Основные виды электромагнитных реле.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

                                                  

1. Явление и закон электромагнитной индукции

.

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы индукционных генераторов электрического тока

Это явление вызывает возникновение ЭДС в замкнутом контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего данный контур

Опытным путем был установлен закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Эта формула носит название закона Фарадея.

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея. В нем, чем быстрее перемещать магнит через витки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

 

2. Трансформатор ( определение, виды, предназначение, основные части ). Коэффициент трансформации.

Траесформатором  называют статическое электромагнитное устройство имеющее две или болееидуктивно связанные обмотки предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной системы переменного тока в другую систему переменного тока. Трансформаторы бывают:

· Силовые- обеспечивают электроснабжение потребителя

· Специальные ( сварочные, автотрансформаторы, электродуговая печь)

Измерительные (трансформаторы тока, трансформаторы напряжения)

Силовой трансформатор состоит из магнитопровода ( сердечника), выполненного из ферромагнитного материала и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода.

Коэффициент трансформации

3. Принцип действия силового трансформатора

На первичную обмотку подается переменный ток с напряжение  в обмотке возникает ток и магнитное поле  которое пересекает обе обмотки и в них возникает Эдс  . во второй обмотке возникает ток  – вторичный ток. Трансформаторы обладают свойством обратимости трансформации напряжения.

 

4. Магнитные потоки и электродвижущие силы, возникающие в трансформаторе.

               

 

          

               

 

 

          Ф                

 

                       Ослабление магнитного поля

 

С ростом  растет  ,  стремится ослабить Ф ,  стремится вернуть Ф к исходной величине.

 

 - приведенный вторичный ток

 – ток холостого хода, не зависит от нагрузки, идет только на создание Ф

 магнитодвижущая сила не меняется

5. Регулирование напряжения трансформатора

Обмотки высокого напряжения понижающего трансформатора снабжают регулировочными ответвлениями с помощью которых можно менять коэффициент трансформации - ступенчатое регулирование : напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора или автотрансформатора, можно регулировать, изменяя число витков первичной или вторичной обмотки. Регулирование напряжения при этом получается не плавным, а ступенчатым. Число витков вторичной обмотки трансформатора можно изменять сравнительно просто, и такой способ широко применяют на э. п. с. переменного тока.

 

Переключать ответвления обмоток можно при отключении от сети трансформатора ( ПБВ- переключение без возбуждения) или без отключения трансформатора ( РПН- регулирование под нагрузкой ). Данный тип переключений применяется для оперативных переключений, связанных с постоянным изменением нагрузки (например, днём и ночью нагрузка на сеть будет разная). В зависимости от того, на какое напряжение и какой мощности трансформатор, РПН может менять значение коэффициента трансформации в пределах от ±10 до ±16 % (примерно по 1,5 % на ответвление). Регулирование осуществляется на стороне высокого напряжения, так как величина силы тока там меньше, и соответственно, устройство РПН выполнить проще и дешевле.

Регулирование может производиться как автоматически, так и вручную из ОПУ или с диспетчерского пульта управления.

 

6. Группы соединения обмоток трансформатора

Сдвиг фаз между ЭДС обмотки высокого напряжения и ЭДС обмотки низкого напряжения выражаются группой соединения. Этот сдвиг может изменяться от 0° до 360° при кратности сдвига 30°.

Для обозначения группы соединения принят ряд чисел : 0,1,2,3, … , 11

Основные группы- 0,5,6,11

Y/D- 5(11) группы

Y/Y (D/D)- 0(6) группы

Группу определяют напряумю – фазометром или можно рассчитать.

7. Маркировка трансформаторов. Обозначение выводов, схемы соединения обмоток

Буквы в их наименовании означают:

Т - трехфазный;

Р – то, что в трансформаторе обмотка низшего напряжение разделена на два;

С – значит трансформатор сухой;

М – трансформатор имеет масляное охлаждение с естественной циркуляцией воздуха и масла;

Ц – трансформатор с принудительной циркуляцией масла и воды. Масло также имеет ненаправленный поток. Это означает, что вода течет по трубам, а масло между ними.

МЦ – трансформатор с естественной циркуляцией воздуха и принудительной масла при ненаправленном потоке последнего.

Д – трансформатор масляный, где циркуляция масла принудительна, а воздуха наоборот естественна.

ДЦ – трансформатор, где и масло, и воздух в системе охлаждения циркулируют принудительно.

Н - трансформатор, где напряжение регулируется под нагрузкой.

С – если она стоит в конце обозначение – означает, что трансформатор предназначен для собственных нужд электростанции.

З – трансформатор герметичный, без расширителя, с азотной подушкой.

Трансформаторы трехобмоточные бывают: ТМТН, ТДТН, ТДЦТН – где вторая буквы Т означает, что он трехобмоточный.

Автотрансформаторы: АТДТНГ, АТДЦТНГ, АТДЦТН, АОДЦТН. Тут буква А означает, что это автотрансформатор; О – что он однофазный; Г – что он грозоупорный.

Номинальную мощность и класс напряжения указывают после буквенного обозначения через дефис. Она пишется в виде дроби, в числителе которой пишется номинальная мощность в киловольт-амперах, а в знаменателе – класс напряжения, обозначаемый в киловольтах.

Все основные характеристика трансформатора указываются на специальном щитке, который крепится сбоку трансформатора. На нем указываются такие параметры как: тип трансформатора, число фаз, рабочая частота в Гц, место установки (наружное или внутреннее), номинальная мощность (если трансформатор трехобмоточный, то указывается мощность для каждой обмотки со схемой обмотки), процентное измерений напряжения короткого замыкания, способ охлаждения, полная масса трансформатора.

Схема соединения обмоток - условное изображение соединений выводов трёхфазных обмоток между собой

 

а)	б )	в)	г)	д)

Рис. 1

Трёхфазные обмотки электрических машин и трансформаторов могут быть соединены между собой несколькими способами:

- в звезду без вывода точки соединения обмоток наружу (буквенное обозначение схемы – Y/y^[1], рисунок 1, а);

- в звезду с выводом точки соединения обмоток наружу (буквенное обозначение YN/yN^[2] или Y0/y0, рисунок 1, б);

- в треугольник (буквенное обозначение D/d, или Δ, рисунок 1, в);

- в зигзаг без вывода точки соединения обмоток наружу (буквенное обозначение схемы – Z/z, рисунок 1, г);

- в зигзаг с выводом точки соединения обмоток наружу (буквенное обозначение схемы – ZN/zN, рисунок1, д).

Вместо принятых ранее обозначений выводов обмоток заглавными буквами А, В, С (первичные обмотки) и строчными буквами а, b, с (вторичные обмотки) допускается использовать международные обозначения

8. Параллельная работа трансформаторов.

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется работа при параллельном соединении их обмоток, как на первичной так и на вторичной сторонах.

 

Условия параллельной работы трансформаторов:

1) Трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации.

2) Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения.

3) Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения короткого замыкания.

 

 

9. Внешняя характеристика трансформатора.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока нагрузки при постоянном напряжении на первичной обмотке.

Вид и параметры внешней характеристики зависят от характера нагрузки. При активно-емкостной нагрузке ( ) напряжение на выходе трансформатора может увеличиваться с увеличением тока. При других видах нагрузки (активной или активно-индуктивной ) напряжение на выходе всегда уменьшается с ростом тока.

10. Потери КПД трансформатора

 

В отличие от других типов электрических машин трансформаторы нормируются не по активной, а по полной мощности. Это связано с тем, что габариты трансформаторов в основном определяются номинальным напряжением и номинальным током. Ток определяет сечение проводов обмоток, а напряжение – размеры магнитопровода. Поэтому паспортной величиной трансформатора является номинальная полная мощность

Уравнение баланса активной мощности в трансформаторе можно записать в виде , где активные мощности соответственно – потребляемая из сети, отдаваемая в нагрузку, мощность потерь в первичной обмотке, мощность потерь во вторичной обмотке и мощность потерь в магнитопроводе.

Мощность потерь в магнитопроводе зависит от величины основного магнитного, а т.к. при постоянном напряжении сети поток также постоянен, то эти потери не зависят от нагрузки и обычно составляют 1-2% номинальной мощности.

Потери в обмотках определяются током нагрузки. В первом приближении , поэтому мощность потерь в обмотках можно определить как . Следовательно, при номинальной нагрузке трансформатора мощность потерь в обмотках равна мощности, потребляемой трансформатором в опыте короткого замыкания.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности отдаваемой в нагрузку к потребляемой активной мощности . КПД трансформатора зависит от нагрузки и достигает максимума при коэффициенте нагрузки около 0,5-0,7

11. Автотрансформатор

Это один из вариантов трансформатора с одной обмоткой, намотанной на сердечнике.  В нём, в отличие от обычного транса, первичная и вторичная цепь электрически связаны между собой. А значит он не обеспечивает гальванической развязки. Условное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:

Автотрансформаторы бывают с фиксированным выходным напряжением и регулируемые. Последние многим известны под названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Также могут быть как понижающими, так и повышающими. В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подключается к скользящему по катушке контакту.

