2.6. Расчёт контактов аппаратов
- •Лекция № 5
- •2.3. Электродинамические усилия в электрических аппаратах
- •2.3.1. Общие сведения
- •2.3.2. Методы расчёта электродинамических усилий (эду)
- •2.3.3. Усилия между параллельными проводниками
- •2.3.4. Усилия и моменты, действующие на взаимно перпендикулярные проводники
- •2.3.5. Усилия в витке, катушке и между катушками
- •Лекция № 6
- •2.3.6. Усилия в месте изменения сечения проводника
- •2.3.7. Усилия при наличии ферромагнитных частей
- •2.3.8. Электродинамические усилия при переменном токе
- •2.3.9. Электродинамическая стойкость электрических аппаратов
- •2.3.10. Расчёт динамической стойкости шин
- •Лекция 7
- •2.4. Нагрев электрических аппаратов
- •2.4.1. Общие сведения
- •2.4.2. Активные потери энергии в аппаратах
- •2.4.3. Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности
- •2.4.4. Установившийся режим нагрева
- •2.4.5. Нагрев аппаратов в переходных режимах
- •2.4.6. Нагрев аппаратов при коротком замыкании
- •2.4.7. Допустимая температура частей электрических аппаратов
- •2.4.8. Термическая стойкость электрических аппаратов
- •Лекция № 8
- •3.1. Электромагнитные контакторы переменного тока
- •3.1.1. Назначение контакторов
- •3.1.2. Классификация контакторов
- •3.1.3. Область применения контакторов
- •3.1.4. Узлы контактора и принцип его действия; физические явления, происходящие в электрическом аппарате
- •3.1.5. Параметры контакторов
- •Лекция № 9
- •3.1.6. Контакторы переменного тока, их конструкция и параметры
- •3.1.6.1.Контактная система
- •3.1.6.2. Электромагнитные системы: физические явления, происходящие в электрических аппаратах
- •3.1.6.3. Конструкция контакторов переменного тока
- •3.1.6.4. Контакторы серии кт6600
- •3.1.6.5. Контакторы серии кт64 и кт65
- •3.1.6.6.Контакторы серии мк
- •3.1.6.7. Контакторы переменного тока на напряжение 1140 в
- •3.1.6.8. Контакторы переменного тока вакуумные
- •3.1.6.9. Выбор, применение и эксплуатация контакторов
- •Лекция № 10
- •3.2. Электромагнитные контакторы постоянного тока
- •3.2.1. Режимы работы контакторов, физические явления, происходящие в электрических аппаратах
- •3.2.2. Контакторы постоянного тока, их конструкция и параметры
- •3.2.3. Контакторы серии кпв-600
- •3.2.4. Контакторы типа ктпв-600
- •3.2.5. Контакторы типа кмв. Контакторы серии кп81
- •3.2.6. Выбор электрических аппаратов
- •3.3.3. Конструкция и схема включения
- •3.3.4. Магнитные пускатели серии пмл
- •3.3.5. Пускатели серии пма
- •3.3.6. Нереверсивные пускатели
- •3.3.7. Схема включения нереверсивного пускателя
- •3.3.8. Реверсивный магнитный пускатель
- •3.3.9. Схема включения реверсивного пускателя
- •3.3.10. Выбор магнитных пускателей
- •Лекция №12
- •4.1. Электромагнитные реле
- •4.1.1. Назначение и область применения реле
- •4.1.2. Классификация реле
- •4.1.3.Устройство и принцип действия и электромагнитных реле, физические явления в электрических аппаратах
- •Поляризованные электромагнитные системы
- •4.1.4. Основные характеристики и параметры реле
- •4.1.5. Требования, предъявляемые к реле
- •4.1.6. Согласование тяговых и противодействующих характеристик реле
- •4.1.7. Электромагнитные реле тока и напряжения для защиты энергосистем, управления и защиты электропривода
- •4.1.8. Выбор, применение и эксплуатация максимально-токовых реле
- •Iуст.(1,3 – 1,5)Iпуск ,
- •I уст 0,75i пуск .
