Электрические аппараты для коммутации электрических устройств и машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И МАШИН



Комплексной целью модуля является изучение:

- способов коммутации электротехнических устройств;

- принципов управления электрических машин и систем освещения;

- принципов автоматизированного и автоматического управления электротехническими системами;

- реле, контакторов, электромагнитов,

электротехнический освещения реле контактор



Лекция 1. Коммутация устройств освещения и электрических машин

1.1 Выключатели, кнопки и клавиши

Когда мы рассматривали простейшую электротехническую установку, выяснилось, что для включения и отключения нагрузки (например, электрической лампочки) необходим разъединяющий (или коммутирующий) аппарат. Простейшими аппаратами такого вида являются выключатели и рубильники.

Рассмотрим коммутирующие аппараты более подробно.

На рис. 1.1 изображена схема очень распространенного аппарата - кнопки. Кнопка имеет две пары контактов. Верхние контакты а - b замкнуты контактным мостиком - металлической пластинкой с двумя контактами. Поэтому в том положении, которое изображено на рис. 1.1, а, в цепи контактов а - b может возникнуть электрический ток.

Контактный мостик свободно установлен на металлической оси. В верхней части оси имеется расширение - головка.

Кроме того, на оси установлены две пружины. Верхняя пружина тянет головку кнопки вверх и прижимает контактный мостик к контактам а - b. Контакты надежно замкнуты.

Рис. 1. 1

Теперь посмотрим, что произойдет, если пальцем нажать на головку кнопки (рис. 1.1, б). Ось сместится вниз и контактный мостик отойдет от контактов а - b и войдет в соприкосновение с контактами с - d.

При этом нижняя пружина сожмется и прижмет мостик к контактам с - d.

Верхняя электрическая цепь разомкнётся, а нижняя будет замкнута. Если палец отпустить, кнопка вернется в исходное положение и состояние электрических цепей опять будет прежним. Условное изображение кнопки показано на рис. 1.1, в. Конструкция электрических кнопок, их форма, цвет головок могут быть самыми разнообразными. Иногда в головку кнопки встраивают маленькую электрическую лампочку, которая загорается, если на кнопку нажать. Такие кнопки применяют в домашних лифтах.

Но все кнопки независимо от их конструкции принципиально отличаются от выключателей. Выключатель «запоминает» внешнее воздействие человека. Если повернуть ручку в положение «включено», цепь будет замкнута до тех пор, пока кто-либо не изменит положение выключателя. Кнопка таким свойством не обладает. Она самостоятельно возвращается в исходное положение, как только перестают на нее нажимать. Примером выключателя может служить пакетный переключатель. Это малогабаритный отключающий аппарат, как правило, круглой формы (рис. 1.2)

Рис. 1. 2. Пакетный выключатель: 1-ручка, 2-шуруп, 3-контакты, 4-подставка, 5-корпус, 6-крышка, 7-ось, 8- диск переключателя.

Существует еще один аппарат, который внешне напоминает кнопку, но по своим свойствам близок к выключателю. Это - клавиша. Если нажать на клавишу, шток ее переместится и произойдет переключение контактов. Однако в отличие от кнопки, если палец отпустить, клавиша останется в прежнем положении. Для того чтобы восстановить состояние электрических цепей, на клавишу нужно нажать еще раз. Нажали - включили, второй раз нажали - выключили и т. д.

Для управления двигателями с фазным ротором требуется большое число переключений. Эту операцию выполняют контроллеры, которые бывают барабанные и кулачковые (рис. 1.3, а, в). Подвижные контакты барабанного контроллера, имеющие форму сегментов (4), крепятся на валу (5). Неподвижные контакты (3) размещаются на вертикальной рейке (2), и к ним присоединяются внешние цепи. Контактные сегменты соединяются друг с другом по определенной схеме, и, кроме того, они имеют разную длину дуги. При повороте вала контроллера сегменты поочередно входят в соприкосновение с неподвижными контактами, и осуществляется включение или отключение цепи.

Рис. 1. 3. Контроллер: а - барабанный, б - кулачковый.



Рис. 1. 4 Контактор

Вал контроллера снабжается фиксатором (1), обеспечивающим ему несколько фиксированных положений. Кулачковые контроллеры совершеннее барабанных. Переключения в силовых цепях с помощью контроллеров требует от оператора значительных физических усилий. Поэтому в установках с частыми переключениями для этой цели используются контакторы. Принцип действия их основан на использовании в управлении силовыми контактами электромагнитной системы. Конструкция контактора приведена на рис. 1.4, более подробно работу контакторов рассмотрим ниже.

1.2 Электрические контакты

Наиболее ответственным элементом выключателей, кнопок и многих других электрических аппаратов являются электрические контакты.

От работы контактов зависят срок службы электрического аппарата, его надежность. В месте электрического контакта соприкасаются два проводника, и возникает переходное сопротивление RK. Переходное сопротивление зависит от размеров и материала контактов, от шероховатости поверхности. Соприкосновение контактов происходит не по всей поверхности, а по вершинам микронеровностей, которые всегда имеются на поверхности деталей. Если контакты сильно сжать, то микронеровности сминаются, площадь контакта увеличивается и переходное сопротивление уменьшается.

Многие материалы (например, медь) на воздухе покрываются слоем окиси, которая плохо проводит электрический ток. Контакты, покрытые слоем окиси, могут быть замкнуты, но переходное сопротивление контактной пары будет столь велико, что цепь тока практически окажется разомкнутой.

Есть и еще обстоятельство, связанное с переходным сопротивлением. Чем больше переходное сопротивление, тем больше нагреваются контакты. В критическом случае нагрев может быть так велик, что произойдет сваривание контактов. Ясно, что для правильной работы контактов необходимо, чтобы переходное сопротивление контактов было по возможности малым. Для этого подбирают материал, форму контактов и сжимают контакты специальной пружиной. Когда контакты замкнуты, происходят сложные физические и химические процессы.

Наиболее тяжелый режим - это размыкание контактов. Когда контакты размыкаются, между ними возникает электрическая дуга (рис. 1.5). Дуга продолжает замыкать цепь тока, оборудование не отключается от сети. Это может привести к аварии. Кроме того, под действием электрической дуги контакты «обгорают», быстро изнашиваются и выходят из строя.

Интенсивность дуги и время ее горения зависят от электромагнитной энергии, запасенной в цепи. Чем больше индуктивность цепи, тем больше дуга. Электрическая дуга между контактами существует до тех пор, пока вся электромагнитная энергия не перейдет в тепло.

Рис. 1. 5

Чтобы уменьшить дугу, в цепь включают дополнительный резистор. Тогда часть электромагнитной энергии переходит в тепло в этом резисторе, и дуга гаснет быстрее. Кроме того, увеличивают расстояние между контактами, а в мощных аппаратах применяют специальные меры дугогашения.

Особенно опасна электрическая дуга в цепях постоянного тока. В цепях переменного тока дуга гаснет, когда ток проходит через ноль. Однако при определенных условиях дуга может вновь загореться в следующий полупериод.

Лучшими проводящими материалами являются серебро, медь, алюминий. Первые два материала применяют и для электрических контактов. Алюминиевые контакты не применяют, так как плотная пленка окиси алюминия плохо проводит ток.

Серебряные контакты применяют в маломощных устройствах. Кроме того, в небольших и ответственных контактных электрических аппаратах используют золото, платину и другие драгоценные материалы. Однако наиболее распространенным материалом контактов является медь. Часто медные контакты облагораживают, снабжают металлокерамическими накладками. Такие контакты лучше противостоят высоким температурам и меньше изнашиваются.

1.3 Электромагниты

Катушка с железным (правильнее, стальным) разомкнутым сердечником образует электромагнит. Простейший электромагнит изображен на рис. 1.6.



Рис. 1.6. Электромагнит

Ток в катушке образует магнитный поток. Этот поток проходит по сердечнику и замыкается через его подвижную часть, которую называют якорем. Якорь намагничивается и притягивается к сердечнику. Если ток в катушке прерывается, якорь отпадает от сердечника под действием собственной тяжести или специальной возвратной пружины. Якорь магнита, изображенного на рис. 1.6, поворачивается на оси. Такой электромагнит называют электромагнитом клапанного типа. Существуют прямоходовые электромагниты, в которых якорь движется поступательно. Сконструированы также электромагниты со сложным движением якоря. Электромагниты используют в электротехнике очень широко. Школьный звонок и звонок телефона - это электромагнитные механизмы. Существуют электромагнитные тормоза, электромагнитные муфты. Точные электромагниты используют в измерительной технике. Очень сильные электромагниты применяют в физических экспериментах. Если в электромагните убрать якорь, то его можно применять для подъема ферромагнитных предметов. Такие магниты (их называют подъемными) работают на металлургических заводах, поднимают металлолом и другие детали.

Электромагнит, о котором мы говорили, работает на постоянном токе. Если же обмотку включить на переменный ток, то сила тяги также станет переменной. Из наших формул видно, что сила тяги пропорциональна квадрату тока, поэтому и в положительный, и в отрицательный полупериод сила тяги будет положительной, т.е. направлена она будет в одну и ту же сторону. Якорь будет притягиваться к сердечнику. Однако величина силы тяги изменяется в больших пределах и в тот момент, когда ток проходит через нуль и сила тяги равна нулю. Якорь будет то притягиваться, то отпадать. Мы получим вибратор. Интересно, что частота вибрации якоря вдвое превышает частоту сети. Если сеть имеет частоту 50 Гц, то колебания якоря будут происходить с частотой 100 Гц.

Вибраторы находят в технике самое широкое распространение, поэтому амплитуду колебаний якоря часто стараются увеличить, создать колебательную систему.

Подумаем о том, как сделать силу тяги постоянной при питании обмотки электромагнита переменным током. Одно решение напрашивается само: нужно применить выпрямитель (рис. 1.7, а).

аб

Рис. 1. 7

Тогда обмотка электромагнита будет питаться выпрямленным током, который имеет постоянную и переменную составляющие. Если индуктивность обмотки электромагнита достаточно велика, то переменная составляющая тока окажется малой и вибрации якоря исчезнут.

Другое решение требует переделки сердечника электромагнита (рис. 1.7, б) в торце сердечника, т.е. на его полюсе, делают пропил, в который вставляют демпферный виток. Это - замкнутая медная шайба, сопротивление которой очень мало.

Общий магнитный поток сердечника Ф0 можно разделить на две части. Один поток (Ф0 минует демпферный виток, а второй (Ф2) проходит через него. Переменный поток Ф2 наводит в демпферном витке ЭДС. Под действием этой ЭДС в витке возникает большой ток IK, который также создает свой магнитный поток Фк.

Все дело заключается в том, что ЭДС отстает от магнитного потока Ф2 на четверть периода, а ток IK и поток Фк практически совпадают с ЭДС по фазе.

Это приводит к тому, что в тот момент, когда основной магнитный поток Ф0 проходит через нуль, поток Фк отличен от нуля и удерживает якорь электромагнита в притянутом положении.

Очень мощные электромагниты имеют трехфазную обмотку, расположенную на трех сердечниках. Токи в обмотках сдвинуты по фазе на 1/3 периода. Этого достаточно, чтобы постоянно удерживать якорь электромагнита в притянутом положении.

1.4 Контакторы

Простейшие коммутирующие аппараты - выключатели и рубильники - обладают одним общим недостатком. Для того чтобы включить или выключить электрическую цепь, нужно подойти к рубильнику и повернуть его ручку. На расстоянии сделать это невозможно, т.е. эти аппараты не позволяют управлять различными устройствами дистанционно.

Попробуем теперь сконструировать такой рубильник, при помощи которого можно включать и выключать мощный электрический двигатель на расстоянии, например из другой комнаты.

Для этого закрепим рубильник на стойке так, как показано на рис. 1.8, а. Рядом на такой же стойке установим электромагнит, и якорь электромагнита металлическим стержнем соединим с рукояткой рубильника. Посмотрим, что теперь получится. Здесь нужно учесть, что ток обмотке электромагнита I1 значительно меньше тока, потребляемого двигателем из сети. Поэтому проводку к выключателю сделаем тонким проводом. Это гораздо удобнее и выгоднее. Однако наша система получила еще дополнительные ценные свойства, которых нет ни у рубильника, ни у выключателя. В полученном аппарате мощные электрические контакты замыкаются электромагнитом, а не вручную. Этот аппарат называют контактором. Конечно, промышленные контакторы более компактны и имеют много дополнительных элементов. Устройство контактора представлено на рис.1.8, б.

Контактор состоит: 1 - неподвижный контакт; 2 - камера для гашения электрической дуги; 3 - подвижный контакт; 4 - пружина которая сжимает контакты после их соприкосновения; 5 - якорь электромагнита; 6 - пружина возвращающая якорь в исходное положение; 7, 8 - сердечник и обмотка электромагнита.

Рис. 1.8. а - макет контактора; б - контактор постоянного тока.

Один контакт расположен на основании контактора - это неподвижный контакт; другой, подвижный - на якоре электромагнита . Подвижный контакт установлен свободно. Он просто прижат слабой пружинкой к поверхности якоря. Это позволяет контактам самоустанавливаться, надежно замыкать электрическую цепь. Ток к неподвижному контакту подводится мягкой медной лентой. Для возвращения якоря в исходное положение служит специальная пружина. Сверху над контактами расположена специальная камера для гашения электрической дуги, которая возникает при размыкании контактов. Для того чтобы быстро погасить электрическую дугу, применяют «магнитное дутье».

1.5 Электромагнитные реле

В принципе электромагнитное реле работает так же, как и контактор. В этих аппаратах замыкание и размыкание контактов происходит за счет движения якоря электромагнита. Однако контакты реле рассчитаны на значительно меньшие токи, размеры реле тоже меньше, чем контактора, и применение реле совсем другое.

Реле используют в телефонии, устройствах связи на железных дорогах и во всех других случаях, когда необходимо коммутировать слаботочные цепи.

На рис. 1.9 представлено одно такое реле. Оно имеет круглый сердечник 1 с полюсным наконечником 2 и плоский якорь 3. Параллельно сердечнику расположены контакты. Они выполнены в виде плоских бронзовых пружин 4 с контактными напайками. Такие пружины не только проводят электрический ток, но и возвращают якорь в исходное положение, когда обмотка реле обесточена.

Часто сердечник реле включает постоянный магнит. Такие реле называют поляризованными, они реагируют на направление тока в обмотке. При одном направлении тока магнитный поток созданный этим током, и поток постоянного магнита складываются. Реле срабатывает. При другом направлении тока потоки вычитаются, общий магнитный поток уменьшается и реле отпускает. Поляризованные реле обладают очень большой чувствительностью. Они срабатывают, если ток в обмотке составляет всего 1 - 2 мА.

Рис. 1. 9

Для того чтобы улучшить работу контактов реле, их помещают в запаянную стеклянную колбочку, из которой удален воздух. На рис. 1.10 представлены устройства, с постоянно замкнутым и постоянно разомкнутым контактами. Такие устройства называют герметизированными контактами, сокращенно - герконами. Контакты геркона - 2 (рис.1.11) выполнены в виде двух плоских стальных пружин.

Рис. 1. 10

Рис. 1. 11

Если колбочку геркона поместить в магнитное поле, стальные пружинки намагничиваются и смыкаются, контакты замыкают цепь тока. Если магнитное поле исчезнет, то упругие пружинки возвратятся в исходное положение и цепь тока будет разомкнута.

Герконовые реле обладают очень малыми размерами, их называют сверхминиатюрными. Кроме того, контакты этих реле не окисляются, они имеют очень большой срок службы и высокую надежность.

Кроме обыкновенных электромагнитных реле существуют специальные реле времени, предназначенные для отсчета промежутков времени при автоматизации и управлении. Это своеобразный электрический будильник. От обычного домашнего будильника он отличается тем, что может не только подать звуковой сигнал, но и произвести активные действия - включить или отключить электрические двигатели, нагревательные приборы и т. п. Реле времени предназначено для отсчета приращения времени (обычно не очень большого). Нельзя настроить реле времени так, чтобы оно срабатывало ровно в 8 ч утра, но можно заставить его сработать через 2 с после включения. Эта небольшая разница приводит к тому, что бытовые будильники в промышленности не применяют. Реле времени могут быть основаны на самых различных принципах, связанных с электрическими, механическими, тепловыми процессами.