Преимущества:

-меньший расход меди и стали

-меньшая стоимость

-высокий КПД

В силовой технике используют только с коэффициентом трансформации менее 2

Недостатки:

-большие токи КЗ

-электрическая связь сторон высокого напряжения со стороной низкого напряжения

 

12. Устройство статора бесколлекторной машины.

Статор бесколлекторной машины переменного тока ( рис. 1 ) состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Сердечник статора имеет шихтованную конструкцию, т. е. представляет собой пакет пла­стин, полученных методом штамповки из листовой электротехнической стали. Пластины предваритель­но покрывают с двух сторон тонкой изоляционной пленкой, например слоем лака. На внутренней по­верхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются проводники обмотки статора. Обмотка статора выполняется из медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения.

Требования к обмотке статора в основном сво­дятся к следующему: а) наименьший расход обмо­точной меди; б) удобство и минимальные затраты н изготовлении — технологичность; в) форма кривой ЭДС, наводимой в обмотке статора, должна был. практически синусоидальной.

 

13. Принцип действия асинхронного двигателя

 

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

 

14. Устройство асинхронных двигателей

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме ''звезда'' или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В АД с короткозамкнутым ротором обмотка ротора в виде « беличьего колеса» - ряд металлических стержней расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых кольцами.

АД с фазным ротором – на валу закреплен шихтованный сердечник с трехфазной обмоткой, соединенной звездой , выводы обмотки присоединяют контактным кольцам, изолированными друг от друга . Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо накладывают две щетки располагаемые щеткодержателях.

Вспомогательные части двигателя: подшипники, подшипниковые щиты и полущиты, вентилятор обдува, коробка выводов, лапы или фланец, рым-болт, корпус оребрен.

15. Номинальные параметры двигателей. Скольжение и синхронная частота вращения. Обозначение выводов обмоток, способы их соединения и расположение перемычек.

 

 Номинальные параметры двигателя это параметры, которые двигатель сможет выдерживать в течении всего срока эксплуатации. К номинальным (паспортным) данным двигателя относятся:

Мощность на валу или механическая Рн;

Напряжение обмотки статора Uн;

Ток статора Iн;

Частота напряжения сети fн;

Частота или скорость вращения ротора nн, об/мин;

Номинальный КПД ηн;

Коэффициент мощности cos φн;

 

Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.

Высчитывается она по формуле:

где n₁— это частота вращения магнитного поля, n₂ – частота вращения магнитного поля ротора.

скорость циклического изменения магнитного потока статора, называется синхронной скоростью двигателя.

 

где f — частота сети переменного тока, Гц

p — число пар полюсов обмотки статора (число пар катушек на фазу).

Из последней формулы видно, что скорость вращения двигателя n практически определяется значением его синхронной скорости, а последняя при стандартной частоте 50 Гц зависит от числа пар полюсов: при одной паре полюсов — 3000 об/мин, при двух парах — 1500 об/мин, при трёх парах — 1000 об/мин

 

Обозначение выводов

В настоящее время встречаются две основные схемы обозначения выводов обмоток электродвигателей:
- система в соответствии с ГОСТ183-74, применяется на электродвиагтелях разработанных до 1987г.
- система в соответствии с ГОСТ26772-85, которая соответствует международным стандартам.

В соответствии с первой системой выводы обмоток статора обозначаются буквой "С" и цифрой, которой пронумерованы начала и концы фаз: первая фаза - С1 и С4, вторая - С2 и С5, третья - С3 и С6. Нейтраль - О.
Допускается обозначать выводы обмоток статора изоляцией разного цвета: первая фаза - желтый (С1), желтый с черным (С4), вторая фаза - зеленый (С2), зеленый с черным (С5), третья фаза - красный (С3), красный с черным (С6). Нейтраль - черный.

 

В соответствии с международными стандартами в настоящее время выводы обозначают латинскими буквами: первая фаза обмотки статора - U, вторая - V, третья - W. Начало и конец фазы обозначают цифрами: 1 и 2. Нейтраль - N.
Цветовые обозначения такие же как описаны выше.

Обозначения должны наносится непосредственно на концы выводов или на колодку зажимов рядом с выводами.
В случае если соединения фаз сделаны внутри корпуса двигателя, то начала и концы фаз не обозначают, а наносят только буквенные обозначения без цифр.

 

16. Потери и КПД асинхронного двигателя

Преобразование энергии в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии. Эти потери делятся на механические, магнитные и электрические.

Из сети в обмотку статора поступает мощность Р₁. Часть этой мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в сердечнике статора р_с1, а также в обмотке статора на покрытие электрических потерь, обусловленных нагревом обмотки,
р_э1 = m₁I₁²r₁.
Оставшаяся часть мощности при помощи магнитного потока передается на ротор и поэтому называется электромагнитной мощностью
Р_эм = Р₁ - (р_c1 + р_э1).
Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора
р_э2 = m₂I₂²r₂ = m₁I’₂²r’₂.
Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность двигателя, называемую полной механической мощностью
Р’₂ = Р_эм - р_э2.

Таким образом, полная механическая мощность
Р’₂ = m₁I’₂²r’₂[(1-s)/s] = р_э2[(1-s)/s].
Выполнив несложные преобразования, получим
р_э2[(1-s)/s] = Р_эм - р_э2 и
р_э2= sР_эм,
т.е. мощность электрических потерь в роторе пропорциональна скольжению. Поэтому работа асинхронного двигателя более экономична при малых скольжениях.

Следует отметить, что в роторе двигателя возникают также и магнитные потери, но ввиду небольшой частоты тока ротора (f₂ = f₁s) эти потери настолько малы, что ими обычно пренебрегают.

Механическая мощность на валу двигателя Р₂ меньше полной механической мощности Р’₂ на величину механических р_мех и добавочных р_д потерь
Р₂ = Р’₂ - (р_мех + р_д).

Механические потери в асинхронном двигателе обусловлены трением в подшипниках и трением вращающихся частей о воздух. Добавочные потери вызваны наличием в двигателе полей рассеяния и пульсацией поля в зубцах ротора и статора.

Таким образом, полезная мощность асинхронного двигателя
Р₂ = Р₁ - ∑р,
где ∑р – сумма потерь в асинхронном двигателе,
∑р = р_с1 + р_э1 + р_э2+ р_мех + р_д.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
η = Р₂/ Р₁ = 1 - ∑р/ Р₁.

Благодаря отсутствию коллектора КПД асинхронных двигателей выше, чем у двигателей постоянного тока. В зависимости от величины мощности асинхронных двигателей их КПД при номинальной нагрузке может быть в пределах от 83 до 95% (верхний предел соответствует двигателям большой мощности).

 

17. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя.

Электромагнитный момент создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент Mпропорционален электромагнитной мощности и определяется по формуле:

Где - угловая синхронная скорость вращения

 

Зависимость момента от скольжения при неизменных напряжения сети, частоты тока и параметрах схемы замещения называют механической характеристикой асинхронного  двигателя

  , Н*м

Где r- сопротивление активное, x – реактивное сопротивление

 

18. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I₁ коэффициента полезного действия η и cosφ₁, от полезной мощности Р₂ = Р_mx при номинальных значениях напряжения U₁ и частоты f₁

 

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р₂ изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М₂ пропорционален мощности Р₂, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента М_тр, создаваемого силами трения.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I₀. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший КПД. Коэффициент мощности cosφ₁ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9.

Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтомунельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

 

19.  Пуск асинхронных двигателей. Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми свойствами. Пуск однофазных асинхронных двигателей. Пуск и работа трёхфазных асинхронных двигателей от однофазной сети. Преимущество двигателя с фазным ротором по сравнению с короткозамкнутым

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора максимальны. По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно

меньше, чем в первый момент.

Значение пускового момента находится при s=1

 

Пусковые свойства тем лучше, чем ниже и выше

При прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

 

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X₂ проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены. Также X₂ прямо пропорционально частоте тока ротора.

Следовательно, при пуске двигателя, когда s=1 и f₂ = f₁ = 50 Гц , индуктивное сопротивление X₂ = max и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R₂ намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент М_П.

По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.

К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.

 

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов. Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи I_A и I_B в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I_A и I_B в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор).

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки.

Самый простой способ запуска трехфазного двигателя в качестве однофазного, основывается на подключении его третьей обмотки через фазосдвигающее устройство. В качестве такого устройство может выступать активное сопротивление, индуктивность или конденсатор.

