Программа и контрольная работа

Электрические аппараты

 

 

Киров, 2004

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

 

Введение

 

Определение и классификация ЭА. Низковольтные аппараты — основа автоматизации производственных процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Роль высоковольтных аппаратов в развитии энергетики (/1/, с. 5,6; /2/, с. 5-7; /3/, с. 6-8).

 

Тема 1. Электродинамические силы в ЭА

 

Методы расчета и направления действия электродинамических сил. Электродинамические силы на переменном токе. Динамическая стойкость аппаратов (/4/, с. 3-18; /1/, гл. 1; /2/, гл. 3).

 

Тема 2. Нагрев ЭА

 

Основные источники тепла в ЭА. Допустимая температура нагрева частей ЭА. Нагрев и охлаждение однородных элементов при продолжительном режиме работы. Нагрев и охлаждение однородных элементов ЭА при кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы. Тепловой расчет катушек ЭА. Нагрев токопровода при коротком замыкании. Термическая стойкость ЭА (/4/, с. 18-40; /1/, гл. 2; /2/, гл. 2).

 

Тема 3. Контактная и дугогасительная системы ЭА. Физические процессы при коммутации электрических цепей

 

Сопротивление контактов. Зависимость сопротивления контактов от температуры и от падения напряжения на них. Расчет контактного нажатия контактов. Материал контактов. Классификация и конструкция контактов. Герконы. Жидкометаллические контакты. Сваривание контактов и их термическая стойкость. Износ контактов.

Физические процессы в электрической дуге коммутационных ЭА. Статические и динамические вольт-амперные характеристики электрической дуги. Условия гашения дуги постоянного тока. Перенапряжения при гашении дуги постоянного тока. Условия гашения дуги переменного тока. Принципы дугогашения и дугогасительные устройства ЭА.

 

Тема 4. Магнитная система ЭА

 

Электромагнитная сила электромагнитных устройств. Статическая электромагнитная тяговая характеристика электромагнита и ее согласование с характеристикой сил сопротивления. Коэффициент возврата (/1/, с. 211-224; /2/, с. 131-136, 138-140).

Динамические характеристики электромагнитов. Изменение временных параметров электромагнитов (/1/, с. 225-240; /2/, с. 140-144). Электромагниты переменного тока (/1/, с. 219-240; /2/, с. 136-138).

Тема 5. Основные виды ЭА и их выбор

 

Реле. Определение, функции, классификация, основные параметры реле. Электромагнитные нейтральные и поляризованные реле. Герконовые реле. Реле времени. Тепловые реле. Выбор реле (/1/, гл. 9, 10, 11; /2/, гл. 20).

Контакторы. Определение, функции, основные параметры. Магнитные пускатели. Выбор контакторов и магнитных пускателей (/1/, гл. 8; /2/, гл. 16).

Предохранители и их выбор (/1/, гл. 16; /2/, гл. 15).

Автоматические воздушные выключатели. Определение, функции, основные параметры и характеристики. Выбор выключателей (/1/, гл. 17; /2/, гл. 16).

Выключатели переменного тока высокого напряжения. Маломасляные, воздушные, вакуумные, элегазовые. Выбор выключателей (/1/, гл. 18; /2/, гл. 9).

Таблица 1 – Коэффициенты для задач темы 1

Послед. цифра шифра									9, 0
Предпосл. цифра шифра	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3
	0,9	1,5	1,5	1,2	2,0	2,3	1,1	1,5	1,5	1,1	1,9	2,3	1,2	2,2	1,5	1,0	1,1	2,3	1,2	0,9	1,5	2,0	1,9	2,3	1,3	1,9	1,5
	1,1	1,9	1,9	1,0	2,1	1,6	0,9	1,6	1,9	0,9	2,2	1,6	1,3	2,1	1,9	1,3	1,5	1,6	1,1	1,9	1,9	1,7	1,9	1,6	1,7	2,2	1,9
	1,2	1,9	1,6	1,0	1,9	2,0	1,0	1,7	1,6	1,0	1,9	2,0	1,1	2,2	1,6	1,1	2,0	2,0	1,4	2,0	1,6	1,6	1,5	2,0	1,5	1,1	1,6
	1,3	2,0	2,0	1,0	2,1	1,7	1,4	2,1	2,0	1,5	1,9	1,7	1,2	2,1	2,0	1,1	1,1	1,7	1,4	1,3	2,0	1,1	2,0	1,7	1,2	2,0	2,0
	0,8	2,2	1,7	1,2	2,0	2,1	1,3	1,5	1,7	0,9	2,0	2,1	1,0	1,9	1,7	1,1	1,7	2,1	1,5	1,5	1,7	1,5	2,2	2,1	0,9	2,2	1,7
	1,0	1,0	2,1	0,9	1,9	1,8	0,9	2,0	2,1	1,0	1,5	1,8	0,9	1,5	2,1	1,0	1,2	1,8	1,1	1,5	2,1	1,4	1,9	1,8	1,0	0,9	2,1
	0,9	1,9	1,8	1,0	2,0	1,5	1,1	1,2	1,8	1,2	1,9	1,5	1,0	2,2	1,8	1,2	2,0	1,5	1,6	1,9	1,8	1,4	2,2	1,5	1,2	1,4	1,8
	1,4	2,2	2,2	1,2	2,0	1,9	1,3	2,1	2,2	1,1	1,5	1,9	1,1	1,0	2,2	1,6	1,3	1,9	1,7	1,5	2,2	1,1	2,0	1,9	1,4	1,7	2,2
9, 0	1,5	2,0	2,3	0,9	2,0	2,2	1,1	2,0	2,3	1,2	1,9	2,2	1,2	1,0	2,3	1,3	2,2	2,2	2,0	2,5	2,3	1,2	1,9	2,2	1,1	1,5	2,3

Таблица 2 – Коэффициенты для задач темы 2

Послед. цифра шифра									9, 0
Предпосл. цифра шифра	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3
	1,2	1,0	1,5	0,9	1,0	1,5	1,1	1,0	2,3	1,1	0,9	1,5	1,0	1,0	2,3	1,2	1,1	1,5	2,0	0,9	2,3	1,2	0,9	1,5	1,1	0,9	2,3
	1,0	0,9	1,9	1,1	1,1	1,9	0,9	0,9	1,6	0,9	0,8	1,9	1,3	1,1	1,6	1,3	1,0	1,9	1,7	1,0	1,6	1,1	0,9	1,9	1,4	0,8	1,6
	1,0	0,9	1,6	1,2	0,9	1,6	1,0	1,1	2,0	1,0	1,0	1,6	1,1	1,0	2,0	1,1	0,9	1,6	1,6	1,0	2,0	1,4	1,1	1,6	1,2	1,1	2,0
	1,0	1,0	2,0	1,3	1,1	2,0	1,5	1,1	1,7	1,4	0,9	2,0	1,1	0,8	1,7	1,2	0,8	2,0	1,1	1,1	1,7	1,4	1,0	2,0	1,0	1,0	1,7
	1,2	1,0	1,7	0,8	1,0	1,7	0,9	0,9	2,1	1,3	1,0	1,7	1,1	0,9	2,1	1,0	0,7	1,7	1,5	0,7	2,1	1,5	1,1	1,7	0,9	1,1	2,1
	0,9	0,8	2,1	1,0	0,9	2,1	1,0	1,0	1,8	0,9	0,7	2,1	1,0	0,7	1,8	0,9	1,1	2,1	1,4	1,0	1,8	1,1	0,9	2,1	1,2	0,9	1,8
	1,0	0,9	1,8	0,9	1,0	1,8	1,2	1,0	1,5	1,1	1,0	1,8	1,2	1,1	1,5	1,0	1,0	1,8	1,4	0,9	1,5	1,6	0,8	1,8	1,3	1,0	1,5
	1,2	1,1	2,2	1,4	1,0	2,2	1,1	0,8	1,9	1,3	1,1	2,2	1,6	1,0	1,9	1,1	1,0	2,2	1,1	0,8	1,9	1,7	1,0	2,2	1,5	1,1	1,9
9, 0	0,9	1,0	2,3	1,5	1,0	2,3	1,2	0,8	2,2	1,1	0,9	2,3	1,3	1,0	2,2	1,2	0,8	2,3	1,2	0,9	2,2	2,0	0,9	2,3	1,6	1,0	2,2

Таблица 31 – Коэффициенты для задач темы 3

Послед. цифра шифра									9, 0
Предпосл. цифра шифра	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3	К1	К2	К3
	1,3	1,0	1,5	1,0	1,0	1,5	1,2	0,9	2,3	1,2	1,0	1,5	1,1	1,1	2,3	1,1	1,0	1,5	1,9	0,9	2,3	1,1	0,9	1,5	1,2	0,9	2,3
	1,1	1,1	1,9	1,2	0,9	1,9	1,0	0,8	1,6	1,0	0,9	1,9	1,2	1,0	1,6	1,2	1,1	1,9	1,6	0,9	1,6	1,2	1,0	1,9	1,3	0,8	1,6
	1,1	0,9	1,6	1,3	0,9	1,6	1,1	1,0	2,0	1,1	1,1	1,6	1,2	0,9	2,0	1,0	1,0	1,6	1,5	1,1	2,0	1,3	1,0	1,6	1,3	1,1	2,0
	1,1	1,1	2,0	1,4	1,0	2,0	1,6	0,9	1,7	1,5	1,1	2,0	1,2	0,8	1,7	1,1	0,8	2,0	1,0	1,0	1,7	1,5	1,1	2,0	0,9	1,0	1,7
	1,3	1,0	1,7	0,9	1,0	1,7	1,0	1,0	2,1	1,4	0,9	1,7	1,2	0,7	2,1	0,9	0,9	1,7	1,4	1,1	2,1	1,4	0,7	1,7	1,0	1,1	2,1
	1,0	0,9	2,1	1,1	0,8	2,1	1,1	0,7	1,8	1,5	1,0	2,1	1,2	1,1	1,8	0,8	0,7	2,1	1,3	0,9	1,8	1,2	1,0	2,1	1,1	0,9	1,8
	1,1	1,0	1,8	1,0	0,9	1,8	1,3	1,0	1,5	1,2	1,0	1,8	1,3	1,0	1,5	0,9	1,1	1,8	1,3	0,8	1,5	1,5	0,9	1,8	1,4	1,0	1,5
	1,3	1,0	2,2	1,5	1,1	2,2	1,2	1,1	1,9	1,4	0,8	2,2	1,7	1,0	1,9	1,0	1,0	2,2	1,0	1,0	1,9	1,8	0,8	2,2	1,4	1,1	1,9
9, 0	1,0	1,0	2,3	1,6	1,0	2,3	1,3	0,9	2,2	1,2	0,8	2,3	1,4	0,8	2,2	1,1	1,0	2,3	1,1	0,9	2,2	1,9	0,9	2,3	1,5	1,0	2,2

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Контрольные задачи по теме 1

 

1.1 Рассчитать ЭДУ между двумя параллельными шинами прямоугольного сечения мм² длиной м, если по шинам протекает ток КЗ кА, а расстояние между осями шин 110 мм. Расчет провести для случаев: а) если последняя цифра шифра четная – шины расположены «плашмя»; б)последняя цифра шифра нечетная – шины расположены на «ребро». Сравнить и объяснить результат. Определить направление ЭДУ при встречном направлении токов в шинах. В каком случае напряжения на изгиб в шинах будет больше и во сколько раз, если концы шин жестко закрепить? Объяснить результат.

Напряжение на изгиб для рассматриваемого случая определяется соотношением:

,

где - изгибающий момент ЭДУ,

,

– длина шины,

- момент сопротивления поперечного сечения шины,

,

здесь a и b – размеры сторон шины, соответственно перпендикулярной и параллельной оси системы.

 

1.2 Определить направление и значение ЭДУ в круговом витке радиусом м при токе КЗ кА. Проверить виток на прочность, если он выполнен из медного круглого провода с допустимым напряжением на разрыв МПа, диаметр провода витка мм. Индуктивность витка определяется соотношением .

 

1.3 Найти значение и объяснить как определить направление ЭДУ, действующих между двумя витками при согласном и встречном направлении токов в них. Рассчитать значение ЭДУ между витками при согласном направлении токов в них, если радиус витков м, расстояние между витками мм, токи витков кА. Взаимная индуктивность витков . Нарисовать картину магнитного поля витков.

 

1.4 Определить направление и значение ЭДУ, действующего на круглый проводник длиной м. Проводник расположен вдоль ферромагнитной стенки на расстоянии см от нее и по проводнику протекает ток кА. Решение задачи провести обоими методами (при решении задачи использовать метод зеркальных отображений). Индуктивность двухпроводной линии .

 

1.5 Три шины прямоугольного сечения мм² трехфазной системы жестко закреплены плашмя на опорных изоляторах. Расстояние между шинами м, расстояние между опорными изоляторами м. Шины выполнены из меди с допустимым напряжением на изгиб Н/м². Проверить шины на прочность, если возможное значение установившегося тока КЗ составляет кА.

 

Контрольные задачи по теме 2

 

2.1 Определить мощность потерь в одном метре длины параллельных медных шин размером мм², если по ним протекает переменный ток кА частотой 400 Гц, который нагревает их до 100 ⁰С. Расстояние между шинами мм. Расчет провести для случаев: а) шины расположены «плашмя»; б) шины расположены на «ребро». Сравнить и объяснить результат.

 

2.2 Рассчитать допустимый ток для медной окрашенной шины с поперечным сечением мм² в длительном режиме и повторно-кратковременном режиме с продолжительностью включения ПВ=40% и числом включений 600 вкл/ч. Частота переменного тока 50 Гц, допустимая температура шины 110 ⁰С, температура окружающей среды ⁰С. Шина установлена горизонтально и на ребро, при этом ее коэффициент теплоотдачи определяется соотношением , где - перегрев шины.

 

2.3 Вывести зависимость допустимого времени нагружения шины сечением от величины тока . Рассчитать и построить для медной шины сечением мм², если ее допустимая температура ⁰С, температура окружающей среды ⁰С. Коэффициент теплоотдачи , плотность , теплоемкость . При токе время .

 

2.4 Рассчитать односекундный допустимый ток КЗ голой медной шины сечением мм², если до начала КЗ по шине протекал ток А. Коэффициент теплоотдачи шины , удельное сопротивление меди при номинальном режиме принять , температура окружающей среды ⁰С.

 

2.5 Рассчитать пятисекундный ток термической стойкости шины прямоугольного сечения мм². Выдержит ли шина ток кА в течение с? Для четных вариантов материал шины – алюминий, для нечетных вариантов материал шины – медь.

 

Контрольные задачи по теме 3

 

3.1 Обосновать выбор контактного материала рычажных контактов на ток А, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме. Рассчитать контактное нажатие F_к.

 

3.2 Две медные шины соединены внахлестку с помощью двух болтов для прохождения тока А. Рассчитать силу затяжки каждого болта, если температура контактного соединения не должна превышать ().

 

3.3 Рассчитать раствор контактов на предельный отключаемый ток , предназначенных для работы в сети 110 В постоянного тока. ВАХ дуги при максимальном растворе контактов описывается уравнением , где - длина дуги в м.

 

3.4 Определить время горения дуги постоянного тока при отключении цепи с напряжением В, сопротивлением Ом и индуктивностью мГн, если ВАХ дуги при максимальном растворе контактов коммутационного аппарата определяется уравнением .

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Электрические и электронные аппараты. Под редакцией Ю.К. Розанова. – М.: Энергоатомиздат, 1998.

4. Головенкин В.А. Электродинамические усилия и нагрев в электрических аппаратах. МУ для самостоятельной работы. – Киров, 1990.

5. Буткевич Г.В., Дегтярь В.Г., Сливинская А.Г. Задачник по электрическим аппаратам. – М.: Высшая школа, 1977.