Некоторые сведения по электротехнике

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сравнение свойств соединений фаз генератора и потребителя в звезду, звезду с нетралью, треугольником в нормальных и аварийных режимах

Звездой называется такое соединение , когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток приёмника (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приёмника, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет -- трёхпроводной.

Если сопротивления Za, Zb, Zc приёмника равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

2.Схемы выпрямления переменного тока

Однополупериодный выпрямитель (Однофазные выпрямители)

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе -- пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50--60 Гц)

Однофазная мостовая схема выпрямления содержит четыре диода V1--V4, соединенных по схеме моста и подключенных к сети переменного тока через трансформатор Т или напрямую. Трансформатор позволяет согласовать напряжение сети и выпрямленное напряжение нагрузки. В одну диагональ моста (точки 1 и 3) включен источник переменного напряжения, а в другую (точки 2 и 4) -- нагрузка Rн. Общая точка 2 катодных выводов служит положительным полюсом выпрямителя, а точка 4 анодных выводов -- отрицательным. В однофазной мостовой схеме диоды работают поочередно парами V1 , V3 и V2, V4 (рис. 5.6, б). В положительный полупериод напряжения и2ф ток проходит через диод V1 нагрузку Rн к диоду V3.

Трехфазная нулевая схема выпрямления (а). Графики напряжений (б)

Трехфазная нулевая схема выпрямления состоит из трех диодов. Анодные выводы диодов обычно подключают к обмоткам трансформатора, а катодные выводы -- к общей точке. Нагрузку включают между нулевой точкой трансформатора и общей точкой диодов. При активной нагрузке Rнток через каждый диод протекает в течение 1/3 периода переменного тока, когда напряжение в одной фазе трансформатора больше, чем в других, а выпрямленный ток проходит по нагрузке непрерывно.

Недостаток трехфазной нулевой схемы -- прохождение через вторичные обмотки тока (iа2, iЬ2 и iс2) только в одном направлении, что создает магнитный поток подмагничивания, вызывающий дополнительный нагрев трансформатора. Поэтому схему широко применяют только в выпрямительных установках с трансформаторами, ток вторичной обмотки которых обычно не превышает 100 А

Трехфазная мостовая схема выпрямления состоит из шести диодов, которые образуют две группы: с общим катодным выводом (V1, V3 и V5) и общим анодным выводом (V2, V4 и V6). Диоды подключаются непосредственно к сети или через трансформатор, первичные и вторичные обмотки которого соединены в звезду или треугольник.

двухполупериодные выпрямители. Они бывают мостовыми и с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора. В двухполупериодных выпрямителях используются оба полупериода напряжения сети, поэтому они являются более эффективными, чем однополупериодные.

3.Способы пуска и торможения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Пуск двигателей постоянного тока

При пуске двигателя в ход -необходимо: 1) обеспечить надлежащую величину пускового момента и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.

Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря приключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Остановка двигателя производится путем его отключения от сети с помощью рубильника или другого выключателя. Схема рис. 10-2 составлена так, чтобы при отключении двигателя цепь обмотки возбуждения не размыкалась, а оставалась замкнутой через якорь. При этом ток в обмотке возбуждения после отключения двигателя уменьшается до нуля не мгновенно, а с достаточно большой постоянной времени. Благодаря этому предотвращается индуктирование в обмотке возбуждения большой э. д. с. самоиндукции, которая может повредить изоляцию этой обмотки.

4. Способы регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Двигатель с независимым возбуждением.

Если обмотку возбуждения подключить к другому источнику постоянного напряжения, то получим двигатель с независимым возбуждением. Такими же свойствами обладают электродвигатели с постоянным магнитом.

Скоростная характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением - это зависимость

n= f ( Iя ) при U = const и Iе = const, где

n - скорость

Iя - ток якоря

Iе - ток возбуждения.

Рис.8.5.4. Скоростная характеристика.

