Основы теории электрических аппаратов

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов – устройств управления потоками энергии и информации. В учебном курсе выделены две части, объединенные одним названием «Электрические и электронные аппараты». Часть первая охватывает электрические аппараты, а вторая часть – силовые электронные аппараты и аппараты с микропроцессорным управлением.

Совершенствование многих видов электромеханических аппаратов неразрывно связано с развитием теории электромагнитного поля и методов расчета магнитных цепей. Наличие подвижных механических частей, явление искрообразования при коммутации и ограниченное быстродействие в электромеханических аппаратах было устранено в бесконтактных силовых электрических аппаратах. К таким аппаратам относятся магнитные усилители, полупроводниковые реле и регуляторы, различные электронные ключи, пускатели и преобразователи. Элементная база современной силовой электроники существенно расширила диапазон коммутируемых мощностей до единиц мегаватт, позволила поднять верхний уровень частоты коммутации электронных ключей, что сделало возможным создавать аппараты управления, регулирования и защиты постоянного и переменного токов с высокими технико-экономическими показателями. Достижения современной микропроцессорной техники также используются как в электромеханических, так и в силовых электронных аппаратах.

Методические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» предназначены для студентов, обучающихся по направлению 140400.62, Энергетика и Электротехника» с квалификацией «бакалавр». Студенты дневного обучения в самостоятельной работе и студенты заочного обучения выполняют одну контрольную работу, состоящую из шести заданий. Перед каждым заданием указаны указания по выбору варианта.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Основы теории электрических аппаратов

Назначение и классификация электрических аппаратов и требования, предъявляемые к ним. Основные физические явления и процессы в электри­ческих аппаратах.

Электрические силы в электрических аппаратах. Силы, действующие на различные элементы токоведущей цепи. Динамическая стойкость аппара­тов и ее расчет.

Нагрев электрических аппаратов в номинальном режиме и при корот­ком замыкании; термическая стойкость.

Электрические контакты: переходное сопротивление контактов, зави­симость этого сопротивления от различных факторов, работа коммутирую­щих контактов при их включении в замкнутое состояние и отключении. Рас­чет и выбор контактного нажатия; материалы контактов. Конструкция кон­тактов.

Электрическая дуга. Условия гашения дуги постоянного и переменного токов.

Электрические механизмы. Магнитные цепи электрических аппаратов постоянного и переменного токов. Сила тяги электромагнитов постоянного и переменного токов. Устранение вибрации якоря электромагнита переменного тока. Согласование тяговой характеристики электромагнита с механической нагрузкой. Время срабатывания и отпускания электромагнитов. Ускорение и замедление работы электромагнитов.

Бесконтактные электрические аппараты

Магнитные усилители: принцип действия дроссельного усилителя и усилителя с самонасыщением, основные характеристики.

Полупроводниковые электрические аппараты. Гибридные выключатели переменного и постоянного токов.

Тиристорные приставки к контакторам переменного тока и их характе­ристики. Принцип действия и параметры полупроводникового коммутатора (тиристорные пускатели). Коммутаторы постоянного тока на полупроводниках (тиристорах). Силовые коммутаторы на транзисторах. Области применения транзисторных коммутаторов. Полупроводниковые реле. Бесконтактные аппараты с оптоэлектронными и магнитополупроводниковыми приборами.

Согласование коммутационных аппаратов с системами микропроцессорного управления.

Исходные данные

Произвести расчет магнитной цепи реле постоянного тока и катушки электромагнита.

Студенты, у которых предпоследние цифры номера зачетной книжки от 0 до 5, используют исходные данные табл. 1.1, oт 5 до 9 - данные табл. 1.2. Номер варианта выбирается в соответствующей таблице по последней цифре номера зачетной книжки.

Таблица 1.1

Номер вари­анта
Клапанный тип (рис. 1.1,б)                      
                     
Начальный ме­ханический момент Ммех Н·м 0,5 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0, 4 0,45 0,5 0,55
                     
Угол поворота якоря bрад.   Номиналь ное напряжение Uном, b   Возможное понижение напряжения, в %   Ход якоря   δ10-3 м 0,16 0,15 0,156 0,155 0,16 0,16 0,165 0,165 0,17 0,17
Номинальное напряжение
                     
Возможное понижение напряжения %
Ход якоря δ 10-3м 2,5 3,3 3,6 4,3 4,6 5,3
                     
                     

Таблица 1.2

Номер варианта
Броневой тип (рис. 1.1,а )                      
                     
Начальное механическое усилие Рмех Н  
                     
Номинальное напряжение Uном, b  
Возможное понижение напряжения, в %
 

Пример расчета электромагнитов постоянного тока

Исходные данные. Произвести предварительный расчет маг­нитной цепи реле постоянного тока клапанного типа (рис. 1.1,6), если начальный механический момент, действующий на якорь, Мн.мех= 0,1962 Н×м; угол поворота якоря b = 0,157 рад; но­минальное напряжение обмотки Uном,=110 В; возможное пони­жение напряжения на обмотке до 0,85 Uном; ход якоря δ = δ н - δ к = 4·10 -3 м.

Расчет. Электромагнитное усилие, действующее на якорь

Pэ = Мэ/ R Основы теории электрических аппаратов - student2.ru c = Мэb/ δ, где Rc - средний радиус поворота якоря; Мэ - электромаг­нитный момент, действующий на якорь.

В начальный момент времени движения якоря можно принять Мэ ≈ Мн.мех. Отсюда

Рэн = 0, 1962·0.157/(4 · 10-3) = 7, 72 Н.

Индукция Вδ в рабочем воздушном зазоре определяется из опыта проектирования реле по конструктивному фактору

       
  Основы теории электрических аппаратов - student2.ru   Основы теории электрических аппаратов - student2.ru
 

Пк = / δ = /(4·10-3) = 695 н0.5м .

Для полученного значения Пк по рис. 1.2 находятся значение Вδ = 0,19 Тл и конструктивный коэффициент

n = lk / hk ≈ 7.

Подсчитывается площадь поперечного сечения полюсного наконечника из формулы Максвелла

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Из реальных условий намотки катушки принимается диаметр наконечника dвн = 3 ·10-2м, для которого Sпн = 70,6·10-5 м2. Поэтому принятое ранее значение Вδ уменьшается до 0,1665 Тл :

В качестве материала магнитопровода выбирается сталь марки 1511. При выборе индукции Bс в сердечнике необходимо учитывать, что при слишком малых индукциях возрастает масса и габариты реле, а при больших - возрастают мощности. Поэтому рабочая точка магнитной цепи выбирается несколько ниже колена кривой намагничивания. Этому соответствует Вс = 1.1 Прини­мается коэффициент рассеяния δ = 2. Тогда из условия постоян­ства магнитного потока определяем сечение сердечника

S = Вδ S пн σ / Вс = 0, 1665 ·7,06 • 10-4 ·2/1,1 = 2,14·10-4 м2.

Падение МДС в стали и нерабочих воздушных зазорах (по­люсный наконечник - сердечник, сердечник - ярмо, ярмо - якорь) предварительно учитывается эмпирическим коэффициентом [8] d1, = 0,15 + 0,35. Чем больше индукция в стали магнитопровода и чем больше нерабочие воздушные зазоры, тем больше d1. Примем d1 = 0,3. Тогда МДС обмотки

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ,

где Нδ = Вδ - напряженность магнитного поля в рабочем зазоре, А/м ; kп= 1 / (1- d1) = 1,2 + 1,5 - коэффициент, учиты­вающий падение магнитного потенциала в стали и паразитных за­зорах.

