Электродинамическая и термическая

ТЕЗИСЫ ЛЕКЦИЙ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

Электрические и электронные аппараты

 

Направление подготовки

Электроэнергетика и электротехника»

 

Профиль подготовки

Электропривод и автоматика

 

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

 

 

Форма обучения

Очная

 

 

Новокузнецк

УДК 621.312

 

 

Рецензент:

 

Рецензент: кафедра электротехники и электрооборудования СибГИУ

(зав. кафедрой, к.т.н., доцент Кипервассер М.В.)

 

ТЕЗИСЫ ЛЕКЦИЙ ПО

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Электрические и электронные аппараты» для бакалавров по направлению подготовки140400 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль подготовки «Электропривод и автоматика»/ Сост.: Темников А.В.; СибГИУ. – Новокузнецк, 2012. – 56 с., ил.

 

Тезисы лекций предлагаются студентам бакалаврам для освоения курса «Электрические и электронные аппараты» всех форм обучения.

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

		с
	Классификация электрических и электронных аппаратов……………………………….
	Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам………………………………..
	Электродинамическая и термическая устойчивость ЭА…………………………………
	Электрическая дуга………………………………………………………………………….
	Схемы искрогашения……………………………………………………………………….
	Контакторы с опережением………………………………………………………………...
	Электрические контакты……………………………………………………………………
	Электромагниты……………………………………………………………………………..
8.1	Конструкции электромагнитов…………………………………………………………….
8.2	Релейные характеристики электромагнитов………………………………………………
8.3	Тяговые и механические характеристики электромагнитов……………………………..
8.4	Особенности электромагнитов переменного тока………………………………………..
	Электромагнитная техника…………………………………………………………………
9.1	Нейтральные реле…………………………………………………………………………...
9.1.1	Нейтральные реле тока и напряжения……………………………………………………..
9.1.2	Реле промежуточные………………………………………………………………………..
9.1.3	Реле времени………………………………………………………………………………...
9.1.4	Комбинированное реле на основе индукционного токового реле типа РТ80…90. Состав, принцип действия, работа с реле………………………………………………….
9.1.5	Реле токовое дифференциальное как реле с быстрым насыщением сердечника на примере РНТ-565. Состав, принцип действия, работа с реле……………………………
9.2	Поляризованное реле……………………………………………………………………….
	Обмотки электромагнитов и их расчет…………………………………………………….
10.1	Расчет обмотки электромагнитов постоянного тока (материал, форма, сечение провода, вид намотки, каркас или без)…………………………………………………….
10.2	Расчет обмотки электромагнитов переменного тока……………………………………..
	Время срабатывания и время отпускания электромагнитов. Способы изменения временных параметров электромагнита………………………………………..................
	Датчики электрических и неэлектрических величин……………………………………..
12.1	Общие сведения……………………………………………………………………………..
12.2	Датчики активного сопротивления………………………………………………………...
12.2.1	Реостатные и потенциометрические датчики…………………………………………….
12.3	Датчики реактивного сопротивления……………………………………………………...
12.4	Сельсины и вращающиеся трансформаторы как датчики угла и рассогласования…….
12.5	Датчики скорости……………………………………………………………………………
12.6	Датчики тока и напряжения………………………………………………………………..
12.7	Электродные датчики уровня……………………………………………………………
	Логические элементы……………………………………………………………………….
	Магнитные усилители…………………………………………………................................
	Автоматические выключатели……………………………………………………………..

 

Классификация электрических и электронных аппаратов

 

Электрический аппарат (ЭА) – электротехническое устройство, служащее для коммутации, ограничения электрических величин, контроля и защиты, измерения физических величин, управления электрическими и неэлектрическими объектами.

 

Классификация выполняется:

- по назначению;

- области применения;

- принципу действия;

- роду тока;

- исполнению и т.д.

 

По назначению:

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств (рубильник, пакетный выключатель, выключатель нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители) – для коммутации цепей напряжения до и выше 1 кВ.
2. Ограничивающие аппараты – для ограничений токов КЗ и перенапряжений (реакторы, разрядники, ограничители перенапряжения нелинейные).
3. Пускорегулирующие аппараты – для пуска и регулирования скорости двигателей, частых коммутаций электрических цепей (контакторы и магнитные пускатели, контроллеры и станции управления, ключи управления, пускатели, резисторы, реостаты).
4. Контролирующие аппараты – для контроля и защиты оборудования и электрических сетей (реле и датчики электрических и неэлектрических величин).
5. Измерительные аппараты – для измерений электрических величин и разделения цепей напряжением до и выше 1 кВ (трансформаторы тока и напряжения, конденсаторы-делители)
6. Регулирующие аппараты – для создания систем автоматического регулирования.

