Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию. 1 страница

Э.Г. ЧЕБОТКОВ

Ю.В. ЗУБКОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ

АППАРАТЫ

(Ч. I . Основы теории)

Конспект лекций

Самара

Самарский государственный технический университет

2010

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ   ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра «Электромеханика и автомобильное электрооборудование»

 

Э.Г. ЧЕБОТКОВ

Ю.В. ЗУБКОВ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ

АППАРАТЫ

(Ч. I. Основы теории)

 

 

Конспект лекций

 

 

                                                                               

 

 

Самара

Самарский государственный технический университет

2010

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

 

УДК 621. 313

Ч 34

 

 

Чеботков Э.Г.

Ч 34 Электрические и электронные аппараты (ч. I . Основы теории): конспект лекций / Э.Г. Чеботков, Ю.В. Зубков. –Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. – 191 с.: ил.

 

 

Содержит основы теории и общие сведения об электрических и электронных аппаратах, описание принципа их действия, принципиальные схемы, характеристики и основные соотношения. Предназначен для практических занятий и самостоятельной работы.

 

УДК 621. 313

Ч 34

 

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.Я. Галицков,

                     канд. техн. наук, доц. В.И. Семавин

 

 

 © Э.Г. Чеботков, Ю.В. Зубков, 2010

 © Самарский государственный
технический университет, 2010

ВВЕДЕНИЕ

Электрическими аппаратами (ЭА) называются электро­технические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты техни­ческих систем и их компонентов.

Электрические аппараты служат для коммутации, сигнали­зации и защиты электрических сетей и электроприемников, а также управления электротехническими и технологическими установками и находят исключительно широкое применение в различных областях народного хозяйства: в электроэнерге­тике, в промышленности и транспорте, в аэрокосмических си­стемах и оборонных отраслях, в телекоммуникациях, в ком­мунальном хозяйстве, в бытовой технике и т.д. При этом в каждой из областей диапазон используемой номенклатуры аппаратов очень широк. Можно определенно сказать, что не существует области, связанной с использованием элект­рической энергии, где бы не применялись электрические ап­параты.

Широкое и разнообразное применение электрических аппаратов в энергетике, автоматизации производственных процессов и во всех отраслях промышленности определяет необходимость освоения инженерно-техническим составом, работающим в этой области, теории аппаратов, вопросов их разработки и применения.

Учебные планы технических университетов содержат курс «Электрические и электронные аппараты» для студентов различных электротехнических специальностей. Учебный план для студентов специальностей 140.601, 140.604, 140.607 предусматривает, кроме теоретического курса, практические занятия и достаточно большой объем самостоятельной работы.

 Изучение курса электрических аппаратов базируется на преемственности знаний, полученных при изучении таких предшествующих дисциплин, как курсы высшей математики, физики, теоретической механики, сопротивления материалов, теоретических основ электротехники, основ электроники и др.

Знания, полученные студентами при изучении электрических аппаратов, необходимы для освоения материала по курсам: электромеханика и электрические машины, основы автоматизированного электропривода, электрические аппараты, электрические микромашины и др.

Данный курс лекций предназначен для освоения отдельного раздела электрических и электронных аппаратов – изучения основ теории – и практического применения полученных знаний для эксплуатации, расчетов и конструирования.

Конспект лекций разработан для высших учеб­ных заведений на базе программы кур­са «Электрические и электронные аппараты» по специальности 140.601 «Электромеханика» и 140.604 «Электропривод и промышленная электроника», утвержденной 27.03.2000 г. в соответствии с ГОС. ОПД.Ф.08.

 

 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Лекция №1

Введение. Предмет и задачи. Литература и ГОСТы,
определения и классификация.
Состояние и перспективы развития.
Области применения, классификация электромагнитов,
расчет магнитных полей

Введение. Предмет и задачи. Литература и ГОСТы, определения и классификация. Состояние и перспективы развития. 

 

Электрический аппарат – это электротехническое уст­ройство, которое используется для включения и отключе­ния электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребле­ния электроэнергии.

Под электрическими аппаратами понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, про­мышленности и энергетике.

В настоящем курсе лекций рассматриваются основы теории, конструкция и эксплуатационные характеристики аппара­тов, которые применяются в электрических системах, схе­мах электроснабжения промышленных предприятий и при автоматизации производственных процессов и электропри­вода.

Для изучения курса электрических аппаратов можно реко мендовать следующую литературу:

 

Основная литература

 

1. Алиев И.И., Абрамов М.Б. Электрические аппараты. Справочник. – М.: Радио софт, 2004.

2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005.

3. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005.

4. Розанов Ю.К. и др. Электрические и электронные аппараты. – М.: Информэлектро, 2001.

5. Буткевич Г.В. и др. Задачник по электрическим аппаратам. – М.: Высш. школа, 1977.

6. Буль Б.К. и др. Основы теории электрических аппаратов. Под ред. Г.В. Буткевича: учеб. пособие для электротехн. специальностей вузов. – М.: Высшая шко­ла, 1970. – 600 с.

 

Дополнительная литература

 

7. Гольдберг О.Д. и др. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах, вопросы их проектирования. – М.: Высшая школа, 2001.

8. Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов. – М.: Энергия, 1971.

 

Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию.

Классификация электрических аппаратов может быть проведена по ряду признаков: назначению (основной вы­полняемой функции), области применения, принципу дей­ствия, роду тока, исполнению защиты от воздействий окру­жающей среды, конструктивным особенностям и др. Ос­новной является классификация по назначению, которая предусматривает разделение электрических аппаратов на следующие большие группы.

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств, слу­жащие для включения и отключения электрических цепей. К этой груп­пе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагруз­ки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включение и отключение. Могут быть и случаи, когда такие аппараты довольно часто включаются и отключаются (например, выключатели высокого напряжения в цепях питания электрических печей).

2. Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядни­ки). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварий­ными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

3. Пускорегулирующие аппараты, предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пус­катели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

4. Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на схему автоматики. В датчиках непрерыв­ное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выход­ной величины может быть как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контро­лироваться как электрические, так и неэлектрические величины.

5. Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи пер­вичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измеритель­ных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стан­дартное значение, удобное для измерений. К ним относятся трансфор­маторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения.

6. Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие ап­параты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.

Разделение аппаратов по областям применения более условно:

− аппараты для электрических систем и электроснабжения, объединенные в группу аппаратов распределительных устройств низкого и высокого напряжения;

− аппараты, применяющиеся в схемах автоматического управления электроприводами и для автоматизации производственных процессов.

По номинальному напряжению электрические аппараты разделя­ются на две группы: аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным на­пряжением более 1000 В).

Защитные оболочки электрических аппаратов. Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями и исключения попадания в аппараты инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки. Согласно ГОСТ 14254-80 защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям аппарата, вторая характеризует защиту от попадания внутрь аппарата инородных предметов и жидкостей. Ниже приводятся защитные свойства некоторых исполнений по ГОСТ 14254-80.

I Р00. Открытое исполнение. Защита персонала от соприкосновения с токоведущими или подвижными частями отсутствует. Инородные тела могут попадать внутрь аппарата.

IP 20. Защищенное исполнение. Оболочка таких аппаратов предо­храняет от случайного прикосновения к токоведущим или подвижным частям или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов. Оболочка должна препятствовать соприкосновению с деталями аппа­рата металлического щупа (диаметр 12, длина 80 мм), шарик диамет­ром 12 мм не должен проникать внутрь аппарата.

IP 22. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защища­ет от вредного воздействия капель жидкости, падающих на стенку оболочки, наклоненную к вертикали под углом в пределах 15°.

IP 23. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защи­щает от дождя, падающего под углом 60° к вертикали.

IP 40. Оболочка защищает аппарат от попадания внутрь него мел­ких предметов диаметром более 1 мм.

IP 42. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защи­щает от воздействия капель жидкости (так же как IP22).

IP 44. В дополнение к свойствам исполнения 1Р40 оболочка защи­щает от воздействия брызг жидкости, падающих под любым углом.

IP 50. Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь небольшого количества пыли, не нару­шающего нормальной работы аппарата).

IP 60. Пылезащищенное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли.

IP 65. Пылеводозащищенное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IР60 оболочка защищает от воздействия струи воды, направленной под любым углом к ее поверхности.

IP 66. Пылеводонепроницаемое исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную защиту от попадания воды внутрь аппарата при воздействии струи под любым углом к поверхности (морское исполнение).

IP 67. Герметичное исполнение. В дополнение к свойствам исполнений IP60 оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата.

Воздействия механических и климатических факторов на электри­ческие аппараты в условиях эксплуатации регламентируются действую­щими стандартами (ГОСТ 15150-69 и 15543-70). Под климатически­ми факторами внешней среды понимаются температура и влажность окружающего аппарат воздуха, давление воздуха (высота над уровнем моря), солнечное излучение, дождь, ветер, пыль (в том числе и снеж­ная), солевой туман, иней, гидростатическое давление воды, действие плесневых грибков, содержание в воздухе коррозионно-активных аген­тов. Нормальные значения климатических факторов внешней среды, при­нятые для использования в технике, соответствуют данной географиче­ской зоне с учетом места размещения аппарата. В технической докумен­тации на электрический аппарат всегда оговариваются значения клима­тических факторов, в пределах которых обеспечивается нормальная эксплуатация изделий. Эти значения принято называть номинальными. Различают также рабочие и предельные значения факторов. Значения климатических факторов, при которых обеспечивается сохранение но­минальных параметров и гарантированный срок службы аппаратов, на­зываются рабочими. Значения климатических факторов: а) при которых сохраняется работоспособность аппарата при допустимых отклонениях точности и номинальных параметров; б) после прекращения действия которых точность и номинальные параметры аппарата восстанавлива­ются, принято называть предельными рабочими.

С точки зрения воздействия климатических факторов поверхность земного шара делится на ряд макроклиматических районов. Каждый макроклиматический район характеризуется однородностью географиче­ских факторов и количественных показателей климатических факторов на своей территории.

В табл. 1.1 приведены климатические исполнения электрических аппаратов, предназначенных для эксплуатации на суше, озерах и ре­ках морского климата. В зависимости от места размещения в условиях эксплуатации электрические аппараты делятся на категории, указанные в табл. 1.2. Следует отметить, что на работу аппаратов оказывает влияние также атмосферное давление. От плотности атмосферного воздуха зависят прочность внешней электри­ческой изоляции и охлаждение электрических аппаратов. Большинство электрических аппаратов изготовляют для работы на нормальной вы­соте 1000 м над уровнем моря, при которой аппараты работают с номи­нальными параметрами. Однако аппараты могут работать на высотах, превышающих нормальную. При этом в соответствующих стандартах или технических условиях указывается уменьшение номинальной нагрузки на каждые 100 или 1000 м высоты, превышающей нормальную. Аналогично учитывает­ся уменьшение электрической прочности воздушных промежутков. Элек­трические аппараты для самолетов и других летательных аппаратов работают при пониженном давлении на высоте значительно выше 1000 м, которое регламентировано в пределах 7,0-1,3·10^-4 кПа.

Климатическое исполнение и ка­тегория размещения указываются в конце сокращенного обозначения электрических аппаратов. Так, например, обозначение ВЭ-10-1250-20-УЗ означает «выключатель электромагнитный на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 1250 А, номинальный ток отключения 20 кА, для умеренного климата (У), и для эксплуатации в закрытых помеще­ниях (категория размещения 3)». Предприятия, разрабатывающие и из­готавливающие электрические аппараты, руководствуются стандартами, предусматривающими нормы механических испытаний (на удары, виб­рацию, механические нагрузки на выводы аппарата), акустических ис­пытаний, климатических испытаний (теплостойкость, холодостойкость, грибоустойчивость, водонепроницаемость, брызгозащищенность, солнеч­ная радиация и др.).

Требования к электрическим аппаратам весьма разно­образны и зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности и т.д. Однако можно сформули­ровать требования, которые являются общими для всех электрических аппаратов.

1. При номинальном режиме работы температура токоведущих элементов аппарата не должна превышать зна­чений, рекомендуемых соответствующим ГОСТ или другим нормативным документом.

При коротком замыкании (КЗ) токоведущие элементы аппарата подвергаются значительным термическим и ди­намическим нагрузкам, вызываемым большим током. Эти нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения КЗ.

2. Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.

3. Контакты аппаратов, предназначенных для отклю­чений токов КЗ, должны быть рассчитаны на этот режим.

4. Изоляция электрических аппаратов должна выдер­живать перенапряжения, которые имеют место в эксплуа­тации, и обладать определенным запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени и вслед­ствие осаждения пыли, грязи и влаги.

5. К каждому аппарату предъявляется ряд специфиче­ских требований, обусловленных его назначением. Так, на­пример, выключатель высокого напряжения должен отключать ток КЗ за малое время (0,04-0,06 с). Трансфор­матор тока должен давать токовую и угловую погрешно­сти, не превышающие определенного значения.

6. В связи с широкой автоматизацией производствен­ных процессов, применением сложных схем автоматики увеличивается число аппаратов, участвующих в работе. Возможность отказа в работе электрических аппаратов требует их резервирования и создания специальной систе­мы поиска неисправностей. В связи с этим электрические аппараты должны обладать высокой надежностью. Выход из строя аппаратов высокого напряжения приводит к боль­шим разрушениям и материальным потерям.

7. Масса, габаритные размеры, стоимость и время, не­обходимые для установки и обслуживания электрических аппаратов, должны быть минимальными. Отвечающие со­временным требованиям электрические аппараты за срок службы 25 лет не должны нуждаться в ремонте и сложной ревизии. Конструкция электрических аппаратов должна обеспечивать возможность автоматизации в процессе их изготовления и эксплуатации.

Таблица 1.1

 

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 58; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!