Бесконтактные электрические аппараты реферат

Обновлено: 01.07.2024

Бесконтактные электрические аппараты воздействуют на электрическую цепь без физического разрыва, у них отсутствуют контакты подвижных частей. Основными преимуществами являются: быстродействие, высокая скорость переключения; долговечность; срок службы определяется в основном старением компонентов, из которых они состоят.

Принцип действия бесконтактных электрических аппаратов управления основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой: ферромагнитные сердечники с обмотками (нелинейные индуктивности); нелинейные активные сопротивления, которыми обладают полупроводниковые приборы при сравнительно невысоких частотах электрического тока.

Нелинейные элементы включаются между источником питания и нагрузкой (управляемой цепью), при этом эти элементы изменяют свое сопротивление электрическому току от минимального до максимального. Таким образом достигается управление нагрузкой. За счет изменения параметров в цепи управления изменяется сопротивление. Управляемая мощность в цепи нагрузки достигает больших значений.

Указанное свойство, т.е. возможность с помощью сравнительно небольшой мощности в цепи управления управлять большой мощностью в нагрузке, характеризует бесконтактные аппараты как усилители.

Рабочая цеп содержит источник питания с напряжением U_п, нагрузку z_н. Цепь управления содержит источник питания управляемого сигнала с напряжением U_у, сопротивление в цепи управления – z_н. Изменяя сравнительно небольшой ток в цепи управления i_у (входной цепи), изменяют большой ток i_р выходной управляемой цепи. Получение большой мощности в выходной цепи происходит за счет энергии источника питания U_п.

Если нелинейный элемент выполнен на ферромагнитном сердечнике с обмотками, усилитель называют магнитным; если в качестве нелинейного элемента используется полупроводниковый прибор, то усилитель называют полупроводниковым.

Магнитный усилитель

В магнитном усилителе (МУ) для увеличения сигнала используют индуктивное сопротивление. В качестве управляемого индуктивного сопротивления применяют дроссель со стальным сердечником. Индуктивное сопротивление изменяют подмагничиванием.

Схема магнитного усилителя с самоподмагничиванием (самонасыщением) имеет высокий коэффициент усиления, быстродействие. Магнитный усилитель с самоподмагничиванием состоит из следующих элементов: 1, 1' – два одинаковых сердечника (из листовой электротехнической стали); 2, 2' – полуобмотки рабочей обмотки, где w_р – число витков полуобмотки, полуобмотки включаются параллельно и встречно; VD1, VD2 – диоды, включены последовательно с полуобмотками; R_н – сопротивление нагрузки, включено последовательно в цепь переменного тока; 3 – обмотка управления с числом витков w_у, питается постоянным напряжением U_у.

мЕсли управляемых сигналов несколько, то в сердечниках располагается несколько обмоток управления.Каждая рабочая полуобмотка 2, 2' проводит ток тольков течение одного полупериода питающего переменного напряжения U_п . Рассмотрим протекание процесса только в сердечнике 1 (см. рис.22) в течение первого полупериода (от 0 до p). К началу первого полупериода в сердечнике 1 имеется начальный магнитный поток F₀ (рис.23, б). Он создается магнитодвижущей силой F_у при протекании по обмотке управления 3 тока I_у. Начальный поток определяется по кривой намагничивания сердечника. Процесс намагничивания будет продолжаться до момента насыщения сердечника (F_s).

Время, в течение которого сердечник намагничивается, называется интервалом возбуждения и характеризуется углом насыщения a. В этот интервал в нагрузке протекает небольшой намагничивающий ток I_m, поскольку все напряжение питания прикладывается к дросселю из-за его большого индуктивного сопротивления (рис.23, г).

При насыщении сердечника наступает интервал насыщения, который продолжается до конца полупериода. В этом интервале поток сердечника остается неизменным; индуктивность дросселя мала и при этом практически все питающее напряжение U_п прикладывается к нагрузке R_н. Ток I_н в нагрузке резко возрастает (рис.23, г) и протекает в течение всего периода насыщения, т.е. от момента насыщения сердечника, определяемого углом a, до конца полупериода, определяемого углом p.

В течение другого полупериода (от p до 2p) в другом сердечнике 1' происходят аналогичные процессы.

Среднее значение тока в нагрузке зависит от длительности протекания тока I_н в интервале насыщения. Длительность протекания тока определяется углом насыщения a (см. рис.23, г). Среднее значение тока в нагрузке .

Из выражения (12) видно, что ток I_н.ср определяется напряжением U_п, нагрузкой R_н, углом насыщения a и временем насыщения. Угол a зависит от степени начального

Эталон единицы силы электрического тока: Эталон – это средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение.

Выполнил: ст. гр. ЭО/с-41 о
Гаманюк А.С.
Принял: Пронина А.К.

Севастополь
2017
Электрическиеаппараты (ЭА) –это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением. Разнообразие видов электрические аппараты и различие традиций мировых электротехнических школ затрудняют их классификацию.
В настоящее время под электрические аппараты понимают электротехнические устройства управления потокомэнергии и информации. При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и др., например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта. Потоками тепловой энергии можно управлять при помощи электромагнитных клапанов и заслонок. Таких примеров использования электрические аппараты можно привести большоеколичество. Примером использования электрические аппараты для управления информацией является применение реле в телефонии. Например, при создании телеграфного аппарата П.Л. Шиллинг в 1820г. применил впервые электромагнитное реле. Простейшая формально-логическая обработка дискретной информации также была реализована на реле.
Однако наибольшее распространение получили электрические аппараты дляуправления потоками электрической энергии для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких электрические аппараты осуществляются посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений до периодических высокочастотных,например, в импульсных регуляторах напряжения.
Одним из основных признаков классификации электрические аппараты является напряжение. Различают аппараты низкого напряжения (АНН) – до 1000 В и аппараты высокого напряжения (АВН) – свыше 1000 В.
Большинство аппаратов низкого напряжения условно можно разделить на следующие основные виды:
аппараты управления и защиты – автоматические выключатели,контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой;
аппараты автоматического регулирования – стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии;
аппараты автоматики – реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты,осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов.
Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока: слаботочные (слаботоковые) –до 10 А и сильноточные (сильнотоковые) – свыше 10 А. При этом нижние пределы надёжно коммутируемых современными электрическими аппаратами токов достигают 10-9 А, а напряжений - 10-5 В.
Аппараты высокого напряжения работают в сетях снапряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям. В настоящем учебном пособии аппараты высоко напряжения не рассматриваются.
Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условияэксплуатации.
В основе большинства электромеханических электрические аппараты лежит контактная система с различными типами приводов - ручным, электромагнитным, механическим и др. Процессы, протекающие в электрические аппараты, определяются различными и многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике, механике, термодинамике и.

Бесконтактные электрические аппараты построены на базе магнитных усилителей или полупроводниковых элементов. Такие аппараты коммутируют электрическую цепь без образования электрической дуги и не создают видимого разрыва электрической цепи. Бесконтактные аппараты не имеют подвижных устройств. Отсутствие подвижной системы и необходимости гасить дугу является их достоинствами. Они более надежны и быстродействующи.

Полупроводниковые бесконтактные аппараты очень чувствительны к перенапряжениям и сверхтокам, допускают лишь кратковременную нагрузку, что ограничивает их применение. Они не способны коммутировать одновременно несколько цепей, дороже, и не создают видимого разрыва электрической цепи.

Применяются на небольшие токи и напряжения.

Принцип действия этих аппаратов может быть основан на различных физических явлениях, однако во всех случаях их работа сводится к изменению тока в электрической цепи при воздействии на них управляющего сигналов.

По характеру реакции на управляющий сигнал бесконтактные устройства могут быть разбиты на две группы:

- усилители электрических сигналов;

- статические реле и бесконтактные выключатели;

Усилители магнитные

Магнитный усилитель может рассматриваться как регулируемое индуктивное сопротивление, включаемое в цепь переменного тока. Изменение величины индуктивного сопротивления достигается путем создания постоянного магнитного потока в сердечнике из магнитомягкого материала. Если на постоянное магнитное поле, созданное обмоткой управления, накладывается переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой нагрузки, то результирующая магнитная индукция в определенную часть периода будет превышать индукцию насыщения, индуктивное сопротивление будет мало, и цепи будет протекать большой ток. При работе усилителя в зоне магнитного не до насыщения индуктивное сопротивление будет велико, и цепи будет протекать малый ток.

Рис.2.4.1Схема магнитного усилителя с самоподмагничиванием

Магнитные усилители представляют собой дроссели со стальным магнитопроводом, включаемые в цепь переменного тока. Путем подмагничивания этих дросселей постоянным током можно в широких пределах изменять переменный ток в регулируемой цепи.

Магнитный усилитель состоит из двух магнитопроводов 1 и 1´, изготовленных из листовой электротехнической стали. На каждом магнитопроводе расположена рабочая обмотка 2 и 2´с числом витков w_р.Обе обмотки включены параллельно и встречно. Последовательно с каждой обмоткой включены полупроводниковые диоды, для увеличения коэффициента усиления и быстродействия. Последовательно с магнитным усилителем в цепь переменного тока, включена нагрузка R_н. Обмотка управления 3 с числом витков w_у охватывает оба магнитопровода одновременно. Управляющий сигнал U_у подается на эту обмотку. Если управляющих сигналов несколько,то соответственно на магнитопроводах располагают и несколько обмоток управления.

Работа: из-за наличия вентилей каждая рабочая обмотка может проводить переменный ток только в течение одного полупериода. Поэтому, рассматривая работу усилителя в течении первого полупериода (интервал от 0 до π), ограничимся анализом процессов только в магнитопроводе 1. Предположим, что по обмотке протекает ток I_у, создающий МДС F_у. Тогда к началу первого полупериода в магнитопроводе уже будет создан начальный поток Ф₀. Под действием переменного напряжения приложенного к обмотке 2, будет происходить дальнейшее перемагничивание магнитопровода. Этот процесс будет продолжаться до полного насыщения магнитопровода. Время, в течение которого происходит перемагничивание магнитопровода, называется интервалом возбуждения. В этом интервале из-за большой индуктивности дросселя все напряжение питания практически прикладываются к дросселю и в нагрузке протекает лишь небольшой намагничивающий ток.

Когда магнитопровод будет насыщен, наступит интервал насыщения, продолжающийся до конца периода. В этом интервале поток магнитопровода не изменяется, индуктивность дросселя мала и все напряжение прикладываются к нагрузке. Ток в нагрузке резко возрастает до значения, определяемого сопротивлением нагрузки, и протекает в течении всего интервала насыщения, т.е от момента насыщения магнитопровода, до конца полупериода. В течении другого полупериода работает магнитопровод 2, причем процессы протекают аналогично.

Усилительные свойства магнитных усилителей определяются их коэффициентом усиления.

Р_н-мощность нагрузки;

Р_у -мощность управления-это потери в сопротивлении обмотки управления

U_н, I_н -номинальные напряжения и ток нагрузки усилителя.

Коэффициент усиления зависит от конструктивных параметров магнитного усилителя, в частности от объема меди обмотки управления. Чем больше меди , тем больше коэффициент усиления.

Важным параметром магнитных усилителей является их быстродействие, т.е скорость установления выходного напряжения при подаче сигнала управления. Так параметрами влияющими на быстродействие усилителей являются: сопротивление цепи управления, количество меди в обмотках, коэффициент усиления (увеличение сопротивления увеличивает быстродействие, увеличение количества меди и коэффициента усиления уменьшает быстродействие).

Достоинства магнитных усилителей (простота конструкции, отсутствие движущихся частей и потребности в уходе, большой срок службы, высокий коэффициент усиления, возможность простого суммирования сигналов на входе усилителя) обусловили их широкое распространение в автоматике.

Аппаратура управления служит для пуска и останова машины, а также для контроля за ее работой.
Аппаратура управления
Аппаратура управления подразделяется на аппаратуру ручного управления (рубильники, реостаты, контроллеры и т. п.) и аппаратуру автоматического управления (контакторы, реле, электронно-ионная аппаратура и др.). Аппаратура автоматического управления обычно компонуется в станции управления. Простейшей магнитной станцией управления является магнитный пускатель.

Содержание

Введение 2
Контакторы и магнитные пускатели 3
Виды электромагнитных пускателей 3
Контакторы 6
Рубильники и переключатели 10
Пакетные выключатели 13
Реле 14
Электромагнитные реле 15
Бесконтактные системы управления 16
Достоинства и недостатки бесконтактных аппаратов по сравнению с обычными пускателями и контакторами 17
Тиристорный однополюсный контактор 18
Бесконтактные тиристорные пускатели 18
Кнопки управления 19
Путевые и конечные выключатели 20
Список литературы 21

Работа состоит из 1 файл

Электрооборудование 1.docx

При прохождении по обмотке реле тока возникает магнитный поток Ф, замыкающийся через магнитопровод электромагнита, воздушный зазор и якорь. При этом создается электромагнитная сила F₃, стремящаяся притянуть якорь реле к электромагниту — обусловить действие реле:

где — магнитная проводимость; / — длина силовой магнитной линии, м; w_p — число витков обмотки, реле.

Выражение является общим для всех конструкций электромагнитных реле. У реле с поворотным якорем магнитное поле в воздушном зазоре практически можно считать равномерным. При этом магнитную проводимость, которую в основном определяют длиной воздушного зазора и площадью его сечения s, с достаточной точностью можно принять равной Так как при движении якоря сокращается зазор, то при этом

Подставляя в выражение, можно найти

Для действия реле необходимо, чтобы на всем пути перемещения якоря от начального положения в конечное положение выполнялось условие

где F_w — сила трения, Н.

Минимальное значение тока /_р, при котором соблюдается условие, является током действия реле /_др. Отпускание якоря, т. е. возврат реле в начальное состояние, может произойти, если на всем пути от до сохраняется условие

На рис. 2 изображены совмещенно механические характеристики реле с поворотным якорем с учетом сил трения при действии F_MJl и при отпускании F_M0 и соответственно электромагнитные характеристики F_3Ji и F_3B, построенные для тока действия /_д „ и тока отпускания /_0р — максимального тока в обмотке реле, при котором оно переходит в начальное состояние.

Отношение тока отпускания к току действия характеризуется коэффициентом отпускания

Исходя из требований чувствительности измерительных органов желательно иметь k₀ = 1.

Бесконтактные системы управления

Бесконтактная система управления электроприводом, электромеханическая система автоматического управления, которая не содержит замыкающих и размыкающих контактов в электрических цепях, питающих электропривод. В системах управления электроприводом стремятся избежать замыкания и размыкания электрических цепей контактами, т.к. они снижают надёжность и технико-экономические показатели электроприводов. Электрические контакты изнашиваются, подгорают, иногда привариваются, искрят, создают шум и радиопомехи. Основные достоинства бесконтактной системы управления - надёжность, долговечность, снижение пожарной опасности, шумов и радиопомех, повышение быстродействия и снижение затрат труда на обслуживании электроприводов.

На практике наиболее широко применяют бесконтактные системы управления., использующие бесконтактные электрические аппараты, основными элементами которых служат тиристоры, а также транзисторы и магнитные усилители, работающие в ключевом режиме.

Достоинства и недостатки бесконтактных аппаратов по сравнению с обычными пускателями и контакторами

По сравнению с контактными аппаратами бесконтактные имеют преимущества:

- не образуется электрическая дуга, оказывающая разрушительное воздействие на детали аппарата; время срабатывания может достигать небольших величин, поэтому они допускают большую частоту срабатываний (сотни тысяч срабатываний в час),

- не изнашиваются механически,

В то же время, у бесконтактных аппаратов есть и недостатки:

- они не обеспечивают гальваническую развязку в цепи и не создают видимого разрыва в ней, что важно с точки зрения техники безопасности;

- глубина коммутации на несколько порядков меньше контактных аппаратов,

- габариты, вес и стоимость на сопоставимые технические параметры выше.

Бесконтактные аппараты, построенные на полупроводниковых элементах, весьма чувствительны к перенапряжениям и сверхтокам. Чем больше номинальный ток элемента, тем ниже обратное напряжение, которое способен выдержать этот элемент в непроводящем состоянии. Для элементов, рассчитанных на токи в сотни ампер, это напряжение измеряется несколькими сотнями вольт.

Возможности контактных аппаратов в этом отношении неограниченны: воздушный промежуток между контактами протяженностью 1 см способен выдержать напряжение до 30 000 В. Полупроводниковые элементы допускают лишь кратковременную перегрузку током: в течение десятых долей секунды по ним может протекать ток порядка десятикратного по отношению к номинальному. Контактные аппараты способны выдерживать стократные перегрузки током в течение указанных отрезков времени.

Падение напряжения на полупроводниковом элементе в проводящем состоянии при номинальном токе примерно в 50 раз больше, чем в обычных контактах. Это определяет большие тепловые потери в полупроводниковом элементе в режиме длительного тока и необходимость в специальных охлаждающих устройствах.

Все это говорит о том, что вопрос о выборе контактного или бесконтактного аппарата определяется заданными условиями работы. При небольших коммутируемых токах и невысоких напряжениях использование бесконтактных аппаратов может оказаться более, целесообразным, чем контактных.

Бесконтактные аппараты нельзя заменить контактными в условиях большой частоты срабатываний и большого быстродействия. Безусловно, бесконтактные аппараты даже при больших токах предпочтительны, когда требуется обеспечить усилительный режим управления цепью. Но в настоящее время контактные аппараты имеют оределенные преимущества перед бесконтактными, если при относительно больших токах и напряжениях требуется обеспечивать коммутационный режим, т. е. простое отключение и включение цепей с током при небольшой частоте срабатываний аппарата.

Существенным недостатком элементов электромагнитной аппаратуры, коммутирующих электрические цепи, является низкая надежность контактов. Коммутация больших значений тока связана с возникновением электрической дуги между контактами в момент размыкания, которая вызывает их нагрев, оплавление и, как следствие, выход аппарата из строя.

В установках с частым включением и отключением силовых цепей ненадежная работа контактов коммутирующих аппаратов отрицательно сказывается на работоспособности и производительности всей установки. Бесконтактные электрические коммутирующие аппараты лишены указанных недостатков.

Тиристорный однополюсный контактор

Для включения контактора и подачи напряжения на нагрузку должны замкнуться контакты К в цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Если в этот момент на зажиме 1 положительный потенциал (положительная полуволна синусоиды переменного тока), то на управляющий электрод тиристора VS1 будет подано через резистор R1 и диод VD1 положительное напряжение. Тиристор VS1 откроется, и через нагрузку Rн пойдет ток. При смене полярности напряжения сети откроется тиристор VS2, таким образом, нагрузка будет подключена к сети переменного тока. При отключении контактами К размыкаются цепи управляющих электродов, тиристоры закрываются и нагрузка отключается от сети.

Схема электрическая однополюсного контактора

Бесконтактные тиристорные пускатели

Бесконтактный трехполюсный пускатель на тиристорах серии ПТ

Схема тиристорного пускателя предусматривает защиту электродвигателя от перегрузки, для этого в силовую часть схемы установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, вторичные обмотки которых включены в блок управления тиристорами.

Кнопки управления

Назначение:
Кнопки управления предназначены для оперативного управления магнитными пускателями, контакторами и реле автоматики в электрических цепях переменного тока частотой 50Гц, напряжением до 660В или постоянного тока напряжением до 400В. Кнопки управления бывают одно- и двухпозиционные с замыкающими и размыкающими контактами на напряжение до 500 В.

Описание:
Кнопки управления состоят из быстросъемной головки и контактного модуля. Контактная группа черного цвета - замыкающая (1з), коричневого - размыкающая (1р).
Для предотвращения попадания жидкости внутрь механизма кнопки управления снабжены резиновыми уплотнительными кольцами.
Подключение подводящих проводников производят через винтовые зажимы с тарельчатыми шайбами.

Рис. 4. Двухпозиционная кнопка управления: а – общий вид; б – конструктивная схема: 1 – корпус; 2 – кнопка; 3 – прокладка; 4 – пружина; 5 – пружина; 6 – подвижный мостиковый контакт; 7 – неподвижный разомкнутый контакт; 8 – неподвижный замкнутый контакт.

Путевые и конечные выключатели

Путевые и конечные выключатели представляют собой коммутационные элементы, кинематические связанные с рабочей машиной и срабатывающие в зависимости от перемещения подвижной части рабочей машины. Выключатель, ограничивающий ход рабочего механизма, называют конечным выключателем. Путевые выключатели срабатывают в определенных промежуточных точках на пути перемещения. Особенно широко путевые и конечные выключатели используются в схемах автоматизированного электропривода различных производственных механизмов.

Рис. 5. Контактный путевой (конечный) выключатель:

1 – поворотный рычаг; 2 – крышка; 3 – отверстие для подвода проводов; 4 – корпус; 5 – ролик.

По характеру перемещения подвижного штока выключатели подразделяются на нажимные, шток совершает прямолинейное движение и рычажные, (движение передается через устройство в виде рычага, поворачивающийся на некоторый угол.). Выключатели, у которых срабатывание контактов зависит от скорости движения упора, называют выключателями простого действия. Они не обеспечивают быстрого переключения при малых скоростях, их применяют при скоростях перемещения упора не менее 0,4 м/мин – при меньшей скорости из-за длительного действия дуги происходит быстрый износ контактов.

Выключатели, у которых переключение контактов не зависит от скорости движения упора называют моментными. Здесь контакты связаны с подвижным (измерительным) устройством через систему с двумя фиксированными при помощи пружин положениями.

В промышленности находят широкое применение выключатели ВК-200, ВК-300, ВПК-1000, взрывозащищенные ВКМ-ВЗГ.

Читайте также: