Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Принцип действия магнитного усилителя.




Основные требования, предъявляемые к электрическим аппаратам.

 

Электрический аппарат - электро-техническое устройство, предназначенное для управления электрическими и неэлектрическими объектами, а также для защиты от ненормальных режимов работы.

 

Классификация электрических аппаратов по назначению:

1. Коммутационные: выключатели высокого и низкого напряжения, разъеденители, контакторы.

2. Защитные (для защиты от токов к.з. и перенапряжений): предохранители.

3. Ограничительные (ограничивают токи к.з. и перенапряжения): реакторы, разрядники.

4. Пуско-регуляторы: пускатели, силовые и коммутационные контроллеры.

5. Контролирующие: реле напряжения, тока, мощности; реле направления мощности, датчики.

6. Регулирующие.

 

Аппараты могут подразделяться:

1. По ряду тока: постоянный или переменный.

2. По уровню напряжения: низковольтные и высоковольтные.

3. По ряду защиты окружающей среды.

4. По месту установки: наружные или в помещении.

5. По климатическому исполнению.

 

Основные требования предъявляемые к электрическим аппаратам.

 

Аппарат должен выдерживать перегрев от электрического тока; термическое и динамическое воздействие от токов к.з. и работать после их устранения; изоляция аппарата должна выдерживать перенапряжение; аппарат должен обеспечивать надежность срабатывания; обладать точностью и быстродействием; иметь малые габариты; небольшой вес, приемлемую стоимость.

Электрические аппараты как низкого так и высокого напряжения обычно являются конструктивно-законченными электрическими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанные на эксплуатацию в различных условиях.

Электромеханические электрические аппараты имеют в своей основе контактную систему с различными типами приводов (ручным, электромагнитным, механическим и др.).

Процессы протекающие аппаратах определяются физическими явлениями: электрическая дуга, теплоперенос, массперенос, контактные явления, электромагнитные и электродинамические взаимодействия.

По способу коммутации в электрической цепи аппараты могут быть контактными и бесконтактными полупроводниковые приборы: транзисторы, тиристоры).

Первые статические аппараты выполнялись на дросселях насыщения (магнитные усилители, реле, регуляторы).

Современные на полупроводниковых элементах: мощные диоды, силовые транзисторы и тиристоры, их также называют ключами. Особенность их в том, что отсутствует электрическая дуга. Управление электронной проводимостью полупроводниковых переходов позволяет осуществлять коммутацию электрической цепи без возникновения дуги.

В последние годы формируется новое направлении – гибридные электрические аппараты, сочетающие контактную систему и полупроводниковые ключи.

 

Требования к электрическим аппаратам зависят от назначения, условий эксплуатации и требуемой надежности.

Каждый электрический аппарат при работе обтекается током, при этом в токоведущих частях выделяется тепло и аппарат нагревается. Температура не должна превосходить некоторого определенного назначения, устанавливаемого для данного аппарата и его деталей.

В каждой электрической цепи может иметь место ненормальный или аварийный режим работы, в этом случае по аппарату протекает ток в сотни раз превышающий номинальный. Аппарат подвергается в течении определенного времени термическим и электродинамическим воздействиям тока, однако он должен выдерживать эти воздействия без каких-либо деформаций препятствующих дальнейшей работе.

В электрической цепи могут иметь место перенапряжения. Изоляция аппарата должна обеспечивать надежную работу при заданных значениях.

Контакты аппаратов должны включать и отключать все токи и напряжения, а некоторые аппараты должны быть способны включать и отключать токи и напряжения аварийных режимов.

Дальнейшее совершенствование электрических аппаратов связано с развитием теории электро-магнитного поля, электродинамики, математических методов расчета линейных и нелинейных электрических цепей. В разработку теории электрических аппаратов значительный вклад внесли работы ученых: Петров, Долио-Добровольский, Губкевич,Таев, Буль, Разанов.

 

3…………….Анализ работы дросселя насыщения.

Принцип действия магнитного усилителя.

 

Дроссель насыщения – катушка со стальным сердечником, на котором размещены 2 обмотки: рабочая и управляющая.

 

На рисунке показана схема регулирования силы переменного тока при помощи дросселя насыщения.

Задачи этой схемы изменить силу тока через сопротивление нагрузки.

 

Рабочая обмотка ωр соединяется последовательно с нагрузкой Rн, а управляющая обмотка ωу замкнута на источник постоянного тока. Этот тока подмагничивает стальной сердечник, изменяя магнитную проницаемость катушки, а следовательно индуктивное сопротивление на стороне переменного тока. Увеличение постоянного тока в управляющей обмотке уменьшает сопротивление рабочей обмотки, следовательно ток будет увеличиваться.

Для сердечников дросселей насыщения необходимо использование быстро насыщаемых материалов, например пермаллоя.

 

 

 

Кривую намагничивания подобных материалов можно приближенно изобразить в виде двух прямолинейных участков.

 

 

- дифференциальная (динамическая) индуктивность

На первом участке кривой намагничивания и относительно велики, следовательно тоже будет иметь большое значение.

На втором участке кривой намагничивания сердечник насыщен и дифференциальная индуктивность близка к 0, следовательно мало и индуктивное сопротивление.

Пусть к рабочей цепи подведено синусоидальное напряжение.

U=Umsinωt

Если цепь постоянного тока разомкнута (управляющая), а переменное напряжение относительно мало, то катушка работает в режиме первого участка кривой намагничивания (сердечник ненасыщен), индуктивное сопротивление будет большим. В этих условиях режима возбуждения намагничивающий ток катушки весьма мал, а следовательно мало напряжение и на зажимах нагрузки.

Uн=iRн

Таким образом, при отсутствии постоянного намагничивания, дроссель насыщения в течении всего периода запирает цепь переменного тока. Влияние активных сопротивлений в этих условиях ничтожно, поэтому напряжение.

U=Umsinωt =-e = ,

а поток в сердечнике Ф=Фмsin(ωt- )

При включении постоянно постоянного управления, его намагничивающая сила половину периода будет направлена согласно намагничивающей силе переменного тока рабочей обмотки, другую половину периода эти намагничивающие силы будут направлены встречно.

При согласованном воздействии переменной и постоянной намагничивающей силы, поток в сердечнике достигает значения насыщения.

 

 

В условиях режима насыщения индуктивное сопротивление дросселя насыщения падает практически до нуля, следовательно, при переходе от режима возбуждения к режиму насыщения цепь переменного тока отпирается.

Этот переход можно считать скачкообразным, если петля гистерезиса сердечника прямоугольная.

 

5……………….Основные схемы и соотношения двухполупериодных магнитных усилителей с самоподмагничиванием (МУС). Методика расчета.

 

 

Магнитные усилители делятся на две группы: дроссельные и МУС.

В дроссельном МУ по рабочей обмотке протекает переменный ток. В цепь рабочей обмотки МУС включены диоды, в следствии чего в них протекает выпрямленный ток.

Однополупериодный МУС

 

В качестве усилителей однополупериодные МУС не применяются по следующим причинам:

1) Схема может питать нагрузку только выпрямленным током;

2) Прохождение тока лишь в течении половины периода уменьшает выходную мощность;

3) Для ограничения наведенных в области управления токов необходимо включение добавочного индуктивного сопротивления, что увеличивает инерционность усилителя.

Наиболее широко применяется двухполупериодная однотактовая или двухтактовая схемы. В этом случае выходная мощность на нагрузке увеличиваются в 4 раза, а расход материала только в 2 раза.

Двухполупроводниковые МУС используют для построения датчиков измерительных трансформаторов постоянного тока, стабилизаторов напряжения и мощности.

Основные соотношения в МУС.

 

 

,

- полное активное сопротивление цепи (сопротивление нагрузки, рабочей обмотки и сопротивление диода в прямом направлении),

- КПД рабочей цепи усилителя

,

,

.

В согласованном режиме () в сопротивлении нагрузки выделяется максимальная мощность, но ɳ=0,5, т.е. половина мощности идет на нагревание рабочей обмотки, а вторая потребителю. При мощностях свыше 10Вт, это может привести к перегреву обмоток.

Для ограничения нагрева чаще всего используют режим, когда сопротивление нагрузки (), при этом мощность в нагрузке падает незначительно, а потери в рабочей обмотке снижаются до допустимых значения.

Согласно закону электро-магнитной индукции, при изменении магнитного поля в любой обмотке с числом витков W, последней возникает ЭДС:

E=4,44WfBmS; Uср=4 W fBmS; .

