Главная стр 1
скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрооборудования



ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №7-8


по курсу “Электрические и электронные аппараты”

на тему “Исследование электрических аппаратов”


  Выполнил студент

гр.ЭО-97-2 Романовский Р.Ю.

_________________________

"____"________________1999

Принял преподаватель

Плотников А.В.

_________________________

_________________________

"____"________________1999

Липецк 1999

Цель работы – изучить устройство и принцип действия таких электрических аппаратов, как трансформаторы, автоматические воздушные воключатели, кнопки управления, магнитные пускатели, контакторы и тепловые реле.

1. Автоматические воздушные выключатели (автоматы)
Автоматический воздушный выключатель служит для отключения электри-ческой цепи при ненормальных и аварийных режимах – перегрузках, коротких за-мыканиях, чрезмерном понижении напряжения питания, изменении направления мощности и т.п. Автоматом можно также пользоваться для редких включений и отключений номинальных токов нагрузки.

К автоматам предъявляются следующие требования:

1. Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течение сколь угодно длительного времени. Режим продолжительного включения для автомата является нормальным. С другой стороны, токоведущая система автомата подвергается воздействию больших токов короткого замыкания как при замкнутом положении контактов, так и при включении на существующее короткое замыкание.

2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов короткого замыкания, которые могут достигать десятков и даже сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания номинального тока.

3. Для повышения электродинамической и термической стойкости энергоустановок, уменьшения разрушений, вызываемых токами короткого замыкания, автоматы должны иметь малое время отключения. С целью уменьшения габаритов распределительного устройства и повышения безопасности обслуживания необходимо сокращение зоны выхлопа нагретых и ионизированных газов в процессе гашения дуги.

Принципиальная схема автомата на ток более 200А приведена на рис. 1. Токоведущая цепь имеет основные (3) и дугогасительные (1) контакты. Включение автомата может производиться вручную (рукояткой 12) или электромагнитом 4. Звенья 6, 7 и упор 13 являются механизмом свободного расцепления. Отключение автомата может производиться вручную (12) или от расцепителей 5, 8, 10, 11. Скорость расхождения контактов обеспечивается пружиной 9. Гашение дуги, образующейся при отключении, происходит в камере 2.

Основными параметрами автоматов являются: номинальный длительный ток, номинальное напряжение, предельный ток отключения, собственное и полное время отключения.

Под собственным временем автомата понимают время от момента наступления условия срабатывания до Момента прекращения соприкосновения его контактов. После расхождения контактов возникающая электрическая дуга должна быть погашена за наименьшее время с перенапряжением, не представляющим опасности для остального оборудования.

Если собственное время t0,01 с, то автомат называется обыкновенным (небыстродействующим). В этом случае, как правило, к моменту размыкания ток в цепи достигает установившегося значения. Такой автомат не облегчает работу аппаратуры и оборудования при коротких замыканиях. Самому автомату также приходится отключать установившийся ток короткого замыкания.

В быстродействующих автоматах время t сокращается до 0,002-0,008 с. К моменту расхождения контактов ток не достигает установившегося значения. Такой автомат, как правило, отключает ток значительно меньший, чем установившийся ток короткого замыкания. Благодаря этому облегчается работа самого автомата, уменьшается термическая и динамическая нагрузка аппаратуры и оборудования. С увеличением скорости возрастания тока эффект токоограничения уменьшается, ток как к моменту расхождения контактов ток достигает больших значений. Для получения токоограничения в настоящее время в этих автоматах применяются устройства, реагирующие не на ток, а на скорость его нарастания. В зависимости от вида воздействующей величины автоматы делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, минимальные автоматы по напряжению, автоматы обратного, тока, максимальные автоматы, работающие по производной тока, максимальные автоматы, работающие по производной тока, поляризованные максимальные автоматы (отключают цепь при нарастании тока в одном – прямом направлении) и неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении. Для построения селективно действующей защиты автоматы должны иметь регулировку тока срабатывания и времени срабатывания.

Автоматический выключатель состоит из следующих основных узлов: токоведущей цепи, дугогасительной системы, привода автомата, механизма автомата, механизма свободного расцепления и элементов защиты - расцепителей.

При номинальных токах до 200А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой.

Рис. 1. Принципиальная схема автомата.

