Міністерство освіти І науки України icon

Міністерство освіти І науки України




НазваМіністерство освіти І науки України
Сторінка1/6
Дата21.08.2012
Розмір0.82 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4   5   6

Міністерство освіти і науки України



Харківська національна академія міського господарства


Н.О.Ільїна, О.М. Ляшенко


Електричні апарати




(Конспект лекцій


(для студентів 3 курсу денної форми навчання спеціальності 6.090600 “Світлотехніка і джерела світла”)


Харків – ХНАМГ – 2004


Електричні апарати: конспект лекцій для студентів 3 курсу денної форми навчання спеціальності 6.090600 “Світлотехніка і джерела світла”. Авт.: Н.О. Ільїна, О.М. Ляшенко.– Харків: ХНАМГ, 2004 – 70с.


Автори: Н.О. Ільїна,

О.м. ляшенко.


Рецензент: д.т.н., проф. Г.Г. Жемеров (НТУ “ХПІ”)


Рекомендовано кафедрою світлотехніки і джерел світла, протокол № 1 від 28.08.2003р.

ВСТУП


Широке застосування електричних апаратів різного функціцонального призначення в різних галузях народного господарства і їх постійна модифікація і оновлення обумовлює підвищені вимоги до інженерів-електриків, що експлуатують ці апарати, і необхідність вивчення ними питань теорії електричних апартів і їх застосування.

Курс лекцій призначений для студентів 3 курсу спеціальності „Світлотехніка і джерела світла”. Ціллю вивчення цього курсу” є формування знань з питань створення та використання електротехнічного обладнання. Знання, отримані в цьому курсі, будуть необхідні при вивченні багатьох профілюючих дисциплін, а також і в майбутній інженерній практиці.

Лекція 1


Класифікація електричних апаратів. Вимоги до електричних апаратів


Електричний апарат – це електродинамічний пристрій, призначений для управління електричними й неелектричними об’єктами, а також для їх захисту при аномальних режимах роботи.

Поняття електричний апарат дуже широке, оскільки до нього входять всілякі побутові й промислові пристрої та установки. У цьому циклі лекцій розглядаються основи теорії, конструкція і експлуатаційні характеристики апаратів, що використовуються в електричних схемах і схемах електропостачання промислових підприємств і автоматизації виробничих процесів та електропривода.

^

Класифікація електричних апаратів


Класифікацію електричних апаратів можна проводити за такими ознаками:

  • призначенням;

  • областю використання;

  • принципом, що використовується в апараті;

  • родом струму;

  • використанням та виконанням захисту від впливу оточуючого середовища;

  • конструктивними особливостями та ін.

Основною є класифікація за призначенням. Залежно від призначення електричні апарати можна розділити на такі групи:


^ 1) комутаційні апарати розподільчих пристроїв – призначені для вмикання та вимикання електричних кіл (рубильники, пакетні вимикачі, вимикачі навантаження, вимикачі високої напруги, роз'єднувачі, від'єднувачі, короткозамикачі, автоматичні вимикачі, запобіжники). Характерним для цієї групи є відносно рідке вмикання та вимикання, хоча можуть бути і випадки, коли апарат часто виконує операції (наприклад, вимикач високої напруги, що живить електричне коло;

^ 2) обмежуючі апарати – призначені для обмеження струму короткого замикання (реактори) й перенапруги (розрядники). Режими роботи короткого замикання й перенапруги є нечастими, тому ці апарати мало зазначають найбільших перевантажень;

^ 3) пускорегулюючі апарати – призначені для регулювання частоти обертання, напруги й струму електричних машин або для пуску й регулювання будь-якого іншого споживача електричної енергії (контактори, пускачі, контролери, командоконтролери, резистори і реостати). Для цієї групи характерні часті вмикання та вимикання. У сучасних приводах кількість вмикань за годину досягає 1500;

^ 4) контролюючі апарати – основною функцією їх є контроль заданих електричних або неелектричних параметрів. До цієї групи належать реле й датчики. Якщо при повільній зміні вхідної (контрольованої) величини вихідний сигнал апарата змінюється стрибком, ми маємо справу з реле. Вихідний сигнал звичайно діє на схему автоматики. Датчик перетворює безперервну зміну вхідної величини на зміну якої-небудь електричної величини, що є вихідною. Датчики можуть контролювати як електричні, так і неелектричні величини. Хоча можлива й стрибкоподібна зміна вихідного сигналу при повільній зміні вхідного (реле, датчики);

^ 5) апарати для вимірів – вони ізолюють кола первинної комутації (головного струму) від кіл вимірювальних і захисних приладів, перетворюють вимірювальну величину до стандартного значення, зручного для вимірювань (трансформатори струму, трансформатори напруги, конденсаторні розподільники напруги);

^ 6) регулюючі апарати – призначені для регулювання заданого параметра за наперед заданим законом. Регулятори призначені для підтримки на незмінному рівні напруги, струму, температури, частоти обертання та інших величин. У цьому курсі електричні регулятори не розглядаються, оскільки принцип їх дії і характеристики тісно пов'язані з теорією автоматичного регулювання.


Розподіл апаратів за областями використання більш умовний. Апарати, які обслуговують електричні системи і системи електропостачання, об'єднуються в групу апаратів розподільчих пристроїв низької та високої напруги.

Велику групу апаратів, що використовуються у схемах автоматичного управління електроприводами і для аатвоматизації виробничих процесів слід віднести до апаратів управління. Однак одні й ті самі апарати можуть знаходитись серед апаратів розподільчих пристроїв і серед апаратів управління, наприклад, рубильники, пакетні вимикачі, контактори, автомати, трансформатори струму, реле та інші.

За номінальною напругою електричні апарати можна розділити на дві групи: апарати низької напруги (Uн< 1000В) і високої напруги (Uн> 1000В).

Класифікація апаратів за принципом дії, родом струму, часом дії, конструкційними особливостями буде розглянута у лекціях, присвячених будові й характеристикам апаратів.

Для захисту персоналу від стикання з струмоведучими або рухомими частинами й захисту апарата від попадання на нього чужорідних тіл установлюються спеціальні оболонки. Згідно з ГОСТом 1424-69 захисні властивості оболонок позначаються буквами ІР і двома цифрами. Перша цифра означає ступінь захисту від попадання рідини всередину апарата.


^ Вимоги до електричних апаратів

Вони дуже різноманітні й залежать від призначення, умов експлуатації, необхідної надійності. Однак для усіх апаратів існують загальні вимоги, яким вони повинні відповідати:

1)апарати, ввімкнені в коло послідовно (вимикачі, автомати, контактори), обтікаються струмом цього кола, тому в номінальних режимах температура струмоведучих елекментів апарата не повинна перевищувати значень, рекомендованих стандартами;

2) при короткому замиканні струмоведуче коло апарата зазнає і динамічних перевантажень, які викликані великим струмом. Ці перевантаження не повинні викликати залишкових явищ, що заважають подальшій нормальній роботі апарата, тому апарати, які за умовами роботи можуть вмикати і вимикати струми короткого замикання, повинні мати контакти, розраховані на цей режим роботи, а апарати, призначені для частого вмикання і вимикання номінального струму навантаження, повинні мати високу механічну й електричну стійкість спрацьовування;

3) ізоляція електричних апаратів повинна розраховуватися з умов можливих перевантажень, які можуть бути при роботі установки, з деяким запасом, що враховує поширення властивостей ізоляції при експлуатації внаслідок осадження пилу, бруду й вологи;

4) до кожного апарата висувається ряд специфічних вимог, зумовлених його призначенням. Так, вимикач високої напруги повинен вимикати струм КЗ за малий час (0,04-0,06с). Тансформатор струму повинен давати струмову і кутову похибку, що не перевищують певного значення. Контактор повинен мати високу механічну й електричну стійкість до спрацьовування;

5) у зв’язку з широкою автоматизацією втробничих процесів, використанням складних схем атвоматики збільшується кількість апаратів, які беруть участь у роботі і, отже, підвищуються вимоги до надійності апаратів;

6) усі без винятку апарати повинні мати малу масу, вартість та габарити. На їх установку та обслуговування повинно витрачатися небагато часу. Апарати повинні мати контсрукцію, що дозволяє широко впроваджувати автоматизацію виробничих процесів при їх виготовленні.


. (2)

Лекція 2


Електродинамічні сили в електричних апаратах


При КЗ в мережі через струмоведучу частину апарата можуть проходити струми, що в десятки разів перевищують номінальний струм. Ці струми при взаємодії з магнітним полем створюють електродинамічні сили, що намагаються деформувати як самі провідники, так й ізолятори , на яких вони кріпляться. Електродинамічною стійкістю апарата називається його спроможність протидіяти силам, що виникають при проходженні струму КЗ. Цю величину можна виразити або безпосередньо амплітудними значеннями струму ідин , при якому механічні напруги в деталях апарата не виходять за межі припустимих значень, або кратними цьому струму відносно амплітуди номінального струму.

Інколи динамічна стійкість оцінюється діючим значенням ударного струму за період після початку КЗ.


^ Методика розрахунку електродинамічних зусиль (ЕДЗ) і напрямку їх дії


а) Методи розрахунку

Для розрахунку ЕДЗ використовуються два методи. У першому сила розглядається як результат взаємодії провідника ыз струмом в магнітному полі. Якщо елементарний провідник dL зі струмом і знаходиться в магнітному полі з індукцією В, що створюється іншими провідниками, то сила dF, що діє на цей елемент , дорівнює


dF=i dl x B= sBdLsin,


де і – струм;  – кут між векторами елемента dL і індукцією В, що вимірюється кутом повороту вектора dL до вектора В за найменшою відстанню.

За напрямок вектора dL приймається напрямок струму в елементі. Напрямок індукції В, що створюється іншим провідником , визначається за правилом буравчика, а напрямок сили – за правилом лівої руки (рис.1). Для визначення повної сили, діючої на провідник довжиною L, необхідно просумувати, діючі на всі його елементи dL:


(1)


У випадку вільного розташування провідників в одній площині =90 рівняння (1) спрощується:

. (2)


Рис.1 – до визначення електродинамічної сили.


Рис.2 – до визначення напрямку дії електродинамічної сили.


Рис.3 – до визначення напрямку дії електродинамічної сили в різних випадках розташування провідників.





Рис.4 – до визначення ЕДЗ між двома витками або котушками.

Описаний метод рекомендується застосовувати тоді, коли можна аналітично знайти індукцію в будь-якій точці провідника, для якого необхідно визначити силу. Індукцію визначають, використовуючи закон Біо-Савара—Лапласа.

Другий метод базується на використанні енергетичного балансу системи провідників зі струмом. Якщо знехтувати енергетичною енергією системи і прийняти, що при деформації струмоведучих контурів або при їх переміщенні за дією ЕДЗ струми у всіх контурах залишаються незмінними, то сили можна найти за рівнянням


, (3)


де W – електродинамічна енергія; ху – можливе переміщення в напрямку дії сили. Таким чином, сила дорівнює часній похідній від електромагнітної енергії даної системи за координатою, в напрямку якої діє сила. При розрахунку ЕДЗ, діючому при КЗ, величини струмів у контурах можна вважати незмінними.

Електромагнітна енергія системи зумовлена як енергією магнітного поля кожного ізольованого контуру, так і енергією, що визначається магнітним зв’язком між контурами і для двох взаємодіючих контурів дорівнює


, (4)


де L1, L2 – індуктивність контурів; і1, і2 – струми, що протікають в них; М – взаємна індуктивність.

Перші два члени рівняння визначають енергію незалежних контурів, а третій член дає енергію, зумовлену їх магнітним зв’язком.

Рівняння (4) дозволяє розрахувати як сили, діючі в ізольованому контурі, так й силу взаємодії контуру з усіма іншими. Для визначення сил всередині одного незалежного контуру використовують рівняння


.


При розрахунку сили взаємодії контурів вважаємо, що енергія змінюється тільки в результаті зміни взаємного розташування контурів. При цьому енергія, зумовлена власною індуктивністю, вважається незмінною. У даному випадку сила між контурами дорівнює


.


Енергетичний метод зручний, коли відома аналітична залежність індуктивності або взаємної індуктивності від геометричних розмірів.


б) напрямок дії ЕДЗ


Знайдемо напрямок сили, що діє на елемент dL зі струмом і1 (рис.2).

Для пласкої задачі, коли всі провідники лежать в одній площині, результуюча самарна індукція, що діє на провідник, завжди перпендикулярна до цієї площини, а сила лежить в цій площині.

Напрямок ЕДЗ для деяких випадків розташування провідників в одній площині показаний на рис.3.

У цьому випадку, коли для визначення ЕДЗ користуються енергетичною формулою, напрямок сили знаходять з наступних міркувань. Згідно з (3) позитивному напрямку сили відповідає зростання енергії системи:

.

Таким чином, сила, що діє на струмоведучі частини, направлена так, щоб електромагнітна енергія системи збільшувалася.

,

де  – потокозчеплення; Ф– потік;  – число витків у контурі.

У цьому випадку ЕДЗ діє по радіусу, розтягуючи контур, оскільки при цьому індуктивність, потокозчеплення і потік зростають. У випадку двох витків або котушок (рис.4) з різними напрямками струмів сила F направлена так, щоб відкинути витки один від одного, оскільки потокозчеплення збільшується із зростанням відстані h. Мінімальне потокозчеплення матиме місце при h =0. Якщо струми течуть в одному напрямку, то потоки притягуються. Використовуючи загальну теорію розрахунку ЕДЗ, визначають таким чином:


  1. ^ Сили між паралельними провідниками.


Для двох паралельних провідників різної довжини, розташованих з будь-яким зсувом, Холявський отримав зручну для розрахунку формулу:

,

де Кr – коефіцієнт геометричних факторів (розміри провідників і їх розташування); D – сума діагоналей трапеції, побудованої на взаємодіючих провідниках; S – сума бічних сторін цієї трапеції; а – відстань між провідниками.

У загальному випадку , Кф – коефіцієнт форми , визначають за довідником.

У літературі детально описані методи розрахунку ЕДЗ для таких випадків:

1) сили і моменти, що діють на перемичку;

2) сили, що діють у витку, котушці і між котушками;

3) електродинамічні сили в циклічній котушці;

4) сили взаємодії між витками і котушками;

5) електродинамічні зусилля в місці зміни перерізу провідника;

6) електродинамічні зусилля при наявності феромагнітної частини;

7) електродинамічні зусилля при змінному струмі (механічний резонанс);

8) електродинамічні сили в трансформаторному колі при відсутності аперіодичної складової струму;

9) електродинамічна стійкість апарата.


Лекції 3,4

  1   2   3   4   5   6

Схожі:

Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "А. С. Макаренко" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Василь Сухомлинський" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Софія Русова" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни 01135, м. Київ, проспект Перемоги
Міністерства освіти і науки України від 17. 04. 2009 року №341 «Про затвердження Плану дій щодо вдосконалення викладання дисципліни...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Петро Могила" Міністерства освіти І науки України
Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської І севастопольської міських...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської і Севастопольської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи