Автор: Ясенев Н.Д., доцент кафедры Электропривод и автоматизация промышленных установок

Конспект лекций

для студентов, обучающихся по программе прикладного бакалавриата по направлению подготовки 13.03.02 (140400) «Электроэнергетика и электротехника»

Автор: Ясенев Н.Д., доцент кафедры Электропривод и автоматизация промышленных установок

Екатеринбург

Лекция 1

ВВЕДЕНИЕ

Электрические аппараты являются одним из важных средств электрификации и автоматизации промышленных установок. Знание принципов их работы, технических характеристик, особенностей эксплуатации необходимо для инженера-электрика.

Электрический аппарат – это устройство, предназначенное для управления, регулирования, защиты электрических цепей и машин, а также для контроля и регулирования различных неэлектрических процессов. Все аппараты можно классифицировать по ряду признаков: по назначению, принципу действия, величине напряжения. Классификация по назначению является основной. Можно выделить следующие группы:

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств, которые служат для подключения и отключения электрических потребителей и защиты питающих цепей от аварийных режимов: рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, автоматические выключатели, предохранители.

2. Ограничивающие аппараты, которые используются для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений: реакторы и разрядники.

3. Пускорегулирующие аппараты, предназначенные для включения, выключения и регулирования параметров различных потребителей электроэнергии: контроллеры, контакторы, пускатели, резисторы, реостаты, командоаппараты.

4. Контролирующие аппараты, которые контролируют уровень заданных электрических и неэлектрических параметров: реле и датчики.

5. Измерительные аппараты, которые предназначены для изоляции цепей главного тока от цепей измерения и защиты: трансформаторы тока и напряжения, конденсаторные делители напряжения.

6. Регулирующие аппараты, предназначенные для регулирования требуемого параметра по определенному наперед заданному закону.

При классификации по способу действия могут быть выделены аппараты ручного действия, приводимые в действие оператором, и аппараты автоматического действия, срабатывание которых происходит без непосредственного участия человека.

По величине напряжения выделяют аппараты низкого напряжения, до 1000 В, и аппараты высокого напряжения, свыше 1000 В.

В автоматизированных электроприводах аппаратам отводится весьма важная роль. Соответственно этой роли к ним предъявляются довольно высокие требования. В зависимости от условий работы электроприводов требования могут быть разными, но есть группа общих требований:

1. Аппарат должен иметь определенную термическую устойчивость, то есть не перегреваться выше допустимых пределов как при нормальных режимах работы, так и при коротких замыканиях и перегрузках.

2. Аппарат должен обладать определенным уровнем изоляции, которая должна выдерживать напряжения и перенапряжения, возникающие при работе.

3. Контакты аппаратов должны иметь способность производить включения и отключения токов, возникающих при работе.

4. Аппараты и их элементы должны выдерживать воздействие больших электродинамических сил, возникающих при действии токов короткого замыкания.

5. Аппараты должны работать точно, надежно, полностью выполняя возложенные на них функции.

6. Аппараты должны иметь возможно меньший габарит и вес, стоимость, быть просты по устройству, удобны при производстве и в обслуживании.

Электрические контактные аппараты автоматического управления представляют собой весьма разнообразную гамму устройств, предназначенных для коммутации электрических цепей. Однако, несмотря на это разнообразие, имеется ряд общих элементов, входящих в конструкции многих видов аппаратов. Прежде всего, исполнительным органом у всех аппаратов этой группы являются электрические контакты. При работе всех контактных аппаратов приходится сталкиваться с вредным действием электрической дуги. По различным частям аппаратов протекают электрические токи, что вызывает их нагрев. В большинстве аппаратов автоматического действия в качестве приводного органа используется электромагнитный механизм. Это показывает необходимость рассматривать сначала некоторые общие вопросы теории, имеющие отношение ко всем аппаратам, а затем рассматривать принципы действия и конструктивные особенности отдельных устройств.

Лекция 2

Общие сведения

При работе коммутирующих контактов аппаратов в режиме размыка-

ния под нагрузкой при достаточно высоких значениях разрываемого тока и напряжения между контактами возможно возникновение дугового разряда. Электрическая дуга является одним из видов самостоятельного электрического разряда в газе. При дуговом разряде падение напряжения на промежутке уменьшается до 10–20 В, а плотность тока в дуге возрастает до 10⁴–10⁵ А/см². Для возникновения дугового разряда необходимы два условия: напряжение на дуге должно быть около 10–20 В, ток в цепи должен быть не ниже

80–100 мА.

В теории аппаратов различают длинные и короткие дуги. В длинных дугах на ход разряда в основном влияют процессы, происходящие в столбе дуги. Для поддержания такой дуги необходимо большое напряжение, поэтому длинные дуги возникают в высоковольтных аппаратах. В коротких дугах основное значение имеют процессы, происходящие вблизи электродов, в основном у катода. Для поддержания такой дуги требуется небольшое напряжение, поэтому, как правило, в низковольтных аппаратах возникают короткие дуги. Распределение падения напряжения на дуговом промежутке неравномерно, как это видно на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Распределение потенциала на короткой дуге

В околоэлектродных областях падение напряжения больше, около 10–15 В. На столбе дуги падение напряжения относительно невелико. Протекание дугового разряда сопровождается двумя противоположными процессами: иони-зацией и деионизацией. В око- локатодной области ионизация носит преимущественно ударный характер, когда свободные электроны, вылетая из катода под действием напряжения, уда- ряются о нейтральные атомы газа. При этом около катода образуется объемный положительный заряд. В столбе дуги ионизация носит преиму-

щественно термический характер, так как температура в столбе дуги очень высокая. В околоанодном пространстве ионизация происходит в основном за счет ударов электронов об анод. При этом вырываются новые электроны, которые образуют объемный отрицательный заряд вблизи анода.

Одновременно с процессом ионизации протекает обратный процесс – деионизация. Она может идти по двум путям: рекомбинация заряженных частиц и их диффузия из дугового промежутка. Рекомбинация – это воссоединение заряженных частиц в дуговом промежутке. В результате образуются нейтральные атомы. Диффузия заряженных частиц обусловлена их перемещением из области горения дуги в окружающую среду, в результате чего уменьшается концентрация заряженных частиц в дуговом промежутке. Построение дугогасительных устройств аппаратов базируется на ускорении деионизации и борьбе с ионизацией дугового промежутка.

Лекция 3

ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

Электромагнитами называются устройства, предназначенные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Они являются важной частью большой группы аппаратов. Электромагниты контактных электрических аппаратов можно разделить на ряд групп по следующим признакам:

Рис. 3.1. Основные конструктивные исполнения магнитных систем аппаратов низкого напряжения

1. Способ действия: удерживающие, предназначенные для удержания грузов или изделий (магнитные столы, муфты) и притягивающие, предназначенные для перемещения якоря и передачи его движения исполнительному органу.

2. Род тока питания обмотки: постоянного и переменного тока (одно- и трехфазные).

3. Способ включения обмотки: с параллельным и с последовательным включением.

4. Время срабатывания: быстродействующие (0, 003 – 0, 05 с), обычные (0, 05 –

0, 15 с), замедленно действующие (более 0, 15 с).

5. Вид движения якоря: с поворотным якорем или клапанные (рис. 3.1, а, б, в, г), с поступательно движущимся якорем или прямоходовые (рис. 3.1, е), соленоидные (рис. 3.1, д), с поперечным движением якоря.

Магнитные цепи аппаратов

Магнитной цепью называется совокупность тел и сред, образующих путь, по которому замыкается магнитный поток. Они имеют огромное разнообразие конструктивных форм, поэтому для удобства анализа особенностей различных магнитных цепей их делят на несколько групп. В основу положен характер образования и распределения магнитного потока в магнитопроводе. По этому признаку выделяются два вида магнитных цепей:

а) цепи, в которых поток рассеяния мал и при расчете параметров намаг-

ничивающей катушки им можно пренебречь. С достаточной для практики точностью потоком рассеяния можно пренебречь в трех случаях: когда магнитопровод замкнут, когда на пути основного потока имеется воздушный зазор сравнительно малой величины, а магнитная цепь насыщена незначительно, когда размагничивающее действие вторичных обмоток сравнительно невелико. Иными словами, пренебрегать потоком рассеяния можно в тех случаях, когда он мал по сравнению с основным потоком. К этой

группе относятся тороидальные магнитопроводы и с достаточным приближением П-образные магнитопроводы, не имеющие зазоров или имеющие малый воздушный зазор;

б) цепи, поток рассеяния в которых велик и при расчете его необходимо

учитывать. К этой группе относится основная масса магнитных цепей.

В общем случае магнитные цепи образуются участками, выполненными из ферромагнитных и немагнитных материалов и воздушными зазорами. Воздушный зазор, в котором электромагнитная энергия преобразуется в механическую, используемую для работы электромагнитного устройства, называется рабочим воздушным зазором. Остальные зазоры, где электромагнитная энергия теряется без полезного использования, называются паразитными. Паразитные зазоры, однако, могут существенно влиять на характеристики электромагнита.

Магнитные цепи, в которых основным является сопротивление рабочего воздушного зазора, называются замкнутыми. Магнитные цепи, в которых основное сопротивление определяется паразитными зазорами и при движении якоря меняется мало, называются разомкнутыми.

Магнитопроводы электромагнитов изготавливаются из разных ма- териалов, обладающих ферромагнитными свойствами. Выбор материала

для магнитной системы аппарата определяется ее назначением и свойствами самого материала. Эти свойства оцениваются по следующим показателям:

В_s– индукция насыщения, то есть такая максимальная индукция, которая получается при сколь угодно большой напряженности магнитного поля;

В_r – остаточная индукция, то есть величина индукции, получаемая при полном размагничивании материала от Н_max до Н = 0;

Н_с– коэрцетивная сила, то есть такая напряженность магнитного поля, которая

необходима для снижения до нуля индукции материала, ранее намагниченного

до В_s;

μ – магнитная проницаемость, определяемая по начальной кривой намагничивания как В/Н;

μ _н – начальная магнитная проницаемость в полях, близких к 0;

μ _max– максимальная магнитная проницаемость;

Р_г, Р_в – потери на гистерезис и вихревые токи;

Т_к – точка Кюри, то есть температура, при которой материал теряет магнитные свойства.

По этим показателям различают две основные группы материалов: магнитомягкие, обладающие малой коэрцетивной силой и высокими значениями проницаемости, и магнитотвердые материалы, обладающие большими значениями Н_с и малым μ . Большинство магнитных материалов имеет сравнительно высокую точку Кюри: 500 – 1200⁰ С. Особую группу составляют термомагнитные сплавы, имеющие точку Кюри около 10 – 100⁰ С. Они используются в качестве тепловых компенсаторов.

Рис.3. 2. Кривые перемагничи- вания магнитомягкого (1) и магнитотвердого (2) материалов

Рис. 3. 3. Кривые намагничивания некоторых магнитомягких материалов

Таблица 3.1

Характеристики основных магнитомягких материалов

Материал	Добавки, %	Н_с,А/см	В_r, Тл	В_s. Тл
Конструкционная сталь	0, 1–0, 4 С	До 3	0, 7	2, 3
Кремнистая сталь	Si	0, 4-0, 6	0, 6-0, 8	2, 0
Железо Армко	–	0, 8-1, 0	1, 3	1, 5
Электротехническая сталь	–	0, 5	0, 6	2, 0
Холоднокатаная сталь высокой проницаемости (ХВП)	–	0, 16	0, 05	2, 0
Пермаллой низконикелевый	Ni – 45–50	0, 24	0, 05	2, 0
Пермаллой высоконикелевый	Ni–78, 5; Mo –3, 8	0, 024	0, 8	0, 85
Пермендюр	С– 49; V–1, 7	1, 2	1, 3	2, 4

Свойства магнитных материалов хорошо иллюстрируются кривыми намагничивания, приведенными на рис. 3.2. Кривая 1 представляет собой половину петли гистерезиса для магнитомягкого материала. Кривая 2 – для магнитотвердого материала. Характеристики основных магнитомягких материалов приведены в табл. 3.1, а магнитотвердых – в табл. 3.2. На рис. 3.3 показаны кривые намагничивания основных магнитомягких материалов.

Таблица 3.2

Характеристики основных магнитотвердых материалов

Материал	Добавки, %	Н_с,А/см	В_r, Тл	В_s. Тл
Хромистая сталь	Сr–3, 0		1, 0	1, 4
Кобальтовая сталь	Со–15		0, 8	1, 17
Альни	Ni–23; Al–15		0, 65	1, 1
Магнико	Co–24, Cu– 3, Al–8, Ni– 14		1, 2	1, 6

Лекция 4

Сила тяги электромагнита

Сила тяги электромагнита может быть определена по формуле Максвелла для тех случаев, когда магнитное поле в рабочем зазоре можно считать равномерным. Для электромагнитов постоянного тока формула Максвелла имеет вид:

F = , (3.9)

где B – индукция, Тл;

S – сечение полюсного наконечника, м²;

μ ₀ = 1, 26 10^-6 – магнитная проницаемость воздуха.

С ростом воздушного зазора индукция и сила тяги уменьшаются. Это можно показать, преобразовав выражение (3.9):

F = = = (Iw)² = (Iw)² . (3.10)

В соответствии с выражением (3.10) тяговая характеристика электромагнита постоянного тока имеет вид, показанный на рис. 3.6. Для электромагнитов переменного тока этой формулой можно воспользоваться, если предположить, что магнитное сопротивление стали, активное сопротивление катушки и потери в стали равны нулю, а ток и магнитный поток изменяются по синусоидальному закону. Тогда индукция B = B_m sin ω t. В этом случае

F = sin² ω t = = (1 – cos 2ω t). (3.11)

Среднее значение cилы за период:

F_ср = (1 – cos 2ω t) dt = . (3.12)

График изменения силы электромагнита переменного тока показан на

Рис. 3.6. Тяговая характеристика электромагнита

Рис. 3.7. Сила тяги электромагнита переменного тока

рис. 3.7. По полученным выражениям (3.11) и (3.12) можно сделать вывод, что

при заданной площади полюсов и равенстве максимальных значений индукции средняя величина силы тяги в электромагнитах переменного

Рис. 3.8. Короткозамкнутый виток электромагнита переменного тока	тока вдвое меньше силы электромагнита постоянного тока. По уравнению (3.11) и рис. 3.7 видно, что дважды за период сила электромагнита переменного тока равна нулю. Это приводит к вибрации магнитной системы. Для борьбы с этим явлением на одну из ветвей магнитопровода одевается короткозамкнутый виток из проводящего материала, который охватывает две трети сечения магнитопровода (рис. 3.8). Влияние короткозамкнутого витка можно объяснить с

Рис. 3.9. Магнитная цепь электромагнита переменного тока

и ее схема замещения

использованием упрощенной схемы замещения П-образного электромагнита, показанного на рис. 3.9, а. При пренебрежении потерями в стали на гистерезис и вихревые токи будем считать, что переменный ток в катушке создает в магнитной системе поток, мгновенное значение которого определяется по формуле:

Φ = ϕ _m sin ω t. (3.13)

При принятых допущениях схема замещения будет иметь вид, показанный на рис. 3.9, б. Здесь iw – МДС, создаваемая намагничивающей катушкой; R_m – полное магнитное сопротивление цепи; Z_m - фиктивное магнитное сопротивление, учитывающее короткозамкнутый виток.

Очевидно, что

ϕ Z_m = i_кw_к

где i_кw_к – МДС, создаваемая короткозамкнутым витком. Учитывая, что короткозамкнутый виток имеет практически чисто активное сопротивление, можно определить ток в витке:

i_к = e_к/R_к, e_к = ω w_кϕ _m cos ω t,

i_к₌ cos ω t.

Тогда

ϕ Z_{m =}i_кw_к = cos ω t

Для всей схемы замещения можно записать:

Iw = ϕ _mR_m sin ω t + cos ω t. (3.14)

Откуда

Φ _m = . (3.15)

По уравнению (3.15) видно, что Z_m является реактивным магнитным сопротивлением. Его наличие показывает, что ток катушки и магнитный проток должны быть смещены по фазе из-за наличия короткозамкнутого витка на угол примерно 50 – 80⁰. Таким образом, в зазоре действуют два усилия:

F₁ = (1 – cos 2ω t) и F₂ = (1 – cos 2(ω t – φ )). (3.16)

Сумма этих усилий нулю не равна. Потребность в витке возникает только в однофазных электромагнитах. В трехфазном электромагните

F_Σ = Σ F_фаз= F_m. (3.17)

Зависимость тягового усилия от воздушного зазора имеет на переменном токе иную природу, чем на постоянном токе. Напряжение сети распределяется на активную и реактивную составляющие. При пренебрежении рассеянием и потерями в стали для реактивной составляющей можно записать

Ix = Iω L = Iω w² ,

где S – площадь поверхности полюсов сердечника;

δ – воздушный зазор.

Если предположить, что активное сопротивление катушки пренебрежимо мало по сравнению с индуктивным, то есть U Ix, то

I = . (3.18)

Из этого следует, что при росте воздушного зазора будет увеличиваться ток в катушке. Рост тока приведет к уменьшению магнитного потока, согласно уравнению:

Φ _m = . (3.19)

Таким образом, в электромагнитах переменного тока поток уменьшается вследствие роста падения напряжения на активном сопротивлении, в то время как в электромагнитах постоянного тока с ростом зазора усилие уменьшается из-за увеличения магнитного сопротивления зазоров. Для оценки свойств электромагнитов используется два вида характеристик:

1. Электромагнитная характеристика – зависимость силы тяги от зазора –

F_т= f (δ );

2. Механическая характеристика – зависимость силы сопротивления от зазора.

Рис. 3.10. К определению механической характеристики электромагнита аппарата

Рис. 3.11. К определению коэффициента возврата

В большинстве электрических аппаратов действуют следующие силы сопротивления:

1. F_с1– сила сжатия возвратной пружины;

2. F_с2 –вес подвижных частей;

3. F_с3 – сила сжатия контактной пружины замыкающего контакта;

4. F_с4 – сила сжатия контактной пружины размыкающего контакта.

Зависимость этих сил от зазора и механическая характеристика

приведены на рис. 3.10. Тяговая характеристика электромагнита должна проходить всегда выше механической.

Лекция 5

Общие принципы

При работе электрических аппаратов в различных их частях происхо-

дят потери энергии, которые преобразуются в тепло, повышающее температуру. Для нормальной работы аппарата необходимо, чтобы температура отдельных его частей не превышала допустимых пределов, установленных ГОСТ. Наивысшая температура, до которой нагреваются элементы аппарата, зависит от режима работы, величины потерь и, следовательно, количества выделенного тепла, а также от процесса отдачи тепла нагретыми частями аппарата. В аппаратах постоянного тока выделение тепла связано с протеканием тока по токоведущим элементам. В этом случае мощность потерь может быть определена по известной формуле:

P = I²R, (4.1)

где I – эффективное значение тока; R – омическое сопротивление токоведущего элемента.

В аппаратах переменного тока необходимо учитывать как потери в токоведущих элементах, так и потери в материале магнитопровода. Потери в токоведущих элементах определяются по формуле (4.1), но в этом случае необходимо учитывать активное сопротивление R_a, которое больше омического за счет добавочных потерь от поверхностного эффекта и эффекта близости.

Потери в магнитопроводе аппарата переменного тока могут быть определены по формуле:

P_ст = Р_в + Р_г = [ σ _в ( )² + σ _г ( ) ] B² 10^-8, (4.2)

где Р_в– потери на вихревые токи; Р_г – потери на гистерезис; σ _в и σ _г – коэффициенты потерь на вихревые токи и гистерезис; f– частота питающего

тока, В – индукция в магнитопроводе.

Одновременно с процессом нагревания элементов аппарата за счет выделяющихся потерь происходит охлаждение этих элементов путем теплообмена с расположенными рядом телами, а также рассеивания тепла в окружающую среду. Охлаждение происходит тремя способами: за счет теплопроводности, конвекции, теплового излучения. Теплопроводностью называется процесс передачи тепловой энергии непосредственно от одной части тела к другой. Конвекция – это явление передачи тепловой энергии путем перемещения частиц жидкости или газа. Различают естественную конвекцию, когда движение охлаждающей среды обусловлено различной плотностью нагретых и холодных частиц жидкости или газа, и искусственную, когда движение охлаждающей среды происходит в основном за счет действия вентилятора или насоса. Тепловое излучение обеспечивает перенос тепловой энергии за счет электромагнитного излучения.

Для низковольтных аппаратов наибольшее значение имеет теплоотдача за счет теплопроводности и конвекции, причем в последнем случае охлаждающей средой обычно является воздух.

Одновременное протекание процессов нагрева и охлаждения в значительной мере усложняет определение температуры нагрева. Расчет температуры перегрева производится с использованием формулы Ньютона. Рассчитываемый элемент аппарата принимается однородным телом, внутри которого действует источник тепла постоянной мощности. Вводятся следующие допущения:

1. Температура тела в любой момент времени одинакова во всех точках объема тела;

2. Теплоемкость тела не зависит от температуры;

3. Коэффициент теплоотдачи практически не зависит от превышения температуры и одинаков по всей поверхности тела.

При этих допущениях уравнение теплового баланса при выделении тепла внутри тела можно записать в следующей форме:

Pdt = Cdτ + k_т S τ dt, (4.3)

где Pdt – энергия, выделенная в теле за время dt;

Cdτ – тепло, запасенное телом при изменении температуры на dτ;

C – теплоемкость тела (Вт с);

τ – температура перегрева, то есть разность температуры тела и

окружающей среды;

k_т S τ dt – часть тепловой энергии, отданная в окружающую среду за

время dt;

k_т – удельный коэффициент теплоотдачи;

S – площадь поверхности тела.

Решив уравнение (4.3), можно найти закон изменения температуры перегрева при нагревании:

τ = τ ₀ τ _у (1 - , (4.4)

где τ ₀– температура перегрева в начале процесса;

τ _у – установившаяся температура перегрева;

Т – постоянная времени нагрева.

В установившемся режиме вся генерируемая телом тепловая энергия будет отдаваться в окружающую среду, поэтому

τ _у= . (4.5)

Постоянная времени нагрева определяется отношением полной теплоемкости тела к его теплоотдаче:

Т = . (4.6)

Физический смысл Т: это время, в течение которого тело нагрелось бы до установившейся температуры при отсутствии теплоотдачи.

При отключении аппарата происходит его охлаждение. В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид

0 = Cdτ + k_т S τ dt. (4.7)

Решение этого уравнения

τ = τ ₀ . (4.8)

В процессе эксплуатации аппаратов необходимость определения температуры нагрева элементов может возникнуть при выборе аппаратов для работы в заданных условиях, для определения возможной тепловой перегрузки аппарата, для определения термической устойчивости аппарата при действии токов короткого замыкания.

Лекция 6

Основные понятия

Надежность является комплексным свойством, обусловленным сочетанием свойств безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.

Работоспособность – состояние устройства, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Безотказность – свойство устройства сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности устройства, называется отказом. Следствием этого является нарушение нормальной работы самого аппарата и всей системы в целом. Причиной отказа может быть поломка, разрушение, разрегулировка. Время наступления отказа случайно. Отказ называется независимым, если причиной его не является отказ другого устройства. В противном случае отказ называется зависимым. Мгновенный отказ возникает вследствие резких механических или электрических повреждений: поломка, пробой изоляции и т.п. Постепенный отказ связан с постепенным изменением механических, электрических или магнитных свойств, что является следствием старения. При окончательном отказе аппарат становится неработоспособным, либо его характеристики выходят за установленные пределы и не восстанавливаются, пока аппарат не будет отремонтирован. Перемежающийся отказ (сбой) продолжается короткое время, после которого работоспособность аппарата и его характеристики самовосстанавливаются. Причиной перемежающегося отказа может быть случайное заедание подвижных частей, загрязнение элементов и т.д. Обнаружение перемежающихся отказов представляет большую сложность. Следует заметить, что не все отказы ведут к снижению надежности аппарата или устройства. Всегда имеются второстепенные элементы, выход которых из строя не нарушает работоспособности всего устройства. Примером может служить перегорание сигнальной лампы. Такой отказ называется второстепенной неисправностью.

Ремонтопригодность – свойство устройства, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин, вызывающих возникновение отказов, повреждений и устранению их последствия путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Устройства, работоспособность которых в случае возникновения отказов или повреждений подлежат восстановлению, называются ремонтируемыми, в противном случае – неремонтируемыми. Если устройство может быть отремонтировано в рассматриваемой ситуации, то оно называется восстанавливаемым. Могут быть устройства ремонтируемые, но не восстанавливаемые в условиях эксплуатации.

Долговечность – свойство устройства сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания. Под предельным состоянием понимается такое, при котором дальнейшая эксплуатация устройства должна быть прекращена по техническим или экономическим причинам, условиям безопасности, необходимости среднего и ли капитального ремонта.

Календарную продолжительность или объем работы устройства от начала эксплуатации до наступления предельного состояния называют соответственно сроком службы или техническим ресурсом (наработкой).

Сроком службы аппарата называется время, проходящее от начала эксплуатации до наступления полной его технической непригодности. Общий срок службы аппарата может быть увеличен за счет ремонта изношенных деталей и модернизации. В практике эксплуатации электрических аппаратов ремонтируются контакты, поскольку они изнашиваются в первую очередь. Иногда заменяют катушки при значительном износе изоляции, пружины при изменении их характеристик. Модернизация, как правило, применяется в отношении комплектных устройств. Например, на панелях управления наиболее изношенные аппараты заменяются новыми.

Полным сроком службы называется полное время, проходящее от начала эксплуатации до наступления полной технической непригодности аппарата с учетом ремонтов и модернизации.

Гарантийным сроком службы называется гарантированное заводом изготовителем время работы от начала эксплуатации до первого планового ремонта или между плановыми ремонтами. Для контактных аппаратов срок службы измеряется числом срабатываний.

Срок службы зависит от физического и морального износа элементов аппарата. Физический износ характеризуется изменением размеров деталей или утратой части материала, а также изменением физических свойств материалов – старением. Размеры деталей аппарата меняются вследствие деформации, истирания или других механических воздействий. До некоторой степени изменению размеров и разрушению деталей способствует коррозия. Контакты аппаратов испытывают сильные электрические воздействия – эрозию, сплавление и сгорание металла под действием дугового разряда. Изменение размеров приводит к нарушению нормальной работы аппарата: заеданиям, увеличению зазоров, поломкам. Старение материалов аппарата может быть механическим, электрическим и магнитным. Механическое старение приводит к изменению характеристик пружин под действием длительных нагрузок и высоких температур, к явлениям усталости материалов под действием частых знакопеременных нагрузок. Электрическое старение обуславливает ухудшение изоляционных свойств деталей вследствие действия перенапряжений и высоких температур, что приводит к пробою изоляции. Магнитное старение вызывает снижение магнитных потоков постоянных магнитов, изменение магнитных характеристик магнитомягких материалов под воздействием внешних полей, температуры, механических воздействий.

Моральный износ обусловлен тем, что в результате развития аппаратостроения появляются новые аппараты того же назначения, имеющие более современные характеристики. Из-за этого ранее произведенные аппараты становятся несовершенными и неэкономичными, хотя сохраняют работоспособность.

Сохраняемость – свойство устройства непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортировки. Количественно оценивается сроком сохраняемости.

Лекция 7

Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель – аппарат, защищающий установки от перегрузок и токов короткого замыкания путем разрывания цепи за счет расплавления плавкого элемента. Основные требования, предъявляемые к ним:

1. Предохранитель должен надежно защищать цепи от перегрузок по току и коротких замыканий.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