- •4.2.2. Основные параметры герконового реле
- •4.2.3. Конструкции герконовых реле
- •4.2.4. Реле тока на герконе
- •4.2.5. Поляризованные гр
- •4.2.6. Управление герконом с помощью ферромагнитного экрана
- •Лекция № 15
- •5.1. Тяговые электромагниты
- •5.1.1. Основные понятия, физические явления в электрических аппаратах
- •5.1.2. Энергия магнитного поля и индуктивность системы
- •5.1.3. Работа, производимая якорем магнита при перемещении
- •5.1.4. Вычисление сил и моментов электромагнита
- •5.1.5. Электромагниты переменного тока
- •5.1.6. Короткозамкнутый виток
- •5.1.7. Статические тяговые характеристики электромагнитов и механические характеристики аппаратов
- •Лекция № 17
- •6.1. Предохранители низкого напряжения
- •6.1.1. Назначение, принцип действия и устройство предохранителя
- •6.1.2. Параметры предохранителя
- •6.1.3. Конструкция предохранителей
- •6.1.4. Предохранители с гашением дуги в закрытом объёме
- •6.1.5. Предохранители с мелкозернистым наполнителем (пн-2, прс)
- •6.1.8. Предохранитель-выключатель
- •6.1.9. Выбор, применение и эксплуатация предохранителя для защиты электродвигателя и полупроводниковых устройств
- •Лекция № 18
- •6.2 Автоматические воздушные выключатели (автоматы)
- •6.2.1. Назначение, классификация и область применения автоматов
- •6.2.2. Требования, предъявляемые к автоматам
- •6.2.3. Узлы автомата и принцип его действия, физические явления в электрическом аппарате
- •6.2.4. Основные параметры автомата
- •6.4. Изменение тока цепи и напряжения на контактах в процессе отключения
- •6.2.5. Универсальные и установочные автоматы
- •6.2.8. Выбор, применение и эксплуатация автоматических воздушных выключателей
- •Лекция № 23
- •7.4. Токоограничивающие реакторы
- •7.4.1. Назначение, область применения и принцип работы реактора, физические явления в электрическом аппарате
- •7.4.2. Основные параметры реактора
- •Лекция № 24
- •7.5. Разрядники
- •7.5. Назначение, область применения разрядников
- •7.5.1. Требования, предъявляемые к разрядникам
- •7.5.2. Основные параметры разрядников
- •7.5.4. Конструкции разрядников, физические явления в них
- •7.5.5. Трубчатые разрядники, физические явления в них
- •7.5.8. Ограничители перенапряжения, физические явления в электрических аппаратах
- •7.5.9. Выбор разрядников
- •Лекция № 25
- •7.6. Предохранители высокого напряжения
- •7.6.1. Назначение предохранителей
- •7.6.2. Требования, предъявляемые к предохранителям вн
- •7.6.3. Принцип действия, устройство и основные параметры предохранителей вн, физические явления в электрических аппаратах
- •7.6.4. Предохранители с мелкозернистым наполнителем серий пк и пкт
- •7.6.5. Предохранители серии пктн
- •7.6.6. Предохранители с автогазовым, газовым и жидкостным гашением дуги
- •7.6.7. Выбор, применение и эксплуатация предохранителей вн
- •I отк. Пред I кз. Уст лекция № 26
- •8.1. Измерительные трансформаторы тока (тт)
- •8.1.1.Назначение, принцип действия, включение трансформатора тока
- •8.1.2. Основные параметры трансформаторов тока
- •8.1.3. Режимы работы трансформаторов тока
- •I'1апер,i2апер,I'0апер– кривые апериодической составляющей первичного, вторичного тока и апериодической составляющей намагничивающего тока
- •8.1.4. Конструкция и принцип действия трансформаторов тока, физические явления в электрическом аппарате
- •8.1.5. Выбор трансформаторов тока
- •Список рекомендованной литературы
- •Список вопросов кзачетупо ЭиЭа
2.1.3. Условия гашения дуги постоянного тока
В электрических аппаратах принимаются все меры к тому, чтобы дуга гасла в минимально короткое время. Очевидно, для гашения дуги при всех значениях тока напряжение должно быть отрицательно. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы
Это возможно либо за счет поднятия вольт-амперной характеристики, либо за счет увеличения сопротивления цепи.
Вольт-амперная характеристика дуги может быть поднята за счет увеличения длины дуги, интенсивного охлаждения, повышения давления среды, в которой горит дуга.
При замкнутых контактах дуга отсутствует, и ток в цепи равен . При разведении контактов между ними возникает дуга с током. Если дуги и напряжение источника неизменны, то при увеличении сопротивления ток в цепи будет уменьшаться, принимая значения, и . При дальнейшем возрастании сопротивления соблюдается неравенство, т.е. создаются условия для гашения дуги.
Токи и сопротивления, при которых наступают условия для гашения, называются критическими.