Изменение скорости вращения может происходить за счёт изменения нагрузки и магнитного потока. Увеличение тока нагрузки незначительно изменяет внутреннее падение напряжения из-за малого сопротивления цепи якоря и поэтому лишь незначительно уменьшает скорость вращения двигателя. Что же касается магнитного потока, то вследствие реакции якоря при увеличении тока нагрузки он несколько уменьшается, что приводит к незначительному увеличению скорости двигателя. Таким образом, скорость вращения двигателя с параллельным возбуждением изменяется очень мало. Скорость вращения двигателя определяется формулой:

n = (U - IяRя) / c•Ц,

где

c - коэффициент, зависящий от устройства машины.

Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением можно регулировать либо изменением сопротивления в цепи якоря, либо изменением магнитного потока. Следует отметить, что чрезмерное уменьшение тока возбуждения и, особенно, случайный обрыв этой цепи очень опасны для двигателей с параллельным и независимым возбуждением, т.к. ток в якоре может возрасти до недопустимо больших значений. При небольшой нагрузке (или на холостом ходу) скорость может настолько возрасти, что станет опасной для целостности двигателя.

5. Двигатель постоянного тока. Устройство, принцип работы

Двигатель постоянного тока -- электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Описание коллекторного ДПТ

По некоторым мнениям этот двигатель, можно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простейший двигатель (рис. 1), являющийся машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на индукторе (статоре), из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на якоре (двухполюсного якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.

Простейший двигатель имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное) и равно:

,

где -- число витков обмотки ротора, -- индукция магнитного поля полюсов статора, -- ток в обмотке ротора [А], -- длина рабочей части витка обмотки [м], -- расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], -- синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], -- угловая скорость [рад/сек], -- время [сек].

Статор (индуктор)

На статоре ДПТ располагаются, в зависимости от конструкции, или постоянные магниты (микродвигатели), или электромагниты с обмотками возбуждения (катушками, наводящими магнитный поток возбуждения).

В простейшем случае статор имеет два полюса, то есть один магнит с одной парой полюсов. Но чаще ДПТ имеют две пары полюсов. Бывает и более. Помимо основных полюсов на статоре (индукторе) могут устанавливаться добавочные полюса, которые предназначены для улучшения коммутации.

Ротор (якорь)

Ротор состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью, датчика положения ротора и переключателя (в обычных машинах это функции коллектора). В простейшем случае, ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, то есть имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки», из которых невозможен самозапуск двигателя.

Ротор с тремя полюсами (условно полторы пары) имеет наименьшее число полюсов ротора, при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле, один полюс всё время находится в зоне коммутации, то есть ротор имеет неявные две пары полюсов.

Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание, в зависимости от угла поворота ротора, относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек, необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, и для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его, в первом приближении, можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции, равным:

,

где -- масса цилиндра (ротора), а -- радиус цилиндра (ротора).

Коллектор

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции: является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка -- неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).

Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов.

При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора недопустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

6. Способы регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком «беличьей клетки». Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие механического контакта со статической частью машины.

Принцип действия

На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающийся электромагнитный момент ротора

Регулирование скорости изменением первичной частоты (частотное регулирование ) требует применения источников питания с регулируемой частотой (синхронные генераторы с переменной скоростью вращения, ионные или полупроводниковые преобразователи частоты и др.)- Поэтому данный способ регулирования используется главным образом в случаях, когда для целых групп двигателей необходимо повышать (п > 3000 об/мин) скорости вращения

Импульсное регулирование скорости производится путем периодического включения двигателя в сеть и отключения его от сети или путем периодического шунтирования с помощью контактора К сопротивлений, включенных последовательно в цепь статора, или полупроводниковых вентилей. При этом двигатель беспрерывно находится в переходном режиме ускорения или замедления скорости вращения ротора и в зависимости от частоты и продолжительности импульсов работает с некоторой, приблизительно постоянной скоростью вращения.

7.Асинхронный двигатель. Устройство, принцип работы

Асинхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. В России асинхронными машинами стали называть машины, которые являются индукционными. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Достоинства:

*Лёгкость в изготовлении.

*Отсутствие механического контакта со статической частью машины.

Недостатки:

*Небольшой пусковой момент.

*Значительный пусковой ток.

Принцип действия

На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающийся электромагнитный момент ротора.

Конструкция

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части -- конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

8.Способы пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Пуск двигателя с фазным ротором

Пусковые свойства асинхронного двигателя зависят от особенностей его конструкции, в частности от устройства ротора.