Прежде, чем подключать трехфазный двигатель в однофазную сеть, необходимо убедиться, что номинальное напряжение его обмоток соответствуют номинальному напряжению сети. Асинхронный трехфазный двигатель имеет три статорных обмотки. Соответственно в клемной коробке должно быть выведено 6 клемм для подключения питания.

Каждая обмотка имеет начало и конец. Начала обмоток маркируют как С1, С2, С3. Концы обмоток промаркированы соответственно С4, С5, С6. На крышке клемной коробки мы увидим схему включения двигателя в сеть при разных напряжениях питания. Согласно этой схемы мы и должны подключить обмотки. Т..е. если двигатель допускает использование напряжений 380/220, то для его подключения к однофазной сети 220В, необходимо переключить обмотки в схему «треугольник». Если же его схема подключения допускает 220/127 В, то к однофазной сети 220 В, его необходимо подключать по схеме «звезда».

 Наибольшее распространение получили схемы с конденсаторами. Для изменения направления вращения двигателя необходимо применять переключатель. В идеале для нормальной работы такого двигателя необходимо, чтобы емкость конденсатора изменялась в зависимости от числа оборотов. Но такое условие выполнить довольно трудно, поэтому обычно применяют схему двухступенчатого управления асинхронным электродвигателем. Для работы механизма, приводимого в движение таким двигателем, используют два конденсатора. Один подключается только при запуске, а после окончания пуска его отключают и оставляют только один конденсатор. При этом происходит заметное снижение его полезной мощности на валу до 50…60% от номинальной мощности при включении в трехфазную сеть. Такой пуск двигателя получил название конденсаторного пуска.

Для пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем от однофазной сети, можно применять преобразователь частоты с питанием от однофазной сети. Структурная схема такого преобразователя представлена на рисунке. Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с помощью преобразователя частоты является одним из самых перспективных. Поэтому именно он наиболее часто используется в новых разработках систем управления регулируемыми электроприводами. Принцип его лежит в том, что, меняя частоту и напряжение питания двигателя, можно в соответствии с формулой, изменять его частоту вращения.

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь.

 

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

большой начальный вращающий момент;

возможность кратковременных механических перегрузок;

приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;

меньший пусковой ток по сравнению с электродвигателями с короткозамкнутым ротором;

возможность применения автоматических пусковых устройств.

 

20. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Есть несколько способов регулирования частоты вращения электродвигателя:

- Регулирование частоты вращения путем изменения частоты в питающей сети считается одним из самых экономичных способов регулирования, который позволяет добиться отличных механических характеристик электропривода. Когда происходит изменение частоты питающей сети, частота вращения магнитного поля также меняется.

Возможно плавно регулировать частоту вращения в обе стороны от естественной характеристики.

- Регулирование частоты вращения путем изменения числа полюсов происходит за счет изменения частоты вращения магнитного поля статора. Частота питающей сети остается неизменной, в то время как происходит изменение частоты вращения магнитного поля и частоты вращения ротора. Они меняются обратно пропорционально числу полюсов. Например, число полюсов равно 2, 4, 6, 8, тогда обороты двигателя при изменении их количества будут составлять 3000, 1500, 1000, 750 оборотов в минуту.

Двигатели, которые обеспечивают переключение числа пар полюсов, имеют обычно короткозамкнутый ротор с обмоткой. Благодаря этому ротору обеспечивается возможность работы двигателя без дополнительных пересоединений в цепи.
- включение в цепь ротора с реостатом. Такой метод имеет существенное ограничение, так как может быть применен только для двигателей с фазным ротором. Он обеспечивает плавное изменение частоты вращения в очень широких пределах. Минусом же являются большие потери энергии в регулировочном реостате.

 

21. Принцип действия синхронного генератора.

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключает­ся к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмот­кой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощ­ности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка явля­ется обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из од­ной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распростра­нение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря.

В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе.

 Через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.

Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, маг­нитные оси которых сдвинуты в пространстве на электри­ческий угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируют­ся ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индук­тируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора n

Слово синхронный обозначает — одновременный. Это значит, что одновременно и в строгой математической зависимости с изменением оборотов изменяется час­тота тока Эта зависимость определяется формулой

где n — число оборотов генератора в ми­нуту, f— частота тока ге­нератора(гц), р — число пар полю­сов в роторе ге­нератора

 

22. Способы возбуждения и устройство синхронных машин

Синхронными машинами называют устройства частота вращения ротора, в которых она всегда равна или же кратна аналогичному показателю магнитного поля внутри воздушного зазора, которое создается за счет тока проходящего по якорной обмотке.

Возбуждение синхронных машин может производиться за счет электромагнитного воздействия или же постоянного магнита. В случае с электромагнитным возбуждением применяется специальный генератор постоянного тока, который и питает обмотку, в связи со своей основной функцией данное устройство получило название возбудитель. Стоит отметить, что система возбуждения также делится на два вида по способу воздействия – прямой и косвенный. Прямой метод возбуждения подразумевает, что вал синхронной машины напрямую соединен механическим способом с ротором возбудителя. Косвенный же метод предполагает, что для того чтобы заставить ротор вращаться используется другой двигатель, например асинхронная электромашина.

 

Наибольшее распространение сегодня получил именно прямой метод возбуждения. Однако в тех случаях, когда предполагается работа системы возбуждения с мощными синхронными электромашинами применяют генераторы независимого возбуждения, на обмотку которых ток подается с другого источника постоянного тока, называемого подвозбудителем. Несмотря на всю громоздкость, данная система позволяет добиться большей стабильности в работе, а также более тонкой настройки характеристик.

У синхронной электрической машины существует две основных составляющих части: индуктор (ротор) и якорь (статор). Самой оптимальной и потому распространенной на сегодняшний день является схема, когда якорь располагают на статоре, в то время как индуктор располагается на роторе. Обязательным условием для функционирования механизма является наличие между этими двумя частями воздушной прослойки. Якорь в данном случае представляет собой неподвижную часть устройства (статор). Он может состоять как из одной, так и из нескольких обмоток, в зависимости от необходимой мощности магнитного поля, которое он должен создавать. Сердечник статора, как правило, набирается из отдельных тонких листов электротехнической стали.

Индуктор в синхронных электрических машинах представляет собой электромагнит, при этом концы его обмотки выводятся непосредственно на контактные кольца на валу. Во время работы индуктор возбуждается постоянным током, благодаря которому ротор и создает электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем якоря. Таким образом, благодаря постоянному току, возбуждающему индуктор, достигается постоянная частота вращения магнитного поля внутри синхронной машины.

23. Реакция якоря синхронной машины

Под реакцией якоря в синхронных машинах понимают воздействие магнитного поля статора (якоря) на магнитное поле ротора. Реакция якоря оказывает сильное влияние на все электромагнитные процессы в машине. Явление реакции по определению связано с магнитным полем статора, поэтому характер и степень влияния реакции определяется током статора, т.е. нагрузкой машины

 

24. Включение генераторов на параллельную работу

условия, необходимые для параллельного включения генераторов. Для включаемого и работающего генераторов требуется:

1. равенство действующих значений напряжений U1 = U2

2. равенство угловых частот ω1 = ω2 или f1 = f2

3. совпадение напряжений по фазе ψ1 = ψ2 или Θ= ψ1 -ψ2 =0.

Точное выполнение этих требований создает идеальные условия, которые характеризуются тем, что в момент включения генератора уравнительный ток статора будет равен нулю. Однако следует отметить, что выполнение условий точной синхронизации требует тщательной подгонки сравниваемых величин напряжения частоты и фазных углов напряжения генераторов.

В связи с этим на практике невозможно полностью выполнить идеальные условия синхронизации; они выполняются приближенно, с некоторыми небольшими отклонениями. При невыполнении одного из указанных выше условий, когда U2, на выводах разомкнутого выключателя связи В будет действовать разность напряжений:

 

25. Угловые характеристики синхронного генератора. Колебания синхронных генераторов.

При увеличении нагрузки на синхронный генератор, т. е. с увеличением тока происходит увеличение утла рассогласования между вектором МДС ротора и вектором МДС статора. С ростом этого утла изменяются как активная мощность на выходе генератора, так и его электромагнитный момент. Зависимость этих величин от угла выражается угловыми характеристиками синхронной машины. Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети , , ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью.

Предположим, что синхронный генератор, подключенный на параллельную работу к сети, работает ненагруженным. Чтобы нагрузить генератор, увеличивают вращающий момент первичного двигателя М} до значения М{, соответствующего повороту оси полюсов ротора на угол ©, и электромагнитному моменту Мэм - М{ (рис. 16.1). Однако под действием инерции вращающихся масс синхронной машины и первичного двигателя ротор повернется на угол ©2 > ®„ при которой электромагнитный момент генератора достигнет величины М'эм > М[. В результате нарушившегося равновесия моментов ротор под действием тормозного электромагнитного момента генератора начнет поворачиваться в направлении уменьшения утла ©, но силы инерции помешают ротору остановиться в положении, соответствующем углу ®ь и переведут его в положение, соответствующее значению угла ®3, при котором электромагнитный момент генератора М"эм окажется меньше вращающего момента М[. Поэтому ротор не остановится в положении ®3, а будет поворачиваться в направлении увеличения угла ©.

Таким образом, ротор синхронного генератора будет совершать колебательные движения (качания) около среднего положения ©1( соответствующего равновесию вращающего и электромагнитного моментов. Если бы колебания ротора не сопровождались потерями энергии, то они продолжались бы неопределенно долго, т. е. были бы незатухающими. Однако в реальных условиях колебания ротора вызывают потери энергии, из которых наибольшее значение имеют магнитные потери, обусловленные возникновением вихревых токов в сердечнике ротора. Объясняется это тем, что при отсутствии колебаний частота вращения ротора постоянна и равна частоте вращения поля статора. Однако при возникновении колебаний ротора частота вращения последнего становится неравномерной, т. е. происходит его движение относительно магнитного поля статора, что и ведет к возникновению в сердечнике ротора вихревых токов. Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора оказывает на ротор «успокаивающее» действие, уменьшающее его колебания. Следовательно, колебания ротора имеют затухающий характер, а поэтому, спустя некоторое время, ротор займет положение, соответствующее углу ®,, при котором устанавливается равновесие моментов. Причинами, вызывающими колебания ротора, могут быть либо изменения вращающего момента первичного двигателя Mj, либо изменения нагрузки генератора, т. е. электромагнитного момента Мш. Колебания ротора, вызванные указанными причинами, называют собственными.

Возможны также и вынужденные колебания, вызванные неравномерным вращением ротора, например в генераторах с приводом от поршневых двигателей (дизели, газовые двигатели). Наиболее опасен случай совпадения частоты собственных колебаний с частотой вынужденных (резонанс колебаний). При этом колебания резко усиливаются, так что параллельная работа генераторов становится невозможной.

Однако значительного уменьшения колебаний достигают применением в синхронной машине успокоительной (демпферной) обмотки. В явнополюс-ных машинах успокоительную обмотку выполняют в виде стержней, заложенных в пазы полюсных наконечников и соединенных на торцовых сторонах пластинами (рис. 16.2).

В неявнополюсных машинах колебания устраняются лишь действием вихревых токов, наводимых в сердечнике ротора.

 

26. U-образные характеристики синхронного генератора. Предел устойчивости работы синхронного генератора. Перевозбуждение. Недовозбуждение. Влияние степени возбуждения синхронного генератора на реактивную составляющую тока статора. U-образные и рабочие характеристики синхронного двигателя.

 

U – образные характеристики синхронного генератора показы­вают, что любой нагрузке генератора соответствует такое зна­чение тока возбуждения , при котором ток статора , стано­вится минимальным и равным только активной составляющей: . В этом случае генератор работает при коэф­фициенте мощности

 

 

Зависимость тока статора от тока в обмотке возбуждения при неизменной активной нагрузке генератора выражается графически U – образной кривой

На рис. представлены U – образные характеристики при , построенные для разных значений активной нагрузки: ; и . U – образные характеристики синхронного генератора показы­вают, что любой нагрузке генератора соответствует такое зна­чение тока возбуждения , при котором ток статора , стано­вится минимальным и равным только активной составляющей: . В этом случае генератор работает при коэф­фициенте мощности . Значения тока возбуждения, соот­ветствующие при различной нагрузке генератора, пока­заны на рис. 98 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий , несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличение тока возбуждения, компенсирующее активное па­дение напряжения.

 

Предел устойчивости работы синхронного генератора.

Электрическая система, питаемая синхронным генератором имеет большое количество непрерывно стохастически изменяющихся нагрузок. Причем для систем с синхронными генераторами больших мощностей изменение нагрузок обычно является незначительным. Поэтому в любой электрической системе не существует строгого неизменного режима и установившийся режим, как известно, вовсе не означает неизменности всех его параметров. Говоря об установившемся режиме, в сущности всегда имеют в виду режим малых возмущений, или квазиустановившийся режим.

Для повышения предела статической устойчивости по отношению к синхронным генераторам можно применять следующие основные мероприятия:

1. Уменьшение индуктивных сопротивлений генератора путем увеличения воздушного зазора между статором и ротором. Однако для сохранения мощности генератора при этом нужно увеличить намагничивающую силу (н.с.) машины путем увеличения возбуждения^ что связано с увеличением расхода материала, веса, габарита • машины, а, следовательно, и ее стоимости.

2. Увеличение механической постоянной инерции путем увеличения махового момента ротора и маховика. Это мероприятие, естественно, связано с теми же отрицательными последствиями, как и при уменьшении сопротивления генератора.

3. Применение автоматического регулирования возбуждения ^ (АРБ) как эффективного способа повышения устойчивости.

Первозбуждение или функция V/Hz.
Основная причина в неисправности системы возбуждения, первым "страдает" блочный трансформатор.
Возникают вихревые токи, перегрев, сильнейшая пятая гармоника, очень серьёзная третья гарминика, возможна ложная работа ДЗТ.
Первозбуждения приводит к насыщению электрической машины.
Пример, подача возбуждения на генератор, когда машина ещё не вышла на подсинхроную скорость.

Недовозбуждение - ток возбуждения недостаточен для создания необходимого магнитного поля в СД при данных параметрах сети и нагрузки. В результате СД потребляет реактивный ток из сети и имеет индуктивный cos ф.
2. Перевозбуждение - ток возбуждения избыточен для создания необходимого магнитного магнитного поля в СД. В результате СД отдает реактивный ток в сеть и имеет емкостной cos ф.

27. Принцип действия синхронного двигателя. Преимущества по сравнению с асинхронным двигателем

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

· Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.

· С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

· Работу при высоком значении коэффициента мощности, cos ф=1

· При работе с перевозбуждением создают в сети емкостный ток , способствуя повышению коэффициента мощности энергосистемы в целом

· Электромагнитный момент пропорционален напряжению в сети

· Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.

· Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.

· Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.

· Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

· Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.

· Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).

· Сложность пуска.

· Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

· Для улучшения коэффициента мощности.

· В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

28. Пуск синхронных двигателей

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен , так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. Для пуска синхронного двигателя его ротор необходимо предварительно привести во вращение , до частоты близкой к синхронной

Асинхронный способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечников ротора пусковой обмотки( беличье колесо).

Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть . Возникшая при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях ротора пусковой клетки ЭДС , которое создает токи. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывают проявление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил , под действием которых ротор приводится во вращение . После разгона ротора до частоты близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор в синхронизм. После этого пусковая обмотка выполняет функцию успокоительной.

 

29. Потери и КПД синхронных машин

Преобразование энергии в синхронной машине связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.

Основные потери в синхронной машине слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора (Вт)

Р_э1 = m₁ I₁² r₁

где r₁ -- активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре, Ом.

Потери на возбуждение (Вт):

а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства

Р_в = I_в² r_в + ДU_щ I_в

где r_в -- активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре, Ом; ДU_щ = 2 В -- падение напряжения в щеточном контакте щеток;

б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбудителя), сочлененного с валом синхронной машины,

Р_в = (I_в² r_в + ДU_щ I_в)/ з_в.

где з_в. = 0,80 ч 0,85 -- КПД возбудителя.

Магнитные потери синхронной машины происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса Р_г и потерь от вихревых токов Р_в.т:

Р_м = Р_г + Р_в.т.

Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины),

v₂ = р (D₁ - 2д)n₁/ 60

окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с; l₁ -- конструктивная длина сердечника статора, мм.

Добавочные потери в синхронных машинах разделяются на два вида: пульсационные потери в полюсных наконечниках ротора и потери при нагрузке.

Добавочные пульсационные потери Р_п в полюсных наконечниках ротора обусловлены пульсацией магнитной индукции в зазоре из-за зубчатости внутренней поверхности статора. Значение этих потерь (Вт)

Р_п = k_п р b_п l₁ (10^-4 Z₁ n₁)^1,5 [B_д (k_д1 - 1 )t₁]² 10^-6,

где k_п - коэффициент, учитывающий толщину листов полюсов ротора (при толщине листов 1 мм k_п = 4,6; при толщине листов 2 мм k_п = 8,6; при массивных полюсных наконечниках k_п = 23,3); b_р -- ширина полюсного наконечника, мм; Z₁ -- число пазов на статоре;

B_д - магнитная индукция в зазоре, Тл; k_д1- коэффициент воздушного зазора статора; t₁ - зубцовое деление статора, мм.

