1671

Особенности радиоэлектроники и ее физические основы

Шпаргалка

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Проводники, диэлектрики и полуроводники, их свойства. Устройство синхронной машины. Физико-химические свойства элегаза. Автомати́ческий ввод резе́рва (Автомати́ческое включе́ние резе́рва, АВР).

Русский

2013-01-06

41.09 MB

50 чел.

1. ПРОВОДНИКИ, ДИЭЛЕКТРИКИ И ПОЛУРОВОДНИКИ, ИХ СВОЙСТВА. УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, ЕГО СМЫСЛ. ПРОВОДИМОСТЬ. ПЛОТНОСТЬ ТОКА. ДОПУСТИМАЯ ПЛОТНОСТЬ ТОКА. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ.

Проводники - вещества, в которых присутствует большое количество свободных, не связанных зарядов. Хорошими проводниками тока считаются металлы, в которых много свободных электронов и электролиты, в которых много свободны положительных и отрицательных ионов. Чем больше свободных зарядов находится в веществе, тем лучше его проводимость. Проводимость проводников зависит от структуры вещества. Чем больше электронов на внешних орбитах атомов и чем слабее они связаны с ядром, тем больше электронов становится свободными, и вещество лучше проводит ток.

Характеристикой проводимости тока является удельное сопротивление вещества, которое приводится в справочниках. Рассмотрим смысл удельного сопротивления. Известна зависимость сопротивления проводников от параметров этого проводника.

где - сопротивление проводника (Ом);

 l — длина проводника (м);

 S - сечение проводника (м2);

 р — удельное сопротивление материала .

Чем длиннее проводник, тем больше препятствий на своем пути встречает подвижный заряд, тем больше сопротивление проводника току. Увеличение сечения проводника создает увеличение возможности для маневра свободного заряда, тем больше свободных зарядов может пройти в единицу времени через поперечное сечение проводника, что снижает его сопротивление.

Но сопротивление проводника зависит и от его индивидуальных свойств - число свободных зарядов в единице объема. Каждый проводник имеет свое определенное количество свободных зарядов в единице объема при определенной температуре. Этой характеристикой является удельное сопротивление. Выразим удельное сопротивление формулой;

Учитывая приведенную выше размерность получим физический смысл этой величины.

Удельное сопротивление в системе интернациональной (СИ) показывает, каким сопротивление обладает проводник длиной 1м и сечением 1м2 . Такой проводник несложно представить - это кубический метр вещества, рис. 1

В условиях производства таких проводников не применяют, а применяют проводник, сечение которых измеряется а мм2, длина в метрах. Поэтому кроме удельного сопротивления в системе СИ применяют понятие удельного сопротивления в технической системе.

Удельное сопротивление в технической системе показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1м сечением 1 мм2. рис. 2.

Поскольку длина проводников вы системах СИ и технической системе одинаковы, а сечение различно, легко убедиться в том, что численные значения этих параметров отличаются во столько раз, во сколько отличается их сечения, т.е. 1м2 отличается от 1мм2 в 106 раз.

В таб. 1.1. приведены некоторые значения удельного сопротивления в системе СИ и в технической системе. Наиболее часто встречаемые вещества в электротехнической промышленности это: алюминий, медь, серебро, графит, нихром, константан и т.д.

Табл. 1.1. Сравнительные характеристики удельных сопротивлений веществ, применяемых в электротехнике

Вещество

си 10-6 Ом м

тех Ом мм2 /м

Алюминий

0.027

0,027

Вольфрам

0.055

0.055

Графит

8.0-20.0

8.0-20.0

Дюралюминий .

0.033

0.033

Константан

0.5

0.5

Медь

0.017

0.017

Нихром

1.0-1.1.

1.0-1.1.

серебро

0.016

0.016

Сравнительные характеристики сопротивлений этих веществ позволяют определить, какие вещества наиболее лучше применять в качестве проводников электрического тока.

Из таблицы видно, что минимальным удельным сопротивлением обладает медь и серебро, которые и являются лучшими проводниками тока.

Наряду с хорошими проводниками в электротехнической промышленности нашли широкое применение вольфрам и нихром, обладающие значительными удельными сопротивлениями. Такие вещества применяются в электронагревательных приборах, реостатах и потенциометрах.

Наряду с понятием удельного сопротивления в электротехнике широко применяют понятие проводимости - величины обратной сопротивлению. Проводимость в 1 сименс имеет проводник сопротивление 1 Ом.

Проводимость (G)- наиболее удобная величина при расчетах сложных электрических цепей с параллельными ветвями.

При выборе аппаратуры управления и защиты, при выборе токопроводящих элементов наиболее часто применяют понятие плотности тока и допустимой плотности тока.

где δ- плотность тока,

I - ток проводника,

S- сечение проводника.

Плотность тока показывает, какой ток проходит через единичную площадь поперечного сечения проводника.

Для каждого вещества существует критическая плотность тока, при которой вещество начинает плавится.

Электроматериалы могут выдержать не любой ток. В таб. 1.2. приведены критические значения тока при разных сечениях провода.

Табл. 1.2. Допустимые токи в проводах различного сечения

МАТЕРИАЛЫ

Допустимая сила тока в А при сечении проводника в мм2

1,0

1,5

2,5

4,0

6,0

10

16

25

Медь

11

14

20

25

31

43

75

100

Алюминий

8

11

16

20

24

34

60

80

Железо

-

-

8

10

12

17

30

-

Из таблицы следует, что при сечении 1мм2 медный провод выдерживает ток 11 А, а алюминиевый провод – 8 А. Указанные токи при сечении 1 мм2 и есть критические значения плотности тока.

Обычно приходится решать задачу по выбору сечения провода по известному току. Для этого достаточно действующее значение тока разделить на критическую плотность тока, и мы найдем сечение проводника, меньшее сечение которого допускать нельзя. Сечения провода выбирается больше минимально допустимого с определенным коэффициентом запаса.

ДИЭЛЕКТРИКИ

Вещества, содержащие малое число свободных зарядов называются диэлектриками. Ток в диэлектриках зависит от свойств вещества, из которых он изготовлен и практически представляет собой ток утечки. Электроны, находящиеся на орбитах атомов прочно связаны с ядром, поэтому электрон может стать свободным при определенных условиях. Например, при нагревании диэлектрика электроны возбуждаются и становятся свободными. Диэлектрик начинает пропускать ток. Пример тому стекло, которое при низких температурах проявляет свойства диэлектрика, а при нагревании проявляет свойства проводника. Любой диэлектрик при определенном внешнем воздействии становится проводником. Таким внешним воздействием может быть температура, радиация, механический удар химическое воздействие и т.д.

Диэлектрики, помещенные в электрическое поле, его ослабляют, т.к. в этом поле они поляризуются. Внутри диэлектрика возникает внутренне электрическое поле, направленное против внешнего поля. Степень ослабления электрического поля характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью среды, которая показывает, во сколько раз данный диэлектрик ослабляет электрическое поле.

Диэлектрик, попав в электрическое поле, создает своё внутреннее электрическое поле, направленное против внешнего поля. Это очень важное обстоятельство позволяет располагать близко друг к другу провода, находящиеся под очень высоким напряжением. Для этого достаточно проводник покрыть диэлектриком. Для большей диэлектрической прочности применяют несколько слоев диэлектриков, которую в быту называют «изоляция». Диэлектрические свойства материалов принято отображат в таблицах, указывающих относительную диэлектрическую проницаемость. Относительная диэлектрическая проницаемость  показывает, во сколько раз данный диэлектрик ослабляет электрическое поле.

В таб. 1.3. представлены некоторые диэлектрические материалы и их диэлектрическая проницаемость.

ВЕЩЕСТВО

Дистиллированная вода

80,1

Трансформаторное масло

2,0 – 2,5

Гетинакс

3,5 – 6,5

Дерево

2,2 – 3,7

Плексиглас

3,0 – 3,6

Полихлорвинил

3,0 – 5,0

Резина

2,6 – 3,0

Слюда

4,0 – 8,0

Текстолит

7,0

фарфор

4,4 – 6,8

На диэлектрические свойства материалов оказывают влияние внешние факторы. С ростом температуры сопротивление диэлектриков падает, что приводит к снижению их диэлектрических свойств.

Повышенная радиация снижает диэлектрическую проницаемость, так как при воздействии на атомы частиц высоких энергий происходит возбуждение атомов и потеря ими электронов, которые, становясь свободными, создают ток утечки.

С ростом температуры растет проводимость электролитов. Рост проводимости обусловлен увеличением амплитуды колебаний атомов в узлах кристаллической решетки и появлением дополнительных ионов.

Рост температуры приводит к росту сопротивления проводника, при этом сопротивление растет по линейному закону и определяется по формуле:

где -сопротивление проводника при температуре t;

Ro - сопротивление проводника при температуре 0°С;

  - термический коэффициент сопротивления проводника;

- перепад температур.

Термический коэффициент сопротивления металлов положительный, а у полупроводников и электролитов - отрицательный.

1.2 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД

При контакте полупроводников р- и n-типов образуется электронно-дырочный переход с особыми свойствами. Этот тонкий переход под действием в При введении в чистый полупроводник вещества другой валентности первый вырождается в проводник р- или n-типа, с сохранением полупроводниковых свойств. Такие полупроводники называются нешнего электрического поля обладает несимметричной проводимостью в разных направлениях, так как на границе их раздела возникает потенциальный барьер, образованный сконцентрированными здесь объемными зарядами.

Из рис. 1.1 видно, что в области р-n-перехода возникает внутреннее электрическое поле, связанное с наличием объемных электрических зарядов в областях близких к р-n-переходу. Высота потенциального барьера зависит от концентрации свободных зарядов, созданных примесями, введенными в полупроводники:

где – тепловой потенциал, Nn и Pp – концентрация электронов и дырок в р и n областях, niконцентрация свободных носителей в полупроводнике, не имеющем примесей.

Контактная разность потенциалов создает нелинейность в вольт-амперных характеристиках (ВАХ) полупроводниковых приборов. Так, для германиевых диодов контактная разность потенциалов составляет , а для кремниевых диодов . При прямом включении полупроводникового диода основным носителям зарядов необходимо преодолеть потенциальный барьер, поэтому при малых прямых напряжениях полупроводниковый диод плохо проводит ток. Когда прямое напряжение превысит уровень потенциального барьера, диод почти не оказывает сопротивления, и прямой ток резко нарастает.

При обратном включении полупроводникового диода высота потенциального барьера растет, что приводит к торможению основных носителей зарядов, то есть сопротивление диода значительно возрастает.

Из вышеизложенного следует, что при прямом включении диода и малых прямых напряжениях сопротивление диода велико. При прямом напряжении, которое выше потенциального барьера, сопротивление диода значительно падает. Полупроводниковый диод не обладает постоянным сопротивлением. Оно зависит от величины и полярности приложенного напряжения, следовательно, диод обладает дифференциальным сопротивлением, и его сопротивление является функцией приложенного напряжения

,

где – котангенс угла наклона касательной к кривой ВАХ в конкретной исследуемой точке (рис. 1.2).

Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, т. е. в прямом направлении он способен пропускать значительный ток и плохо проводит его в обратном направлении, рис. 1.2.

Наряду с односторонней проводимостью полупроводниковый диод можно рассматривать и как конденсатор.

Два проводника (р- и n-области), разделенные диэлектриком (запирающий слой), являются конденсатором. Между р и n областями существует барьерная емкость, величина которой зависит от приложенного напряжения. Известно, что емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между токопроводящими пластинами. С ростом обратного напряжения ширина запирающего слоя диода растет, что приводит к падению его барьерной емкости. На этом принципе основана работа полупроводникового варикапа, основой которого является полупроводниковый диод.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ДИОДОВ

Учитывая нелинейность характеристики полупроводникового диода и зависимость его проводимости от внешних факторов, полупроводниковые диоды проявляют различные свойства и классифицируются следующим образом.

По материалам:

  1.  германиевые,
  2.  кремниевые,
  3.  арсенид-галлиевые.

По мощности:

  1.  маломощные, ток до 0,3 А;
  2.  средней мощности до 10 А;
  3.  вентили – свыше 10 А.
  4.  сверхмощные свыше 100 А.

 

По выполняемым функциям диоды бывают:

  1.  выпрямительные,
  2.  детекторные,
  3.  СВЧ и ГВЧ диоды,
  4.  стабилитроны,
  5.  обращенные диоды,
  6.  туннельные диоды,
  7.  варикапы,
  8.  тензодиоды,
  9.  магнитодиоды,
  10.  динисторы,
  11.  тиристоры

и т. д.

1.3

Эксплуатация силовых трансформаторов

Важнейшим требованием, предъявляемым к эксплуатации силовых трансформаторов и трансформаторных установок, является контроль за температурой трансформаторов. Это объясняется тем, что при работе трансформатора с температурой выше допускаемой, сокращается срок службы находящегося в нем изоляционного масла. Для контроля за температурой на крышке трансформатора установлен ртутный термометр. Так как степень нагрева трансформатора определяется в основном величиной нагрузки, то за ней ведется систематический контроль.

Осуществляется температкрный контроль по показаниям амперметров, которыми снабжаются трасформаторы мощностью 1000 кВа и выше.

Существенную роль в нагреве трансформатора играет температура окружающего воздуха. Чтобы не допустить повышения температуры в помещениях, где размещены трансформаторы, предусматривают вентиляцию, которая отводит нагретый воздух из камеры трансформатора и засасывает холодный. При работе трансформатора с номинальной нагрузкой разница между температурой отводимого и засасываемого воздуха не должна превышать 15°. Если естественная вентиляция оказывается недостаточной, прибегают к установке принудительной вентиляции.

При эксплуатации трансформаторов, снабженных газовой защитой, газы, выделяемые неисправным трансформатором, должны без затруднений достигать газового реле. Для этого трансформаторы устанавливают так, чтобы крышка трансформатора имела подъем к газовому реле не менее а маслопровод от трансформатора к расширителюне менее Трансформаторы ниже 1000 кВА, не имеющие газового реле, могут устанавливаться без подъема крышки.

В трансформаторных установках могут возникать пожары, опасность которых усугубляется наличием в масляных трансформаторах большого объема масла. Поэтому в этих установках предусматривают противопожарные средства, которые всегда должны находиться в исправном состоянии. Осмотры работающих трансформаторов производят, не отключая их. Периодичность этих осмотров определяют исходя из того, является ли трансформаторная установка объектом с постоянным дежурством или без него. В первом случае главные и основные трансформаторы собственных нужд осматривают один раз в сутки, а остальные – один раз в пять суток. Во втором случае трансформаторы осматривают один раз в месяц, а трансформаторные пункты – не реже одного раза в шесть месяцев.

Указанные сроки осмотра силовых трансформаторов отвечают средним условиям их эксплуатации, предусмотренным рекомендациями заводов-изготовителей этих трансформаторов. В том случае, когда силовые трансформаторы работают в напряженном режиме, их осмотры надо производить чаще. Надобность в более частых осмотрах силовых трансформаторов возникает также при их недостаточно удовлетворительном техническом состоянии, например при большой степени износа. В этих случаях главный энергетик предприятия устанавливает более частую периодичность осмотров трансформаторов.

Кроме очередных осмотров силовых трансформаторов, производят также и внеочередные осмотры. Надобность во внеочередных осмотрах силовых трансформаторов возникает, например при резком понижении температуры окружающей среды, так как в этом случае масло может уйти из расширителя. Внеочередные осмотры силовых трансформаторов производят также после их отключений, в результате срабатывания защиты.

При осмотрах силовых трансформаторов проверяют по амперметрам их нагрузку, а также обращают внимание на термометры, фиксирующие температуру верхних слоев масла. По действующему ГОСТу указанная температура при максимально допустимой температуре окружающего воздуха (35°) не должна превышать 95°, а превышение температуры масла над температурой окружающей среды не должно быть более 60°. Силовые трансформаторы с дутьевым охлаждением допускают работу с отключенным дутьем, если температура верхних слоев масла не превышает 55°, а его нагрузка — 100% номинальной мощности трансформатора.

Однако при длительной работе трансформатора с предельной температурой сокращается срок его службы. Поэтому для трансформаторов обычно устанавливают режим работы, при котором температура масла держится на уровне 85°. Дальнейшее повышение температуры является признаком перегрузки трансформатора, его неисправности или недостаточного охлаждения. Следует обращать также внимание на уровень и цвет масла, находящегося в трансформаторе. Уровень масла должен находиться на контрольной черте. Хорошее масло имеет светло-желтый цвет. Тщательно осматривают внешнее состояние изоляторов, на которых могут появляться трещины, иметь место вытекания мастики, следы перекрытий, загрязнение и другие дефекты. Одновременно производят тщательный наружный осмотр состояния заземления трансформатора и проверяют, не вытекает ли масло из его кожуха. Важно осмотреть состояние строительной части помещения: не проникает ли влага через кровлю, имеются ли сетки в стенных проемах, хорошо ли запирается помещение и т. д. Внимательно прислушиваясь к шуму, которым сопровождается работа трансформатора, можно выявить ненормальности в его работе. Если внутри трансформатора прослушивается явно посторонний шум, трансформатор необходимо отключить.

Осматривает силовые трансформаторы дежурный персонал, при этом он должен находиться перед барьером. Заметив какую-либо неисправность в работе трансформатора, дежурный ставит об этом в известность старшего руководителя (главного энергетика, начальника электроцеха или мастера), делает соответствующую запись в эксплуатационном журнале и принимает в соответствии с полученными указаниями меры к устранению неисправности. Отмеченные осмотры должны в порядке контроля за действиями дежурного персонала дополняться периодическими осмотрами трансформаторных установок более квалифицированным служебным персоналом.

Текущий ремонт силового трансформатора с отключением его от питающей сети производят в порядке реализации планово-предупредительного ремонта. Периодичность текущих ремонтов силовых трансформаторов зависит от их технического состояния и от условий эксплуатации. Сроки текущих ремонтов устанавливаются в местных инструкциях предприятия. Однако такие ремонты надо производить не реже одного раза в год.

Текущий ремонт силовых трансформаторов с отключением от питающей сети включает наружный осмотр трансформатора, устранение обнаруженных дефектов, а также очистку изоляторов и бака. Спускают грязь из расширителя, доливают при необходимости в него масло и проверяют правильность показаний маслоуказателя. Проверяют спускной кран и уплотнения, осматривают охлаждающие устройства и чистят их, проверяют состояние газовой защиты и целость мембраны выхлопной трубы. Проводят также необходимые измерения и испытания.

При хорошо выполненном текущем ремонте не должно быть аварийных выходов из строя трансформаторов, а продолжительность их эксплуатации должна возрастать.

У каждого силового трансформатора, находящегося в работе, происходит постепенный износ имеющихся в нем изоляционных материалов. Износ изоляции ускоряется вместе с повышением нагрузки. При неполной загрузке силового трансформатора износ его изоляции замедляется. За счет этого допускается в отдельные периоды перегрузка трансформатора, которая не сокращает нормальный срок его работы.

Величину допустимой перегрузки силового трансформатора в отдельные часы суток за счет его недогрузки в другие часы определяют по диаграммам нагрузочной способности трансформатора. Такие диаграммы составлены для силовых трансформаторов с естественным масляным и принудительным воздушным охлаждениями исходя из нормального срока износа изоляции трансформаторов от нагрева. Для пользования указанными диаграммами необходимо располагать коэффициентом суточного графика нагрузки трансформатора, который определяется по заданному суточному графику по формуле.

Чтобы использовать фактор, допускающий увеличение нагрузки силового трансформатора в отдельные часы зимних пик за счет недогрузки трансформатора в летнее время года, пользуются следующим положением: на каждый процент недогрузки трансформатора в летнее время допускается 1 % перегрузки трансформатора в зимнее время, но не более 15%. Общая перегрузка трансформатора, которая может быть принята при использовании обоих указанных факторов, не должна превышать 30%.

Все вышесказанное относится к допускаемым перегрузкам силовых трансформаторов в условиях их нормальной эксплуатации. Иначе решается вопрос о допустимых перегрузках силовых трансформаторов в аварийных случаях. Указанные аварийные перегрузки допускаются независимо от величины предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды. Для сухих трансформаторов допускаются следующие аварийные перегрузки: 20% в течение 60 мин и 50% в течение 18 мин.

Современные силовые трансформаторы при номинальном первичном напряжении работают с большими величинами магнитной индукции. Поэтому даже небольшое увеличение первичного напряжения вызывает повышенный нагрев стали трансформатора и может угрожать его целости. В связи с этим при эксплуатации трансформатора величина подведенного напряжения ограничивается и ее необходимо контролировать. Максимально допустимое превышение первичного напряжения принимается для трансформаторов равным 5% от напряжения, соответствующего данному ответвлению.

Особенностью силовых трансформаторов, работающих с принудительным охлаждением масла, является быстрое повышение температуры масла при прекращении работы системы охлаждения. Однако учитывая значительную теплоемкость трансформаторов, допускают их работу в аварийных режимах при прекращении циркуляции масла или воды, а также при остановке вентиляторов дутья. Предельная длительность работы трансформаторов в указанных условиях определяется местными инструкциями. В инструкциях учитываются как результаты предыдущих испытаний, так и заводские данные трансформаторов. Но при всех условиях работу трансформаторов при прекращении системы охлаждения допускают не больше, чем в течение одного часа.

Величина сопротивления изоляции обмоток силовых трансформаторов не нормируется, тем не менее эта характеристика относится к числу важнейших показателей состояния трансформатора и ее систематически контролируют, сравнивая с величиной, которая имела место при вводе трансформатора в эксплуатацию. Измерения производят при одинаковой температуре и одинаковой продолжительности испытания (обычно 1 мин). Величина сопротивления изоляции обмоток трансформатора считается удовлетворительной, если она составляет не менее 70% от первоначального значения. Необходимым условием обеспечения нормального срока службы силового трансформатора является контроль за его нагрузкой. Если вести эксплуатацию силового трансформатора, не превышая допускаемых для него нагрузок, примерный срок службы силового трансформатора составляет около 20 лет. Необходимо при этом иметь в виду, что систематические недогрузки силовых трансформаторов с целью удлинения срока его службы имеют и свои отрицательные стороны: за это время конструкция трансформатора морально стареет. Чтобы контролировать нагрузку трансформаторов мощностью 1000 кВА и выше, устанавливают амперметры, шкала которых соответствует допускаемой перегрузке трансформатора.

Температуру масла трансформаторов мощностью менее 1000 кВА контролируют ртутными термометрами. При большей мощности трансформаторов для этой цели также используют манометрические термометры. Их устанавливают для удобства контроля за температурой на высоте 1,5 м от земли. Так как манометрические термометры обладают меньшей точностью, чем ртутные, время от времени производится сверка их показаний с показаниями ртутных термометров.

При неправильном включении трансформаторов на параллельную работу могут возникать короткие замыкания, а также неравномерное распределение нагрузки между работающими трансформаторами. Чтобы этого не произошло, в трансформаторах, включаемых на параллельную работу, должно соблюдаться:

а) равенство коэффициентов трансформации;

б) совпадение групп соединения;

в) равенство напряжений короткого замыкания;

г) отношение мощностей трансформаторов, не превышающее 3;

д) совпадение фаз соединяемых цепей (фазировка).

Проверку приведенных рекомендаций производят по заводским данным трансформаторов, включаемых на параллельную работу. Если проверка подтверждает наличие указанных условий, то приступают к фазировке трансформаторов, после чего их можно включать на параллельную работу. Фазировка трансформаторов производится перед их включением в эксплуатацию после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток. Перед тем как включить трансформатор после капитального или текущего ремонта, проверяют результаты предписанных испытаний и измерений. Релейную защиту трансформатора устанавливают на отключение. После этого тщательно осматривают трансформаторную установку. При осмотре установки обращают внимание на состояние системы управления и сигнализации, а также на положение коммутационной аппаратуры. Проверяют, не оставлены ли где-либо переносные закоротки и заземления. Опробуют действия привода выключателя путем однократного включения и отключения, без чего приступать к оперированию разъединителями не разрешается.

Пробное включение трансформатора в сеть производят толчком на полное напряжение. Такое включение опасности для трансформатора не представляет, так как при наличии в нем повреждений он под действием защиты своевременно отключится от сети.

Так как порядок включения и отключения трансформаторов в значительной мере обусловливается местными условиями, предприятия разрабатывают специальные инструкции. В инструкциях должны быть отражены следующие положения:

а) трансформатор должен включаться под напряжение с той стороны, где установлена защита;

б) включение и отключение разъединителями тока холостого хода трансформаторов может производиться лишь при напряжении и мощности трансформаторов, указанных в ПУЭ.

В этих инструкциях должны быть отражены также общие указания по эксплуатации трансформаторов. Порядок оперирования переключателем ответвлений у трансформатора зависит от вида переключательного устройства. В том случае, когда переключатель предназначен для переключения ответвлений под нагрузкой, переключения производятся дистанционно и отключать трансформатор от сети не требуется. Если же переключатель ответвлений не предназначен для переключений под нагрузкой, оперировать им можно лишь после того, как трансформатор отключен от сети со всех сторон.

При эксплуатации трансформаторов имеют место случаи ложного срабатывания газовых реле. Поэтому в каждом случае отключения трансформатора под действием газового реле проверяют правильность работы реле. Если в газовом реле после его срабатывания обнаружен газ, то его необходимо проверить на горючесть. Одновременно берут пробу газа для химического анализа на содержание в нем веществ, характеризующих внутренние повреждения трансформаторов (повышенное содержание водорода и метана свидетельствует о разложении масла химической дугой). Проверяют газ на горючесть горящей спичкой, которую подносят к предварительно открытому верхнему кранику газового реле.

Если газ горит, это свидетельствует о наличии внутреннего повреждения в трансформаторе и его выйодят из работы для внутреннего осмотра. Если выделяющийся газ окажется негорючим и бесцветным, то это значит, что реле сработало из-за выделения воздуха из трансформатора. В этом случае необходимо выпустить воздух из реле.

При выяснении причин, вызвавших срабатывание газовой защиты, обращают также внимание на цвет выделяющегося газа. Цвет газа может определять характер имеющегося повреждения. Так, бело-серый цвет газа указывает на повреждение бумаги или электрокартона, желтый — дерева, а черный — масла. Обратить внимание на цвет газа надо сразу же после срабатывания газового реле, иначе вещества, окрашивающие газ, могут осесть, и цвет газа изменится.

Газовое реле отключает трансформатор при понижении уровня масла в его баке. В этом случае доливают масло, а газовое реле переводят для работы на сигнал. Перевод защиты на нормальную работу (на отключение) производится после того, как выделение воздуха из бака трансформатора прекратится.

Сроки эксплуатационных испытаний силовых трансформаторов и предъявляемые к ним требования в известной степени зависят от условий, в которых работают трансформаторы, от их технического состояния (степени износа), а также от результатов ранее проведенных осмотров. Поэтому указания в этой части даются в местных инструкциях главным энергетиком предприятия или лицом, ответственным за эксплуатацию трансформаторов. В процессе эксплуатации у трансформаторов измеряют сопротивление изоляции обмоток и коэффициент абсорбции. Измерения производят мегомметром на напряжение 2500 в. Хотя значения этих показателей не нормируются, они учитываются при общей оценке состояния трансформатора. При оценке указанных показателей исходят из их сравнения с аналогичными показателями, полученными при предыдущих измерениях, и в частности, с заводскими данными. Чтобы сравнивать эти показатели, измерения следует проводить при одной температуре и одинаковой продолжительности испытания (1 мин).

Также измеряют тангенс угла диэлектрических потерь изоляции обмоток трансформатора. При резком повышении по сравнению с ранее получавшимися значениями (на 30% и более) необходимо выяснить причину этого явления. Причиной резкого повышения тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток трансформатора может быть повышение тангенс угла диэлектрических потерь самого масла, находящегося в трансформаторе.

1.4

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя широко применяется для питания электронной аппаратуры. Основным ее достоинством является полное использование входного напряжения и значительно более высокий КПД, чем у однополупериодного выпрямителя. Схема содержит 4 диода. В первый полупериод ток проходит по диодам VD1 и VD3, а во второй полупериод по диодам VD2 и VD4. По нагрузке протекает ток постоянного направления – сверху вниз. На резисторе нагрузки обозначены плюс и минус потенциалы выпрямленного напряжения (рис. 7.4, а).

На временных диаграммах (рис. 7.4, б) показаны напряжения U2 на входе выпрямителя и Uн – на нагрузке.

Напряжение на нагрузке выпрямителя находится по формуле:

Для получения заданного напряжения Uн на вторичной обмотке трансформатора должно быть напряжение:

.

Ток нагрузки во вторичной обмотке:

Вторичная обмотка трансформатора должна выдерживать ток:

Диод должен выдерживать обратное напряжение:

Частота пульсаций на нагрузке:

Мощность питающего трансформатора

Коэффициент пульсаций выпрямителя – 0.67.

Мощность используемого трансформатора по сравнению со схемой однополупериодного выпрямителя почти в 3 раза меньше, что свидетельствует о более высоком КПД двухполупериодного выпрямителя и более полном использовании питающего напряжения.

2.1

2. ТОК, НАПРЯЖЕНИЕ, СОПРОТИВЛЕНИЕ, ЭДС.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭТИХ ВЕЛИЧИН.

ВЛИЯНИЕ ТОКА НАГРУЗКИ НА ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля.

За направление тока принято направление движения положительных зарядов, при этом направление движения электронов противоположно.

Ток в металлах представляет собой направленное движение электронов под действием электрического поля.

В электролитах ток создается движением положительных и отрицательных ионов.

В полупроводниках представляет направленное движение электронов и дырок.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.

Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению этого участка.

 

Сопротивление - это препятствия прохождения току, созданные проводником или резистором.

Напряжение на резисторе прямо пропорционально сопротивлению резистора и току, проходящему через резистор. При определении сопротивления следует учесть тот факт, что сопротивление не зависит ни от напряжения, ни от тока. С ростом напряжения растет и ток, а отношение напряжения к току есть величина постоянная, указанная на резисторе. При увеличении напряжения ток нарастает линейно, т.е. пропорционально. Вольтамперная характеристика резистора линейна отсюда и название резистора – линейное сопротивление. Из графика зависимости тока от напряжения видно, что одному и тому же значению напряжения соответствуют разные токи. Это и есть закон Ома в графической форме. Тот резистор, ток которого при одинаковом напряжении меньше - имеет большее сопротивление, т.е.

Ток показывает, какой заряд, проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени:

где заряд проходящий через проводник,

 t - время, в течении которого проходит этот заряд.

Второе определение тока. Если проводник сопротивлением 1 Ом, то при напряжении 1В по нему идет ток 1 А.

Напряжение показывает, какую работу может совершить каждый кулон электричества при прохождению по проводнику тока.

Напряжение 220 В отличается от напряжения 5 В тем, что один и тот же заряд в 1 Кл в первом случае может совершить работу в 220 Дж, а во втором - только 5 Дж. Связано это с тем что в первом случае сильное электрическое поле создает большие силы, действующие на заряд а, следовательно, и работа может быть совершена в большем объеме.

ЭДС- электродвижущая сила источника питания. Любой источник питания можно представить в двух компонентах – сам источник и его внутреннее сопротивление . Если измеряется напряжение на зажимах источника питания с отключенным потребителем, то измеряется ЭДС источника питания рис. 5. Когда источник питания будет подключен к потребителю электроэнергии, то ток пойдет не только по потребителю, но и по самому источнику питания. Тогда вольтметр покажет напряжение на потребителе энергии рис. 6.

Эквивалентная схема источника питания представлена на рисунке, на котором источник питания обозначен , а ЭДС источника через Е.

Если цепь не замкнута, вольтметр покажет ЭДС источника питания.

При включении выключателя SA замыкается электрическая цепь, в которой ток нагрузки и ток внутреннего сопротивления одинаков. Общее сопротивление схемы будет равно алгебраической сумме внутреннего сопротивления и сопротивления нагрузки:

Ток схемы:

Закон Ома для замкнутой цепи:

Отсюда:

ЭДС равна сумме падений напряжений на нагрузке и внутреннем сопротивлении:

Из формулы следует, что ЭДС источника равна сумме падения напряжений на резисторе нагрузки и на внутреннем сопротивлении. Разность показаний вольтметра при измерении ЭДС и при измерении напряжения соответствует потере напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания:

где – потеря напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.

Измерить внутреннее сопротивление источника питания не возможно. Можно только его вычислить. Для определения внутреннего сопротивления источника питания можно применить формулу:

Приведенная формула нахождения внутреннего сопротивления верна для источников как постоянного, так и переменного тока. Чтобы определить внутреннее сопротивление источника питания надо;

  1.  измерить ЭДС источника в режиме холостого хода;
  2.  измерить напряжение на нагрузке при замкнутой цепи;
  3.  измерить общий ток нагрузки.

Внутреннее сопротивление источника питания оказывает влияние на выходное напряжение. На графике приведена зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки. С увеличением тока нагрузки растет падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания, поэтому напряжение на нагрузке будет снижаться.

 

Из формулы следует что, что при росте тока схемы падение напряжения на внутреннем сопротивление увеличивается, а на нагрузке уменьшается.

Источник питания, в котором внутреннее сопротивление равно нулю называется идеальным источником питания.