При синусоидальном магнитном потоке его можно записать в комплексной форме:

Ф(jω)=Фm ,

Е m=-jωW Ф m , при t=0: Е m=-jωW Ф m и Еm=ωWФm,

Еm=Е , U=E=> U=4,44WfBmS,

,

Eср=Uср=4fWBmS.

 

Расчет МУ сводится к расчету дросселя, т.е. к выбору материала и размеров сердечника, определению обмоточных данных, обеспечивающих заданные технические показатели.

Используются два варианта расчета дросселя на заданную мощность:

1) Расчет по допустимому падению напряжения на активном сопротивлении рабочей обмотки (по заданному кпд), при этом дроссель может быть недоиспользован по недогреву;

2) Расчет по допустимой температуре нагрева, при этом величина ɳ может быть больше заданной (не менее 0,5).

 

Таким образом расчет МУ производится следующим образом:

1) Выбор типа размеров сердечника, обеспечивающих заданную мощность, при этом может быть просчитан ряд вариантов и выбран оптимальный, для окончательно выбранного сердечника определяют плотность тока и ɳ.

2) Определяем величину напряжения питания и параметры рабочей обмотки.

3) Рассчитываем число витков обмотки управления.

4) Производим уточненный расчет: проверяем влезают ли обмотки в пазы сердечника, с учетом защитного каркаса, изоляции между обмотками и диаметра свободного отверстия; уточняем величины обмоток, ɳ, температуру перегрева.

 

Мощность на выходе усилителя:

 

Pн=UнIн; Uн=ɳ = ;

 

- коэффициент, характеризующий степень насыщения реальных сердечников, при снятии с усилителя номинальной мощности;

- коэффициент запаса стали;

;

 

- коэффициент формы тока, характеризующий отношение формы переменного тока от синусоидального;

;

qп.р.- площадь сечения проводника рабочей обмотки;

- плотность тока.

 

Так как площадь сечения обмотки управления мала по сравнению с площадью сечения рабочей обмотки, то можно принять Sп.р.=Sм.

Характеристики магнитопроводов и параметры обмотки проводов берутся из справочников.

 

7……………..Аппараты тепловой и токовой защиты.

 

 

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени определяется температурным режимом его работы (для двигателей нефтегазовой станции 80 , если выше на 5 , то срок его службы укорачивается в 2 раза).

В случае перегрева оборудования происходит интенсивное старение изоляции, структурные изменения металлов, которые сокращают срок службы. Источником теплоты является механическое трение и токовые нагрузки. Для любого оборудования существует время-токовая характеристика – зависимость допустимой длительности протекания тока от его значения.

 

 

 

Аппараты тепловой защиты.

 

Применяются для защиты различного электро-технического оборудования (главным образом статорных обмоток двигателей) от перегрева длительно-протекающим током перегрузки. Аппараты тепловой защиты, как правило, на основе биметаллических пластин. Аппараты тепловой защиты также характеризуются с помощью время-токовой защиты.

Тепловые реле реагируют не на превышение температуры нагрева защищаемого объекта, а на ток вызывающий это превышение. В этом принципиальный недостаток тепловых реле.

Постоянные времени защищаемого объекта и теплового реле могут сильно отличаться друг от друга, поэтому согласовать их защитные характеристики сложно.

Достоинства тепловых реле: малые размеры и масса, простота конструкции, надежность в эксплуатации, невысокая стоимость.

 

Номинальный ток реле и нагревателя – это наибольший ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание реле. При срабатывании теплового реле размыкаются контакты в цепи питания катушки магнитного пускателя, который отключает двигатель. За номинальный ток уставки принимаем наибольший ток при протекании которого реле не срабатывает.

Реле не должно срабатывать при пуске двигателя и кратковременных толчках нагрузки. При перегрузке в 20% время срабатывания должно быть не более 10-20мкс.

 

Типы тепловых реле: ТРП, ТРН, ТРТ.

Iном.уст.=(0,75…1,25)Iном.нагр.

 

Недостатки аппаратов на основе биметаллических пластин: непригодность для защиты цепей от токов к.з., нерегулируемость защитной характеристики (уставка тока регулируется, но время срабатывания нет), большое время срабатывания, большие потери энергии, необходимость остывания после срабатывания.

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...