Основні розділи теорії електричних апаратів

 

Електричні апарати є засобами керування електричним струмом. Функція апаратів полягає в керуванні параметрами, що характе-ризують струм: електричною напругою, електричною потужністю і енергією, частотою електричного струму (напруги), магнітним пото-ком і т.д.

У технічному відношенні до функцій керування струмом нале-жать:

− комутація (включення − відключення) електричного струму і пов'язаних із ним параметрів;

− автоматичне і неавтоматичне регулювання, стабілізація, зміна за заданим законом електричного струму і пов'язаних із ним параметрів;

− розподіл струму (електричної енергії) за об'єктами і споживачами;

− захист електротехнічного устаткування від аварійних режимів (короткого замикання, перевантаження, зміни частоти струму, напрямку потоків енергії та ін.);

− контроль параметрів електричного струму для подачі інфор-мації на вхідні органи автоматичних регуляторів, апаратів захисту, перетворення параметрів струму (його виду, форми кривої, частоти та ін.) для створення швидкодіючих, високочутливих, високоефективних і надійних електричних апаратів і систем керування.

Електричні апарати є основними засобами автоматизації та електрифікації народного господарства. Вони широко застосувуються в енергетиці (електричні станції), в різних схемах керування електро-устаткуванням, електротермії, світлотехніці, плазменній техніці, а також у системах автоматики, телемеханіки, електрозв'язку, радіо-техніці, в автоматизованих системах керування, електричному транс-порті, тягових підстанціях.

Електричні апарати умовно можна розділити на п'ять основних видів:

− апарати високої напруги, що керують режимом роботи електричних мереж і систем високої напруги (6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ). Із їхньою допомогою виконують оперативні переключення в мережах і системах, а також здійснюється захист від струмів к.з., від перенапруг, перевантаження і т.д.;

− апарати керування, що керують режимом роботи електро-устаткування (наприклад, рухомого складу, тягових електричних мереж, розподільних мереж на номінальну напругу 127, 220, 380, 500, 660, 1140 В), а також здійснюють їх автоматичний захист від аварійних режимів;

− електричні апарати автоматики, що здійснюють функції контролю електричних і неелектричних параметрів працюючого електроустаткування, виробляють сигнали до схеми автоматики і керування, що відповідають контрольованим параметрам, а також включають реле автоматики і захисту, (наприклад, АВР і АПВ тягових підстанцій);

− автоматичні регулятори і стабілізатори, призначені для автоматичного регулювання за заданим законом того чи іншого вихідного параметра на заданому рівні;

− підсилювачі й перетворювачі, що здійснюють посилення слабких сигналів, подаваних на вхід, до відносно великих на виході (підсилювачі), а також перетворення однієї форми сигналу в іншу (перетворювачі) (наприклад, сигналів постійного струму в змінний струм чи навпаки);

− напівпровідникові апарати (НПА) відносять до класу електричних низьковольтних апаратів (до 1000 В). Вони призначені для комутації, управління і захисту електричних кіл і електроустат-кування, а також для контролю і регулювання різних електричних і неелектричних процесів [3].

НПА класифікують: за родом струму, типом використовуваного в полюсах силового електронного ключа (ЕК) і за виконуваними функціями. За родом струму НПА поділяють на апарати постійного й змінного струму.

За типом використовуваного ЕК комутаційні НПА ділять на безконтактні й гібридні.

У безконтактних НПА струм електричного кола комутується безпосередньо напівпроводниковими елементами, де в основному використовують силові одноопераційні тиристори, які надалі називатимемо тиристорами. За способом вимкнення тиристорів такі НПА поділяють на апарати з природною й примусовою (штучною конденсаторною) комутацією. Природну комутацію застосовують у безконтактних НПА змінного струму і здійснюють шляхом зняття сигналів управління з тиристорів із подальшим замиканням останніх при природному проходженні струму в їх колі через нуль. Примусову комутацію застосовують у НПА постійного струму, а при підвищених вимогах до швидкодії – і в НПА змінного струму. Таку комутацію здійснюють за допомогою систем примусової комутації місткості. У зв'язку з тим, що застосування примусової комутації в швидкодіючих безконтактних НПА змінного струму призводить до багатократного зростання їх маси, габаритних показників і вартості, а також (і це особливо важливо), істотно знижує надійність апарату. НПА такого типу використовують рідко. У даний час для усунення вказаних недоліків ці НПА зазвичай використовуються на базі повністю керованих напівпровідникових приладів.