Из графика видно, что при внутреннем сопротивлении  потеря напряжения значительнее чем при внутреннем сопротивлении . Это означает, что внутреннее сопротивление  больше чем . Потери напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания тем больше, чем больше его внутреннее сопротивление и чем больше ток нагрузки.

2.2

СТАБИЛИТРОН

Полупроводниковый прибор, работающий в режиме лавинного (зенеровского) пробоя, называют стабилитроном. Процесс пробоя был описан выше. Учитывая то, что пробой по напряжению происходит при обратном включении, стабилитрон включается в схему обратно

(рис. 1.14, а и б).

Полупроводниковый прибор, стабилизирующий малые напряжения при использовании прямой ветви ВАХ диода называется стабистором. Режим стабилитрона наблюдается при обратном включении напряжения, а режим стабистора при прямом напряжении. Получение низких стабилизированных напряжений связано с определенными трудностями, т. к. стабилитронов низкого напряжения не существует. Для получения низкого стабилизированного напряжения применяют прямую ветвь ВАХ диодов. Дифференциальное сопротивление диода резко падает при напряжении потенциального барьера.

При встречно-параллельном включении двух стабилитронов можно поддерживать постоянным как положительное, так и отрицательное напряжения. Такой стабилитрон называется двухоперационным. Его ВАХ приведена на рис.1.13, б, а схема включения на рис. 1.14, б.

К основным параметрам полупроводникового стабилитрона относятся:

  1.  Iст.мин – минимальный ток стабилизации;
  2.  Iст. макс – максимальный ток стабилизации;
  3.  Uст – напряжение стабилизации;
  4.  Р ст – мощность стабилизации;
  5.  ТКНст – температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Минимальный ток стабилизации – это такой ток стабилитрона, ниже которого стабилизация напряжения не осуществляется. С ростом входного напряжения схемы напряжение на стабилитроне растет, и когда оно достигает напряжения стабилизации, возникает зенеровский пробой, при котором обратный ток стабилитрона начинает резко нарастать, при этом напряжение на стабилитроне остается примерно постоянным. Минимальный ток возникает в момент начала пробоя. При токах выше минимального идет процесс стабилизации напряжения (рис. 1.13).

Но обратный ток стабилитрона не может неограниченно расти, так как это приведет к тепловому пробою. Для защиты стабилитрона от чрезмерно большого обратного тока ставят балластное сопротивление, которое ограничивает ток стабилитрона, не давая ему, приблизится к критическому для стабилитрона значению. При повышении входного напряжения растет обратный ток стабилитрона, и на линейном балластном сопротивлении увеличивается падение напряжения. На самом же стабилитроне оно остается практически постоянным.

Иногда приходится иметь дело с малым напряжением стабилизации в пределах . Такого напряжения стабилитрон создать не может. Поэтому для стабилизации низкого напряжения применяют полупроводниковый диод, включенный в прямом направлении. Из ВАХ диода (рис. 1.12) видно, что при малых напряжениях порядка (для германиевых диодов и для кремниевых диодов), когда напряжение на диоде становится выше потенциального барьера, происходит открытие полупроводникового диода, и процесс роста тока аналогичен процессу в стабилитроне. Такой режим использования диода в качестве стабилизатора низкого напряжения называется режимом стабистора, а прибор называют стабистором. Для повышения напряжения стабилизации можно использовать последовательное включение стабилитронов. Число последовательно включенных стабилитронов может быть произвольным, но при этом следует учитывать следующее обстоятельство – рабочий ток стабилитрона, который выбирается конструктором, должен вписываться в интервал между Iмин и Iмакс и должен примерно удовлетворять условию для всех диодов включенных последовательно

(рис. 1.14). Рабочий ток выбирается в зависимости от условий колебания напряжения на входе стабилизатора. Если оно снижается, то рабочий ток стабилитрона выбирают несколько выше половины максимального тока стабилизации и наоборот.

Выбор балластного сопротивления производят по формуле:

где Uдеств. мин .– действующее минимальное напряжение стабилизации из справочника; Uст – напряжение стабилизации стабилитрона из справочника; Rн. мин – минимальное сопротивление нагрузки; Рн – мощность нагрузки (потребителя).

Обязательно оценивается мощность балластного сопротивления. Чем выше входное напряжение, тем больше падение напряжения на балластном сопротивлении, следовательно, и мощность, рассеиваемая им, выше. Расчет мощности балластного сопротивления производят по формуле:

.

В данных расчетах не учитывается дифференциальное сопротивление стабилитрона

2.3

Начало формы

Конец формы

Виды повреждений оборудования и линий электропередачи

Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждений. В электрических сетях имеет место наибольшее количество повреждений по сравнению с другими элементами электрической системы.

Основные виды повреждений линий

в трехфазных сетях:

Трехфазные замыкания:

  1. замыкания между тремя фазами;
  2. замыкания между тремя фазами на землю.

Двухфазные замыкания:

  1. замыкания между двумя фазами;
  2. замыкания между двумя фазами на землю.

Двойные замыкания на землю.

Однофазные замыкания на землю.

Обрыв фазы.

Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных. Так, например, при обрыве провода линии один его конец, расположенный близко к изолятору, может остаться изолированным, а другой, упав на землю, образует однофазные замыкания на землю. В процессе развития повреждения возможны переходы одного вида повреждения в другой (однофазных в многофазные).

Причинами повреждений линий являются:

  1. перекрытия или пробои изоляторов линий в результате прямых ударов молний или перенапряжений;
  2. неправильные действия эксплуатационного персонала ( включение на заземления, разрыв разъединителем рабочего тока ВЛ);
  3. гололед и вибрация проводов;
  4. перекрытие изоляции при загрязнении;
  5. нарушение изоляции животными или птицами;
  6. замыкания проводов стрелами кранов и т.п.;
  7. механические повреждения опор, изоляторов, разъединителей и т.п.

В количественном отношении повреждений (К.З.) в сетях распределяются следующим образом:

1-но ф.К.З. – 65%;

2-х ф.К.З. и двойные К.З. на землю – 20%;

замыкания между двумя фазами – 10%;

3-х ф.К.З. – 5%.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

  1.  селективность (избирательность) — отключение только той минимальной части или элемента установки, которая вызвала нарушение режима;
  2.  чувствительность — быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые незначительные;
  3.  надежность — безотказная работа в случае отклонения от нормального режима; надежность защиты обеспечивается как правильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуатацией, предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.

Необходимая скорость срабатывания реле определяется проектом в зависимости от характера технологического процесса. Иногда для сведения до минимума ущерба от возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды.

2.4

7.7. ТИРИСТОРНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И РЕГУЛЯТОРЫ МОЩНОСТИ

ОДНОФАЗНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Управлять амплитудой напряжения можно различными способами. Можно установить автотрансформатор, на выходе которого напряжение изменяется в зависимости от положения бегунка автотрансформатора. Другим вариантом управления напряжением является подмагничивание сердечника трансформатора или применение дросселей насыщения, которые при подмагничивании изменяют переменную составляющую магнитного поля и соответственно напряжения. Оба приведенных метода требуют наличия громоздких и тяжелых установок.

Решение данной проблемы возможно при использовании тиристоров, которые позволяют управлять как выпрямленным действующим напряжением, так и действующим значением переменного напряжения.

На рис. 7.8, а и б представлены тиристорный управляемый выпрямитель и тиристорный регулятор мощности. Эти схемы отличаются друг от друга тем, что нагрузка в случае тиристорного управляемого выпрямителя включена после выпрямителя, а в случае тиристорного регулятора мощности – до выпрямителя. В первом случае происходит управление действующим значением выпрямленного напряжения, а во втором – действующим значением переменного напряжения.

По нагрузке, включенной после выпрямителя, протекает постоянный по направлению ток. По нагрузке, включенной перед выпрямителем, протекает переменный по направлению ток. При отсутствии запускающего импульса формирователя тиристор не открывается, поэтому ток по нагрузке не идет и падение напряжения на ней отсутствует. При отсутствии запускающих импульсов формирователя тиристор закрыт. Напряжение на тиристоре растет до того момента, пока не произойдет отпирание тиристора. При этом напряжение с открывшегося тиристора перераспределяется на нагрузку. На рис. 7.9 (под пунктирной линией) – падение напряжения на закрытом тиристоре, а заштрихованная площадь соответствует действующему значению напряжения на нагрузке.

Угол управления тиристора отсчитывается от момента прохождения напряжения через нулевую точку. Чем больше угол управления тиристора, тем дольше он остается закрытым, тем позже тиристор открывается, тем меньше действующее значение напряжения на нагрузке. Для однофазной цепи предельный угол управления тиристора составляет 180 электрических градусов. При этом угле мгновенное значение напряжения тиристора равно нулю и, следовательно, с подачей управляющего импульса в этот момент действующее значение напряжения на нагрузке равно нулю.

Тиристорные регуляторы мощности могут быть выполнены по разнообразным схемам. Одна из таких схем представлена на рис. 7.10. Открывание тиристоров VS1 и VS2 происходит поочередно. В первый полупериод открывается тиристор VS1, а во второй – VS2. Запускающие импульсы управления поступают с формирователя импульсов на тиристор по заданному углу управления. Пусть требуется получить напряжение на выходе тиристорного управляемого выпрямителя, равное половине входного, что соответствует углу управления 90о при максимальном угле управления 180о. Частота сети 50 Гц, что соответствует периоду колебаний

или 20 мc.

Одна полуволна имеет длительность 10 мc, что соответствует углу управления 180о. Для получения угла управления в 90о необходимо запустить тиристор через 5мc после момента достижения напряжением нулевой отметки.

Схема простейшего тиристорного управляемого выпрямителя представлена на рис. 7.11.

3.1

2. РАБОТА И МОШНОСТЬ ТОКА. ФОРМУЛЫ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

При прохождении тока по проводникам он может преобразоваться в механическую, тепловую, химическую и другие виды энергии, при этом ток может совершать работу. Для измерения мощности тока применяют формулы:

Мощность постоянного тока в первой формуле находится как произведение напряжения на ток. Мощность измеряется в Ваттах (вольт-ампер тепловой).

Если известно сопротивление потребителя или проводимость и ток, который идет по нему, можно найти мощность по второй формуле.

Если известно падение напряжения на нагрузке и номиналы резистора или проводимость, мощность потребителя можно найти по третьей формуле.

Из выше приведенных формул можно найти работу, совершаемую током. Известно, что работа равна произведению мощности на время, в течение которого ток идет по потребителю:

где А - работа тока (Дж),

 Р - мощность потребителя (Вт),

время, в течение которого ток совершает работу (сек).

При мощности потребителя в 1 Вт за 1 секунду совершается работа током в 1 джоуль.

Но в реальной жизни приходится иметь дело со значительно большими мощностями, а, следовательно, и работа, например водогаревателя за и час может быть выражена огромным шестизначным числом. Поэтому на производстве работу, совершаемую током, считают не в джоулях, а в киловатт-часах.

Найдем соотношение между киловатт-часом и джоулем.

1киловатт = 1000 ватт; 1час = 3600 секунд. Значит:

Это означает, что если кипятильник имеет мощность 1 киловатт, то за один час он совершит работу равную 1 киловатт-часу, т.е. 3 600 000 джоулей.

Счетчики электрической энергии считают работу в киловатт-часах.

Формулы для расчета работы, совершаемой током, приводятся ниже;

Работа тока может быть не обязательно механической, например в двигателе постоянного тока, но она может быть и тепловой энергией, которая вычисляется по тем же формулам.

Мощность потребителя можно вычислить и по показаниям счетчика. Для этого фиксируем работу, которую покажет счетчик за определенное время. Отсюда мощность тока равна отношению работы, которую покажет счетчик, на время, в течение которого эта работа совершалась:

Для определения мощности потребителя надо работу в киловатт-часах, показанную счетчиком перевести в джоули, время перевести в секунды и разделить работу на время. Полученная мощность будет в ваттах.

3.2

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

  1.  Iпр. макс – максимально допустимый прямой ток диода;
  2.   Uобр. макс – максимально допустимое обратное напряжение;
  3.  Iобр – обратный ток диода при заданном значении обратного напряжения;
  4.  tвос. – время восстановления обратного напряжения;
  5.  fграничная - предельная частота работа диода.

На ВАХ полупроводникового диода (рис. 1.12) отмечены Iпр.макс и Uобр.макс. Максимально допустимый ток для каждого полупроводникового диода строго индивидуален. Связано это, прежде всего, с размерами его таблетки. С увеличением тока диода начинает расти плотность тока, и когда она достигает критического значения для данного конкретного материала диода, возникает тепловой пробой, который является необратимым. Полупроводниковый диод после теплового пробоя не подлежит восстановлению. Он теряет свое основное свойство – одностороннюю проводимость, и начинает проводить ток в обоих направлениях, или выгорает р-n- переход. В последнем случае диод не проводит ток ни в одном направлении.

При обратном включении толщина запирающего слоя полупроводникового диода увеличивается, но она ограничена размерами таблетки диода. Наступает момент, когда напряженность внешнего электрического поля становится столь значительной, что происходит пробой р-n-перехода по напряжению. Такой пробой не всегда заканчивается выходом диода из строя. Имеет место зенеровский пробой, который является обратимым. При этом пробое нельзя допускать большого обратного тока диода, чтобы не возник тепловой пробой. Зенеровский пробой сопровождается значительным ростом обратного тока при постоянном напряжении на диоде. Возникает эффект стабилизации напряжения. Прибор, использующий это явление, называется стабилитроном.

На работу выпрямительных диодов значительное влияние оказывает температура. С ее ростом значительно увеличивается обратный ток диода. Так, при увеличении температуры германиевых диодов на каждые

10 оС обратный ток возрастает вдвое, а у кремниевых диодов в 2,5 раза (рис.1.12, пунктирная линия). Максимально допустимая температура германиевых диодов составляет +80 оС, а кремниевых диодов составляет +150 оС.

При работе полупроводникового диода неизбежны потери мощности на самом диоде. Они складываются из: 1) потерь на токе в прямом направлении; 2) потерь на токе в обратном направлении; 3) потерь на этапе обратного восстановления.

 

3.3

Устройство трехфазного трансформатора

Конструктивные части трансформатора. Основным видом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в электроустановках производственных помещений, жилых и служебных зданий, т. е. там, где применение масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масляного трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором, погружается в бак с маслом (рис. 27). К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Как изолирующая среда оно имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря чему позволяет уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, а также между различными обмотками.

Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе, заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Все это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов. Трансформаторное масло является минеральным нефтяным маслом и имеет при температуре 20 °С следующие технические данные:

Плотность, 10-3 кг/см3

0,88 - 0,89

Кинематическая вязкость, сСт

36 - 37

Пробивная напряженность при однородном

переменном электрическом поле, 103 В/мм

 

16 - 20

Удельная теплопроводность, 10-4 Вт/(см·°С)

15 - 16

Удельная теплоемкость, Дж/(кг·°С)

1700 - 2000

Температура вспышки паров, °С

132 - 142

 

Бак трансформатора обычно имеет овальную форму и для удобства транспортировки располагается на тележке с катками. С увеличением мощности трансформатора конструкция бака видоизменяется, так как при этом потери, которые вызывают нагрев частей трансформатора, растут быстрее, чем поверхность охлаждения. Поэтому с увеличением мощности трансформатора приходится искусственно увеличивать поверхность охлаждения.

У трансформаторов мощностью до 25 - 40 кВ·А применяются баки с гладкими стенками. Внутри бака возникает естественная циркуляция масла: нагреваясь от обмоток и магнитопровода, оно поднимается вверх, а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. От стенок бака тепло рассеивается в окружающее пространство путем излучения и конвекции. При мощностях трансформаторов от 40 до 1600 кВ·А для увеличения поверхности охлаждения в стенки бака вваривают трубы диаметром 30 - 60 мм, располагаемые в 1 - 3 ряда. Процесс охлаждения трансформаторов протекает, как и в предыдущем случае.

В трансформаторах мощностью выше 1000 - 1600 кВ А используются гладкие баки, но к ним подвешиваются трубчатые охладители (рис. 28); последние присоединяются к верхней и нижней частям бака с помощью фланцев. Относительно стенок бака охладители располагаются радиально. Циркуляция масла в охладителе происходит в результате естественной конвекции. В последнее время трубчатые охладители стали применять и в трансформаторах меньшей мощности.

При мощностях трансформаторов от 10000 до 16000 кВ·А периметр гладкого бака оказывается недостаточным для размещения необходимого количества охладителей.

Для более интенсивного отвода тепла от охладителей производят их обдув с помощью вентиляторов; это дает увеличение теплоотдачи на 50 - 60 %. В мощных трансформаторах применяется форсированное охлаждение масла: масло из бака откачивается насосом, прогоняется через водяной или воздушный теплообменник и, охлажденное, вновь возвращается в бак трансформатора.

Иногда в целях пожарной безопасности бак трансформатора заполняется негорючим и не окисляющимся жидким диэлектриком - совтолом. Электрическая прочность и охлаждающие свойства этого диэлектрика практически не отличаются от подобных свойств масла. Применение совтола ограничивается более высокой по сравнению с маслом стоимостью и токсичностью его паров.

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и соединенный трубкой с баком (рис. 29). Внутренний объем расширителя, равный примерно 10 % объема бака трансформатора, заполняется маслом с таким расчетом, чтобы при всех возможных колебаниях температуры оно полностью заполняло бак.

Кроме того, при наличии расширителя поверхность масла, соприкасающаяся с воздухом, уменьшается, что ограничивает его окисление и увлажнение. Этим достигается защита масла и изоляции трансформатора. У трансформаторов мощностью более 1000 кВ·А между расширителем и баком устанавливается газовое реле, которое сигнализирует о повреждениях, сопровождающихся нагревом отдельных частей. В результате выделения тепла происходит разложение масла и изоляции, сопровождаемое выделением газов. Газы, поднимаясь вверх, по пути в расширитель проходят через газовое реле и вытесняют из него масло, при этом реле срабатывает. По заказу потребителей газовыми реле могут быть снабжены также трансформаторы мощностью 400 и 630 кВ·А. Расширители устанавливаются у всех трансформаторов, начиная с мощности 63 кВ·А при напряжении выше 6.3 кВ. Для трансформаторов меньшей мощности допускается колебание уровня масла внутри бака.

Выхлопная труба (рис. 29) устанавливается на всех трансформаторах мощностью 1000 кВ·А и выше и предназначается для предохранения бака трансформатора от деформации, которая может возникнуть при резком повышении давления из-за интенсивного образования газов (например, при коротком замыкании).

Она представляет собой стальной наклонный полый цилиндр диаметром 150 мм и больше. Внизу труба прикрепляется к крышке бака трансформатора и имеет сообщение с баком. Сверху труба закрывается стеклянной мембраной. При интенсивном газообразовании мембрана выдавливается раньше, чем произойдет повреждение бака.

Вводы.

Начала и концы обмоток выводятся из бака трансформатора наружу. Для этого используются проходные фарфоровые изоляторы, внутри которых располагается токоведущий медный стержень. Такие изоляторы закрепляются на крышке бака и называются вводами. С увеличением напряжения трансформатора размеры вводов увеличиваются, а их конструкция усложняется (рис. 30). Вводы для трансформаторов, устанавливаемых внутри помещения, обычно имеют гладкую внешнюю поверхность, а для трансформаторов, устанавливаемых снаружи, - ребристую.

Контроль температуры в верхних слоях масла в баке производится термометрами различного типа. В трансформаторах мощностью до 1000 кВ·А используются стеклянные ртутные термометры, устанавливаемые на крышке бака в специальной металлической оправе. На крышках трансформаторов мощностью 1000 кВ·А и выше вместо стеклянного термометра устанавливается дистанционный манометрический сигнальный термометр. Наибольшая допустимая температура масла в верхних слоях составляет 95 °С.

Для изменения числа витков обмотки ВН с целью регулирования напряжения предусматривается переключатель, размещенный внутри бака. Рукоятка этого переключателя выводится на крышку или стенку бака трансформатора.

На крышке и стенках бака устанавливаются различные пробки и краны, предназначенные для заливки, спуска и отбора пробы масла.

3.4

ПРИНЦИП РАБОТЫ ИНВЕРТОРОВ

Инвертированием называют процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в переменный. Преобразователь, выполненный на базе полупроводниковых приборов и осуществляющий такое преобразование, называется инвертором.

Автономным (независимым) инвертором является преобразователь, выходные параметры которого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы в отличие от инвертора, ведомого сетью, выходные параметры которого определяются параметрами сети.

Схема автономного инвертора изображена на рис. 1, а. Если переключать попарно через полупериод Т/2 ключи К1 – К3 и К2 – К4, то напряжение Uab на нагрузке будет прямоугольной формы с амплитудой U и частотой (рис. 1, 6). 

При активной нагрузке форма кривой тока будет повторять кривую напряжения. В схеме рис. 1, а очень просто увеличить число фаз, для чего нужно добавить пару ключей и подключить нагрузку к точкам между ними (штриховые линии на рис. 1, а ). В трехфазном варианте схема очень похожа на мостовой выпрямитель; разница состоит лишь в том, что источник питания и нагрузка поменялись местами.

 

Рис. 1. Схема автономного инвертора (а). Графики (б) напряжения Itb и тока Iн на выходе инвертора

Форму выходного напряжения и, следовательно, его гармонический состав можно менять, изменяя продолжительность включенного состояния tt и момент включения t пары ключей (штриховая линия на рис. 1, 6).

Процессы усложняются при активно-индуктивной нагрузке. При этом схема рис. 1, а окажется неработоспособной, поскольку при разрыве такой цепи напряжения на ключах достигают бесконечно большой величины. Для обеспечения нормальной работы ключи шунтируют диодами, а источник питания, если его внутреннее сопротивление велико – конденсатором (рис. 2, а). При прямоугольной форме напряжения кривые тока будут состоять из участков экспонент (рис. 2, 6). Напряжение и ток имеют различную форму и гармонический состав, первые гармоники тока и напряжения сдвинуты относительно одна другой на некоторый угол.

Преобразование постоянного напряжения в переменное может осуществляться с использованием всех типов силовых полупроводниковых ключей. За последние годы в области средних и больших мощностей до 1000 кВт начинают широко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными тиристорами, они представляют разработчикам более широкие возможности формирования напряжения и тока.

По характеру процессов, протекающих в автономных инверторах, их разделяют на инверторы напряжения (АИН) и инверторы тока (АИТ). Схема (см. рис. 2, а) представляет собой инвертор напряжения — именно оно формируется принудительно, а ток существенно зависит от нагрузки. В схеме АИН источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается переменным напряжением. Нагрузка в э том случае должна носить индуктивный или активно-индуктивный характер.

  Рис. 2. Схема автономного инвертора напряжения (а). Графики (б) напряжения U(t) и тока Iн на выходе инвертора

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Преобразователи постоянного тока включают в себя широкий диапазон вариантов: мощностью от 6.3 кВт до 1900 кВт, и предназначены для питания якоря и обмотки возбуждения, для одно/двух или четырёхквадрантной работы.

Особенность преобразователей:

  1.  высокие динамические характеристики:
  2.  время нарастания тока или момента значительно менее 10 мс.

Наиболее важные характеристики: 

  1. Полная интеграция с любой системой автоматизации;
  2. Возможность модульного расширения;
  3. Диапазон от типовых применений до уникальных высокотехнологичных решений;
  4. Отказоустойчивые конфигурации до 12000 А благодаря интеллектуальному параллельному подключению;
  5. Диапазон питающих напряжений от 400 В до 830 В;
  6. Быстрый и лёгкий запуск системы благодаря электронной настройке всех параметров;
  7. Единая концепция управления;

Тиристорные преобразователи постоянного тока 

представляют собой устройства, которые содержат силовую часть, автономную систему управления и осуществляют регулирование напряжения и частоты токов фаз двигателя по сигналам задания напряжения и знака тока каждой фазы, поступающим с выхода задающего генератора.

Преобразователи постоянного тока применяют в аппаратуре управления электрического привода.

Электрический Привод (электропривод),

это электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение механизма или машины, в котором источник механической энергии - электрический двигатель. В электрический привод входят также передаточный механизм, преобразовательное устройство и блок управления электроприводом. В автоматизированном электрическом приводе управление осуществляется с использованием средств автоматики, в т. ч. микропроцессорной техники.

Цифровые преобразователи 

Предназначены для линейного преобразования электрических величин (активной и реактивной мощности, напряжения, частоты и др.) в унифицированный выходной сигнал постоянного тока и в цифровой сигнал с возможностью его передачи по цифровым линиям связи.

Устройства плавного пуска софстартеры

Позволяют существенно снизить ударные пиковые нагрузки на электродвигатель и питающую сеть при пуске различных механизмов.

Плавный пуск электродвигателя также исключает механические повреждения движущихся частей привода и продлевает ресурс оборудования. Устройства плавного пуска в основном используют на пунктах по перекачке и сепарированию нефти. Устройства плавного пуска необходимы в приводах станков-качалок. В металлургии при прокате проволоки тоже используют устройства плавного пуска. Приводы насосов, вентиляторов для отсоса дыма, в приводах насосов в котельных и на водозаборных станциях - всюду, где подключен потребитель с большой мощностью, используются устройства плавного пуска.

4.1

4. ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДАХ И ПУТИ ИХ СНИЖЕНИЯ.

Для питания потребителей электрической энергии применяют металлические провода. Известно, что чем длиннее провод, тем сопротивление его больше и больше падение напряжения на нем. Чтобы потребитель получил стандартное напряжение требуется увеличение напряжения на входе линии, т.е. у генератора. Но потери напряжения растут и с увеличением тока. Чем больший ток идет по проводам, тем больше падения напряжения на них, тем выше потери напряжения, что требует дополнительного увеличения напряжения на входе линии. Рассмотрим вопрос выбора сечения проводов в ЛЭП, или в кабельных линиях

Пусть напряжение на входе линии, или на клеммах генератора, составляет U1. Напряжение на потребителе U2, будет ниже, чем на клеммах генератора, т.к. часть напряжения падает на провода. Обозначим потери напряжения в проводах

Сопротивление проводов ЛЭП находится по формуле:

Длина проводника берется удвоенной, т.к. ток идет по двум проводам, и потери напряжения будут в обоих проводах. Пусть ток нагрузки . Тогда потери напряжения в проводах:

Для промышленных предприятий установлены допустимые потери напряжения в проводах, вычисляемые в процентах:

Данную величину будем представлять без процентов т.е. просто:

Выразим потери напряжения через допустимый коэффициент потерь:

Подставим в формулы потери напряжения:

Умножим числитель и знаменатель на U и получим формулу:

;

где  

Из анализа полученной формулы следует, что:

1) чем выше потребляемая мощность, тем больше должно быть сечение провода.

2) если повысить напряжение линии электропередач, то сечение проводов можно уменьшить, так как сечение провода зависит от квадрата напряжения.

Если повысить напряжение ЛЭП в 10 раз, то сечение проводов можно уменьшить в 100 раз.

Вывод: для передачи электроэнергии на большие расстояния экономически выгодно применять повышенное напряжение.

Стандарты напряжений

380 В; 660 В; 10 кВ; 35 кВ; 100 кВ.

4.2

ТРАНЗИСТОР

Слово транзистор (англ. Transformer of resistor) означает – преобразователь сопротивления. Транзистор представляет собой полупроводниковую p-n-p или n-p-n структуру с двумя p-n переходами, рис.2.1.

 

Коллекторные переходы транзисторов обоих типов включены обратно, что приводит к расширению запирающего слоя этих переходов и увеличению их сопротивления в области коллектора.

На эмиттерно-базовый переход подается прямое напряжение

(рис. 2.1, а и б), что приводит к сужению запирающего слоя транзистора и снижению потенциального барьера. При напряжениях выше потенциального барьера сопротивление базово-эмиттерного перехода значительно падает, и основные носители зарядов инжектируют в базовую область. Происходит незначительная рекомбинация основных носителей в базовой области, так как концентрация свободных носителей в ней ниже, чем в эмиттере.

При одновременном включении источников напряжения Еэ и Ек происходят следующие процессы. Основные носители зарядов из эмиттерной области инжектируют в базовую область, но поскольку на базе имеется одноименный заряд с основными носителями зарядов, созданный батареей коллектора, и противоположный заряд на коллекторе транзистора, то основные носители зарядов экстрактируют в зону коллектора, которая, обогащаясь внесенными зарядами, становится проводящей. Сопротивление коллекторного перехода значительно падает, т. е. происходит преобразование большого сопротивления коллектора в маленькое. Изменяя ток участка база-эмиттер транзистора, можно управлять сопротивлением коллекторного перехода.

Исправность переходов транзистора легко проверить, рассмотрев схемы его аналогов на основе диодов. Проверку можно провести обычным тестером так же, как производят проверку обычных диодов (рис. 2.1, в и г).

Различают три способа включения транзистора в зависимости от того, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей по питанию.

Схемы на рис. 2.1, а и 2.1, б имеют общую базу для входной и выходной цепей, поэтому схемы называют с общей базой (ОБ). Но транзисторы могут включаться в схемы с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

В схеме рис. 2.1, а ток коллектора транзистора Iк создается за счет основных носителей зарядов р-типа, т. е. дырок, инжектируемых из области эмиттера в коллекторную область, поэтому на основании первого закона Кирхгофа имеем: Принципиального различия в работе схем

рис. 2.1, а и 2.1, б нет. Разница лишь в том, что в первом случае основные носители зарядов дырки, а во втором – электроны.

Схема с общим коллектором представлена на рис. 2.2. Особенностью схемы является большое входное сопротивление схемы порядка десятков килоом и незначительное выходного сопротивление – несколько десятков ом. Наиболее часто схема с ОК применяется для согласования каскадов усиления транзисторных усилителей. Схему часто называют эмиттерным повторителем, так как фазы входного и выходного сигналов совпадают. Схема с ОК дает усиление по току и по мощности, но не дает

4.3

5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

И НАПРЯЖЕНИЯ

 

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Технические характеристики трансформаторов тока

Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током Iном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40000 А) и номинальным вторичным током Iном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации

Токовая погрешность трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью

(в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 11,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии – трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов -классов 1 и 3.

Нагрузка трансформаторов тока

Нагрузка трансформатора тока — это полное сопротивление внешней цепи Z2, выраженное в Омах. Сопротивления r2 и х2 представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S2 ВА. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z2ном дается в каталогах.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин.

Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости или отношением и допустимым временем действия тока термической стойкости .

Конструкции трансформаторов тока

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные, одновитковые (типа ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (типа ТПЛ и ТЛМ). Трансформатор типа ТЛМ предназначен для КРУ и конструктивно совмещен с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки.

Для больших токов применяют трансформаторы типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина. Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется стойкостью шины.

Для ОРУ выпускают трансформаторы типа ТФН в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией и каскадного типа ТРН. Для релейной защиты имеются специальные конструкции. На выводах масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока. Погрешность их при прочих равных условиях больше, чем у отдельно стоящих трансформаторов.

Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения

Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/ ), коэффициента трансформации К=U1ном/U2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2;0,5; 1:3.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ. НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

 

Схемы включения трансформаторов напряжения

В зависимости от назначения могут применяться разные схемы включения трансформаторов напряжения. Два однофазных трансформатора напряжения, соединенные в неполный треугольник, позволяют измерять два линейных напряжения. Целесообразна такая схема для подключения счетчиков и ваттметров. Для измерения линейных и фазных напряжений могут быть использованы три однофазных трансформатора (ЗНОМ, ЗНОЛ), соединенные по схеме «звезда – звезда», или трехфазный типа НТМИ. Так же соединяются в трехфазную группу однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и НКФ.

Присоединение расчетных счетчиков к трехфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют, обычно, несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность. Для этой цели желательно устанавливать группу из двух однофазных трансформаторов соединенных в неполный треугольник.

Трансформаторы напряжения выбирают по условиям , в намечаемом классе точности. За S2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по, схеме неполного треугольника.

 

4.4

Регулирование скорости асинхронного двигателя

Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = nо (1 - s).

Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.

Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 - 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.

При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении I2ном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Замкнутая схема управления асинхронным двигателем, выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения - электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения

Так как частота вращения магнитного поля статора , то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании – на рис. 6.

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 - 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты Iвых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальныемногоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Из выражения следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения nо магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.

Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

5.1

1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН КИРХГОФА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю.

.

Где n – число входящих и выходящих токов узла.

Прежде чем написать 1 закон Кирхгофа следует выбрать положительное направление тока.

Например, входящие в узел А токи I1, I6, I5 -положительные, I2, I3, I4 -отрицательны. Тогда уравнение первого закона Кирхгофа для узла А примет вид:

Перенесем члены, содержащие знак "-", в правую часть с обратным знаком.

,

т. е. сумма входящих в узел токов равна сумме выходящих из узла токов.

Для узла В получим:

ВТОРОЙ ЗАКОН КИРХГОФА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Алгебраическая сумма ЭДС источников питания равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах замкнутой цепи.

где n – число элементов ЭДС.

m – число пассивных элементов замкнутого контура.

Для того, чтобы написать второй закон Кирхгофа необходимо выбрать положительное направление хода. Выбор направления хода произволен. Выберем направление хода по часовой стрелке. Если направление ЭДС и хода совпадают, то ЭДС положительна. Запишем второй закон Кирхгофа для замкнутого контура рис. 1.2

В левой части уравнения алгебраическая сумма ЭДС источников питания, а в правой части – сумма падений напряжений потребителей энергии, знак напряжения которых всегда положителен.

Перенесем напряжение в левую часть со знаком

Отсюда следует, что алгебраическая сумма ЭДС и напряжений замкнутой цепи равна нулю.

Из формулы следует, что ЭДС Е1 и Е4 работают в генераторном режиме, а источники питания Е2 и Е3 работают в режиме потребителя (определяется по значениям ЭДС этих источников).

5.2

2.3. УНИПОЛЯРНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ

Униполярными, или полевыми, транзисторы называют потому, что управление током этого транзистора осуществляет электрическое поле, созданное перпендикулярно основному току транзистора. Это поле производит изменение проводимости канала транзистора.

Электроды такого транзистора имеют названия – исток (Source), затвор (Gate), сток (Drein). В полевых транзисторах имеется канал с началом – исток и с окончанием – сток. В зависимости от конструкции затвора полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n-переходом; с изолированным затвором. Устройство полевого транзистора изображено на рис. 2.6. Здесь канал обогащен свободными зарядами, и управление его сопротивлением производится путем обеднения канала свободными зарядами.

Подадим между затвором и истоком обратное напряжение. Это приведет к росту толщины запирающего слоя (р-n-перехода). Увеличение толщины p-n-перехода уменьшает эффективную площадь канала, по которому течет ток. Ток между истоком и стоком падает. Можно получить такую толщину р-n-перехода, что канал практически будет перекрыт (пунктирная линия), что приведет к прекращению тока в канале. Обратное напряжение исток-затвор, при котором ток канала прекращается, называется напряжением отсечки.

Способ управления полевым транзистором, описанный выше, называется работой транзистора в режиме обеднения.

При обедненном канале электрическое поле затвора включают прямо, и оно повышает проводимость канала, поэтому канал называют индуцированным. Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Полевые транзисторы с изолированным затвором могут иметь индуцированный или встроенный канал.

При управлении работой полевого транзистора следует учитывать его режим работы. В режиме обеднения переход затвор-исток включают встречно напряжению, при режиме обогащения – наоборот. В основном применяют две схемы включения это с общим затвором (ОЗ) и общим истоком (ОИ). Реже применяется схема с общим стоком (ОС). Основным достоинством полевого транзистора является отсутствие p-n-перехода в зоне проводимости, что значительно снижает сопротивление канала транзистора и повышает его проводимость и быстродействие.

Для снятия основных характеристик полевого транзистора собирают схему, приведенную на рис. 2.8.

Стоко-затворная характеристика полевого транзистора – зависимость при Uис = const . Для снятия данной характеристики задаются напряжением ИС порядка 5 В, плавно изменяют напряжение между истоком и затвором и следят за изменением тока стока (рис. 2.9).

Для нахождения крутизны характеристики полевого транзистора выбирают область линейного участка стоко-затворной характеристики. Напряжению uзи1 соответствует ток iст1, а напряжению uзи2 – ток iст2. Крутизна характеристики находится по формуле:

при Uис = const.

Изменению напряжения от uзи1 до uзи2 соответствует изменение тока стока от iст1 до iст2. Обычно в справочниках дается крутизна характеристики в мА/В, но при использовании в расчетах эту величину следует перевести в А/В или в сименсы. Чем круче характеристика, тем выше коэффициент усиления транзистора по напряжению.

Для снятия семейства выходных характеристик полевого транзистора при Uзи = const необходимо установить между затвором и истоком постоянное напряжение. Плавно изменяя напряжение между истоком и стоком, следить за изменением тока стока. Семейство таких характеристик представлено на рис. 2.10.

Для нахождения коэффициента усиления транзистора по напряжению  необходимо провести вертикальную линию через uис1 (рис. 2.10) до пересечения с двумя произвольными кривыми uзи3 и uзи4. Коэффициент усиления по напряжению показывает, во сколько раз напряжение на затворе действует эффективнее изменения напряжения между истоком и стоком:

 

при постоянном токе стока Iст = const.

По току стока iст2 находят два значения напряжения uис1 и uис. Этим напряжениям соответствуют два значения напряжений затвор-исток – uзи4 и uзи3. Для нахождения  рассчитывают:

Выходное сопротивление полевого транзистора можно найти из семейства выходных характеристик. Проводят горизонтальные линии iст1 и iст2 до пересечения с кривой при uзи3.

при Uзи = const.

Несложно доказать связь между параметрами S, и r, т. е.

При работе с полевыми транзисторами с индуцированным каналом необходимо соблюдать меры предосторожности, так как они «боятся» статического напряжения.

5.3

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ

Номенклатура предлагаемых концерном АББ электронных реле достаточна широка. В нее

спектр задач и удовлетворяют требованиям самых взыскательных пользователей.

бытовых, так и в промышленных отраслях. Электронные реле позволяют решать широкий

Компания АББ выпускает электронные реле, предназначенные для использования, в

  1.  реле времени,
  2.  реле контроля тока,
  3.  реле контроля напряжения,
  4.  реле контроля нагрузки двигателя,
  5.  реле контроля уровня жидкостей,
  6.  реле контроля изоляции и т.д.

реле – это простота в эксплуатации и универсальность. При своих небольших размерах многофункциональные реле имеют полный набор функций, позволяющих достаточно гибко встроить их в практически любой технологический процесс. При изменении параметров процесса реле можно с легкостью перенастроить, выбрав необходимую функцию. Также в номенклатуре реле компании АББ есть и более простые модификации, выполняющие только одну функцию.

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ

Достоинства электронных реле АББ

  1.  -Абсолютные шкалы
  2.  -Непосредственная уставка выдержек на реле времени и
  3.  пороговых значений на измерительных реле и реле контроля
  4.  - макимальный комфорт без сложных вычислений
  5.  -Индикация состояния и контроль функционирования
  6.  -Светодиоды на лицевой панели отображают все текущие
  7.  состояния, чем упрощают ввод в эксплуатацию и поиск неисправностей.

КОНСТРУКЦИЯ ВТОРИЧНЫХ РЕЛЕ

Основными частями реле, работающих на электромагнитном принципе, являются катушка, подвижной стальной сердечник и контакты.

Устройство электромагнитных реле максимального тока серии ЭТ-520 показано на рис. 2. Магнитный поток, создаваемый катушками 1 в неподвижном магнитопроводе, пронизывает Z-образный поворотный стальной якорь 3. Под действием потока якорь стремится повернуться, но этому противодействует укрепленная на той же оси, что и якорь, спиральная пружина 4. При определенном токе сила, действующая на якорь, преодолевает противодействие пружины. Якорь поворачивается, и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6, чем обеспечивает подачу импульса на отключение выключателя. При уменьшении тока до определенной величины якорь под действием пружины 4 возвращается в исходное положение. Установка реле на определенный ток срабатывания регулируется путем перестановки по шкале 8 рычага 7, действующего на спиральную пружину. Аналогично устроены реле последних выпусков (напряжения типа РН-50 и тока типа РТ-50). Конструкция реле указанных типов отличается диапазоном установок, количеством и исполнением контактов. Выдержка времени, необходимая для обеспечения избирательной работы в схемах защиты, достигается при помощи различных реле времени.

Рис. 3. Схематическое устройство индукционного реле ИТ-80 а — вид реле с лицевой стороны; б — вид реле сверху

Индукционное реле. Индукционными называются реле, работающие по принципу взаимодействия переменных магнитных потоков с токами, которые они индуцируют в подвижной части реле (обычно диск). Поэтому индукционные реле могут работать только на переменном токе. Схема устройства индукционного реле показана на рис. VII-3.

Основными элементами этого реле являются неподвижная магнитная система / с обмоткой 2, подвижный алюминиевый диск 3, укрепленный на оси 5, и механизм выдержки времени (9, 10). Необходимые для получения вращающего момента диска два магнитных потока, сдвинутых пространственно и по фазе, создаются здесь благодаря расщепленным полюсам электромагнита, частично охваченных короткозамкнутыми витками 4 в виде медных колец. Взаимодействие магнитных потоков с токами, индуктируемыми в диске, создает момент, под действием которого диск вращается. При токе в обмотке реле, превосходящем ток срабатывания реле, происходит смещение оси диска и сцепление зубчатого сегмента 10 с червяком 9, укрепленным на той же оси. Под действием вращающегося червяка сегмент 10 перемещается, и в результате происходит замыкание контактов 12. Торможение диска осуществляется магнитным полем постоянного магнита 13, охватывающим диск.

Чем больше ток в обмотке реле, чем быстрее вращается диск с червяком, тем быстрее сегмент проходит путь, необходимый для срабатывания реле. Этим обеспечивается зависимость времени срабатывания реле от величины тока в обмотке реле.

Кроме индукционного элемента, представленного на рис. VII-3, реле ИТ-80 имеет и электромагнитный элемент (не указанный на рисунке), обеспечивающий мгновенное срабатывание реле при больших токах.

Другие системы устройства реле, в частности электродинамические и магнитоэлектрические, получили в релейной защите незначительное распространение.

4. ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

Для защиты от междуфазных коротких замыканий широко применяют максимальные токовые защиты, а также токовые отсечки. Их используют также для защиты от однофазных замыканий на землю.

Максимальная токовая защита. Максимальной токовой называют защиту, действующую в случаях, когда ток в защищаемой цепи превышает величину, равную максимальному рабочему току этой цепи. Эта защита является наиболее надежной, дешевой и простой по выполнению. Ее применяют для защиты кабельных и воздушных линий при одностороннем их питании, генераторов, трансформаторов, высоковольтных электродвигателей.

Максимальная токовая защита относится к защитам с выдержкой времени. Ее обычно выполняют при помощи электромагнитных реле максимального тока и реле времени.

На рис. 4,a показана принципиальная схема максимальной защиты, выполненной при помощи электромагнитного реле максимального тока 1 и реле времени 2.

В нормальном режиме работы защищаемого звена контакты реле 1 и 2 разомкнуты.

При увеличении тока в обмотке реле I до определенного значения Iсз (ток срабатывания защиты), оно срабатывает и замыкает своими контактами цепь обмотки реле времени, которое приходит в действие и через заданную выдержку времени замыкает контактами цепь отключающей катушки 4 привода выключателя; выключатель отключается.

В схеме предусмотрена оперативная цепь постоянного тока, заблокированная через блок-контакты 5 привода выключателя. При отсутствии блок-контактов контакты реле 2 при размыкании отключили бы ток, в отключающей катушке привода, вследствие чего они могли бы быть повреждены (из-за недостаточной мощности на размыкание).

Время действия t3 зависит от времени срабатывания реле 2 и не зависит от величины тока к. з. в обмотке токового реле 1, поэтому такую защиту называют защитой с независимой выдержкой времени (рис. 4,б).

На схеме рис.4,a показано также указательное реле 3, являющееся вспомогательным и служащее для сигнализации срабатывания реле.

В радиальных сетях с односторонним питанием максимальную токовую защиту включают с питающей стороны каждой линии. При этом для обеспечения селективности отключения выдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, согласно которому у каждой последующей защиты, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени принимают на ступень времени больше, чем у предыдущей защиты.

Рассмотрим пример защиты от однофазного короткого замыкания на землю кабельных линий в сети напряжением 6–10 кВ с заземленной нейтралью. На рис. 5,a приведен эскиз применяемого для такой защиты специального трансформатора тока типа ТЗ, а на рис.5,б – схема действия защиты. Действие защиты основано на том, что в нормальном режиме суммарный поток, создаваемый трехфазной системой токов в жилах кабеля, равен нулю. При замыкании на землю одной из фаз кабеля симметрия токов нарушается и возникает магнитный поток, который наведет э. д. с. в обмотке трансформатора тока ТЗ и в цепи реле Т появится ток. Реле срабатывает и дает сигнал о наличии повреждения в данной кабельной линии.

Рис. 5. Защита от замыканий на землю в кабельных сетях а – установка трансформаторов тока типа ТЗ; б – схема действия защиты; 1 – магнитопровод; 2 – кабель; 3 – обмотка

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

 

Реле времени широко применяются при многоступенчатом пуске двигателей.. Так как со временем контакты реле обгорают и устройство перестаёт работать. Единственная проблема, стоящая в процессе переделки, была такая, что реле должно стоять в разрыве плюсового провода, и выдерживать значительную мощность. Изначально в качестве силового ключа в нём использовался биполярный транзистор средней мощности, аналог КТ817, стоящий без радиатора

Резистор R3 и конденсатор С2 отвечают за время срабатывания реле. Чем больше значения параметров резистора и конденсатора, тем больше время срабатывания реле. Транзистор VT1 структуры p-n-p можно добыть из компьютерного БП, стоят в обвязке ШИМ генератора. Используя данный принцип коммутации любой мощной нагрузки с помощью n-канального полевого транзистора, можно проектировать и изготавливать электронные реле в различных радиолюбительских конструкциях. Представляется интересным увеличение частоты переключений до 20 - 50кГц

5.4

ТРЕХФАЗНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Рассмотрим работу тиристорного управляемого выпрямителя на основе нулевой схемы при активной нагрузке (рис. 7.15).

Момент времени включения тиристоров и длительность их работы определяется углом управления . Отсчет угла управления начинается не с момента прохождения напряжения через нулевую точку, как в однофазных выпрямителях, а ведется от угла естественного включения /3, сдвинутого влево от максимума синусоидального напряжения фаз вторичных обмоток трансформатора.

При работе на активную нагрузку с изменением угла управления можно выделить два характерных режима работы выпрямителя: с непрерывными токами и прерывистыми токами. Первый имеет место, если угол управления находится в пределах , второй режим при .

Временные диаграммы напряжения и тока трехфазного управляемого выпрямителя в режиме непрерывных токов показаны на рис. 7.15, б.

Временные диаграммы напряжений показаны на рис. 7.15, б при разных углах управления. Отсчет угла управления осуществляется от точки А. При угле управления /6 действующее значение напряжения на нагрузке непрерывно и спадает до нулевого значения. При углах управления в /3 выходное напряжение носит прерывистый характер.

Управляемые выпрямители 

Позволяют преобразовать переменный ток в постоянный и плавно изменять выпрямленное напряжение от нуля до номинального значения.

  1. Управляемы выпрямители широко применяются
  2. электроприводах постоянного тока
  3. системах возбуждения синхронных двигателей.
  4. Автономных инверторах,
  5. Инверторах ведомых сетью

Основной элементной базой при построении управляемых выпрямителей являются тиристоры.

Тиристоры — не полностью управляемые полупроводниковые приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями равновесия: открытым (проводящим ток) и закрытым (не проводящим тока). Тиристор (рис. 4, а), имеющий три электрода (анодный вывод А, катодный К и управляющий электрод У), начинает проводить ток в том случае, если к анодному выводу (по отношению к катодному выводу) приложен положительный потенциал и одновременно к управляющему электроду подается положительный управляющий сигнал.

При приложении к анодному выводу положительного потенциала сопротивление тиристора будет зависеть от управляющего тока. При отсутствии управляющего сигнала (Iу = 0) сопротивление тиристора велико. При появлении управляющего тока (Iу = Iун) тиристор перейдет в открытое состоя электрод.

В трехфазной мостовой схеме, в которой вместо диодов включены тиристоры (рис. 5, а), управляющие импульсы

– U, поступающие от СИФУ, должны соответствующим образом сфазированы с напряжением трансформатора (сети), т.е. подаваться в нужные моменты времени. Сдвиг импульсов относительной базовой точки происходит в сторону отставания. За базовые необходимо брать точки а, б, , и „, %, А (рис. 5, 6) естественного отпирания диодов. Если управляющие импульсы подавать на тиристоры в базовых точках, то получим наибольшее выпрямленное напряжение Ud0. При подаче управляющих импульсов с отставанием по отношению к точке естественного отпирания на угол а (см. рис. 5, 6) тиристоры открываются позже, а среднее выпрямленное напряжение Ud ср будет меньше, чем наибольшее выпрямленное Ud0. Среднее выпрямленное напряжение ТП определяется по формуле

где α — угол управления ТП.

 Рис. 5. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя (а). Графики напряжений (б)

Поскольку трехфазная мостовая схема имеет две группы тиристоров, а ток в любой момент протекает минимум через два тиристора, СИФУ вырабатывает сдвоенные импульсы (см. рис. 5, 6), сдвинутые относительно друг друга на 60 электрических градусов. В э том случае имеет место одновременная подача импульсов в тиристоры двух различных групп (V1 и V6, V1 и V2, V3 и V2 и т.д.). Наличие двух групп тиристоров обеспечивает шестифазное выпрямление (кривая Ud рис. 5, 6).

6.1

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ, ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И СМЕШАННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ

В электрических цепях часто приходится встречаться с различными вариантами соединения потребителей энергии. Это последовательное соединение, когда потребители включены последовательно друг за другом. Параллельное, когда все потребители имеют общее начало и общий конец, при этом они находятся под одинаковым напряжением. Часто имеет место и комбинированное соединение, когда потребители имеют как параллельное, так и последовательное соединение. Рассмотрим особенности этих соединений.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

На рис. 11 показано последовательное соединение потребителей R1, R2, R3.

Ток идет от источника питания и последовательно проходит по всем резисторам.

По всем резисторам проходит одинаковый док I. А вот падение напряжения на каждом резисторе будет различным.

Чем больше сопротивление на пути тока, тем больше ему следует напрягаться, тем больше падение напряжения на этом резисторе.

Напряжение источника питания равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах замкнутой цепи.

.

Общее сопротивление потребителей:

Поскольку ток на всех участках цепи одинаков можно сократить ток в левой и правой части и получить общее сопротивление схемы. Оно равно алгебраической сумме сопротивлений потребителей.

Мощность источника питания равна алгебраической сумме мощностей потребителей.

При этом мощность каждого потребителя:

6.2

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ (БТИЗ)

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) представляет собой сочетание биполярного и полевого транзистора. Наибольшее распространение получили транзисторы в которых удачно сочетаются особенности полевых транзисторов с вертикальным каналом и дополнительного биполярного транзистора.

При изготовлении полевых транзисторов с изолированным затвором образуется паразитный биполярный транзистор VT (рис. 2.11), который не находил практического применения.

Структура транзистора БТИЗ аналогична структуре ПТИЗ, но дополнена еще одним р-n-переходом, благодаря которому в схеме появляется еще один р-n транзистор VТ2.

Из рис. 2.12 видно глубокую положительную обратную связь транзисторов VТ1 и VТ2, так как ток базы транзистора VТ1 формируется током коллектора VТ2, а ток коллектора VТ2 формируется током базы VТ1. Это обстоятельство позволяет получить у БТИЗ крутизну значительно большую, чем у обычных полевых транзисторов.

Данное обстоятельство позволяет резко снизить падение напряжения на канале открытого транзистора, а следовательно, и повысить его ток стока. Крутизна характеристики таких транзисторов может достигать десятков ампер на вольт, в то время как у обычных полевых транзисторов крутизна составляет миллиамперы на вольт. БТИЗ имеют не только значительную крутизну характеристики, но и выдерживают значительные обратные напряжения коллектора. На рис 2.13 приведена выходная характеристика БТИЗ.

Такие транзисторы нашли широкое применение в современной силовой электронике, усилителях и преобразовательной технике. Токи современных БТИЗ достигают 1500 А при напряжениях до 2000 В и незначительных габаритах транзисторов.

2.5. СТАТИЧЕСКИЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ТРАНЗИСТОР (СИТ)

Статический индукционный транзистор (СИТ) и биполярный статический индукционный транзистор (БСИТ) представляют собой полевой транзистор с управляющим р-n-переходом, который может работать как при обратном смещении затвора, так и при прямом. При прямом смещении на затворе транзистор работает как биполярный, а при отрицательном смещении (до 30 В) работает как полевой транзистор, при этом рассасывание зарядов происходит значительно быстрее, нежели в биполярном транзисторе.

Cуществуют две разновидности СИТ. Первая называется просто СИТ и представляет собой нормально открытый прибор с управляющим р-n-переходом. В таком приборе при нулевом напряжении на затворе цепь сток–исток находится в проводящем состоянии. Управление таким транзистором происходит запирающим напряжением, прикладываемым на участке затвор – исток. Сопротивление канала такого транзистора ничтожно мало порядка 0.1 – 0.025 Ом.

СИТ обладает высоким быстродействием и применяется в высокочастотной аппаратуре. Основной недостаток СИТ – наличие постоянно открытого канала, что затрудняет его использование в переключающих устройствах, где необходима его работа в режиме ключа. Лишен этого недостатка БСИТ-транзистор, в котором напряжение отсечки равно нулю.

БСИТ-транзисторы при отсутствии напряжения на затворе заперты, как и полевые транзисторы.

6.4

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Кабельная линия электропередачи (КЛ) – линия для передачи электроэнергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.

Как правило, кабельные линии прокладывают в местах, где затруднено строительство воздушных линий (ВЛ) – в городах, поселках, на территории промышленных предприятий. Они имеют определенные преимущества перед ВЛ – закрытая прокладка, обеспечивающая защиту от атмосферных воздействий (ветер, гроза, обледенение), КЛ имеют большую надежность и безопасность в эксплуатации. Поэтому, несмотря на их большую стоимость и трудоемкость сооружения, кабельные линии широко применяют в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения.

1. Устройство и монтаж кабельных линий

Кабели прокладывают:

  1. в кабельных сооружениях,
  2. траншеях,
  3. блоках,
  4. на опорных конструкциях,
  5. в лотках
  6. (в помещениях,
  7. туннелях).

Монтаж кабельных линий выполняют в соответствии с проектно-технической документацией, в которой указаны трасса линии и ее геодезические отметки, позволяющие судить о разности уровней отдельных участков трассы.

Линии электропередачи 6…10 кВ и выше выполняют специальным силовым кабелем.

Конструкции силовых кабелей зависят от класса напряжения. Наиболее распространены трех- и четырехжильные силовые кабели с бумажной изоляцией.

Для напряжения 10 кВ их выполняют с поясной изоляцией в общей свинцовой оболочке.

Для всех жил, а для напряжений 20 и 35 кВ – с отдельно освинцованными жилами.

Жилы кабеля состоят из большого числа обычно медных проводников малого сечения.

Кабели напряжением до 6 кВ и сечением до 16 мм2 изготовляют с круглыми жилами, напряжением выше 6 кВ и сечением более 16 мм2 – с секторными жилами (в поперечном разрезе жила имеет форму сектора окружности).

На рис. 1 показан трехжильный кабель с секторными жилами на напряжение 10 кВ. Каждая жила изолирована от другой специальной кабельной бумагой 2, пропитанной специальной массой, в состав которой входят масло и канифоль. Все жилы от земли изолированы поясной изоляцией 4 также из пропитанной бумаги. Для обеспечения герметичности кабеля на поясную изоляцию накладывают свинцовую оболочку без швов. От механических повреждений кабель защищен броней 8 из стальной ленты, а от химических воздействий – асфальтированным джутом.

 

В последнее время выпускают кабели, у которых свинцовое покрытие заменено алюминиевым либо пластмассовым (сопрен, винилит). Конструктивное обозначение силовых кабелей состоит из нескольких букв: если первая буква А – жилы кабеля алюминиевые, если таковой нет – жилы из меди; вторая буква обозначает материал изоляции жил (Р – резина, В-поливинилхлорид, П – полиэтилен, для кабелей с бумажной изоляцией буква не ставится); третья буква обозначает материал оболочки (С – свинец, А–алюминий, Н и HP – негорючая резина-найрит, В и ВР – поливинилхлорид, СТ – гофрированная сталь); четвертая буква обозначает защитное покрытие (А – асфальтированный кабель, Б – бронированный лентами, Г – голый (без джутовой оплетки), К – бронированный круглой стальной оцинкованной проволокой, П – бронированный плоской стальной оцинкованной проволокой). Буква Н в конце обозначения говорит о том, что защитный покров негорючий, Т – указывает на возможность прокладки кабеля в трубах, Шв или Шп означают, что оболочка кабеля заключена в поливинилхлоридный или полиэтиленовый шланг. Буква Ц в начале названия говорит о том, что бумажная изоляция пропитана массой на основе церезина.

К монтажу кабельных линий применяется ряд требований.

Кабели с пропитанной бумажной и поливинилхлоридной изоляцией можно прокладывать только при температуре окружающего воздуха выше 0°С,

Если температура в течение суток до начала прокладки падала ниже кабели перед прокладкой прогревают в отапливаемом помещении или электрическим током, пропускаемым по жилам, закороченным с одной стороны, при этом обязательно контролируют температуру нагрева.

Значения силы тока и напряжения, время прогрева и срок прокладки нагретого кабеля в траншее строго регламентированы.

Кабели раскатывают вдоль трассы с помощью движущегося транспорта (с барабана, расположенного на земле) или ручным способом.

Монтаж кабелей в траншеях – наиболее распространенный и легко выполняемый способ их прокладки.

Глубина траншей должна быть не менее 700 мм, а ширина – такой, чтобы расстояние между несколькими параллельно проложенными в ней кабелями напряжением до 10 кВ было не менее 100 мм, от стенки траншеи до ближайшего крайнего кабеля – не менее 50 мм.

Глубину заложения кабеля можно уменьшить до 0,5 м на участках длиной до 0,5 м при вводе в здание, а также в местах пересечения кабеля с подземными сооружениями при условии защиты его асбоцементными трубами.

Для предохранения от механических повреждений кабели напряжением 6…10 кВ поверх присыпки защищают красным кирпичом или железобетонными плитами; кабели напряжением 20…35 кВ – плитами; кабели напряжением до 1 кВ – кирпичами и плитами только в местах частых раскопок (их укладывают сплошь по длине траншеи с напуском над крайними кабелями не менее 50 мм).

В местах будущего расположения кабельных соединений траншеи расширяют, образуя котлованы или колодцы для соединительных муфт. На кабельной линии длиной 1 км допускается установка не более шести муфт.

Котлован для единичной кабельной муфты напряжением до 10 кВ выполняется шириной 1,5 м и длиной 2,5 м, а для каждой монтируемой параллельно с первой муфты его ширину увеличивают на 350 мм.

Соединения в кабельной муфте должны быть герметичными, влагостойкими, обладать механической и электрической прочностью, а также противокоррозионной устойчивостью.

Прокладка кабелей в блоках применяется для их защиты от механических повреждений. Блок представляет собой подземное сооружение, выполненное из нескольких труб (асбоцементных, керамических и др.) или железобетонных панелей с относящимися к ним колодцами.

При монтаже кабелей в бетонных блоках или блоках из асбоцементных труб повышается надежность их защиты, однако усложняется прокладка, значительно увеличивается стоимость линии и возникают дополнительные затраты на эксплуатацию кабельных колодцев. Кроме того, допустимые токовые нагрузки кабелей, находящихся в блоках, меньше, чем у кабелей, проложенных открыто или в земле, из-за худших условий охлаждения.

Кабели часто прокладывают в небольших железобетонных каналах, закрытых сверху плитами. При большом количестве параллельно идущих кабелей строят туннели, проходные каналы или прокладывают блоки из труб.

Прокладка силовых кабелей в кабельных блоках выполняется редко.

Прокладка кабелей на опорных конструкциях и в лотках выполняется в цехах производственных предприятий, по стенам зданий, в туннелях. Опорные кабельные конструкции изготавливают из листовой стали в виде стоек с полками, стоек со скобой, настенных полок. Специальные перфорированные и сварные лотки используют для прокладки проводов и небронированных кабелей по кирпичным и бетонным стенам на высоте не менее 2 м. Их обязательно заземляют не менее чем в двух местах и электрически соединяют между собой.

Допускается совместная прокладка силовых кабелей, осветительных и контрольных цепей при условии разделения каждой из них стальными разделителями. Для кабельных муфт устраивают специальные лотки. Кабели должны быть жестко закреплены на прямых участках трассы через каждые 0,5 м при вертикальном расположении лотков и через каждые 3 м при их горизонтальном расположении, а также на углах и в местах соединений.

Для соединения кабелей при монтаже выполняют разделку их концов и соединение жил. Разделка конца кабеля состоит из последовательных операций ступенчатого удаления защитных и изоляционных частей и является частью монтажа муфт. Размеры разделки, зависящие от конструкции муфты, напряжения кабеля и сечения его жил.

Соединение и ответвление токоведущих жил кабеля выполняют с помощью специальных инструментов, различных приспособлений и принадлежностей с соблюдением технологии, обеспечивающей надежный электрический контакт и необходимую механическую прочность. При выборе способа соединения учитывают материал и сечение соединяемых жил, конструктивные особенности муфт.

Пайку применяют для соединения жил кабелей классов напряжения 1,6 и 10 кВ. Пайку производят либо мощным, хорошо разогретым паяльником, либо путем помещения концов жил в специальные ванночки с расплавленным припоем. Для пайки кабелей используют обычно полужесткие и жесткие припои.

Опрессовку применяют в основном для соединения алюминиевых жил кабелей до 1 кВ и выполняют с помощью гильз и опрессовочных механизмов – клещей и прессов. В гильзу с двух сторон помещают соединяемые жилы кабелей и гильзу сжимают. Под действием создаваемого прессующим механизмом давления металл гильз и жил спрессовывается, образуя монолитное соединение.

Газовая и электрическая сварка служит для соединения алюминиевых жил кабеля сечением 16…240 мм2.

Термитная сварка – один из наиболее совершенных способов соединения алюминиевых жил кабелей, который выполняется с помощью специальных патронов типа А. Провода в патроне устанавливаются встык и его поджигают специальной спичкой. Внутри патрона находится термитный состав, при горении которого температура достигает нескольких тысяч градусов.

Кабели перед введением в эксплуатацию должны быть заземлены. В чугунных соединительных муфтах заземление выполняют двумя отрезками гибкого медного провода, соответствующего жилам кабеля сечения. Оболочку и броню кабелей соединяют таким же проводом, присоединяя его к контактной площадке муфты. В свинцовых муфтах заземление выполняют одним куском гибкого медного провода, присоединяемого пайкой и проволочными бандажами к оболочкам и броне обоих кабелей, а также к корпусу муфт. В эпоксидных муфтах технология присоединения провода заземления между оболочками и броней кабелей и разъемными корпусами муфт зависит от конструкции последних, особенностей их монтажа и заливки компаундом.

Для соединения участков кабельной линии применяют кабельные муфты.

Кабельные муфты разделяют по напряжению (до 1, 6, 10, 35 кВ), назначению (соединительная, ответвительная, концевая), габаритным размерам (нормальная, малогабаритная), материалу (чугунная, свинцовая, эпоксидная), форме (У-образная, Т-образная, Х-образная), месту установки (внутренняя, наружная), числу фаз (концевая трехфазная или четырехфазная).

Для оконцевания кабелей вне помещений применяют концевые кабельные муфты, а внутри помещений – концевые заделки.

В качестве концевых муфт для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией используют мачтовые муфты КМ с заливкой кабельной массы или эпоксидные КНЭ, при напряжении 20…35 кВ – однофазные КНО или КНЭО, а для кабелей с пластмассовой изоляцией – КНЭ или ПКНЭ.

Концевые заделки бывают в стальных воронках (тип КВБ), в воронках из эпоксидного компаунда (КВЭ), из поливинилхлоридных лент (КВВ), в резиновых перчатках (КВР).

Для оконцевания токопроводящих жил кабелей применяют наконечники, присоединяемые опрессовкой, сваркой или пайкой. Наиболее надежным и распространенным способом оконцевания жил является опрессовка. Алюминиевые жилы сечением 16…240 мм2 оконцовывают опрессовкой трубчатыми наконечниками ТА или ТАМ, а медные жилы сечением 4…240 мм2 – наконечником Т. Опрессовку выполняют местным вдавливанием трубчатой части наконечника с помощью специальных опрессовочных механизмов. При сварке применяют литые наконечники ЛА, а при пайке – медные наконечники серии П.

Открыто проложенные кабели, а также все кабельные муфты должны быть снабжены бирками; на бирках кабелей в начале и конце линии должны быть указаны марка, напряжение, сечение, номер или наименование линии; на бирках соединительных муфт – номер муфты, дата монтажа.

Бирки должны быть стойкими к воздействию окружающей среды. Они должны быть расположены по длине линии через каждые 50 м на открыто проложенных кабелях, а также на поворотах трассы и в местах прохода кабелей через огнестойкие перегородки и перекрытия (с обеих сторон).

 

6.4

Источники оперативного тока на подстанциях

Для питания цепи управления коммутационных аппаратов, релейной защиты, автоматики и сигнализации применяют оперативный ток. Основным требованием, которое предъявляется к источникам оперативного тока, является готовность их к действию в любых условиях, в том числе и во время КЗ, когда напряжение на шинах подстанции может снизиться до нуля.

Применяют два вида оперативного тока:

  1.  переменный - на подстанциях с упрощенными схемами,
  2.  постоянный - на подстанциях, имеющих стационарные аккумуляторные установки.

Переменный оперативный ток.

В качестве источника применяют трансформаторы тока и напряжения, трансформаторы собственных нужд.

Трансформаторы тока обеспечивают достаточно надежное питание оперативных цепей во время КЗ, когда резко возрастают ток и напряжение на их зажимах. На рис. 6.1 представлена схема включения реле максимальной токовой защиты КА и электромагнита отключения YAТ с дешунтированием катушки отключения. В нормальном режиме катушка электромагнита отключения зашунтирована и трансформаторы тока ТА нагружены небольшим сопротивлением реле КА. При КЗ реле КАсрабатывает, подключает к своей катушке последовательно катушку электромагнита отключения YAТ и выключатель отключается.

Для оперативного управления в нормальных рабочих режимах трансформаторы тока не применяют, так как от них нельзя получить необходимой в этих случаях мощности.

Трансформаторы напряжения и собственных нужд, наоборот, не пригодны для питания оперативных цепей при КЗ, так как при этом снижается напряжение в питающей сети, но они могут использоваться для управления аппаратами в режимах работы, близких к нормальным. Таким образом, каждый из рассмотренных источников переменного тока имеет Ограниченную область применения и используется в качестве источника индивидуального децентрализованного питания.

Универсальными являются источники комбинированного питания от трансформаторов тока ТА и напряжения TV одновременно (рис. 6.2). Выпускаемые заводами блоки питания серий БПТ и БПН подключаются к трансформаторам тока и напряжения (иногда к трансформаторам с. н.) соответственно.

Установленные в блоке выпрямители питают оперативные цепи суммируемым оперативным током. Комбинированное питание по указанной схеме хотя и универсально, но имеет ограничение по мощности. Оно пригодно для питания оперативных цепей защит, автоматики и управления легкими приводами (пружинными).

Помимо непосредственного отбора мощности от трансформаторов тока и напряжения на подстанциях широко применяются конденсаторные устройства, позволяющие использовать предварительно запасенную в них электрическую энергию для питания реле, приводов отделителей и выключателей. Используются комплекты конденсаторов емкостью 40, 80 и 200 мкФ. Для их заряда применяют зарядные устройства, получающие питание от трансформаторов напряжения или собственных нужд в условиях нормального режима работы подстанции. Схема включения конденсаторов показана на рис. 6.3. При замыкании контактов SB1 или SB2, ключа управления (или реле) к конденсаторам подключают катушки электромагнитов управления YAT1 и YAT2, через которые проходит ток разряда, и электромагниты срабатывают.

Диоды VD1 и VD2 обеспечивают разряд на каждую катушку только своего конденсатора.

Время заряда конденсаторов зависит от их емкости и схемы зарядного устройства. Минимальное время определяется зависимостью t=0,6С/80, где С - емкость заряжаемых конденсаторов, мкФ; t - время заряда, с. С этим считаются при выборе продолжительности бестоковой паузы АПВ: она не может быть выбрана меньше времени заряда конденсаторов.

Для обеспечения надежной работы очень важно, чтобы конденсаторы постоянно находились в заряженном состоянии. Для этого необходимо следить за исправным состоянием как самих конденсаторов, так и изоляции подключенных цепей. Опасна потеря питания установки со стороны переменного тока, так как при этом происходит разряд конденсаторов: через 1,5-2 мин они уже не в состоянии обеспечить действие подключенных к ним электромагнитов приводов и реле. При снижении выходного выпрямленного напряжения зарядного устройства срабатывает специальное реле, которое подает сигнал оперативному персоналу подстанции о возникшей неисправности.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается комбинированное устройство типа БПЗ 401, являющееся одновременно и зарядным устройством, и блоком питания нагрузки (рис. 6.4). Устройство состоит из промежуточного трансформатора напряжения TLV, выпрямителя VS, собранного по мостовой схеме, диодаVD, препятствующего разряду конденсаторов при исчезновении напряжения питания, реле KL, предназначенного для контроля напряжения на выходе блока, конденсатораС1, защищающего выпрямитель от перенапряжений, конденсатора С2 и резистора R, обеспечивающих нормальную работу реле KL.

Для питания электромагнитов включения приводов выключателей, потребляющих токи, значения которых достигают сотен ампер, применяют комплектные устройства питания серии УКП, подключаемые к трансформаторам с. н. Эти устройства преобразуют переменный ток в постоянный и используются на подстанциях, где нет аккумуляторных батарей или мощность их недостаточна.

На подстанциях напряжениями 110-220 кВ наряду с выпрямленным применяется переменный оперативный ток, источником которого обычно являются трансформаторы с. н., а на подстанциях 6-10 кВ - специальные трансформаторы небольшой мощности (например, ОМ-1,2/10), подключаемые к вводам питающих подстанцию линий 6- 10 кВ. Эти источники оперативного тока не являются автономными, поскольку их работа возможна только при наличии напряжения в питающей их сети.

На рис. 6.5 показана схема питания оперативных цепей, цепей сигнализации, а также аппаратуры телесигнализации и телеуправления на переменном токе от двух раздельно работающих трансформаторов с. н. Питание осуществляется через блок АВР и стабилизатор TSV, чтобы колебания напряжения в сети с. н. не отражались на работе аппаратуры цепей управления. Цепи оперативной блокировки получают питание от блока UGV. Мощные электромагниты включения приводов выключателей питаются от комплексных устройств питания UG1 и UG2, которые на стороне выпрямленного напряжения работают на общие шины.

Постоянный оперативный ток. 

Основным источником служат свинцово-кислотные аккумуляторные батареи с зарядными устройствами напряжением 110 или 220 В. Они обеспечивают питание оперативных цепей реле защит, автоматики, электромагнитов отключения и включения коммутационных аппаратов, цепей сигнализации. От аккумуляторных батарей питаются устройства связи, аварийное освещение, двигатели резервных маслонасосов синхронных компенсаторов. На мощных подстанциях устанавливают по две и более независимо работающих аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи

Устройство и характеристики аккумуляторов. На подстанциях применяют главным образом свинцово-кислотные аккумуляторы типа С (СК) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емкости - в деревянных баках, выложенных внутри свинцом. Аккумуляторные пластины разной полярности, находящиеся в одном сосуде, отделяются друг от друга сепараторами из мипора (мипласта). Сосуды заполняются электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины выполняются из чистого свинца и имеют сильно развитую поверхность. При формировании собранного аккумулятора (особом режиме первого заряда) на поверхности положительных пластин из металлического свинца основы образуется слой диоксида свинца РЬO2, являющийся активной массой этих пластин. Отрицательные пластины изготовляются также из металлического свинца, но имеют коробчатую форму. Ячейки свинцового каркаса пластин заполняются активной массой, приготовляемой из оксидов свинца и свинцового порошка РЬ. Чтобы эта масса не выпадала из ячеек, пластины покрывают с боков тонкими перфорированными свинцовыми листами. В процессе формирования на отрицательных пластинах образуется губчатый свинец.

Наряду с аккумуляторами типа С (СК) применяются аккумуляторы типа СН. Они имеют намазные пластины, сепараторы из стекловойлока, винипласта и мипора, сосуды из прессованного стекла с уплотненными крышками. Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы аккумуляторов. В эксплуатации они не требуют столь частой доливки воды, снижаются требования к вентиляции помещений.

Основными характеристиками аккумуляторов С (СК) являются их номинальная емкость, продолжительность и ток разряда, максимальный ток заряда. Их значения определяются типом, размером и числом пластин и получаются умножением соответствующих значений для аккумуляторов С-1 (СК-1) на типовой номер.

В эксплуатации емкость аккумулятора зависит от концентрации и температуры электролита, от режима разряда. С ростом плотности электролита емкость аккумулятора возрастает. Однако крепкие растворы увеличивают сульфатацию пластин. Повышение температуры электролита также приводит к возрастанию емкости, что объясняется снижением вязкости и усилением диффузии свежего электролита в поры пластин. Но с повышением температуры увеличивается саморазряд и сульфатация пластин.

Исследованиями установлено, что для стационарных аккумуляторов типа С (СК) оптимальной является плотность электролита в начале разряда 1,2-1,21 г/см3 при нормальной температуре 25°С. Температура воздуха в помещении, где установлена аккумуляторная батарея, должна поддерживаться в пределах 15-25°С.

Емкость аккумуляторов нормируется при условии непрерывного разряда в течение 10 ч неизменным по значению током. На практике разряды могут быть более короткими (1-2 ч) - большими токами и более длительными - малыми токами. При больших токах разряда емкость аккумулятора быстро снижается.

Факторами, ограничивающими разряд, являются конечное напряжение на зажимах аккумулятора и плотность электролита в сосудах. При 3-10-часовом разряде снижение напряжения допускается до 1,8 В, а при 1-2-часовом - до 1,75 В на элемент. Более глубокие разряды во всех режимах приводят к повреждению аккумуляторов. Разряды малыми токами прекращают, когда напряжение становится равным 1,9 В на элемент. При разряде контролируется как напряжение, так и плотность электролита. Уменьшение плотности на 0,03-0,05, т.е. до значений 1,17-1,15, свидетельствует о том, что емкость исчерпана.

Определение места повреждения изоляции цепей постоянного тока. 

Не существует специальных приборов и устройств, с помощью которых можно было бы определить место нарушения изоляции или замыкание цепи на землю. Методика отыскания места повреждения изоляции носит визуальный характер.

Поиск производится путем разделения сети постоянного тока секционирующими аппаратами на независимые участки, каждый из которых питается от отдельного источника (один - от аккумуляторной батареи, другой - от двигатель-генератора или выпрямительной установки). При этом проверяется сопротивление изоляции цепей каждого участка, и таким образом сразу же выявляется участок, от шинок которого питается цепь с поврежденной изоляцией. Далее, поочередным переключением цепей с одного участка на другой, либо кратковременным снятием напряжения с отдельных цепей, устанавливается цепь, имеющая повреждение изоляции. Цепь определяется наблюдением показаний устройства контроля изоляции после выполнения каждой операции переключения или отключения той или иной цепи. Очевидно, что в поиске желательно участие двух лиц: одно - проводит операции с рубильниками, переключателями, автоматическими выключателями цепей, второе - наблюдает за показателями прибора контроля изоляции.

Выявленная цепь с пониженным сопротивлением изоляции или с замыканием на землю переводится на автономное питание от резервного источника, если имеется такая возможность.

Само место повреждения изоляции цепи далее обнаруживается визуально, а также путем отключения цепи, деления ее на части и измерения мегомметром сопротивления изоляции каждого ее участка. Визуальному осмотру подлежат открытые для наблюдения участки цепей, например цепи в приводах выключателей, сборки постоянного тока и т.д.

 

Рис. 6.11. Схема питания цепей управления и сигнализации подстанции:

 

SA1-SA6 - переключатели; S1-S19 - рубильники; S20 - секционный рубильник


К поиску повреждений изоляции в цепях управления и защит привлекаются работники служб релейной защиты, автоматики и измерений (РЗАИ). Последовательность операций устанавливается местной инструкций. Целесообразно начинать операции с менее ответственных цепей (сигнализации, телемеханики, связи) и заканчивать более ответственными (управления, релейной защиты и автоматики).

Если в процессе поиска ни на одной из цепей не будет обнаружено повреждение изоляции, следует предположить, что повреждение может быть на источнике питания или на шинках постоянного тока. В этом случае необходим их тщательный осмотр.

 

7.1

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Из схемы рис. 12 следует, что потребители энергии включены параллельно друг другу. При этом падение напряжения U на всех трех резисторах одинаково.

Определим ток каждого резистора:

Общий ток схемы :

Из первого закона Кирхгофа известно, что алгебраическая сумма токов в узле равна нулю или сумма входящих в узел токов равна сумме выходящих токов.

Из комбинаций с формулами делаем вывод. При параллельном соединении потребителей энергии проводимости ветвей складываются, получая общую проводимость параллельных ветвей.

Можно получить еще одну формулу, по которой определяется общее сопротивление параллельной ветви.

Но последней формулой пользоваться крайне неудобно, так как при определении общего сопротивления получается сложная формула;

Мощность потребителей определяется по классическим формулам, так же как и баланс мощностей.

7.2

3.4. ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ТИРИСТОРОВ И ИХ ЗАЩИТА от перегрузок

Работа тиристоров сопровождается наличием серьезных помех со стороны самого же тиристора. Данное явление может привести к самопроизвольному запуску тиристоров без команды по управляющему электроду. Структура тиристора представляет собой проводящие р и n зоны, разделенные диэлектриками – запирающим слоем. Следовательно, тиристор можно рассматривать как систему последовательно включенных конденсаторов С1, С2, С3

(рис. 3.9, а). При последовательном соединении конденсаторов общая емкость системы падает, что приводит к повышенной чувствительности тиристора, к разного рода высокочастотным помехам. Высокочастотные импульсы имеют малое реактивное сопротивление для малой межбарьерной емкости. Такая высокочастотная помеха, пройдя через межемкостные барьеры, открывает тиристор. Этот эффект носит название du/dt и может привести к несанкционированному запуску тиристора или выходу его из строя. Эффект du/dt может проявиться и при крутых фронтах нарастания напряжения сети (резких скачках напряжения).

В мощных тиристорах может наблюдаться эффект di/dt, который может вывести тиристор из строя. Данное явление происходит при большой скорости нарастания тока, например, при выполнении сварочных работ, когда скачок тока сварки крутой. В течение малого интервала времени вся поперечная структура таблетки тиристора не успевает подготовиться к пропусканию большого тока вследствие инерционных процессов, происходящих в периферийной зоне полупроводника. Центральная зона тиристора успевает открыться, а периферийная зона остается закрытой еще некоторое время. На рис. 3.9, б изображена центральная зона открытия тиристора в начальный момент времени. Плотность тока в центральной зоне может превысить критическую, так как эффективная площадь сечения открытого тиристора мала. Происходит локальный прожиг центральной зоны тиристора и выход его из строя.

Еще одной из причин выхода из строя тиристора может быть его перегрузка по току, вызванная завышенной нагрузкой на тиристор. Происходит разогрев тиристора и его тепловой пробой.

Плохой контакт радиатора тиристора с теплоотводом также может стать причиной выхода его из строя. При затяжке тиристора к радиатору необходимо прилагать вращающий момент, указанный в паспорте тиристора. При его превышении можно повредить баллон тиристора, что вызовет его разгерметизацию и выход из строя. Причиной выхода из строя тиристора может быть неполноценный импульс формирователя, подающего команды на открытие тиристора. При этом тиристор находится в полуоткрытом состоянии, падение напряжения на нем растет, происходит его разогрев и выход из строя.

При выборе тиристора необходимо учитывать все вышеперечисленные факторы. Особое внимание следует уделить определению площади радиатора и правильному расположению его на месте установки. Данная область требует отдельного рассмотрения.

Для защиты тиристоров от эффекта di/dt применяют реакторы

(рис. 3.10, а). В них, при крутом фронте нарастания тока, возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая резкому росту тока тиристора. Ток тиристора плавно нарастает и за это время успевает произойти рассасывание зарядов, а плотность тока не превышает критическую плотность тока.

Для защиты тиристора от эффекта du/dt используют схемы с конденсаторами, резисторами и диодами (рис. 3.10, б). При всплеске напряжения в сети импульс тока устремляется через диод к конденсатору С, заряжает его, а после прекращения импульса происходит плавная разрядка конденсатора через резистор R. 

При параллельном включении тиристоров бывает необходимо выровнять их токи, для чего устанавливают уравнительные трансформаторы, которые позволяют выполнить это за счет ЭДС индукции трансформатора противоположного тиристора (рис. 3.10, в). При всплеске тока первого тиристора в его трансформаторе наведется ЭДС самоиндукции, тормозящая ток тиристора и ЭДС индукции, которая дополнит ток второго тиристора.

При параллельном включении тиристоров время их включения должно быть одинаковым. Если один из параллельно включенных тиристоров откроется раньше, весь ток параллельной цепи устремится через этот тиристор и он первым выйдет из строя. Затем произойдет выход из строя оставшихся тиристоров параллельного звена. При работе тиристоров в групповом режиме время их включения должно быть одинаковым

Для подавления тока высокочастотной помехи или крутого фронта импульса применяют схему рис. 3.10, б. При всплеске напряжения импульс тока проскакивает через диод на конденсатор. Эта цепь шунтирует тиристор по высокочастотной составляющей импульса. Если же произошел всплеск перенапряжения конденсатор заряжается до амплитуды напряжения всплеска, а затем медленно разряжается через резистор R. Выбор емкости конденсатора защиты производится по формуле

Допустимая скорость нарастания фронта du/dt берется из справочника для данного транзистора.

где ЕЭДС сети;

Rн – сопротивление нагрузки;

С – емкость конденсатора защиты.

На практике часто приходится применять последовательное и параллельное включение тиристоров.

При последовательном включении тиристоров (рис. 3.11) тиристор, открывшийся первым, создаст на остальных тиристорах перенапряжение. В результате чего первым из строя выйдет тот тиристор, сопротивление которого больше. Затем выйдут из строя оставшиеся тиристоры последовательного звена. Для выравнивания напряжения на последовательно включенных тиристорах параллельно им включают сопротивления шунтов порядка (47 – 100) кОм.

Расчет сопротивления шунта производится по формуле:

где n – число последовательно включенных тиристоров;

U – напряжения питающей сети;

Uvs. макс – максимально допустимое обратное напряжение тиристора, взятое из справочника;

Iупр. мак. – максимально допустимый ток управляющего электрода тиристора.

7.3

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

7.4

ТРЕХФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Первичные обмотки трансформаторов могут включаться как в «звезду», так и в «треугольник», а вторичная обмотка включается по схеме «звезда». На рис. 7.5, а показана схема такого выпрямителя. Он содержит три диода во вторичной обмотке трансформатора. Коэффициент пульсаций такого выпрямителя – 0,25, что свидетельствует о более высоком качестве выпрямленного напряжения. Из рис. 7.5, б видно, что пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя не спадает до нулевого значения по сравнению с напряжением однофазных выпрямителей.

Напряжение на нагрузке выпрямителя находится по формуле:

Для получения заданного напряжения Uн на вторичной обмотке трансформатора должно быть напряжение:

Ток нагрузки во вторичной обмотке:

Вторичная обмотка трансформатора должна выдерживать ток:

Диод должен выдерживать обратное напряжение:

Частота пульсаций на нагрузке:

Мощность питающего трансформатора

Коэффициент пульсаций выпрямителя – 0.25.

7.5. ТРЕХФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

В тех отраслях производства, где используется мощные потребители постоянного тока, такой выпрямитель применяется наиболее часто. Достоинством схемы является использование обоих полупериодов трехфазного напряжения. Форма выходного напряжения близка к идеальной, а коэффициент пульсаций для этой схемы составляет всего 0,057, что значительно ниже, чем для других типов выпрямителей. В любой момент времени проводят ток два диода. На рис 7.6 представлены схема включения диодов в выпрямителе и диаграммы выходного напряжения.

Недостатком предыдущей схемы является сильное намагничивание сердечника вследствие прохождения постоянного тока по вторичной обмотке трансформатора. Ток по обмоткам проходит только в одном направлении. Трансформатор намагничивается, что и снижает его КПД. В рассматриваемой схеме фактор намагничивания сердечника отсутствует, так как по вторичным обмоткам трансформатора протекает переменный ток в обоих направлениях.

Схема содержит 6 диодов. Происходит использование обоих полупериодов трехфазного напряжения.

Напряжение на нагрузке выпрямителя находится по формуле:

Для получения заданного напряжения Uн на вторичной обмотке трансформатора должно быть напряжение:

Ток нагрузки во вторичной обмотке:

Вторичная обмотка трансформатора должна выдерживать ток:

Диод должен выдерживать обратное напряжение:

Частота пульсаций на нагрузке:

Мощность питающего трансформатора

Коэффициент пульсаций выпрямителя – 0.057.

Особенностью трехфазных выпрямителей является повышенное напряжение на нагрузке по сравнению с входным напряжением. Связано это с тем, что действующее значение напряжения на нагрузке приближается к амплитудному, так как трехфазный выпрямленный ток нагрузки не достигает нулевых значений.

При работе выпрямителей на активную нагрузку без фильтра отсутствует смещение фаз напряжения и тока нагрузки.

Основным качественным параметром выпрямителя является коэффициент пульсаций, который показывает, какую часть от действующего значения напряжения составляет напряжение пульсаций. Иногда коэффициент пульсаций выражают в процентах.

Коэффициент пульсаций таких выпрямителей находится по формуле:

где m – число фаз, умноженное на число полупериодов.

Численные значения коэффициентов пульсаций, приведенные выше, вычислены по этой формуле. Формула не применима для однофазного однополупериодного выпрямителя.

Выпрямители должны выполнять одну функцию – преобразовать переменный по направлению ток входа в постоянный по направлению ток нагрузки, при этом необходимо иметь как можно меньшие пульсации на нагрузке.

Однофазный однополупериодный выпрямитель не рассмотрен в данном учебном пособии, так как применяется редко. Из всех выше приведенных выпрямителей минимальный коэффициент пульсаций имеет трехфазный двухполупериодный выпрямитель. Он наиболее полно использует входное напряжение, при этом напряжение на нагрузке выше входного.

Среди однофазных выпрямителей наилучшими техническими характеристиками обладает двухполупериодный выпрямитель с коэффициентом пульсаций 0,67.

Основные сравнительные характеристики выпрямителей представлены в табл. 7.1.

Таблица 7.1.

параметры выпрямителя

Тип выпрямителя

однофазный со средней

точкой

однофазный

мостовой

трехфазный

с нулевой

точкой

трехфазный

мостовой

Действующее значение напряжения вторичной обмотки U2

21.11Uн

1.11Uн

0.855Uн

0.43Uн

Действующий ток вторичной обмотки I2

0.785Iн

1.11Iн

0,58 Iн

0,82Iн

Действующий ток первичной обмотки I1

1.11Iн/n

1.11 Iн/n

0.48 Iн/n

0.82 Iн/n

Расчетная мощность трансформатора Ртр

1.48Рн

1.23Рн

1.35Рн

1.045Рн

Обратное напряжение на диоде Uобр

3.14U2

1.57U2

2.1U2

1.05U2

Среднее значение тока диода Iср

0.5Iн

0.5Iн

0.33Iн

0,33Iн

Действующее тока диода Iд

0,785Iн

0,785Iн

0,587Iн

0,58Iн

Амплитудное значение тока диода Imak

1.57Iн

1,57Iн

1,21Iн

1.05Iн

Частота основной гармоники пульсаций

2fc

2fc

3fc

6fc

Коэффициент пульсаций выходного напряжения Кп

0.67

0.67

0.25

0.057

Некоторые сравнительные характеристики выпрямителей при работе на активную нагрузку

7

Где n в таблице – коэффициент трансформации трансформатора.

8.1

2.1. ВЗАИМНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКА СОПРОТИВЛЕНИЙ В ЗВЕЗДУ И ЗВЕЗДЫ В ТРЕУГОЛЬНИК.

В сложных электрических цепях часто встречаются соединения, которые нельзя отнести ни к последовательным, ни к параллельным. К таким соединениям относится «трехлучевая звезда» и «треугольник» сопротивлений представленных на рис.14.

Их взаимное преобразование позволяет во многих случаях упростить схему и свести ее к схеме смешанного соединения сопротивлений. Эквивалентной следует считать такую замену, при которой потенциалы точек А, В и С не изменяться при замене схемы треугольника на звезду.

Не производя вывода формул, получим их вид и найдем закономерность. Сопротивление звезды равно отношению произведения смежных сопротивлений, расположенных по обе стороны сопротивления звезды, к алгебраической сумме сопротивлений треугольника.

Формулы позволяют преобразовать треугольник сопротивлений в эквивалентную звезду сопротивлений и значительно упрощают решение задач, содержащих пассивный треугольник сопротивлений

Иногда бывает необходимо преобразовать звезду сопротивлений в треугольник сопротивлений. Формулы обратного преобразования звезды сопротивлений в треугольник сопротивлений имеют вид:

Такие преобразования используются реже, но они тоже применяются для упрощения задач при расчете сложных электрических цепей постоянного тока.

Задана мостовая схема ABCD рис. 15, в которой сопротивления и ЭДС известны. Необходимо найти токи каждого сопротивления схемы. Впишем в один из треугольников сопротивлений звезду сопротивлений. Для эквивалентной замены треугольника сопротивлений звездой существуют формулы для нахождения значений эквивалентных резисторов эквивалентной звезды.

Заменим треугольник сопротивлений R1, R2, R3 эквивалентной звездой сопротивлений R12, R23 и R31, которые на рисунке изображены красным цветом. В результате получим упрощенную схему с эквивалентным сопротивлением рис. 16.

Ток в неразветвленной части цепи

Нахождение токов каждого из сопротивлений при такой схеме значительно упрощается. Определить остальные значения токов не составляет труда.

8.2

ТИРИСТОР

Тиристорами называют полупроводниковые приборы p-n-p-n структуры с управляемым электродом, позволяющим изменять напряжение включения тиристора, рис. 3.4. Отличительной особенностью тиристоров является возможность их включения при любых напряжениях.

Из структурной схемы тиристора видно, что в транзисторе VT2 используется область база – эмиттер для открытия тиристора. Транзистор VT2 расположен в области катода аналога тиристора. Такой тиристор называется с управлением по катоду. Его запуск производится импульсом положительной полярности относительно катода (эмиттера Э2).

Можно открыть тиристор и импульсом отрицательной полярности относительно анода. Для этого на базу транзистора VT1 можно подать отрицательный потенциал относительно анода Э1. Такой тиристор называется с управлением по аноду.

Теория процесса включения тиристора незначительно отличается от теории включения динистора. Разница заключается лишь в том, что тиристор имеет еще один управляющий электрод. Численное значение тока тиристора, как и ток динистора во включенном состоянии находятся одинаково, т. е.

,

где 1 и 2 - коэффициент передачи тока транзистора по схеме с ОБ.

Поскольку токи баз транзисторов велики и примерно равны токам коллекторов, то оба транзистора находятся в режиме насыщения и открыты до тех пор, пока ток тиристора не станет меньше тока удержания. ВАХ тиристора (рис. 3.5) схожа с ВАХ динистора с той лишь разницей, что напряжением включения тиристоров можно управлять. С ростом тока управления напряжение включения тиристора падает.

Современные тиристоры могут работать в широком диапазоне напряжений и токов. Так рабочие напряжения тиристоров колеблются от 50 до 8000 В, а рабочий ток тиристоров от миллиампер до 6000 А.

 

8.3

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ЛИНЕЙНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

§ 1. Конструктивные исполнения распределительных устройств и их классификация

 

Распределительные устройства (РУ) содержат в себе коммутационные аппараты, устройства защиты, автоматики, электроизмерительные приборы. Распределительные устройства подразделяются по напряжению до 1000 и выше 1000 В.

В распределительных устройствах напряжением до 1000 В провода, шины, аппараты, приборы и конструкции выбирают как по нормальным условиям работы (напряжению, току, классу точности), так и при термических и динамических воздействиях токов короткого замыкания или предельно допустимых значениях отключаемой мощности.

Необходимо, чтобы вибрация, появляющаяся во время работы аппаратов, а также сотрясения от внешних воздействий не влияли на работу распределительных устройств, не нарушали контактных соединений и не вызывали разрегулировки аппаратов и приборов. Неподвижно установленные фазы аппаратов следует монтировать на расстоянии не менее 20 мм по поверхности изоляции и 12 мм по воздуху от неизолированных токоведуших частей разных фаз, а также от неизолированных нетоковедущих металлических частей. Не допускается применение гигроскопических изоляционных материалов, таких, как асбестоцемент, картон, мрамор и другие, в открытых установках и в устройствах, устанавливаемых в сырых и особо сырых помещениях. В распределительных устройствах и подстанциях напряжением выше 1000 В расстояния между электрооборудованием, аппаратами, токоведущими частями, изоляторами, ограждениями, конструкциями и т. п. устанавливаются таким образом, чтобы при нормальном режиме работы электроустановки возникающие физические явления (усилия, нагрев, электрическая дуга, искрение, выброс газов и др. ) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению короткого замыкания.

В тех случаях, когда РУ и подстанция расположены в местах, где в окружающей атмосфере могут находиться ухудшающие работу изоляции вещества или, более того, эти вещества будут способствовать разрушению оборудования и шин, должны быть приняты меры, обеспечивающие надежную работу электроустановки. К таким мероприятиям относятся: применение шин из материала, стойкого к воздействию окружающей среды, нанесение защитного покрытия, применение усиленной изоляции и т. д.

Металлические конструкции, подземные части металлических и железобетонных конструкций должны быть защищены от коррозии. Электропроводка цепей защиты, измерений, сигнализации, автоматики, освещения, проложенная по электротехническим устройствам с масляным наполнением, выполняется проводами и кабелями с маслостойкой изоляцией и покрытием. Помещения, в которых используются кислотные аккумуляторные батареи с зарядкой их на напряжение более 2,3 В на элемент, относятся к взрывоопасным помещениям класса В-Іа. Учитывая это, выбор электронагревательных устройств, светильников и электродвигателей для вентиляции следует производить так же, как для помещений со взрывоопасной средой.

Распределительные устройства напряжением 3 кВ и выше должны быть оборудованы оперативной блокировкой, которая исключала бы возможность включения выключателей, отделителей и разъединителей; отключения и включения отделителями и разъединителями тока нагрузки, а также подсоединения заземляющих ножей к шинам, находящимся под напряжением.

На заземляющих ножах линейных разъединителей допускается установка только механической блокировки с приводом разъединителя и приспособлением для запирания заземляющих ножей замками в отключенном положении.

Для РУ с простыми схемами электрических соединений рекомендуется применять механическую оперативную блокировку, а во всех остальных случаях - электромагнитную.

При расположении основного оборудования на открытом воздуxe распределительные устройства называются открытыми (ОРУ), а если распределительные устройства находятся в здании - закрытыми (ЗРУ).

При установке электрооборудования распределительных устройств на открытом воздухе в шкафах предусматривается местный подогрев для обеспечения нормальной работы аппаратов, оборудования, реле и измерительных приборов. Все аппараты устройства располагаются на спланированной площадке на высоте не менее 0,2 м от уровня пола.

Открытые распределительные устройства значительно дешевле закрытых, так как они не требуют строительства специальных помещений для аппаратов, приборов и т. д. Однако оборудование, аппараты и конструкции ОРУ, постоянно находящиеся на воздухе и подвергающиеся атмосферным воздействиям, работают в более тяжелых условиях, требуют более частого осмотра и большего внимания при эксплуатации. Кроме того, в этом случае устанавливается более дорогое оборудование - каплезащищенное или со специальным кожухом, исключающим попадание внутрь водяных брызг от дождя и снега.

Рассмотрим для примера компоновки оборудования схему закрытой типовой подстанции с двумя трансформаторами 400 кВ*А, 6-10 /0,4 -0,23 кВ (рис.9).

Эта подстанция является электроустановкой с закрытым распределительным устройством с двумя секциями шин 6-10 кВ и щитовым помещением низкого напряжения.

Оборудование внутри подстанции монтируется так, чтобы обеспечить удобное и безопасное обслуживание всех элементов.

Помещение имеет естественную вентиляцию.

Размер камер предусматривает установку трансформаторов мощностью 400 кВ*А.

Подстанция имеет РУ напряжением 6-10 кВ, состоящее из сборных шин, секционированных разъединителями РВ-10/400. На каждую секцию РУ напряжением 6-10 кВ можно подключить четыре линии напряжением 6-10 кВ - два ввода и два отходящих фидера. РУ напряжением 6-10 кВ состоит из камер комплектной сборки одностороннего обслуживания КСО с выключателями нагрузки ВНП-17 и ВН-16.

Каждая секция шин напряжением 6-10 кВ при производстве на ней ревизии или ремонта заземляется с помощью разъединителей РВ-10/400. Трансформаторы подключены к шинам напряжением 6-10 кВ через выключатели нагрузки ВНП-17 с предохранителями ПК.

Схема предусматривает нормальный режим работы при выключенных секционных разъединителях на шинах напряжением 6- 10 кВ и отключенном секционном автомате или рубильнике на шинах напряжением 0,4 кВ. К трансформаторным камерам примыкает распределительное устройство напряжением до 1000 В.

Распределительное устройство напряжением до 1000 В представляет собой распределительный щит напряжением 0,4 кВ. Трансформаторы на стороне напряжением 0,4 кВ подключены к шинам распределительного щита на панели с рубильниками и предохранителями или воздушными автоматами. Шины напряжением 0,4 кВ секционированы воздушным автоматом или рубильником. Распределительный щит имеет на отходящих фидерах рубильники с предохранителями или установочные автоматы в зависимости от назначения электроприемников. Кроме того, имеется присоединение для питания сети наружного освещения.

Типовой проект подстанции К-42-400М2 имеет различные модификации. Например, вместо выключателей нагрузки на вводных линиях могут быть масляные выключатели с разъединителями; вместо секционных разъединителей напряжением 6-10 кВ - секционный масляный выключатель; вместо автоматического включения резерва АВР на щите низкого напряжения - рубильник и вместо установочных автоматов - рубильники на отходящих фидерах.

По принципиальной схеме легко проследить взаимодействие всех элементов установки.

При исчезновении напряжения на одной секции шин напряжением 6-10 кВ трансформатор автоматически отключается на стороне напряжения 0,4 кВ. Включается автомат АВР и обе секции распределительного щита получают питание от одного из трансформаторов.

Отпущенная потребителям электроэнергия при необходимости может учитываться и на стороне напряжения 0,4-0,23 кВ трехфазным счетчиком, включенным через трансформаторы тока. На предприятиях различных отраслей промышленности для внутрицеховой передачи и распределения энергии переменного тока широко распространены магистральные и распределительные токопроводы.