Добавочные потери при нагрузке P_доб в синхронных машинах определяют в процентах от подводимой мощности двигателей или от полезной мощности генераторов. Для синхронных машин мощностью до 1000 кВт добавочные потери при нагрузке принимают равными 0,5%, а для машин мощностью более 1000 кВт -- 0,25--0,4%. Суммарные потери в синхронной машине (кВт)

Р = (Р_э1 + Р_в + Р_м1 + Р_мех + Р_п + Р_доб) 10^-3

Коэффициент полезного действия: для синхронного генератора

з_г = 1 - Р / (Р_ном + ?Р )

Р_ном = m₁ U_1ном I_1ном cos ц₁10^-3

 активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке, кВт;

для синхронного двигателя

з_д = 1 - ?Р / Р_1ном

Здесь U_1ном и I_1ном -- фазные значения напряжения и тока статора.

КПД синхронной машины зависит от величины нагрузки (в = Р₂/ Р_ном) и от ее характера (соs ф₁). КПД синхронных машин мощностью до 100 кВт составляет 80--90%, у более мощных машин КПД достигает 92--99%. Более высокие значения КПД относятся к турбо- и гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.

 

30. Синхронный компенсатор

Синхронная машина, предназначенная для генерирования реактивной мощности и повышения коэффициента мощности сети. По сути это синхронный двигатель работающий в холостую.

Синхронным компенсатор работае как двигатель, но без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения.

В перевозбужденном режиме ток опережает напряжение сети, т. е. является по отношению к этому напряжению емкостным, а в недовозбужденных — отстающим, индуктивным. В таком режиме синхронная машина превращается в компенсатор — в генератор реактивного тока.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения.

Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Для того чтобы улучшить коэффициент мощности и соответственно уменьшить угол сдвига между током и напряжением от значения  до  нужна реактивная мощность:

где Р — средняя активная мощность, квар;  - сдвиг фаз, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности;  - сдвиг фаз, который должен быть получен после компенсации; α - коэффициент, равный около 0,9, вводимый в расчеты с целью учета возможного повышения коэффициента мощности, без установки компенсирующих устройств.

Помимо компенсации реактивных токов индуктивных промышленных нагрузок, синхронные компенсаторы необходимы на ЛЭП. В длинных ЛЭП при малых нагрузках преобладает емкость линии, и они работают с опережающим током. Для того чтобы компенсировать этот ток, синхронный компенсатор должен работать с отстающим током, т. е. недовозбужденным.

При значительной нагрузке ЛЭП, когда преобладает индуктивность потребителей электроэнергии, ЛЭП работает с отстающим током. В этом случае синхронный компенсатор должен работать с опережающим током, т. е. перевозбужденным.

Изменение нагрузки на ЛЭП вызывает изменение потоков реактивных мощностей по величине и фазе, приводит к значительным колебаниям напряжения в линии. В связи с этим возникает необходимость его регулирования.

Нормальным являемся перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с тем, что синхронные компенсаторы не предназначены для выполнения механической работы и не несут активной нагрузки на валу, они имеют механически облегченную конструкцию. Компенсаторы выполняются как сравнительно тихоходные машины (1000 — 600 об/мин) с горизонтальным валом и явнополюсным ротором.

В качестве синхронного компенсатора может быть использован генератор, работающий вхолостую при соответствующем возбуждении. В перевозбужденном генераторе появляется уравнительный ток, являющийся чисто индуктивным относительно напряжения генератора и чисто емкостным относительно сети.

Следует иметь в виду, что перевозбужденная синхронная машина независимо от того, работает ли она генератором или двигателем, может рассматриваться относительно сети как емкость, а недовозбужденная — как индуктивность.

Для того чтобы перевести генератор, включенный в сеть, в режим синхронного компенсатора, достаточно закрыть доступ пара (или воды) в турбину. В таком режиме перевозбужденный турбогенератор начинает потреблять небольшую активную мощность из сети только для покрытия потерь вращения (механических и электрических) и отдает реактивную мощность в сеть.

 

31. Достоинства и недостатки двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными

Электродвигатели, используемые в детских игрушках, имеют небольшие габариты и малую мощность. Конструктивно коллекторный двигатель представляет собой два постоянных магнита, установленных на статоре, и ротор (якорь) с обмотками. Отметим, что на статоре могут быть и обмотки возбуждения, вместо постоянных магнитов.Более мощные устройства с обмоткой возбуждения применяются в автомобилестроении, бытовой технике, в токарном станке или сверлильном и т.д.

Широкое применение обусловлено:

§ Невысокой ценой.

§ Простотой управления. Для регулировки скорости достаточно иметь реостат, а для осуществления реверса — изменить полярность в цепи возбуждения или якоря.

§ Можно подключать непосредственно к питающей сети.

§ Скорости вращения ротора можно менять в широком диапазоне.

§ Небольшие пусковые токи.

Но при простоте устройства коллекторные двигатели имеют недостатки:

§ Невысокий КПД.

§ Ограниченный срок службы.

§ Необходимость в постоянном обслуживании.

§ Невысокая надежность устройства.

При этом такие двигатели применяются не во всех отраслях промышленности. Их нельзя использовать во взрывоопасных помещениях. При эксплуатации на высоких скоростях быстро выходит из строя коллектор и щетки. В результате происходит снижение мощности, а токоподводящие щетки начинают искрить. Такое конструктивное отличие приводит к быстрому выходу из строя ламелей коллектора, создаются помехи в радиоаппаратуре.

Щетки приходится менять, а коллектор протачивать, что сокращает срок службы двигателя. Это является основным недостатком таких устройств.

Название бесколлекторный электродвигатель говорит об отсутствии токосъемного устройства. Что является основной конструктивной разницей. Это позволяет снизить потери на трение и повысить мощность. При этом постоянные магниты смонтированы на роторе, а обмотки размещены на статоре. Для пуска двигателя требуется специальное устройство (контроллер или коммутатор), что увеличивает стоимость бесколлекторных электродвигателей.

Достоинствами таких электрических машин являются:

§ Отсутствие трущихся частей позволяет сократить потери мощности на трение. Не требуется постоянно следить за состоянием щеток, так как они отсутствуют. Это отличие позволяет увеличить межремонтный период.

§ Возможность использования корпуса в качестве рабочего органа. Эта конструктивная разница позволяет применять механизмы непосредственно в качестве колес.

§ Бесколлекторные электродвигатели, в отличие от коллекторных более долговечны. При этом они менее подвержены перегреву, т.к. отсутствует коллектор и щетки, которые в процессе работы сильно нагреваются.

§ Мгновенно набирают обороты.

§ Могут применяться во всех отраслях промышленности, в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Из-за отсутствия коллектора не возникает искрения, чем они и лучше.

Но у данного типа двигателя имеется существенный недостаток: бесколлекторные модели можно использовать только с драйвером-коммутатором. С помощью этого устройства задаются режимы работы, скорость и направление вращения. При этом стоимость бесколлекторных двигателей значительно выше. Разница в стоимости может быть значительной. Это то, чем отличаются они от устройств с коллектором.

32. Принцип действия и устройство коллекторных машин. Назначение коллектора

Коллекторная машина постоянного тока является, по существу, машиной переменного тока, так как в ее перемещающейся относительно поля возбуждения обмотке - обмотке якоря протекает переменный ток. Однако машина имеет специальное устройство - коллектор, позволяющий преобразовывать переменный ток в постоянный.

Рассмотрим работу коллекторной машины постоянного тока на примере простейшего генератора постоянного тока. Она состоит из полюсов магнита (N-S), создающих постоянный магнитный поток. Между ними с линейной скоростью вращается рамка 1—2—3—4 с длиной стороны (рис. 6.24)
	Рис. 6.24

При вращении рамки, например, против направления движения часовой стрелки в каждой ее стороне индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки (рис. 6.24), а величина - формулой (6.1). Поскольку длина рамки и скорость - величины постоянные, величина ЭДС зависит только от распределения индукции под полюсами, которое близко к синусоидальному. Поэтому изменение ЭДС между точками 1—4 рамки (рис. 6.24) также близко к синусоидальному (рис. 6.25).

Таким образом, если к концам рамки 1 и 4 подключить с помощью скользящих контактов внешнюю нагрузку, в ней потечет переменный ток, имеющий форму ЭДС (рис. 6.25).

Рис. 6.25	Рис. 6.26

Чтобы заставить ток протекать по внешней цепи в каком-нибудь одном направлении, т. е. выпрямить его, используется специальное устройство - коллектор. Концы витка 1—2—3—4 присоединяются к двум изолированным медным сегментам (рис. 6.24). На пластины наложены неподвижные в пространстве щетки А и Б, к которым присоединяется внешняя цепь.