Очень широко применяют на практике конденсаторные реле времени. Заряд или разряд конденсатора происходит достаточно медленно, и это обстоятельство можно полезно использовать для отсчета выдержки времени. Основным узлом реле является часовой механизм 2, запускаемый электромагнитной системой 1. Катушка реле включается в силовую цепь и при ее срабатывании часовой механизм вводится в действие. По истечении определенного отрезка времени замкнутся контакты реле и электроустановка отключится от сети. Реле позволяет осуществлять его настройку на различные режимы его работы.



Рис. 1. 12 Конденсаторное реле времени

На рис. 1.12 показана схема конденсаторного реле времени. При замыкании управляющего контакта К1 конденсатор С подключается к источнику стабильного постоянного напряжения через резистор R. По мере заряда конденсатора напряжение на его обкладках возрастает. Это напряжение усиливается и подается на катушку реле К.2. При некотором значении напряжения реле срабатывает, и отсчет выдержки времени заканчивается. Время, через которое срабатывает реле, определяется произведением RC -- чем оно больше, тем больше выдержка. Изменяя сопротивление резистора, можно легко настраивать реле на разное время. Подобные реле времени применяют фотографы для отсчета времени при фотопечати.

1.6 Предохранители, реле тока и тепловые реле

Электрические приборы и установки нуждаются в защите. Ведь если в цепи произойдет короткое замыкание, ток резко увеличится, многие электротехнические устройства могут выйти из строя, может возникнуть пожар.

Все электротехнические установки тщательно защищаются. Строгие контролеры определяют величину тока в проводах и мгновенно производят отключение, если величина тока станет чрезмерно большой. Чем сложнее электротехническая установка, чем больше ее мощность, тем совершеннее ее защита. Защитные, отключающие аппараты выполняют в электротехнике такие же важные функции, как тормоза в автомобиле. Без надежного аварийного отключения работа электротехнических установок запрещена.

Простейшим защитным аппаратом в электрической цепи является плавкий предохранитель (рис.1.13, а, б).

Рис. 1. 13

На фарфоровый корпус предохранителя в нижней части надета металлическая втулка с резьбой, как у электрической лампочки. В полость корпуса вставлена тонкая проволочка, которая одним концом припаяна к резьбовой втулке, а другим - к контактному наконечнику на торце корпуса. Внешне предохранитель напоминает цоколь электрической лампочки, лишенный баллона. Если ток в цепи превышает норму, тонкая проволочка нагревается и расплавляется (ее называют плавкой вставкой) - цепь тока разрывается. Для того чтобы разрыв цепи происходил быстрее, в полость корпуса насыпают сухой кварцевый песок. Тогда электрическая дуга, возникающая при перегорании проволочки, быстро охлаждается и гаснет.

Такие предохранители называют пробочными, или про­сто «пробками». Пробки выпускают на токи от 6 до 20 А. Чем больше ток, тем короче корпус предохранителя, поэтому в патрон для предохранителя на 6 А вставить больший предохранитель нельзя.

Когда плавкая вставка предохранителя перегорает, ее нужно заменить новой. Ни в коем случае нельзя подкладывать под корпус предохранителя моток свернутой проволочки - «жучок». Такой предохранитель уже не защищает электрическую цепь, а это может привести к серьезной аварии.

Существуют также трубчатые предохранители. В них плавкая вставка - калиброванная проволока - помещена в стеклянную трубочку и своими концами припаяна к двум металлическим колпачкам. Колпачки удерживают проволоку и служат для подвода тока. Такие предохранители на небольшие токи применяют в радиоаппаратуре.

Рис. 1. 14. Реле тока: 1- сердечник, 2 - катушка, 3 - якорь, 4 - противодействующая пружина, 5 - контакты, 6 - рычажок регулирующий величину тока срабатывания реле.

Предохранитель - это аппарат одноразового пользования. Это не очень удобно, особенно в производственных условиях, где короткие замыкания могут происходить довольно часто. В этих случаях применяют защитные быстродействующие реле тока (рис. 1.14). Якорь такого реле имеет форму легкого лепестка, напоминающую латинскую букву Z. Якорь установлен на оси. Реле имеет намагничивающую обмотку с сердечником, собранным из листовой электротехнической стали. Контролируемый ток намагничивает сердечник, и якорь притягивается к полюсам сердечника, стремясь повернуть ось. Этому повороту препятствует спиральная пружина, установленная на конце оси. Когда ток превышает норму, якорь преодолевает противодействие пружины, ось поворачивается и контактный мостик, закрепленный на изолирующей шайбе рядом с якорем, замыкает неподвижные контакты. В систему управления электротехнической установкой посылается сигнал о недопустимой перегрузке.

Когда ток снизится до нормы, якорь реле вернется в исходное положение и будет готов для дальнейшей работы.

Ток срабатывания таких реле можно регулировать. Для этого достаточно повернуть рычажок, регулирующий начальное закручивание спиральной пружины.

Реле тока срабатывает очень быстро - всего за 0,02 с. Это необходимо для аварийного отключения цепи при коротких замыканиях.

Кроме больших кратковременных перегрузок в электротехнических установках возможны перегрузки небольшие по величине, но длящиеся значительное время. Они также опасны для потребителей, но защититься от них при помощи плавких предохранителей или реле тока невозможно. Слишком часто будут происходить отключения. Защиту от перегрузок осуществляет тепловое реле его схема изображена на рисунке (Рис.1.15).

Рис. 1. 15. Тепловое реле: 1 - биметаллическая пластинка; 2 - контактная группа; 3 - нагреватель

Основой реле является биметаллическая пластинка, т. е. пластинка, выполненная из спая двух разнородных металлов. Известно, что при нагревании металлы расширяются. Один слой пластинки сделан из металла, который сильно изменяет свои размеры при нагревании. Для другого слоя выбран материал с очень малым температурным расширением (это инвар - сплав железа и никеля). В результате при нагревании контролируемым током пластинка постепенно изгибается и размыкает контакты в цепи тока. Чем больше ток в цепи, тем быстрее срабатывает тепловое реле.

Если ток в цепи очень большой, его просто пропускают через биметаллическую пластинку. В цепях с малыми токами используют специальный нагреватель. Осуществляют косвенный подогрев биметаллической пластинки.

После срабатывания теплового реле биметаллическая пластинка не сразу возвращается в исходное положение. Необходимо некоторое время, чтобы она остыла. Это время используют для устранения перегрузки в электротехнической установке. Существуют также и управляемые аппараты, защищающие электрооборудование от перегрузок. К ним относится реле максимального тока (рис. 1.1). Катушка реле 1 рассчитана на протекание тока в силовой цепи. Для этого она имеет обмотку, изготовленную из провода достаточного поперечного сечения. При токе, на который настроено реле, произойдет притяжение якоря 2 к сердечнику 3 катушки и с помощью контактного мостика 4 размыкаются контакты 5 в цепи управления магнитного пускателя. Это реле само прервет электроснабжение установки от источника тока.

Рис. 1. 16. Реле максимального тока

Для защиты электродвигателя от перегрузки в контактор монтируются два тепловых реле (на две фазы). В этом случае контактор называется магнитным пускателем.



Рис. 1. 17. Тепловое реле

Основной деталью теплового реле (рис. 1.2) является биметаллическая пластинка 1, состоящая из двух сплавов с различными коэффициентами расширения. Пластинка одним концом жестко прикреплена к основанию прибора, а другим упирается в защелку 2, которая под действием пружины 3 стремится повернуться против часовой стрелки. Рядом с биметаллической пластинкой помещается нагреватель 4, включаемый последовательно с двигателем. Когда по силовой цепи потечет большой ток, то температура нагревателя повысится. Биметаллическая пластина прогнется кверху и освободит защелку 2. Под действием пружины 3 защелка поворачивается и через изоляционную пластину 5 размыкает контакты 6 в цепи управления пускателем. Возврат реле возможен только после остывании пластины 1. Он осуществляется нажатием кнопки 7.

Основные сложности возникают при отключении электрических цепей, особенно если это отключение - аварийное. Существуют аппараты, которые специализируются на таких отключениях, -- это автоматические выключатели или, более коротко, автоматы.

Автоматы применяют для защиты электрических цепей при коротких замыканиях, перегрузках и других недопустимых режимах работы. Автомат представляет собой комбинацию реле тока и теплового реле, и он позволяет вручную включать и выключать электрическую цепь. Автоматические выключатели строят на очень большие токи, составляющие сотни и тысячи ампер. Однако существуют и небольшие автоматы - автоматические пробки. Они стоят в наших квартирах вместо пробок с плавкими вставками и надежно защищают квартирную проводку. Схема такого автомата изображена на

Рис. 1. 18. Автоматическая пробка: 1 - цоколь; 2 - якорь; 3 - Контакты; 4 - система рычагов; 5 - кнопка

Рабочие контакты автомата включаются при помощи большой центральной кнопки 5 и сложной системы рычагов 4. После того как кнопка нажата, контакты 3 остаются во включенном положении. Однако рычажная система устроена так, что контакты можно разомкнуть специальными расцепителями.

Существуют три способа отключения автомата.

При коротких замыканиях срабатывает токовое электромагнитное реле, расположенное в нижней части автомата. Якорь реле притягивается к сердечнику, преодолевая противодействие цилиндрической пружины. Стерженек, связанный с якорем, размыкает рабочие контакты.

При длительных перегрузках срабатывает тепловой расцепитель. Он установлен в верхней части автомата и состоит из биметаллической пластинки с косвенным подогревом, контролируемым током.

Наконец, можно отключить автомат вручную. Для этого следует нажать маленькую кнопку, расположенную в крышке автомата сбоку.

Для повторного включения автомата нужно нажать большую центральную кнопку. Но спешить с этим не следует. Прежде всего, нужно определить причину неполадки в электрической сети и постараться устранить ее. Впрочем, если произошла перегрузка, сразу включить автомат нельзя. Центральная кнопка не будет фиксировать рабочие контакты. Нужно подождать некоторое время, пока биметаллическая пластинка теплового расцепителя остынет и вернется в исходное положение.

1.7 Путевые выключатели

Вы входите в кабину лифта, нажимаете кнопку нужного этажа, и лифт быстро доставит Вас по назначению. При этом кабина точно остановится на уровне пола. Как это происходит? Каким образом электродвигатель, наматывающий на барабан трос лифта, останавливается в нужный момент времени?

Ответы на эти вопросы можно получить, если познакомиться с работой путевых выключателей -- специальных аппаратов, управляющих работой лифта.

Простейший путевой выключатель изображен на рис. 1.19. и 1.20.

Рис. 1. 19. Путевой выключатель



Рис. 1. 20. Путевой выключатель с ускоряющим механизмом

По своему устройству он напоминает кнопку. Здесь также есть стержень 1, на котором закреплены контактные мостики (2 и 3). У путевого выключателя их два, но это не имеет особого значения. Контактные мостики коммутируют две электрические цепи. Если на стержень нажать, то верхние контакты разомкнутся, а нижние замкнутся. В исходное положение стержень возвращается сильной пружиной 4, Отличие заключается в том, что на кнопку нужно нажимать рукой, а на стержень путевого выключателя нажимает специальный кулачок 5, который устанавливают на подвижном предмете. Теперь ясно, что если на каждом этаже установить путевой выключатель, он будет отключать двигатель лифта именно в тот момент, когда кабина находится на уровне пола.

Путевой выключатель, изображенный на рис. 1.19, страдает одним существенным недостатком. Скорость размыкания контактов зависит от скорости, с которой нажимают на стержень. Если нажимать медленно, то между контактами будет возникать электрическая дуга и они выйдут из строя. Во избежание этого путевые выключатели снабжают ускоряющим механизмом, который «мгновенно» переключает контакты.

Пример такого более сложного переключателя мы видим на рис. 1.20. Когда упор давит на ролик, рычаг поворачивается и освобождает одну из собачек (боковой рычажок), которые фиксируют контактную планку, расположенную на оси в центре путевого выключателя. Под действием сильной пружины планка поворачивается и быстро переключает контакты. Контакты расположены на другой стороне корпуса и на рис. 1.20 не показаны.

Очень широкое применение в электротехнике имеют микровыключатели (рис. 1.21)

Рис. 1. 21. Микровыключатель

В маленькой пластмассовой коробочке закреплены две пары неподвижных контактов (а - b и с - d). Между ними расположен контактный мостик, который замыкает нижнюю пару контактов. Контактный мостик выполнен в виде прыгающей пружины. Такая пружина имеет два устойчивых положения.

В средней части контактного мостика установлен пластмассовый стерженек - толкатель. Если надавить на толкатель микровыключателя, пружина контактного мостика мгновенно меняет свое положение.

В результате происходит переключение контактов. Нижняя пара контактов размыкается, а верхняя замыкается.

Микровыключатели, как следует из их названия, имеют очень малые габариты, но способны коммутировать токи до 6 А. Применяют их в устройствах промышленной автоматики, радиоаппаратуре и во многих других случаях.

1.8 Принципы управления

Принцип автоматического управления заключается в том, что без участия человека осуществляется строгое и последовательное выполнение операций по включению, отключению электрооборудования, а также соблюдение заданного режима его работы. Различают два вида управления: полуавтоматическое и автоматическое. При полуавтоматическом управлении оператор осуществляет первоначальный пуск объекта (нажатие кнопки, поворот ручки и т.д.). В дальнейшем его функции сводятся лишь к наблюдению за ходом процесса. При автоматическом управлении даже начальный импульс по включению установки посылают датчик или реле. Установка полностью работает в автоматическом режиме по заданной программе. Программное устройство может быть выполнено как на основе электромеханических элементов, так и с помощью логических схем.

Самой простой из полуавтоматических схем управления асинхронным трехфазным двигателем является схема управления с помощью магнитного пускателя.

При нажатии кнопки «пуск» подключается к сети катушка электромагнита. Подвижный якорь придет в соприкосновение с сердечником катушки и своим движением замкнет силовые контакты, подающие трехфазное напряжение на электродвигатель. Одновременно с силовыми, замкнутся и блокировочные контакты, которые зашунтируют кнопку «пуск», что позволяет ее отпустить. При нажатии кнопки «стоп» разрывается цепь питания катушки электромагнита, и якорь, освободившись, отпадает, разомкнув при этом силовые контакты. Электродвигатель остановится. Защита электродвигателя от длительной перегрузки здесь обеспечивается двумя тепловыми реле РТ, включенными в две фазы. Отключающие контакты тепловых реле РТ1 и РТ2 введены в цепь питания катушки электромагнита.



Рис. 1. 22. Схема нереверсивного управления асинхронным двигателем: А, В, С - сеть; КЛ - выключатель силовой цепи; РТ1, РТ2 - воспринимающая часть электротеплового реле; С1, С2, С3 - зажимы двигателя; КнС - выключатель с размыкающим контактом; КнП - выключатель с замыкающим контактом; Кл - кнопка; К1 - катушка; РТ1, РТ2 - отключающие контакты тепловых реле; Д - двигатель.

Для реверсивного управления двигателем применяется схема с двумя магнитными пускателями (рис. 1.23). Один магнитный пускатель коммутирует схему включения двигателя на прямое вращение, а другой - на обратное.

Кнопки «вперед» и «назад» подключают соответственно свои катушки, а кнопка «стоп» и отключающие контакты теплового реле включены в общую цепь управления.

Рис. 1. 23. Схема реверсивного управления асинхронным двигателем: А, В, С - сеть; Пр - предохранители; КВ, КН - выключатели силовой цепи (вперед, назад); РТ1, РТ2 - воспринимающая часть электротеплового реле; С1, С2, С3 - зажимы двигателя; КнС, Кн, Кв - выключатели с размыкающим контактом; КнВ, КнН - выключатели с замыкающим контактом (вперед, назад); Кв, Кн - катушки; РТ1, РТ2 - отключающие контакты тепловых реле; Д - двигатель.



Лекция 2. Расчет и монтаж осветительных установок

2.1 Освещение

Нормальное освещение способствует лучшей работоспособности человека, создает ему комфортные условия для жизнедеятельности, уменьшает неприятные последствия для здоровья.

Существует два типа освещения: естественное и искусственное.

Естественное освещение создается природными источниками света. Оно связано со световой ориентацией помещения, с размерами и расположением окон, с цветовой гаммой окраски стен, потолков и пр. Естественное освещение может быть верхним (через световые фонари) и боковым (через окна). Отношение освещенности внутри помещения к освещенности снаружи называется коэффициентом естественной освещенности. Эта величина лимитируется как для верхнего, так и для бокового естественного освещения. Искусственное освещение осуществляется с помощью электрических ламп. Освещение помещения может быть как общим, так и местным.

Искусственное освещение нормируется в пределах 5 - 5000 люкс, в зависимости от рода выполняемой работы. С точки зрения надежности и экономичности в работе осветительных установок существует освещение:

- рабочее,

- аварийное,

- охранное.

Первый тип освещения используется при обычных производственных и бытовых условиях. Аварийное освещение необходимо для обеспечения светом в экстремальных условиях (освещении проходов при эвакуации людей, подсветка постов управления наиболее ответственных механизмов и др.). Электропитание рабочих электроустановок осуществляется от общих силовых или осветительных пультов, находящихся в помещении. Аварийное освещение требует дополнительных источников тока (аккумуляторов, резервных линий электропередачи и др.). Охранное освещение - это минимально необходимый уровень освещения помещений в нерабочее или ночное время. Если при рабочем и аварийном освещении работают самостоятельные светильники, то при охранном может быть использована часть светильников рабочего освещения.

2.2 Электрическая схема управления

Составление электрических схем управления - творческий процесс. Составим для примера схему экономичного управления осветительной лампой на лестнице двухэтажного дома (рис. 2.1, а). Будем исходить из того, что если на лестнице никого нет, то лампа гореть не должна. Жильцам первого этажа управлять лампой очень просто. У дверей квартиры стоит выключатель (Вк1), которым можно зажечь и погасить лампу.

Рис. 2. 1. Схема экономичного управления освещением лестницы двухэтажного дома

Теперь нужно позаботиться о жильцах второго этажа. Каждый человек входящий в парадную дверь, должен иметь возможность зажечь лампу на лестнице и погасить ее у дверей квартиры на втором этаже.

2.3 Требования к электрическому освещению

Осветительная электрическая установка состоит из осветительной арматуры с источником света, коммутационной аппаратуры, распределительных пультов и электрических сетей. Напряжение питания источников света составляет 220 или 127 В. В индивидуальном освещении используется напряжение 36 и 12 В. Мощность осветительной установки определяется по световому потоку, направляемому на рабочую поверхность. Иногда пользуются так называемой удельной мощностью, и по ее значению находят мощность одной лампы:

2. 1

где Рл - мощность одной лампы, Вт; Руд - удельная мощность, Вт / м2; d - площадь помещения, м2; n - число светильников. Значения освещенности для основных школьных помещений и рабочих мест приведены в табл. 2.1.



Таблица 2. 1

2.4 Источники электрического света

Традиционными источниками света являются лампы накаливания. Однако в настоящее время широко применяются газоразрядные источники света. В них невидимое ультрафиолетовое излучение паров металла или газа преобразуется с помощью люминофора в излучение, видимое глазом. Представителем самых распространенных газоразрядных источников света является люминесцентная лампа (рис. 2.2). Внутри баллона находятся пары ртути, в которых при определенных условиях (между предварительно нагретыми током катодами необходимо создать импульс высокого напряжения) происходит электрический разряд. В результате разряда испускаются ультрафиолетовые лучи. Они поглощаются слоем люминофора, которым покрыты внутренние стенки баллона. В итоге люминофорный слой начинает излучать видимый свет, близкий по спектральному составу к солнечному.



Рис. 2. 2 Люминесцентная лампа

Для зажигания люминесцентной лампы ее включают в сеть с помощью стартера и дросселя. При нагревании током катодов возникает тлеющий электрический разряд в газе (неоне), которым наполнен баллон стартера. При этом нагревается и биметаллическая пластина стартера. Нагреясь, она изогнется и замкнет свои электроды, тлеющий разряд прекратится. Охладившись, биметаллическая пластина вновь разомкнет электрод. При этом (с участием дросселя ) между контактами лампы в момент размыкания создается импульс высокого напряжения. В итоге в парах ртути между катодами лампы возникнет электрический разряд. Конденсатор, включенный параллельно стартеру, снимает радиопомехи при работе лампы. Дроссель, конденсатор и резистор объединены в пусковой регулирующий аппарат ПРА. На рис. 2.3 показана схема включения лампы при помощи ПРА.

Рис. 2.3. Схема включения люминесцентной лампы при помощи пускорегулирующего аппарата

Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути делятся на лампы белого света (ЛБ), холодно-белого света (ЛХБ), тепло-белого света (ЛТБ), дневного света (ЛД). Следующим представителем газоразрядного источника света является ртутно-кварцевая лампа высокого давления (тип ДРЛ). В ней люминофор, поглощая ультрафиолетовое излучение, возникающее при электрическом разряде, превращает его в видимое красное излучение. Эти лампы включают в сеть также при помощи ПРА.

Для освещения больших пространств используются мощные (5, 10, 20 кВт) ксеноновые трубчатые лампы типа ДКСТ. Их включают при помощи высоковольтного пускового устройства (до 30 кВт).

2.5 Распределение электрической энергии в здании школы, жилом доме. Электрические схемы

Ввод в здание может осуществляться либо воздушной, либо кабельной линией электропередачи напряжением 380 / 220 В. Вводная линия подходит к главному щиту, откуда происходит распределение электроэнергии по этажам. На этажах здания имеются промежуточные щиты, куда, в свою очередь, подключаются квартирные или другие щитки индивидуальных или групповых потребителей энергии.

Ниже приводятся различные схемы электроснабжения школьных и жилых зданий (рис. 2.4 - 2.5).



Рис. 2.4 Распределение электроэнергии по кабинетам

Рис. 2.5 Примерная электрическая сеть жилой квартиры

2.6 Определение сечения проводов по допустимому нагреву

Для определения сечения проводов необходимо знать установленную мощность токоприемников Ру коэффициент опроса Кс (Кс = 0,7-0,9).

Расчетный ток определяется по формуле: для однофазных потребителей -

, 2. 2



для трехфазных потребителей -

. 2. 3

Определение сечения проводов производится по табл. 2.2.

Таблица 2. 2

В числителе приведена нагрузка для медных жил, в знаменателе - для алюминиевых.

2.7 Определение сечения проводов по допустимой потере напряжения

Потерей напряжения называется арифметическая разность напряжений в начале и конце линии:

. 2. 4

Часто потерю напряжения выражают в процентах:



. 2. 5

Допустимая относительная потеря напряжения для осветительной нагрузки составляет 2-3% , а для силовой - 4-6%. Поперечное сечение проводов двухпроводной линии постоянного тока определяется по формулам:

, 2. 6 или , 2. 7 или ; 2. 8

отсюда следует, что:

, 2. 9

где Р - мощность установки, Вт; L - длина линии, м; S - поперечное сечение провода, мм2; - удельная проводимость провода, Ом/мм2 ; U - напряжение, В.

2.8 Монтаж открытой и скрытой проводки

Электропроводка - это линия электроснабжения потребителей, состоящая из проводов или кабелей вместе с электроконструкциями, защитными и крепежными изделиями. Электропроводки делятся на наружные и внутренние. Наружная электропроводка может быть выполнена в виде воздушных ЛЭП на опорах, а также по наружным стенкам зданий на изоляторах-подвесах и пр. Внутренняя электропроводка сооружается внутри зданий.

Существуют открытые и скрытые электропроводки. Открытые электропроводки монтируются на поверхности стен, станков, рабочих столов. Скрытые же заглубляются в борозды, пустоты строительных конструкций, стальных труб. Монтажный процесс при производстве проводок разделяется на шесть этапов.

Первый - подготовительный. В него входит знакомство с чертежами, схемами и местом работы, выписка и получение материалов, организация рабочего места.

Второй этап - разметка мест для установки электрооборудования, разметка трасс прокладки линий и т.д. В начале размечают места установки светильников, затем места прокладки линий, места проходов через стены и междуэтажные перекрытия, места установки крепежных опор и оcветительных коробок.

Третий этап включает в себя заготовительные работы: установка роликов или изоляторов, подготовку труб для укладки и закрепление трубопроводов в специальные борозды, фрезеровка борозд и гнезд в стенах и потолках, вмазка в них соединительных коробок, пробивка проходов через стены и междуэтажные перекрытия, установка крепежных деталей и опорных конструкций, установка электрических аппаратов, щитков, электрооборудования и т.п.

Четвертый этап - прокладка линий, крепление проводов и кабелей, затяжка их в проходы, борозды и трубы.

Пятый период - сборка схемы, сюда входит выполнение соединений и ответвлений этап, установка и присоединение арматуры и коммутационных аппаратов.

Шестой этап - проверка, испытание и сдача в эксплуатацию выполненной установки. Для выполнения электромонтажных операций необходим ряд инструментов, механизмов и приспособлений. К подручному инструменту относятся рулетка, складной метр, шнурок, отвес, уровень, отвертки разных размеров, нож, плоскогубцы, бокорезы, круглогубцы, молоток, зубило и пр. Кроме этого, электромонтажник должен иметь при себе ножовку по металлу, напильники, гаечные ключи, клуппы с плашками для нарезания резьбы в трубах, бурав, стамеску, пилу по дереву, гипсовку, мастерок, ведро и т.п. При пайке - паяльники (большой и средний), паяльную лампу.

2.9 Монтаж приборов и установочных изделий

При монтаже приборов и различных установочных изделий возникает необходимость в обеспечении хорошего контакта между сращиваемыми проводниками, ответвлениями и клеммами. Соединение жил проводов и кабелей бывают разъемными и неразъемными. Разъемные соединения выполняются с помощью винтовых или болтовых зажимов, а неразъемные - пайкой, опрессованием, сваркой. Спайка медных одножильных и многожильных проводов производится следующим образом: концы их тщательно очищают от изоляции, затем соединяют и место соединения пропаивают паяльником. Для пайки применяются оловянно-свинцовые припои ПОС - 30 или ПОС - 40, флюсом служит канифоль.

Соединение жил опрессованием применяют уже многие годы. Для этого используют прессклещи и металлические гильзы. На рис. 2.6 показано соединение жил опрессованием.

Рис. 2.6 Соединение жил опрессованием

В очищенные металлические гильзы вводят соединяемые провода и с помощью специальных пуансонов производятся их вдавливание. По такому же методу осуществляется крепление кабельных наконечников, где роль гильз выполняют сами наконечники.

Рис. 2. 7

Электросварка проводов производится в специальных плоскогубцах с изолированными ручками (рис. 2.7). Торцы жил прикладываются к угольному электроду, вставленному в специальный держатель. Сварочная цепь состоит из плоскогубцев, угольного электрода и низковольтного трансформатора 220 / 6 В. При прохождении по этой цепи тока на торцах соединяемых жил образуется наплыв из расплавленного металла, который впоследствии застывает.

Осветительные щитки в бытовых помещениях располагают на высоте 2,5 - 3м, а в производственных помещениях на высоте 1,5-1,8м от пола. Силовые щитки устанавливают так, чтобы рукоятки рубильников находились на высоте 1,5-1,8 м от пола.

Размещено на Allbest.ru

...