Презентация по теме: «Электрические аппараты автоматики и управления»

Презентация по теме: «электрические аппараты автоматики и управления».

Подготовил: Киселёв Андрей Васильевич

Конструкция аппаратов автоматики и управления

Электрические аппараты автоматики и управления осуществляют непериодическую коммутацию в электрических цепях в целях защиты оборудования и регулирования электрических нагрузок. Различают электрические аппараты высокого (от единиц до 750 кВ и выше) и низкого (до 1000 В) напряжений. Аппараты высокого напряжения рассчитываются на отключение токов до сотен килоампер и здесь подробно рассматриваться не будут. Среди аппаратов низкого напряжения различают аппараты автоматики и аппараты управления.

Аппараты автоматики (реле, датчики, регуляторы и др.) коммутируют токи до 5 А при напряжениях до сотен вольт и используются в цепях автоматики.

Аппараты управления коммутируют токи более 5 А при напряжениях до 1000 В в силовых цепях двигателей, генераторов, нагревательных устройств и др. Различают аппараты управления приемниками электроэнергии в нормальных режимах работы (контакторы, магнитные пускатели, командоаппараты) и аппараты распределения электроэнергии и ее отключения в аварийных режимах (автоматы, предохранители, рубильники, пакетные выключатели).

Электрические аппараты изготовляют на наиболее распространенные значения номинальных напряжений:

• В цепях синусоидального тока — 24, 36, 127, 220, 380 В;
• В цепях постоянного тока — 12, 24, 48, 110, 220, 440 В.

Распространенные значения номинальных токов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 6; 10; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000 А.

Электрические аппараты в местах установки соединяют неизолированными шинами, укрепленными на изоляторах, или кабелями.

В трехфазных цепях шины должны быть окрашены в определенный цвета: фаза А — в желтый, фаза В — в зеленый и фаза С — в красный; нейтральные шины: при изолированной нейтрали — в белый, при заземленной нейтрали — в черный.

В цепях постоянного тока шина положительной полярности — красная, отрицательной — синяя, нейтраль — белая.

Конструкция электрического контакта

Контактом называется место механического соединения токоведущих элементов электрической цепи, предназначенных для ее замыкания или размыкания. Различают контакты неподвижные (рис. 1.1, а) и подвижные. Последние разделяются на скользящие и стыковые. Типовая конструкция скользящего контакта (рис. 1.1, б) содержит подвижный контакт (1) и вилку (2). Нажатие контактов обеспечивается упругостью материала вилки и плоских пружин (3).

В качестве стыковых используются мостиковые контакты (рис. 1.1, в) и др. Для увеличения износостойкости применяют рычажковые контакты с перекатыванием одного контакта относительно другого (рис. 1,1, г). В разомкнутом состоянии подвижный контакт (1) находится относительно неподвижного (2) в указанном на рис. (1.1, г) положении. Начало соприкосновения контактов при их замыкании происходит в точке А, а при дожатии точка соприкосновения контактов перемещается в точку В. В результате контакты меньше подвергаются эрозии от электрической дуги. Для ускорения ее гашения при размыкании контактов применяются «рога» (3), вдоль которых дуга перемещается, растягивается и гаснет.

Рис 1.1

Конструкция электромеханического реле

Электромеханическое реле, далее просто реле, представляет собой электрический аппарат, состоящий из измерительной и исполнительной частей или устройств. При действии на измерительное устройство электрической величины управления (ток, напряжение и др.) определенного значения реле срабатывает и его исполнительное устройство, содержащее контакты, производит коммутацию вспомогательной цепи оперативного тока, который приводит в действие электроприводы выключателей большой мощности.

Токи, коммутируемые реле, обычно не превышают 5 А при напряжениях до сотен вольт. Поэтому условия работы контактов реле легкие, а его рабочие характеристики определяются измерительным устройством.

Значение электрической величины управления, при которой происходит срабатывание реле, называется параметром срабатывания, или уставкой, а отпускание реле — параметром возврата (например, токи срабатывания I сраб и возврата I вз ).

По характеру электрической величины управления различают реле тока, напряжения, сопротивления (реагирующее на отношение между значениями тока и напряжения) и мощности.

В зависимости от характера изменения электрической величины управления, вызывающей срабатывание реле, различают реле максимальные, минимальные и дифференциальные.

Максимальное реле срабатывает, когда значение электрической величины управления (например, ток) больше значения, определенного уставкой.

Минимальное реле срабатывает, когда значение электрической величины управления (например, напряжение) меньше значения, определенного уставкой.

Дифференциальное реле срабатывает, когда разность значений двух сравниваемых одноименных электрических величин управления достигает значения, определенного уставкой.

Конструкция электромеханического реле

Широко распространены также реле времени, которые имеют возможность регулировать в широких пределах выдержку времени от момента достижения электрической величиной управления значения уставки до момента замыкания контактов. Устройства выдержки времени могут встраиваться в реле тока, напряжения и др.

Основными параметрами реле являются:

• Чувствительность — минимальное значение электрической величины управления, приводящее к срабатыванию реле;
• Коэффициент возврата — отношение значений электрической величины управления, вызывающих отпускание и срабатывание реле;
• Быстродействие — интервал времени от момента достижения электрической величиной управления значения уставки до момента замыкания или размыкания контактов (до 0,05 с для быстродействующих и 0,15 с для нормальных реле);
• Коммутируемая мощность — произведение максимальных значений тока при замкнутых и напряжения при разомкнутых контактах.

Наиболее распространены электромагнитные, в том числе поляризованные и магнитоуправляемые, и тепловые реле.

Конструкция электромагнитных реле

Электромагнитные реле. Такие реле приводятся в действие электромагнитом постоянного или синусоидального тока. Рассмотрим принцип действия реле тока на основе электромагнита синусоидального тока (рис. 1.2). Катушка с числом витков w включена последовательно в цепь тока управления i уп . Ее МДС i уп w возбуждает в неразветвленной магнитной цепи магнитный поток Ф, замыкающийся через магнитопровод 1,якорь 2 и воздушный зазор шириной ẟ. При этом на якорь действует электромагнитная сила F эм, притягивающая его к магнитопроводу. Если значение электромагнитной силы превысит значение силы возвратной пружины F пр то реле сработает и контакты К разомкнутся.

Рис. 1.2

Поляризованное реле приводится в действие в зависимости от значения и направления тока управления i уп в обмотке электромагнита. Конструкция и электрическая схема поляризованного реле приведены на (рис. 1.3). В неразветвленную магнитную цепь реле встроен постоянный магнит. Пусть при отсутствии тока управления i уп в обмотке с числом витков w магнитный поток постоянного магнита равен Ф п.м, а магнитный поток срабатывания реле —Ф сраб Ф п.м, Тогда при согласном (встречном) направлении магнитного потока управления будет (не будет) происходить срабатывание реле — размыкание контактов К. Причем реле будет срабатывать при малом значении МДС i уп w необходимом для возбуждения малого магнитного потока управления: Ф уп =Ф сраб -Ф м.п, Это определяет высокие чувствительность по МДС i уп w (до 2А) и быстродействие (до 0,005 с) поляризованного реле.

Рис. 1.3

Конструкция магнитноуправляемого реле

Магнитоуправляемое реле (геркон), в отличие от рассмотренных ранее, имеет контакт, располагающийся в вакууме или среде инертного газа (рис. 1.4). В стеклянную капсулу 3, заполненную инертным газом, впаяны токопроводящие пружинящие пластины 1 и 2 из ферромагнитного материала. Магнитный поток Ф, возбуждаемый током управления i уп в катушке с числом витков w, создает электромагнитную силу F эм притяжения пластин друг к другу. При достижении током управления i уп значения, определенного уставкой, пластины геркона замыкаются.

В поляризованных герконах токопроводящие пружинящие пластины замыкаются в зависимости от значения и направления тока управления в обмотке.

Токи, коммутируемые герконами, не превышают 1 А при напряжениях в десятки вольт.

Чувствительность герконов к МДС управления 10—200 А, габаритные размеры 1 = 5—10 мм, D = 2—5 мм.

Рис. 1.4

Конструкция теплового реле

Тепловые реле. Тепловые реле изготовляют на основе биметаллических элементов, представляющих собой две механически скрепленные пластины из металлов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. В качестве материала с малым (большим) температурным коэффициентом линейного расширения применяется инвар — сплав никеля со сталью (различные стали, латунь, константан и др.).

На рис. 1.5 показаны конструкция и электрическая схема теплового реле. Нагреватель 2, включенный в цепь с током управления i уп воздействует на биметаллический элемент 1. При значении тока i уп , превышающем значение уставки, обе пластины биметаллического элемента, нагреваясь, удлиняются. Однако одна из них удлиняется больше, вследствие чего биметаллическая пластина изгибается вверх (показано штриховой линией) и выходит из зацепления с защелкой 3. Последняя под действием пружины 4 поворачивается вокруг оси 5 по направлению движения часовой стрелки и посредством тяги 6 размыкает контакты 7.

Например, тепловые реле для защиты от перегрузок компании «Шнейдер Электрик» (Франция):

Тип реле…………….. LR-K0301 LR2-K0304 LR2-K0308

Уставка тока, А…….. 0,11—0,16 0,36—0,54 1,8—2,6

Тип реле ………... LR2-K0314 LR2-K0322

Уставка тока, А……..5,5—8 12— 16

Имеют регулируемую уставку выдержки времени от 2 до 10 с и массу 0,145 кг.

Рис. 1.5

Конструкция электрических аппаратов управления приемниками электрической энергии. Контактор.

Контактор представляет собой электрический аппарат для оперативной коммутации силовых цепей как при нормальных токах, так и токах перегрузки (но не токов короткого замыкания). Он имеет два коммутационных положения, соответствующих включенному и отключенному состояниям, и управляется оперативным током вспомогательной цепи. Различают контакторы постоянного и синусоидального токов.

На рис. 1.6 приведены конструкция и электрическая схема контактора постоянного тока поворотного типа. При отсутствии оперативного тока управления i уп в катушке с числом витков w подвижная часть контактора под действием силы F в возвратной пружины 10 приходит в нормальное положение с разомкнутыми контактами. Возникающая при этом между контактами электрическая дуга Д гасится в дутьевой дугогасительной камере 5. Для этого в цепь отключаемого тока I включена последовательно катушка 1 с ферромагнитным сердечником 2. Полюсы 3 в виде пластин из ферромагнитного материала, расположенные на торцах сердечника 2, позволяют создавать в зоне горения дуги магнитное поле, интенсивность которого пропорциональна значению отключаемого тока /. Взаимодействие этого магнитного поля с током в дуге создает электромагнитные силы F эм , растягивающие и перемещающие дугу в камере.

Щелевая камера (см. рис. 1.6) представляет собой объем с узкими щелями между стенками 12 из дугостойкого электроизоляционного материала, например асбестоцемента. В щели камеры выдувается дуга, где она разрывается и гасится.

Рис. 1.6

Конструкция электрических аппаратов управления приемниками электрической энергии. Магнитный пускатель.

Магнитный пускатель (далее пускатель) представляет собой коммутационный аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверса и защиты от токов перегрузки (но не токов короткого замыкания) электродвигателей. Для выполнения защиты от токов перегрузки в пускатели встраивают тепловые реле (см. под- разд. 1.3), что является их главным отличием от контакторов. В отличие от контакторов режим работы пускателей легче.

На рис. 1.7 приведены конструкция и электрическая схема магнитного пускателя прямоходового типа. Он имеет мостиковые контакты 2 и 3, с которых дуга выдувается в дугогасительные камеры I. Силы F k контактной и F в возвратной пружин создают нажатие на замкнутые контакты и возврат аппарата в отключенное состояние. При включении оперативного тока управления i уп в цепь катушки с числом витков w под действием возбуждаемого им магнитного потока Ф, а следовательно, и электромагнитных сил, якорь 5 притягивается к магнитопроводу 6 и контакты 2 и 3 замыкаются. На торцах магнитопровода располагаются короткозамкнутые витки 4, устраняющие вибрацию якоря, если в качестве оперативного тока используется синусоидальный ток.

Рис. 1.7

Конструкция электрических аппаратов управления приемниками электрической энергии. Командные аппараты.

К командоаппаратам относятся кнопки управления, путевые (концевые) выключатели, контроллеры и командоконтроллеры.

Путевые (концевые) выключатели осуществляют коммутацию цепей управления и автоматики на заданном участке пути движения управляемого механизма, например подъема груза на заданную высоту.

Контроллер представляет собой многопозиционный аппарат, предназначенный для управления режимами работы приемников электрической энергии путем непосредственной коммутации их силовых цепей. Контроллеры осуществляют пуск, регулирование частоты вращения, реверсирование и останов двигателя. Обычно контроллер (рис. 1.8) имеет общий вал 6, на котором последовательно насажены диски различного профиля (на рис. 1.8 показан один диск 1).

Поворот вала 6 фиксирует одно из десяти положений «0»—«9» профиля диска 1 по отношению к ролику 2, прижимаемого к диску действием силы F, пружины 3. При положении диска «3»—«5» контакты 4 замкнуты действием силы F 2 пружины 5. При положении диска «0»—«2» и «6»—«9» контакты 4 разомкнуты.

Командоконтроллер в отличие от контроллера представляет собой многопозиционный автомат для коммутации цепи оперативных токов катушек управления контакторов, главные контакты которых включены в силовые цепи приемников электрической энергии.

Рис. 1.8