21) Выключатели и рубильники.

Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи. Выключателем может называться коммутационный аппарат, не имеющий собственного названия, имеющий как минимум два фиксированных положения своих контактов (включено/отключено) и способный изменить это положение под действием внешних сил, на другое положение контактов (включено/отключено) на сколь угодно малое или большое значение времени.

Классификация:

Механические ключи служат для непосредственного управления цепью, так как диэлектрический рычаг механического ключа обычно напрямую связан с токоведущими частями ключа. Применяются обычно в случае, когда не требуется отделять управляемую цепь. Выключатели освещения, Пакетные выключатели, Тумблеры, Переключатели различных конструкций: галетные, клавишные, движковые и др.

Электромагнитные

Электромагнитные ключи служат для дистанционного управления, управления высоковольтными цепями (в случаях, когда опасно управлять напрямую механическим ключом), гальванической развязки между устройством управления и нагрузками, синхронного управления несколькими цепями от одного сигнала (Реле, Контакторы, магнитные пускатели)

Электронные.

Рубильники Руби́льник — простейший электрический коммутационный аппарат с ручным приводом и металлическими ножевыми контактами, входящими в неподвижные пружинящие контакты (гнёзда), применяемый в электротехнических цепях для включения/отключения нагрузки с большой силой тока. Типы: перекидной рубильник — первая самая простая модификация с одним или двумя положениями фиксации коммутации, с любым количеством одновременно коммутируемых линий; рубильник с поворотным приводом

Применение рубильников: Рубильники применяются для включения узлов, находящихся под нагрузкой (с дугогасительной камерой), и систем подачи электроснабжения с большой силой тока (обычно от 20 Ампер). Рубильники без дугогасительной камеры предназначены для включения и отключения сети без нагрузки.

22) 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 многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий, то есть управляться токами короткого замыкания и перегрузки. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения. Состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

23) Предохранитель. Электрический предохранитель — электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании высокой силы тока.

Разновидности предохранителей : Вставка предохранителя обычно одноразовая. Для защиты электрических цепей устройствами неоднократного срабатывания (неразрушающийся элемент) обычно применяются автоматические выключатели. В низковольтных цепях также применяются самовосстанавливающиеся предохранители. В электрической цепи плавкий предохранитель является слабым участком электрической цепи, сгорающий в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение высокой температурой. Автоматический предохранитель (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются 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 электромагнитным.

24) Реостат – это прибор, служащий для регулирования (ограничения) тока или напряжения в электрической цепи. Реостат – это прибор, служащий для регулирования (ограничения) тока или напряжения в электрической цепи.

Основной частью реостата является проводящий элемент, обладающий переменным сопротивлением. В свою очередь, электрическое сопротивление проводящего элемента, в зависимости от конструкции реостата, может изменяться плавно или ступенчато.

Функции реостата – управляемое ограничение тока или напряжения.

Выделяют реостаты возбуждения, пусковые, пускорегулировочные и нагрузочные реостаты, а так же: Проволочный реостат. Состоит из проволоки из материала с высоким удельным сопротивлением, натянутой на раму. Проволока проходит через несколько контактов. Соединяя с нужным контактом, можно получить нужное сопротивление.

Ползунковый реостат. Состоит из проволоки из материала с высоким удельным сопротивлением, виток к витку натянутой на стержень из изолирующего материала. Проволока покрыта слоем окалины, который специально получается при производстве. При перемещении ползунка с присоединённым к нему контактом слой окалины соскабливается, и электрический ток протекает из проволоки на ползунок. Чем больше витков от одного контакта до другого, тем больше сопротивление. Такие реостаты применяются в учебном процессе. Разновидностью ползункового реостата является Агометр в котором роль ползунка выполняет колёсико из проводящего материала, двигающееся по поверхности диэлектрического барабана с намотанной на него проволокой.

Жидкостный реостат, представляющий собой бак с электролитом, в который погружаются металлические пластины. Обеспечивается плавное регулирование. Величина сопротивления реостата пропорциональна расстоянию между пластинами, и обратно пропорциональна площади части поверхности пластин, погруженной в электролит[1].

Ламповый реостат. Состоит из набора параллельно включённых ламп накаливания. Изменением количества включённых ламп изменялось сопротивление реостата. Недостатком лампового реостата является зависимость его сопротивления от степени разогрева нитей ламп.

25) Контроллеры: Контро́ллер — многоступенчатый, многоцепной коммутационный аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схемы главной цепи электрического двигателя или цепи возбуждения, включения и выключения электрической цепи с возможностью одновременно производить сложные переключения схемы управления с помощью одной рукоятки (маховика).

Типы: Барабанный контроллер

Барабанные контроллеры применяются для управления электрическим двигателем до 60 кВт (включение, выключение, изменение направления вращения и частоты вращения) при редких включениях (до 240 включений в час). Недостатком барабанного контроллера является невысокая износостойкость.

Кулачковый контроллер

Управляется с помощью рычага, число включений в час достигает 600. Особенностью является то, что включение происходит за счёт пружины, а выключения за счет кулачка, поэтому контакты разводятся даже при сваривании.

Плоский контроллер

Предназначены для плавного регулирования поля возбуждения крупных генераторов и для пуска двигателей большой мощности, так как имеют много ступеней для переключения. Управляется с помощью винтов, которые приводятся в движение с помощью электрического двигателя через червячную передачу. При ремонтных работах контроллер приводится в движение вручную, с помощью рукоятки. Недостаток — малая износостойкость.

26) Пускатель электромагнитный (магнитный пускатель) — 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. Электромагнитный пускатель состоит из катушки индуктивности, над которой расположен Ш-образный магнитопровод (сердечник). Если на катушку пускателя подать напряжение, то по ней начинает идти ток и создается магнитное поле. Под действием этого поля, сердечник пускателя притягивается и замыкает контакты. Количество контактов в пускателе как правило 3. Это три основных контакта, которые используются очень часто, но еще есть и дополнительные контакты (допконтакты). При помощи них можно делать блокировки зависимого пуска электродвигателей, например, если два двигателя не должны включатся одновременно. Пускатели также бывают реверсивными, т.е. обеспечивают возможность реверса электродвигателя.

27) Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки.

Принцип действия тепловых реле основан на изгибании биметаллического элемента при его нагреве. Биметаллический элемент выполнен из двух металлических пластин с разными коэффициентами линейного расширения.

При нагревании биметаллической пластины она изгибается, так как один металл расширяется больше, другой меньше. На этом принципе и основана работа термореле. Чем больше разность температурных коэффициентов у металлов, тем больше они подходят для использования в биметаллической пластине. Наилучшими вариантами разного линейного расширения сегодня являются: немагнитная сталь – медь, никель – сталь, латунь – инвар.

Обычно, биметаллическая пластина нагревается протекающим через неё током нагрузки. Также существуют модели, в которых пластина разогревается специальным нагревательным элементом, через который течёт ток нагрузки. Но наилучшим считается комбинированный нагрев: и током нагрузки через пластину, и теплом от нагревательного элемента, через который также протекает нагрузочный ток. Изогнувшаяся от тепла пластина воздействует на контакты реле. Однако, учитывая, что изгиб пластины происходит довольно медленно, и как следствие, при размыкании контактов будет образовываться электрическая дуга, в конструкции реле предусматривается ускоряющее устройство. Наилучшим из них является «прыгающий контакт».

Возврат реле в отправное состояние осуществляется специальной кнопкой или (в других моделях) – самопроизвольно после охлаждения биметаллической пластины. Отдельные версии термореле могут защищать электрооборудование от несимметрии токов разных фаз и от пропадания одной из фаз. Исполнительным механизмом теплового реле является, как правило, магнитный пускатель. Реле могут устанавливаться как вовнутрь пускателя, так и на стандартную крепёжную рейку. Диапазон номинальных токов тепловых элементов очень велик и составляет от 1 до 600 ампер.

28) Основные эл-ты электроснабжения(лекция) 28. основные элементы системы электроснабжения.

Производство электроэнергии осуществляется на эл/станции, где устанавливается синхронные генераторы, вырабатывающие энергию синусоидального тока, частота f=50 Гц. Напряжение от 3 до 20 кВ. Для передачи электроэнергии от эл/станций к потребителям сооружаем линии электропередач. Напряжение 6,10,35,110,150,220,330,500.

Принципиальная схема электроснабжения(ищите в тетради, ребят)

Передача электроэнергии на дальние расстояния выгодные при выс.напряжении . чем больше передаваемая мощность и дальность передачи, тем больше напряжение. Повышение напряжения приводит к уменьшению тока => умень-ся потери мощ-ти и энергии в линии электропередач.Г(3…20)кВ. Г- генератор, ПС- подстанция, 1- воздушная линия,2-воздушная или кабельная линия.Если значение напряжения линии передачи не совпадает с напряжением генераторов эл/станции устанавливают повышение подстанции.А в местах потребления эл/энергии – понижающие ПС с одними или несколькими последовательными трансформациями. До уменьшения напряжения от 10 до 0,38кВ.Для связи трансформатора с линиями эл/передачи применяют высоковольтные коммутирующие аппараты. Высоковольтный выключатель для вкл-ия и откл-ия цепи с рабочим током. к.з.

Разъединители предназначены для включения и отключения цепей под напряжением и для создания видимого разрыва в цепях высокого напряжения. Видимый разрыв цепи с помощью разъединителя ,т.е. снятия напряжения контактов после выключателя производят после отключения ее выключателем. Выключатель нагрузки -для включения и отключения токов нагрузки (но не токов короткого замыкания). Для вкл. Токов короткого замыкания последовательно с выключателем гнагрузки ставят высоковольтные предохранители. Выключатель нагрузки применяют в сетях с напряжением 6-10 кВ. В схемах электроснабжения, промышленных предприятий ставят с низким напряжением 6-10 кВ могут быть (псч), главной понижающей подстанцией предприятия(гпп). Предприятия от которой отходят линии к распределительным пунктам (рп) и к целевым трансформаторным подстанции(тп). Наличие и число РП зав. От размеров предприятия и установочной мощности цехов, от этого же зав. Число ТП в цехе и мощность трансформатора., поэтому схема электроснабжения пром. Предприятия на 6-10 кВ может иметь вид: рис.2.От мин.6-10кВ воздушная или кабельная линия может идти к цеховым трансформаторным подстанциям(ТП1). На крупных предприятих создают разные для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации. РП питается по двум кабельным линиям при напряжении 6-10 кВ к П присоединяется цеховые ТП 2 и ТП 3. Соединения трансформаторов ТП с линиями передачи может осуществляться через выключатель нагрузки, предохранитель ТП 1 через разъединитель и предохранитель ТП3 или может быть глухим(без аппаратов ТП2).

В зависимости от категории нагрузок потребляемой мощности территориального расположения существует несколько схем питания ТПС. Радиальная схема питания

Положительные ------высокая надежность систем электроснабжения

Минусы ----- большое количество аппаратов и большой расход проводов на линии

Магистральная схема линии надежна, более сложна в эксплуатации, требует меньшего числа аппаратов и меньшего капитальных затрат. Магистральная схем. Применяют обычно комбинированную схему питания, когда одни ТП питают по магистральной, а другие по радиальной схеме. Цеховые тп встроенные в зав.от нагрузки цехов их может быть 1 и более. На каждой Тп устанавливают 1 или 2 трансформатора, со схемой соединения обмоток.

//-соотношение между линейными напряжениями. Обычно силовая технологическая и осветительные нагрузки цеха питаются от одних шин низкого напряжения ТП . иногда осветительная нагрузка питается от отдельного трансформатора, когда числовая нагрузка создает большие колебательные напряжения. Схема питания электроприемника(тоже в тетрадях)

От шин ТП низшего напряжения идёт распределительная сеть напряжения 0,38кВ, для присоединения электроприёмников. От шин Тп через автоматический включатель или рубильник с предохранителем отходят кабельные линии к главным щитам. Для питания силового щита(силовая нагрузка всегда симметричная), поэтому мы применяем трехжильный кабель, а для питания главного щита осветительные нагрузки, применяем четырёхжильный кабель(трехлинейный провод и нейтральный провод таким образом нагрузка не симметричная). От главных щитов отходят групповые линии через автоматические выключатели или через рубильники и предохранители для присоединения каждого двигателя прокладываем отдельную групповую линию с аппаратами включения и защиты. Групповые линии осветительной нагрузки могут быть двух-3-4 проводные. При двухпроводной линии осветительные приборы подлючаются на фазное напряжение(тоесть, к линейному проводу и нейтральному). А при 4-проводной групп линии осветительные приборы присоединяются поочередно по уменьшению линий на разное фазное напряжение. Для питания двигателей иногда применяются крытые шинопроводы, проложенные вдоль цеха. Осветительные коробки с предохранителем и автоматическим выключателем разполагаемой через 0,7 м друг от друга по длине шинопровода. Шинопроводы удобны в цехах с перемещёнными приборами.

29) Выбор двигателей по роду тока и принципу действия, конструктивному исполнению и внешним воздействиям(вся лекция)

Род тока для электропитания двигателя (постоянный ток, переменный ток трех- или однофазный промышленной или повышенной частоты) определяется выбором типа двигателя: двигатель постоянного или переменного тока (синхронный либо асинхронный). Выбранный двигатель должен в наибольшей степени удовлетворять требованиям, предъявляемым к электроприводу, и одновременно быть максимально экономичным и надежным. «Правила устройства электроустановок»  регламентируют основные положения выбора двигателей для электроприводов. 1. Электрические и механические параметры двигателей (номинальные значения мощности, напряжения, частоты вращения, относительная продолжительность включения, перегрузочная способность, начальный пусковой момент, диапазон регулирования частоты вращения и т.п.) должны соответствовать параметрам приводимых в действие механизмов. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от мощности следует применять двигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для привода механизмов с тяжелыми условиями пуска или работы либо требующих изменения частоты вращения следует применять двигатели с наиболее простыми и экономичными методами пуска и регулирования частоты вращения, возможными в данной электроустановке. Двигатели постоянного тока допускается применять только в случаях, когда двигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма либо неэкономичны. Двигатели, устанавливаемые на открытом воздухе, должны иметь исполнение по степени защиты не менее ΙΡ44 или специальное исполнение, соответствующее условиям работы конкретного электропривода (например, для химических установок, взрыво- или пожароопасных сред эксплуатации для особо низких температур окружающей среды и т.п.). Двигатели, устанавливаемые в помещениях, где возможно оседание на обмотках пыли, волокон или других веществ, нарушающих охлаждение, должны иметь закрытое исполнение по степени защиты не менее IP44 или защищенное исполнение, при условии продувания внутренней полости двигателя чистым воздухом, поступающим извне по воздуховодам. При этом корпус продуваемого двигателя, воздуховоды, все сопряжения и стыки должны иметь уплотнение, исключающее присос воздуха из помещения, где установлен собственно двигатель. При установке двигателей в помещениях с температурой окружающей среды более 40 °С должны быть выполнены мероприятия, исключающие возможность недопустимого перегрева двигателя. Например, применить двигатели, рассчитанные на температуру внешней среды, превышающую 40 °С (двигатели металлургических серий), или же применить принудительную вентиляцию с подводом охлажденного воздуха и т.п. 8 Двигатели, устанавливаемые в сырых и особо сырых местах, должны иметь закрытое исполнение и влагостойкую изоляцию обмоток. Вибрационные и ударные воздействия на двигатель не должны превышать значений, допустимых для данного двигателя. Двигатели, устанавливаемые во взрывоопасных или пожароопасных зонах, должны выбираться в соответствии с рекомендациями. Для электропривода с глубоким регулированием частоты вращения приходится делать выбор между двигателем постоянного тока и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при его питании от регулируемого преобразователя частоты, т.е. с использованием частотного регулирования. Применение преобразователей частоты в современном электроприводе хотя и является прогрессивным, но в ряде случаев сдерживается их повышенной стоимостью. При решении вопроса об использовании преобразователя частоты не следует забывать о его энергосберегающем эффекте, снижающем эксплуатационные расходы электропривода, и о возможности «мягкого» пуска двигателя, что повышает надежность электропривода. Окончательное решение о применении в электроприводе двигателя постоянного тока или асинхронного двигателя в комплекте с преобразователем частоты должно основываться на экономических расчетах рассматриваемых вариантов с учетом не только капитальных затрат, но и расходов, связанных с эксплуатацией электропривода. Исходя из характера работы электропривода, требуемых механических характеристик, номинальной частоты вращения и диапазона ее регулирования, определяют тип двигателя: асинхронный, синхронный, коллекторный или вентильный постоянного тока. В электроприводе большой мощности (более 400 кВт) оправдано применение трехфазных синхронных двигателей, имеющих наиболее высокие энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности). Основные недостатки двигателей постоянного тока необходимость в преобразователе переменного тока в постоянный, повышенная стоимость, необходимость в уходе за щеточно-коллекторным узлом (периодическая чистка коллектора и щеток, замена щеток, регулировка их прижатия к коллектору и т.д.), недопустимость применения во взрыво- и пожароопасных помещениях, повышенная стоимость. Двигатели постоянного тока в 2 — 3 раза дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Для электроприводов подъемных устройств с тяжелыми условиями пуска, реверсом и перегрузками возможно применение двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением. Параметры питающей сети определяют выбор номинального напряжения и предельную токовую нагрузку, которая не вызывала бы в этой сети падения напряжения, превышающего допустимые значения. Способ монтажа и условия эксплуатации определяют форму конструктивного исполнения двигателя: степень защиты, способ охлаждения и способ монтажа (двигатель на лапах или фланцевого крепления, закрытого или защищенного исполнения) и его климатическое исполнение (для умеренного, холодного, тропического климата и т.п.). Например, в электроприводе с широким диапазоном регулирования частоты вращения «вниз» от номинальной целесообразно применение двигателей с независимой вентиляцией, например IC06, так как с уменьшением частоты вращения эффективность самовентиляции значительно снижается. Если эксплуатация двигателя предполагается во взрыво- или пожароопасной средах, то обязательно применение двигателя взрывозащищенного исполнения. Режим работы электропривода определяет требования к статическим и динамическим свойствам двигателя. Статические свойства определяются величиной статического момента сопротивления рабочей машины, требуемой частотой вращения, необходимостью регулирования частоты вращения и его диапазоном, возможностью кратковременных перегрузок и т. п. Динамические свойства определяются показателями переходных режимов: частотой пуска, реверса и торможения. Например, при частых пусках, торможении или реверсе требуется двигатель с малым моментом инерции ротора (якоря). Большое значение при выборе двигателя имеют экономические требования: стоимость двигателя, его КПД и коэффициент мощности, масса и габариты, расходы по эксплуатации и ремонту. При оценке экономических показателей принимаемого варианта необходимо учитывать экономические показатели не только самого двигателя, но и используемых для его управления пускорегулирующих устройств (статических выпрямителей, регулируемых преобразователей, устройств «мягкого» пуска, защиты и т.п.).

Расчет мощности двигателя для продолжительного режима

Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействия внешней температуры и влажности, вибрационных и ударных воздействий, климатических факторов, места размещения двигателя при эксплуатации и других возможных факторов. Выбор двигателя выполняют по таблицам основных технических данных выбранной серии, приведенным либо в данном справочнике (см. разделы, посвященные свойствам асинхронных, синхронных и двигателей постоянного тока), либо в каталогах на двигатели выбранных серий. По указанным таблицам из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по отношению к рассчитанному значению, учитывающему режим работы электропривода. Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических показателей (КПД и коэффициента мощности) и, как следствие, к увеличению непроизводительных потерь энергии и удорожанию эксплуатации двигателя. При этом также возрастают капитальные затраты. Если же допустить занижение требуемой мощности двигателя, то его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом, что приведет к его преждевременному выходу из строя, непредвиденной остановке рабочего механизма, дополнительным расходам на ремонт или замену двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо также, чтобы перегрузочная способность и начальная величина пускового момента выбранного типоразмера двигателя соответствовали предъявляемым требованиям. Значительный опыт расчета требуемой мощности двигателя позволил создать общепринятую методику подобных расчетов для различных номинальных режимов работы двигателей. 1. Нагрузка продолжительная неизменная. Расчетная мощность двигателя определяется по нормам. Затем по каталогу на предварительно выбранную серию двигателей определяют типоразмер двигателя с большим ближайшим значением номинальной мощности Рном требуемой частоты вращения ином. При тяжелых условиях пуска и возможных перегрузках выбранный двигатель следует проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность. Проверка двигателя на нагрев не требуется, поскольку нагрузка двигателя не превышает номинального значения, на которое проектировался двигатель, а следовательно, и нагрев двигателя не должен превышать допустимые значения.

Основные понятия и определения

После того как электрическую машину изготовили и испытали по соответствующей программе, она передается заказчику. С этого времени начинается эксплуатация электрической машины, которая заканчивается обычно спустя несколько лет ее утилизацией. Таким образом, процесс эксплуатации электрической машины состоит из нескольких этапов: транспортировка с завода-изготовителя на склад предприятия-заказчика, хранение на складе предприятия заказчика, монтаж на месте ее эксплуатации, пробный пуск и сдача для работы в электроприводе, техническое обслуживание в течение всего времени эксплуатации, ремонты (текущие, средние, капитальные).