Какие устройства называются электрическими аппаратами автоматики и управления

24 Назначение и классификация электрических аппаратов автоматики.

2) Устройства для передачи (распределения) информации: а) аппаратура телеконтроля для передачи сигнала информации по каналам связи; б) коммутаторы для распределения сигналов информации на места ее представления и обработки;

3) Устройства для логической и математической обработки информации: а) преобразователи, изменяющие характер сигналов информации с целью ее обработки или хранения; б) устройства (в том числе ЭВМ) для переработки информации по заданным алгоритмам с целью осуществления законов и режимов управления (регулирования), в том числе для хранения сигналов информации, создания программных сигналов, сравнения информационных сигналов с программными;

4) Исполнительные устройства контроля, показывающие оператору состояние процессов в контролируемом объекте: сигнальные табло, мнемонические схемы, стрелочные и цифровые приборы, указательные (сигнальные) реле, алфавитные или цифровые печатающие машины;

5) Устройства выработки управляющих воздействий, преобразующие сигналы информации в более мощные сигналы требуемой формы (часто и другой физической природы относительно информационных сигналов) для приведения в действие исполнительных устройств управления;

6) Исполнительные устройства управления, выполняющие заключительную операцию процесса управления.

Аппараты автоматики служат для получения измерительной (контрольной) информации об объектах, ее передачи, преобразования, запоминания и сравнения с программными данными, а также для формирования, передачи (распределения) обратной, командной (управляющей) информации с целью воздействия на объекты. Следует отметить, что к электрическим аппаратам автоматики не относят ЭВМ, печатающие машины, сигнальные табло, мнемонические схемы, измерительные приборы, электромоторные исполнительные механизмы.

Электрические аппараты, принцип действия которых не связан с использованием перемещения их составных элементов, называются статическими электрическими аппаратами. Электрические аппараты, функционирование которых основано на использовании перемещения их составных элементов, называются электромеханическими аппаратами.

К электромеханическим аппаратам автоматики традиционно относят: первичные электромеханические измерительные преобразователи, различные электромеханические реле, шаговые искатели (распределители), осуществляющие поочередное подключение одной цепи к ряду других, командная аппаратура (конечные и путевые выключатели, поворотные переключатели), различные аппараты контроля и управления (электромагнитные муфты, электромагнитные клапаны), электрические и магнитные опоры.

34 Понятие о предельных параметрах электрических аппаратов

Предельные параметры электрических аппаратов рассмотрим на примере плавких предохранителей и выключателей.

1) Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, защищающий электроустановку от перегрузок и токов короткого замыкания посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

Номинальный ток плавкой вставки — это ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы. Длительное протекание данного тока не вызывает плавление вставки.

Номинальный ток предохранителя — это ток наибольшей плавкой вставки, предназначенной для данной конструкции предохранителя. На этот ток рассчитана вся токоведущая система.

Предельный ток отключения (предельная отключающая способность, предельная коммутационная способность — ПКС) — это наибольший ток, который предохранитель может отключить без каких-либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе после смены плавкой вставки.

Максимальный ток неплавления — это наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение двух первых часов.

Минимальный ток плавления — то наименьший ток, при котором плавкая вставка должна расплавиться в течение 1-2 часов.

2) Автоматические выключатели:

Предельно отключаемый ток – ток короткого замыкания, который может быть отключен автоматическим выключателем без каких-либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

Номинальный ток расцепителя – ток, прохождение которого в течении неограниченного времени не вызывает срабатывание расцепителя.

Номинальный ток – ток, прохождение которого допустимо в течении неограниченно длительного времени.

Номинальное напряжение – напряжение при котором может применяться выключатель данного типа.

Ток уставки расцепителя – наименьший ток, при прохождении которого расцепитель срабатывает.

Уставка тока – настройка автоматического выключателя на заданный ток срабатывания.

Отсечка тока – уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание.

3) Вакуумные выключатели:

Предельные параметры вакуумных выключателей, достигнутые в серийном производстве, составляют по номинальному току 4000 А, по току отключения – 100 кА при 7,2 кВ и 31,5 кА при 35 кВ. Таким образом, в последние годы усилия разработчиков направлены не на повышение основных параметров аппаратов, а на создание более экономичных конструкций и повышение их надежности.