Если при неизменном значении тока цепи увеличить напряжение питанияU или при неизменном значении напряжения U увеличить ток цепи , то прямая будет проходить выше. Тогда для соблюдения условий гашения необходимо поднять вольт-амперную характеристику дуги.
Таким образом, с ростом отключаемого тока и напряжения источника условия отключения утяжеляются.
Определим длительность горения дуги.
Обозначим .
Тогда .
Таким образом, чем больше , тем меньше длительность горения дуги. Но увеличение ведет к росту напряжения на контактах в момент гашения дуги.
2.1.4. Энергия, выделяемая в дуге
Сопротивление дуги Rднезависимо от рода тока можно считать чисто активным. Оно является величиной переменной, падающей с ростом тока, и может быть определено из вольт-амперной характеристики дуги.
Сопротивление дуги
Rд=Uд/i. (1)
Мощность электрической дуги
Рд=U i. (2)
Энергия Wд, выделяемая в дуге за времяtг её горения.
Wд = (3)
Для выключающих аппаратов весьма важно определить значение этой энергии за одно отключение. Подставив в выражение (3) значение UДсогласно формуле (), получим для дуги постоянного тока
WД = R(I0-i)dt+Lidt= L+R(I0-i)dt = WM+ WГ, (4)
где WM = L—энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой цепи;WГ = R(I0-i)dt — энергия, поступающая от генератора в дугу за время ее горения;
I0 =U/R — начальное значение тока.
Таким образом, независимо от способа гашения дуги постоянного тока в ней выделится энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой цепи, плюс еще какая-то доля энергии, которая поступит от генератора за время горения дуги (в устойчиво горящей дуге вся выделяющаяся в ней энергия поступает от генератора).
Изменение тока в дуге при отключении может быть охарактеризовано следующим эмпирическим выражением:
i=I0[1 - (t/tГ) (5)
где tг — время гашения;t — текущая координата;n — некоторая постоянная для данных условий величина.
Графически уравнение (5) представлено семейством кривых на рис.4, а. Для дугогасительных устройств с узкими щелями и для закрытых дугогасительных устройств, а также при значительных индуктивностяхп > 1 (порядка 2 — 4). Для открытых дугогасительных устройств и при активной нагрузкеп < 1.
Подставив уравнение (5) в выражение для WГ, получим
WГ = kRtГ = Lk,(6)
Рис.4: а - графическая интерпретация уравнения (5) и б – зависимость
где к = n /(2n2 + 3n+n);T= L/R — постоянная времени отключаемой цепи.
Кривая, характеризующая зависимость к = f(n), приведена на рис.4,б. Энергия, поступающая в дугу от генератора, пропорциональна времени горения и зависит от коэффициента k, характеризующего в некоторой степени дугогасительное устройство. Максимальное количество энергии выделится в дуге при изменении тока по закону, близкому к линейному. При этомkn=1= 0,167, а ток в цепи за время отключения меняется по линейному закону:
i=I0(1-(t/tГ).
Таким образом, энергия, выделяющаяся в дуге при отключении постоянного тока,
WД=WM +WГ = L(l + 2k). (7)
В дуге отключения переменного тока, если гашение происходит в момент перехода тока через нуль, выделится только энергия
WГ = (ImUД)m, (8)
где f— частота;Im — ток;UД — падение напряжения на дуге;m— число полупериодов горения дуги.
Рис.5. Характерные осциллограммы тока и напряжения при отключении цепи с большей (а) и малой (б) индуктивностью
Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой цепи, L возвращается в генератор. Минимальное количество энергии выделится, если дуга погаснет при первом прохождении тока через нуль(m = 1). Если дуга начнёт гаснуть раньше естественного перехода тока через нуль, то часть энергииL не успеет вернуться в генератор и выделится в дуге. Таким образом, гашение дуги переменного тока в момент естественного прохождения тока через нуль облегчается и за счет меньшей энергии, выделяемой в дугогасительном устройстве.
При расчете дугогасительных устройств постоянного тока следует учитывать, что дугогасительное устройство должно быть способно принять и рассеять (отвести) выделяемую в дуге энергию, которая может быть весьма большой, в частности при отключении цепей обмоток возбуждения.
Индуктивность стремится поддержать неизменным протекающий по цепи ток, что приводит к автоматическому поддержанию напряжения, равного iR, пока не будет израсходована вся запасенная в цепи магнитная энергия. Чем больше индуктивность, тем трудней погасить дугу постоянного тока и тем больше будет напряжение на дуге при том же времени гашения. Характерные осциллограммы тока и напряжения на дуге при отключении цепей с различными индуктивностями приведены на рис.5.