 

 

Области применения

 

Деление условно!

 

1. В области электроснабжения предприятий и электросистем. Совпадает с «1» по назначению.
2. Аппараты управления (АЭП, ЭС, ЭСПП и т.д.).

 

Род тока: «~»; «-».

Частота: f =50 Гц; >, <.

Напряжение: < 1кВ - низковольтные; > 1кВ - высоковольтные ® написать ряд напряжений!

 

Исполнение по степени защиты

 

1P – обозначение защитных свойств ® далее идут две цифры:

Первая цифра – обозначает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям аппарата.

Вторая цифра – характеризует защиту от попадания внутрь аппарата жидкостей.

 

Примеры:

1Р00 – Открытое исполнение. Защита от прикосновения отсутствует; инородные тела попадают внутрь аппарата.

1Р60 – Пылезащищенное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли (тальковой пудры).

 

 

Требования, предъявляемые к

Электрическим аппаратам

Общие:

1. При номинальном режиме температура токоведущих частей аппарата не должна превышать значений, рекомендуемых соответствующим стандартом.
2. При КЗ аппараты должны иметь расчетную номинальную электродинамическую и термическую стойкость. После отключения КЗ не должно наблюдаться остаточных явлений в аппарате.
3. Аппараты для частых коммутаций должны иметь высокую износостойкость как механическую, так и электрическую.
4. Изоляция аппаратов подбирается с учетом возможных перенапряжений, классу нагревостойкости и износостойкости (перечисление классов нагревостойкости и краткое содержание материалов).
5. Малые (по возможности) габариты, масса, стоимость.
6. Высокая надежность.
7. Специфические требования в соответствии с типом аппарата.

 

Вставка 1

 

Каждый ЭА выполняет определенную задачу по преобразованию энергии и может быть либо пассивным, либо активным.

Пассивный может быть представлен в виде:

 

x y

,

вход выход

где энергия входа Авх > Авых в результате потерь на преобразование.

Активный отличается от пассивного наличием внутреннего или внешнего источника энергии:

x y

,

вход выход

А

где Авых может быть =, <, > Авх.

В общем случае Авых = ¦(Авх), где сама зависимость может быть линейной или нелинейной.

Энергия «А» может быть представлена электрической, так и неэлектрической величиной.

По форме представленных входных и выходных сигналов ЭА можно разделить на ЭА непрерывного и релейного действия.

Сигналы ЭА непрерывного действия непрерывны в определенном диапазоне времени. ЭА дискретного действия имеют скачкообразное изменение входа и выхода.

У ЭА релейного действия вход изменяется непрерывно, а выход – дискретно, скачком, то есть ЭА занимают промежуточные действия между непрерывными и дискретными.

 

Электродинамическая и термическая

Устойчивость ЭА

 

При прохождении тока через проводник, находящийся в магнитном поле, возникает электродинамическая сила (ЭДУ), воздействующая на проводник. Кроме этого, проводник вследствие потерь мощности нагревается. Электродинамическое усилие и термическое воздействие на проводник резко увеличивается при возникновении тока КЗ в проводнике.

Ток КЗ возникает в результате приложения несоизмеримо большой мощности к несоизмеримо малому сопротивлению.

 

 

 

Рисунок 1 – Процесс короткого замыкания

 

Ток КЗ состоит из периодической и апериодической составляющей и может быть колебательным затухающим и незатухающим процессом: при Sc = ¥ - незатухающий, при Sc ≠ ¥ - затухающий.

Для проектирования и защиты ЭА весьма важным является продолжительность и характер протекания процесса КЗ.

i_nt –

i_у – , (1)

i_at – , (2)

i_но–

 

где i_у – мгновенное значение ударного тока КЗ; i_но – мгновенное значение тока нормального режима; i_аt и i_пt - мгновенное значение апериодической и периодической составляющих тока КЗ; k_у – ударный коэффициент; I^″ - действующее значение периодического тока КЗ в момент t = 0; I_пt – действующее значение периодического тока КЗ в момент t; I_∞ - действующее значение периодического тока КЗ в момент t = ∞.