Для питания сетей от комплектных трансформаторных подстанций (КТП) применяют магистральные шинопроводы ШМА на токи 1600, 2500 и 4000 А в зависимости от мощности трансформатора КТП (1000, 1600 или 2500 кВ*А соответственно).

Для распределительных сетей используют распределительные шинопроводы ШРА на токи 250, 400 и 630 А, позволяющие присоединять к ним большое количество электроприемников. Для групповых сетей освещения применяют осветительные шинопроводы ШОС на токи 25 и 63 А.

Благодаря приближению источников питания к потребителю электроэнергии сократилась протяженность сетей низкого напряжения. Применение в сетях токопроводов из шин обеспечивает высокую надежность при сравнительно небольших эксплуатационных расходах и универсальность этих сетей, т. е. возможность изменить конфигурацию сети с минимальными затратами труда, времени и материалов. Это является значительным преимуществом шинопроводов перед кабельными сетями, перекладка которых при изменении мощности или месторасположения приемников требует больших затрат.

Современные распределительные устройства состоят из одной или нескольких защищенных комплектных электротехнических устройств.

Комплектное электротехническое устройство

КЭУ - устройство, все основные элементы которого изготовлены и испытаны на заводе и поставляются комплектно вместе с оборудованием и аппаратурой в готовом либо подготовленном для сборки виде. Монтаж комплектных электротехнических устройств сводится к сборке готовых элементов, подключению силовых кабелей или воздушных линий и контрольных кабелей.

Защищенное электротехническое устройство ЗЭУ - устройство, снабженное специальными приспособлениями для защиты от случайного прикосновения к его движущимся или токоведущим частям, а также от случайного попадания внутрь электрооборудования посторонних предметов, жидкости и пыли.

Комплектные электротехнические устройства классифицируются по

  1. назначению,
  2. конструктивному исполнению,
  3. типу основного и коммутационного аппарата,
  4. условиям обслуживания и эксплуатации,
  5. защищенности токоведущих частей,
  6. конструкции линейного ввода,
  7. роду оперативного тока,
  8. условиям окружающей среды и климатическим условиям.

 В зависимости от назначения комплектные электротехнические устройства делятся на:

  1. комплектные распределительные устройства КРУ,
  2. комплектные трансформаторные подстанции КТО,
  3. комплектные токопроводы.

По конструктивному исполнению они бывают

  1. выдвижного (выкатного) типа, в которых основной коммутационный аппарат размещен на тележке,
  2. стационарные, когда основной коммутационный аппарат смонтирован в корпусе шкафа.

По условиям обслуживания их разделяют на две группы:

  1. одностороннего обслуживания, т. е. устанавливаемые вплотную к стене, и
  2. двустороннего обслуживания, когда к устройству можно подойти с любой стороны.

 По защищенности токоведущих частей они могут быть

  1. защищенного
  2. открытого исполнения.

 По конструкции линейного вывода - с

  1. кабельными и
  2. воздушными выводами.

По роду оперативного тока 

  1. постоянном токе (с электромагнитными приводами)
  2. на переменном токе (с пружинными приводами).

По условиям эксплуатации –

  1. водобрызгокаплезащищенное,
  2. пылезащищенное,
  3. взрывозащищенное.

Комплектные электротехнические устройства, кроме того, различаются

  1. по номинальному напряжению,
  2. номинальному току,
  3. типу выключателя и привода к нему,
  4. схемам первичных и вторичных соединений,
  5. производственной серии и другим показателям.

Комплектное распределительное устройство КРУ - защищенное электротехническое устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии, состоящее из шкафов со встроенными в них аппаратами для коммутации, управления, измерения, защиты и регулирования. Комплектное распределительное устройство поставляется в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Шкаф КРУ представляет собой жесткую металлическую конструкцию, которая защищает персонал от случайного соприкосновения с токоведущими и подвижными частями, заключенными в оболочки, и оборудование от попадания твердых инородных тел. В него встроены аппараты для коммутации, управления, измерения, защиты и регулирования совместно с их несущими конструкциями, электрическими соединениями и вспомогательными элементами. Если кроме стационарной части шкаф имеет выдвижной элемент (тележку), на нем устанавливают аппараты и приборы, которые при необходимости можно передвинуть. Комплектное распределительное устройство наружной установки КРУН - устройство, предназначенное для работы вне помещений или сооружений.

Применение комплектных электротехнических устройств по сравнению с обычными конструкциями электротехнических установок дает возможность:

  1. значительно уменьшить объемы строительно-монтажных работ и сократить сроки их выполнения при расширении или реконструкции; получить большую экономию затрат труда;
  2. улучшить качество электроустановок, а также увеличить надежность и безопасность их обслуживания;
  3. сократить эксплуатационные расходы.

Применение комплектных электротехнических устройств является основой индустриализации строительно-монтажных работ при сооружении распределительных устройств и подстанций промышленных предприятий. В процессе эксплуатации распределительных устройств для определения различных электрических параметров применяются электроизмерительные приборы, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям:

класс точности щитовых показывающих и самопишущих приборов должен быть не ниже 2,5 (амперметры РУ, подстанций и неответственных потребителей могут иметь класс точности 4,0); пределы измерений установленных приборов следует выбирать с учетом возможных длительных отклонений измеряемых параметров от номинальных значений;

на измерительных приборах должна быть нанесена красная черта - показатель предельно допустимых значений измеряемых величин; классы точности шунтов, добавочных резисторов и измерительных трансформаторов тока и напряжения должны быть не ниже определенных значений (так, для прибора класса 0,5 шунт, добавочный резистор и измерительный трансформатор должны иметь класс точности 0,2 - для прибора класса 1,0 и 1,5 - соответственно 0,5, а для прибора класса 2,5 - класс точности шунта и добавочного резистора должен быть равен 0,5, а измерительного трансформатора -1,0).

Проверка электроизмерительных приборов проводится в определенные сроки: щитовые приборы, служащие для наблюдения за режимом основного оборудования, проверяются один раз в 3 года, а остальные щитовые приборы - один раз в 5 лет.

Вскрывать, ремонтировать и корректировать электроизмерительные приборы цеховому персоналу не разрешается

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 10 КВ

СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ 35/4 КВ

СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ 10/04 КВ

8.4

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждений. В электрических сетях имеет место наибольшее количество повреждений по сравнению с другими элементами электрической системы.

Основные виды повреждений линий в трехфазных сетях:

Трехфазные замыкания:

  1. замыкания между тремя фазами;
  2. замыкания между тремя фазами на землю.
  3. Двухфазные замыкания:
  4. замыкания между двумя фазами;
  5. замыкания между двумя фазами на землю.

Двойные замыкания на землю.

Однофазные замыкания на землю.

Обрыв фазы.

Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных. Так, например, при обрыве провода линии один его конец, расположенный близко к изолятору, может остаться изолированным, а другой, упав на землю, образует однофазные замыкания на землю. В процессе развития повреждения возможны переходы одного вида повреждения в другой (однофазных в многофазные).

Причинами повреждений линий являются:

  1. перекрытия или пробои изоляторов линий в результате прямых ударов молний или перенапряжений;
  2. неправильные действия эксплуатационного персонала ( включение на заземления, разрыв разъединителем рабочего тока ВЛ);
  3. гололед и вибрация проводов;
  4. перекрытие изоляции при загрязнении;
  5. нарушение изоляции животными или птицами;
  6. замыкания проводов стрелами кранов и т.п.;
  7. механические повреждения опор, изоляторов, разъединителей и т.п.

В количественном отношении повреждений (К.З.) в сетях распределяются следующим образом:

  1. 1-но ф.К.З. – 65%;
  2. 2-х ф.К.З. и двойные К.З. на землю – 20%;
  3. замыкания между двумя фазами – 10%;
  4. 3-х ф.К.З. – 5%.

9.1

Максима́льная то́ковая защи́та (МТЗ)

 

Это вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.

Принцип действия

Принцип действия МТЗ аналогичен принципу действия токовой отсечки. В случае повышения силы тока в защищаемой сети защита начинает свою работу. Однако, если токовая отсечка действует мгновенно, то максимальная токовая защита даёт сигнал на отключение только по истечении определённого промежутка времени, называемого выдержкой времени. Выдержка времени зависит от того, где располагается защищаемый участок. Наименьшая выдержка времени устанавливается на наиболее удалённом от источника участке. МТЗ соседнего (более близкого к источнику энергии) участка действует с большей выдержкой времени, отличающейся на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности определяется временем действия защиты. В случае короткого замыкания на участке срабатывает его защита. Если по каким-то причинам защита не сработала, то через определённое время (равное ступени селективности) после начала короткого замыкания сработает МТЗ более близкого к источнику участка и отключит как повреждённый, так и свой участок. По этой причине важно, чтобы ступень селективности была больше времени срабатывания защиты, иначе защита смежного участка отключит как повреждённый, так и рабочий участок до того, как собственная защита повреждённого участка успеет сработать. Однако важно так же сделать ступень селективности достаточно небольшой, чтобы защита успела сработать до того, как ток короткого замыкания нанесёт серьёзный ущерб электрической сети.

Уставку (или величину тока, при которой срабатывает защита) выбирают, исходя из наименьшего значения тока короткого замыкания в защищаемой сети (при разных повреждениях токи короткого замыкания отличаются). Однако при выборе уставки следует так же учитывать характер работы защищаемой сети. Например, при самозапуске электродвигателей после перерыва питания, значение силы тока в сети может быть выше номинального, и защита не должна его отключать.

Реализация

Реализуется МТЗ, как правило, с помощью реле тока. Реле тока могут быть как мгновенного действия, так и срабатывающие с выдержкой времени, определяемой величиной тока, в этом случае для обеспечения необходимой выдержки времени дополнительно используют реле времени. В современных схемах релейной защиты и автоматики чаще всего используются микропроцессорные блоки защиты, которые сочетают в себе свойства этих реле.

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА

Токовая отсечка - простая быстродействующая РЗ от повреждений в трансформаторе (рис. 16.17). Зона действия отсечки ограничена, она не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю.

Отсечка устанавливается с питаюшей стороны трансформатора и выполняется при помощи мгновенных токовых реле РТ-40 или электромагнитного элемента реле РТ-80 (РТ-90), если реле этого типа использованы для выполнения МТЗ, либо при помощи микроэлектронных токовых ИО. На трансформаторах в сети с глухозаземленной нейтралью отсечка устанавливается на трех фазах, а в сети с изолированной нейтралью - на двух. Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока КЗ при повреждении за трансформатором (в точке К2):

(16.20)

где (последнее для реле типа РТ-90 и РТ-80).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока Iнам

(16.21)

где .

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны питания. Отсечка, являющаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания. Достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой (рассматриваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

Дифференциальные защиты трансформаторов

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора без выдержки времени (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и предназначена для защиты от повреждений на выводах, ошиновке, а также от внутренних повреждений трансформаторов.

Отличие дифференциальной защиты трансформаторов от дифференциальной защиты других элементов состоит в том, что в ряде случаев первичные обмотки соединены в разные группы (звезда и треугольник), что требует компенсации углового сдвига между первичной и вторичной обмоткой.

Дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более, а в некоторых случаях может устанавливаться и на трансформаторах меньшей мощности. Защиты действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ.

Примеры подключения дифференциальной защиты двух- и трехобмоточного трансформатора совместно с максимальной токовой защитой к трансформаторам тока на подстанциях с отделителями и короткозамыкателями на стороне высокого напряжения приведены на рисунке:

В зону действия дифзащиты входят сам трансформатор, ошиновка стороны среднего и низкого напряжения выключатели высокого и низкого напряжения. В том случае, когда трансформатор собственных нужд подключен к ошиновке низкого напряжения трансформатора, он также входит в зону дифзащиты трансформатора:

Со стороны высокого напряжения защита может подключаться к трансформаторам тока на выводах трансформатора, к выносным трансформаторам тока или к трансформаторам тока, встроенным в выключатель на стороне высокого напряжения. На стороне низкого напряжения трансформаторы тока устанавливаются, как правило, во вводной ячейке КРУ. В этом случае в зону действия ДЗТ попадают ошиновка низкого напряжения трансформатора и трансформатор собственных нужд, если он подключается к этой ошиновке.

9.2

Существует много способов включения тиристоров:

  1.  высоким анодным напряжением;
  2.  управляющим импульсом тиристора;
  3.  с помощью светового потока;
  4.  нагреванием;
  5.  эффектом dU/dt;
  6.  механической нагрузкой и т. д.

Схемы включения тиристоров приведены на рис. 3.6.

Существует большое разнообразие способов запуска тиристоров. На рис. 3.6, а и б показаны способы запуска тиристоров с использованием положительного анодного напряжения, поданного на управляющие электроды тиристоров через резисторы Rу. При выключении выключателя SA (рис. 3.6, в) тиристор VS включается. Двухступенчатый запуск мощного тиристора (рис. 3.6, г) применяется путем запуска в первой ступени маломощного тиристора, который в свою очередь запускает мощный. Мощные тиристоры, применяемые в промышленных установках, становятся источниками помех, мешающих работе формирователя импульсов. Для устранения указанного недостатка необходимо произвести гальваническую развязку силовой и управляющей цепей по току. Для этих целей часто применяют два варианта развязки: с использованием оптронного тиристора (рис. 3.6, д) и импульсного трансформатора (рис. 3.6, е).

В настоящее время тиристоры широко применяются в производственном оборудовании: в тиристорных приводах машин постоянного и переменного тока, в системах аварийной защиты, в мощной передающей аппаратуре, в блоках строчной развертки телевизоров и мониторов, в системах аварийной защиты и другой аппаратуре.

 

В цепях постоянного тока тиристоры ведут себя аналогично динисторам. Тиристор, включившись в цепях постоянного тока , не выключится до тех пор, пока его ток не спадет ниже тока удержания. Схемы естественной коммутации тиристоров приведены на рис. 3.7.

Достоинства тиристоров в их высоком быстродействии, значительных токах нагрузки и больших напряжениях, которые они способны выдержать.

9.3

Устройство трёхфазной асинхронной машины

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 2.1 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами c1,c2,c3, концы – c4,c5,c6.

Начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 2.2.а), закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2.2.б) или треугольник (рис. 2.2.в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с по схеме звезда или в сеть с – по схеме треугольник.

Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Сердечник ротора 

Ротор (рис. 2.3.б) набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).

Короткозамкнутая обмотка (рис. 2.3) ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки” (рис. 2.3.а). Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток – ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка – сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.

На рис. 2.4 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе.

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины. На рис. 2.5 приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

На рис. 2.6 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Pн, Uн, Iн, nн, а также тип машины.

  1.   – это номинальная полезная мощность (на валу)
  2.   и – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, Y/∆.
  3.   – номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

  1.  315 – высота оси вращения в мм;
  2.  S – установочные размеры (они задаются в справочнике);
  3.  8 – число полюсов машины.

9.4

Устройство трёхфазной асинхронной машины

9.4

3.3. Характеристики и режимы при независимом возбуждении, I=const

В ряде применений якорная цепь двигателя постоянного тока независимого возбуждения питается не от источника напряжения, как в предыдущем случае, а от источника тока () – рис. 3.4. При этом, естественно, сохраняют силу фундаментальные соотношения (3.1)-(3.3), однако свойства электропривода радикально изменяются.

Электромеханическая характеристика и механическая характеристик представлены теперь вертикальными прямыми (рис. 3.5)

и привод приобретает новое свойство “источника момента”. Это связано с тем, что источник питания – источник тока – нейтрализует действие ЭДС, она теперь уже не играет роли внутреннего регулятора и не влияет на скорость. В свою очередь, напряжение U становится зависимой переменной

(3.8)

и характеристика (рис. 3.5) определяет энергетические режимы работы электропривода.

Режима идеального холостого хода в рассматриваемой структуре нет – “источник момента”.

Двигательный режим соответствует участку ab в I квадранте:

,

т.е. механическая энергия поступает к потребителю – технологической машине, – электрическая энергия поступает к своему потребителю – двигателю. Режим короткого замыкания – точка a, здесь и . На участке ac , т.е. механическая энергия поступает от технологической машины и, преобразуясь в электрическую, передается в якорную цепь; по-прежнему – электрическая энергия от источника тока также поступает в якорную цепь. Этот режим мы определили раньше как торможение противовключением.

В точке с – режим динамического торможения: вся поступившая механическая энергия рассеивается в сопротивлениях якорной цепи. И, наконец, на участке и – рекуперативное торможение, если источник тока позволяет передать энергию в сеть. Если источник тока обладает односторонней проводимостью (пунктир на рис. 3.4) этого режима не будет, и электропривод будет продолжать работать в режиме динамического торможения (пунктир на рис. 3.5).

3.5. Номинальный режим. Допустимые значения координат

Рассмотрим кратко определение допустимых значений основных координат – тока, момента, скорости.

В основе всех этих оценок лежат номинальные данные двигателя, указываемые обычно на заводском шильдике или в паспорте двигателя. К таким данным для двигателей, предназначенных для работы в продолжительном режиме, относятся:

  1. номинальные напряжение Uн, В;
  2. номинальный ток ток Iн, А;
  3. мощность на валу Рн, кВт;
  4. частота вращения nн, об/мин ();
  5. КПД hн;
  6. напряжение возбуждения Uвн, В;
  7. ток возбуждения Iвн (для двигателей независимого возбуждения),
  8. момент инерции,
  9. исполнение двигателя IP.

Другие сведения обычно в паспорте не приводятся. Номинальные данные соответствуют одной точке в плоскости - М с допустимыми и благоприятными значениями всех основных величин в оговоренном (в нашем случае, продолжительном) режиме, хотя в действительности электропривод работает в любых точках и совсем не при номинальных данных.

Номинальные данные используются для построения основных – естественных – характеристик двигателя, служащих, как отмечалось ранее, основой для получения искусственных характеристик при регулировании координат.

Рассмотрим теперь допустимые (безопасные) пределы изменения основных координат.

Напряжение нормально ограничивается номинальным значением. В реверсивных электроприводах допускается на время реверса двукратное превышение номинального значения.

Магнитный поток также ограничен номинальной величиной, поскольку при ее длительном превышении ток возбуждения, превышающий номинальный, может вызвать недопустимый перегрев обмоток. Кратковременное (до минуты) двукратное увеличение тока возбуждения, используемое, например, в электроприводах с питанием якорной цепи от источника тока, допустимо, однако вследствие насыщения магнитный поток при этом увеличивается незначительно. При форсировках – ускоренном нарастании магнитного потока – допустимо кратковременное 2-3 – кратное превышение номинального напряжения возбуждения.

Скорость по условиям механической прочности нормально ограничена номинальным значением с небольшим 20-30% допустимым превышением; специальные двигатели, предназначенные для работы с ослабленным полем, допускают 3-4 -кратное превышение номинальной скорости.

Ток якоря – координата, определяющая надежность работы электропривода. В продолжительном режиме ток на всех скоростях не должен превышать номинального значения при независимом охлаждении двигателя.

В двигателях, охлаждаемых собственным вентилятором, в продолжительном режиме необходимо снижать ток на 30-40% при низких скоростях во избежание недопустимого перегрева. Кратковременные (секунды) перегрузки по току ограничиваются условиями коммутации машины; допустимые перегрузки обычно не превышают (2-3)Iн. Из изложенного следует недопустимость пуска электропривода постоянного тока (кроме микроприводов) прямым включением на номинальное напряжение.

Момент при полном потоке имеет те же ограничения, что и ток якоря. Таким образом, зона допустимых значений и М сравнительно невелика,

10.1

Устройство трехфазного трансформатора

10.2

МЕТОД КОНТУРНЫХ ТОКОВ

Рассмотрим сложную электрическую цепь, содержащую два источника ЭДС рис 18.

При внимательном рассмотрении схемы видим, что она содержит три контура. Контур I содержит источник ЭДС E1 с резисторами контура R1 R3 и R5. Контур II содержит источник ЭДС E2 с резисторами контура R2, R3 и R6. Контур III с резисторами R1,R2 и R4 не содержит источников ЭДС, и ток этого контура формируется за счет источников ЭДС E1 и E2 соседних смежных контуров.

Выберем произвольно направление хода каждого контура. В контур I и II выберем направление хода по часовой стрелке, а в контуре II против часовой.

Оговорим условия написания системы уравнений. Если направление тока в контуре и направление ЭДС совпадают с направлением хода этого контура, то в уравнение они войдут со знаком (+). Если же направление выбранного тока и ЭДС противоположны направлению хода, то они войдут во второй закон Кирхгофа для данного контура со знаком минус.

 ( 2.5 )

 

Анализ формулы показывает, что данная система уравнений может быть написана сразу без предварительной математической обработки. В левой части уравнений записывается алгебраическая сумма ЭДС, входящих в данный контур с учетом направления ЭДС и хода.

Смежными называются соседние контуры.

Правая часть состоит из двух составляющих

а) произведение контурного (независимого) тока на сумму сопротивлений, входящих в данный контур

б) суммы произведений смежных контурных токов на сопротивления входящие в оба смежных контура. Знак произведения зависит от направлений контурных токов смежных контуров. Если направления контурных токов через смежное сопротивление совпадают, то знак произведения положительный. Если направления контурных токов через смежное сопротивление противоположны, то знак произведения отрицателен.

При расчете простых электрических цепей, содержащих один источник питания, достаточно воспользоваться наиболее простыми методами расчетов, т.е. использовать законы Кирхгофа и Ома.

При расчете сложных электрических цепей зачастую бывает не возможно сразу указать направление тока и приступить к расчетам. Особенно сложно указать направление тока в схемах, содержащих несколько источников питания.

В таких случаях направления токов в схемах указываются произвольно и являются исходными при расчетах. На рис. 5.1. а изображена схема, в которой имеются два источника питания создающие ток на три потребителя. Сразу указать направление токов в таких схемах не возможно, поэтому указываем произвольное направление токов I1; I2; I3 . Поскольку в этой схеме сложно сразу приступить к решению задачи предлагается следующий вариант решения этой задачи.

Исключим один из источников питания этой схемы, например: источник Е2. Построим схему без данного источника, рис. 5.1.б. Такая схема позволяет точно указать направления токов в схеме, и данная задача имеет простое решение.

Сопротивления R2 и R3 между собой включены параллельно. Эквивалентное сопротивление этих резисторов

Сопротивление R1 включено последовательно с резисторами R23 тогда эквивалентное сопротивление всей схемы равно

Найдем общий ток схемы рис. 5.1.б:

Существует формула для нахождения тока одной из двух ветвей при известном общем токе и известных сопротивлениях, включенных параллельно. Для нашего случая

Ток I’3 находится или аналогичным путем или проще.

Приступаем ко второму этапу расчета. Убираем источник питания Е1 и оставляем источник питания Е2. Расчет схемы аналогичен предыдущему. Мы можем точно указать направление токов в схеме рис. 5.1.в и найти их численные значения

Последний этап сводится к нахождению непосредственно токов I1; I2; и I3.

Наложим схемы в) и б) на схему а).

Сравниваются о направления одноименных токв ,  и . Из сравнения следует, что одинаковые по направлению токи положительны, а противоположные по направлению - отрицательны.

Тогда для токов I1, I2 и I3 имеют место конечные уравнения

.

10.3

Автомати́ческий ввод резе́рва (Автомати́ческое включе́ние резе́рва, АВР)

– способ обеспечения резервным электроснабжением нагрузок, подключенных к системе электроснабжения, имеющей не менее двух питающих вводов и направленный на повышение надежности системы электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении к нагрузкам резервных источников питания в случае потери основного.

Общие требования к АВР

  1.  АВР должно срабатывать за минимально возможное после отключения рабочего источника энергии время .
  2.  АВР должно срабатывать всегда, в случае исчезновения напряжения на шинах потребителей, независимо от причины. В случае работы схемы дуговой защиты АВР может быть блокировано, чтобы уменьшить повреждения от короткого замыкания. В некоторых случаях требуется задержка переключения АВР. К примеру, при запуске мощных двигателей на стороне потребителя, схема АВР должна игнорировать просадку напряжения.
  3.  АВР должно срабатывать однократно. Это требование обусловлено недопустимостью многократного включения резервных источников в систему с не устранённым коротким замыканием.

Реализацию схем АВР осуществляют с помощью средств РЗиА: реле различного назначения, цифровых блоков защит (контроллер АВР), переключателей - изделий, включающих в себя механическую коммутационную часть, микропроцесорный блок управления, а также панель индикации и управления.

Схема секционированной системы сборных шин. Секции имеют связь посредством секционного выключателя QS

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории: I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, угрозу для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр. II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта. III категория — все остальные потребители электроэнергии.

Таким образом, кроме неудобств в повседневной жизни человека, длительный перерыв в электропитании может привести к угрозе жизни и безопасности людей, материальному ущербу и другим, не менее серьёзным последствиям. Бесперебойное питание можно реализовать, осуществив электропитание каждого потребителя от двух источников одновременно (для потребителей I категории так и делают), однако подобная схема имеет ряд недостатков:

  1.  Токи короткого замыкания при такой схеме гораздо выше, чем при раздельном питании потребителей.
  2.  В питающих трансформаторах выше потери электроэнергии
  3.  Релейная защита сложнее, чем при раздельном питании.
  4.  Необходимость учета перетоков мощности вызывает трудности, связанные с выработкой определенного режима работы системы.
  5.  В некоторых случаях не получается реализовать схему из-за того, что нет возможности осуществить параллельную работу источников питания из-за ранее установленной релейной защиты и оборудования.

В связи с этим возникает необходимость в раздельном электроснабжении и быстром восстановлении электропитания потребителей. Решение этой задачи и выполняет АВР. АВР может подключить отдельный источник электроэнергии (генератор, аккумуляторную батарею) или включить выключатель, разделяющий сеть, при этом перерыв питания может составлять всего 0.3 — 0.8 секунд.

При проектировании схемы АВР, допускающей включение секционного выключателя, важно учитывать пропускную способность питающего трансформатора и мощность источника энергии, питающих параллельную систему. В противном случае может получиться так, что переключение на питание от параллельной системы выведет из строя и её, так как источник питания не сможет справиться с суммарной нагрузкой обеих систем. В случае если невозможно подобрать такой источник питания, обычно предусматривают такую логику защиты, которая отключит наименее важных потребителей тока обеих систем.

АВР разделяют на:

  1.  АВР одностороннего действия. В таких схемах присутствует одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная. В случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию.
  2.  АВР двухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной.
  3.  АВР с восстановлением. Если на отключенном вводе вновь появляется напряжение, то с выдержкой времени он включается, а секционный выключатель отключается. Если кратковременная параллельная работа двух источников не допустима, то сначала отключается секционный выключатель, а затем включается вводной. Схема вернулась в исходное состояние.
  4.  АВР без восстановления.

Принцип действия

В качестве измерительного органа для АВР в высоковольтных сетях служат реле минимального напряжения, подключённые к защищаемым участкам через трансформаторы напряжения. В случае снижения напряжения на защищаемом участке электрической сети реле даёт сигнал в схему АВР. Однако, условие отсутствия напряжения не является достаточным для того, чтобы устройство АВР начало свою работу. Как правило, должен быть удовлетворён еще ряд условий:

  1.  На защищаемом участке нет не устранённого короткого замыкания. Так как понижение напряжения может быть связано с коротким замыканием, включение дополнительных источников питания в эту цепь нецелесообразно и недопустимо.
  2.  Вводной выключатель включён. Это условие проверяется, чтобы АВР не сработало, когда напряжение исчезло из-за того, что вводной выключатель был отключён намеренно.
  3.  На соседнем участке, от которого предполагается получать питание после действия АВР, напряжение присутствует. Если обе питающие линии находятся не под напряжением, то переключение не имеет смысла.

После проверки выполнения всех этих условий логическая часть АВР даёт сигнал на отключение вводного выключателя обесточенной части электрической сети и на включение межлинейного (или секционного) выключателя. Причём, межлинейный выключатель включается только после того, как вводной выключатель отключился.

В низковольтных сетях одновременно в качестве измерительного и пускового органа могут служить магнитные пускатели или модуль АВР-3/3. Либо предназначенный для управления схемами АВР микропроцессорный контроллер АВР.

10.4

ТИПЫ СВЕТИЛЬНИКОВ И НОРМЫ ОСВЕЩЕННОСТИ

В светильниках должны применяться лампы того типа и мощности, на которые они рассчитаны. Это необходимо учитывать при замене неисправных ламп. Суммарную мощность осветительного прибора нетрудно выяснить, и ее нужно брать в расчет при выборе светильников по условиям помещения, размеру и форме комнаты и требуемой освещенности. Получившееся значение нельзя превышать, иначе электропроводка может не выдержать слишком сильную нагрузку и перегореть.

По месту закрепления светильники бывают потолочные, настенные, напольные и настольные. Также существуют мобильные лампы, которые можно прикреплять в любом месте.

Наиболее распространены традиционные потолочные светильники. По месту размещения относительно поверхности потолка они делятся на подвесные, приповерхностные и встроенные. Последние дополнительно подразделяются на панельные и точечные.

Подвесные светильники располагаются на некотором удалении от потолка. Их свет распространяется во все стороны, вверх и вниз, так что лучи света отражаются от стен и хорошо рассеиваются по помещению. Их удобнее всего крепить в помещениях с высокими потолками, так как необходимо, чтобы светильники были достаточно удалены от поверхности. Расстояние от нижней точки любого потолочного светильника до поверхности пола должно быть не менее 2 метров, а сам прибор, вместе с подвесом – высотой не более 50 см.

Приповерхностные светильники прикрепляются непосредственно к потолку. Они незаменимы для невысоких комнат, потому что занимают мало места. Плафон сконструирован так, чтобы он рассеивал создаваемый световой поток и направлял его вниз и в стороны. Они удобны и экономичны в применении.

Встроенные светильники используются в качестве монтажных элементов в составе подшивных и подвесных потолков. Панельные и точечные светильники, встроенные в подвесной потолок, можно легко менять местами, комбинировать и размещать по любой схеме. Они изготавливаются в форме панели или плиты стандартных размеров, что позволяет укладывать их вместо любой плиты отделочного покрытия.

Их выбор зависит от технических характеристик (мощность, яркость) и дизайнерских задач.

С технической точки зрения все лампы подразделяются на: лампы накаливания, галогенные лампы, люминесцентные лампы низкого давления и люминесцентные лампы высокого давления. Важно также учесть мощность, потребляемую лампой, а также коэффициент цветопередачи.

Лампы, точно воспроизводящие естественный свет, не стоит использовать вечером, когда хочется интима и уюта. Отдыхать при них тоже не рекомендуется. Они больше подходят для создания рабочего настроения. В отличие от ламп, спектр которых сдвинут в инфракрасную область.

Электрические лампочки (лампы накаливания).

Это источник света с излучателем в виде проволоки (нити или спирали) из тугоплавкого металла (обычно это вольфрам), которая накаливается электрическим током до температуры 2200-3000 °С. Проволока накаливания помещена в вакуум в стеклянную колбу. Винтовой цоколь для ламп накаливания был предложен Эдисоном (Edison), поэтому в обозначении такого цоколя присутствует латинская буква «Е», а цифры обозначают диаметр резьбы | миллиметрах. Обычно используются цоколи Е27 (мощность лампы 25-200 Вт), Е14 (под патроны «миньон», мощность 25- 100 Вт), Е40 (для ламп мощностью 200-750 Вт), а также мини- Цоколи Е12. Лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до Д7 лм/Вт и срок службы около 1000 часов. Они дают приятный свет со спектром, сдвинутым в инфракрасную область.

Внимание!

  1.  Лампы накаливания относятся к источникам света с теплой тональностью, поэтому могут создавать погрешности при передаче сине-голубых, желтых и красных тонов. В интерьере с довольно высокими требованиями к цветоразличению лучше использовать другие типы ламп.
  2.  Не рекомендуется применять лампы накаливания для освещения больших площадей, а также для создания освещенности, превышающей уровень 3000 лк, так как при этом выделяется много тепла и помещение «перегревается». Несмотря на малый срок службы и большую потребляемую мощность лампы накаливания все еще остаются классическим и наиболее широко применяемым источником света.
  3.  Цветные лампы прекрасно подходят для создания специальных декоративных эффектов, а зеркальные лампы, излучающие направленный свет, позволяют создать необходимый световой акцент.
  4.  У зеркальной лампы – верхняя (если она уже ввинчена в потолок, то она же – нижняя) часть колбы покрыта зеркальным слоем. Он защищает конструкцию лампы от перегрева; и в то же время сама лампа светит ярче. При этом другая часть колбы остается матовой, а свет от нее равномерный, рассеянный. В принципе, такая лампа не должна быстро перегореть. Срок ее действия – 600-1000 часов. Разумеется, при условии, что лампа произведена фирмой, которая гарантирует вам этот срок эксплуатации, и если вы не купили товар с рук или на рынке.

Галогенные лампы

излучают приятный белый свет с отличной цветопередачей. Основаны на том же принципе, что и лампы а накаливания, но с применением «галогенного цикла». Вольфрамовая нить накаливания окружена инертным газом, содержащим галогениды. Благодаря специально созванным условиям вылетающие частички нити возвращаются обратно, что значительно продлевает срок службы лампочки и предотвращает почернение колбы. Если к галогенной лампе холодного света добавить отражатель, то освещаемые такой лампой объекты не будут нагреваться. Кроме того, галогенная лампа дает больше света, чем лампа накаливания при одинаковой мощности.

Внимание!

  1.  Галогенные лампы очень чувствительны к перепадам напряжения, и когда производитель пишет, что лампа рассчитана 1 на 15 Вт, она не будет работать на 30 Вт.
  2.  Такие лампы следует включать через стабилизатор напряжения, а некоторые типы – через понижающий трансформатор
  3.  До стеклянной поверхности лампы лучше не дотрагиваться голыми руками, так как на ней остаются жирные пятна, что может привести к оплавлению в этом месте стекла колбы. Лампу необходимо брать, используя кусок чистой ткани. Если колба чем-то испачкана, то нужно протереть ее медицинским спиртом.
  4.  Температура колбы может достигать 500 °С, поэтому следует соблюдать нормы противопожарной безопасности при установке ламп (например, обеспечить достаточное расстояние между поверхностью перекрытия и подвесным потолком).
  5.  Трубчатые лампы (особенно мощные) лучше располагать горизонтально с отклонением от горизонтали не более 10 градусов. Трубчатые лампы накаливания применяют для подсветки зеркал и шкафов-купе.

Люминесцентные лампы

низкого давления по сравнению с лампами накаливания позволяют значительно экономить электроэнергию, уменьшая потребление до 80% при том же световом потоке. При этом срок службы увеличивается в среднем в 10 раз. Люминесцентные лампы обладают прекрасной цветопередачей, а также разнообразием цветов света — от теплого белого до дневного. Сейчас уже сконструированы очень компактные люминесцентные лампы, и они успешно конкурируют с традиционными лампами накаливания. Люминесцентные лампы высокого давления обладают самой большой световой отдачей, то есть отношением интенсивности излучения к мощности, и используются для наружного освещения на промышленных объектах. Кроме яркости они дают очень контрастный свет и поэтому применяются для освещения магистралей. Если вы не собираетесь осветить магистраль рядом с вашим домом, то такая лампа вам вряд ли понадобится.

Энергосберегающие лампы

в последнее время начали пользоваться большой популярностью. Они очень экономные в эксплуатации, долго служат и ярко светят. Недостаток у них только один — сравнительно высокая цена.

Некоторые экономные лампочки внешне практически не отличаются от лампы накаливания. Они только чуть-чуть длиннее, из-за того, что между колбой и цоколем находится электроника, Управляющая лампочкой. Выпускаются энергосберегающие лампы также двух-, трех-, четырех дуговые, в Форме свечи и спиралевидные. Некоторые прекрасно смотрятся даже без плафона и выглядят как оригинальный светильник.

  1.  Энергосберегающие лампы имеют много преимуществ. Самое основное – они потребляют на 80% меньше электроэнергии, чем обычные лампы накаливания, у которых только 5% энергии трансформируются в свет, а остальное уходит в тепло. То есть расчет мощности экономной лампы к обычной производится как 1:5. Например, компактная люминесцентная лампа в 12 Вт соответствует по яркости лампе накаливания в 60 Вт, 1 а 15 Вт дают столько же света, сколько 75 Вт.
  2.  Еще одно достоинство такой лампочки – ее долговечность. Ведь служит она до 10 раз дольше привычных нам ламп накаливания. Например, если лампа накаливания горит 1000 часов, то экономная — до 12000 часов.
  3.  Компактные люминесцентные лампы не требуют специальной проводки и вворачиваются в стандартный патрон. Незначительное тепловыделение позволяет использовать лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, которые не выдерживают высокой температуры нагрева от ламп накаливания. А благодаря равномерному распределению света по колбе она не слепит глаза.

Обычно на энергосберегающих лампах обозначена их цветовая температура:

  1.  2.700 К – «Тепло-белый» (желтоватый свет, близкий к лампе накаливания);
  2.  4.000 К – «Естественный» (тон более близкий к белому);
  3.  6.400 К – «Дневной свет» (бело голубой).

Единственное, чего не любят люминесцентные лампы,— это частого включения и выключения, а также перепадов напряжения.

Внимание! Энергосберегающие лампы содержат небольшое количество ртути, поэтому нельзя выбрасывать их в мусоропровод, да и обычные мусорные контейнеры не годятся. Лучше сдать их в места утилизации. Так вы позаботитесь и о своем и здоровье, и об охране окружающей среды.

Светодиодные лампы. Изобретение первых светодиодов – 1 полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку,– относится к 60-м годам XX века. Однако до 1980 года низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверхъярких, а также синих (в середине 90-х годов ХХ века) и белых светодиодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов, фонарях и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать и их помощью дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации (большие уличные экраны).

Плюсы светодиодных ламп:

  1.  Мощность светодиодной лампочки составляет 0,35 ватта.
  2.  Расход электроэнергии светодиодных лампочек в 30 раз меньше, а следовательно, оплата электроэнергии уменьшается в 30 раз.
  3.  Работают от низкого напряжения (всего 12 Вольт) — это намного безопаснее и надежнее в том смысле, что не произойдет пригорание и выход из строя контактов в самом патроне и соединениях между проводами, а также не произойдет возгорание провода. Основным преимуществом данных лампочек является малое потребление электроэнергии.
  4.  Светодиодные лампочки не подвержены воздействию внешних факторов, таких как дождь, снег, механические воздействия т. к. имеют водонепроницаемый и прочный корпус и латунный цоколь Е27.
  5.  Светодиодные лампочки не нагреваются, а следовательно, никогда не обледенеют, влага не попадет внутрь патрона и его не разорвет.
  6.  Широкая цветовая гамма, где исключена потеря цвета и его насыщенности за счет того, что цвет дает не краска на поверхности колпачка, как у обычных лампочек, где она выгорает. а непосредственно полупроводниковый материал, от свойств Которого и зависит цвет светодиода.

Цвет свечения: красный, синий, белый, желтый, зеленый.

Применение светодиодных ламп:

  1.  В сфере миниатюрных букв и декоративной подсветки использовать какие-либо источники света до появления светодиодов было невозможно. Диаметр же стандартного современного сверхъяркого светодиода от 2 до 10 мм, и в настоящее время ниша подсветки для небольших и малых (нередко — интерьерных) вывесок — прочно завоевана светодиодами.
  2.  Необходимость в светодиодах также часто возникает при изготовлении нестандартных изделий: к примеру, если толщина штриха объемной буквы для установки неоновой трубки или! же расстояние между стеной и вывеской слишком малы. Используют светодиоды и для повышения эффектности внешнего вида изделий в комбинации с более традиционными источниками света.
  3.  Светодиоды за счет их малой потребности в электроэнергии — оптимальный выбор для производства наружной рекла-1 мы в городах, где существуют проблемы с энергетикой.
  4.  Срок службы светодиодов составляет порядка 11 лет, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными – газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания.
  5.  Светодиоды, в силу их прочности и миниатюрности, легче устанавливать внутрь мебели, оконных и дверных проемов, картин, зеркал и разнообразных (можно сказать – любых элементов декора.
  6.  Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, составляет 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором, особенно в интерьерных подсветках и в местах с повышенной влажностью.
  7.  Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также дает возможность осуществить подключение светодиодов к электросети практически незаметным даже с близкого расстояния, что является немаловажным фактором для тех случаев, когда существует необходимость оставить первоначальный вид детали интерьера.
  8.  У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы неоновый источник света загорелся, вначале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать нарашиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Это позволяет прибегать к смешению цветов (использование светодиодов трех цветов одновременно), в котором возникает необходимость, если требуется добиться определенного оттенка подсветки или же спецэффектов.

Разноцветные лампы.

Синий цвет расслабляет, хорош он для спальни, детской. К тому же синий цвет лампы обладает лечебным эффектом. Однако не используйте синий свет для освещения ванной комнаты. Особенно в месте расположения зеркал. Да и в столовой, на кухне синяя лампа не к месту. Продукты и пища при таком освещении кажутся не очень аппетитными.

Зеленый свет настраивает на приятное общение. Его лучше применять в спальне, детской, гостиной. Загадочный свет ночника делает комнату сказочной, прогоняет страхи, навевает сладкие сны — и все это благодаря зеленому. А в рабочем кабинете зеленая лампа придаст обстановке особый шарм.

Красный свет стимулирует психику. Этот цвет придаст сил, он также активизирует, бодрит. Но не переусердствуйте. Такой цвет способен вызвать напряжение, тревогу, беспокойство. Оранжевый свет положительно влияет на интеллектуальную деятельность. Способствует дружелюбию, общительности, развивает коммуникативные качества.

фиолетовый свет считается таинственным, медитативным, философским. Его выбирают люди творческие, с нестандартным мышлением.

Российский стандарт ГОСТ Р МЭК предусматривает следующие типы светильников:

  1.  Светильники стационарные общего назначения.
  2.  Светильники встраиваемые.
  3.  Светильники для освещения улиц и дорог.
  4.  Светильники переносные общего назначения.
  5.  Прожекторы заливающего света.
  6.  Светильники с встроенными трансформаторами для ламп накаливания.
  7.  Светильники переносные для использования в саду.
  8.  Светильники ручные сетевые.
  9.  Светильники для фото- и киносъемки (непрофессиональные).
  10.  Светильники переносные детские игровые.
  11.  Светильники для освещения сцен теле- и киностудий (внутри и снаружи).
  12.  Светильники для плавательных бассейнов и аналогичного применения.
  13.  Светильники вентилируемые (требования безопасности).
  14.  Гирлянды световые.
  15.  Светильники для аварийного освещения.
  16.  Осветительные системы сверхнизкого напряжения для ламп накаливания.
  17.  Светильники с ограничением температуры поверхности.
  18.  Светильники для использования в клинических зонах больниц и других медицинских учреждений.

Классификация по типу применяемого источника света

Тип источника света (лампа)

Символ (буква) в обозначении типа светильника

Накаливания общего назначения

Н

Лампы-светильники (рефлекторные и диффузные)

С

Кварцевые галогенные (накаливания)

И

Линейные люминесцентные

Л

Фигурные люминесцентные

Ф

Эритемные люминесцентные

Э

Ртутные типа ДРЛ

Р

Ртутные типа ДРИ, ДРИШ

Г

Натриевые типа ДНаТ

Ж

Бактерицидные

Б

Ксеноновые трубчатые

К

Классификация по способу установки

Способы установки светильников

Символ (буква) в обозначении типа светильника

Подвесные

С

Потолочные

П

Встраиваемые

В

Пристраиваемые

Д

Настенные

Б

Настольные, опорные

Н

Напольные, венчающие

Т

Консольные, торцевые

К

Ручные

Р

Головные

Г

Примечание: для светильников, рассчитанных на разные способы установки, указывается обозначение основного способа установки.

Классификация по основному назначению светильника

Назначение светильника

Символ (буква) в обозначении типа светильника

Для промышленных и производственных зданий

П

Для общественных зданий

О

Для жилых (бытовых) помещений

Б

Для наружного освещения

У

Для рудников и шахт

Р

Для кинематографических и телевизионных студий

Т

Полностью условное обозначение присваивается специализированной организацией по сертификации светильников (АНО «Светос») по заявке изготовителя.

Зная теперь основные принципы маркировки отечественных светильников мы можем «расшифровать», например, светильник под маркировкой НПО-03–60. По первой таблице буква «Н» – обозначает, что в светильнике используется лампа накаливания общего назначения, буква «П» по второй таблице говорит о том, что этот светильник следует крепить к потолку помещения, а буква «О» согласно третьей таблице назначает нашему светильнику быть использованным в общественных зданиях. Цифра «03» означает модификацию прибора, а цифра «60» – максимальную мощность используемой лампы накаливания.

Светильники классифицируют также по материалу опорной поверхности, на которую они устанавливаются:

Группа

Символ

Переносные и ручные светильники

Нет

Стационарные светильники, пригодные для установки на поверхности из нормально воспламеняемого материала

Стационарные светильники, пригодные для установки только на поверхности из негорючего материала

При этом подразумевают, что нормально воспламеняемый материал – это материал, который имеет температуру воспламенения не менее 200˚С, не размягчается и не деформируется до достижения этой температуры (например: дерево и материалы на его основе толщиной более 2 мм).

Негорючий материал — материал, не способный поддерживать горение – металл, гипс, бетон и т. д.

Опорная (монтажная) поверхность — часть конструкции здания, мебели и другой конструкции, в/на которой светильник может быть закреплен, подвешен или поставлен для нормального использования и которая служит или будет служить опорой.

По типу систем освещения, в которых применяют светильники, они делятся на следующие разновидности:

На каждый из этих видов светильников имеется свой государственный стандарт, который устанавливает обязательные требования к их качеству, в том числе показатели безопасности для жизни, здоровья, имущества потребителя и для окружающей среды при обычных условиях его эксплуатации. Сертификаты соответствия светильников выдают после тщательной проверки их на соответствие требованиям этих стандартов. Вместе с тем, для проведения сертификации светильников отечественного производства необходимо иметь условное обозначение светильников, которое не предусмотрено системой ГОСТ Р МЭК, а установлено ГОСТ 17677. Это обозначение предусматривает классификацию светильников по типу применяемого источника света (первая буква в обозначении), по способу установки светильника (вторая буква) и по основному назначению светильника (третья буква).

ОПТИМИЗАЦИЯ ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И РАБОЧИХ МЕСТ

Освещение воздействует на организм человека и выполнение производственных заданий. Правильное освещение уменьшает количество несчастных случаев и повышает производительность труда на 15%. Неправильное освещение может быть причиной таких заболеваний, как близорукость, спазм, аккомодация, зрительное утомление, и других болезней, понижает умственную и физическую работоспособность, увеличивает число ошибок в производственных процессах, аварий и несчастных случаев.

Освещение, отвечающее техническим и санитарно-гигиеническим нормам, называется рациональным. Создание такого освещения на производстве является важной и актуальной задачей.

В помещениях используется естественное и искусственное освещение. Естественное освещение предполагает проникновение внутрь зданий солнечного света через окна и различного типа светопроемы (верхние световые фонари). Естественное освещение часто меняется и зависит от времени года и суток, а также от атмосферных явлений. На освещение влияют местонахождение и устройство зданий, величина застекленной поверхности, форма и расположение окон, расстояние между зданиями и др. Качество естественного освещения внутри помещений определяет световой коэффициент (Кс), который рассчитывается как отношение застекленной поверхности к площади пола и определяется по формуле

где Sc – площадь застекленной световой поверхности, м2;

Sn – площадь пола, м2.

Освещение помещений нормируется. Нормы естественного освещения для различных зданий и помещений разрабатываются с учетом их назначения. Согласно установленным нормативам световой коэффициент колеблется для отдельных помещений от 0,10 до 0,20. Для торговых залов магазинов этот показатель не должен быть меньше 0,2 (1:5), а для подсобных помещений и торговых складов - 0,100 - 0,125 (1:10 и 1:8).

Однако оценка естественной освещенности помещений только по световому коэффициенту недостаточна, так как при этом не учитываются факторы, влияющие на естественную освещенность: расположение окон и рабочих мест внутри помещения, высота и расположение противоположных зданий и т. п. Поэтому для оценки естественной освещенности используют коэффициент естественной освещенности (Кео), который представляет собой отношение освещенности в заданной точке помещения к одновременно измеренной освещенности наружной точки, находящейся на горизонтальной плоскости, освещенной рассеянным светом открытого небосвода. Коэффициент естественной освещенности рассчитывается по формуле

где E1 – освещенность в заданной точке помещения, лк;

Е2 – освещенность наружной точки, лк.

Дневное естественное освещение необходимо для торговых залов магазинов, где покупатели выбирают товар по форме, величине, цвету и другим потребительским признакам, а также рассчитываются за покупку. Естественное освещение – наиболее благоприятное для человека, однако оно не может в полной мере обеспечить необходимую освещенность производственных помещений. Поэтому в практической деятельности широко используют искусственное освещение.

Все помещения розничных и оптовых торговых предприятий должны иметь независимо от естественного и искусственное освещение. Самым распространенным видом искусственного освещения является электрическое освещение, которое так же, как и естественное, нормируется для различных видов помещений.

Освещенность определяется люксметром. Он состоит из селенового элемента и миллиамперметра. При попадании света на селеновый фотоэлемент возникает фототок, который в миллиамперметре воздействует на стрелку прибора, показывающую освещенность рабочей поверхности по шкале прибора, проградуированной в люксах. При отсутствии люксметра для определения освещенности на практике руководствуются нормами электрического освещения, выраженными в ваттах на 1 м2 площади. Например, для торговых залов магазинов норматив равен 25–30 Вт мощности накаливания на 1 м2 площади.

Рациональное искусственное освещение предусматривает равномерную освещенность, без резких изменений и пульсаций, благоприятный спектральный состав света и достаточную яркость. Поэтому для рационального освещения помещений необходимо создавать общее и местное освещение, которые в сочетании образуют комбинированное освещение.

При проектировании торговых предприятий рассчитывают потребность естественного и искусственного освещения.

Санитарные нормы проектирования и строительства предусматривают минимальные нормы искусственной освещенности. В табл. 1.1 приведены нормы искусственной освещенности помещений торговых предприятий. Таблица 1.1

Нормы искусственной освещенности помещений торговых предприятий

Виды помещений торговых предприятий

Наименьшая освещенность, лк

Уровень рабочей поверхности, к которой относятся нормы освещенности, м от пола

при лампах накаливания

при люминесцентных лампах

А. Розничные торговые предприятия

Торговые залы продовольственных магазинов, работающих

по традиционному методу

150

300

0,8

по методу самообслуживания

700

400

0,8

Кладовые в продовольственных магазинах

20

75

На полу

Торговые залы непродовольственных магазинов

От 100 до 150

От 200 до 300

0,8

Кладовые непродовольственных магазинов

30

100

0,8

Б. Оптовые торговые предприятия

Склады и кладовые для хранения продовольственных товаров:

охлаждаемые

30

-

0,8

неохлаждаемые

30

75

0,8

Склады и кладовые для хранения непродовольственных товаров:

с постоянным пребыванием людей

50

100

0,8

без постоянного пребывания людей

30

0,8

Помещения для приемки товаров и экспедиции

50

150

0,8

Помещения для подготовки товаров и контроля

75

200

0,8

На торговых предприятиях действует дежурное освещение, которое включается в ночное, нерабочее время, а также аварийное освещение, работающее от специальных аккумуляторов в случае повреждения электросети (оно обеспечивает не менее 10% рабочего освещения).

Для искусственного электрического освещения применяются лампы накаливания и люминесцентные. Люминесцентные лампы обеспечивают высокое качество и имитируют естественное освещение. Они экономичны по расходу электроэнергии, световой отдаче и сроку службы.

Для освещения помещений электрические лампы помещают в специальную арматуру различных типов, которая направляет светопоток, получаемый от электрических ламп, с наименьшими потерями, а также защищает глаза работников от ослепляющей яркости, а в некоторых случаях изменяет спектральный состав источника света. Арматуру вместе с лампой принято называть светильником.

По характеру распределения светового потока светильники подразделяются на три группы: прямого, отраженного и рассеянного света. Светильники характеризуются коэффициентом полезного действия, защитным углом и диаграммой светораспределения.

Коэффициент полезного действия светильника – это отношение светового потока, излучаемого светильником, к световому потоку применяемой в нем лампы. Определяется по формуле

где Fc – световой поток, излучаемый светильником, лм;

– световой поток лампы, лм.

Коэффициент полезного действия светильников с лампами накаливания может достигать 80-85%.

Защитный угол образуется горизонтальной линией, проходящей через центр светящегося тела (лампы), и линией, проходящей через центр светящегося тела с краем арматуры. Норматив защитного угла – не менее 25–30°. Тогда прямые лучи источника света не попадают в глаза и не оказывают вредного ослепляющего действия.

По форме кривой светораспределения различают светильники глубокого, косинусного, равномерного и широкого светораспределения.

В последние годы для освещения помещений получили широкое распространение осветительные приборы встроенного типа: светящиеся панели и потолки, а также подвесные потолки. Они позволяют создать равномерную освещенность помещений и благоприятно влияют на трудоспособность человека.

Важное значение имеет правильная организация эксплуатации осветительных устройств, которая предусматривает систематическую очистку окон, световых фонарей и светильников от загрязнения, своевременную замену перегоревших ламп в светильниках, текущий и профилактический ремонт оборудования, соблюдение общих санитарных правил в помещениях и на территории, прилегающей к зданиям, регулярную побелку и окраску стен и потолков помещений в светлые тона.

В процессе эксплуатации осветительных установок необходимо следить за поддержанием постоянного напряжения и устранять причины, вызывающие потери или колебания напряжения. Контрольные измерения освещенности должны проводиться не реже одного раза в три месяца. Необходимо строго следить за защитой глаз от слепящего действия источников света, не допускать снятия с осветительных приборов защитных стекол и рефлекторов, уменьшения высоты подвеса светильников. Обслуживание и ремонт осветительных установок должен производить квалифицированный персонал.

Освещенность и эксплуатация осветительных систем контролируются на предприятиях ведомственными органами надзора.

11.1

Кабельная муфта 

(от немецкого. Muffe или голл. mouwtje) – устройство, предназначенное для соединения электрических и оптических кабелей в кабельную линию и для их подвода к электрическим установкам, станционным сооружениям, воздушным линиям электропередачи и связи. Муфты представляют собой комплект деталей и материалов, обеспечивающий восстановление электрической, конструктивной и механической целостности кабеля. Состав комплекта определяется рабочим напряжением, частотой, количеством жил, типом изоляции и конструктивными особенностями кабеля.

Симметричный кабель может соединяться следующими способами:

  1.  cкрутка;
  2.  cкрутка с пайкой;
  3.  c помощью зажимов: индивидуальных или групповых;
  4.  с помощью соединителей.

Соединение кабелей скруткой применяется в наименее ответственных линиях, так как не обеспечивает надёжного контакта в течение длительного времени. Жилы, соединённые при помощи скрутки и скрутки с пайкой, изолируют с помощью диэлектрических гильз.

Жилы силовых кабелей соединяют с помощью наконечников, которые стягиваются болтами. Сами наконечники крепятся к жиле либо с помощью болтов, либо обжимом.

Классификация

В зависимости от назначения кабельные муфты делятся на концевые, соединительные.

  1.  Муфты кабельные соединительные:
  2.  муфты СТпУ, СТп
  3.  муфта СТпО
  4.  муфта ПСТпО
  5.  муфта СС
  6.  муфта СЭФ
  7.  Муфты кабельные концевые:
  8.  муфты КВТп, КНТп
  9.  муфты КВТпО, КНТпО
  10.  муфты ПКВТпО, ПКНтО
  11.  муфты 1КВТп, 1КНТп
  12.  муфта КНСт
  13.  муфты эпоксидные КВЭл, КНЭ

Устройство и монтаж кабельных линий

 

11.2

ДОПУСТИМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТИРИСТОРОВ

Iпр макс – максимально допустимый прямой ток тиристора.

Uобр. макс – максимально допустимое обратное напряжение тиристора.

Iупр. макс – максимальный ток управления.

tвкл – время выключения.

tвыкл – время восстановления зарядов (время выключения.

fгр – граничная частота (максимальная частота на которой тиристор сохраняет работоспособность

di/dt – допустимая скорость нарастания тока.

du/dtдопустимая скорость нарастания напряжения.

Работа тиристоров сопровождается наличием серьезных помех со стороны самого же тиристора. Данное явление может привести к диэлектриками – запирающим слоем. Следовательно, тиристор можно рассматривать как систему последовательно включенных конденсаторов С1, С2, С3

(рис. 3.9, а).

При последовательном самопроизвольному запуску тиристоров без команды по управляющему электроду. Структура тиристора представляет собой проводящие р и n зоны, разделенные соединении конденсаторов общая емкость системы падает, что приводит к повышенной чувствительности тиристора, к разного рода высокочастотным помехам. Высокочастотные импульсы имеют малое реактивное сопротивление для малой межбарьерной емкости. Такая высокочастотная помеха, пройдя через межемкостные барьеры, открывает тиристор. Этот эффект носит название du/dt и может привести к несанкционированному запуску тиристора или выходу его из строя. Эффект du/dt может проявиться и при крутых фронтах нарастания напряжения сети (резких скачках напряжения).

В мощных тиристорах может наблюдаться эффект di/dt, который может вывести тиристор из строя. Данное явление происходит при большой скорости нарастания тока, например, при выполнении сварочных работ, когда скачок тока сварки крутой. В течение малого интервала времени вся поперечная структура таблетки тиристора не успевает подготовиться к пропусканию большого тока вследствие инерционных процессов, происходящих в периферийной зоне полупроводника. Центральная зона тиристора успевает открыться, а периферийная зона остается закрытой еще некоторое время. На рис. 3.9, б изображена центральная зона открытия тиристора в начальный момент времени. Плотность тока в центральной зоне может превысить критическую, так как эффективная площадь сечения открытого тиристора мала. Происходит локальный прожиг центральной зоны тиристора и выход его из строя.

Еще одной из причин выхода из строя тиристора может быть его перегрузка по току, вызванная завышенной нагрузкой на тиристор. Происходит разогрев тиристора и его тепловой пробой.

Плохой контакт радиатора тиристора с теплоотводом также может стать причиной выхода его из строя. При затяжке тиристора к радиатору необходимо прилагать вращающий момент, указанный в паспорте тиристора. При его превышении можно повредить баллон тиристора, что вызовет его разгерметизацию и выход из строя. Причиной выхода из строя тиристора может быть неполноценный импульс формирователя, подающего команды на открытие тиристора. При этом тиристор находится в полуоткрытом состоянии, падение напряжения на нем растет, происходит его разогрев и выход из строя.

При выборе тиристора необходимо учитывать все вышеперечисленные факторы. Особое внимание следует уделить определению площади радиатора и правильному расположению его на месте установки. Данная область требует отдельного рассмотрения.

Для защиты тиристоров от эффекта di/dt применяют реакторы

(рис. 3.10, а). В них, при крутом фронте нарастания тока, возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая резкому росту тока тиристора. Ток тиристора плавно нарастает и за это время успевает произойти рассасывание зарядов, а плотность тока не превышает критическую плотность тока.

Для защиты тиристора от эффекта du/dt используют схемы с конденсаторами, резисторами и диодами (рис. 3.10, б). При всплеске напряжения в сети импульс тока устремляется через диод к конденсатору С, заряжает его, а после прекращения импульса происходит плавная разрядка конденсатора через резистор R. 

При параллельном включении тиристоров бывает необходимо выровнять их токи, для чего устанавливают уравнительные трансформаторы, которые позволяют выполнить это за счет ЭДС индукции трансформатора противоположного тиристора (рис. 3.10, в). При всплеске тока первого тиристора в его трансформаторе наведется ЭДС самоиндукции, тормозящая ток тиристора и ЭДС индукции, которая дополнит ток второго тиристора.

При параллельном включении тиристоров время их включения должно быть одинаковым. Если один из параллельно включенных тиристоров откроется раньше, весь ток параллельной цепи устремится через этот тиристор и он первым выйдет из строя. Затем произойдет выход из строя оставшихся тиристоров параллельного звена. При работе тиристоров в групповом режиме время их включения должно быть одинаковым

Для подавления тока высокочастотной помехи или крутого фронта импульса применяют схему рис. 3.10, б. При всплеске напряжения импульс тока проскакивает через диод на конденсатор. Эта цепь шунтирует тиристор по высокочастотной составляющей импульса. Если же произошел всплеск перенапряжения конденсатор заряжается до амплитуды напряжения всплеска, а затем медленно разряжается через резистор R. Выбор емкости конденсатора защиты производится по формуле

Допустимая скорость нарастания фронта du/dt берется из справочника для данного транзистора.

где ЕЭДС сети;

Rн – сопротивление нагрузки;

С – емкость конденсатора защиты.

На практике часто приходится применять последовательное и параллельное включение тиристоров.

При последовательном включении тиристоров (рис. 3.11) тиристор, открывшийся первым, создаст на остальных тиристорах перенапряжение. В результате чего первым из строя выйдет тот тиристор, сопротивление которого больше. Затем выйдут из строя оставшиеся тиристоры последовательного звена. Для выравнивания напряжения на последовательно включенных тиристорах параллельно им включают сопротивления шунтов порядка (47 – 100) кОм.

Расчет сопротивления шунта производится по формуле:

где n – число последовательно включенных тиристоров;

U – напряжения питающей сети;

Uvs. макс – максимально допустимое обратное напряжение тиристора, взятое из справочника;

Iупр. мак. – максимально допустимый ток управляющего электрода тиристора

11.3

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Из уравнения электромеханической характеристикидвигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U.

Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики – на рис. 2, а.

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 - З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости.

Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока – уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

11.4

5.

дифференциальной защиты (см. 3.2.103).

12.2 Фототиристор

В основе принципа действия фототиристора лежит явление генерации носителей заряда в полупроводнике, точнее» в р-n переходе p находящемся под воздействием светового потока. Для управления фототиристором в иго корпусе предусмотрено окно для пропускания светового потока. Существенным преимуществом фототиристоров перед тиристорами, управляемыми электрическим сигналом, является отсутствие гальванической связи между силовыми приборами и системой их управления.

Фототиристор – оптоэлектронный прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора и отличается от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, освещающим затвор. При освещении фототиристора в полупроводнике генерируются носители заряда обоих знаков (электроны и дырки), что приводит к увеличению тока через тиристор на величину фототока.

Фототиристор имеет четырехслойную р-n-р-n-структуру, которую, как и в обычном тиристоре, можно представить в виде комбинации двух транзисторов, имеющих положительную обратную связь по току. Переход фототиристора под действием светового управляющего сигнала из закрытого состояния в открытое осуществляется при достижении уровня тока срабатывания Iср скачком после преодоления определенного потенциального барьера (см. ВАХ фототиристора на рис. 1).

Принцип действия фототиристора: Если к аноду приложено положительное (по отношению к катоду) напряжение, то в темновом режиме крайние переходы окажутся смещенными в прямом, а средний переход - в обратном направлении, и фототиристор будет находиться в закрытом состоянии. При освещении перехода в тонкой базе происходит генерация пар электрон-дырка. Электроны с поверхности диффундируют вглубь дырочного слоя и свободно проходят через средний переход к аноду. При определенной интенсивности светового излучения, соответствующей световой мощности  Вт/см2, концентрация электронов возрастает, вызывая лавинообразное умножение носителей заряда с последующим включением фототиристора. Максимум спектральной чувствительности лежит в диапазоне 0,9-1,1 мкм

Основное достоинство фототиристоров - способность переключать значительные токи и напряжения слабыми световыми сигналами - используется в устройствах «силовой» оптоэлектроники, таких, как системы управления исполнительными механизмами, выпрямителями и преобразователями.

Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет – менее 1 мкс.

Фототиристоры обычно изготавливают из кремния, и спектральная характеристика у них такая же как и у других кремниевых светочуствительных элементов.

Как и фототранзисторы, фототиристоры часто применяются совместно с подобранными по характеристикам излучателями, в виде оптопар.

Тиристорные оптопары

В отличие от транзисторных тиристорные оптопары позволяют усиливать информационный сигнал не только по току, но и по мощности, поскольку приспособлены для работы при напряжениях на входе и выходе, отличающихся на порядки - как, например, в случае, иллюстрируемом на рис. 2:

· на входе сигнал уровня 5 В (компьютерный) превращается на выходе в 220 В переменного тока. Такая тиристорная оптопара в свою очередь может использоваться для управления тиристорами на десятки киловольт или сотни ампер (например, в энергетических сетях).

Рис. 2. Тиристорные оптопары в схеме управления двигателем

Представить параметры тиристорных оптопар малой и средней мощности можно на примере характеристик оптопары АОУ115Д (предельные электрические параметры при Tокр = +25°С):

Входной постоянный ток,…………………………………. 30мА

Входной импульсный ток (при длительности импульса 1 мс и скважности 10), ………………………………………………………60мА

Входное обратное напряжение, ……………………………….2В

Выходной постоянный ток,…………………………………. 100мА

Выходное постоянное прямое напряжение на фототиристоре в закрытом состоянии,…………………………………………………400 В 

Напряжение на изоляции,…………………………………… 1500В

Диапазон рабочей температуры окружающей среды, .....45...+55°С-

Из приведенных данных видно, что коэффициент передачи по мощности составляет что существенно выше возможностей других видов оптопар. Кроме того, включенное состояние фототиристора сохраняется и при прекращении излучения входного диода. Следовательно, управляющий сигнал может подаваться только на момент отпирания фототиристора, что экономично, дополнительно повышает коэффициент передачи по мощности и может быть полезно при многоканальном управлении.

Пары оптоэлектронных элементов «источник - приемник» не в виде отдельной микросхемы, а как составная часть более сложного типового прибора используются, например, в преобразователях линейных и угловых перемещений.

3.5. СИМИСТОР

Полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в цепях постоянного и переменного тока, эквивалентный двум встречно-параллельно включенным тиристорам, называется

симистором, или симметричным тиристором. Симистор представляет собой пятислойную структуру и имеет значительно более сложную конфигурацию, нежели тиристор. Симистор можно заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с согласующим трансформатором ТР (рис. 3.12). Основными параметрами симистора являются те же параметры, что и у тиристора.

МАГНИТОТИРИСТОРЫ

Напряжением включения магнитотиристора можно управлять, изменяя напряженность магнитного поля в определенном направлении. Магнитотиристоры изготовляют таким образом, что при отсутствии внешнего магнитного поля он должен включатся при некотором среднем напряжении. Если с увеличением напряженности магнитного поля напряжение включения тиристора растет, то при изменении направления вектора напряженности магнитного поля на противоположное тиристор будет включаться при пониженном напряжении.

Любой тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из двух транзисторов, поэтому магниточувствительные свойства тиристоров характеризуются магниточувствительными свойствами составляющих транзисторов. Напряжение включения тиристора выражается через коэффициенты передачи тока базы двух транзисторов:

где Uпроб - напряжение лавинного пробоя коллекторного р-n-перехода;

с – коэффициент от 2 до 6 (берется из справочника);

Iупр – ток управления;

Iвкл. – ток включения.

Выпускаемые в настоящее время тиристоры изготовляются в основном методом двойной диффузии. Длина базы n-p-n-транзистора в структуре достаточно тонкая, и в поперечном магнитном поле практически не изменяется.

При противоположном направлении (В–) магнитного поля Uвкл соответственно увеличивается, рис. 3.15.

Недостатком описанной конструкции является трудность получения области с воспроизводимой скоростью поверхностной рекомбинации..

При противоположном направлении магнитного поля (В–) дырки отклоняются к правому коллектору К2. При этом левый тиристор выключается, а правый включается, и ток течет от анода к катоду К2. Описанные выше магнитотиристоры изготовляются по обычной планарной технологии на кремнии n-типа с удельным сопротивлением 100 ...200 и имеют размеры  мм.

3.8. МАРКИРОВКА ТИРИСТОРОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Класс переключающих диодов разнообразен. С 1980 года введен ГОСТ 20859.1-89, согласно которому в основу положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (буква или цифра) означают материал, из которого изготовлен тиристор германий – Г или 1, кремний К или 2, арсенид галлия – А или 3.

Второй элемент (буква) Н – диодный тиристор, У – триодный тиристор.

Третий элемент (число) обозначают основные функциональные возможности и номер разработки. От 101 до 199 динисторы маломощные с током до 0,3 А.

201–299 динисторы и тиристоры с током от 0,3 А до 10 А.

301–399 запираемые тиристоры малой мощности до 0,3 А.

401–499 запираемые тиристоры средней мощности от 0,3 А до 10 А.

501–599 симисторы незапираемые малой мощности до 0,3 А.

601–699 симисторы незапираемые средней мощности с током от 0.3 до 10 А.

Четвертый элемент (буква) означают типономинал прибора.

Для мощных тиристоров применяют буквенно-цифровой код согласно ГОСТ 20859.1–89.

Первый элемент буквы означающий вид прибора: Т – тиристор; ТЛ – лавинный тиристор; ТС – симистор; ТФ – фототиристор; ТМ – магнитотиристор; ТТ – тензотиристор; ТО – оптронный тиристор; ТЗ – запираемый тиристор; ТБК – комбинированно выключаемый тиристор; ТБ – тиристор быстродействующий; ТЧ – тиристор высокочастотный; ТД – тиристор – диод и т. д.

Второй элемент – означает подвид тиристора по коммутационным значениям: Ч – высокочастотный; Б – быстродействующий; И – импульсный.

Третий элемент – цифра (от 1 до 9) – порядковый номер разработки.

Четвертый элемент – цифра (от 1 до 9) указывает на классификационный размер корпуса тиристора.

Пятый элемент – цифра (от 1 до 9) означает конструктивное исполнение

Шестой элемент – максимально допустимый средний ток тиристора

Седьмой элемент – буква Х – для приборов с обратной полярностью

Восьмой элемент – число, умноженное на 100 – допустимое повторяющееся обратное напряжение.

Девятый элемент – группа из трех цифр означающая в таблице типономиналов; первая цифра – допустимая скорость нарастания напряжения – du/dt., вторая цифра – время включения тиристора; третья цифра – допустимая скорость нарастания тока.

Тиристор с надписью на баллоне ТО–171–200–12–432, что означает: тиристор оптронный первой модификации, шестигранник под ключ 41 мм, исполнение штыревое с гибким катодным выводом, максимально допустимый ток 200 А, допустимое повторяющееся обратное напряжение 1200 В, параметры по последним трем цифрам берутся из сопроводительного документа данного типа тиристора.

12.3

УСТРОЙСТВО АД С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток – ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка – сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.

На рис. 2.4 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе.

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины. На рис. 2.5 приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

На рис. 2.6 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Pн, Uн, Iн, nн, а также тип машины.

  1.   – это номинальная полезная мощность (на валу)
  2.   и – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, Y/∆.
  3.   – номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

  1.  315 – высота оси вращения в мм;
  2.  S – установочные размеры (они задаются в справочнике);
  3.  8 – число полюсов машины.

12.4

Электротехнические требования к РП 6—10 кВ, РТП и ТП 6-10/0,4 кВ

Электрооборудование распределительных устройств (РУ) всех видов и напряжений по номинальным данным должно удовлетворять условиям работы как при номинальных режимах, так и при коротких замыканиях, перенапряжениях и нормированных перегрузках.

Персонал, обслуживающий РУ, должен располагать схемами и указаниями по допустимым режимам работы электрооборудования в нормальных и аварийных условиях.

Класс изоляции электрооборудования должен соответствовать номинальному напряжению сети, а устройства защиты от перенапряжений — уровню изоляции электрооборудования.

При расположении электрооборудования в местностях с загрязненной атмосферой на стадии проектирования должно быть выбрано оборудование с изоляцией, обеспечивающей надежную работу без дополнительных мер защиты.

При эксплуатации оборудования с негрязестойкой изоляцией в местах с загрязненной атмосферой должны быть осуществлены меры, обеспечивающие надежную работу изоляции: в открытых распределительных устройствах (ОРУ) — усиление, обмывка, очистка, покрытие гидрофобными пастами; в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) — защита от проникновения пыли и вредных газов; в комплектных распределительных устройствах (КРУ) наружной установки — уплотнение шкафов, обработка изоляции гидрофобными пастами и установка электроподогрева с ручным или автоматическим управлением.

Температура воздуха внутри помещения ЗРУ в летнее время должна быть не выше 40 °С. В случае ее превышения должны быть приняты меры к понижению температуры оборудования или охлаждению воздуха. Температура в помещении комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) должна быть в пределах требований эксплуатационной технической документации изготовителя.

Должны быть приняты меры, исключающие попадание животных и птиц в помещение ЗРУ, камеры КРУ.

Покрытие полов должно быть таким, чтобы не происходило образования цементной пыли.

Помещение РУ, в котором установлены ячейки КРУЭ, а также помещения для их ремонта и технического обслуживания должны быть изолированы от других помещений и улицы. Стены, пол и потолок должны быть окрашены пыленепроницаемой краской. Уборка помещений КРУЭ должна производиться мокрым или вакуумным способом. Помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией с отсосом воздуха снизу. Воздух приточной вентиляции должен проходить через фильтры, предотвращающие попадание в помещение пыли.

Помещения с ячейками КРУЭ должны быть оборудованы устройствами, сигнализирующими о недопустимой концентрации элегаза и включающими приточно-вытяжную вентиляцию.

Между деревьями и токоведущими частями РУ должны быть расстояния, при которых исключена возможность перекрытия

Кабельные каналы и наземные лотки ОРУ и ЗРУ должны быть закрыты несгораемыми плитами, а места выхода кабелей из кабельных каналов, туннелей, этажей и переходы между кабельными отсеками должны быть уплотнены несгораемым материалом.

Туннели, подвалы, каналы должны содержаться в чистоте, а дренажные устройства обеспечивать беспрепятственный отвод воды.

Маслоприемники, маслосборники, гравийные подсыпки, дренажи и маслоотводы должны поддерживаться в исправном состоянии.

Уровень масла в масляных выключателях, измерительных трансформаторах и вводах должен оставаться в пределах шкалы маслоуказателя при максимальной и минимальной температурах воздуха.

Масло негерметичных вводов должно быть защищено от увлажнения и окисления.

За температурой разъемных соединений шин в РУ должен быть организован контроль по утвержденному графику.

Распределительные устройства напряжением 3 кВ и выше должны быть оборудованы блокировкой, предотвращающей возможность ошибочных операций разъединителями, отделителями, выкатными тележками комплектных РУ (КРУ) и заземляющими ножами. Блокировочные замки с устройствами опломбирования должны быть постоянно опломбированы.

Схема и объем блокировочных устройств определяется по РУ решением технического руководителя энергообъекта.

На столбовых трансформаторных подстанциях, переключательных пунктах и других устройствах, не имеющих ограждений, приводы разъединителей и шкафы щитков низкого напряжения должны быть заперты на замок

При размещении разъединителя 10-110 кВ на опоре МТП стационарные лестницы у площадки обслуживания должны быть сблокированы с разъединителями и заперты на замок.

Для наложения заземлений в РУ напряжением 3 кВ и выше должны, как правило, применяться стационарные заземляющие ножи. В действующих электроустановках, в которых заземляющие ножи не могут быть установлены по условиям компоновки или конструкции, заземление осуществляют с помощью переносных заземлителей.

Рукоятки приводов заземляющих ножей должны быть окрашены в красный цвет, а заземляющие ножи, как правило — в черный На дверях и внутренних стенках камер ЗРУ, оборудовании ОРУ, наружных и внутренних лицевых частях КРУ, сборках, а также на лицевой и оборотной сторонах панелей щитов должны быть выполнены надписи, указывающие назначение присоединений и их диспетчерское наименование.

На дверях РУ должны быть предупреждающие знаки в соответствии с требованиями «Правил применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках».

На предохранительных щитках и (или) у предохранителей присоединений должны быть надписи, указывающие номинальный ток плавкой вставки. На металлических частях корпусов оборудования должна быть обозначена расцветка фаз.

В РУ должны находиться переносные заземления, средства по оказанию первой помощи пострадавшим от несчастных случаев, защитные и противопожарные средства.

Для РУ, обслуживаемых оперативно-выездными бригадами (ОВБ), переносные заземления, средства по оказанию первой помощи, защитные и первичные средства пожаротушения могут находиться у ОВБ. Осмотр оборудования РУ без отключения от сети должен быть организован:

  1.  на объектах с постоянным дежурством персонала: не реже 1 раза в сутки; в темное время суток для выявления разрядов, коронирования — не реже 1 раза в месяц;
  2.  на объектах без постоянного дежурства персонала — не реже 1 раза в месяц, а в трансформаторных и распределительных пунктах — не реже 1 раза в 6 мес.

При неблагоприятной погоде (сильный туман, мокрый снег, гололед и т.п.) или усиленном загрязнении на ОРУ, а также после отключения оборудования при коротком замыкании должны быть организованы дополнительные осмотры.

О всех замеченных неисправностях должны быть произведены записи и поставлен в известность вышестоящий оперативно-диспетчерский и инженерно-технический персонал.

Неисправности должны быть устранены в кратчайший срок. При изменении окраски оболочки токопровод должен быть отключен.

Шкафы управления выключателей и разъединителей, верхняя часть которых расположена на высоте 2 м и более, должны иметь стационарные площадки обслуживания.

При обнаружении утечек сжатого воздуха у отключенных воздушных выключателей прекращение подачи в них сжатого воздуха должно производиться только после снятия напряжения с выключателей с разборкой схемы разъединителями.

Шкафы с аппаратурой устройств релейной зашиты и автоматики, связи и телемеханики, шкафы управления и распределительные шкафы воздушных вык- лючателей, а также шкафы приводов масляных выключателей, отделителей, короткозамыкателей и двигательных приводов разъединителей, установленные в РУ, в которых температура окружающего воздуха может быть ниже допустимого значения, должны иметь устройства электроподогрева. Масляные выключатели должны быть оборудованы устройством электроподогрева днищ баков и корпусов, включаемым при понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимой.

В масляных баковых выключателях, установленных в районах с низкими зимними температурами окружающего воздуха (ниже -25...-30 °С), должно применяться арктическое масло или выключатели должны быть оборудованы устройством электроподогрева масла, включаемым при понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимой.

В схемах питания электромагнитов управления приводов должна быть предусмотрена защита от длительного протекания тока.

Комплектные распределительные устройства 6-10 кВ должны иметь быстродействующую защиту от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

У воздушных выключателей должно периодически проверяться наличие вентиляции внутренних полостей изоляторов (для выключателей, имеющих указатели).

Периодичность проверок должна быть установлена на основании рекомендаций заводов-изготовителей.

После спуска воздуха из резервуаров и прекращения вентиляции изоляция выключателя перед включением его в сеть должна быть просушена продувкой воздуха через систему вентиляции.

Автоматическое управление, защита и сигнализация воздухоприготовительной установки, а также предохранительные клапаны должны систематически проверяться и регулироваться согласно действующим нормативно- техническим документам.

Осушка сжатого воздуха для коммутационных аппаратов должна осуществляться термодинамическим способом.

Требуемая степень осушки сжатого воздуха обеспечивается при кратности перепада между номинальным компрессорным и номинальным рабочим давлением коммутационных аппаратов не менее двух — для аппаратов с номинальным рабочим давлением 20 кгс/ см2 (2 МПа) и не менее четырех — для аппаратов с номинальным рабочим давлением 26...40 кгс/см2 (2,6...4 МПа).

В целях уменьшения влагосодержания рекомендуется дополнительно применять адсорбционные методы осушки сжатого воздуха.

Влага из всех воздухосборников компрессорного давления 40...45 кгс/см2 (4...4,5 МПа) должна удаляться не реже 1 раза в 3 сут, а на объектах без постоянного дежурства персонала — по утвержденному графику.

Днища воздухосборников и спускной вентиль должны быть утеплены и оборудованы устройством электроподогрева, включаемым на время, необходимое для таяния льда при отрицательных температурах наружного воздуха. Удаление влаги из конденсатосборников групп баллонов давлением 230 кгс/см2 (23 МПа) должно осуществляться автоматически при каждом запуске компрессоров. Во избежание замерзания влаги нижние части баллонов и конденсатосборники должны быть установлены в теплоизоляционной камере с электроподогревом*.

*За исключением баллонов, установленных после блоков очистки сжатого воздуха.

Продувка влагоотделителя блока очистки сжатого воздуха (БОВ) должна производиться не реже 3 раз в сутки. Проверка степени осушки — точки росы воздуха на выходе из БОВ — должна производиться 1 раз в сутки. Точка росы должна быть не выше -50 °С при положительной температуре окружающего воздуха и не выше -40 °С — при отрицательной температуре.

Резервуары воздушных выключателей и других аппаратов, а также воздухосборники и баллоны должны удовлетворять требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора России.

Резервуары воздушных выключателей и других аппаратов высокого напряжения регистрации в органах Госгортехнадзора России не подлежат. Внутренний осмотр и гидравлические испытания воздухосборников и баллонов компрессорного давления должны проводиться в соответствии с Правилами Госгортехнадзора России. Внутренний осмотр резервуаров воздушных выключателей и других аппаратов должен производиться при средних ремонтах.

Гидравлические испытания резервуаров воздушных выключателей должны проводиться в тех случаях, когда при осмотре обнаруживаются дефекты, вызывающие сомнение в достаточной прочности резервуаров. Внутренние поверхности резервуаров должны иметь антикоррозионное покрытие.

Сжатый воздух, используемый в воздушных выключателях и приводах других коммутационных аппаратов, должен быть очищен от механических примесей с помощью фильтров, установленных в распределительных шкафах каждого воздушного выключателя или на питающем приводе каждого аппарата воздухопровода. После окончания монтажа воздухоприготовительной сети перед первичным наполнением резервуаров воздушных выключателей и приводов других аппаратов должны быть продуты все воздухопроводы.

Для предупреждения загрязнения сжатого воздуха в процессе эксплуатации должны производиться продувки:

• магистральных воздухопроводов при плюсовой температуре окружающего воздуха — не реже раза в 2 мес;

  1.  воздухопроводов отпаек в сети до распределительного шкафа и от шкафов до резервуаров каждого полюса выключателей и приводов других аппаратов с их отсоединением от аппарата — после каждого среднего ремонта аппарата:
  2.  резервуаров воздушных выключателей — после текущих и средних ремонтов.

Контроль концентрации элегаза в помещении КРУ и ЗРУ должен производиться с помощью специальных приборов на высоте 10... 15 см от уровня пола.

Концентрация элегаза в помещении не должна превышать допустимых норм, указанных в инструкциях заводов-изготовителей аппаратов. Выключатели и их приводы должны быть оборудованы указателями отключенного и включенного положения.

На выключателях со встроенным приводом или с приводом, расположенным в непосредственной близости от выключателя и не отделенным от него сплошным непрозрачным ограждением (стенкой), допускается установка одного указателя — на выключателе или на приводе. На выключателях, наружные контакты которых ясно указывают включенное положение, наличие указателя на выключателе и встроенном или не отгороженном стенкой приводе необязательно.

Приводы разъединителей, заземляющих ножей, отделителей, короткозамыкателей и других аппаратов, отделенных от аппаратов стенкой, должны иметь указатели отключенного и включенного положений.

Вакуумные дугогасительные камеры (КДВ) должны испытываться в объемах и в сроки, установленные инструкциями заводов-изготовителей выключателей. При испытании КДВ повышенным напряжением с амплитудным значением более 20 кВ необходимо использовать экран для защиты персонала от возникающих рентгеновских излучений.

Первый текущий и средний ремонт оборудования РУ должен производиться в сроки, указанные в технической документации заводов-изготовителей. Периодичность последующих средних ремонтов может быть изменена, исходя из опыта эксплуатации. Изменение периодичности ремонтов по присоединениям, находящимся в ведении диспетчера энергосистемы, осуществляется решением технического руководителя АО-энерго, а по остальным присоединениям — решением технического руководителя энергообъекта.

Текущий ремонт оборудования РУ, а также проверки его действия (опробования) должны производиться по мере необходимости в сроки, установленные техническим руководителем энергообъекта.

После исчерпания ресурса должен производиться средний ремонт оборудования РУ независимо от продолжительности его эксплуатации. Испытания электрооборудования РУ должны быть организованы в соответствии с «Нормами испытания электрооборудования».

13.1

КОНДЕНСАТОР, ЕГО ФОРМУЛА

Два проводника разделенных диэлектриком называются конденсатором.

Часто в качестве диэлектриков берут конденсаторную бумагу, слюду, различные керамики, сегнетодиэлектрики, а иногда и электролиты. Последние обладают значительными емкостями, но они полярны и не могут быть применены в цепях переменного тока.

Формула конденсатора описывается уравнением

где е – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

S – площадь перекрытия пластин;

d – расстояние между пластинами.

Из формулы следует, что для получения конденсатора большой емкости необходимо иметь диэлектрик с высокой относительной диэлектрической проницаемостью среду и большую площадь перекрытия пластин, при этом расстояние между пластинами должно быть минимальным, что грозит пробою по напряжению.

Конденсаторы на схемах обозначаются:

Конденсаторы в схема могут соединятся как последовательно, так и параллельно.

Для работы в цепях с высоким напряжением конденсаторы включают последовательно.

Для получения больших емкостей конденсаторы включают параллельно.

Конденсаторы, включенные последовательно, имеют одинаковый заряд Q.

Из формулы конденсатора следует, что отношение величины заряда к величине напряжения на пластинах есть величина постоянная и называется емкость конденсатора.

Чем меньше емкость конденсатора, тем больше на нем напряжение .

Все конденсаторы схемы включены параллельно и находятся под одинаковым напряжением U.

Емкость конденсаторной батареи равна алгебраической сумме емкостей отдельных конденсаторов

 

13.2

Газовая защита тр-ра, назначение, схема, конструкция газового реле.

Область применения, принцип действия и устройство газовых реле. Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители.

Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и более, а также на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 1000-4000 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или отсечки и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более. На трансформаторах мощностью 1000–4000 кВА применение газовой защиты при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным. Применение газовой защиты является обязательным также на внутрицеховых трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 630 кВА и более независимо от наличия других быстродействующих защит.

Действие газовой защиты основано на том, что всякие, даже незначительные, повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора (автотрансформатора) вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора). Кроме того, газовая защита действует на сигнал и на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора.

Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов (автотрансформаторов) от внутренних повреждений. Она реагирует на такие опасные повреждения, как замыкания между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточного значения тока при этом виде повреждения.

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные.

Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора (автотрансформатора) и расширителем, как показано на рис. 4.27. Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха. У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры (или пластмассовые шарики). На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные с выводными зажимами на крышке реле.

Ртутный контакт представляет собой стеклянную запаянную колбочку с впаянными в ее верхнюю часть двумя контактами. Колбочка содержит небольшое количество ртути, которая при определенном положении колбочки замыкает между собой оба контакта. чем создается цепь через реле.

Конструкция наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рис. 4.28. Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты. Нормально, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом разомкнут. При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют верхнюю часть реле и вытесняют масло.

С понижением уровня масла в реле поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, вследствие чего происходит замыкание ртутных контактов в цепи предупредительной сигнализации. При дальнейшем медленном газообразовании реле не может подействовать на отключение, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель. Аналогично работает сигнальный элемент и при понижении уровня масла в реле по другим причинам, например из-за утечки масла из бака трансформатора или понижения температуры. Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле.

При бурном газообразовании вследствие повышения давления в баке трансформатора (автотрансформатора) возникает сильный поток масла и газа в расширитель через газовое реле. При скорости движения потока газов и масла 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути движения потока, опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при КЗ в трансформаторе (автотрансформаторе) сразу возникает бурное газообразование, газовая защита производит отключение с небольшим временем —0,1—0,3 с. Отключающий элемент работает так же при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

У лопастных реле сигнальный элемент выполняется так же, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующим на отключение.

Пример лопастного реле приведен на рис. 4.29. Лопасть 5 расположена против входного отверстия реле со стороны бака трансформатора (автотрансформатора) и действует так же, как поплавок у реле ПГ-22. Для регулирования скорости срабатывания в пределах 0,5—1,5 м/с предусмотрена возможность изменения площади лопасти, на которую воздействует поток газов и масла. Отключающий поплавок 4 защищен от потока масла и газов экраном 11 и поэтому срабатывает только при понижении уровня масла. Если действие на отключение при понижении уровня масла не требуется, то оно может быть выведено ввертыванием пробки 12.

У чашечных реле вместо поплавков используются открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычные открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Принцип действия отключающего элемента чашечного реле показан на рис. 4.30. Открытая чашка 1 с ушком 2 может поворачиваться на оси 3. С чашкой связана колодка 4, на которой укреплены подвижный контактный мостик 5, лопасть 6 и пластина 7, сцепленная с нижним концом пружины 8. Верхний конец пружины 8 и неподвижные контакты 9 укреплены на неподвижной части газового реле. Сигнальный и отключающий элементы помещены в корпус 10 (такой же, как у газового реле типа ПГ-22). Сигнальный элемент выполнен аналогично, но чашка не имеет лопасти.

Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном положении пружинами 8.

При понижении уровня масла в корпусе реле вследствие скопления газа в его верхней части верхняя чашка под воздействием момента, создаваемого весом масла, находящегося в чашке и превышающего момент пружины 8, поворачивается на оси 3. При этом контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 9 в цепи предупредительной сигнализации. Аналогично срабатывают сигнальный и отключающий элементы при понижении уровня масла в корпусе реле по другим причинам, например при утечке масла из бака трансформатора (автотрансформатора) или понижении температуры. При этом отключающий элемент, расположенный ниже сигнального, срабатывает при более глубоком понижении уровня масла в реле.

При повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся бурным газообразованием, поток масла и газов, устремляющийся в расширитель через газовое реле, воздействует на лопасть 6 отключающего элемента (нижней чашки). При этом колодка 4 поворачивается на оси 11 и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 9 в цепи отключения выключателей поврежденного трансформатора (автотрансформатора).

Предусматривается следующее использование элементов газового реле: при слабом газообразовании — на сигнал и при интенсивном — на отключение. Допускается действие на сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах (автотрансформаторах), имеющих дифференциальную защиту или отсечку, трансформаторах не имеющих выключателей, а также внутрицеховых трансформаторах мощностью 1600 кВА и менее при наличии защиты от КЗ со стороны источника питания. Для обеспечения действия газовой защиты на отключение при кратковременном замыкании контактов газового реле выполняется подхват отключающего импульса.

Большое распространение в последние годы получили газовые реле, изготовленные в ГДР: реле Бухгольца (типа BF80/Q) и струйные реле (типа URF 25/10). Реле BF 80/Q (рис. 4.31) имеет .сигнальный и два отключающих элемента. Сигнальный элемент управляется шарообразным пластмассовым поплавком 1. Отключающий элемент, кроме такого же поплавка 3, содержит пластину2, установленную поперек потока масла и маслогазовой смеси. Контактная система сигнального и отключающего элементов выполнена при помощи магнитоуправляемых гер конов (см. гл. 3), замыкание которых происходит при воздействии на них постоянных магнитов, перемещаемых поплавками и поворотной пластиной. В отключающем элементе постоянный магнит можно установить в одном из трех положений, соответствующих следующим уставкам скорости срабатывания: 0,65—1—1,5 м/с.

Время срабатывания реле зависит от кратности действительной скорости потока масла по отношению к уставке. При кратности 1,25 время срабатывания не превышает 0,15 с; при кратности 1,5—не более 0,1 с. Коммутационная способность контактов: 2 А при 220 В постоянного тока, переходное сопротивление контактов не более 0,3 Ом. Реле снабжено устройством для ручного опробования работоспособности обоих элементов. Реле имеет кран для отбора проб газа. На трансформаторах с регулированием под нагрузкой коэффициента трансформации (РПН) для защиты устройства РПН от повреждений внутри его бака применяется газовое реле типа URF 25/10, называемое струйным. Эти реле имеют один отключающий элемент, реагирующим органом которого является поворотная пластина, установленная поперек потока маслогазовой смеси; как и у реле типа BF80/Q, поворотная пластина при срабатывании реле перемещает постоянный магнит, который переключает геркон. При срабатывании реле поворотная пластина фиксируется в сработавшем положении до возврата вручную. Это не дает возможности включить в работу трансформатор, отключившийся газовой защитой, до принятия необходимых мер и ручного возврата струйного реле. Для возврата отключающего элемента реле предусмотрено устройство, которое служит также и для опробования работоспособности реле.

13.3

6. Устройство синхронной машины

Конструктивная схема машины. В зависимости от расположения якоря синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой и средней мощности (рис. 285) выполняют с неподвижным якорем для удобства отвода электрической энергии от обмотки якоря или ее подвода к ней. Поскольку мощность возбуждения невелика, подвод постоянного тока к расположенной на роторе обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. В синхронных машинах с неподвижным якорем якорь 3 выполнен так же, как и статор асинхронной машины. На нем имеются пазы, в которых уложена трехфазная обмотка. Сердечник якоря запрессован в остов 2, для крепления машины на остове имеются лапы 6. Возможно также крепление с помощью фланца или другими способами. На валу ротора 4 установлен вентилятор 5, обеспечивающий охлаждение машины. Возбуждение синхронной машины осуществляется в данном случае от возбудителя 1.

Конструкция ротора.

В машинах с неподвижным якорем применяют две различные конструкции ротора: явнополюсную (рис. 286, а) и неявнополюсную (рис. 286,б). Явнополюсный (с явновыраженными полюсами) ротор обычно используют в машинах с четырьмя и большим числом полюсов. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек 2 прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках 3 полюсов и укрепляют полюсными наконечниками 1.Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из листовой стали. Двухполюсные и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, выполняют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно, так как не обеспечивается необходимая механическая прочность крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения 2 в такой машине размещается в пазах сердечника 5 ротора, изготовленного из массивной стальной поковки, и укрепляется в них немагнитными металлическими клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят стальными массивными бандажами. Примерно 1/3 каждого полюсного деления ротора не имеет пазов; эти части образуют так называемые «большие зубцы» 4, через которые входит и выходит поток возбуждения.

По своему назначению синхронные машины подразделяют на турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы и синхронные двигатели. Назначение машины в значительной степени определяет и ее конструкцию. Турбогенераторы, приводимые во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, выполняют неявнополюсными. Для получения стандартной частоты 50 Гц они должны иметь при двух полюсах частоту вращения 3000 об/мин, а при четырех полюсах –1500 об/мин. Гидрогенераторы приводятся во вращение тихоходными турбинами, частота вращения которых составляет несколько десятков или сотен оборотов в минуту, поэтому они выполняются с большим числом полюсов (16–96) и имеют явнополюсные роторы. Дизель-генераторы, работающие от двигателей внутреннего сгорания, и синхронные двигатели небольшой и средней мощности выполняют обычно явнополюсными, мощные же двигатели — неявнополюсными.

Дизель-генераторы и синхронные двигатели выполняют, как правило, с горизонтальным расположением вала (рис. 287, а). В дизель-генераторе обычно имеется один подшипник; в качестве второй опоры ротора используется подшипник самого дизеля, вал которого жестко соединяется с валом ротора генератора. В синхронных машинах с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках (рис. 287, 6) размещаются стержни беличьей клетки, выполненной из меди или латуни. С торцовых сторон ротора стержни соединяются с короткозамыкающими кольцами. В генераторах эту клетку называютдемпферной обмоткой; она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при резких изменениях режима работы машины. В синхронных двигателях беличья клетка служит в качестве пусковой обмотки.

УСТРОЙСТВО СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Конструктивная схема машины. Синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой мощности для удобства отвода электрической энергии со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем (рис. 6.2, а). Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3—2%), подвод постоянного

Рис. 6.2. Конструктивная схема синхронной машины с неподвижным и вращающимся якорем:

1 - якорь; 2 - обмотка якоря; 3 - полюсы индуктора; 4 - обмотка возбуждения; 5 - кольца и щетки

тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. Синхронные машины небольшой мощности выполняют как с неподвижным, так и с вращающимся якорем. В обращенной синхронной машине с вращающимся якорем и неподвижным индуктором (рис. 6.2, б) нагрузка подключается к обмотке якоря посредством трех колец.

 

Рис. 6.3. Роторы синхронных неявнополюсной и явнополюсной машин:

1 — сердечник ротора; 2 — обмотка возбуждения

Конструкция ротора. В синхронных машинах применяют две различные конструкции ротора: неявнополюсную — с неявновыраженными полюсами (рис. 6.3, а) и явнополюсную — с явновыраженными полюсами (рис. 6.3, б).

Двух- и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, изготовляют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят с помощью стальных массивных бандажей. Для получения приблизительно синусоидального распределения магнитной индукции обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 полюсного деления.

Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя полюсами и более. Обмотку возбуждения в этом случае выполняют в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют с помощью полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из листовой стали.

Рис. 6.4. Устройство явнополюсной машины: 1 — корпус; 2 — сердечник статора; 3— обмотка статора; 4 — ротор; 5 — вентилятор; 6 — выводы обмоток; 7 —контактные кольца; 8 — щетки;9 - возбудитель

Рис. 6.5. Устройство пусковой обмотки в синхронных двигателях: 1 — полюсы ротора; 2 — короткозамыкающие кольца; 3 — стержни «беличьей клетки»; 4 — полюсные наконечники

В синхронной машине (рис. 6.4) сердечник статора собирают из изолированных листов электротехнической стали и на нем располагают трехфазную обмотку якоря. На роторе размещают обмотку возбуждения. В явнополюсных машинах полюсным наконечникам обычно придают такой профиль, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

В полюсных наконечниках синхронных двигателей с явно-полюсным ротором размещают стержни пусковой обмотки (рис. 6.5), выполненной из материала с повышенным удельным электрическим сопротивлением (латуни). Такую же обмотку (типа «беличья клетка»), состоящую из медных стержней, применяют и в синхронных генераторах; ее называют успокоительной илидемпферной обмоткой, так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих в переходных режимах работы синхронной машины. Если синхронная машина выполнена с массивными полюсами, то при пуске и переходных режимах в них возникают вихревые токи, действие которых эквивалентно действию тока в короткозамкнутой обмотке.

Рис. 6.6. Схемы возбуждения синхронной Машины: 1 - обмотка якоря; 2 - ротор генератора; 3 - обмотка возбуждения; 4 - кольца; 5 - щетки; 6 - регулятор напряжения; 7 - возбудитель; 8 - выпрямитель; 9 - обмотка якоря возбудителя; 10 - ротор возбудителя; 11 - обмотка возбуждения возбудителя; 12- подвозбудитель; 13 - обмотка возбуждения подвозбудителя

Питание обмотки возбуждения. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают системы независимого возбуждения и самовозбуждения. При независимом возбуждении в качестве источника для питания обмотки возбуждения служит генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины (рис. 6.6, а), либо отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращение синхронным или асинхронным двигателем. При самовозбуждении обмотка возбуждения питается от обмотки якоря через управляемый или неуправляемый выпрямитель — обычно полупроводниковый (рис. 6.6, б). Мощность, необходимая для возбуждения, сравнительно невелика и составляет 0,3 — 3% от мощности синхронной машины.

В мощных генераторах кроме возбудителя обычно применяют подвозбудитель – небольшой генератор постоянного тока, служащий для возбуждения основного возбудителя. Основным возбудителем в этом случае может служить синхронный генератор совместно с полупроводниковым выпрямителем. Питание обмотки возбуждения через полупроводниковый выпрямитель, собранный на диодах или на тиристорах, широко применяют как в двигателях и генераторах небольшой и средней мощности, так и в мощных турбо- и гидрогенераторах (тиристорная система возбуждения). Регулирование тока возбуждения Iв осуществляется автоматически специальными регуляторами возбуждения, однако в машинах небольшой мощности применяется регулировка и вручную реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. При необходимости форсирования возбуждения генератора повышают напряжение возбудителя и увеличивают выходное напряжение выпрямителя.

В современных синхронных генераторах применяют так называемую бесщеточную систему возбуждения (рис. 6.6, в). При этом в качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря расположена на роторе, а выпрямитель укреплен непосредственно на валу. Обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудителя, снабженного регулятором напряжения. При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что существенно повышает надежность системы возбуждения.

13.4

Преобразователи частоты. Классификация, режимы работы, функциональные схемы. Сравнительный анализ выходного спектра ПЧ.

Преобразователем частоты называется устройство, осуществляющее трансформацию (перенос) частот исходного сигнала из одной области частот в другую.

ПЧ состоит (рис. 4.37) из преобразовательного элемента (ПЭ), генератора сигнала несущей частоты (гетеродина) и электрического фильтра [5].

Иногда гетеродин рассматривается как отдельное устройство, не входящее в состав ПЧ.

ПЧ широко применяются в составе систем многоканальной, радиорелейной и спутниковой связи, в телевизионных и факсимильных АСП, измерительных устройствах и т.д. В связи ПЧ исторически называют модуляторами, т.к. процесс преобразования частоты можно интерпретировать как фильтрацию ВБП (НБП) амплитудно-модулированного сигнала.

классификация ПЧ

1. По виду входного сигнала различают:

  1.  индивидуальные,
  2.  групповые ПЧ.

2. По характеру сопротивления ПЭ

  1.  Резистивные,
  2.  реактивные (как правило, емкостные) ПЧ.

3. По типу ПЭ выделяют:

  1.  пассивные (диодные),
  2.  активные (транзисторные) ПЧ.

4. По способу включения ПЭ существуют:

  1.  однотактные,
  2.  двухтактные (балансные),
  3.  кольцевые (двойные балансные) ПЧ.

5. По исполнению ПЭ различают:

  1.  дискретные,
  2.  интегральные ПЧ.

При оценке качества функционирования ПЧ пользуются общепринятыми характеристиками и параметрами, которые в применении к ПЧ нуждаются в уточнении.

Рабочее затухание ПЧ характеризует потерю мощности (напряжения) преобразуемого сигнала.

Коэффициент передачи по мощности Кпр.м и напряжению Кпр.н определяются как:

Частотной характеристикой затухания ПЧ является зависимость его рабочего затухания от частоты преобразуемого сигнала .

Амплитудной характеристикой ПЧ принято называть зависимость его рабочего затухания от уровня сигнала на его входе.

Наиболее простым является однотактный пассивный (диодный) преобразователь частоты (рис. 4.38,а).

 

 

Часто используют балансные (двухтактные) схемы ПЧ, в которых удается схемным путем существенно подавить (ослабить) гармоники гетеродина.

В последовательном пассивном (диодном) балансном ПЧ (рис. 4.39) при симметрии полуобмоток трансформаторов Т1,Т2 и диодов VD1,VD2 в выходной обмотке Т2 напряжение генератора наводиться не будет, т.к. магнитные потоки, вызванные противонаправленными токами i1 , i2, взаимно компенсируются. Следовательно, на вход фильтра гармоники генератора (частоты кfн, к = 1,2,…) не поступают, что позволяет существенно упростить требования к фильтру.

 

 

 

Сравнивая (4.2) и (4.3), можно утверждать, что спектр на выходе балансного ПЧ совпадает с малосигнальным спектром однотактного ПЧ (рис.4.39,г). Крестиком отмечены подавленные гармоники несущей.

Параллельный балансный пассивный (диодный) ПЧ, варианты построения которого показаны на рис.4.40, позволяет устранить один дифференциальный трансформатор (на рис.4.40,а это Т1), а мостовой диодный балансный ПЧ (рис.4.41) позволяет вообще исключить трансформаторы со средней точкой. 

 В поперечно-мостовой схеме (рис. 4.41,а) сигнал генератора не поступает на выходную обмотку Т2 из-за применения уравновешенного моста, диагонали которого развязаны, т.е. напряжение в диагонали ab от генератораUн(t) равно нулю. Аналогично, равно нулю в диагонали cd напряжение от источника сигнала . Подобное свойство, справедливое и для предыдущих вариантов балансных ПЧ, позволяет питать несколько преобразователей частоты от одного общего генератора.

Наиболее совершенной является схема двойного балансного (кольцевого) ПЧ, показанная на рис.4.42,а.

 

 Ее упрощенный электромеханический аналог показан на рис.4.42,б, а работа ключей (диодов) во времени – на рис. 4.42,в,г. Исходя из модели и учитывая, что ключи Кл3 и Кл4 (VD3, VD4) осуществляют коммутацию полярности сигнала U1(t), можно прийти к форме сигнала U2(t) в данной схеме (рис.4.42,д).

Из (4.5) следует, что спектр сигнала в сечении 2 – 2 содержит только комбинации сигнальной частоты с нечетными гармониками несущей, остальные побочные продукты, в том числе канал прямого прохождения, подавляются за счет балансности схемы ПЧ. Следует отметить, что по сравнению с рассмотренными выше ПЧ, на выходе схемы кольцевого преобразователя напряжение основного продукта на частоте fн ± Fс больше в 2 раза (на 6 дБ).

 

Симметрирование диодных балансных ПЧ

Преимущества балансной и кольцевой схем ПЧ реализуются только при тщательном подборе пар диодов и симметрировании трансформаторов Т1 и Т2.

С этой целью практические схемы балансных и кольцевых ПЧ дополняются элементами балансировки (рис.4.44). Для компенсации ЭДС, наводимой в выходной обмотке напряжением генератора Uн(t), необходимо, чтобы были равны токи, протекающие в полуобмотках, которые в свою очередь должны иметь одинаковое количество витков. Токи зависят от величины сопротивлений диодов, следовательно, необходима идентичность сопротивлений диодов в прямом (Rпр) и обратном (Rобр) направлении. Из-за неидеальности технологии изготовления всегда имеется производственный разброс параметров диодов. Поэтому при изготовлении аппаратуры прежних поколений производили подбор пар и четверок идентичных диодов.

Кроме того, для уменьшения относительного неравенства прямых сопротивлений Rпр диодов последовательно с ними включают добавочное сопротивление R1 (см. рис.4.44,а), а для выравнивания таким же образом обратных сопротивлений Rобр диоды шунтируются резисторами R2 . Величины сопротивлений R1 и R2 выбираются из условий

 R1 > Rпр ; R2 < Rобр.

В настоящее время данные методы хотя и применяются, но считаются устаревшими, а в ПЧ чаще используют интегральные микросхемы (ИМС), являющиеся сборками из необходимого числа диодов. Идентичность параметров диодов в сборке обеспечивается за счет единого технологического цикла, а их компактное расположение обеспечивает одинаковое изменение параметров в процессе эксплуатации.

 

Активные преобразователи частоты

Существенные недостатки пассивных ПЧ, рассмотренные выше, обусловили в настоящее время широкое использование активных (транзисторных) преобразователей.

Они позволяют обеспечить усиление преобразуемого сигнала (Апр < 0); в них проще достигается согласование с внешними цепями и балансировка, т.к. есть возможность варьировать режим работы каждого транзистора. Принцип работы транзисторных ПЧ практически не отличается от работы диодных. Некоторые различия связаны с обеспечением режима работы транзистора по постоянному и переменному току, а также возможностью подачи напряжений сигнала и гетеродина на различные электроды транзистора.

На рис.4.45 приведена схема однотактного активного ПЧ, где сигнал через трансформатор Т1 подается на базу транзистора VT, а несущая (гетеродин) – через Т3 на эмиттер. Напряжение комбинационных продуктов снимается с выходной обмотки Т2 и фильтруется (ЭФ). Спектр сигнала в сечении 2 – 2 такого ПЧ совпадает по составу со спектром однотактного пассивного ПЧ (см. рис.4.38,д).

 

 

 

 

 Режим работы данных ПЧ по постоянному току и балансировка обеспечиваются элементами R1…R4 и С1…С3. Малосигнальный спектр определяется выражениями (4.3)…(4.5), а его состав аналогичен показанным на рис.4.39,г и 4.43,б.

 Здесь дифференциальная пара VТ5 и VТ6 выполняет роль дифференциального трансформатора Т1 в схеме на рис. 4.48, дифференциальные пары VТ1, VТ2 и VТ3,VТ4, коллекторы которых соединены перекрестно, выполняют функции нелинейных элементов VТ1… VТ4 на рис.4.48 и одновременно дифференциальных трансформаторов Т3 и Т2. Наличие элементов, определяющих режим работы транзисторов по постоянному току, существенно усложняет схему на рис.4.49,б. Тем не менее, она вполне доступна для интегрального исполнения. На основе данной схемы разработаны и серийно выпускаются ИМС К526ПС1, К140МА1 и другие, получившие название аналоговых перемножителей.

Необходимо отметить, что в качестве индивидуальных ПЧ в АСП с ЧРК нашли применение диодные мостовые преобразователи как наиболее дешевые и не требующие дифференциальных трансформаторов. При этом требуемое подавление гармоник гетеродина дополнительно обеспечивается высокоизбирательными канальными полосовыми фильтрами. В аппаратуре группового преобразования используются в основном кольцевые диодные и балансные транзисторные преобразователи частоты.

14.1

Магни́тная инду́кция

  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно, — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля на заряд , движущийся со скоростью , равна

где косым крестом обозначено векторное произведение,

α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярно им обоим и направлено по правилу правой руки).

Также магнитная индукция может быть определена[2] как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В системе СИ — в теслах (Тл)

Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Индуктивность.

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток Ф через контур из этого проводника пропорционален модулю индукции магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля в свою очередь пропорциональна силе тока в проводнике. Следовательно, магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре:

Ф = LI. (55.1)

Коэффициент пропорциональности L между силой тока I в контуре и магнитным потоком Ф, создаваемым этим током, называется индуктивностью. Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

 Единица индуктивности.

За единицу индуктивности в Международной системе принимается генри (Гн). Эта единица определяется на основании формулы (55.1):

.(55.2)

Индуктивность контура равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А магнитный поток через контур равен 1 Вб:

.

 Самоиндукция.

При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке. Явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока в этой цепи называется самоиндукцией. В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи. Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав электрическую цепь из катушки с большой индуктивностью, резистора, двух одинаковых ламп накаливания и источника тока (рис. 197).

Резистор должен иметь такое же электрическое сопротивление, как и провод катушки. Опыт показывает, что при замыкании цепи электрическая лампа, включенная последовательно с катушкой, загорается несколько позже, чем лампа, включенная последовательно с резистором. Нарастанию тока в цепи катушки при замыкании препятствует ЭДС самоиндукции, возникающая при возрастании магнитного потока в катушке. При отключении источника тока вспыхивают обе лампы. В этом случае ток в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции, возникающей при убывании магнитного потока в катушке.

ЭДС самоиндукции , возникающая в катушке с индуктивностью L, по закону электромагнитной индукции равна

,

или

.(55.3)

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке.

Используя выражение (55.3), можно дать второе определение единицы индуктивности: элемент электрической цепи обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении силы тока в цепи на 1 А за 1 с в нем возникает ЭДС самоиндукции 1 В.

Энергия магнитного поля.

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Энергию магнитного поля катушки индуктивности можно вычислить следующим способом. Для упрощения расчета рассмотрим такой случай, когда после отключения катушки от источника ток в цепи убывает со временем по линейному закону. В этом случае ЭДС самоиндукции имеет постоянное значение, равное

,(55.4)

где t — промежуток времени, за который сила тока в цепи убывает от начального значения I до 0. За время t при линейном убывании силы тока от I до 0 в цепи проходит электрический заряд:

,(55.5)

поэтому работа электрического тока равна

(55.6)

Эта работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки. Энергия магнитного поля катушки индуктивности равна половине произведения ее индуктивности на квадрат силы тока в ней:

. (55.7)

14.2

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток протекающий через первичную обмотку невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (например, ферромагнитного материала, например, из трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Характеристическая величина трансформатора, представляющая собой напряжение, которое нужно приложить к первичной обмотке, при условии, что вторичная обмотка замкнута накоротко и в ней протекает номинальный ток. Номинальнре напряжение короткого замыкания. составляет 5 - 12% от номинального напряжения трансформатора.

Мощность при этом режиме расходуется на покрытие потерь в обмотках трансформатора.

14.3

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.

Как устроены электродвигатели постоянного тока

Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки:

,

где I – ток, протекающий по проводнику;

 В – индукция магнитного поля;

L - длина проводника.

При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-ЭДС). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

Индуктор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Для получения простейшей модели электропривода постоянного тока, описывающей установившиеся (статические) режимы и позволяющей получить основные характеристики, воспользуемся схемой на рис. 3.1. Будем полагать, что якорная цепь питается от независимого источника с напряжением U* , сопротивление цепи якоря R постоянно, магнитный поток Ф определяется лишь током возбуждения и не зависит от нагрузки (реакция якоря не проявляется), индуктивные параметры цепей пока не учитываются, поскольку рассматриваются лишь установившиеся (статические) режимы. Взаимодействие тока I в обмотке якоря с магнитным потоком Ф, создаваемым обмотками, расположенными на полюсах машины, приводит в соответствии с законом Ампера и возникновению электромагнитных сил, действующих на активные проводники обмотки и, следовательно, электромагнитного момента М:

(3.1)

где k- конструктивный параметр машины.

В движущихся с угловой скоростью  в магнитном поле под действием момента М проводниках обмотки якоря в соответствии с законом Фарадея наводится ЭДС вращения Е:

E = kФw , (3.2)

направленная в рассматриваемом случае встречно по отношению к вызвавшей движение причине – ЭДС источника питания U. В соответствие со вторым законом Кирхгоффа для якорной цепи машины справедливо уравнение:

U-E = IR. (3.3)

Уравнения (3.1)-(3.3) – простейшая, но достаточная для понимания главных процессов в электроприводе постоянного тока модель. Для решения практических задач они должны быть дополнены уравнением движения с моментом потерь , входящим в Мс,

и уравнениями цепи возбуждения для конкретной схемы электропривода. Разумеется, в условиях каждой задачи должно быть строго оговорено, что задано и известно, а что нужно искать.

Рассмотрим подробнее роль, которую играет ЭДС Е в процессе преобразования энергии, осуществляемом электрической машиной. Если существовал некоторый установившийся режим М1 = Мс1, а затем Мс изменился, например, возрос до величины Мс2, то для получения нового установившегося режима необходимо иметь средство, которое изменило бы М, приведя его в соответствие с новым значением Мс. В двигателе внутреннего сгорания эту роль выполнит оператор, увеличив подачу топлива; в паровой турбине – специальный регулятор, который увеличит подачу пара. В электрической машине эту роль выполнит ЭДС. Действительно, при возрастании Мс скорость двигателя начнет снижаться, значит уменьшится в соответствии с (3.2) и ЭДС (полагаем для простоты, что Ф, а также U и R – постоянные). Из (3.3) следует, что

,

следовательно, ток вырастет, обусловив тем самым рост момента в соответствии с (3.1). Двигатель автоматически, без каких-либо внешних воздействий перейдет в новое установившееся состояние. Эти процессы будут иметь место при любых величинах и знаках Мс, то есть ЭДС будет выполнять функцию регулятора как в двигательном, так и в тормозных режимах работы машины.

3.2. Характеристики и режимы при независимом возбуждении, U = const

При использовании в электроприводе постоянного тока двигателя с независимым возбуждением – рис. 3.2 с питанием от источника напряжения U=const уравнение электромеханической характеристики w(I) получится подстановкой (3.2) в (3.3) и решением относительно :

 (3.4) Механическую характеристику w(М) получим, подставив в (3.4) ток, выраженный из (3.1): . (3.5) При заданных U, Ф и R уравнения (3.4) и (3.5) однозначно определяют связь между , I и М в любых режимах. Характеристики и это прямые линии, проходящие через две характерные точки: М= 0, и w = 0, I = Iкз, М = Мкз;

при Ф = const они различаются лишь масштабами по оси абсцисс. Скорость (рис. 3.3) соответствует режиму идеального холостого хода: М= 0, E = U и направлены встречно. Рис. 3.3. Механические (электромеханические) характеристики электропривода постоянного тока независимого возбуждения при U = const

Величина – перепад скорости под влиянием нагрузки. Увеличением нагрузки при определенных условиях, которые рассматриваются ниже, можно прийти к режиму короткого замыкания:

 , , .

При изменении полярности U характеристика займет положение, показанное на рис. 3.3 пунктиром.

Участки характеристики между 0 и Мкз, где знаки  и М совпадают, соответствуют, как было условлено ранее, двигательному режиму работы; участки с разными знаками  и М – тормозным режимам. Тормозные режимы – это генераторные режимы, поскольку механическая энергия, поступившая с вала машины, преобразуется в электрическую и передается через электрические зажимы машины. В зависимости от того, куда поступает электрическая энергия, различают три тормозных режима.

14.4

8.1. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ИНВЕРТОРОВ

Потребители энергии промышленных предприятий очень разнообразны. Для питания одних электроустановок требуется переменное напряжение, другим необходимо – постоянное, третьим – переменное напряжение повышенной частоты. Некоторым потребителям требуется несколько постоянных напряжений разного уровня и т. д. Зачастую необходимо осуществить преобразование постоянного тока в переменный.

Преобразователи, на входе которых постоянное напряжение, а на выходе переменное, называются инверторами. Преобразователи, на входе и выходе которых постоянное напряжение одного или нескольких значений, называются конверторами.

Для осуществления любого из перечисленных видов преобразования применяют электронные устройства на транзисторах, работающих в режиме ключа, и тиристорах, которые по принципу работают только в переключающих режимах.

Инверторы классифицируются по ряду признаков:

  1.   по типу коммутирующих элементов;
  2.   по принципу коммутации;
  3.   по роду преобразуемой величины.

В настоящее время широко применяются как тиристорные, так и транзисторные инверторы, однако предпочтение отдается транзисторным преобразователям, так как в тиристорных преобразователях возникают гармоники высоких порядков. Транзисторные преобразователи имеют более широкие возможности формирования выходных сигналов любых форм.

При одновременном замыкании ключей SA1 и SA3 (рис 8.1, а) ток протекает через сопротивление нагрузки Zн слева направо (показано на рисунке сплошной линией), а при замыкании ключей SA2 и SA4 и размыкании предыдущей пары контактов ток пройдет через сопротивление Zн в обратном направлении. Для получения переменного тока нужной частоты следует поочередно включать то четную пару выключателей, то нечетную пару с частотой вдвое больше частоты, ожидаемой на нагрузке. Диаграммы напряжений и токов для автономного инвертора напряжения (АИН) представлены на рис. 8.1, б.

В промышленных установках вместо переключателей могут быть применены тиристоры или транзисторы. Известно, что в цепях постоянного тока тиристор можно выключить только принудительно, т.е. используя коммутирующий конденсатор, емкость которого зависит от тока тиристора. Одним из основных элементов инвертора является конденсатор. Его назначение – принудительное запирание тиристоров встречным током разряда конденсатора. Но конденсатор может применяться и для формирования кривой выходного напряжения, а также определять характер процессов, происходящих в схеме.

Рассмотрим работу АИТ (рис. 8.2, а). Источник питания в АИТ работает в режиме источника тока, что достигается включением дросселя Lф с большой индуктивностью. С подачей запускающего импульса на первый тиристор VS1 происходит его открывание. Возникает всплеск тока iVS1. По левой половине первичной обмотки трансформатора проходит импульс тока справа налево, что приводит к появлению ЭДС индукции во вторичной обмотке трансформатора. При всплеске тока левой половины первичной обмотки трансформатора во второй половине первичной обмотки трансформатора остается напряжение питания источника, к которому добавляется ЭДС самоиндукции левой половины первичной обмотки трансформатора. Это приводит к появлению удвоенного напряжения тиристора, до которого и заряжается коммутирующий конденсатор С. На правой обкладке плюс, на левой – минус.

При появлении запускающего напряжения Uвх2 на втором тиристоре VS2 происходит его открывание, при этом тиристор VS1 все еще остается открытым. Пока тиристор VS2 оставался закрытым, правая обкладка конденсатора С зарядилась до положительного удвоенного напряжения питания. С открытием тиристора VS2 конденсатор С разряжается по часовой стрелке от правой обкладки конденсатора к левой. Это приводит к сложению токов тиристора VS2 и тока разряда конденсатора. Ток разряда конденсатора оказывается противоположным прямому току тиристора VS1, что приводит к его запиранию. Некоторое время через тиристор идет обратный ток разряда конденсатора, пока тиристор не закроется. Для надежного принудительного запирания тиристора энергия конденсатора должна быть достаточной для создания встречного тока тиристора, обеспечивающего его надежное запирание. Анализ временных диаграмм показывает, что надежное запирание тиристора возможно, когда ток открытого тиристора опережает по фазе напряжение на нем. АИТ будет работать устойчиво лишь в том случае, если сдвиг фаз между током и напряжением по времени будет больше времени запирания тиристора.

Основным недостатком АИТ является недопустимость его работы в режиме холостого хода, так как возникает перенапряжение на конденсаторе, что может привести его и тиристора из строя. Для устранения этого недостатка применяют тиристоры с отсекающими диодами VD1 и VD2 (рис. 8.2, а). Подключение диодов между тиристорами и первичной обмоткой трансформатора препятствует разряду конденсаторов через обмотку трансформатора. Такое включение схемы улучшает устойчивость работы инвертора при любом виде нагрузки и исключает влияние нагрузки на работу инвертора.

Автономные инверторы тока и напряжения используются в блоках бесперебойного питания, а также как резервные источники питания. Широкое применение нашли инверторы в электротранспорте, питающемся от контактной сети, где в качестве тяговых двигателей применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Автономные инверторы применяются в преобразователях постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины, а также в преобразователях одной частоты в другую или в качестве регуляторов напряжения. Инверторы используются в преобразователях МГД-генераторов, тепловых генераторов, фотогенераторов, в электротермии и других отраслях производства.

8.2. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ (АИН)

В АИН инвертор работает в режиме источника напряжения. Обычно параллельно источнику питания подключают конденсатор большой емкости, исключающий пульсации напряжения при коммутации тиристоров. Управляющие электроды нечетных тиристоров VS1 и VS3 соединены между собой и подключены к формирователю импульсов ФИ (рис. 8.3, а). Параллельное соединение управляющих электродов означает их одновременный запуск по одной общей команде. Тиристоры VS2 и VS4, т. е. четная пара тиристоров, имеют аналогичное соединение управляющих электродов с той же самой целью. Нагрузка Zн включена в диагонали моста, что позволяет при включении тиристоров создать переменный ток нагрузки при поочередном включении четной и нечетной пар тиристоров. Диаграммы напряжений и токов схемы представлены на рис. 8.3, б.

При таком включении тиристоров согласно первому закону коммутации ток не может измениться скачком. Он продолжает сохранять свое направление в течение некоторого времени Δt. В противном случае возникшие в этот момент времени большие ЭДС самоиндукции могут вывести из строя тиристоры. Если прямоугольная форма выходного напряжения не устраивает потребителя, то нужно последовательно с нагрузкой включить фильтры, исключающие прохождение высших гармоник к нагрузке.

Тиристоры, показанные на схеме, включившись в цепях постоянного тока, не выключатся, что приведет к короткому замыканию источника питания. Такое включение тиристоров требует принудительной их коммутации. На схеме эти цепи для упрощения объяснения работы схемы не показаны.

Для получения повышенных частот выходного напряжения инвертора порядка (103–105) Гц применяют автономные резонансные инверторы напряжения. В электротермических установках для плавки металлов применяют высокочастотные инверторы. Частота работы инвертора определяется параметрами колебательного контура в цепи управляющих электродов тиристоров.

На рис. 8.4 представлена схема резонансного инвертора напряжения. Последовательно с нагрузкой тиристоров включен конденсатор С и индуктивность L. Колебательный контур можно получить при параллельном включении конденсатора и нагрузки. Учитывая тот факт, что высокочастотные инверторы применяют в основном для питания активно-индуктивной нагрузки, рассмотрим индуктивность потребителя как элемент колебательного контура. Порядок запуска тиристоров не отличается от предыдущей схемы. Управляющие электроды четных тиристоров соединены между собой. То же самое сделано и с нечетной парой. В данной схеме нет необходимости применять отдельную коммутирующую группу тиристоров, так как принудительное запирание одной из пар происходит за счет заряда конденсатора С, выполняющего одновременно и роль коммутирующего конденсатора. Форма выходного напряжения близка к гармонической и определяется параметрами колебательного контура. Частота работы инвертора находится по формуле:

Добротность колебательного контура

Чем выше добротность колебательного контура, тем ближе форма выходного напряжения к синусоиде.

При подаче на нечетную пару тиристоров запускающего импульса по нагрузке слева направо течет ток от плюса источника питания к минусу через открытые тиристоры VS1 и VS3. При этом происходит заряд конденсатора С. Левая обкладка конденсатора заряжается положительно, а правая отрицательно. С приходом запускающего импульса по входу Uвх2 открываются тиристоры четной группы VS2 и VS4. Открытие всех четырех тиристоров должно привести к короткому замыканию источника питания, но этого не происходит. Заряженный конденсатор С разряжается по двум контурам – верхнему и нижнему, так как все тиристоры открыты. Направление токов разряда конденсатора показано пунктирной линией. Токи тиристоров VS2 и VS4 по направлению совпадают с токами разрядки конденсатора С в обоих контурах, что приводит к открыванию тиристоров и удержанию их в открытом состоянии. Токи же тиристоров VS1 и VS3 по направлению противоположны токам разрядки конденсаторов в верхнем и нижнем контурах. Это обстоятельство приводит к принудительному запиранию тиристоров нечетной группы. После переходного процесса ток по нагрузке протекает в обратном направлении, т. е. справа налево. С приходом команды на открытие тиристоров нечетной группы они откроются, и конденсатор своим током разряда запирает тиристоры четной группы.

В рассматриваемом инверторе частота управляющих сигналов формирователя импульсов fупр должна быть меньше собственной частоты колебательного контура fо. Это необходимо для того, чтобы перезарядка конденсаторов закончилась до отпирания очередной пары тиристоров инвертора. При этом в нагрузочном токе создаются паузы, в течение которых очередная пара тиристоров должна успеть закрыться. Схемы тиристорных инверторов столь многообразны, что требуют отдельного рассмотрения.

8.3. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ НА БТИЗ-ТРАЗИСТОРАХ

Основные достоинства инверторов на биполярных транзисторах с изолированным затвором БТИЗ-транзисторах следующие.

  1.  Отсутствие необходимости принудительно закрывать транзистор, при отсутствии сигнала на базе транзистора.
  2.  Сопротивление открытого транзистора столь мало, что большие протекающие по нему токи не приводят к его нагреванию.
  3.  Время рассасывания зарядов в БТИЗ ниже, чем в тиристорах, что позволяет значительно увеличить частоту работы инвертора.
  4.  Формой выходного напряжения можно управлять.
  5.  Можно управлять амплитудой выходного напряжения, изменяя ток базы транзисторов.

Схема однофазного инвертора напряжения представлена на рис. 8.5. В диагональ моста включена активно-индуктивная нагрузка LR. Для получения переменного напряжения необходимо включать поочередно и попарно транзисторы VT1VT4 и транзисторы VT2VT3. Диоды VD1VD4 служат для возврата реактивной мощности в цепь питания схемы. Инверторы на БТИЗ являются предпочтительными перед другими инверторами напряжения.

ИНВЕРТОРЫ

Инвертированием называют процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в переменный. Преобразователь, выполненный на базе полупроводниковых приборов и осуществляющий такое преобразование, называется инвертором.

Автономным (независимым) инвертором является преобразователь, выходные параметры которого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы в отличие от инвертора, ведомого сетью, выходные параметры которого определяются параметрами сети.

Схема автономного инвертора изображена на рис. 1, а. Если переключать попарно через полупериод Т/2 ключи К1 — К3 и К2 — К4, то напряжение Uab на нагрузке будет прямоугольной формы с амплитудой U и частотой f = 1/Т (рис. 1 , 6).При активной нагрузке форма кривой тока будет повторять кривую напряжения. В схеме рис. 1 , а очень просто увеличить число фаз, для чего нужно добавить пару ключей и подключить нагрузку к точкам между ними (штриховые линии на рис. 1 , а ). В трехфазном варианте схема очень похожа на мостовой выпрямитель; разница состоит лишь в том, что источник питания и нагрузка поменялись местами.

 

Рис. 1. Схема автономного инвертора (а). Графики (б) напряжения Itb и тока Iн на выходе инвертора

Форму выходного напряжения и, следовательно, его гармонический состав можно менять, изменяя продолжительность включенного состояния tt и момент включения t пары ключей (штриховая линия на рис. 1, 6). Процессы усложняются при активно-индуктивной нагрузке. При этом схема рис. 1, а окажется неработоспособной, поскольку при разрыве такой цепи напряжения на ключах достигают бесконечно большой величины. Для обеспечения нормальной работы ключи шунтируют диодами, а источник питания, если его внутреннее сопротивление велико — конденсатором (рис. 2, а). При прямоугольной форме напряжения кривые тока будут состоять из участков экспонент (рис. 2, 6). Напряжение и ток имеют различную форму и гармонический состав, первые гармоники тока и напряжения сдвинуты относительно одна другой на некоторый угол.

Преобразование постоянного напряжения в переменное может осуществляться с использованием всех типов силовых полупроводниковых ключей. За последние годы в области средних и больших мощностей до 1 000 кВт начинают широко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными тиристорами, они представляют разработчикам более широкие возможности формирования напряжения и тока.

По характеру процессов, протекающих в автономных инверторах, их разделяют на инверторы напряжения (АИН) и инверторы тока (АИТ). Схема (см. рис. 2, а) представляет собой инвертор напряжения — именно оно формируется принудительно, а ток существенно зависит от нагрузки. В схеме АИН источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается переменным напряжением. Нагрузка в э том случае должна носить индуктивный или активно-индуктивный характер.

  Рис. 2. Схема автономного инвертора напряжения (а). Графики (б) напряжения U(t) и тока 1н на выходе инвертора

15.1

15.2

Преимущества применения ТПЧ

В настоящее время наиболее эффективным средством плавного изменения скорости мощных электрических машин является ТПЧ – это тиристорные или транзисторные преобразователи частоты.

1. Основным их преимуществом является то, что они на сегодняшний день малогабаритны.

2. для осуществления плавного пуска мощных ДПТ и АД и СД необходимо плавно изменять напряжение на якоре двигателя или в цепях питания АД. Плавность изменения напряжения можно осуществить за счет изменения угла управления тиристорных управляемых выпрямителей.

3. Несомненным достоинством ТПЧ является то, что плавное изменение частоты ТПЧ приводит к плавному изменению частоты работы двигателя с сохранением момента на его валу.

4. Возможность интегрироваться в любую АСУ, поскольку современные ТПЧ имеют цифровое управление.

5. Широкий диапазон возможностей ТПЧ заключается в том, что внедрение новой техники позволяет изменять параметры ТПЧ не отходя от компьютера.

6. Системы ТПЧ легко диагностируются пакетом прикладных программ, которые позволяют производить не только исправность тиристорных и транзисторных групп, но и проверять исправность двигателей.

7. Очень важным фактором эффективности использования устройств индукционного нагрева является выбор источника питания или другими словами генератора. Наиболее эффективными источниками питания печей повышенной частоты до настоящего времени остаются тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ).

В ТПЧ отсутствуют потери холостого хода, присущие электромашинным генераторам, нет износа вращающихся частей, исключается износ мощных коммутационных устройств (контакторов); отсутствуют потери, связанные с разогревом ламп; они имеют более высокие эксплуатационные характеристики, эргономические и санитарно-гигиенические показатели.

Современная элементная база позволяет изготавливать ТПЧ довольно широкого спектра мощностей и частот. Учитывая все эти преимущества, тиристорные преобразователи частоты нашли широкое применение при комплектации не только индукционных плавильных электропечей, но и индукционных нагревательных и закалочных установок.

Кроме того, индукционный нагрев не дает обезуглероженного слоя и окалины, что отражается на качестве. Оперативно изменяя мощность преобразователя частоты, изготавливая индукторы специальной конструкции, оказывается возможным регулирование температуры нагрева заготовок. Выбор рабочей частоты генератора позволяет управлять глубиной прогрева, что широко используется в индукционных закалочных установках.

Для нагрева заготовок малой геометрии, для выплавки металлов и сплавов малых объемов с успехом применяются индукционные нагревательные установки высокой частоты. Источниками питания таких установок служат высокочастотные транзисторные генераторы. В качестве силовых элементов здесь применяются IGBT транзисторы.

 

15.3

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Классификация электрических машин по роду тока, принципу действия и типу возбуждения

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постоянного тока

 

Переменного тока