Материал: Пособие Теория электрических аппаратов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждение высшегопрофессиональногообразования

«Магнитогорский государственныйтехнический университет им. Г.И. Носова»

Институт энергетики и автоматизированных систем Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

А.А. Николаев Н.Т. Патшин Ю.Н. Кондрашова И.Р. Абдулвелеев

«ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ»

Утверждено редакционно-издательским советом института энергетики

и автоматизированных систем в качестве учебного пособия

Магнитогорск

2015

УДК 621.31 (075) ББК 31.264я7 П 209

Рецензенты:

Рецензенты:

Проректор по учебной работе, председатель научнометодического совета ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет),профессор, доктор технических наук

А.А.Радионов

Начальник цеха электрических сетей и подстанций ОАО «ММК», кандидат технических наук

Н.А. Николаев

Николаев А.А., Патшин Н.Т., Кондрашова Ю.Н., Абдулвелеев И.Р.

Учебное пособие «Основы теории электрических аппаратов»: учебное пособие для студентов направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», профили подготовки «Электроснабжение» и «Электропривод и автоматика». Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ». 2015. 118 с.

ISBN 000-0-0000-0000-0

В учебном пособии приведены основные теоретические сведения об динамических усилиях, нагреве, магнитных системах электрических аппаратов, их конструкции и классификации. Предназначено для студентов направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», профили подготовки «Электроснабжение» и «Электропривод и автоматика».

УДК 621.31 (075) ББК 31.264я7

© ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2015 г. © А.А. Николаев,

Н.Т. Патшин, Ю.Н. Конрашова,

И.Р. Абдулвелеев, 2015 г.

2

ВВЕДЕНИЕ

При выполнении лабораторного практикума по дисциплине «Электрические аппараты» и их защите одним из основных источников для подготовки и получения теоретической базы является разработанное учебное пособие «Основы теории электрических аппаратов». Основными разделами пособия являются электродинамические усилия, магнитные системы, нагрев электрических аппаратов, их конструкция, электрическая дуга, контактная система электрических аппаратов. Знакомство студентов с классификацией электрических аппаратов по области применения, роду тока и.т.д. Авторы раскрывают взаимодействие с магнитными полями токоведущих частей аппарата с другими с учетом различных конфигураций в зависимости от рода тока.

Одним из важных вопросов надежной работы электрооборудования является повышение температуры и нагрев проводников в различных режимах: продолжительном, повторно-кратковременном, кратковременном режимах. При этом происходит старение изоляции проводников и сокращается срок их службы, а также уменьшается механическая прочность токоведущих частей при возникновении короткого замыкания, что может привести к механическому разрушению элементов аппарата.

Помимо этого представлены современные типы конструкции контактных систем: рычажные и мостиковые контакты, врубные и кольцевые контакты, стыковые и герметичные контакты, жидкометаллические, которые используются в коммутационных аппаратах и дана сравнительная характеристика используемых для их изготовления материалов (алюминия, меди, серебра ,платины, вольфрама, металлокерамики). Дана подробная характеристика и способы гашения электрической дуги, а также построение вольт-амперной характериски дуги.

Данное учебное пособие дает не только общее представление об электрических аппаратах, но и рассматривает физические процессы и явления, которые происходят в эксплуатационных и аварийных режимах при работе электрических аппаратов на переменном и постоянном токе.

Особенно важными теоретическими сведениями, которыми должен владеть студент электротехнической специальности является петля гистерезиса, получение статических и динамических вольт-амперные характеристик дуги, владеть знаниями об особенностях отключения дуги переменного тока, о магнитных цепях переменного и постоянного тока, о принципе работы короткозамкнутого витка в электромагнитах и области применения, а также знать параметры, влияющие на ускорение и замедление срабатывания электромагнитов. Полученные теоретические сведения и практические навыки будут использоваться в процессе дальнейшего обучения при изучении специальных дисциплин.

3

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЗНАЧЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Электрический аппарат - это электротехническое устройство, предназначенное для включения и выключения электрических цепей, измерения и контроля электрических и неэлектрических параметров различных устройств и механизмов, защиты и управления установок передачи, преобразования и распределения электроэнергии. Таким образом, аппараты включают в себя широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

При изучении данного курса главным образом будут рассматриваться устройство, принципы работы и технические характеристики аппаратов, которые применяются в системах электроснабжения промышленных предприятий и в электроприводе.

1.1. Классификация электрических аппаратов

По назначению электрические аппараты делятся на:

1.Коммутационные аппараты, которые предназначены для включения и отключения электрических цепей. Главной особенностью таких аппаратов является наличие контактов, рассчитанных на определенную силу. К ним относят: выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели, рубильники и т.д.

2.Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений в электрических сетях. К ним относятся реакторы и разрядники. Особенность этих аппаратов - это наличие элементов, сглаживающих переходные процессы при коротком замыкании и перенапряжении (индуктивность и искровой промежуток).

3.Защитные аппараты, которые используются для защиты электрооборудования и кабельных линий от протекания через них токов коротких замыканий (КЗ). К ним относят предохранители и автоматические выключатели.

4.Пускорегулирующие аппараты, которые используются для управления электродвигателями. К ним относят: магнитные пускатели, командоконтроллеры и добавочные резисторы.

5.Контролирующие аппараты, предназначенные для контроля значений электрических и неэлектрических величин. К ним относят датчики

иреле. Особенностью таких аппаратов является наличие функциональной зависимости между входными и выходными величинами. Для реле характерно плавное изменение входной величины, которое вызывает скачкообразное изменение выходного сигнала поступающего в систему автоматики. В датчиках выходная величина, как правило, находятся в пропорциональной зависимости с входной величиной.

Характеристика датчика предполагает функциональную зависимость, представленную на рис.1.1.

4