При понижении питающего напряжения до U = 0,85Uном

Fу = F/0,85 = 760/0,85 = 895 А

Размеры обмотки определяются в следующем порядке. При­нимается провод с эмалевой изоляцией марки ПЭB-1. Для такого класса изоляции принято максимальное превышение температуры ∆ Т = 60°С при температуре окружающей среды Токр = 35° С.

По табл. 1.3 определяется коэффициент теплоотдачи kт = 11,8 Вт/(м2.С). Коэффициент заполнения обмотки в зависимости от ее конструкции и способа изготовления находится в пределах kзм = 0,57 - 0,285. При заданном диаметре провода он может быть определен по табл. 1.4. В примере расчета предварительно принимается . kзн = 0,45.

Тогда по [8]

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ,

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru = 1,7 ·10-8 - удельное сопротивление меди.

Длина обмотки

lк = n hk = 7·3,52·10-3 = 24,64·10-3 м. Средний радиус поворота якоря

Rc = δ/b = 4·10-3 / 0,157 = 2,56·10-2м

Диаметр провода обмотки с учетом возможного понижения напряжения до 0,85 Uном

 
  Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Внутренний диаметр d0 обмотки

d0 = dвн = 3 ·102 м

Внешний диаметр обмотки

Do = d0+2hk= 3,0·10-2 ·2352 ·103 ·3,7 ·10-2 м

В результате расчета получился стандартный диаметр про­вода d пр = 0,15 мм (сечение q = 0,0176 мм2) с толщиной эмалевой изоляции на две стороны 0,022 мм (табл. 1.2). Таким образом, диаметр изолированного провода d1 = 0,172 мм.

Допускаем, что обмотка выполняется рядовой без прокладок на автоматическом станке. Для этих условий коэффициент уклад­ки kукл = 0,9 - 0,95. Для расчета принято kукл =0,9.

Число витков обмотки

W = lk hk kукл / d12 = 24,64·10-3·3,52·10-3·0,9 / (0,172·10-3)2 = 2650.

Сопротивление обмотки

R = 4 p lср W/ (π d12) = 4·1,7·64·10-2·10,5·10-2·2650/ (0,172·10-3) 2 = 273 Ом.

Ток в обмотке

I = U/R = 110/273 = 0,403 А.

Мощность, потребляемая обмоткой,

N = U2ном/R = 1102/273 = 44,3 Вт.

Плотность тока

∆= I/q = 0,403/0,0176·10-6 А/м2.

Для кратковременного режима работы допустимая плотность тока ∆ доп = (13 - 30)·10-6 А/м2. Поэтому данное реле может быть использовано для работы в кратковременном режиме.

Магнитная проводимость воздушного промежутка

λδ = МоSпн/δ = 4 π·10-7·7,06·10-4 / (4·10-3) = 2, 217·10-7 Гн -1

Индуктивность обмотки

Lнач ≈ W2·λδ = 26502·2.217·10-7 = 1,557 Гн

Постоянная времени обмотки

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru = 1, 557/273 = 0,006 с .

Установившееся значение тока

Iуст = U/R = 110/273 = 0,4 А .

Ток трогания якоря

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Противодействующее усилие

Рмех = Ммех /Rс = 0,1962 /(2,56·10-2) = 7,764 Н.

Время трогания

trp= r ln (Iуст / (Iуст - Iтр)) = 0,006 ln [0,4 / (0,4 – 0,04)] ·0,0063 с.

Время срабатывания

tсраб = (1,1 - 1,3) trp = 1,2·0,00063 =0,00076 с

Контрольное задание № 2. Расчет электромагнита переменного тока

Исходные данные

Студенты, у которых предпоследние цифры номера зачетной книжки от 0 до 3, выбирают тип магнитопровода согласно рис.2.1, от 3 до 7 - согласно рис.2.2, а от 7 до 9 - по рис.2.3. Номер варианта выбирается по последней цифре номера зачетной книж­ки в табл.2.1.

Необходимо произвести расчет основных размеров и пара­метров однофазных электромагнитов с экранирующими витками. Построить график изменения электромагнитного усилия во време­ни и от величины зазора.

Таблица 2.1

Номер варианта  
 
Напряжение  
Ud  
Противодействующая сила при притянутом якоре Рпр  
Начальное противодействующее усилие Рпр н.  
Начальный зазор d н.з  
Конечный зазор d 10-3м 3,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12  
Производ­ная индук­тивности по ходу якоря dl /dd м/м. Гн/м б  
 

Исходные данные

Студенты, у которых предпоследние цифры номера зачетной книжки от 0 до 3, применяют герконы типа КЭМ-1, от 3 до 7 - типа КЭМ-2, а от 7 до 9 - типа КЭМ-6. Номер варианта выбира­ется но последней цифре номера зачетной книжки в табл.3.1.

Требуется выбрать параметры обмотки управления для реле напряжения с внутренним расположением герконов.

Таблица 3.1

Номер варианта
Напряжение управле­ния Uу В
Количество гарконов n, шт

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 4

Исходные данные

Упрощенная схема питания основных видов потребителей с использованием рубильников Q и предохранителей FU приведена на рис. 4.1, а, с использованием автоматических выключателей QF – на рис. 4.1, б.

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Рис. 4.1. Электрическая схема питания потребителей с защитой на предохранителях (а) и автоматических выключателях (б)

Таблица 4.1

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Продолжение таблицы 4.1

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

Напряжение сети 380 В. Нагрузка представляет собой омическую EK и индуктивную: двигатель постоянного тока М1, асинхронный двигатель с фазным ротором М2, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором М3. Коэффициент перегрузки по току Основы теории электрических аппаратов - student2.ru λ = Iпусковой/Iноминальный составляет для ДПТ λ = 2,5, для АДФ λ = 1,8, для АДК λ = 6. Номинальные токи нагрузки Iном для различных вариантов контрольного задания приведены в табл. 4.1. Для данного контрольного задания номер варианта выбирается по двум последним цифрам шифра, если число превосходит максимальное количество вариантов, равное тридцати, то из этого числа вычитается число кратное тридцати.

Содержание работы

4.2.1. Рассчитать максимально-токовую защиту, выполненную на предохранителях (рис. 4.1, а) и произвести [1, 2, 8] выбор предохранителей.

4.2.2. Рассчитать тепловую и максимально-токовую защиты, выполненные на автоматических выключателях (рис. 4.1, б), произвести [1, 2, 8] выбор автоматических выключателей.

4.3. Указания к выполнению задания

4.3.1. Предварительный расчет

Определяем параметры нагрузки, в данном случае номинальные токи, а также пусковые токи двигателей (действующие значения):

для ДПТ Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.1)

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.2)

для АД Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.3)

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.4)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – кратность пускового тока к номинальному (справочные данные для электродвигателя).

Максимально возможный пусковой ток двигателей

для ДПТ

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.5)

для АД

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.6)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru 1,2–1,4 – коэффициент запаса, учитывающий увеличение пускового тока при повышении напряжения сети и других факторах.

Для выбора аппаратов защиты необходимо также предварительно рассчитать токи короткого замыкания в цепи при максимальном режиме ра-боты питающей энергосистемы. Определяющим в расчетах токов короткого замыкания (КЗ) при выборе защитной аппаратуры, проверке селективности ее работы и оценке отключающей способности аппаратов защиты является трехфазный ток КЗ. При выборе защиты, установленной в начале линии, необходимо знать двухфазный ток КЗ на зажимах двигателя в сети с изолированной нейтралью и однофазный ток КЗ на зажимах двигателя в сети с заземленной нейтралью, кроме того, однофазные и двухфазные токи КЗ используются для проверки чувствительности аппаратов защиты [9].

Токи КЗ могут быть рассчитаны для заданной схемы электроснабжения или определены по расчетным кривым для широко распространенных типов трансформаторов, по известной мощности энерго-системы, по параметрам соединительных кабелей с учетом и без учета токо-ограничивающего действия дуги в месте повреждения [9]. При этом обычно не учитывается активное сопротивление энергосистемы и сопротивления шин, а переходное сопротивление в месте контакта принято равным 15 мОм.

Таким образом, ток КЗ может быть рассчитан, если известны пара-метры соединительных кабелей и энергосистемы. Согласно [9] по номинальному току нагрузки выбирается тип соединительного кабеля, его сечение и удельное сопротивление кабеля, что дает возможность определить [11] активное и индуктивное сопротивления кабелей

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.7)

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.8)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – активное и индуктивное удельные электрические сопротивления кабелей;

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – длина соединительного кабеля.

Параметры энергосистемы и питающего трансформатора Основы теории электрических аппаратов - student2.ru находим, используя данные [10, 11]. Расчетное значение мощности вторичной обмотки трансформатора

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.9)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – число фаз трансформатора;

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – фазные полные ток и ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Активное и полное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.10)

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.11)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – потери короткого замыкания;

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – напряжение короткого замыкания трансформатора (в процентах от номинального).

Получим индуктивное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.12)

На практике индуктивное сопротивление энергосистемы Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (первичной цепи трансформатора) задается в соотношении с индуктивным сопротивлением Основы теории электрических аппаратов - student2.ru вторичной обмотки трансформатора, а активным сопротивлением энергосистемы Основы теории электрических аппаратов - student2.ru пренебрегают. Принято считать Основы теории электрических аппаратов - student2.ru / Основы теории электрических аппаратов - student2.ru равным 2; 1; 0,1 по мере роста мощности энергосистемы [10].

При расчете тока КЗ необходимо также учесть переходное сопротивление контактов Основы теории электрических аппаратов - student2.ru в местах соединения кабелей и аппаратов. Часто в цепях низкого напряжения переходное сопротивление контактов соизмеримо или превосходит сопротивление кабелей, энергосистемы и трансформатора. Учитывать переходное сопротивление контактов крайне сложно [1]. Поэтому оно принимается равным 15 мОм, если его значение не известно или трудно определимо [10].

Суммарные активное и индуктивное сопротивления от трансформатора до места КЗ (в данном случае до двигателя):

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.13)

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.14)

Модуль полного сопротивления одной цепи до места короткого замыкания составит:

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.15)

Ток трехфазного КЗ равен:

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.16)

Ток двухфазного КЗ в сетях с изолированной нейтралью:

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.17)

Ударный ток КЗ определим как

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.18)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – ударный коэффициент, определяемый по соотношению Основы теории электрических аппаратов - student2.ru согласно [10].

4.3.2. Расчет и выбор предохранителей

Предохранитель не должен сработать при номинальном токе нагрузки Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , поэтому выполняется условие

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru < Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , (4.19)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – пограничный ток плавкой вставки предохранителя, определяемый по эмпирическим формулам или времятоковыми характеристиками [7, 8].

Для лучшей защиты величина пограничного тока предохранителя Основы теории электрических аппаратов - student2.ru должна выбираться возможно ближе к Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . Предохранитель не обеспечивает надежной защиты двигателя от токов перегрузки из-за нестабильности время-токовой характеристики и необходимости учета пусковых токов. Учитывая эти особенности, выбирают для медной вставки Основы теории электрических аппаратов - student2.ru / Основы теории электрических аппаратов - student2.ru а для легкоплавкой вставки 1,2–1,4.

Расчет максимально-токовой защиты на предохранителях можно выполнить приближенно.

Номинальный ток плавкой вставки Основы теории электрических аппаратов - student2.ru для осветительной нагрузки с активным сопротивлением определяется по номинальному току нагрузки

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . (4.20)

Для асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФ) и двигателя постоянного тока (ДПТ), если Iпуск Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , плавкую вставку можно выбирать из условия

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (1–1,25) Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.21)

Для двигателей с большими пусковыми токами (Iпуск Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ), с небольшим числом включений и легкими условиями пуска (продолжительность пуска не более 5с.) ток плавкой вставки определяется по формуле

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.22)

при тяжелых условиях пуска или большой частоте включений

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.23)

Для двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме, за номинальный ток принимается ток в режиме ПВ=25%.

Плавкие вставки предохранителей для группы электрических приемников выбираются из условия одновременной работы наибольшего количества приемников и пуске двигателя с максимальным пусковым током

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.24)

Наряду с проверкой плавкой вставки по условию пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить проверку по условиям корот-кого замыкания. Допускается применение предохранителей при кратностях Основы теории электрических аппаратов - student2.ru / Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ≥3, однако желательно, чтобы выполнялось условие Основы теории электрических аппаратов - student2.ru / Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ≥10.

4.3.3. Выбор автоматического выключателя

Необходимо выбрать автоматический выключатель с максимально-токовым и тепловым расцепителями.

Номинальное напряжение выключателя и число главных контактов должно соответствовать заданным.

Современные автоматические выключатели имеют встроенные расцепители, устанавливаемые заводом-изготовителем и рассчитанные на заданные номинальные токи. Номинальный ток расцепителя может отличаться от номинального тока выключателя Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , но не превосходит его. Поэтому выбор выключателя производится по номинальному току его расцепителя.

Номинальный ток комбинированного расцепителя выбирается из условия

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.25)

Выключатели с максимально токовым расцепителем снабжены отсечкой, кратность уставки которой по отношению к номинальному току расцепителя отстраивается от максимально возможного превышения тока Основы теории электрических аппаратов - student2.ru над номинальным значением в процессе нормальной работы потребителя

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.26)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru 1,2–1,8 – коэффициент запаса превышения максимального тока.

Для группы двигателей

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.27)

для схем управления электроприводами

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.28)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – суммарный номинальный ток катушек максимального количества одновременно включенных в схеме управления.

Для асинхронного двигателя отсечка выключателя Основы теории электрических аппаратов - student2.ru может быть отстроена [10] от амплитудного ударного пускового тока Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (1,2–1,4) Основы теории электрических аппаратов - student2.ru на 10–20% превышая его значение

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ≥(1,1–1,2) Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . (4.29)

Номинальная отсечка автоматического выключателя Основы теории электрических аппаратов - student2.ru должна быть не меньше Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , но не должна превышать минимального значения тока КЗ в цепи

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru < Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . (4.30)

Таким образом, кратность уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя должна находиться в пределах

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru < Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . (4.31)

Предельная коммутационная способность выключателя должна превышать ток короткого замыкания.

Тепловой элемент комбинированного расцепителя проверяется по номинальной уставке на ток срабатывания теплового расцепителя. Номи-нальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя выключателя Основы теории электрических аппаратов - student2.ru равна среднему значению между током несрабатывания расцепителя – 1,1Iном р и нормированным значением тока срабатывания – 1,45Iном р

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru (4.32)

Время срабатывания Основы теории электрических аппаратов - student2.ru теплового расцепителя автоматического выключателя находится из его защитной характеристики по току перегрузки, длительно протекающему в цепи и проверяется условие согласования нагрузочной характеристики двигателя и защитной характеристики выключателя. При пуске двигателя время срабатывания Основы теории электрических аппаратов - student2.ru должно быть больше времени пуска Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ненагруженного двигателя, т. е.

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru > Основы теории электрических аппаратов - student2.ru . (4.33)

Если это условие не выполняется, то необходимо изменить Основы теории электрических аппаратов - student2.ru в пределах регулирования тока несрабатывания или заменить тепловой нагревательный элемент.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 5.

РАСЧЕТ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ С САМОНАСЫЩЕНИЕМ

Исходные данные

Тороидальный магнитный усилитель выполнен по двухполупериодной мостовой схеме с нагрузкой на постоянном токе (рис. 5.1). Частота питающего напряжения f=50 Гц, а допустимое превышение температуры обмотки над окружающей средой Основы теории электрических аппаратов - student2.ru =50 оС. Исходные данные приведены в табл. 5.1.

Содержание работы

5.2.1. Объяснить принцип работы магнитного усилителя [1, 2].

5.2.2. Рассчитать магнитопровод и принять ближайший стандартный

размер.

5.2.3. Рассчитать обмотку переменного тока.

5.2.4. Выбрать выпрямители для рабочей цепи.

5.2.5. Рассчитать обмотки управления и смещения.

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru
Рис. 5.1. Схема двухполу-периодного МУС с нагрузкой на постоянном токе

5.2.6. Построить графики зависимости IH= f (HY), IH= f (IY) без учета обмотки смещения и IH = f (IY) – с учетом обмотки смещения.

5.2.7. Проверить возможность размещения обмоток на магнитопроводе.

5.2.8. Проверить обмотки на нагрев.

5.2.9. Определить коэффициент усиления МУ по току Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , напряжению Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , мощности Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , кратности изменения тока нагрузки Основы теории электрических аппаратов - student2.ru кр. тока.

5.2.10. Определить постоянную времени МУ.

Таблица 5.1

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru

5.3. Указания к выполнению задания

5.3.1.Расчет МУС

Расчет МУС (рис. 5.1.) производят исходя из заданных мощностей РН, тока нагрузки IH, тока управления IY, коэффициента усиления мощности Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , частоты питающего напряжения f, превышения температуры над окружающей средой τ.

5.3.2.Выбор магнитопровода

Отдаваемая нагрузке усилителя мощность

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , (5.1)

где Основы теории электрических аппаратов - student2.ru – коэффициент формы тока, протекающего через рабочую обмотку

( Основы теории электрических аппаратов - student2.ru = Основы теории электрических аппаратов - student2.ru для схемы рис. 3.1); β – коэффициент, характеризующий часть напряжения, которая приложена к дросселю в режиме максимальной отдачи; δ – плотность тока; Bm – максимальная индукция; Sмр – сечение меди рабочей обмотки; Sc – сечение магнитопровода.

Принимают, что все окно занято рабочей обмоткой, так как обмотка управления занимает малую часть окна, тогда

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru , (5.2)

где kсх. – коэффициент схемы (kсх.= 1 для рис. 3.1.).

Вначале ориентировочно задаемся величинами η, β, Bm и δ (по табл. 5.2, 5.3). Когда требуется высокий коэффициент усиления по мощности kp, рекомендуется применять сплавы марок 50НП и 65НП. Необходимые данные для расчета МУС из различных материалов приведены в [7, 8]. Согласно величине ScSм выбирают близкий по параметрам сердечник из ряда стандартных тороидальных ленточных сердечников (табл. 5.4). В обозначении типа магнитопровода первая цифра соответствует величине внешнего диаметра МУ в мм, вторая – внутреннего диаметра МУ, третья – высоте сердечника МУ.

Таблица 5.2

Материал Bm, Т Основы теории электрических аппаратов - student2.ru
Сплав марки 65НП 0,9 – 1,1 0,9 – 0,95
Сплав марки 50НП 1,1 – 1,3 0,85 – 0,9
Холоднокатаные стали марок 3310, 3320, 3330, 3370, 3380 и др.   1,3 – 1,7     0,75 – 0,85  

Геометрические параметры этих сердечников рассчитаны для принятых коэффициентов заполнения по стали kзс и по меди kзм:

Основы теории электрических аппаратов - student2.ru ; (5.3)

Таблица 5.3

δ, А/мм2 f = 50 Гц
η Рн
3,75 0,56 0,013
3,75 0,68 0,023
3,54 0,74 0,041
3,36 0,76 0,061
3,36 0,83 0,100
3,18 0,85 0,138
2,96 0,86 0,180
2,84 0,89 0,303
2,66 0,90 0,455
2,50 0,92 0,710
2,37 0,93 1,02

Наши рекомендации