 |
Разрядники и ограничители перенапряжений.
|
|
|
|
Разрядник – защитный электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электрических установках и сетях. Разрядники применяются для защиты от импульсных всплесков перенапряжений, вызванных атмосферными разрядами и коммутациями аппаратов. Конструктивно разрядник состоит из двух электродов, один из которых крепится на защищаемой цепи, а второй заземляется. Разрядник имеет дугогасительное устройство. Пространство между электродами называется искровым промежутком. Одно из требований, предъявляемых к разрядникам – это то, что разрядник не должен срабатывать в нормальном режиме. После пробоя возникает к.з. на землю, т.к. пробой – это дуга, то она должна быть погашена.
По способу гашения дуги разрядники бывают: трубчатые, вентильные и магнитовентильные. В трубчатом разряднике используется такая же система как и в предохранителях.
Вентильный разрядник состоит из многократного искрового промежутка и рабочего резистора. При разряде, многократный искровой промежуток пробивается, рабочий резистор ограничивает сопровождающий ток до величины, которая может быть погашена искровым промежутком.
Магнитовентильный разрядник состоит из нескольких последовательных блоков с магнитными искровыми промежутками.
Ограничитель перенапряжений (нелинейный ограничитель перенапряжений) не содержит искровых промежутков. Активная часть ограничителя состоит из легированного металла, поэтому он ведет себя как множество последовательно соединенных варисторов. Варистор характеризуется нелинейной вольт-амперной характеристикой. Переход из закрытого в открытое состояние занимает наносекунды.
|
|
|
Преимущества ограничителя перенапряжений – это высокая скорость срабатывания, стабильность характеристик после многократных срабатывания.
Условные обозначения разрядников и ограничителей перенапряжения.
1 - общее обозначение разрядника;
2 – трубчатый разрядник;
3 – вентильный и магнитовентильный разрядник;
4 – нелинейный ограничитель перенапряжений.
14…………………14.Влияние переходного сопротивления контактов на нагрев проводников.
Наличие переходного сопротивления контактов неизбежно приводит к тому, что в зоне контакта выделяется тепло, т. е. всякий электрический контакт является дополнительным источником тепла. В контактном соединении можно выделить зону стягивания, т. е. ту часть проводников, прилегающих к поверхности контакта, в которой сосредоточено сопротивление стягивания. Разумеется, сопротивление, обусловленное наличием окисных пленок, также сосредоточено в этой зоне, непосредственно между поверхностями контакта.
Ввиду того, что наружная поверхность зоны стягивания невелика, в первом приближении можно пренебречь количеством теплоты, отдаваемой в окружающую среду непосредственно этой поверхностью, и считать, что теплота, генерируемая в этой зоне, распространяется в части проводника, прилегающей к этой зоне, а далее с поверхности проводников - в окружающую среду.
При прохождении тока нагревается само тело проводника, что приводит к увеличению падения напряжения на этом участке электрической цепи. Кроме этого, изменяется сопротивление стягивания и увеличивается падение напряжения на переходном сопротивлении контакта 
Известно, что для каждого материала существуют определённые падения напряжения на контактах, при которых температура контактного пятна достигает значений, характеризующих фазовое состояние материала. Так, температуре рекристаллизации соответствует напряжение размягчения. Температуре плавления материала соответствует напряжение плавления, а температуре кипения – напряжение кипения.
|
|
|
Зависимость сопротивления контакта от падения напряжения на нём (R – U характеристика) представлена на рис. 2.4.
С ростом падения напряжения на контакте U к переходное сопротивление вначале растёт, а затем, при напряжении U р происходит резкое падение механических свойств материала. При том же усилии нажатия увеличивается площадь контактирования и переходное сопротивление резко уменьшается. В дальнейшем оно снова линейно возрастает, а при напряжении U пл электрический контакт сваривается – переходное сопротивление снова резко уменьшается.
15………………Электромеханические, поляризованные и другие типы реле автоматики.
Реле – электрический аппарат, в котором при плавном изменении входной величины происходит скачкообразное изменение выходной величины. Чтобы реле считалось электромеханическим, одна из двух величин должна быть электрической (ток, мощность, сопротивление, напряжение), а другая величина механической (перемещение контактов). По области применения реле делят на реле автоматики, электропривода и энергосистем.
По принципу действия реле делятся на электромагнитные, поляризованные, индукционные, магнитоэлектрические и полупроводниковые.
По характеру входной величины реле бывают: реле напряжения, реле тока, реле мощности, реле частоты.
Реле может реагировать не на абсолютное значение входной величины, а на разность двух величин (дифференциальное реле), на изменение знака входной величины, реле направления мощности.
Если реле должно воздействовать на множество управляемых цепей или его мощность недостаточна для управления цепью, используют промежуточные реле.
Так же реле делятся на контактные и бесконтактные (управляются ключами).
По способу включения реле делятся на первичные и вторичные.
Релейная характеристка.
Хср – параметр срабатывания;
Хотп – параметр отпускания;
- коэффициент возвратного значения.