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.

При пуске асинхронного двигателя имеет место повышенное потребление электрической энергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронном двигателе, но и на сообщение движущимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Поэтому при пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором начальный пусковой момент, соответствующий скольжению sп= 1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

Реостатный пуск асинхронных двигателей

Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

9.Тормозные режимы асинхронного двигателя

Различают следующие тормозные режимы асинхронных машин:

1-генераторное торможение;

2-динамическое торможение;

3-торможение противовключением.

Генераторное торможение - Машина переходит в режим генератора, если n>n0, т.е. если ротор вращается быстрее магнитного поля. Этот режим может наступить при регулировании скорости вращения увеличением числа пар полюсов или уменьшением частоты источника питания, а также в подъемно-транспортных машинах при опускании груза, когда под действием силы тяжести груза ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля

Динамическое торможение - Этот тормозной режим используется для точной остановки мощных двигателей. На время торможения обмотка статора отключается от сети переменного напряжения и подключается и источнику с постоянным напряжением. При этом обмотка статора будет создавать постоянное неподвижное магнитное поле. При вращении ротора относительно этого магнитного поля изменяется направление ЭДС и тока ротора, что приведет к изменению направления электромагнитного момента, т.е. он станет тормозным. Под действием этого момента происходит торможение. Изменяя величину подведенного к обмотке статора напряжения, можно регулировать время торможения. Основным достоинством этого тормозного режима является точная остановка. Постоянное напряжение можно подводить к обмотке статора только на время торможения. После остановки двигатель нужно отключить от сети постоянного тока.

Торможение противовключением - Этот тормозной режим возникает при реверсе двигателя, а также широко используется для быстрой остановки двигателя.

10.Релейно-контакторная схема управления двигателя постоянного тока

Типовые схемы релейно-контакторного управления (РКУ) двигателями постоянного тока (ДПТ) обеспечивают автоматический пуск, реверсирование и ступенчатое регулирование скорости вращения ДПТ, автоматическое электрическое торможение.

Схема обеспечивает пуск ДПТ в функции независимой выдержки времени в три ступени, регулирование скорости ослаблением магнитного потока, динамическое торможение в функции ЭДС, защиту от коротких замыканий, обрыва поля ДПТ, от самозапуска после исчезновения и появления напряжения. Управляется схема командоконтроллером SA, имеющим секции и четыре положения - нулевое и три рабочих.

Для запуска двигателя SA переводится в одно из рабочих положений. КМ подает напряжение на цепь якоря, М начинает разгоняться. КТ1, потеряв питание, отключается и с выдержкой времени включает КМ1, который шунтирует Rg1, а также катушку реле КТ2. Это реле с выдержкой времени включает КМ2 и т. д. Включение КМЗ означает выход ДПТ на естественную характеристику и разрешение на ослабление магнитного поля - включение KV3 и отключение КМ5 и введение в цепь ОВ резистора RB , т. е. формирование искусственной характеристики.

Для остановка ЭП ключ переводится в положение 0. Все контакторы отключаются, а реле KV2, включив КМ4, подключает к М резистор RДТ. Происходит динамическое торможение. При снижении ЭДС до минимального эначения KV2 отключается, после чего процесс торможения завершается.

11. Релейно-контакторная схема управления асинхронного двигателя

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется с введенными резисторами в цепи ротора. Резисторы в цепи ротора служат для ограничения токов не только в процессе пуска, но и при реверсе, торможении, а также при снижении скорости.

По мере разгона двигателя для поддержания ускорения привода резисторы выводятся. Когда пуск закончится, резисторы полностью шунтируются, и двигатель перейдет работать на естественную механическую характеристику.

