Виды и основные функции электрических аппаратов

 

Введение

Виды и основные функции электрических аппаратов

Электрических аппарат ‑ это электрическое устройство управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов.

Они осуществляют:

‑ включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получение, преобразовании, передачи, распределении электрической энергии;

‑ контроль и измерение параметров указанных объектов;

‑ защиту их от нештатных режимов работы;

‑ управление технологическими процессами;

‑ регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров, отмеченных выше объектов;

Независимо от назначения, области применения принципа действия конструктивного исполнения все электрические аппараты разделяются на 2 большие группы:

1. Электромеханические (контактные).

2. Статические (бесконтактные, силовые электронные).

Основным признаком электромеханических аппаратов является контактная система с различными типами приводов ‑ ручным, механическим, электромагнитным, осуществляющая коммутацию электрической цепи.

Процессы, протекающие в электромеханических ЭА определяются различными многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике, механике, термодинамике и других фундаментальных науках.

Характерные преимущества электромеханических аппаратов:

‑ более низкое значение сопротивления включенных электрических контактов по сравнению с сопротивлением большинства проводящих полупроводниковых ключей;

‑ практически идеальная гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью, а также между разомкнутыми силовыми цепями;

‑ работоспособность при более высоких значениях температуры и радиации окружающей среды.

Благодаря этим преимуществам во многих областях техники предпочтительно использовать электромеханические ЭА по сравнению со статическими.

Наличие подвижных механических частей, явление искро- и дугообразования при коммутации, ограниченное быстродействие и другие негативные факторы, присущие этой группе ЭА, инициировали работы по созданию статических ЭА. Первыми были дроссели насыщения, магнитные усилители.

Освоение промышленностью тиристоров, мощных биполярных, а затем полевых транзисторов обусловило создание различных типов быстродействующих статических ЭА.

Принцип действия статических ЭА основан на изменении проводимости входящих в них управляемых нелинейных элементов.

Изменение проводимости статических ЭА дает возможность управлять потоками электрической энергии. Проводимость может изменятся непрерывно или дискретно. Дискретное или импульсное управление является более предпочтительным так как позволяет реализовывать более высокие технико-экономические характеристики ЭА, в частности, получить существенно лучшее значение КПД. Поэтому в современных статических ЭА исполнительные органы работают в ключевом режиме.

Их преимущества:

‑ высокое быстродействие;

‑ очень большое число коммутаций силовых ключей;

‑ широкие функциональные возможности;

‑ низкое значение мощности, затрачиваемое на управление.

Однако, силовые электронные ЭА не могут полностью заменить электромеханические ЭА. Силовые электронные ключи по принципу действия не обеспечивают такого низкого уровня потерь мощности во включенном состоянии как металлические контакты и, с другой стороны, не способны создать уровень изоляции соответствующий разомкнутым контактам ЭА.

Здесь наиболее эффективными оказываются гибридные ЭА, представляющие собой сочетание электромеханических и статических ЭА.

Это компромиссное техническое решение, позволяет соединить положительные качества электромеханических и силовых электронных аппаратов в одном комбинированном устройстве. Существенным преимуществом гибридных ЭА является практическое исключение дуговых явлений при включении и выключении электрических контактов. Это позволяет продлить срок их службы и в ряде случаев улучшить массогабаритные показатели ЭА в целом.

Области применения ЭА очень разнообразны это:

‑ электроэнергетика;

‑ транспорт;

‑ различные области промышленности;

‑ аэрокосмические системы;

‑ коммунальное хозяйство;

‑ бытовая техника.

Классификация электрических аппаратов

 

Многообразие видов классификации ЭА определяется областями их применения.

Электрические аппараты классифицируют по следующим признакам:

‑ по величине рабочего напряжения ‑ низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (более 1000 В);

‑ по роду тока ‑ постоянного и переменного;

‑ по частоте источника питания ‑ с низкой (до 50Гц) и повышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой;

‑ по величине рабочего или коммутируемого тока – слаботочные (аппараты управления автоматики, защиты, сигнализации), и сильноточные коммутационные, используемые в силовых цепях;

‑ по роду выполняемых функций:

1. Коммутационные аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей:

‑ рубильники;

‑ пакетные выключатели;

‑ выключатели нагрузки;

‑ разъединители;

‑ отделители;

‑ короткозамыкатели;

‑ автоматические выключатели;

‑ выключатели высокого напряжения;

‑ предохранители.

Для них характерно относительно редкое включение и отключение и наличие дугогасительных устройств. Включаются в силовую схему.

2. Пускорегулирующие аппараты ‑ обеспечивают плавное или ступенчатое регулирование скорости электрических двигателей, напряжения, тока, пуска, торможения.

Для них характерны частные включения и выключения, число которых достигает 3000 в час и более. Это:

‑ контроллеры;

‑ командоконтроллеры;

‑ контакторы;

‑ магнитные пускатели;

‑ реостаты;

‑ дроссели насыщения.

3. Ограничивающие аппараты, предназначены для ограничения токов к.з. (реакторы) и перенапряжений (разрядники, ограничители напряжения). Режимы к.з. и перенапряжений являются аварийными. Эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

4. Аппараты управления и защиты. Применяются в целях управления в слаботочных цепях. Это:

‑ реле тока, напряжения, мощности;

‑ реле времени;

‑ промежуточное реле;

‑ поляризованные реле;

‑ герконовые реле;

‑ оптронные реле;

‑ полупроводниковые реле;

‑ реле максимального тока;

‑ реле нулевого тока;

‑ температурные реле;

‑ предохранители.

5. Аппараты для контроля и измерения электрических и неэлектрических величин. Это трансформаторы тока и напряжения, емкостные делители напряжения.

По исполнению:

‑ открытые ‑ защита от прикосновения с токоведущими и подвижными частями отсутствует;

‑ пылеводозащищенные;

‑ пылеводонепроницаемые;

‑ герметического исполнения;

По принципу действия:

‑ электромеханические; индукционные;

‑ магнитоэлектрические; тепловые;

‑ полупроводниковые; герконовые.

По способу переключения: контактные, бесконтактные, гибридные.

По быстродействию:

‑ нормальные;

‑ реле времени;

‑ быстродействующие;

‑ сверхбыстродействующие.

По характеру работы электрических аппаратов:

‑ аппараты, работающие длительно;

‑ аппараты, предназначенные для работы в кратковременном режиме;

‑ аппараты, работающие в условиях повторно кратковременной нагрузки.