Электрические аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. Алексеева»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Электрические аппараты

Ситникова Игоря Геннадьевича



Содержание

1. Теоретическая часть

2. Вопросы теории электрических аппаратов. Качественные задачи

3. Разработка и графическое изображение электрических схем на основе предложенного набора электрических и электронных аппаратов

4. Изучение и анализ электрических схем, выполненных на базе электрических аппаратов и электрических машин

5. Расчет и выбор электрических аппаратов и их элементов

Заключение

Список литературы



1. Теоретическая часть

электрический аппарат электронный графический

Электрические аппараты (ЭА) -- это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением. Разнообразие видов ЭА и различие традиций мировых электротехнических школ затрудняют их классификацию.

Электрические аппараты являются сложными электротехническими устройствами, содержащими много элементов, одни из которых являются проводниками электрических токов, другие - проводниками магнитных потоков, а третьи служат для электрической изоляции. Часть элементов может перемещаться в пространстве, передавая усилия другим узлам и блокам. Работа большой части аппаратов связана с преобразованием одних видов энергии в другие. При этом, как известно, неизбежны потери энергии и превращение ее в тепло. Тепловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично отдается в окружающую среду.

В настоящее время под ЭА понимают электротехнические устройства управления потоком энергии и информации. При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и др. Например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта. Потоками тепловой энергии можно управлять при помощи электромагнитных клапанов и заслонок. Таких примеров использования ЭА можно привести большое количество. Примером использования ЭА для управления информацией является применение реле в телефонии. Например, при создании телеграфного аппарата П.Л. Шиллинг в 1820г. применил впервые электромагнитное реле. Простейшая формально-логическая обработка дискретной информации также была реализована на реле [4].



2. Вопросы теории электрических аппаратов. Качественные задачи

Определить минимальный диаметр медной проволоки длиной 100м, если её сопротивление не должно превышать 1 Ом. Чему равно сопротивление одного метра медной проволоки диаметром 2мм? Как изменится его величина, если температура медной проволоки возрастёт на 65 єС?

Используем формулу сопротивления для проволочных резисторов [2]

(2.1)

- удельное сопротивление, Ом м, l- длина, м; R - сопротивление, Ом; - площадь поперечного сечения, ; =1,71·, Ом м; l= 100, м;

R= 1 Ом.

(2.2)

1.7·

= 1,7·;

Следовательно: d = 0,0045, ;

=1,71·, Ом м, l= 1, м, d= 0,002 м;

По формуле (2.1)

0,54

R= 0,54, Ом;

R(t)=(2.3)



= 0,54, Ом;

=0,0041 (), t =20 єС;

R(t)== 0,68

R(t)= 0,68 Ом;

Ответ: d = 0,0045, ; R= 0,54, Ом; R(t)= 0,68, Ом. По [1].

Укажите направление ЭДУ, действующих на проводники с токами с направлениями, указанными на рисунке 2.2. Дайте необходимые пояснения.

Направление ЭДУ определяется правилом «левой руки». За направление проводника принимается направление тока в проводнике(направление четырех пальцев). Направление индукции В, создаваемое током определяется по правилу буравчика, причем вектор В направляется в ладонь, тогда направление большого пальца показывает направление ЭДУ [3].

Рисунок 2.1- Направление ЭДУ действующей на проводники

Рисунок 2.2- Направление ЭДУ действующей на проводники

в)

Рисунок 2.3- Направление ЭДУ действующей на проводники

В чём состоит принцип действия и какие основные варианты реализации магнитоуправляемых контактов? Назовите основные функции, которые выполняют магнитоуправляемые контакты в герконовых реле.

Принцип действия герконов

Принцип действия герконов основан на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. При этом силы вызывают деформацию и перемещение ферромагнитных токопроводов электронов. Магнитоуправляемый контакт (геркон) представляет собой электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей.



Рисунок 2.4- Простейшее герконовое реле с симметричным замыкающим контактом

Использование герконов в технике. Герконовое реле.

В настоящее время на базе герконов создано большое количество герконовых реле, кнопок, тумблеров, переключателей, распределителей сигналов, датчиков, регуляторов, сигнализаторов и т. д. Во многих отраслях техники для контроля положения подвижных деталей целесообразно использование герконовых датчиков, счетчиков готовой продукции.

Устройство простейшего герконового реле.

Простейшее герконовое реле с замыкающими контактами состоит из двух контактных сердечников с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой), размещенных в стеклянном герметичном баллоне, заполненном либо инертным газом, либо чистым азотом, либо сочетанием азота с водородом. Давление внутри баллона герконового реле Па.

Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон герконового реле устанавливается внутри обмотки

управления, питаемой постоянным током. При подаче тока в обмотку герконового реле возникает магнитное поле, которое проходит по контактным сердечникам через рабочий зазор между ними и замыкается по

воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом магнитный поток при прохождении через рабочий зазор образует тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой.

Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают золотом, радием, палладием или (на худой конец) серебром.

При отключении тока в обмотке электромагнита герконового реле сила исчезает, и под действием сил упругости контакты размыкаются.

В герконовых реле отсутствуют детали, подвергающиеся трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода, пружины и токопровода.

Для уменьшения размеров намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, используя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах применяются магнитные экраны.

Пружины герконов не имеют предварительных натягов, поэтому включение их контактов происходит без периода трогания.

Если в герконах наряду с электромагнитом используется постоянный магнит, то герконы из нейтральных переходят в поляризованные.

В отличии от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит от параметров контактных пружин, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом [3].

Магнитопровод имеет две одинаковые обмотки. Как нужно подключить катушки к источнику постоянного напряжения, чтобы поток в магнитопроводе был: а) максимальным; б) равным нулю?

При подключении катушек магнитопровода как показано на рисунке (2.5 а), то по правилу буравчика определяем направление вектора магнитной индукции, и узнаём, что магнитный поток будет компенсироваться, и поток в

магнитопроводе будет равен нулю. Если подключить катушки магнитопровода как показано на рисунке (2.5 б), то магнитный поток будет усиливаться и будет максимальным [4].

Рисунок 2.5 - Способы подключения катушек магнитопровода

Как изменится ток в цепи при: а) увеличении потока рассеяния между индуктивно связанными и включёнными встречно катушками; б) уменьшении потока рассеяния между двумя индуктивно связанными и включёнными согласно катушками?

Поток рассеяния определяется по формуле [4]:

(2.4)

- поток рассеяния, Вб; - магнитная проводимость пути, См, по которому замыкается поток рассеяния первой катушки, - число витков; - ток в цепи, А. Поток рассеяния не зависти от подключения катушек. При увеличении потока рассеяния, при неизменных , возрастает и ток, а при уменьшении потока рассеяния ток будет уменьшаться [4].



Рисунок 2.6 - Включённые встречно и согласно катушки.

3. Разработка и графическое изображение электрических схем на основе предложенного набора электрических и электронных аппаратов

Разработать и нарисовать реверсивную схему пуска и останова асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с короткозамкнутым ротором, используя при этом два комплекта нереверсивных магнитных пускателей с двумя замыкающими и двумя размыкающими контактами управления, три электротепловых реле, трёхкнопочную станцию управления и два предохранителя в цепи управления. При разработке схемы предусмотреть электрическую блокировку магнитных пускателей. Питание от сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

SB2 - кнопка пуск;

SB3 - кнопка пуск;

SB1 - кнопка стоп;

М - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

КМ1, КМ2 - магнитный пускатель, контакты магнитного пускателя;

FU1, FU2 - плавкий предохранитель;

КК1, КК2, КК3 - реле электротепловое, контакт электротеплового реле;

Представлена схема реверсивного пуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Плавкие предохранители FU1 и FU2 защищают цепь управления от высоких токов. Штриховой линией обведена трехкнопочная станция управления. Кнопка стоп SB1 используется для остановки (обрывания цепи управления) электродвигателя. Кнопка SB2 подает напряжения на магнитный пускатель КМ1 , что задает прямое вращение ротора электродвигателя, а кнопка SB3 подает напряжения на магнитный пускатель КМ2, который задает реверсивное вращение ротора [2].