Большие номинальные токи требуют применения двухступенчатого контакта типа перекатывающегося моста или пары основных и дугогасительных контактов. На рис. 1 контактная система имеет основные 3 и дугогасительные контакты 1. В автоматах на большие номинальные токи применяется включение нескольких параллельных пар основных контактов. Автомат должен обеспечивать гашение дуги при всех возможных режимах сети.

В автоматах нашли применение два исполнения дугогасительных устройств – полузакрытое и открытое. В полузакрытом исполнении автомат закрыт кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха делается достаточно большим, чтобы избежать появления внутри кожуха больших избыточных давлений.

При полузакрытом исполнении зона выброса горячих и ионизированных газов составляет обычно несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое конструктивное решение применяется в автоматах, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распределительных устройствах, в автоматах с ручным управлением. Предельный ток не превышает 50 кА. При токах 100 кА и выше применяются камеры открытого исполнения с большой зоной выброса. Полузакрытое исполнение применяется, как правило, в установочных и универсальных автоматах, открытое – в быстродействующих и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000В).

В аппаратах массового применения широкое распространение получила деионная дугогасительная решетка из стальных пластин. В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства работают при напряжении до 440 В и отключают токи до 55 кА. При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.


2. Кнопки управления
Командоаппаратом называется устройство, предназначенное для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов).

Рис. 2. Разрез кнопочного элемента.

Иногда они применяются для непосредственного пуска электродвигателей малой мощности, включения электромагнитов и другого электрооборудования. Командоаппараты могут иметь ручной привод или приводиться в движение контролируемым механизмом.

Простейшим командоаппаратом является кнопка управления. Кнопка используется для схем пуска, остановки и реверса электродвигателей путем замыкания и размыкания обмоток контакторов, которые коммутируют главную цепь, а также для управления самыми различными схемами автоматики. Для повышения надежности контакты часто выполняют из серебра. При переменном токе электрическая дуга надежно гаснет при напряжении до 500 В и токе 3 А благодаря двум размыкающим контактам для одной цепи. При постоянном токе и напряжении 440 В отключаемый ток не превышает 0,15 А При использовании кнопки для включения электромагнитов переменного тока её контакты в замкнутом положении должны надежно пропускать пусковые токи обмоток, которые могут достигать 60 А.


3. Контакторы


Контактор – это двухпозиционных аппарат, предназначенный для частых коммутаций токов, которые не превышают токов перегрузки соответствующих электрических силовых цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора может осуществляться двигательным (электромагнитным, пневматическим или гидравлическим) приводом. Наибольшее распространение получили электромагнитные контакторы.

Контакторы постоянного тока коммутируют цепь постоянного тока и имеют электромагнит постоянного тока.

Контакторы переменного тока коммутируют цепь переменного тока. Электромагнит этих контакторов может быть выполнен либо для работы на переменном токе, либо для работы на постоянном токе.

Механическая износостойкость определяется числом включений – отключений контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. К современным контакторам предъявляется очень высокое требование к механической износостойкости: (10-20)106 операций.

Коммутационная износостойкость определяется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена износившихся контактов. Современные контакты должны иметь коммутационную износостойкость порядка 2-3 млн. операций.

Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительную систему, электромагнитный механизм, систему блокконтактов.

Основные данные контакторов и пускателей: номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение, механическая износостойкость, электрическая износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения, собственное время отключения.

Контакты аппарата подвержены наиболее сильному электрическому и механическому износу ввиду большого числа операций в час и тяжелым условиям работы. С целью уменьшения износа преимущественное распространение получили линейные перекатывающиеся контакты.

Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное примерно половине конечной силы нажатия. Большое влияние на вибрацию оказывает жесткость крепления неподвижного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. В этом отношении очень удачна конструкция контактора серии КПВ-600 (рис. 4). Неподвижный контакт 1 жестко прикреплен к скобе 2. Один конец дугогасительнй катушки 3 присоединен к этой же скобе. Второй коней катушки вместе с выводом 4 надежно скреплен с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6, которая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пластины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может перекатываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным контактом 7 с помощью гибкого проводника 10. Контактное нажатие создается пружиной 12. Для уменьшения оплавления основных контактов дугой при токах более 50А контактор имеет дугогасительные контакты – рога 2, 11. Под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с неподвижным контактом 1, и на защитный рог подвижного контакта 11. Возврат якоря в начальное положение производится пружиной 13.В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнитным дутьем. При взаимодействии магнитного поля с дугой возникает электродинамическая сила, перемещающая дугу с большой скоростью. Для улучшения охлождения дуги ее загоняют в цель из дугостойкого материала с высокой теплопроводностью. При расхождении контактов 1 и 7 между ними возникает дуга 14. Дугу можно рассматривать как проводник с током. Катушка 3 создает м.д.с., под действием которой возникает поток. Этот поток проходит через сердечник катушки, полюсные наконечники 15 и воздушный зазор, в котором горит дуга.

В зависимости от способа создания магнитного поля различают системы с последовательным включением катушки магнитного дутья (катушка тока), с параллельным включением катушки (катушка напряжения) и системы с постоянным магнитом.




Рис. 3. Контактор постоянного тока КПВ-600


4. Магнитные пускатели


Магнитным пускателем называется контактор, предназначенный для пуска в ход короткозамкнутых асинхронных двигателей.

Как правило, в пускателе, помимо контактора, встроены тепловые реле для защиты двигателя от перегрузок и «потери фазы». Бесперебойная работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надежности пускателей. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в отношении износостойкости, коммутационной способности, четкости срабатывания, надежности защиты двигателя от перегрузок, минимального потребления мощности.

Особенности условий работы пускателя состоят в следующем. При включении асинхронного двигателя пусковой ток достигает 6-7 кратного значения номинального тока. Даже значительная вибрация контактов при током токе быстро выводит их из строя. Это накладывает высокие требования в отношении вибрации контактов и их износа. С целью уменьшения времени вибрации контакты и подвижные части делаются возможно легче, уменьшается их скорость, увеличивается нажатие.

После разгона двигателя ток падает до номинального значения.

При отключении восстанавливающееся напряжение на контактах равно разности напряжения сети и э.д.с. двигателя. В результате на контактах появляется напряжение, составляющее всего 15-20% UН , т.е. имеют место облегченные условия отключения. При работе двигателя нередки случаи, когда двигатель отключается от сети тотчас же после пуска. Пускателю приходится тогда отключать ток, равный семикратному номинальному току при очень низком коэффициенте мощности и восстанавливающемся напряжении, равном номинальному напряжению источника питания. После 50-кратного включения и отключения заторможенного двигателя пускатель должен быть пригоден для дальнейшей работы. В технических данных пускателя указывается не только его номинальный ток, но и мощность двигателя, с которым пускатель может работать при различных напряжениях. 3

Рис. 4. Схема включения нереверсивного пускателя.

Поскольку ток, отключаемый пускателем, относительно мало падает с ростом напряжения, мощность двигателя, с которым может работать данный пускатель, возрастает с увеличением номинального напряжения. Наибольшее рабочее напряжение равно 500 В.

Схема включения нереверсивного пускателя показана на рис. 5. Главные контакты Л включаются в рассечку проводов, питающих двигатель. В проводах двух фаз включаются также нагревательные элементы тепловых реле ТРП1 и ТРП2. Катушка электромагнита К подключается к сети через размыкающие контакты тепловых реле Т0 и кнопки управления. При нажатии кнопки Пуск напряжение на катушку подается через замкнутые контакты 1-2 кнопки Стоп и замкнутые контакты тепловых реле Т0. После притяжения якоря электромагнита замыкается блок-контакт БК, шунтирующий контакты 3-4 кнопки Пуск. Это дает возможность отпустить пусковую кнопку. Для отключения пускателя нажимается кнопка Стоп. При перегрузке двигателя срабатывают тепловые реле, которые разрывают цепь катушки К. Якорь электромагнита отпадает. Происходит отключение пускателя.

Высокий коэффициент возврата электромагнитного механизма переменного тока позволяет осуществить защиту двигателя от понижения напряжения питания (электромагнит отпускает якорь при напряжении 60-70% UН).

5. Тепловые реле


Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рис. 6 (кривая 1). При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 рис.5 устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Очевидно, что при идеальной защите объекта зависимость tСР(I) для реле должна идти немного ниже кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая – меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение коэффициента расширения) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение коэффициента расширения).

Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему.

На рис. 5 представлены характеристики двигателя и двух реле. У одного реле (кривая 2) ток срабатывания равен току двигателя (кривая 1), у другого он на 20% больше (кривая 3). В первом случае двигатель будет отключаться значительно раньше, чем требуется характеристикой 1.