 

 

Электродинамическая стойкость – способность ЭА сохранять работоспособность и форму после воздействия тока.

Термическая стойкость – способность ЭА не расплавиться во время максимального теплового импульса.

Основные задачи:

- правильно рассчитать величину время электродинамического и термического действия механического тока;

- знать характер действия “~ и -” тока в магнитном поле;

- знать характер противодействия ЭП этим явлениям.

 

Рассмотрим направления ЭДУ при различном расположении проводников.

 

Направление электродинамических усилий:

 

1. i₁ i₁ F₁

 

i₂ i₂

 

F₂

 

Рисунок 2 – Определение направлений ЭДУ

 

Правило «буравчика» и «правило левой руки»: силовые линии входят в ладонь, пальцы – направление тока, оттянутый большой палец – вектор «F».

Дополнительно:

А) Виток

 

 

 

 

Рисунок 3 – Направление ЭДУ для витка

 

ЭДУ направлены на растягивание витка

Б) Цилиндрическая катушка

 

 

Рисунок 4 – Направление ЭДУ для цилиндрической катушки

Совокупность витков: ЭДУ направлены на растягивание витка, а их совокупность в целом сжимает катушку по высоте.

 

Особенности ЭДУ на «~» токе

 

Направление «~» тока меняется синхронно «¦» питающей сети. Также синхронно меняется и направление «F». Для однофазной сети, представленной одним или двумя проводниками все происходит аналогично цепи «-» тока, но возможен механический резонанс в результате совпадения гармонических колебаний тока и «F» цепи «~» тока собственных колебаний деталей ЭА. Поэтому стараются подобрать частоту собственных колебаний деталей ЭА выше двойной частоты колебаний «F» или выполнить токоведущую часть ЭА гибкой. В этом случае перемещение проводников не вызовет сильной деформации деталей ЭА.

В трехфазной цепи «~» тока дополнительно накладывается ужесточение условий работы фазы «В». Учитывая это, стремятся выбрать ЭА по ЭДУ с запасом.

ЭДУ при КЗ и выбор ЭА по паспортным и расчетным данным: i_у < i_н.дин

 

Нагрев ЭА

«-» ток: нагрев определяется потерями мощности на активном сопротивлении.

_, джоуль

i, A; R, Ом; t, сек.

 

«~» ток: как и на «-» токе и дополнительно эффектом близости и поверхностным эффектом.

 

, (3)

где ;

К_д – коэффициент добавочных потерь;

К_п – коэффициент поверхностных потерь;

К_б – коэффициент близости;

К_п и К_б по таблице справочника по ЭА;

К_п = ¦(¦сети, форма проводника и его габариты); К_п­ при ¦_с­.

– для усредненного проводника.

К_б = ¦(¦_с, γ – проводимость материала, форма и взаимное расположение проводников)

На «~» токе добавляются потери активной мощности в ферромагнитных деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле, за счет возникновения вихревых токов и перемагничивания.

Нагрев ЭА определяется тремя видами теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность определяет тепловое сопротивление R_т материала, из которого выполнен ЭА:

, (4)

 

где S – поверхность ЭА; d_i – толщина i-тых стенок, через которые проходит тепловой поток; λ_i – удельная теплопроводность «i-той» стенки.

Конвекция – это перенос тепла, связанный с перемещением микрообъемов нагретого газа или жидкости. Существует естественная и искусственная конвекция. При искусственной конвекции отвод тепла от нагретого тела производится с помощи искусственной охлаждающей среды. Конвекция характерна коэффициентом теплоотдачи a, который определяется как тепло, снимаемое за 1с с поверхности в 1м² при разности температур поверхности и охлаждающей среды в 1⁰ С, в Вт/м² ∙⁰С.

Тепловое излучение или лучеиспускание – отдача телом тепла за счет излучений: ультрафиолетовых, световых, инфракрасных.

В общем тепловой поток «Ф» равен:

 

, , (5)

 

где k_т – удельный обобщенный коэффициент теплоотдачи; S – охлаждаемая поверхность; t⁰ – превышение температуры тела над температурой охлаждающей среды.