В цепь переменного тока через двухполюсный автоматический выключатель подключён однофазный трансформатор, в первичную обмотку которого включён бумажный конденсатор, а во вторичную обмотку - электромагнит и сигнальная лампочка параллельно друг другу на напряжение 36 В. Разработать и нарисовать электрическую схему, обозначить используемые электрические аппараты.

4. Изучение и анализ электрических схем, выполненных на базе электрических аппаратов и электрических машин

По буквенным и графическим условным обозначениям, приведенным на схемах, определить тип, назначение аппаратов, используемых в конкретной схеме, и выбрать их по справочным каталогам. Описать принцип работы электрической схемы, последовательность ее включения и отключения с ГОСТ. Составить перечень элементов используемых электрических и электронных аппаратов согласно действующим стандартам. (схема 4.22)

SB2 - кнопка пуск; SB1 - кнопка стоп;

КМ1 - магнитный пускатель, контакты магнитного пускателя;

КК1, КК2 - реле электротепловое, контакт электротеплового реле;

R - резистор;

К1, К2 - контакт, катушка контактора;

КТ1, КТ2 - реле времени, контакт реле.

Пуск осуществляется включением автомата QF. Для запуска двигателя следует нажать кнопку SB2, тогда в цепь катушки магнитного пускателя KM подается напряжение, в результате чего замыкаются контакты KM, и двигатель начинает работать, а кнопка SB2 возвращается в

исходное положение. Замыкание контакта KM вызывает замыкание соответствующего контакта К1 в цепи катушки К1, в результате чего замыкаются контакты К1, которые включают в цепь реостаты R и подается напряжение на реле времени КТ2 в цепи реле К2, а затем кнопка КТ2 возвращается в исходное положение, так как шунтирована нормально открытым контактом К2. Контакты К2 в цепи реостата R замыкаются и выводят его из цепи.

Остановка двигателя. Для штатного отключения двигателя достаточно нажать кнопку SB1, которая обесточивает магнитный пускатель КМ, в результате чего размыкаются контакты КМ в питающей цепи двигателя, и двигатель начинает работать.

Аварийное отключение может происходить двумя способами.

1). При срабатывании предохранителя FU, происходит разрыв цепи катушки магнитного пускателя КМ, и происходит размыкание соответствующих контактов КМ.

2). При срабатывании теплового реле КК1 или КК2, происходит обесточивание цепи магнитного пускателя, так как размыкаются контакты КК1 или КК2 соответственно, в результате чего размыкает цепь магнитного пускателя КМ и как результат размыкание контактов КМ [2].

По буквенным и графическим условным обозначениям, приведенным на схемах, определить тип, назначение аппаратов, используемых в конкретной схеме, и выбрать их по справочным каталогам. Описать принцип работы электрической схемы, последовательность ее включения и отключения с ГОСТ. Составить перечень элементов используемых электрических и электронных аппаратов согласно действующим стандартам. (схема 4.43)

Ток питает цепи через KT, SQ1, K1 и питает катушку К2, в следствии, замыкается вспомогательный контакт К2 и размыкается контакт К2. Замкнув SB тока на этом участке не будет, но если замкнуть SQ3, то питание будет подано на катушку реле времени КТ и через определённый промежуток времени контакт реле КТ разомкнётся и выведет из цепи катушку К2. Далее замыкается контакт К2 и будет запитана катушка К1, которая замкнёт вспомогательный контакт К1 и разомкнёт контакт К1.

Для отключения достаточно разомкнуть конечный выключатель SQ1, SQ2 или, если замкнут, SQ3.

Аварийное отключение не предусмотрено.

SB - кнопка пуск;

К1, К2 - контакт, катушка контактора;

SQ1, SQ2, SQ3 - выключатель конечный;

К1, К2 - контакт, катушка контактора;

КТ - реле времени, контакт реле.

5. Расчёт и выбор электрических аппаратов и их элементов

Во сколько раз изменится сопротивление медного провода и плотность тока, протекающего через него, если длину провода увеличить в 2.7 раза, а сечение уменьшить в 5 раз?

Плотность тока можно вычислить по формуле [2]:

(5.1)

где I - ток, протекающий через проводник, А; S - площадь поперечного сечения проводника, .

Сопротивление проводника вычисляется по формуле (2.1):

где с - удельное сопротивление проводника, Ом м; l - длина проводника, м.

Для медного провода равно const.

При увеличении длины провода в 2.7 раза и уменьшении сечения в 5 раза:

(5.2)

(5.3)

Проанализируем изменение плотности тока:

откуда следует, что плотность тока увеличилась в 5 раза.

Проанализируем изменение сопротивления медного провода:

откуда следует, что сопротивление провода увеличилось в 13.5 раза [1].

Рассчитать и выбрать параметры и тип трёхполюсного электротеплового реле, включенного в фазные цепи трёхполюсного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, для защиты от тепловой перегрузки. Электродвигатель имеет следующие данные: номинальное напряжение Uн = 380 В, номинальный ток Iн = 16 А. При каком значении тока двигателя сработают тепловые реле спустя 20 минут после перегрузки двигателя?

При Iн двигателя равным 16 А выбираем из каталога трёхполюсное реле серии РТ типа 1322 с токовым диапазоном от 17 до 25 А [5]. Известно, что тепловое реле срабатывает через 20 минут при 20% перегрузки электродвигателя.

(5.4)

По кольцевому проводнику протекает ток I = 12 А. Определить напряженность магнитного поля в его центре, если диаметр кольца d=25 мм.

Для определения напряженности магнитного поля в центре заданного кольцевого проводника воспользуемся Законом полного тока:

(5.5)

где Н - напряженность, А/м; - длина проводника, м; - ток, А. Так как проводник имеет кольцевую форму, то

(5.6)

где

(5.7)

является диаметром. Подставим соотношения (5.6) и (5.7) в формулу (5.5), а так же заданные значения величин и получим:

(5.8)

Н=152,86, А/м. По [1].



Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены и изучены работы электрических и электронных аппаратов (физические явления, процессы: тепловые, коммутации, электромагнитные). Также в ходе работы были разработаны и нарисованы электрические схемы на основе предложенного набора аппаратов, описаны принципы работы схемы. Показано знание основных элементов схемы и их назначения. Был произведён расчёт электрических аппаратов.

Можно считать, что основная задача курсовой работы, усвоить физическую сущность электрических и магнитных явлений в электрических аппаратах, их взаимную связь и количественные соотношения, овладеть необходимым математическим аппаратом для расчёта характеристик, нахождения и выбора их основных параметров, выполнена.



Список литературы

1. Захаренкова, Л.В. Стандарт организации. Общие требования к оформлению пояснительных записок дипломных и курсовых проектов/ Захаренкова Л.В; НГТУ. - Нижний Новгород, 2011. - 26 с.

2. Кириенко, В.П. Задачник по теории и расчетам электрических и электронных аппаратов / В.П. Кириенко, И.В. Ходыкина, Е.В. Бычков; НГТУ. - Нижний Новгород, 2013. - 136 с.

3. Родштейн, Л.А. Электрические аппараты. Учебник для техникумов. /Л.А. Родштейн;4-е изд., перераб. и доп. - Л.:Энергоатомиздат, 1989. - 297 с.

4. Чунихин, А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов /А.А. Чунихин; 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.

5. Юдинцев, Б.А. Реле и автоматика: Справочник / Б.А. Юдинцев; 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 170 с.

Размещено на Allbest.ru

...