Для быстродействующей защиты и объекта и реле целесообразно тепловой элемент объединить с электромагнитным, имеющим большой ток срабатывания и практически нулевую выдержку времени.2


Рис. 5. Время – токовые характеристики реле и защищаемого объекта


6. Трансформаторы


Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Существует несколько видов трансформаторов.



Силовые трансформаторы. Служат для передачи и распределения электрической энергии, являются самым распространённым типом трансформаторов. Электрическая энергия при передаче от электростанций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3-5 раз), так как передавать энергию выгодно при довольно больших напряжениях (110-750 кВ), в то время как генераторы на электростанциях вырабатывают её при напряжении 6-24 кВ; кроме того, большинство потребителей энергии переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В.

Для режимов работы силовых трансформаторов характерны частота f=50 Гц и весьма малые отклонения от номинальных напряжений. Они имеют мощность до 1000000 кВА и напряжение до 1150 кВ, могут быть одно- и трёхфазными, двух- и трёхобмоточными.



Преобразовательные трансформаторы. Служат для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. Мощность таких трансформаторов составляет сотни тысяч кВА, напряжение – до 110 кВ, работают при частоте 50 Гц и выше. Выпускаются одно- трёх- и многофазными с регулированием выходного напряжения и без него.

Сварочные и электропечные трансформаторы. Особенностью таких трансформаторов является очень высокий ток во вторичной обмотке (особенно у электропечных трансформаторов), что необходимо для получения электрической дуги, используемой, как следует из названий трансформаторов, в сварке и в дуговых печах. Вторичное напряжение, как правило, невелико (максимум 10 кВ).

Трансформаторы для питания бытовой электроаппаратуры. Эти трансформаторы, как правило, маломощны (несколько ВА), работают при невысоких напряжениях и частоте 50 Гц.

Измерительные трансформаторы. Различают измерительные трансформаторы напряжения и измерительные трансформаторы тока. Предназначены для включения электроизмерительных приборов в электрические цепи очень высоких напряжений или токов соответственно с целью расширения пределов измерений и обеспечения электробезопасности. Эти трансформаторы имеют невысокую мощность, определяемую мощностью, потребляемой прибором, реле и другими аппаратами, подключенными к трансформатору. Современный трансформатор состоит из различных конструктивных элементов: магнитопровода, обмоток, вводов, бака и др. Магнитопровод с насаженными на его стержни обмотками составляет активную часть трансформатора. Остальные элементы трансформатора называют неактивными (вспомогательными) частями. Магнитопровод в трансформаторе выполняет две функции: составляет магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора и является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей. Магнитопровод имеет шихтованную конструкцию, то есть он состоит из тонких стальных пластин, покрытых с двух сторон изолирующей пленкой.

Обмотки трансформатора средней и большой мощности выполняют из обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Основой обмотки в большинстве случаев является бумажно-бакелитовый цилиндр, на котором крепятся элементы, обеспечивающие обмотке механическую и электрическую прочность. scan1



Рис.6. Схематичное изображение трансформатора стержневой конструкции.
скачать


Смотрите также:
Отчет по лабораторной работе №7-8 по курсу "Электрические и электронные аппараты"
143.42kb.
Отчет по лабораторной работе выполняется на листах формата а типовой отчет по лабораторной работе должен содержать
210.55kb.
Отчет по лабораторной работе №6 по курсу"Электрические машины"
27.91kb.
Отчет по лабораторной работе №4 по курсу"Электрические машины"
63.9kb.
Отчет по лабораторной работе №1 по курсу "Метрология и электрические измерения"
90.05kb.
Отчет по лабораторной работе №1 по курсу " Электрические машины "
134kb.
Отчет по лабораторной работе №5 по курсу"Электрические машины"
57.64kb.
Отчет по лабораторной работе №1 по курсу "тоэ"
129.53kb.
Отчет по лабораторной работе №1 по курсу " Электротехническое материаловедение"
248.81kb.
Отчёт по лабораторной работе №3 «Microsoft Office. Текстовый редактор word часть Основы» по курсу «Информатика» Студент группы с-11: Дашков М. М
80.83kb.
Отчет по лабораторной работе № по курсу Электротехническое материаловедение
106.63kb.
Отчет о лабораторной работе по курсу Компьютерные технологии в приборостроении Аффинные преобразования на плоскости Работу
18.09kb.