На рис. приведена схема асинхронного двигателя с фазным ротором, где с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляется пуск двигателя в две ступени, причем напряжение подается одновременно на силовые цепи и цепи управления с помощью выключателя QF.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Управление двигателем осуществляется в функции времени. При подаче напряжения в цепь управления реле времени КТ1,. КТ2 срабатывают и размыкают свои контакты. Далее нажимается кнопка SB1. Это приводит к срабатыванию контактора КМЗ и пуску двигателя с резисторами, введенными в цепи ротора, так как контакторы КМ1 и КМ2 питания не получают. При включении контактора КМЗ реле КТ1 теряет питание и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ1 через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1. По истечении указанного времени включается контактор КМ1, шунтирующий первую пусковую ступень резисторов. Одновременно размыкающий контакт КМ1 в цепи реле КТ2 размыкается, реле КТ2 теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который срабатывает через промежуток, равный выдержке времени реле КТ2, и шунтирует вторую ступень резисторов в цепи ротора

12.Организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасное производство работ

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ в электроустановках, являются:

оформление работ нарядом, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации; допуск к работе; надзор во время работы;

оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания работы.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ:

произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационных аппаратов;

на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационных аппаратов должны быть вывешены запрещающие плакаты;

проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

установлено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, установлены переносные заземления);

вывешены указательные плакаты "Заземлено", ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части, вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты.

13.Электробезопасность. Действие электрического тока на организм работающего. Виды электротравм

Электробезопасность -- система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, связанной с влиянием электрического тока и электромагнитных полей. Электробезопасность включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование.

Действие электрического тока на организм человека

*Прикосновение к токоведущим частям

*Зона шагового напряжения

*Прикосновение к нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением

*Электрическая дуга

*Электромагнитное поле

Протекание тока через организм человека вызывает воздействия:

*Термическое

*Химическое (электролитическое)

*Механическое (взрывоподобное парообразование)

*Электродинамический эффект

*Биологическое

Последствия воздействия электрического тока:

Местные:

-ожоги (токовые, дуговые)

-металлизация кожи

-электрические знаки

-механические повреждения (разрывы, вывихи)

-электроофтальмия

Общие (электрические удары)

1 степень - судорожное, едва заметное сокращение мышц

2 степень - судорожное сокращение мышц с едва переносимой болью -> Электрический шок - резкая слабость, угнетение функций организма

3 степень - судорожное сокращение мышц с потерей сознания при сохранении дыхания и сердечной деятельности -> Коматозное состояние - отсутствие сознания

4, 5 степени - остановка дыхания и нарушение деятельности сердца -> Клиническая смерть - отсутствие дыхания и/или сердечной деятельности. Обменные процессы сохраняются 4-6 минут

Биологическая смерть

Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током

-Длительность протекания тока (ожоги тканей тела, нагрев внутренних органов, изменение состава крови, нарушение функций центральной нервной системы, вероятность совпадения времени протекания электрического тока с фазой Т кардиоцикла)

-Путь протекания тока

-Величина тока

-Род и частота тока (максимум по болевым ощущениям: 22 В переменного тока и 100 В постоянного)

-Индивидуальные свойства человека (психологическая готовность, физическое состояние, возраст и пол)

Пороговые значения тока

Условно безопасный	0,1 мА
Пороговый ощутимый	1,1 мА
Пороговый неотпускающий	15 мА
Пороговый фибрилляционный	70 мА
Смертельный	100 мА

14.Устройства защитного отключения, принцип действия, условия применения

генератор асинхронный двигатель

Устройство защитного отключения-- механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя).

Основная задача УЗО -- защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Принцип работы

Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока. Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку.

УЗО измеряет алгебраическую сумму токов[источник не указан 736 дней], протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырем для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна -- в ней имеет место утечка.

15.Происхождение реактивной мощности. Коэффициент мощности. Почему необходимо компенсировать реактивную мощность? Способы компенсации

Реактивная мощность -- величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз ц между ними: Q = UI sin ц (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает -- отрицательным). Единица реактивной мощности -- вольт-ампер реактивный (var, вар). Физически "реактивная мощность" - это, например, энергия, затрачиваемая на перемагничивание короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя при его работе, то есть ЛЮБОЙ асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность из сети независимо от момента на своем валу. Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: . Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счет этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

16.Класификация электрических машин. Типы и некоторые технические характеристики электродвигателей переменного и постоянного двигателя

Классификация

Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина является электрическим двигателем; когда механическая работа преобразуется в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина является электрическим генератором; когда электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида, тогда электрическая машина является электромеханическим преобразователем и когда механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло, тогда электрическая машина является электромагнитным тормозом. Для большинства машин выполняется принцип обратимости, когда одна и та же машина может выступать как в роли двигателя, так и в роли генератора или электромагнитного тормоза.

По принципу действия выделяют нижеследующие виды машин:

*Асинхронная машина -- электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения.

*Синхронная машина -- электрическая машина переменного тока, в которой частоты вращение ротора и магнитного поля в зазоре равны.

*Машина двойного питания (и как вариант - асинхронизированная синхронная машина) -- электрическая машина переменного тока, в которой ротор и статор в общем случае имеют разные частоты питающего тока. В результате ротор вращается с частотой, равной сумме (разности) питающих частот.

*Машина постоянного тока -- электрическая машина, питаемая постоянным током и имеющая коллектор.

*Трансформатор -- электрический аппарат [2] переменного тока (электрический преобразователь), преобразующий электрический ток напряжения одного номинала в электрический ток напряжения другого номинала. Существуют статические и поворотные трансформаторы.

*Инвертор на базе электрической машины (см. также Умформер) -- как правило, пара электрических машин, соединённых валами, выполняющих преобразование рода тока (постоянный в переменный или наоборот), частоты тока, числа фаз, напряжений.

*Вентильный двигатель -- электрическая машина постоянного тока, в которой механический коллектор заменён полупроводниковым коммутатором (ПК), возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, размещенных на роторе; а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК по сигналам логического устройства поочерёдно, в определённой последовательности, попарно подключает фазы электродвигателя к источнику постоянного тока, создавая вращающееся поле статора, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора, создаёт вращающий момент электродвигателю.

17.Автоматические выключатели

Автоматический выключатель-- это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких как токи короткого замыкания.

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий, а также для нечастых включений и отключений электрических цепей. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения.

Устройство

Автоматический выключатель . Включение-отключение производится рычажком, провода подсоединяются к винтовым клеммам . Коммутацию цепи осуществляют подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или магнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину , нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока (времятоковая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,45 от номинального тока предохранителя. Настройка тока срабатывания производится в процессе изготовления регулировочным винтом. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический выключатель готов к следующему использованию после остывания пластины.

Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 2ч10 раз от номинала, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы B, C и D в зависимости от чувствительности мгновенного расцепителя).

Классификация

1. По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока.

2. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырехполюсные.

3. По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.

4. По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока; с независимым расцепителем; с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.

5. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик.

6. По наличию свободных контактов(«блок-контактов» для вторичных цепей): с контактами; без контактов.

7. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние -- с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним).

8. По виду привода: с ручным; с двигательным; с пружинным.

9. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

Принципиальная схема конструкции трёхфазного контактора: 1 -- Катушка 2 -- Пружина 3 -- Подвижная часть 4 -- Замыкающиеся контакты

Контамктор -- двухпозиционный электромагнитный аппарат, предназначенный для частых дистанционных включений и выключений силовых электрических цепей в нормальном режиме работы.

Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные контакторы постоянного тока и трёхполюсные контакторы переменного тока. К контакторам из-за частых коммутаций (число циклов включения-выключения для контакторов разной категории изменяется от 30 до 3600 в час) предъявляются повышенные требования по механической и электрической износостойкости. Контакторы как постоянного, так и переменного тока содержат: электромагнитную систему, контактную систему, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, дугогасительную систему, систему блок-контактов (вспомогательные контакты, переключающие цепи сигнализации и управления при работе контакторов). В отличие от автоматических выключателей контакторы могут коммутировать только номинальные токи, они не предназначены для отключения токов короткого замыкания.

Управление контактором осуществляется посредством вспомогательной цепи оперативного тока, проходящего по катушкам контактора, напряжением 24, 42, 110/127, 220 или 380 вольт. Для обеспечения безопасности при обслуживании контактора, величина оперативного тока должна быть значительно ниже величины рабочего тока в коммутируемых цепях. Контактор не имеет механических средств для удержания контактов во включенном положении, при отсутствии управляющего напряжения на катушке контактора он размыкает свои контакты. Для удержания контактов в рабочем положении применяется схема «самоподхвата» с использованием пары нормально-открытых контактов или постоянно существующий потенциал, например напряжение с выхода ПЛК.

