Рисунок 17 Селективность защиты
2.9 Резисторы. Реостаты. Контроллеры
Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройство с помощью которых можно регулировать сопротивление включенных резисторов. В зависимости от назначения различают следующие виды реостатов:
1 Пусковые - для пуска электродвигателей постоянного или переменного токов.
2 Пускорегулирующие - для пуска и регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока.
3 Реостаты возбуждения - для регулирования токов в обмотке возбуждения.
4 Нагрузочные или балластные - для поглощения электрической энергии и регулирования нагрузки генератора.
Допустимую нагрузку проволоки или ленты сопротивления оценивают по допустимому току.
(34)
Материал используемый для изготовления резисторов и реостатов- манганин, константан, нихром, чугун, сталь, фехраль.
Резисторы могут изготовляться - бескаркасные, на теплоемком каркасе, рамочные, чугунные, литые и штампованные. Несколько элементов, собранных по определенной электрической схеме и объединенных в единый конструктивный узел, называется ящиком резисторов.
2.10 Реле времени с электромагнитным замедлением
Рисунок 18 РЭВ-800: 1 Якорь 2 Немагнитная прокладка 3 Обмотка катушки 4 Магнитопровод 5 Короткозамкнутая обмотка виде гильзы 6 Возвратная пружина
Время срабатывания реле можно плавно регулировать с помощью возвратной пружины. С увеличением сжатия этой пружины увеличивается электромагнитное усилие, необходимое для трогания якоря и определяется потоком магнитной цепи. При большем сжатии пружины поток трогания возрастает, следовательно возрастает время трогания.
Грубое регулирование вытяжки времени осуществляется изменением толщины немагнитной прокладки. Короткозамкнутая обмотка обеспечивает медленный спад потоков магнитной цепи.
Реле - это электрический аппарат дискретного действия предназначенный для коммутации цепей управления более мощных аппаратов, сигнализации, связи, а также для суммирования и разложения сигналов.
В реле при плавном изменении управляющего параметра до определенного заданного значения, управляемый параметр изменяется скачкообразно, при этом хотя бы один параметр должен быть электрическим.
2.11 Контакторы
Контактор - электрический аппарат предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов происходит под воздействием электромагнитного привода.
Контакторы различаются между собой:
1 По роду тока главной цепи (постоянный, переменный)
2 По роду тока цепи управления (управление постоянным, переменным токами)
3 По числу главных полюсов (от 1 до 5)
4 По номинальному току главных цепей: 4; 6,5; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 2500 А.
5 По номинальному напряжению главной цепи на постоянное напряжение Uпост= 220, 440, 600 В; Uпер=380, 660 В.
6 По номинальному напряжению включающих катушек
Постоянное- 24, 48, 60, 110, 220;
Переменное- 24, 36, 110, 127, 220, 380, 660 В с частотой 50 Гц.
7 По наличию и исполнению вспомогательных контактов.
8 По роду присоединения проводников
9 По категории применения
10 По воздействию климатических факторов
11 По степени защиты
Рабочий ток при различных режимах определяется по формуле:
(35)
ПВ - относительная продолжительность включения
П - число включений в час
2.12 Магнитный пускатель
Магнитный пускатель - это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты электрической нагрузки, в том числе и электрических двигателей.
Его отличие от контактора - наличие устройств защиты (тепловое реле) от токовых перегрузок.
2.13 Полупроводниковые электрические аппараты
Действие аппаратов основано на принципе использования полупроводниковых приборов, а именно в их способности находиться в 2-х устойчивых состояниях (проводящее, непроводящее), и быстро переходить из одного состояния в другое. Используются тиристоры и транзисторы.
Достоинства:
1 Отсутствие электрической дуги при коммутации цепи.
2 Высокое быстродействие (время срабатывания не более 50 мкс). У контактных аппаратов это время составляет десятые или сотые доли секунд.
3 Высокая надежность
4 Отсутствие механического износа
5 Отсутствие шума при коммутации и выброса раскаленных газов
6 Технологичность конструкций не требует обслуживания
7 Повышенный срок службы
Недостатки:
1 Не выдерживает больших перегрузок по току, что объясняется разрушающим действием высокой температуры на структуру полупроводниковых элементов.
2 Очень чувствительны к кратковременным перенапряжениям при коммутации цепи.
3 Большие потери энергии, выделяющиеся виде тепла, что требует принудительного охлаждения.
4 Наличие токов утечки в отключенном состоянии, поэтому для полного отключения дополнительно устанавливают контактные аппараты.
Рисунок 19 Управление по контакту Uз - запускающее напряжение
Тиристор начинает проводить ток только после подачи на управляющий электрод напряжения определенной длительности и амплитуды (запускающий сигнал). После снятия запускающего сигнала тиристор остается открытым, неограниченно долго, пока ток в анодной цепи Ia не станет меньше тока удержания. Поэтому при использовании тиристора не только для включения цепи, но и для размыкания, в цепи постоянного тока применяют прерывание тока в анодной цепи, или уменьшение его.
Рисунок 20 Работа тиристора Rн -нагрузка Uз- запускающее напряжение
В исходном положении на схеме тиристор закрыт, напряжение на Rн и С отсутствует. При подаче запускающего импульса Uз, через тиристор и Rн начинает протекать ток нагрузки, величина которого равна:
(36)
Одновременно начинает проходить ток заряда конденсатора через R1, величина тока равна:
(37)
Время заряда конденсатора определяется параметрами цепи заряда, т.е. оно равно:
(38)
Конденсатор заряжается до напряжения:
(39)
Таким образом тиристор в данном случае работает как контакт, замыкающий силовую цепь Rн. Для размыкания силовой цепи необходимо замкнуть Контакт S, при этом конденсатор начинает разряжаться через тиристор. Как только ток через тиристор станет меньше тока удержания, тиристор запирается. Нагрузка обесточивается, а анодный ток Ia=0, что равносильно выключению силовой цепи. Такая схема называется схемой естественной коммутации.
Рисунок 21 Схема естественной коммутации
Эта схема состоит из колебательного контура образованного элементами L и C и подключенного параллельно к тиристору. В исходном состоянии схемы конденсатор заряжен до напряжения источника питания. При подаче на тиристор Uз, он открывается и через него и нагрузку начинает протекать ток силовой цепи. Одновременно с этим начинается разряд конденсатора через тиристор. В колебательном контуре конденсатор после разряда начинает заряжаться за счет накопленной энергии индуктивности L. Во время этого полупериода ток заряда, протекающий через тиристор, будет направлен встречно току нагрузки. В тот момент, когда ток заряда конденсатора станет больше Iсз>Ia, тиристор запирается, отключая нагрузку от источника питания. Такая схема называется схемой искусственной коммутации. По сравнению с аппаратами постоянного тока, ПП аппараты переменного тока имеют более сложную структуру. Конструктивное исполнение этих аппаратов определяется их назначением, требованиями и условиями работы. Аппараты состоят из следующих функциональных блоков: Силовой блок, блок управления, блок датчиков и режимов работы, блок принудительной коммутации.
Рисунок 22 Обобщенная структурная схема полупроводникового контактора переменного тока 1 Силовой блок 2 Блок управления 3 Блок датчиков режимов работы 4 Блок принудительной коммутации
Силовой блок является исполнительным органом коммутации цепи нагрузки. Он содержит цепь защиты состоящую из C и R, а также встречно-паралельных включенных силовых тиристоров.
БУ формирует управляющие импульсы и обеспечивает их подачу на тиристоры, в момент перехода тока через ноль.
Если аппарат, кроме коммутации цепей, осуществляет еще и регулирование напряжения, схема блока управления усложняется за счет добавления системы фазового управления (СИФУ), обеспечивающая сдвиг импульсов управления на заданный угол по отношению к нулю.
Блок датчиков режимов работы содержит:
1 Измерительные датчики тока и напряжения
2 Реле защиты (различного напряжения)
3 Блок выработки логических команд и сигнализации.
Принудительная коммутация включает:
1 Конденсаторную батарею и схему заряда батареи.
2 Коммутирующие тиристоры
Через каждый тиристор при паралельновстречном включении протекает рабочий ток, составляющий Iср=0,95Iн, где Iн- номинальный ток.
2.14 Комбинированные контактные полупроводниковые аппараты
Рисунок 23 Комбинированный аппарат
Комбинированные аппараты содержат одновременно электромеханические контакты и силовую цепь с использованием силовых полупроводниковых приборов.
3. Лабораторные работы
В курсе изучения дисциплины проводятся следующие лабораторные работы:
№ 1. Изучение конструктивных особенностей электрических аппаратов
№ 2. Исследование магнитного пускателя
№ 3. Исследование теплового реле.
№ 4. Исследование электрических аппаратов в схеме управления многосекционным конвейером.
Методические указания к лабораторной работе № 1
«Изучение конструктивных особенностей электрических аппаратов»
1 Цель и программы работы
Целью работы является изучение конструктивных особенностей электрических и электронных аппаратов.
Программа работы:
Осмотр аппаратов, указанных в разделе 2, с целью ознакомления с назначением, конструктивными особенностями, условным обозначением на электрических схемах и их включением в электрическую цепь.
Подробное изучение конструкции, технических характеристик аппаратов, выбранных по шифру зачетной книжки студента (последней цифре) из таблицы 1 раздела 2.
1.3Составление схемы электрических цепей с использованием выбранных аппаратов.
2 Методические указания
При выполнении работы рекомендуется ознакомиться со всеми электрическими и электронными аппаратами, приведенными в таблице 1.
Кроме перечисленных, преподавателем могут быть дополнительно указаны для изучения и другие аппараты.
После установления назначения, основных характеристик и типа ап-парата, следует отыскать его по каталогу и дальнейшее изучение аппарата производить, пользуясь сведениями, приведенными в каталоге.
В ряде случаев изучение аппарата должно сопровождаться частичной его разборкой. Перечень аппаратов, подлежащих подробному изучению, указан в таблице 1.
В процессе подробного изучения необходимо выяснить назначение и устройство каждого узла и основных деталей конструкции аппарата.
Пользуясь плакатами электрооборудования промышленных механиз-мов, имеющимися в лаборатории, найти на электрических схемах изучаемые аппараты, выяснить выполняемые ими функции и совместную их работу с другими элементами схемы. При этом найти управляемые ими цепи и показать путь тока в цепях управления.
Составить упрощенную электрическую схему цепей с использованием аппаратов, выбранных для подробного изучения из таблицы, показывающую роль и функции, выполняемые этими аппаратами.
3 Содержание отчета
В отчете о работе необходимо:
указать назначение, тип и основные технические данные каждого из выбранных из таблицы аппаратов;
дать краткое описание конструкции аппарата;
привести эскиз аппарата, позволяющий судить о назначении, принципе действия и особенностях аппарата, а также изобразить условное обозначение аппарата на электрических схемах;
дать упрощенную электрическую схему, показывающую применение изученных аппаратов в электроустановках.
4 Контрольные вопросы
Назначение, принцип действия, устройство каждого из указанных в таблице аппаратов. Их обозначение на электрических схемах.
Пользуясь имеющимися в лаборатории плакатами электрооборудования промышленных установок, рассказать назначение аппаратов.
5 Указания по технике безопасности
Выполнение данной работы производится без включения аппаратов в электрическую сеть. Поэтому вопросы электробезопасности сводятся к выполнению общих мер и требований, указанных в инструкции по технике безопасности при проведении работ в лаборатории. Кроме того, при ознакомлении с аппаратурой и устройствами, входящими в схему электроснабжения лаборатории, убедиться в том, что оборудование отключено от сети (красная сигнальная лампочка на щите не должна гореть).
4. Контрольные задания и методические указания по выполнению для студентов всех форм обучения направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Общие методические указания
К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. При этом рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по литературе, список которой дан в конце учебного пособия. Вариант выполняемой работы должен соответствовать шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.