Рабочая воздействующая величина – максимальное значение входного параметра, под воздействием которого воспринимающий элемент может находится длительное время не разрушаясь и не перегреваясь.
|
|
|
Конструкция электромеханического реле.
1 – магнитопровод;
2 – обмотка из двух частей;
3 – поворотный якорь;
4 – противодействующая пружина;
5 – подвижный поворотный контакт;
6 – неподвижный контакт.
Магнитопровод шихтуется из листов электротехнической стали. Две части обмотки можно соединять последовательно и параллельно, изменяя мощность срабатывания реле. Якорь выполнен из листа электротехнической стали и имеет Z-образную форму.
Мощность коммутируемых контактов составляет 50Вт при напряжении 220В.
Аналогичную конструкцию имеют реле напряжения, но их обмотки выполнены с большими числами витков.
Поляризованные электромагнитные реле реагируют на напряжение сигнала.
Отличительная особенность поляризованных реле – наличие в их конструкции постоянного поляризующего магнита.
Преимущества таких реле: более высокая чувствительность и быстродействие.
Мощность срабатывания поляризованных реле в 10 раз меньше, чем у неполяризованных. Время срабатывания поляризованных реле не превышает 2…3млс.
Высокая частота срабатывания и высокая механическая и коммутационная износостойкость. Магнитная цепь может быть выполнена последовательной, параллельной или мостиковой. Поляризация осуществляется от постоянного магнита или электромагнита. Якорь поляризованных реле может занимать 2 и 3 положения.
В поляризованных реле действуют два магнитных потока:
1) Создаваемый постоянным магнитом;
2) Создаваемый катушкой с управляющим током.
1 – магнитопровод;
2 – обмотка управления;
3 – якорь;
4 – постоянный поляризующий магнит;
5 – подвижный контакт;
6 – неподвижный контакт.
В поляризованном электромагните при изменении направления тока в катушке изменяется направление силы действующее на якорь.
Гирконовые реле.
В гирконовых реле сам контакт находится в герметичной колбе. Известно, что самым ненадежным узлом электромагнитного реле является контактная система. Контакты разрушаются из-за электрической дуги, искр, окислительных процессов; попадания пыли, грязи, влаги. Перечисленные недостатки отсутствуют в реле с герметичными контактами.
|
|
|
1 – контакты;
2 – стеклянная колба;
3 – катушка.
1 – переключающий контакт сферической формы.
Контакты изготавливаются из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, баллон заполняется инертным газом – азотом, инертная среда предотвращает окисление контактов. Баллон устанавливается внутри обмотки управления.
При подаче тока в обмотку под действием магнитного потока контакты слипаются между собой. Контактные поверхности покрываются золотом, родием, палладием или серебром. При отключении тока, магнитный поток и электромагнитная сила спадают и под действием сил упругости контакты размыкаются. В гирконовых реле отсутствуют детали подверженные трению. Гирконы также называются – магнитоуправляемыми контактами.
Одним из способов устранения вибрации является использование жидко-металлических контактов.
В переключающем гирконе внутри подвижного контакта имеется канал, по которому из нижней части баллона поднимается ртуть.
ФИЖ – ферромагнитная изоляционная жидкость.
Управление гирконом можно осуществлять и с помощью постоянного магнита. Постоянный магнит совместно с управляющей катушкой позволяет создать размыкающийся контакт.
17……………
18……………………..Общие сведения
Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток. Соприкасающиеся проводники называются контакт-деталями или просто контактами.
Как бы ни была тщательно обработана поверхность соприкосновения контактов, электрический ток проходит из одного контакта в другой только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как абсолютно гладкой поверхности нельзя получить ни при каком методе ее обработки.
Рассмотрим процесс перехода тока из одного контакта в другой при касании двух цилиндрических контактов по торцам.
Положим, что контакты имеют только одну площадку касания и что эта площадка имеет форму круга с радиусом а. Величину радиуса а при пластической деформации можно найти по формуле
где:
F - сила нажатия контактов;
- временное сопротивление на смятие материала контактов.
В результате стягивания линий тока к площадке касания путь тока меняется.
Сечение проводника, через которое фактически проходит ток, становится меньше, что вызывает увеличение сопротивления.
|
|
|
Сопротивление в области точки касания, обусловленное явлениями стягивания тока, называется переходным сопротивлением контакта.
Рис. 2.2.1. Идеализированная картина растекания тока в точечном контакте
Картина растекания тока в области стягивания (рис. 2.2.1.а) аналогична картине растекания тока из плоского диска радиусом а полубесконечную среду. Учитывая, что размеры области стягивания малы по сравнению с размерами тела контакта, реальные контакты можно заменить полубесконечными телами. Для двух полубесконечных тел, контактирующих по одной круглой площадке касания, картина поля тока и электрических потенциалов представлена на рис. 31.б.
Эквипотенциальные поверхности являются полуэлепсоидами вращения, линии тока гиперболами с общим фокусом. Для такой идеализированной картины растекания тока в контактах переходное сопротивление
,
где 
- удельное сопротивление.
С точностью до 5% эта формула справедлива, если поперечные размеры тела контакта превосходят в 13 раз диаметр площадки касания. Определив а, имеем
Если имеет место упругая деформация контактирующих выступов, то 
.
Для многоточечных контактов
,
где m – показатель, меняющийся от 0,7 до 1.
Сопротивление 
зависит и от обработки поверхности, Шлифовка ведет к тому, что на поверхности остаются более пологие выступы с большим сечением. Снятие таких выступов возможно только при больших силах нажатия. Поэтому сопротивление шлифованных контактов выше, чем контактов с более грубой обработкой.
Мы рассмотрели только переходное сопротивление, вызванное явлением стягивания линий тока.
В действительности контактирующие поверхности покрыты адсорбированными молекулами газа, в котором располагались контакты до их замыкания. Очень часто эти молекулы вступают в химическую реакцию с материалом контактов, в результате чего на поверхности металла могут возникнуть пленки с очень высоким удельным сопротивлением.
Если напряжение замыкаемой цепи мало или нажатие на контакты недостаточно, то иногда контакты вообще не пропускают тока. Как только свежезачищенная поверхность контактов соприкасается с воздухом, сейчас же начинается процесс образования пленки и переходное сопротивление может возрасти в десятки раз.
В связи с этим контакты на малые точки (малые нажатия) изготовляются из благородных металлов, не поддающихся окислению (золото, платина и др.).
В сильноточных контактах пленка окислов разрушается либо благодаря большим нажатиям, либо путем самозачистки при включении за счет проскальзывания одного контакта относительно другого.
При прохождении тока через область стягивания линий тока контакт нагревается.
С ростом температуры сопротивление стягивания изменяется из-за роста удельного сопротивления материала
,
где 
- сопротивление стягивания при температуре тела контакта 
.
Возрастание превышения температуры контактной точки 
, приводит к увеличению сопротивления 
.
19…………………Тяговая сила электромагнита постоянного тока. Роль короткозамкнутого витка в электромагните переменного тока.
Электромагниты являются неотъемлемой частью большинства электрических аппаратов. Электромагнитные явления выполняют основные и вспомогательные функции устройств, а также создают нежелательные паразитные эффекты.
Тяговую электромагнитную силу используют следующие аппараты: реле, контакторы, пускатели, автоматические выключатели, дистанционные переключатели и фиксаторы положения; ударные, пробивные и прессовые механизмы; муфты сцепления и торможения.
Тяговая сила в электромагните постоянного тока.
Сила – это производная электромагнитной энергии по координате изменения энергии.
Устройство электромагнита.
На рисунке: 1 – ярмо, 2 – якорь, 3 – пружина, 4 – катушка, W- число витков намагничивающей катушки, 
и 
- рабочий магнитный поток и поток рассеяния, 
- воздушный зазор, R – активное сопротивление катушки.
- эдс расходуется на потери в сопротивлении обмотки и на намагничивание.
, где 
- энергия от источника питания; 
- энергия потраченная на нагрев катушки; 
- полная электромагнитная энергия, созданная магнитодвижущей силой (WI).
, где 
- магнитодвижущая сила приходящаяся на воздушный зазор; 
- магнитодвижущая сила в сердечнике.
По закону Ома для магнитной цепи:
, 
- магнитная проводимость воздушного зазора.
, 
- длина воздушного зазора; S – сечение магнитопровода, воздушного зазора.
- энергия магнитного поля в воздушном промежутке.
- магнитная сила в воздушном зазоре.
Это выражение используется для расчета тяговой силы электромагнита. Статическая тяговая характеристика – зависимость силы от величины зазора.
Механическая характеристика – зависимость между противодействующей силой и величиной зазора.
Получить выражение для модуля тяговой силы электромагнита:
.
Электромагнитные механизмы постоянного тока.
В зависимости от расположения якоря различают электромагниты приводные и удерживающие. Приводные электромагниты служат для выполнения механической работы. Удерживающие электромагниты используются для удержания ферромагнитных материалов.
Признаки классификации электромагнитов:
1) По роду тока (постоянного тока нейтральные и поляризованные; переменного тока и с выпрямлением переменного тока);
2) По способу включения катушки (параллельный, последовательный, дифференциальный);
3) Длительность работы (продолжительный, коротковременный, повторно коротковременный);
4) Быстродействие (нормальные, замедленные, быстродействующие);
5) По выполняемым функциям (тянущие, толкающие, удерживающие, ударные, вибрирующие, поворотные, реверсные);
6) По типу магнитной цепи (с разомкнутой и замкнутой);
7) По расположению якоря (с втягивающимся или втяжным якорем, с внешним притягивающимся якорем, с внешним якорем поперечного движения);
8) По характеру движения якоря (с линейным и угловым перемещением);
9) По числу фиксированных положений якоря (двух позиционные и трех позиционные с нейтральным положением);
10) По наличию стопа (со стопом и без стопа);
11) По форме стопа и якоря (плоская, коническая, ступенчатая, с ферромагнитными шунтами постоянного и переменного сечения, сферическая);
12) По способу создания возвратной силы (с упругими элементами, с противодавлением, с другими электромагнитами);
13) По исполнению катушки (токовые, напряженческие, каркасные, безкаркасные).
|
|
|