Нужно поставить щетки так, чтобы при вращении якоря каждая из них соприкасалась только с той коллекторной пластиной и тем из проводников рамки, которые находятся под полюсом данной полярности. Так, щетка А всегда соприкасается только с проводником, находящимся под северным полюсом (рис. 6.24). Следовательно, по внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении - от щетки А к щетке Б, т.е. происходит выпрямление наводимой в витке ЭДС и тока в пульсирующие ЭДС на щетках и ток во внешней цепи (рис. 6.26).

Пульсации тока на рис. 6.26 носят резко выраженный характер. Однако эти пульсации сглаживаются, если вместо рамки использовать обмотку, состоящую из большого числа проводников, определенным образом выполненную и соединенную с коллектором. Система подвижных проводников в машине постоянного тока вместе с несущей их механической конструкцией называется якорем.

В режиме двигателя к щеткам подводится постоянный ток, который коллектором преобразуется в переменный ток обмотки якоря. Этот ток, взаимодействуя с полем возбуждения, создает электромагнитный момент, приводящий якорь в движение и совершающий максимальную работу.

Скорость перемещения проводников обмотки якоря относительно неподвижного поля возбуждения основных полюсов определяется частотой вращения якоря (об/мин). Поэтому ЭДС обмотки якоря , где - конструктивный коэффициент, зависящий от геометрии и параметров машины и ее обмотки якоря; - магнитный поток.

Исходя из рассматриваемого принципа действия, машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части - статора, предназначенной в основном для создания магнитного потока, и вращающейся части - якоря, в которой происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую (электрический генератор) или обратно - электрической энергии в механическую (электродвигатель).

Неподвижная и вращающаяся части отделяются друг от друга зазором.

Неподвижная часть машины постоянного тока состоит из основных полюсов, предназначенных для создания основного магнитного потока; добавочных полюсов, устанавливаемых между основным и служащих для достижения безыскровой работы щеток на коллекторе.

Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в пространстве между полюсами, и состоит из зубчатого сердечника якоря, уложенной на нем обмотки, коллектора и щеточного аппарата.

 

33. Способы возбуждения машин постоянного тока

По способу возбуждения машины постоянного тока классифицируют следующим образом:
а) машины независимого возбуждения, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника электрического тока;
б) машины параллельного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена параллельно с цепью якоря;
в) машины последовательного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена последовательно с цепью якоря;
г) машины смешанного возбуждения, у которых имеются две обмотки возбуждения, одна из которых соединена последовательно с цепью якоря (другая — может быть либо независимой, либо, чаще, параллельной). Если МДС обмоток возбуждения имеют одно направление, то такое их включение называется согласным. Если же МДС обмоток направлены в разные стороны, то включение называется встречным.
Схемы всех четырех типов машин показаны соответственно на рис. 1.
Все эти электрические машины имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения (ОВ). Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготавливают с большим числом витков, из провода малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения — с малым числом витков из провода большого сечения.
Существуют также машины небольшой мощности, магнитное поле у которых создается либо только постоянными магнитами, либо еще и обмотками возбуждения, питаемыми электрическим током. Свойства первых близки к свойствам машин независимого, а вторых — смешанного или независимого возбуждения (в зависимости от способа подключения обмотки возбуждения).

Рис. 1. Схемы электрических машин постоянного тока независимого (а), параллельного (6), последовательного (в) и смешанного (г)
возбуждений

 

34. Коммутация в машинах постоянного тока

коммутацией называется процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменения направления тока в них на обратное.

Во время коммутации секции замыкаются накоротко щетками, через которые ток из якоря передается во внешнюю цепь или из внешней цепи в якорь. Явления в щеточном контакте, т. е. между щетками и коллекторными пластинами, оказывают большое влияние на коммутацию и на исправную работу машины.

Передача тока от щетки к коллектору и обратно может осуществляться через: 1) непосредственный механический контакт между щеткой и коллектором, 2) мельчайшие частицы медной и графитной пыли и 3) ионизированные воздушные щели между щеткой и коллектором. Соответственно говорят о зонах: 1) непосредственного контакта, 2) пылевидного контакта и 3) ионной проводимости.

 

35. Потери и КПД машин постоянного тока

При работе генератора (или двигателя) постоянного тока полезная (выходная) мощность, отдаваемая машиной, всегда меньше подводимой от первичного двигателя (или сети) за счет наличия нескольких видов потерь мощности.

Электрические потери возникают в обмотке якоря, в обмотке возбуждения, обмотке добавочных полюсов и в щеточном контакте.

Потери в стали складываются из потерь на перемагничивание (гистерезис) и вихревые токи в стальном сердечнике якоря при его вращении в постоянном магнитном поле.

Механические потери обусловлены потерями на трение в подшипниках, щеток о коллектор, потерями на вентиляцию и составляют от (1…4)%.

Добавочные потери обусловлены потерями в стали полюсных наконечников от пульсации магнитного потока при вращении зубчатого якоря, и составляют 1% от отдаваемой мощности для генераторов и 1% от потребляемой мощности для двигателей.

КПД машины определяется отношением полезной мощности Р₂ к потребляемой мощности Р₁ и составляется: для генераторов

где UI – мощность, отдаваемая потребителю; ∑∆Р – суммарные потери.

Для двигателей

где UI – мощность, потребляемая двигателем от сети.

КПД машины постоянного тока зависит от нагрузки и при номинальной мощности составляет от 75 до 95%.

 

36. Неавтоматические выключатели: рубильники, переключатели, кнопки, кнопочные посты (назначение, устройство, принцип действия). Плавкие предохранители. Автоматические воздушные выключатели

 

Рубильники — это простейшие аппараты ручного управления, которые используются в цепях переменного тока при напряжении до 660 В и постоянного тока при напряжении до 440 В.

Кроме рубильников, к коммутационным аппаратам ручного управления относят рубильники, переключатели, пакетные выключатели, универсальные переключатели, контроллеры. Эти аппараты служат для включения и отключения, а переключатели — для переключения электрических цепей постоянного и переменного тока при номинальной нагрузке.

 

По количеству полюсов рубильники подразделяются на одно-, двух и трехполюсные

 

 

Однополюсный рубильник с дугогасительной камерой

 

По роду тока управления бывают с центральной и боковой рукояткой, по способу присоединения — с передней и задней стороны аппарата.

 

Рубильники с центральной рукояткой служат в качестве разъединителя, т. е. отключают предварительно обесточенные электрические цепи, а с боковой рукояткой и рычажными приводами — отключают цепи под нагрузкой

 

Буквенные обозначения рубильников

 

Рассмотрим буквенные обозначения рубильников. Первая буква: Р — рубильник; П — переключатель.

 

Вторая буква: П — переднее присоединение проводов; Б — с боковой рукояткой; Ц — с центральным рычажным механизмом.

 

Цифры обозначают: первые (1, 2 и 3) — число полюсов, вторая — номинальный ток (1 — 100 А, 2 — 250 А, 4 — 400 А и 6 — 600 А).

 

Особенности конструкции рубильников и переключателей

 

Рубильники и переключатели с боковой рукояткой и с рычажным приводом выпускают как с дугогасительными камерами, так и без них. Рубильники с центральной рукояткой выпускают без дугогасительных камер с искрогасительными контактами.

 

Чтобы на расстоянии управлять разными электрическими приборами и механизмами используют кнопки управления.

Кнопочные посты изготавливаются в корпусах разной формы и разным числом кнопок, в зависимости от выполняемых ими функций. Особенностью применения кнопок является то, что они не применяются в схемах с высоким напряжением. Однако кнопочными постами можно управлять оборудованием с высоким напряжением, подключая их в цепи управления на переменном токе до 600 В, и на постоянном токе до 400 В.

Через кнопки управления проходит не рабочий силовой ток, а ток управления. Также работают и кнопочные посты. Силовую цепь замыкает пускатель, который работает от кнопочного поста.

Виды кнопок

По форме:

· В виде гриба.

· Утапливаемые.

· В виде цилиндра.

По цвету:

· «Стоп» — чаще используются желтый и красный.

· «Пуск» — синий, зеленый, белый, черный.

 

Плавкий предохранитель – это коммутационный электрический аппарат, который используется для отключения защищенной цепи. Его назначение – это защита электрической сети и электрооборудования от короткого замыкания и значительной перегрузки. Основными параметрами изделий являются номинальный и предельно отключаемый ток, а также номинальное напряжение.

Плавкий предохранитель работает в двух режимах, которые значительно отличаются друг от друга.

1. Нормальный режим сети. В этом режиме нагрев устройства происходит, как установившейся процесс. При этом он полностью нагревается до определенной температуры и отдает выделяемую теплоту в окружающую среду. На каждом элементе указывается так называемая номинальная сила тока (как правило, указывается наибольшее значение тока элемента конструкции). В предохранитель можно вставить плавкий элемент разной номинальной силы тока.

2. Режим коротких замыканий и перегрузок. Прибор сконструирован так, что при возрастании силы тока в сети, он мог сгореть за кратчайшее время. Для этого плавкий элемент на отдельных участках делают с меньшим сечением, где выделяется больше теплоты, чем на широких участках. При коротком замыкании перегорают практически все или полностью все зауженные участки. Когда плавится элемент, вокруг него создается электрическая дуга, гашение которой происходит в патроне механизма.

Сила тока должна указываться на корпусе прибора, а также должно учитываться максимально разрешенное напряжение, при котором прибор не выйдет из строя.

Для защиты электрооборудования и высоковольтных линий электропередач используют такой тип коммутационных аппаратов, как автоматический воздушный выключатель. Как видно из названия, его особенность работы связана с использованием воздушного зазора между силовыми контактами.

При отключении нагрузки, мощных потребителей, между расходящимися для отключения контактами возникает дуга, по силе не уступающая номинальному току. Во время данного явления образуется плазма, рост температуры, в результате чего может образоваться неконтролируемая самоподдерживающаяся дуга, способная расплавить контакты коммутатора и даже перекинутся на соседнюю фазу, вызвав фазное короткое замыкание, что может закончится выводом из строя дорогостоящего оборудования. Чтобы избежать подобного явления, было разработано устройство — камера дугогашения.

В момент разрывания контактов возникает дуга. Достигая решетки камеры дугогашения, она начинает вытягиваться, а под действием тепла воздух, находящийся в камере, вытекает через решетки, увлекая дальше за собою продукты образованные плазмой, прекращая ее проявления физически.

Воздушные автоматы применяются для промышленных нужд, в сфере энергетики, частном секторе. На сегодняшний день разработаны разнообразные по величине и габаритам защитные устройства. От квартирных автоматических выключателей и до силового защитно-коммутационного оборудования выкатного типа, со встроенным контроллером параметров. Основное назначение воздушных автоматических выключателей — это защита электрооборудования и линий электропередач от токов короткого замыкания, а также от завышенной мощности потребления путем контроля величины количества тока, проходящего через контакты автомата.

37. Электромагнитные реле (реле тока и напряжения). Индукционные реле (реле тока). Тепловые реле. Реле времени. Промежуточные реле. Указательные реле

Основные виды электромагнитных реле.

По конструктивным особенностям исполнительных элементов электромагнитные реле делятся на:

· Контактные реле, которые оказывают воздействие на силовую цепь группой электрических контактов. Их разомкнутое или замкнутое состояние способно обеспечить коммутацию (разрыв или соединение) выходной силовой цепи.

· Бесконтактные реле оказывают действие на силовую цепь методом резкого изменения ее параметров (емкости, индуктивности, сопротивления), либо силы тока и напряжения.

По области применения реле:

· Сигнализации.

· Защиты.

· Цепей управления.

По мощности сигнала управления:

· Высокой мощности более 10 ватт.

· Средней мощности 1-9 ватт.

· Малой мощности менее 1 ватта.

По быстродействию управления:

· Безинерционные менее 0,001 с.

· Быстродействующие 0,001-0,05 с.

· Замедленные 0,05-1 с.

· Регулируемые.

По виду напряжения управления:

· Переменного тока.

· Постоянного тока (поляризованные и нейтральные).

Структура реле напряжения и тока очень похожа. Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков. Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.

Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено.

Индукционные реле основаны на взаимодействии между индуцированным в каком-то проводнике током и переменным магнитным потоком. Поэтому они применяются только на переменном токе как реле защиты энергосистем. Как правило, это вторичные реле косвенного действия.

Существующие типы индукционных реле можно разделить на три группы: 1) реле с рамкой; 2) реле с диском; 3) реле со стаканом.

В индукционных реле с рамкой один из потоков (F₂) инду­цирует ток в короткозамкнутой обмотке, помещенной в виде рамки в поле второго потока (Ф₁), сдвинутого по фазе. Реле имеют высокую чувствитель­ность и наибольшее быстродействие по сравнению с другими индукционными реле. Недостатком их является малый вращающий момент.

Индукционные реле с диском широко распространены. Схема простейшего реле такого типа (с короткозамкнутым витком К и диском). Реле имеют сравнительно простую конструкцию и достаточно большой вращающий момент.

Индукционные реле со стаканом имеют подвижную часть в виде стакана, вращающегося в магнитном поле двух потоков четырехполюс­ной магнитной системы. Потоки Ф₁, и Ф₂ расположены в пространстве под углом 90°, а по времени сдвинуты на угол g.

Внутри стакана 5 проходит стальной цилиндр 1 для уменьшения магнитного сопротивления. Реле со ста­каном сложнее реле с диском, но позволяет получить время срабатывания до 0,02 с. Это существенное достоинство обеспечило им широкое применение.

Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле 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. Именно это явление используется в тепловых реле.

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

Нагрев биметаллического элемента теплового реле 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 теплового реле.

В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.К таким реле времени предъявляются специальные требования:

· Необходимая и достаточная мощность контактов.

· Малые габаритные размеры, вес и небольшой расход электроэнергии.

· Стабильные рабочие параметры задержки времени, не зависящие от внешних воздействий.

Промежуточные реле, как правило, выполняются на электромагнитном принципе и предназначены для увеличения числа контактов основного реле, когда при его срабатывании требуется замкнуть и разомкнуть несколько цепей. Кроме того, промежуточные реле имеют значительно более мощные контакты по сравнению с контактами основного реле. Поэтому, если необходимо замыкание или размыкание цепей такой мощности, на которую контакты основного реле не рассчитаны, то они сначала замыкают цепь катушки промежуточного реле, которое своими контактами замыкает соответствующие цепи основного реле.

Реле промежуточного типа используется для:

· замыкания и размыкания отдельных друг от друга электрических цепей;

· замедления защиты при высоких нагрузках в системе;

· контроля системы при высоком напряжении

 

Указательный тип реле применяется для сигнализации аварийных состояний в сетях переменного и постоянного тока. Также сигнализация используется в цепях измерения изоляции, номинального тока, дифференциального тока и прочих параметров. Механизм устройства представлен защелкой с пружинной, которая принудительно взводится и фиксируется до тех пор, пока не сработает электромагнит. Он, в свою очередь, освободит защелку с пружиной, замыкая или размыкая контакты и визуально сигнализируя персоналу о факте срабатывания.

 

38. Электромагнитные контакторы: назначение, устройство, принцип действия

Контактор – двухпозиционное электромагнитное устройство, которое, по сути, является одним из типов электромагнитных реле.

Назначение контактора – частое дистанционное включение и выключение электрических цепей повышенной мощности при нормальных условиях работы. Наибольшее распространение получили контакторы с одним и двумя полюсами, которые прижились в цепях постоянного тока, а трехполюсные контакторы получили распространение в цепях переменного тока.

В виду частоты производимых коммутаций (количество периодов включения-выключения может варьироваться от 30 до 3600 раз за час у различных типов устройств) к контакторам предъявляются повышенные технические требования относительно их электрической и механической износостойкости.

Составные части контактора:

· Дугогасительная система;

· Главные контакты;

· Вспомогательные контакты;

· Электромагнитная система.

Главные контакты контактора занимаются замыканием и размыканием силовой электрической цепи. Они разрабатываются с расчетом на возможность длительного проведения номинального электрического тока и на большую частоту периодических включений и отключений за короткий промежуток времени. Нормальное положение контактов – механические защелки находятся в свободном положении, а втягивающая катушка обесточена. Главные контакты контактора выпускаются двух типов – рычажного и мостикового. У рычажных контактов подвижная система поворотная, а у мостиковых – прямоходовая.

В дугогасительных камерах контактора с продольными щелями контакторов постоянного тока гасится электрическая дуга при помощи воздействия поперечного магнитного поля. Магнитное поле, как правило, образуется за счет последовательного включения с контактами дугогасительной катушки.

Дугогасительная система контактора снижает активность электрической дуги, появляющейся во время размыкания главных контактов, до полного её затухания. Каким образом будет гаситься дуга и конструкция дугогасительной системы определяется с учетом рода электрического тока главной цепи и режима работы самого контактора.

Электромагнитная система контактора служит для решения задачи дистанционного управления контактором, то есть на включение и выключение его с расстояния. Тип конструкции электромагнитной системы контактора определяется родом электрического тока, цепью управления контактора и типом кинематической схемы. Составные части электромагнитной системы – сердечник, катушка, якорь и детали крепления.

Электромагнитная система контактора может выполнять следующие функции – включение якоря или же включение якоря и удерживание его в замкнутом положении. В первом же случае удержание контактора в замкнутом положении осуществляется при помощи защелки.

Отключить контактор можно простым обесточиванием катушки при воздействии отключающей пружины или за счет собственного веса самой подвижной системы контактора.

Контакторы переменного тока снабжены дугогасительными камерами с деионными решетками. Дуга после возникновения начинает двигаться в сторону решетки, проходя через которую разбивается на множество маленьких дуг и угасает, когда ток переходит через ноль.

Контакторы не способны, в отличие от автоматических выключателей, отключать ток при коротком замыкании, они могут работать только с номинальными токами.

Управлять контактором помогает вспомогательная цепь переменного тока, который проходит по катушкам контактора. В целях безопасности обслуживания контактора оперативный ток должен быть значительно меньше величины рабочего тока в проводящих цепях. Контактор не оборудован механическими средствами, помогающими удерживать контакты в замкнутом положении. Если на катушке нет управляющего напряжения, то контакты контактора размыкаются. Чтобы удержать контакты в замкнутом положении включается схема «самоподхвата» с применением пары нормально открытых контактов или запуском константно существующего во времени заряда.

В соответствии с классификацией общепромышленные контакторы различаются по следующим характеристикам:

1. Род электрического тока в цепи управления и в главной цепи контактора;

2. Число главных полюсов контактора;

3. Номинальное значение тока главной цепи контактора;

4. Номинальное значение напряжения главной цепи контактора;

5. Номинальное значение напряжения включающей катушки контактора;

6. Наличие или отсутствие вспомогательных контактов контактора;

7. Способ монтажа контактора;

8. Род присоединения проводников цепи управления, а также главной цепи контактора;

9. Наличие внешних проводников контактора;

10. Вид присоединения контактора.

Контакторы зачастую применяются для работы с электрическими цепями промышленного тока с напряжением не превышающим 660 В, и силе тока не больше 1600 ампер

 

39. Разъединители. Отделители, короткозамыкатели: назначение, принцип действия

В соответствии с нормативными документами разъединитель может являться либо низковольтным, либо высоковольтным электрическим аппаратом. Соответственно термины, в зависимости от уровня напряжения, могут отличаться.

Низковольтные аппараты

Разъединитель - контактный коммутационный аппарат, в разомкнутом положении соответствующий требованиям к функции разъединения.

Разъединение (функция): Действие, направленное на отключение питания всей установки или ее отдельной части путем отсоединения этой установки или ее части от любого источника электрической энергии по соображениям безопасности.

Разъединитель - коммутационный аппарат, который в отключенном положении удовлетворяет определенным требованиям для изолирующей функции.

 

Высоковольтные аппараты

Разъединитель - контактный коммутационный аппарат, который обеспечивает в отключенном положении изоляционный промежуток, удовлетворяющий нормированным требованиям.

 

Разъединитель способен размыкать и замыкать цепь при малом токе или малом изменении напряжения на выводах каждого из его полюсов. Он также способен проводить токи при нормальных условиях в цепи и проводить в течение нормированного времени токи при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание.

Малые токи - это такие токи, как емкостные токи вводов, шин, соединений, очень коротких кабелей, токи постоянно соединенных ступенчатых сопротивлений выключателей и токи трансформаторов напряжения и делителей. Для номинальных напряжений до 330 кВ включительно ток, не превышающий 0,5 А, считается малым током по этому определению; для номинального напряжения от 500 кВ и выше и токов, превышающих 0,5 А, необходимо проконсультироваться с изготовителем, если нет особых указаний в руководствах по эксплуатации разъединителей.

К малым изменениям напряжения относятся изменения напряжения, возникающие при шунтировании регуляторов индуктивного напряжения или выключателей.

 

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения.

При отсутствии в электрической цепи выключателя в электроустановках 6-10 кВ допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньших номинальных токов аппаратов, о чем сказано ниже.

 

Отделитель — высоковольтный аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённых участков цепи в бестоковую паузу АПВ, поскольку его конструкция не рассчитана на гашение электрической дуги. Устройство отделителя такое же как и разъединителя. Отличие от последнего в том, что отделитель в комбинации с короткозамыкателем создаёт систему отделитель-короткозамыкатель которая представляет альтернативу высоковольтному выключателю.

Обычно отделитель представляет контактную систему рубящего типа без дугогашения и снабжённого пружинно — моторным приводом. В нормальном режиме электродвигателем осуществляется натяжение пружины и постановку механизма на защёлку. При подаче сигнала защелка освобождается специальным расцепителем электромагнитного действия и под действием натянутой пружины отделитель размыкает цепь.

Короткозамыкатель - электрический аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания на землю в сетях электроснабжения, в случае внутреннего повреждения силового трансформатора в цепи которого по стороне высшего напряжения от установлен в паре с отделителем. При таком КЗ, действием линейных защит на питающих подстанциях ВЛ обесточивается, поврежденный трансформатор отсоединяется от сети отключением отделителя, а линия включается в работу действием АПВ.

В сетях 110-220 кВ короткозамыкатели имеют один полюс, в сетях 35 кВ - два. Подвижный нож включается действием взведенных включающих пружин короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель аналогичен заземлителю, но за счёт мощной контактной системы может включаться на короткое замыкание.

Короткозамыкатели представляют собой аппараты вертикально-рубящего типа, состоящие из основания, изоляционной колонки, неподвижного контакта с выводом для присоединения к линии электропередачи и заземляющего ножа, на конце которого укреплена съемная контактная пластинка. В основании короткозамыкатели размещен вал, установленный в подшипниках, две включающие пружины с регулировкой натяжения, соединенные с основанием и рычагами вала короткозамыкатели, а также гидравлический буфер.

Нормальное положение короткозамыкателя отключенное. При этом нож отведен от неподвижного контакта на разрядное расстояние, а его включающие пружины растянуты. Это положение ножа фиксируется приводом. При подаче сигнала на привод короткозамыкателя привод освобождает нож короткозамыкателя, который под действием пружины входит в неподвижный контакт, создавая короткое замыкание на землю.

 

Короткозамыкатели совместно с отделителями применяются в упрощённых схемах подстанций вместо более дорогих силовых выключателей. Подобная замена позволяет экономить значительные денежные средства, так как стоимость силовых выключателей довольно высока. Чем больше присоединений на подстанции и выше напряжение высокой стороны, тем более заметной становится выгода от использования упрощённых схем. В основном упрощённые схемы получили распространение на напряжении 35, 110 кВ. Устанавливаются короткозамыкатели: в сетях с заземлённой нейтралью — на одну фазу, в сетях с изолированной нейтралью - на две. Включение короткозамыкателя происходит автоматически, отключение производят вручную.

 

40. Выключатели высокого напряжения: назначение, устройство

Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение рабочего тока, и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления.

Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока короткого замыкания, но их включающая способность соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях. В распределительных сетях 6-10 кВ, выключателями нагрузки часто называют выключатели с отключающей способностью меньше 20 кА.

Выключатель нагрузки - высоковольтный коммутационный аппарат, занимающий по уровню допускаемых коммутационных токов промежуточное положение между разъединителем (коммутации под нагрузкой запрещены, как исключение допускается включение на холостой ход трансформаторов и линий) и выключателем (масляным,вакуумным, воздушным, электромагнитным, элегазовым) который способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов при к.з. Отключение сверхтоков в таких выключателях осуществляется специальными предохранителями.

Выключатели нагрузки устанавливаются в распредустройствах и подстанциях 6-10 кВ и допускают коммутацию до нескольких МВА, в зависимости от конструкции и номинального тока.

Выключатели нагрузки применяют в присоединениях силовых трансформаторов на стороне высшего напряжения (6-10 кВ) вместо силовых выключателей, если это возможно по условиям работы электроустановки. Поскольку они не рассчитаны на отключение тока короткого замыкания, функции автоматического отключения трансформаторов в случае их повреждения возлагают на плавкие предохранители либо на выключатели, принадлежащие предшествующим звеньям системы, например на линейные выключатели, расположенные ближе к источнику энергии.

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

 

41. Разрядники, токоограничивающие реакторы: назначение

Разрядники предназначены для защиты изоляции электроустановок от опасных повышений напряжения, которые подразделяются на атмосферные и коммутационные.

Атмосферные перенапряжения возникают при грозовых разрядах в электроустановку или вблизи нее. Защита от них является обязательной. Коммутационные перенапряжения появляются при различных нормальных или аварийных коммутациях и повреждениях. Ограничение перенапряжений позволяет значительно снизить размеры и стоимость оборудования. Разрядник подключается между фазным выводом и землей. Одним из основных требований предъявляемых к разрядникам является расположение его вольт-амперной характеристики ниже вольт-амперной характеристики защищаемого оборудования

Разрядники по исполнению делятся на трубчатые и вентильные, а по назначению – на подстанционные, станционные, для защиты вращающих машин и др.

 

 

 

                       

 

 

                                                                                           

 

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 61; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!