Характеристики и основные параметры МУ

Зависимость тока в цепи нагрузки от тока управления I_н = f(I_у) называется нагрузочной характеристикой МУ.

Нагрузочная характеристика МУ без ОС симметрична относительно оси координат, т.е. такой МУ нечувствителен к направлению тока в w_у (рис.1в).

МУ с ОС чувствителен к полярности I_у, т.к. при одном направлении тока в w_уего поле будет совпадать с полем ОС,а при другом направлении поля будут противоположны. Нагрузочная характеристика МУ с ОС несимметрична относительно оси ординат (рис. 4). Рабочий участок характеристики МУ должен быть прямолинейным.

Рис. 4. Зависимость I_н = f (I­_у) для МУ с внутренней ОС.

 

Отношение максимального и минимального значений токов нагрузки на прямолинейном участке характеристики называется коэффициентом кратности тока МУ:

, где I_N = 0,85 I_нас; I_М = 1,5 I_хх.

Отношение приращения мощности в нагрузке к соответствующему приращению мощности в w_уна прямолинейном участке характеристики называется коэффициентом усиления по мощности

,

где R_н –сопротивление нагрузки;

R_у – сопротивление обмотки управления;

DI_н – приращение тока в цепи нагрузки;

DI_у – соответствующее ему приращение тока в цепи управления.

План выполнения работы

В настоящей работе производится исследование дроссельного МУтипаТУМ-А5-II. Обмотки МУ выведены на стенд и обозначены согласно схеме.

Для выполнения работы на стенде имеются:

1. Блок выпрямления.

2. Блок нагрузки.

3. Блок управления.

4. Предохранитель.

5. Блок смещения.

Работа выполняется на стенде №1 (слева) в следующей последовательности:

1. Измерить с помощью моста сопротивление w_у (6н-6к);

2. Измерить сопротивление нагрузки R_н;

3. Собрать схему (рис. 1 на стенде).

Снять зависимость I_н = f(I_у) для МУ без ОС при различиях полярностях I_у.

4. Собрать схему (рис. 2 на стенде).

Снятьзависимость I_н = f(I_у) для МУ с внешней параллельной ОС (по напряжению).

5. Собрать схему (рис. 3 на стенде).

Снять зависимость I_н = f(I_у) для МУ с внутренней ОС (МУ с насыщением).

 

Примечание: при сборке схемы подключать только то напряжение, которое указано в схеме.

Содержание отчета

1. Рабочие схемы и данные измерений;

2. Нагрузочные характеристики;

3. Определение коэффициента усиления по мощности и коэффициентакратности тока для каждой из схем.

Литература

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975.

2. Миловзоров В.П. Электромагнитныеустройстваавтоматики. – М.: Высшая школа, 1974.

3. Красин В.П. Электрические аппараты. – Мн.: Вышэйшая школа, 1970.

4. Бабиков М.А. Электрические аппараты. – М.: Высшая школа, 1967.

5. Таев И.С. Электрические аппараты управления. – М.: Высшая школа, 1967.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Электроснабжение»

 

Лабораторная работа №5

по курсу

«Электрические аппараты»

 

 

Изучение низковольтных предохранителей

 

Минск

Инструкция

по технике безопасности

при выполнении лабораторной рабо­ты №5

«Изучение низковольтных предохранителей»

 

При выполнении данной работы необходимо пользоваться всеми положениями инструкции по технике безопасности при работе в лабо­ратории «Электрические аппараты», а также следующими требованиями, обусловленными особенностями данной лабораторной работы:

1. Запрещается выполнять нагрев плавкой вставки при открытой крынке на стенде.

2. Не разрешается держать под током длительное время нагру­зочное сопротивление, во избежание перегрева.

3. Не разрешается использовать для пережога плавкие вставки большого сечения.

4. Если плавкие вставки не перегорают через 1-2 мин., нужно отключить напряжение и обратиться к преподавателю.

Цель работы

Ознакомиться с конструкциями и техническими данными низковольтных предохранителей типов ПР-2, ПН-2, ПРО, ПНБ и блоков предохранитель-выключатель. Снять время-токовую характеристику плавкой вставки и сравнить ее с расчетной.

Общие сведения

Предохранители – это электрические аппараты, защищавшие ус­тановки от токов короткого замыкания и токов перегрузок. Состоят из плавкой вставки, включаемой в рассечку защищаемой цепи, и дуго-гасительного устройства, гасящего электическую дугу, возникающую при плав­лении вставки.

При небольших перегрузках (1,5…2)I_ном нагрев плавкой вставки протекает медленно. Ток, больший номинального, при кото­ром предохранитель перегорает через 1…2 часа, называется погра­ничным током I_погр > I_ном. При токах, близких к погранично­му, температура вставки приближается к температуре плавления ме­талла (t_меди = 1083 ⁰С). Все детали предохранителя и подклю­чаемые провода при этом нагреваются до высоких температур и воз­можно возгорание изоляции проводов. Наиболее просто снижение тем­пературы плавления вставки достигается, применением легкоплавких металлов (t_свинца=327⁰С). Однако удельное сопротивление свинца в 12 раз выше, чем у меди, поэтому вставки должны иметь очень большое сечение, что затрудняет гашение дуги и увеличивает расход металла, т.е. не дают удовлетворительного решения.

Наибольшее распространение получили медные, цинковые и сереб­ряные плавкие вставки, в которых для снижения температуры делает­ся переменное сечение и применяется металлургический эффект.

При длительной работе с высокой температурой вставки окисля­ются. Особенно интенсивно процесс теплового старения протекает у медных вставок, у которых пленка окисла отслаивается и уменьшает сечение. Для того, чтобы с течением времени медные вставки не пе­регорали при I_ном принимают I_погр=(1,8…2)I_ном,т.е. сечение завышают почти в 2 раза, что ухудшает время-токо­вую характеристику предохранителя в области малых перегрузок. Се­ребряные и цинковые вставки не подвержены тепловому старению. При­менение металлургического эффекта и легкоплавких металлов позво­ляет снизить I_погр / I_ном, до 1,2…1,4.

Калибруются плавкие вставки испытательным током I_исп в течение t_исп, причем нижнее значение тока в течение 1 часа не приводит к перегоранию предохранителя, верхнее значение плавит вставку за 2 часа (табл. 13.1).

 

Таблица 13.1

Iном. вст., А	tисп, час	Iисп / Iном.вст
нижнее	верхнее
6, 10		1,5	2,1
15, 20, 25		1,4	1,75
35 … 350		1,3	1,6
430 … 1000		1,3	1,6

 

При прохождении через вставку тока к.з. процесс нагрева идет адиабатически, без отдачи тепла, которое полностью идет на ее нагрев. Температура вставки поднимается мгновенно.

Время отключе­ния цепи предохранителем состоит из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния в жидкое (плавления) и времени горения (гашения) дуги:

t_откл = t_нагр + t_пл + t_дуги.

Электродинамические силы, сжимающие проводник, в процессе плавления образуют суженные участки, на которых возрастет плот­ность тока и температура. Уменьшение сечения создает также разры­вающие усилия, аналогичные силам в контактах при протекании тока короткого замыкания (т.к.з.). Вследст­вие этого время отключения обратно пропорционально квадрату т.к.з. (I_к²).

,

где q – поперечное сечение вставки;

А – постоянная, зави­сящая от материала вставки и типа предохранителя (определяется опытным путем).

При вставках переменного сечения дуга горит во всех узких местах, что ускоряет процесс гашения дуги. Все факторы дугогашения приводят к тому, что предохранитель перегорает за тысячные доли секунды, т.е. значительно раньше, чем т.к.з. достигнет ампли­тудного или установившегося значения, т.е. работает с токоограничением. При этом облегчаются условия гашения дуги и ограничивает­ся т.к.з.

Рис. 13.1. Время-токовые характеристики предохранителей типа ПН-2.

 

Увеличение сечения вставки вследствие роста I_ном или теплового старения приводит к увеличению t_откл и снижению эф­фекта токоограничения. Так, например, в цепи с действующим значе­нием т.к.з. 50 кА предохранитель с I_{ном.вст}= 6А перегорает при величине т.к.з. 400 А, а при I_{ном.вст} = 600А дуга горит весь полупериод, т.е. токоограничение отсутствует (рис. 13.1).

Основными параметрами предохранителей являются:

I_нп – номинальный ток патрона – максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допус­тимой температуры;

I_{ном.вст} – номинальный ток вставки – длительный рабочий ток, при ко­тором плавкая вставка не должна перегорать;

I_пр – предельный ток отключения предохранителя – действующее значение тока металлического к.з. сети, которое предохра­нитель способен отключить, не разрушаясь.

Предохранители разборные серии ПР-2 с закрытыми разборными патронами без наполнителя выпускаются на напряжение 220В (I габарит) и 500В (II габарит). Трубчатый патрон выполнен из фибры, которая при горении дуги под действием высокой температу­ры выделяет газ. Давление, пропорциональное квадрату т.к.з. за доли полупериода поднимается до 4…8МПа, что способствует быстро­му гашению дуги (до 2с). Фибровый патрон обладает высокой проч­ностью и закрывается герметично. Плавкая вставка штампуется из цинка, количество сужений (1…4) зависит от напряжения, работает с токоограничением. В зависимости от номинального тока меняется диаметр патрона, выпускаются 7 диаметров, I_ном.пр ³ I_{ном.вст}.

Технические данные ПР-2 приведены в табл. 13.2.

 

Таблица 13.2

Тип предохранителя	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Предельный ток отключе­ния, кА (при U = 380В)
предохранителя	плавкой вставки
ПР-2	220, 380		6, 10, 15
		15, 20, 25, 35, 45, 60	4,5
		60, 80, 100
	100, 125, 160, 200
	100, 225, 260, 300, 350
	350, 430, 500, 600
	600, 700, 850, 1000
ПН-2-100	~380, =220		30, 40, 50, 60, 80, 100
ПН-2-250	~380, =220		80, 100, 120, 150, 200, 250
ПН-2-600			300, 400, 500, 600
ПН-2-400			200, 250, 300, 400
НПН-60			6, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60

 

Предохранители с мелкозернистым наполнителем типа ПН-2 облада­ют более совершенными характеристиками, чем ПР-2. Корпус ПН-2 из­готавливается из прочного фарфора или стеарита, наполнитель – квар­цевый песок с содержанием SiО₂ не менее 98%, размером зерен 0,2…0,4мм, влажностью не более 3%. Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1…0,2мм, разделена на несколько па­раллельных ленточек, чтобы полнее использовать объем наполнителя. Применение тонких ленточек с узкими местами, на которые нанесены оловянные шарики для снижения температуры плавления (металлурги­ческий эффект), позволяют выбрать минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность.

При к.з. дуга горит при большом давлении в узком канале, об­разованном кварцевыми песчинками, имеющими высокую теплопровод­ность и хорошо развитую охлаждающую поверхность. Это позволяет гасить дугу за несколько миллисекунд при небольшой длине. После перегорания вставок патрон разбирается, песок высыпается, ставят­ся новые вставки. Малые габариты, незначительная затрата дефицит­ных материалов, высокая отключающая способность являются достоин­ствами этих предохранителей.

Предохранители серии НПН-2 являются неразборными с наполнителем. Техни­ческие характеристики даны в табл. 13.2.

Предохранители ПРС – разборные, резьбовые, сигнализирующие, с наполнителем – кварцевым песком. Применяются, когда необходимы, малые габариты и быстрая смена вставки. Имеют указатель срабатыва­ния – при перегорании пружина выбрасывает глазок у застекленного отверстия. Перезарядка производится путем замены внутреннего ци­линдра со вставкой и указателем. Это пробочные предохранители, ввинчиваются в металлическое основание. Выпускаются на номинальные токи 6, 20, 63, 100 А со вставками от 1 до 100А, с цоколями трех диаметров на разные напряжения 220, 380, 500В. Отключающая способ­ность 60кА. Они более сложные и дороже, чем ПН-2.

Быстродействующие предохранители применяются для защиты полу­проводниковых приборов (диодов, тиристоров). ПНБ5 разработан на базе ПН-2, имеет серебряную вставку с сужениями малого сечения с большим токоограничением. Амплитуда т.к.з. до 150кА. Выпускаются на номинальные токи 40…60А напряжением до 660В. Защищают цепи к.з., но не от перегрузок. Более совершенные быстродействующие предохранители типа ПП41…ПК71.

Блоки предохранитель-выключатель (БПВ) предназначены для отключения номинальных токов, защиты цепей от перегрузок и т.к.з., для сокращения размеров распредустройств. Представляют3-х-полюс­ный разъединитель с боковой рукояткой, с двумя разрывами на фазу, ножами которого являются контакты предохранителей ПН-2. При враще­нии рукоятки предохранители перемещаются и выполняют коммутацию цепей, при напряжении до 500В и номинальном токе до 350А. Для гашения дуги постоянного тока применяются деионные решетки. Блоки выполняются в металлическом кожухе с дверцей. Замена предохра­нителя возможна в отключенном положении рукоятки, после освобожде­ния защелки. Износостойкость БПВ механическая – 5000 циклов, электрическая – 2500 циклов.

План выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения и конструкции низковольтных предохранителей и БПВ по имеющимся образцам, плакатам и описанию в инструкции.

2. Снять время-токовую характеристику медной круглой плавкой вставки в соответствии со схемой на рис. 13.2.

 

Рис. 13.2. Схема измерений.

 

2.1. Закрепить вставку в коробке с предохранителем, закрыть крышку.

2.2. Установить ЛАТР на нуль, поставить рукоятку переключате­ля «П» в положение «R_н».

2.3. Включить автомат «А» и тумблер «В» на стенде.

2.4. Установить ЛАТРом первоначальный ток в цепи по ампер­метру и быстро поставить переключатель «П» в положение «П_р».

Примечание: шкалу токов задает преподаватель.

2.5. Измерить время по электросекундомеру.

2.6. Записать показания в табл. 13.3.

 

Таблица13.3

Параметр	Время отключения при токе, А
Показания секундомера tоткл , с
Расчетные значения tпл., с

 

2.7. Отключить тумблер, установить новую вставку, и повто­рить опыт, начиная с п.2.1 при других значениях токов.

2.8. Рассчитать время плавления вставки по эмпирической формуле:

,

где q – сечение вставки, мм²;

I – значение устанавливаемого тока по шкале, А.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Рабочая схема.

3. Данные измерений и расчета.

4. Построенные опытная и расчетная зависимости t=f(I) на одном графике.

5. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены предохранители, из каких узлов состоят?

2. Материалы вставок и мероприятия по снижению температуры плавления.

3. Для чего нужны сужения и металлургический эффект?

4. Что такое тепловое старение вставки и коэффициент запаса?

5. Что такое пограничный и испытательный токи?

6. Из чего состоит и как определяется время отключения при к.з.?

8. Что такое эффект токоограничения и предельный ток отклю­чения?

9. Каковы основные параметры предохранителя?

10. Как выполнены предохранители ПР-2, как работают, основные данные?

11. Как выполнены предохранители ПН-2, как работают, основные данные, преимущества?

12. Как выполнены предохранители ПРО, основные данные?

13. Что такое быстродействующие предохранители?

14. Как выполнены и работают блоки БПВ?

15. Что такое время-токовая характеристика предохранителя?

Литература

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1981.