Физический смысл «k_т»: мощность, отдаваемая с единицы поверхности охлаждения при повышении температуры в 1⁰С (1 Вт∙м^-2∙⁰С^-1=10⁴ Вт∙см^-2∙⁰С^-1).

Процесс нагрева в расчетных рабочих режимах можно разделить на переходный и установившийся. Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура ЭА не изменяется. При этом характеристики охлаждающей среды остаются тоже неизменными.

Если при включении ЭА температура меняется, то наблюдается переходный процесс. По нагреву ГОСТ 183-74 для электрических машин выделяет 8 режимов, каждый из которых отличается продолжительностью включения «ПВ», числом пусков в час, временем пуска.

При продолжительном режиме работы (S1, ПВ = 100%) можно изобразить следующую картину:

 

 

 

Рисунок 5 – Продолжительный режим работы

 

Температура достигает своего установившегося значения значения при t = 3τ, где τ – постоянная времени нагрева электромашин. На рисунке 5: 1 – кривая нагрева при t₀¹0, где t₀- начальное превышение температуры;2 – кривая нагрева при t₀ = 0;3 – кривая охлаждения.

 

, с, (6)

где С_уд – удельная теплоемкость единицы массы, Вт∙с/кг∙⁰С; М- масса тела, кг; S- поверхность тела, м².

,

 

где t_в – время включения, с; t_р – время работы под нагрузкой, с; t_п – время паузы, с;

t_р+ t_п = t_ц, где t_ц – время цикла, с. t_в = t_ц®100% = ПВ ®100%.

Кратковременный режим S2 характерен ПВ < 15%, нагревом и охлаждением по примеру на рисунке 6.

 

 

 

 

Рисунок 6 – Кратковременный режим: 1 – нагрев во время включения; 2 – охлаждение до температуры окружающей среды

 

При повторно-кратковременном режиме S3…S8 идет чередование времени работы и времени паузы. На рисунке 7 приведен один из таких режимов, который называется перемежающимся (S6). Особенностью режима является постоянное включение двигателя, но часть времени двигатель работает под нагрузкой (t_р1, t_р3), а часть – в режиме холостого хода (t_р2). Стандартные ПВ повторно-кратковременных режимов равны 15, 25, 40, 60%. Режимы отличаются друг от друга наличием включений в течение часа, временем пуска, наличием электрического торможения, реверса или другими особенностями. Температура перегрева может достичь установившейся t_у в квазистационарном режиме, в котором максимальное и минимальное t в режиме включения и пауз станут близки друг другу. Тогда t®tу.

 

 

 

 

Рисунок 7 – Перемежающийся режим работы

 

При коротком замыкании (КЗ) тепловой расчетный импульс максимален и равен I²_∞∙ t_п, где I_∞ – периодический ток КЗ в установившемся режиме; t_п – приведенное время процесса КЗ, которое зависит от действительного времени t процесса КЗ и соотношения β^″ = I^″ /I_∞, гдеt определяется временем действия релейной защиты, а токи сопротивлением цепи КЗ. При проверке ЭА на термическую стойкость используют сравнение расчетного теплового импульса (В_к) с допустимым по паспортным данным (В_н) для ЭА:

 

I²_∞∙ t_п = В_к < В_н = I²_нту∙ t_нту, (7)

 

где I_нту и t_нту – соответственно ток и время номинальной термической устойчивости (по справочнику).

Электрическая дуга

 

Дуга появляется при условии:

U > U₀ и I > I₀

где U₀ и I₀ – минимальные значения напряжения и тока, необходимые для поддержания дугового разряда.

Для разных материалов они следующие:

 

	U0, В	I0, А
Платина	17,0	0,9
Золото	15,0	0,38
Серебро	12,0	0,4
Вольфрам	17,0	0,9
Медь	12,3	0,43
Уголь	18-22	0,03

 

Если I < I₀, то при U = 270 – 330 В возникает тлеющий разряд или искра.

 

 

 

Рисунок 8 – Электрическая дуга

Основные свойства дугового разряда:

1. Дуга сопровождается большими токами при малых напряжениях.
2. Температура центральной части дуги в ЭА достигает величины 6000 – 18000 К.
3. Плотность тока на катоде достигает 10² – 10³ А/мм^2.
4. Падение напряжения у катода составляет всего 10-20 В и практически не зависит от тока.

Поскольку для ЭА дуга опасна, если не используется для технологии, то нас в первую очередь, интересуют процессы возникновения, устойчивого горения дуги и условия ее быстрого погашения.

Дуга имеет три области: околокатодную, столб дуги, околоанодную (рисунок 8). Здесь: Х – длина дуги; Е – напряженность электрического поля; U – напряжение дуги.

Ток дуги Iq ≈ const через все три области, однако процессы ионизации и деионизации в областях разные. Рассмотрим последовательно все области.

Околокатодная область: α ≤ 10^-6м, Uкатода = 10 ÷ 20 В, Е_ср = 10⁷ В/м (средняя напряженность электрического поля). Основные носители тока – электроны с катода, движущиеся в электрическом поле, создаваемым объемным положительным зарядом (положительные ионы около катода) и катодом. Электроны, ускоряясь, соударяются с нейтральными частицами и ионизируют их. Положительные ионы разгоняются в поле катода и бомбардируют его, вызывая повышение температуры катода и испарение его материала. При высоких температурах катода возникает термоэлектронная эмиссия, хотя для дуги достаточно и автоэлектронной эмиссии (эмиссия за счет электрического поля).

Дуговой столб:

Основной источник ионов и электронов – термическая ионизация: большая температура увеличивает скорость частицы настолько, что, ударяясь о нейтральный атом, она его ионизирует. Здесь характерны зависимости:

1) увеличение Е → ионизация ↑;

2) рост температуры → ионизация ↑;

3) масса ↓ → скорость ↑→ ионизация ↑;

4) давление газа ↑ → степень ионизации ↓;

5) присутствие металлических паров → степень ионизации ↑.

Зависимости используются как для поддержания устойчивости горения дуги в технологических процессах, так и для гашения дуги. Гашение дуги происходит за счет деионизации дугового столба, которая в большей степени зависит от теплового (энергетического) баланса дуги.

Охлаждение дуги происходит за счет излучения, теплопроводности и конвекции. Решающими факторами здесь являются теплопроводность и конвекция (до 85% потери энергии дуги). Например, горение в трансформаторном масле приводит к образованию водорода, у которого теплопроводность очень велика. Дуга в атмосфере водорода быстро охлаждается и гаснет. Для сравнения: ток, отключаемый в атмосфере «Н», в 7,5 раза выше, чем в воздухе при одинаковом давлении. Аналогичным эффектом, но за счет конвекции, обладает принудительное дутье сжатым воздухом с высокой скоростью или магнитное дутье за счет действия магнитного поля – это приводит к перемещению дуги в пространстве и ее интенсивному охлаждению.

Околоанодная область:

Вблизи анода за счет движения электронов к аноду создается отрицательный объемный заряд, что вызывает околоанодное падение напряжения и повышение Е.

 

U_анода= 5 ÷ 10 В.

 

Энергия электронов отдается аноду, что резко увеличивает температуру анода (выше температуры катода!), что приводит к вторичной эмиссии электронов.

Однако t↑ анода и околоанодной области существенно не влияют на возникновение и условие горения дуг.

Для сильноточной дуги U_а↓ и очень мало.

В ЭА до 1 кВ «α» дуги не велика и

U_столба << U_катода + U_анода.

Такие дуги называют короткими. Основная часть тепла отводится электродами.

В ЭА с U > 1 кВ:

U_столба >> U_катода + U_анода.

Такие дуги называют длинными. Процессы горения дуги, в основном, определяются состоянием столба дуги.

Способы гашения дуги

 

Здесь следует выделить:

- применение для контактов тугоплавких металлов, сплавов, включая металлокерамику, (происходит уменьшение количества паров металла в дуге);

- увеличение «раствора» контактов (увеличивается величина пробивного напряжения между контакт-деталями);

- расположение контактов в среде с большой теплоемкостью или конвекцией (охлаждение дуги);

- применение дугогасительных устройств;

- расположение контактов в вакууме (минимизация количества заряженных частиц в дуге).

Почти все способы мы рассмотрели ранее, кроме специальных дугогасительных устройств, к которым относится магнитное и воздушное дутье с большой скоростью, воздействующие на столб дуги, а также дугогасительные камеры или решетки.

Магнитное и воздушное дутье вызывает перемещение столба дуги в пространстве и интенсивное охлаждение дуги. Если воздушное дутье приводит к увеличению давления в дуге и выдуванию дуги из под контактов, то магнитное дутье способствует перемещению дуги за счет действия выталкивающей силы «F» в магнитном поле на проводник, которым является сама дуга.

 

 

 

Рисунок 9 – Магнитное дутье

 

Для организации магнитного дутья используется либо постоянный магнит, либо электромагнит из нескольких витков, расположенный около размыкающих контактов.

 

 

 

 

Рисунок 10 – Дугогасительная проводящая решетка

 

На рисунке 10: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 – стальные пластины, образующие решетку; 4 – провода.

Дуга под действием электродинамических сил и нагретого воздуха затягивается в пространство между стальными пластинами и делится на ряд коротких дуг, интенсивно охлаждаемых. Одновременно уменьшается напряженность электрического поля между отдельными дугами.

Вместо стальных пластин решетка может быть набрана изоляционными пластинами, расположенными чуть выше контактов, где возможно возникновение дуги. Здесь дуга за счет нагретого воздуха затягивается в пространство между изоляционными пластинами и удлиняется, что тоже способствует охлаждению дуги. Одновременно происходит изолирование одной дуги от другой.

 

Способы искрогашения

 

Искрение может привести к возникновению или возобновлению дуги. Если же это не происходит, то способствует эрозии контактов и в ряде случаев (отключение цепей индуктивности) перенапряжению при отключении цепи. Само перенапряжение может вызывать появление искры и далее дуги.

Для искрогашения используют схемы искрогашения, защиту от перенапряжения или специальные конструкции контактов.

 

 

Схемы искрогашения

 

Для искрогашения используются три основные схемы: схема шунтирования нагрузки емкостью с сопротивлением (рисунок 11), где С_ш и R_ш – емкость и активное сопротивление шунта; схема шунтирования контактов (рисунок 12); схема шунтирования нагрузки диодом (рисунок 13). При разрыве контактов «К» в схеме на рисунке 11 возникает переходный ток i, что не дает возможности появиться перенапряжению между контакт-деталями и, соответственно, искре. В схеме на рисунке 12 ток переходного процесса i протекает при разрыве контактов «К» через источник, исключая появление искры между контакт-деталями.

 

 

Рисунок 11 – Схема шунтирования нагрузки

 

 

 

Рисунок 12 – Схема с шунтированием контактов

 

На рисунке 13 вместо R-C цепочки для шунтирования нагрузки использован диод, включенный в цепь в обратном направлении. Явления аналогичны процессу на рисунке 11.

 

 

 

Рисунок 13 – Схема шунтирования нагрузки диодом

 

 

Контакторы с опережением

Использование дугогасительных и основных контактов в контакторах с опережением позволяет сохранить достаточно долго главные контакты от разрушения искрой и дугой.

Процесс отключения: вначале движение начинают главные контакты, затем дугогасительные тогда, когда расстояние между главными контактами достаточно, чтобы выдержать без пробоя максимальное напряжение U, возникающее в процессе гашения дуги на дугогасительных контактах.

Процесс включения: при включении вначале включаются дугогасительные контакты, а затем главные. Тем самым дуга на главных контактах исключается.

Система громоздка и используется только в контакторах с очень большими токами.

 

 

 

 

Рисунок 14 – Контактор с опережением:1-1^' – главные контакты / медь- серебряные наконечники, контактная пластинка/2-2^' – дугогасительные контакты /медь/

 

Процесс отключения: вначале движение начинают главные контакты, затем дугогасительные тогда, когда расстояние между главными контактами достаточно, чтобы выдержать без пробоя максимальное напряжение U, возникающее в процессе гашения дуги на дугогасительных контактах.

Процесс включения: при включении вначале включаются дугогасительные контакты, а затем главные. Тем самым дуга на главных контактах исключается.

Система громоздка и используется только в контакторах с очень большими токами.

 

 

Электрические контакты

Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющих проводить ток. Соприкасающиеся проводники называются контакт-деталями или контактами.

Различают три типа конструкций контактов:

- жесткие контакты (служат для неподвижного соединения токоведущих деталей: болтовые и шинные соединения, кабельные спайки, места присоединения ЭА к питающей сети);

- неразмыкающиеся контактные соединения подвижных элементов (используются для передачи тока с подвижного контакта на неподвижный, либо для того, чтобы дать возможность элементу неподвижного контакта иметь малое перемещение под действием подвижного контакта).

Изготовление: гибкая связь из тонкой медной ленты (0,1∙10^{-3 мм и менее) или многожильного плетеного проводника из медных жил (}d = 0,1∙10^-3); скользящие и роликовые токосъемы;

- разрывные контакты (служат для разрыва цепей с током, который часто оказывается больше, чем минимальный ток дугообразования). Дуга может возникнуть либо при начальном разрыве, либо при приближении к неподвижным контактам для соединения электрической цепи.

К контактам предъявляется ряд требований: надежность электрического соединения, долговечность, стойкость к неблагоприятному влиянию окружающей среды.

Обозначения контактов на схемах даны в ГОСТах ЕСКД. Рекомендовать книги: Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с., ил.; Камнев В.Н. Чтение схем и чертежей электроустановок. – М.: Высшая школа, 1986. – 144 с., ил.; Усатенко С. Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД. / Справочник – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 325 с., ил. Показать реле с различными контактами различной конструкции и функциями. Определить логику работы контактов реле времени.

Простейший случай контактной группы – контактная пара, в которой один контакт оказывается подвижным, другой – неподвижным. В замкнутом состоянии контакты прижаты друг к другу с контактным усилием Р_к. Усилие чаще всего обеспечено контактными пружинами разной конструкции.

Поверхности контактов шлифуются, однако контактные площадки остаются неровными и ток при нажатии контактов проходит только в отдельных точках и поверхностях.

 

 

Рисунок 16 – Поверхности контактов

 

Контактное усилие Р_к сминает по возможности все неровности до тех пор, пока механическое нажатие Р не окажется меньше напряжения смятия s_см.

 

, (8)

 

– суммарная площадь соприкосновения контакта.

Если на поверхности «контактных площадок» образуется окисная непроводящая пленка, то необходимо создать усилие Р_к, достаточное для продавливания пленки. При выборе контакта следует стремиться к минимальному контактному сопротивлению R_к. Известно соотношение для R_к:

 

(9)

 

где а – коэффициент, зависящий от материала контактов, чистоты обработки контактных площадок и степени ее окисленности; b – коэффициент, характеризующий форму контактов.

 

 

Рисунок 15 – Формы контактов

 

Применение: точечные – I ≤ 3А; линейные – I = десятки ампер; плоскостные – I = десятки, сотни ампер.

 

Ниже обозначен коэффициент «а» для контактов:

 

Вид контакта	а
Медные точечные	(0,14 ÷ 0,175)∙10-3
Медные плоскостные	(0,09 ÷ 0,28)∙10-3
Медные луженые	(0,07 ÷ 0,10)∙10-3
Серебряные	0,06∙10-3

- олово не окисляется;

- окись серебра имеет ту же проводимость, что и чистое серебро.

На R_к влияет температура контактов, которая пропорциональна падению напряжения U_к на контактах. На рисунке 17 показано изменение R_к = f (U_к) для двух значений усилий P_к. Чем больше P_к, тем меньше R_к. Рассмотрим особенности изменения R_к.

Вначале R_к↑ вследствие ↑ сопротивления материала контактов из-за нагрева. При U_к1 на контактах материал теряет прочность и сминается, поэтому ↑S_к и R_к↓. Затем наблюдается участок с неизменным R_к: рост сопротивления из-за роста температуры и ↓ R_к вследствие увеличения S_к уравновешиваются. При ↑U_к до U_к2 происходит сплавление контактов.

 

 

 

Рисунок 17 – Зависимость R_к от Р_к и U_к

 

Таким образом, U_к необходимо выбирать ≤ U_к1, чтобы избежать потери прочности материала контакта.

 

.

 

Алгоритм выбора контактов следующий:

1. По заданному току I выбираются размеры (площадь, сечение), материал и форму контактов /справочник!/.
2. Определяют R_к.доп

.

 

1. По функции R_к = f (P_к) – эмпирическая формула, находят P_к при R_к = R_к.доп.

 

Для надежного гашения дуги при размыкании контактов и невозможности ее появления в разомкнутом состоянии между контактами создают определенное расстояние называемое «раствором» контакта.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: