131

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Київський національний університет технологій та дизайну

Факультет ТОСУ

Кафедра електромеханічних систем

Конспект лекцій з дисципліни

“Електричні апарати”

(Електронна версія)

Кількість годин за планом – 36

Кількість тем за навчальною програмою – 7

Конспект склав – к.т.н. доцент,

кафедри електромеханічних систем

Артеменко Л.Ф.

Київ 2006

Зміст курсу: «Електричні апарати»

Частина 1

1.Класифікація електричних апаратів

Тема I. Основи теорії електродинамічних сил

1.1. Закон Био-Савара-Лапласса

1.2. Розрахунок електродинамічних сил по зміні запасу електромагнітної енергії контурів.

Тема 2. Нагрівання електричних апаратів

2.1. Види теплопередач

2.2 . Нагрівання й охолодження струмоведучих частин при нормальному режимі .

Тема 3. “Електричні контактні з'єднання”

3.1. Перехідні опори контактів

3.2. Матеріали контактних з'єднань

3.3. Основні конструкції контактних з'єднань

Тема 4.Основи теорії гасіння дуги.

4.1. Процеси, що відбуваються в дуговому проміжку

4.2 . Умови гасіння дуги постійного струму

Частина 2.

Тема 5 Основи теорії магнітних ланцюгів

5.1 Основні закони магнітного ланцюга.

Тема 6 Електромагнітні механізми

6.1. Статичні тягові характеристики електромагнітів і механічні характеристики апаратів.

6.2. Динамічні характеристики електромагнітів. Рівняння руху рухливої системи

6.3. Уповільнення і прискорення дії електромагніта.

6.5. Поляризовані, магнітоелектричні, електродинамічні й індукційні системи.

6.5.2. Магнітоелектричні системи.

6.5.3. Електродинамічні системи.

6.5.4. Індукційні системи.

Тема 7 ЕЛЕМЕНТИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ

7.1. Резистори і потенціометри

7.2. Конденсатори

7.3. Рубильники і перемикачі

7.4. Кнопки керування, універсальні перемикачі і пакетні вимикачі

7.4. Кнопки керування, універсальні перемикачі і пакетні вимикачі

7.7. Контролери

7.8. Шляхові і кінцеві вимикачі (перемикачі)

7.9. Реле захисту

7.10. Реле керування й автоматики

7.11. Крокові шукачі і лічильники імпульсів

7.12. Блоки, магнітні пускачі і станції

7.13. Перетворювачі

7.14. Діелектричні елементи

7.15. Безконтактні логічні елементи

7.17. Зображення елементів на схемах

Лекція 1.

Ми починаємо вивчати електричні апарати. Усіх Вас, природно, цікавить , що вивчає дисципліна «Електричні апарати»?

Різноманіття апаратів і виконуваних ними функцій не дозволяє дати єдиного визначення і строго класифікувати їх по якійсь сдній ознаці.

Але все-таки , дамо визначення електричним апаратам.

ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ - це електротехнічний пристрій для комутації, чи стабілізації регулювання електричних , механічних чи інших навантажень. «Комутація» - ( у перекладі з латинського - зміну ) буває плавною і ступінчастою Характерні для ступінчастої комутації - включення і відключення електричного ланцюга. Плавну комутацію струму ел. ланцюга здійснюють різні підсилювачі.

Електричні апарати можуть комутувати як електричний струм, так і електричну напругу (наприклад, включення під напругу ненавантажених ліній електропередачі чи зняття напруги з них) і електричну потужність, що є функцією струму, що відключається, і напругу мережі. Струм напруга і потужність – різновиди електричного навантаження, що комутують електричні апарати.

От же, електричні апарати здійснюють керування потоком енергії від джерела до приймача. Вони застосовуються у всіх областях народного господарства , у системах виробництва і розподілу електричної енергії й енергопостачання, у схемах автоматичного і неавтоматичного керування електричними машинами і різноманітним устаткуванням.

Прикладом пристроїв, комутуючих механічне навантаження є електромагнітні муфти, що з'єднують чи роз'єднують відому чи ведучу частини приводу.

Будь-яку електричну установку умовно можна розділити на наступні складові частини:

1.Споживачі і генератори електричної енергії.

2.Електричні апарати для керування і регулювання установки

3.Канали передачі енергії.

Простий вимикач електричної лампочки, самий могутній високовольтний вимикач в енергосистемі і пристрої складних систем автоматичного керування установками в десятки тисяч кіловат - усе це відноситься до електричних апаратів.

Різноманітність в кількості і функціональних призначеннях різних апаратів привело до надзвичайно великої їхньої номенклатури в сучасній техніці, у той час як кількість фізичних принципів, покладених в основу їхньої роботи , обмежено.

З загальнонаукової точки зору електричним апаратом називається електротехнічний пристрій призначенний для керування потоком енергії.

З погляду призначення , електричним апаратом називається пристрій, призначений для комутації, захисту і керування електричними і неелектричними об'єктами.

• Класифікація електричних апаратів.

• Електричні апарати класифікуються:

• 1.По призначенню:

• комутаційні апарати ( вмикачі й вимикачі електричних ланцюгів , рубильники , роз'єднувачі, короткозамикачі і т.д.) - характеризуються короткочасним режимом роботи);

• пускорегулюючі - здійснюють пуск гальмування двигунів, електроприводів і інших навантажень (контактори, силові резистори, реле й ін.) - характерний режим роботи - до 3600 включень у годину, час роботи 8 і більш годин;

• апаратура контролю, керування і захисту (реле струму , реле часу, теплові реле, трансформатори вимірювальні, запобіжники, кнопкові і шляхові вимикачі, сигнальні лампи, датчики неелектричних величин і ін.)

• Струмообмежуючі апарати - реактори (підстанційні, пускові), опору (пускові, регулюючі й ін.)

• Розвиток напівпровідникової техніки й електронних приладів привело до створення принципово нових електричних апаратів, що здійснює комутацію електричного ланцюга не замиканням і розмиканням (видимий розрив) її, а «відмиканням» і «запиранням» . ДСТ 17703- 72 розділили комутаційні апарати на контактні і безконтактні.

• «Контактний комутаційний апарат - комутаційний електричний апарат, що здійснює комутаційну операцію шляхом переміщення його контакт деталей відносно один одного». « Безконтактний комутаційний апарат - комутаційний електричний апарат, що здійснює комутаційну операцію без переміщення і руйнування його деталей». Наступний (після 1972 г) розвиток безконтактних апаратів показав (зокрема для реле ), що термін «безконтактний» не цілком відбиває сутність роботи і конструкції цих апаратів, і ДСТ 16022-83 на реле електричні ввели термін реле електромеханічні, робота яких заснована на використанні відносного переміщення їхніх механічних елементів під впливом електричного струму.

• По напрузі:

• -на електричні апарати низької напруги -до 1000 В;

• - на електричні апарати високої напруги - понад 1000 В;

• По роду електричного струму:

• - електричні апарати постійного струму;

• - електричні апарати змінного струму промислової частоти;

• - електричні апарати змінного струму підвищеної частоти;

• По роду захисту від навколишнього середовища:

• - у виконаннях - відкритому, захищеному, водо-захищеному герметичному, вибухобезпечному і т.д.

• По способі дії:

• - електромагнітні, магнітоелектричні, індукційні, теплові і т.д.

• По ряду інших факторів:

• - швидкодії, способу гасіння дуги і т.д.

• Електричний апарат являє собою сукупність ряду взаємозалежних елементів і вузлів, у яких протікають різноманітні складні фізичні процеси.

• Математичні залежності, що описують ці процеси, виявляються нерідко недоступними для рішення звичайними методами. Багато розрахунків можуть служити тільки для попередньої орієнтації.

• Загальна теорія електричних апаратів містить у собі:

• теорію теплопереносу в апаратах, нагрівання й охолодження струмоведучих частин, електричні контакти, тепло і масоперенос при комутаціях

• теорію комутацій електричних ланцюгів, що охоплює основні закономірності процесів комутації, газорозрядні процеси при комутації, комутаційні пристрої і їхній розрахунок;

• -теорію електромагнітних і електродинамічних явищ в апаратах, магнітні ланцюги і їхній розрахунок, електромагніти, електродинамічні явища в апаратах.

• У курсі розглядаються конструкції електричних апаратів високої і низької напруги , а також безконтактні електричні апарати.

• Вимоги , пропоновані до електричних апаратів ,надзвичайно різноманітні і залежать від призначення, умов застосування й експлуатації апарата.

• Крім специфічних вимог, що відносяться до даного апарата, всі електричні апарати повинні задовольняти загальним вимогам:

• 1 По кожному електричному апарату при роботі протікає якийсь робочий струм, при цьому в струмоведучих частинах виділяється кількість теплоти й апарат нагрівається . температура не повинна перевищувати деякого визначеного значення, установленого для даного апарата і його деталей.

• 2.У кожному електричному ланцюзі може бути ненормальний (перевантаження) чи аварійний(коротке замикання) режим роботи. Струм, що протікає по апарату в цих режимах перевищує в 50 і більше раз номінальний, чи робочий струм. Апарат піддається в цей час надмірно великим термічним і електродинамічним впливам струму, однак він повинен витримувати ці впливи без будь яких деформацій, що перешкоджають подальшій роботі апарата.

• 3. Кожен електричний апарат працює в ланцюзі з визначеною напругою, де можливі і перенапруги. Електрична ізоляція апарата повинна забезпечувати надійну роботу його при заданих значеннях перенапруг.

• 4. Контакти апаратів повинні бути здатні включати і відключати всі струми робочих режимів, а багато апаратів і струми аварійних режимів.

• 5. До кожного електричного апарата пред'являються вимоги по надійності і точності роботи, а також по швидкодії.

• 6. Любий електричний апарат повинен по можливості мати найменші габарити, масу і вартість, бути простим по констрцкції, зручним в обслуговуванні і технологічним у виробництві.

• Умовні позначки електричних апаратів.

• Існують ДСТ 2.723 - 68 і ДСТ 2.756 - 76 на позначення електричних апаратів.

• замикаючий - що розмикає

• - силовий - з дугогашенням

• вимикачі без - замикаючі

• самоповернення- - контакти реле

  • часу

• витримка на включення

• витримка на відключення

• витримка на включення і

• відключення

• Контакти, що розмикають, реле часу з витримкою часу:

• - на замикання - на розмикання

• - контакту теплового реле із самоповерненням

• - автоматичний вимикач

• - шляховий (кінцевий) вимикач

• - кнопкові контакти.

• Котушки, контактори, реле.

• теплові реле

• котушка реле часу

• конденсатор

• Електричні машини.

• - Якір електричної машини постійного струму

  • електрична машина змінного струму

• котушка напруги (обмотки збудження,

• обмотки трансформатора)

• Вимірювальні прилади.

• Напівпровідникові прилади.

• діод тиристор

• стабілітрон транзистор

• Буквенно- цифрові умовні позначки електричних апаратів.

Принцип простановки позначень:

• Букв. Цифровий , Буквений, Уточнюючий номінал.

• пристрій узагалі.

• - перетворювач неелектричної величини в електричну.

• - тахогенератор

• - датчик температури

• - датчик тиску

• - конденсатор

• - інтегральна мікросхема

• - аналогова інтегральна мікросхема

• - цифрова чи дискретна мікросхема

• - елементи без спеціального позначення

• - освітлювальна лампа

• - запобіжник

• - плавкий запобіжник

• - сигнальні чи індикаторні пристрої

• - сигнальна лампа

• - генератори різних типів

• - гальванічна батарея

• - реле і контактори

• - токові реле

• - реле часу

• - теплові реле

• - індуктивність

• - двигуни

• -Вимірювальні прилади

• - амперметр - вольтметр

• вимикачі - автоматичні вимикачі

• резистори : - потенціометри

• - шунт

• терморезистор

• - Комутаційні пристрої:

• - вимикачі і перемикачі

• - кнопковий вимикач

• - шляховий вимикач

• - автоматичний вимикач ланцюгів керування.

• - трансформатори - трансформатори струму, -трансф. напруги

• - Перетворювач електричної величини в механічну,

• - перетворювач частоти у выпрямителе

• - Напівпровідникові прилади

• - - транзистор

• - діод

• - тиристор

• -Контактні з'єднання

• - Пристрій перетворення електричної енергії в механічну:

• - електромагніт

• - гальмо

• - електромагнітна муфта

  • позначення постійного струму

  • позначення перемінного струму

• Електричні апарати здійснюють комутацію , стабілізацію, регулювання і перетворення електричного струму. Усі ці функції поєднуються загальним терміном «керування струмом». Під електричним апаратом можна розуміти електротехнічний пристрій для керування електричним струмом .

• Поняття «електричний апарат» охоплює дуже великий клас побутових і промислових пристроїв.

• Різноманіття самих апаратів і виконуваних ними функцій, сполучення в одному апараті декількох функцій , не дозволяють строго класифікувати по одній якійсь ознаці. Єдиного стандарту, що класифікує електричні апарати немає. МЕК Міжнародна електротехнічна комісія поділяє розглянуті апарати на дві групи: «Апаратура керування » і «Апаратура розподільних пристроїв».

Лекція 2-3.