Как правило, контакторы применяются для коммутации электрических цепей промышленного тока при напряжении до 660 В и токах до 1 600 А. Для использования в качестве контактора могут применяться управляющие реле (англ. control relay), имеющие нормально открытые пары контактов.

Основные области применения контакторов: управление мощными электродвигателями (например, на тяговом подвижном составе -- электровозах, тепловозах, электропоездах, трамвайных и троллейбусных вагонах, на лифтах), коммутация цепей компенсации реактивной мощности, коммутация больших постоянных токов.

Магнитные пускатель

Пускатель электромагнитный -- это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления предназначенное для пуска и разгона электродвигателя до номинальной скорости, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электродвигателя и подключенных цепей от рабочих перегрузок. Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя, плавкими предохранителями.

Устройство и применение

Магнитный пускатель с защитным тепловым реле

Помимо простого включения, в случае управления электродвигателем пускатель может выполнять функцию переключения направления вращения его ротора (т. н. реверсивная схема), путем изменения порядка следования фаз для чего в пускатель встраивается второй контактор. Переключения обмоток трехфазного двигателя со «звезды» на «треугольник» производится для уменьшения пускового тока двигателя.

Исполнение магнитных пускателей может быть открытым и защищенным (в корпусе); реверсивным и нереверсивным; со встроенной тепловой защитой электродвигателя от перегрузки и без нее.

Реверсивный магнитный пускатель представляет собой два трёхполюсных контактора, укреплённых на общем основании и сблокированных механической или электрической блокировкой, исключающей возможность одновременного включения контакторов.

Магнитный пускатель, контактор или реле имеют силовые и блокировочные контакты. Силовые используются для коммутации мощной нагрузки; блок-контакты -- в управляющей цепи. Силовой и блок-контакт может быть нормально открытым (Normal Open, NO) и нормально закрытым (Normal Close, NC). Нормально открытый контакт в нормальном положении контактора разомкнут. Нормально закрытый контакт в нормальном положении контактора замкнут. Контакты контактора, пускателя или реле на принципиальных схемах показываются в нормальном положении

18. Виды защиты электродвигателей

Аварийные режимы работы электродвигателей

Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.

К аварийным режимам относятся:

1) многофазные (трех- и двухфазные) и однофазные короткие замыкания в обмотках электродвигателя; многофазные короткие замыкания в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (в проводах и кабелях, на контактах коммутационных аппаратов, в ящиках сопротивлений); короткие замыкания фазы на корпус или нулевой провод внутри двигателя или во внешней цепи -- в сетях с заземленной нейтралью; короткие замыкания в цепи управления; короткие замыкания между витками обмотки двигателя (витковые замыкания).

Короткие замыкания являются наиболее опасными аварийными режимами в электроустановках. В большинстве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения токов нормального режима, а их тепловое воздействие и динамические усилия, которым подвергаются токоведущие части, могут привести к повреждению всей электроустановки;

2) тепловые перегрузки электродвигателя из-за прохождения по его обмоткам повышенных токов: при перегрузках рабочего механизма по технологическим причинам, особо тяжелых условиях пуска двигателя под нагрузкой или его застопоривании, длительном понижении напряжения сети, выпадении одной из фаз внешней силовой цепи или обрыве провода в обмотке двигателя, механических повреждениях в двигателе или рабочем механизме, а также тепловые перегрузки при ухудшении условий охлаждения двигателя.

Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ускоренное старение и разрушение изоляции двигателя, что приводит к коротким замыканиям, т. е. к серьезной аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.

Виды защиты асинхронных электродвигателей

Для того чтобы защитить электродвигатель от повреждений при нарушении нормальных условий работы, а также своевременно отключить неисправный двигатель от сети, предотвратив или ограничив тем самым развитие аварии, предусматриваются средства защиты.

Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита двигателей, выполняемая в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

В зависимости от характера возможных повреждений и ненормальных режимов работы различают несколько основных наиболее распространенных видов электрической защиты асинхронных двигателей.

Защита асинхронных электродвигателей от коротких замыканий

Защита от коротких замыканий отключает двигатель при появлении в его силовой (главной) цепи или в цепи управления токов короткого замыкания.

Аппараты, осуществляющие защиту от коротких замыканий (плавкие предохранители, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем), действуют практически мгновенно, т. е. без выдержки времени.

Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки

Защита от перегрузки предохраняет двигатель от недопустимого перегрева, в частности и при сравнительно небольших по величине, но продолжительных тепловых перегрузках. Защита от перегрузки должна применяться только для электродвигателей тех рабочих механизмов, у которых возможны ненормальные увеличения нагрузки при нарушениях рабочего процесса.

Аппараты защиты от перегрузки (температурные и тепловые реле, электромагнитные реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем или с часовым механизмом) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в ряде случаев, при значительных перегрузках, -- и мгновенно.

Защита асинхронных электродвигателей от понижения или исчезновения напряжения

Защита от понижения или исчезновения напряжения (нулевая защита) выполняется с помощью одного или нескольких электромагнитных аппаратов, действует на отключение двигателя при перерыве питания или снижении напряжения сети ниже установленного значения и предохраняет двигатель от самопроизвольного включения после ликвидации перерыва питания или восстановления нормального напряжения сети.

Специальная защита асинхронных электродвигателей от работы на двух фазах предохраняет двигатель от перегрева, а также от «опрокидывания», т. е. остановки под током вследствие снижения момента, развиваемого двигателем, при обрыве в одной из фаз главной цепи. Защита действует на отключение двигателя.

В качестве аппаратов защиты применяются как тепловые, так и электромагнитные реле. В последнем случае защита может не иметь выдержки времени.

Другие виды электрической защиты асинхронных электродвигателей

Существуют и некоторые другие, реже встречающиеся виды защиты (от повышения напряжения, однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, увеличения скорости вращения привода и т. п.).

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

Аппараты электрической защиты могут осуществлять один или сразу несколько видов защит. Так, некоторые автоматические выключатели обеспечивают защиту от коротких замыканий и от перегрузки. Одни из аппаратов защиты, например плавкие предохранители, являются аппаратами однократного действия и требуют замены или перезарядки после каждого срабатывания, другие, такие как электромагнитные и тепловые реле, -- аппараты многократного действия. Последние различаются по способу возврата в состояние готовности на аппараты с самовозвратом и с ручным возвратом.

Выбор вида электрической защиты асинхронных электродвигателей

Выбор того или иного вида защиты или нескольких одновременно производится в каждом конкретном случае с учетом степени ответственности привода, его мощности, условий работы и порядка обслуживания (наличия или отсутствия постоянного обслуживающего персонала).

Большую пользу может принести анализ данных по аварийности электрооборудования в цехе, на строительной площадке, в мастерской и т. п., выявление наиболее часто повторяющихся нарушений нормальной работы двигателей и технологического оборудования. Всегда следует стремиться к тому, чтобы защита была по возможности простой и надежной в эксплуатации.

Для каждого двигателя независимо от его мощности и напряжения должна быть предусмотрена защита от коротких замыканий. Здесь нужно иметь в виду следующие обстоятельства. С одной стороны, защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5--10 раз превышать его номинальный ток. С другой стороны, в ряде случаев коротких замыканий, например при витковых замыканиях, замыканиях между фазами вблизи от нулевой точки статорной обмотки, замыканиях на корпус внутри двигателя и т. п., защита должна срабатывать при токах, меньших пускового тока.

Одновременное выполнение этих противоречивых требований с помощью простых и дешевых средств защиты представляет большие трудности. Поэтому система защиты низковольтных асинхронных двигателей строится при сознательном допущении, что при некоторых отмеченных выше повреждениях в двигателе последний отключается защитой не сразу, а лишь в процессе развития этих повреждений, после того как значительно возрастет ток, потребляемый двигателем из сети.

Одно из важнейших требований к устройствам защиты двигателей - четкое действие ее при аварийных и ненормальных режимах работы двигателей и вместе с тем недопустимость ложных срабатываний. Поэтому аппараты защиты должны быть правильно выбраны и тщательно отрегулированы.

Размещено на Allbest.ru

...