Elektrotehnika_i_elektronika_2008

Рис. 1.94. Устройство поляризованного реле

1.4.5.Элeктpoмarнитныe процессы

вмагнитных цепях синусоидального тока

При подключении к обмотке катушки c числом витков W

(рис. 1.85) синусоидального напряжения .и(t) по обмотке будет пpoтeкaть пepeмeнный ток i(t), создавая переменный магнитный поток

(1.165), a ЭДC caмoиндyкции- ^ coвмecтнo c падением напряже-

ния на активном сопротивлении R oбмoтки будут уравновешивать

приложенное напряжение и(t), согласно (1.166).

Поскольку ч' ='' + 'Р и магнитное потокобцепление рассея-

ния в сотни раз меньше рабочего потокосцепления ^т , то; как было

отмечено выше в уравнении: электрического состояния, величиной

куда закон изменения рабочего магнитного потока можно записать в виде

Ф(t) _ W и(t)дн +.С .

Это свидетельствует o том, что закон изменения рабочего потока полностью определяется напряжением на обмотке и не зависит ог параметров цепи. Для такой цепи

' Рст (t) = WФст = WSBcm (t) ,

W

т. e. рабочее потокосцепление Ч" пропорционально магнитной индукции В,,,, a ток i(t) пропорционален напряженности поля Н•'

Иначе говоря, потогtосцепленйе ест (t) нелинейно зависит от тока

i(t),'так как зависимость магнитного потока от величины тока име-

ет вид кривой намагничивания (рис. 1.83, a), поэтому при синусо -

идальной форме магнитопотока форма тока несинусоидальная

(рис. 1.83, б). Для вычисления параметров, связывающих несинусоидальные величины, целесообразен переход от реальной несинусо-

идальной функции к эквивалентной по площади синусоидальной (рис. 1.83, в), что позволяет применить метод комплексных амплитуд:

'ст---4 ^ -ст Jо) ИФст_J2u!W jт =4?44 f w ст .

Из изложенного следуют характерные свойства:

a^If

— индуктивность обмотки магнитопровода L(i). =- дт. ,зависит от

тока в электрической цепи;

— при синусоидальном напряжении ток несинусоидален, так как уравнения для электрических цепей с обмоткой и магнитопроводом нелинейные. в магнитопроводе при переменном токе в катушке, вследствие гистерезиса и вихревых токов возникают потери электроэнергии, называемые магнитными потерями. ' }

проводника с током и магнитного поля, возникновении ЭДС в ка-

тушках и вихревых токов в массивных телах из электропроводящего материала при появлении переменного магнитного поля, тепло-

вом действии электрического тока. й др.

Основными частями электрических аппаратов являются:

электрические контакты (неподвижные и подвижные, главные и вспомогательные), механический или электромагнитный привод

контактной группы (приведение в соприкосновение и прижатие подвижных и неподвижных контактов), рукоятки (кнопки) управ-

ления и 'рабочие обмотки.

Электрический аппарат срабатывает, т. e. осуществляет замыкание и размыкание контактов или соединение подвижной и непо-

движной частей электромагнитного механизма, под воздействием:

1) обслуживающего персонала, нажимающего на рукоятки (кноп-

ки) управления; в этом случае аппарат называют ручным или полуавтоматическим; . .

2) электрических величин, характеризующих работу контролируемого (управляемого) объекта, изменяющих ток или напряжение на . рабочих обмотках; в этом случае аппарат называют автоматическим.

взависимости от функций, которые должен обеспечить аппарат,

кнему могут предъявляться различные требования, но главными требованиями являются надежность и точность работы: надежность соединения контактов; малое: электрическое сопротивление в месте соединения .контактов, точность зависимости момента срабаты-

вания от значения управляющего ' тока или напряжения.

По назначению различают следующие электрические аппараты:1 1) коммутационые (разъединители, выключатели, переключатели); 2} защитные, основным назначением которых является защита

электрических цепей от недопустимо больших токов, перенапря жeний, снижения напряжения и т. д. (предохранители, реле защиты); 3} пускорегулирующие, предназначенные для управления элек- троприводами и другими промышленными потребителями электро-

энергии (контакторы, пускателй, реле управления); "

4) контролирующие и регулирующие, предназначенные для контроля и поддержания в 'заданном диапазоне основных параметров процесса (датчики и реле);

^) электромагниты (силовне), служащие для удерживания или перемещения объектов. в производственном либо управленческом процессе. .

в данной главе рассматриваются электрические аппараты (реле, пускатели, контакторы и электромагниты) и некоторые схемы управления и регулирования, использующие электромеханические :

устройства..

Пpежде всего, рассмотрим особенности работы электрических контактов и работу электромагнитного механизма привода контактной группы электрических аппаратов. .

125 Глава 2. Электромагнитные кустройства и электрические машины

2.1.2' Электрические контакты

Типы электрических контактов. Соедине.нйе двух (или более) токоведущих элементов электрической цепи называют электрическим контактом . Для создания замкнутой электрической цепи обычно необходимо осуществить несколько контактов. Различают . непо-

движные и подвижные контакты. Прi наличии неподвижных'кон

тактов токоведущие элементы .электрической цепи в процессе работы не перемещаются относительно друг друга, a плотно и надежно

соединены между собой. B случае. подвижных контактов элементы

цепи в процессе работы: соединяются между собой (замыкаются) и

остаются плотно и надежно скрепленными либоразъединяются (размыкаются) c помощью электромеханического или механическо-

го устройства (привода). .

В качестве примера подвижного контакта на рис. 2.1, показано

устройство рычажного контакта: Неподвижный элемент 1 и подвиж-

ный элемент 2 ,оединяются под действием перемещения штока 3.

•1

Рис. 2.1. Устройство рычажного контакта

Другим примером подвижного контакта может служитьшар- нирньгй контакт (рис. 2.2), где неподвижный элемент 1 и подвижный элемент 2 соединяются между собой при воздействии внешнeй

силы на рычаг 3. Подвижный элемент 2 поворачивается относи - тельно оси 4.

3 Рис. 2.2. Устройство шарнирного контакта

Разновидностью подвижных контактов являются скользящие

контакты, y которых один элемент (обычно угольная щетка) перемещается (скользит) относитёльно других (например, медных пластин), как в щеточно-коляекторном устройстве электрических ма-

шин постоянного тока. .

К подвижным контактам относятся также магнитоуправляемые ,герметизированные .контакты (герконы): Простейший гeркон (рис. 2.3 )

представляет собой миниатюрную запаянную стеклянную колбу 1, в которую впаяны две плоские контактные пружины 2 из магнитомягкой стали. .

Рис. 2.3. Устройство магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона)

. Если .геркон, поместить в магнитное поле, созданное обмоткой 3

или постоянным магнитом, то пружины намагнитятся и притянут-

ся друг к другу. Произойдет замыкание контактов и,, следовательно,

замыкание электрической цепи. После исчезновения магнитного

поля контакты вновь разомкнутся за счет силы упругости пружин. Контактирующие поверхности пружин покрывают тонким слоем металла c очень малым удельным электрическим сопротивлением

'(серебро, золото, платина). Колбу геркона заполняют инертным газо.м или вакyумируют. Герконь позволяют производить коммутации

в цепях при значениях тока 0,5-1 А. Малая масса элементов геркона определяет высокое.. быстродействие этих контактов — время, срабаты вания составляет 0,5— 1,0 мс.

Важным свойством герконов является их высокая износоустойчивость. Некоторые виды герконов :позволяют производить 'до двух тысяч переключений в секунду и допускают сотни миллионов срабаты вании.

Разновидностью герконов являются магнитоyправляемые герметические силовые контакты — 'герсиконы. Они позволяют произво-

дить коммутации в цепях при значениях тока 60, 100, 18.0 А и, напря-

жения 220-440 В: ' .

Электрическое . сопротивление контактов. Важной характеристикой, определяющей работу контактов, является их электрическое сопротивление. Оно определяется в основном переходным сопротивлением, зависяУцим от площади контактирования. Для уменьше-

•127 Тл'гва.2. Электромагнитные нустройства и электрические машины.

ния переходного сопротивления стремятся увеличивать силу стрижа-

тия контактов. Наличие токав цепи контактов вызывает их нагрев,

который пропорционален переходному сопротивлению: По мере на-

гревания контактов переходное сопротивление: возрастает, что при

водит к еще большему нагреву. Допустимые. рабочие температуры

контактов лежат в пределах 1оо-120°С. Следовательно, по мере уве-

личения номинального тока коммутирующего аппарата переходное сопротивление. контактов должно быть уменьшено, т. е. необходи- мо повышать контактное нажатие. Кроме того, с ростом коммути-

руемого тока нужно увеличивать поверхность охлаждения, т. е. размеры:контактирующйх поверхностей:

Токоведущие элементы контактов изготовляют из материалов c

малым удельным электрическим.. сопротивлением (медь, серебро,

металлокерамические комтк зиции). : .

Электргюская дуга н искрение на контакт х.. Размыкание . электрической цепи при значительных токах и напряжениях, как правило,

сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. При расхождении iонтактов резко возрастает переход-

ное сопротивление контакта' и плотность.тока в последней площадке

контактирования. Контакты разогреваются до расплавления, и образуется контактный перешеек из , расплавленного ,металла, который при дальнейшем расхождении контактов рвется, и происхо-

дит 'испарение металла контактов. воздушный промежуток междy контактами ионизируется и становится проводящим, в нем под действием 'высокого напряжения; :возникающего вследствие законов коммутации, появляется электрическая дуга. .

Электрическая дуга способствует разрушению контактов и сни-

жает бьтстродействие коммутационного аппарата, так как ток в цепи

спадает до нуля не мгновенно. Воспрепятствовать появлению дуги

можно увеличением сопротивления цепи, в которой происходит размыкание контактов, увеличением 'расстояния между контактами либо применением специальных мер дугогашения.

Произведение предельных значений напряжения и тока в цепи,

при которых электрическая дуга не возникает при минимaльном

расстоянии между контактами, называется разрывной или ком-

мутируемой мощностью контактов. По Мере повышения напряжения в цепи предельный коммyтирyемый ток ириходится ограничивать. Коммутируемая мощность зависит также от т = L/R постоянной времени цел: чем больше 'г, тем меньшую мощность могут коммути- ровать контакты, в цепях переменного тока электрическая дуга гас-

нет в момент, когда мгновенное значeние тока равно нулю. дуга

может вновь появиться 'в следующий полупериод, если напряжение

на контактах возрастает ыстрёе, чем восстанaвливается электричес-

кая прояность промежутка между контактами. однако во всех случаях дуга =в цепи , переменного тока менее устойчива, a разрывная

мощность контактов в несколько раз выше, чем в цепи постоянно-