Электрические аппараты высокого напряжения

Такие аппараты работают в энергосистемах и распределительных устройствах высокого напряжения. К таким аппаратам относятся высоковольтные разрядники и предохранители, выключатели, трансформаторы тока и напряжения, реакторы.

Разрядники осуществляют защиту электроустановок от перенапряжений. При переходных режимах в сетях на проводниках появляются избыточные электрические заряды, вызывающие повышение напряжения сверх номинального. В этом случае разрядники отводят избыточные заряды в землю.

Предохранители защищают электрооборудование от сверхтоков. При возникновении тока короткого замыкания в них перегорает металлическая плавкая вставка, возникает и гасится электрическая дуга, в результате чего цепь разрывается.

Выключатели высокого напряжения различных типов получили широкое распространение. Они служат для коммутации тока в нормальных режимах и короткого замыкания, когда токи достигают значения нескольких килоампер. Отключение больших токов в сочетании с высоким напряжением сети создает сложные условия для коммутации. Основными типами высоковольтных выключателей являются масляные, воздушные (сжатого воздуха), вакуумные, электромагнитные. Первые два типа относятся к наиболее мощным выключателям, остальные применяются при сравнительно небольших мощностях отключения, определяемых отключаемым током и напряжением сети.

Разрыв цепи тока в таких выключателях осуществляется за счет гашения дуги, возникающей между контактами, когда газоразрядный межконтактный промежуток превращается из проводника электрического тока в изолятор. Этот процесс обычно длится 0,01 – 0,1 с.

Масляные выключатели осуществляют гашение электрической дуги в заполненном трансформаторным маслом объеме. При высокой температуре электрической дуги масло разлагается на газообразные составляющие (водород – 75 %, ацетилен – 15 % и др.), которые интенсивно гасят электрическую дугу благодаря их большой теплоотводящей способности и сильному деионизирующему воздействию на газоразрядный столб.

Устройство масляного выключателя показано на рис.1.1.

Рис.1.1. Масляный выключатель

При размыкании контактов 1 и 5 образуется электрическая дуга Д, разлагающая на газы и пары масло 4. В дугогасительной камере 2 происходит дутье газовой смеси на дугу, что обеспечивает ее гашение в образованном изоляционным корпусом 3 объеме.

Воздушные выключатели представляют собой конструкцию, в которой на образующуюся между контактами электрическую дугу направляется интенсивный поток сжатого воздуха.

Устройство воздушного выключателя показано на рис.1.2.

Рис.1.2. Воздушный выключатель

При отключении цепи тока под действием сжатого воздуха размыкаются контакты 4 и 6. Сжатый воздух подается из резервуара 7 (р ≤ 20·10 5 Па), воздействует на поршень 3 подвижного контакта 4 и перемещает его вверх, преодолевая противодействие контактной пружины 1. Образующаяся между контактами 4 и 6 электрическая дуга 5 гасится потоком сжатого воздуха, идущего из камеры в атмосферу. Эта дугогасительная система размещается внутри изоляционной конструкции 2.

Трансформаторы тока и напряжения предназначены для облегчения условий работы электрических аппаратов автоматики. Они трансформируют измеряемые на низковольтной стороне токи и напряжения в существенно меньшие пропорциональные значения, подаваемые на обмотки реле и автоматических регуляторов. Это позволяет выполнить реле и регуляторы высокочувствительными, малоинерционными и быстродействующими.

Реакторы – это включаемые последовательно в цепь катушки индуктивности, индуктивное сопротивление которых существенно меньше сопротивления нагрузки, но больше сопротивления проводов. В нормальном режиме работы электрооборудования они практически не ограничивают силу тока в цепи. При коротком замыкании, когда ток определяется только сопротивлением проводов, реакторы ограничивают силу тока короткого замыкания и облегчают условия его отключения.

1.5 Назначение и классификация электрических аппаратов автоматики

Технические средства автоматики, с помощью которых выполняются различные операции с сигна­лами (получение и сбор, считывание, формирова­ние, обработка, преобразование, адресование, сравнение, хранение, размножение, изменение уровня, логические операции и т. п.), относят к электрическим аппаратам автоматики, если хотя бы один из сигналов (на входе или выходе аппарата) электрический. Под сигналом подразумева­ется воспринимаемая или передаваемая информа­ция о вещественном (размер, плотность, цвет и т.п.) или энергетическом (скорость, давление, темпера­тура, напряжение, ток, cos φ, КПД и т.д.) парамет­ре. Сигналы могут быть периодическими и непериодическими, непрерывными и дискретными.

Для реализации электрических аппаратов авто­матики используются разнообразные физические принципы. По назначению они классифицируются следующим образом:

первичные преобразователи (датчики) — пре­образующие контролируемую (входную, как пра­вило, неэлектрическую) величину в выходной электрический сигнал. . Часто конструктивно датчи­ки включают в себя усилители и релейные элементы (например, триггер Шмитта). Датчики с релей­ным выходом называются биполярными;

распределители (коммутаторы) — распреде­ляющие информацию в виде электрических сигна­лов по различным каналам связи;

сумматоры, логические элементы, ЦАП, АЦП — обрабатывающие информацию, поступающую по различным каналам (входам) в виде электрических сигналов, и вырабатывающие команду (сигнал) для исполнительных устройств;

исполнительные аппараты. К этому классу аппаратов относятся электрические реле автомати­ки, электрогидровентили, электрогидрокраны, электроклапаны, магнитные опоры и подвесы, задвижки, толкатели и др.;

электрические реле автоматики — устройства для защиты электрических систем, сетей и цепей, а также других объектов от несанкционированных режимов работы; для выработки сигналов, опове­щающих о приближении нештатных ситуаций и об их наступлении; для усиления, размножения, обработки, кодирования и запоминания поступаю­щей информации.

К разновидностям электрических реле относятся герконовые реле, основу которых составляют гермети­зированные магнитоуправляемые контакты (герконы).

К электрическим аппаратам автоматики можно отнести также релейные аппараты с механическим управлением (входом) и электрическим выходом: кнопки, ключи, клавиатуры, тумблеры, микровык­лючатели.

1.6 Основные физические явления и процессы в электрических аппаратах

К основным явлениям, сопровождающим работу электрического аппарата, относятся: процессы ком­мутации электрических цепей (или механических нагрузок), электромагнитные процессы (электро­механические и индукционные явления, электро­магнитные взаимодействия элементов аппарата и т.п.) и тепловые процессы.

Общим фактором для всех аппаратов, оказыва­ющим непосредственное влияние на указанные процессы, является режим работы аппарата. Таких режимов три: длительный (при длительном про­хождении тока аппарат нагревается до установив­шейся температуры), кратковременный (в отключенном состоянии между отдельными вклю­чениями температура нагрева аппарата снижается практически до температуры окружающей среды), повторно-кратковременный (температура нагрева за время паузы тока не успевает снизиться до температуры окружающей среды). Два последних режима характеризуются относительной продол­жительностью включения, %

где tп и tн время паузы и нагрузки тока.

Стандартные значения ПВ: 15; 25; 40; 60%.

Функции коммутации электрических цепей осуществляют выключатели высокого напряжения, контакторы, пускатели, реле, предохранители, рубильники и разъединители, автоматические вы­ключатели и другие коммутаторы электрических цепей.

Коммутацию механических нагрузок реализуют аппараты, основным элементом которых являются электромагнитные устройства — тяговые электро­магниты различного назначения, электромагнит­ные заслонки, муфты и т.п.

Коммутация электрической цепи аппаратами осуществляется путем изменения электрического сопротивления их коммутирующего органа. Для коммутирующего органа электрического аппарата характерны два режима: коммутационный и уси­лительный. В коммутационном режиме происходит скачкообразное изменение сопротивления R_K ком­мутирующего органа и быстрое изменение тока нагрузки. В усилительном режиме происходит плавное изменение сопротивлений R_K и тока на­грузки. Сопротивление коммутирующего органа во включенном состоянии R_{K вкл} мало, его сопротив­ление в отключенном состоянии К_коткл велико. Отношение этих сопротивлений определяет глуби­ну коммутации, которая определяется соотношением:

Для электромеханических аппаратов (с контак­тной системой) К_к = 10 10 -10 14 , для коммутиру­ющего органа на статических (бесконтактных) аппаратах К_к = 10 4 -10 7 .

Скачкообразное изменение тока или напряжения характеризуется основным законом коммутации. Процесс коммутации в контактных аппа­ратах длится доли секунды, а в бесконтактных полупроводниковых — микросекунды.

Основным элементом коммутирующего органа контактных аппаратов являются контакты различ­ного исполнения, которые характеризуются переходным сопротивлением

где Rc — сопротивление суженных участков, по которым проходит ток, Rп — сопротивление загрязняющих пленок (оксиды, грязепылевые осад­ки и т.п.) на поверхности контактов.

Для слаботочных контактов (до 10А), когда контактные нажатия невелики (до 1Н), Rп имеет существенное значение и определяется по формуле:

где — удельное поверхностное сопротивление пленок;

S- площадь поверхности соприкосновения по пленкам;

d- толщина пленки.

Для разных материалов контактов и условий эксплуатации .

Сопротивление сужения (или сопротивление стягивания многоточечного контакта):

где ρ — удельное электрическое сопротивление материала контактов;

σсм – сопротивление материала смятию;

Рк — контактное нажатие;

n — число точек контактирования.

В предельном случае при наихудшем контакти­ровании: n = 1 для точечного контакта, n = 2 для линейного контакта, n = 3 для плоскостного кон­такта.

Темпера­тура в области контактирования не должна превышать 105°С для медных контактов и 180°С для контактных материалов на основе серебра.

При отключении электрической цепи с током нагрузки до 10А и напряжении до 220В на контактах появляется искра или небольшая элект­рическая дуга, которые быстро гасятся за счет раствора контактов. При токах в десятки, сотни ампер и более для гашения электрической дуги применяются разнообразные дугогасительные уст­ройства, в которых электрическая дуга растягива­ется и интенсивно охлаждается (щелевые дугогасительные камеры, камеры с деионной ре­шеткой, камеры с магнитным дутьем, трансформа­торное масло в сочетании с лабиринтной камерой — в высоковольтных выключателях и т.п.).

Общее условие гашения электрической дуги или искры: электрическая прочность межконтакт­ного промежутка должна быть выше восстанавли­вающегося на контактах напряжения сети.

Состояние межконтактного промежутка в про­цессе дугогашения описывается уравнением:

где Q — количество теплоты, содержащейся в единице длины дуги; Е и iД — градиент напряже­ния и ток дуги; р_о — мощность, отводимая от единицы длины дуги; t — время.

Все эти явления присущи контактным ЭА. Для полупроводниковых ЭА этот эффект отсутствует.

В электрических аппаратах имеются все три вида теплопереноса: теплопроводность, конвекция и излучение. Для приближенного расчета теплового режима электрических аппаратов используется формула Ньютона, в которой коэффициентом теплоотдачи КТ объединяются все три вида теплопереноса. По этой формуле мощность Р, отводимая от нагретой до температуры Т поверхности охлаждения S_OXJI, равна:

где Токр — температура окружающей среды.

В большинстве электрических аппаратов (кроме силовых электронных, реакторов, трансформаторов и некоторых других) имеется привод, предназна­ченный для выполнения необходимых механиче­ских операций и их циклов, обеспечивающих работоспособность аппарата в условиях эксплуатации.

В ручных приводах используется мускульная энергия оператора.

В электромагнитных и электродвигательных приводах источником энергии является непосредст­венно электрическая сеть.

В пружинных, пневматических и гидравлических приводах используется энергия, предварительно за­пасенная собственно в пружинах, пневматических и пневмогидравлических аккумуляторах.

Для расчета электромагнитного взаимодействия между частями электрических аппаратов использу­ются три метода: энергетический метод; метод, основанный на использовании формулы Максвел­ла; метод взаимодействия токов с магнитным полем на основе использования закона Ампера. При необходимости с этими методами можно ознакомиться в специальной литературе.

Классификация электрических аппаратов

Электрическими аппаратами (ЭА) называются электротехнические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов.

Электрические аппараты в зависимости от элементной базы и принципа действия разделяются на три группы:

• электромеханические;
• • Основным признаком электромеханических аппаратов является наличие в них подвижных частей. У многих типов электромеханических аппаратов одной из подвижных частей является контактная система, осуществляющая коммутацию электрической цепи.
  • Статические аппараты выполняются на основе электронных компонентов диодов, тиристоров, транзисторов и др.), а также управляемых электромагнитных устройств (магнитных усилителей, дросселей насыщения и др.). Аппараты этого вида, как правило, относятся к силовым электронным устройствам, так как обычно используется для управления потоками электрической энергии, а не информации.
  • Представляют собой комбинацию электромеханических и статических аппаратов.

  Основные виды электрических аппаратов

  Классификация электрических аппаратов может быть проведена по разным признакам, например:

  • по напряжению: низкого (до 1000 В) и высокого от единиц до тысяч киловольт напряжения;
  • значению тока: слаботочные (до 5 А) и сильноточные (от 5 А до сотен килоампер);
  • роду тока: постоянного и переменного;
  • частоте источника питания: с нормальной (до 50 Гц) и повышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой;
  • роду выполняемых функций: коммутирующие, регулирующие, контролирующие, измеряющие, ограничивающие по току или напряжению, стабилизирующие;
  • исполнению коммутирующего органа: контактные и бесконтактные (статические), гибридные, синхронные, бездуговые.

  Многообразие видов классификации определяется областями применения: в схемах автоматического и неавтоматического управления различного электротехнического оборудования; в устройствах автоматического регулирования, стабилизации, контроля и измерения систем распределения электрической энергии и энергоснабжения предприятий электротехнической и многих других отраслей промышленности, связанных с использованием электрической энергии.

  Электрические аппараты высокого напряжения (АВН)

  Похожие записи
  Май 1, 2022
  Янв 24, 2022
  Янв 23, 2022

  По функциональному признаку АВН делятся на следующие виды:

  • коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители);
  • измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);
  • ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);
  • компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы);
  • комплектные распределительные устройства.

  Электрические аппараты управления и распределительных устройств низкого напряжения

  Аппараты управления предназначены для управления режимом работы электрооборудования и подразделяются на следующие виды:

  • контакторы;
  • пускатели;
  • контроллеры;
  • электрические реле управления;
  • командоаппараты;
  • рубильники;
  • электромагниты управления;
  • электроуправляемые муфты.

  Аппараты распределительных устройств предназначены для защиты электрооборудования в различных аварийных режимах (токи перегрузки и короткого замыкания, недопустимое снижение напряжения, токи утечки на землю при повреждении изоляции, обратные токи и т. п.). Эти аппараты подразделяются на автоматические выключатели и низковольтные предохранители.

  Конструктивно законченные электротехнические компоненты: электрические разъёмы (розетка, вилка), пускорегулирующие аппараты светотехники, генераторы импульсов спец. формы, блоки контроля параметров сетевого напряжения и др.

  Электрические аппараты автоматики

  Для реализации электрических аппаратов автоматики используются разнообразные физические принципы. По назначению они классифицируются следующим образом:

  • первичные преобразователи (датчики);
  • распределители (коммутаторы);
  • сумматоры, логические элементы, регулирующие органы;
  • исполнительные аппараты (электрические реле автоматики, электрогидровентили, электрогидрокраны, электроклапаны, магнитные опоры и подвесы, задвижки, толкатели и др.);
  • электрические реле автоматики (герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) и др.).
  • релейные аппараты с механическим управлением (входом) и электрическим выходом (кнопки, ключи, клавиатуры, тумблеры, микровыключатели).
  • А.А. Чунихин, Электрические аппараты, М., 1975;
  • Под общей ред. В.Г. Герасимова и др., Электротехнический справочник, М., Издательство МЭИ, 2003;
  • ГОСТ Р 50030.5.1-2005 Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Глава 1. Электромеханические аппараты для цепей управления.
  Похожие публикации:

  1. Как выделить все файлы на гугл диске
  2. Как подключить геймпад к пк windows 10
  3. Как правый наушник соединить с левым
  4. Как сделать дату в excel автоматически