Статьи
Мухутдінова Г.С., Рогінський Л.Е. Електромагнітний контактор змінного струму
Мухутдінова Г.С., Рогінський Л.Е. Електромагнітний контактор змінного струму
Даються основні відомості про проектування електромагнітних контакторах змінного струму, описані пристрої і принцип дії контактора, режим роботи, методи і порядок теплових розрахунків. Посібник є важливим елементом підготовки студентів до освоєння дисципліни "Електричні та електронні апарати", написання курсових проектів. Призначено для студентів, що навчаються за напрямом 140600 - Електротехніка, електромеханіка та електротехнології, спеціальностями 140601 - Електромеханіка, 140205 - Електроенергетичні системи та мережі.
Скачати книгу зміст
Передмова
У цьому навчальному посібнику розглянуто основи теорії електромагнітних контакторів, описані пристрої і принцип дії, наведені основні конструкції і характеристики електромагнітних і тиристорних контакторів.
Починаючи з 1992 р навчальна дисципліна "Електричні та електронні апарати" стала базовою для студентів, які навчаються за напрямом 551300 "Електротехніка, електромеханіка та електротехнології". При написанні навчального посібника автори розширили питання проектування електромагнітних контакторів, необхідні при виконанні курсової роботи з даної дисципліни.
У навчальному посібнику крім відомих відомостей про контакторах відображені деякі результати, отримані і опубліковані авторами.
ВСТУП
Електричні апарати (ЕА) представляють собою засоби управління потоками енергії та інформації. При цьому мова може йти про потоках енергії різного виду: електричної, механічної, теплової та ін. Наприклад, потоком механічної енергії від двигуна до технологічної машині може управляти електромагнітна муфта. Потоками теплової енергії можна управляти за допомогою електромагнітних клапанів і заслінок. Однак найбільшого поширення набули ЕА для управління потоками електричної енергії для зміни режимів роботи, регулю вання параметрів, контролю і захисту електротехнічних систем і їх складових частин. Як правило, функції таких ЕА здійснюються за допомогою комутації (включення і відключення) електричних ланцюгів з різною частотою, починаючи від відносно рідкісних, нерегулярних значень до періодичних високочастотних, наприклад, в імпульсних регуляторах напруги.
Одним з основних ознак класифікації ЕА є напруга. За цією ознакою розрізняють апарати низького (до 1000 В) напруги (АНН) і апарати високого (понад 1000 В) напруги (АВН). Більшість апаратів низької напруги умовно можна розділити на наступні основні види:
- апарати управління і захисту - автоматичні вимикачі, контактори, реле, пускачі електродвигунів, перемикачі, рубильники, запобіжники, кнопки управління та інші апарати, управляючі режимом роботи обладнання і його захистом;
- апарати автоматичного регулювання - стабілізатори і регулятори напруги, струму, потужності і ін ших параметрів електричної енергії;
- апарати автоматики - реле, датчики, підсилювачі, перетворювачі та інші апарати, які здійснюють функції контролю, посилення і перетворення електричних сигналів.
Слід зазначити, що АНН іноді класифікують за величиною комутованого струму:
- слабкострумові (до 10 А) і сільноточние (понад 10 А). При цьому нижні межі комутованих сучасними ЕА струмів досягають 10 А, а напружень - 10 - 5В.
Апарати високої напруги працюють в мережах з напругою до 1150 кВ змінного струму і 750 кВ постійного струму і також істотно різняться за своїми функціями. До АВН зазвичай відносять такі основні види апаратів:
- вимикачі високої напруги, що забезпечують включення і відключення електричних ланцюгів в різних режимах роботи, включаючи аварійні, наприклад, коротке замикання (КЗ);
- токоограничивающие реактори для обмеження струмів КЗ і шунтуючі реактори для обмеження перенапруг і компенсації реактивної потужності;
- обмежувачі перенапруг на основі розрядників і елементів з нелінійної вольт-амперної характеристикою (наприклад, оксидо-цинкові обмежувачі перенапруг - гостра ниркова недостатність);
- роз'єднувачі і отделители для відключення ланцюга без струму під час ремонту електроустаткування;
- вимірювальні трансформатори для високовольтних ланцюгів.
Електричні апарати як низького, так і високого напруги зазвичай є конструктивно закінченими технічними пристроями, що реалізовують певні функції і розрахованими на різні умови експлуатації.
В основі більшості електромеханічних ЕА лежить контактна система з різними типами приводів - ручним, електромагнітним, механічним та ін. Процеси, які відбуваються в ЕА, визначаються різними і різноманітними фізичними явищами, які вивчаються в електродинаміки, механіці, термодинаміці і інших фундаментальних науках.
Однією з найбільш складних завдань, що вирішуються при розробці електромеханічного ЕА, є забезпечення працездатності електричних контактів, в тому числі і при гасінні електричної дуги, що виникає при виключенні ЕА. Великий внесок у розвиток теорії процесів на контактах і методів ефективного гасіння електричної дуги внесли вітчизняні вчені: В.В. Петров, М.О. Доливо-Добровольський, А.Я. Буйлов, Г.Т. Третьяк, Г. В. Буткевич, О.Б. Брон, Н.Є. Лисов, Г.А. Кукеков, А.М. Залісся, Г.Н. Александров, І.С. Таев, О.Я. Новиков, В.В. Афанасьєв та ін. Удосконалення багатьох видів ЕА нерозривно пов'язане з розвитком теорії електромагнітного поля і методів розрахунку магнітних ланцюгів. Великий вплив на розвиток наукових основ цього напрямку зробили роботи вітчизняних вчених: Р. Л .. Аронова, Б.К. Буля, В.С. Кулеба-кіна, А.Ф. Сотскова, І.І. Пеккер, А.Г. Нікітенко, А.Г. СЛІВІНА-ської, АВ. Гордона, Н.Є. Лисова, М.А. Любчика, Ф.А. Ступель і ін.
Наявність рухомих механічних частин, явища іскро- і ду-гообразованія при комутації, обмежена швидкодія та інші негативні фактори, властиві електромеханічним ЕА, ініціювали роботи зі створення статичних ЕА, які в науково-технічній літературі раніше називалися безконтактними, а останнім часом - силовими електронними апаратами.
Першими статичними пристроями, на основі яких почали створювати статичні ЕА, були дроселі насичення, керовані шляхом подмагничивания постійним струмом (магнітні підсилювачі). Нелінійність їх вольт-амперних характеристик і керованість відносно малопотужним сигналом дозволили створити на їх основі підсилювачі, регулятори і статичні реле.
Ефективність таких пристроїв особливо зросла при включенні в схеми таких пристроїв напівпровідникових діодів. Найбільш значні успіхи на цьому напрямку були досягнуті в 50- 60-е роки. При цьому значний внесок в розвиток ЕА на основі магнітних підсилювачів внесли вітчизняні вчені: Е.Л. Львів, Р.А. Ліпман, Л.В. Шопен та ін.
Освоєння промисловістю виробництва потужних біполярних транзисторів і створення тиристорів зумовило, починаючи з 60-х років, новий етап розвитку напівпровідникових приладів, на основі яких були створені різні типи швидкодіючих реле, регуляторів, пускачів для асинхронних двигунів і ін. Одночасно почало формуватися новий напрям в області електричних апаратів, в рамках якого розроблялися гібридні електричні апарати, що володіють достоїнствами як електромеханічних, так і напівпровідникових аппара тов. Однак низька техніко-економічна ефективність більшості видів статичних і гібридних апаратів на цьому етапі розвитку електронної техніки обмежувала область і масштаби їх впровадження у виробництво.
У 80-х роках почався новий етап у розвитку силової електроніки, який був обумовлений створенням потужних швидкодіючих і повністю керованих силових напівпровідникових приладів: потужних польових транзисторів і транзисторів з ізольованим затвором, що замикаються тиристорів та ін. Одночасно розвиток електронних технологій дозволило організувати масове виробництво силових інтегральних модулів компактних конструкцій. В результаті розширених функціональних можливостей такі модулі отримали назву "інтелектуальних" або "розумних". Елементна база сучасної силової електроніки не тільки істотно розширила діапазон комутованих потужностей до одиниць мегават, дозволила підняти верхній рівень частоти комутації електронних ключів, що зробило можливим створювати апарати управління, регулювання та захисту постійного і змінного струму з високими техніко-економічними показниками. З'явилися нові види силових електронних апаратів, керуючих якістю електричної енергії та коефіцієнтом потужності.
Новий клас силових електронних апаратів створений в результаті досягнень сучасної силової електроніки. Ці апарати мають великі функціональні можливості в частині реалізації законів управління, захисту, діагностики поточного стану, розвиненим інтерфейсом для обміну інформацією з зовнішнім середовищем.
Однак вони не можуть замінити більшість видів електромеханічних ЕА, оскільки поступаються останнім по ряду важливих параметрів. Силові електронні ключі за принципом дії не забезпечують такого низького рівня втрат потужності у включеному (провідному) стані як металеві контакти і, з іншого боку, не здатні створити рівень ізоляції, відповідний розімкненим контактам ЕА. У зв'язку з цим для певних умов застосування найбільш ефективним за техніко-економічними показниками виявляються гібридні ЕА. Останні є компромісним технічним рішенням, що дозволяє з'єднати позитивні якості електромеханічних і силових електронних апаратів в одному комбінованому пристрої.
Слід помститися, що досягнення сучасної мікроелектроніки і, зокрема, мікропроцесорної техніки в даний час також використовуються практично в ЕА всіх видів, як електромеханічних, так і силових електронних. Це дозволяє істотно розширити їх функціональні можливості, забезпечити ефективний контроль і діагностику, а також можливість управління з різних ієрархічних рівнів системи, в якій використовуються ЕА.