У гібридних НПА як силовий комутаційний елемент застосовують гібридні ЕК, що дозволяє використовувати в цьому апараті переваги як контактних (зменшені масо – габаритні показники, підвищена перевантажувальна здатність по струму), так і безконтакт-них (підвищена комутаційна зносостійкість). Оскільки відключення електричного кола в цих апаратах, як і в безконтактних, проводиться силовими тиристорами, то вони можуть бути як із природною, так і з примусовою комутацією.

Щодо виконуваних функцій (призначення) ПА можна розділити на наступні групи:

1) контролюючі (реле), основною функцією яких є контроль заданих параметрів електричного кола, і при відхиленні цих пара-метрів подача того або іншого сигналу або команди відповідно до заздалегідь встановленої функціональної залежності (на відключення, на виправлення параметра і т. ін.);

2) пускорегулюючі (або апарати управління), призначені для здійснення пуску, регулювання швидкості обертання, напруги і струму електричних машин (контактори, пускачі);

3) захисні, такі, що здійснюють оперативне й аварійне ввімк-нення і вимкнення електричних кіл, а також забезпечують захист цих кіл і електроустаткування від перевантажень, струмів короткого зами-кання та інших ненормальних режимів роботи (автоматичні вимикачі, перемикачі живлення);

4) суміщаючі функції управління й захисту (автомати-пускачі, напівпровідникові станції управління);

5) регулюючі, призначені для автоматичної безперервної стабілізації або регулювання заданого параметра електричного ланцюга або системи (регулятори (стабілізатори) напруги й струму).

При цьому ми бачимо, що загальним для ПА останніх чотирьох груп є те, що всі вони є силовими комутаційними апаратами.

Окрім специфічних вимог до даного апарату, всі ПА мають задовольняти загальним вимогам, які перераховані нижче в порядку їх важливості:

1) надійна робота в нормальному режимі протягом заданого часу і за умови, що відповідне цьому часу число функцій не перевищує нормованого;

2) безвідмовне виконання необхідних функцій в передбачених ненормальних режимах, при цьому максимальні величини струмів і напруг у напівпровідникових елементах апарату не повинні перевищувати значення, що дорівнює 0,85 від гранично-допустимого значення вказаних величин;

3) максимальне застосування при розробці систем управління і регулювання НПА сучасних комплектуючих виробів електронної промисловості, прогресивних цифрових методів обробки інформації, резервування і систем діагностики;

4) мала трудомісткість і, відповідно, витрати матеріалів (особ-ливо дорогих), мала номенклатура вживаних матеріалів, комплекту-ючих виробів, максимальна вживаність стандартизованих, нормалізо-ваних і уніфікованих вузлів і деталей, блоковість конструкції та її вузлів;

5) простота монтажу, пристосованість окремих апаратів і їх бло-ків до вбудови в комплектні пристрої, швидке відновлення праце-здатності після відмови апарату;

6) висока перешкодостійкість;

7) зручне поєднання із сучасними засобами автоматики й обчислювальної техніки;

8) малі масо-габаритні показники і невисока вартість;

9) малі експлуатаційні витрати;

10) естетичність конструкції.

Сучасна теорія електричних апаратів включає чотири основних розділи:

− теорія електромагнітних, електродинамічних, індукційних та інших явищ в апаратах;

− теорія комутації електричних кіл, що розглядає динамічні процеси і характеристики в електричних колах і елементах апаратів при вимкненні й увімкненні струму;

− теорія тепло- і масоперенесення в електричних апаратах;

− теорія автоматичного регулювання.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: