Электрические и электронные аппараты

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Электрические и электронные аппараты

Рабочая программа, методические указания, контрольные вопросы и контрольная

работа для студентов заочного образования

Электроэнергетический факультет

Специальность 140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок

и технологических комплексов

Вологда 2006

УДК: 621.791(076.5)

Электрические и электронные аппараты: Рабочая программа, методические указания, контрольные вопросы и контрольная работа для студентов заочного образования. Вологда: ВоГТУ, 2006. - 22с.

Приводится рабочая программа дисциплины «Электрические и электронные аппараты» с указанием тематики разделов, методические указания, разъясняющие особенности дисциплины, вопросы для самоконтроля и целесообразные методы ее изучения. Здесь же даётся задание на выполнение контрольной работы и пример оформления её, а также список литературы для более глубокого и детального изучения дисциплины.

Рабочая программа предназначена для студентов заочной формы обучения специальности 140604 - «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составитель: В.И. Согласов, ст. преподаватель

Рецензент: В.Б. Анкудинов, канд. техн. наук, доцент

Введение

Электрический аппарат - это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления электрооборудованием, предназначенного для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии. Под электрическими аппаратами понимаются различные устройства, применяемые в быту, промышленности и энергетике.

Интенсивное развитие силовой полупроводниковой техники определило появление целого ряда новых научно - технических направлений в развитии электротехнической промышленности Российской федерации. Появилась возможность создания коммутационных и защитных аппаратов с быстродействием и коммутационными ресурсами, недоступными для традиционных электромеханических аппаратов. Эти свойства, а также преимущества, связанные с отсутствием подвижных частей и дуговых явлений, способность осуществить регулирование проходной мощности, чувствительность к управлению, высокая надежность и низкие эксплуатационные расходы обусловили широкое использование сильноточных полупроводниковых (электронных) аппаратов. Эти обстоятельства обуславливают необходимость подготовки высшей школой инженеров, способных осуществлять не только эксплуатацию аппаратов такого типа, но и решать задачи, связанные с их разработкой и производством.

Предлагаемая рукопись составлена на основе рабочей программы специальности, а сама дисциплина сформирована за счет федерального компонента общепрофессиональных дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего образования по специальности 140604.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины «Электрические и электронные аппараты» является изучение студентами устройства, принципа действия и практическое применение аппаратов в системах управления автоматики, используемой в устройствах электроприводов.

После изучения дисциплины студенты должны знать:

– принцип действия, основные свойства и физические явления, происходящие в электрических и электронных аппаратах при их эксплуатации;

– принципы выбора и практического использования аппаратов.

Должны уметь:

– пользоваться технической, конструкторской документацией и справочниками;

– читать и разрабатывать схемы управления, реализованные на аппаратной элементной основе;

– выбирать измерительные приборы, пользоваться инструментом и собирать электрические схемы управления.

Должны иметь представление:

– о некоторых конструкциях электрических аппаратов;

– об областях применения аппаратной элементной базы;

– о заводах изготовителях и производстве электрических и электронных аппаратов;

– о перспективах развития аппаратостроения;

– о теории электрических и электронных аппаратов.

Требования к минимуму содержания дисциплины

Электрические и электронные аппараты, как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров технических систем. Электромеханические аппараты автоматики и управления, распределительных устройств и релейной защиты; физические явления в электрических аппаратах: электродинамические усилия в элементах электромагнитных устройств, нагрев электрических аппаратов, электрическая дуга и ее гашение, электрические контакты, электромагнитные процессы и электромагниты, термическая и электродинамическая стойкость электрических аппаратов; электронные и микропроцессорные аппараты; физические явления в электронных аппаратах; гибридные электрические аппараты; выбор, применение и эксплуатация электрических и электронных аппаратов.

Распределение часов учебного плана по видам занятий

Виды занятий	Заочное обучение
семестр 6	Всего час.
Лекции
Практические занятия
Лабораторные работы	–	–
Самостоятельная работа
Всего
Итоговый контроль	Экзамен

Распределение часов самостоятельной работы студента по видам работ

Заочное обучение	Норма времени	Семестр 6	Всего часов
Подготовка к лекциям	0, 4	3, 2	3, 2
Подготовка к практическим занятиям	0, 35	2.1	2, 1
Контрольная работа	–	94, 6	94, 6
Изучение литературы		56, 1	56, 1
Всего

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

Глава 1. Основы теории контактных электромеханических устройств

Тема 1

Электродинамические усилия в элементах электромагнитных устройств.

Тема 2

Нагрев электрических аппаратов.

Тема 3

Электрические контакты. Общие сведения, материалы и режимы работы контактов.

Тема 4

Электрическая дуга и её гашение.

Тема 5

Электромагниты.

Глава 2. Контактные электрические аппараты

Тема 6

Аппараты ручного управления.

Тема 7

Аппараты автоматического управления.

Тема 8

Автоматическая защита.

Глава 3. Бесконтактные коммутационные устройства

Тема 9

Магнитные коммутационные устройства.

Тема 10

Полупроводниковые коммутационные устройства.

Глава 4. Комплектные распределительные устройства

Тема 11

Контактные и бесконтактные, комплектные устройства (коммутирующие и регулирующие).

Глава 5. Логические элементы и устройства

Тема 12

Общие сведения.

Тема 13

Характеристики и параметры логических элементов.

Тема 14

Микропроцессоры и электронные управляющие машины.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

^№п/п	Библиографический список

	1. Основная
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5	Чунихин, А.А. Электрические аппараты / А. А. Чунихин. – М.: Энергия, 1975. –719с., ил. Родштейн, Л. А. Электрические аппараты / Л. А. Родштейн. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 304с., ил. Таев, И.С. Электрические аппараты автоматики и управления / И.С. Таев. – М.: Высш. шк., 1984. – 284с., ил. Основы теории электрических аппаратов: Учеб. для вузов / Под ред. И.С. Таева. – М.: Высш. шк., 1987. – 286с., ил. Соколов, М.М. Автоматизированный электропривод промышленных механизмов. Учеб. для студентов, обучающихся по специальности «Электропривод и автоматизация пром.установок». Изд. 3-е, перераб. и доп. /Соколов М.М. – М.: Энергия, 1976.- 488 с., ил.
	2. Методическая
2.1 2.2 2.3	Жукова, Г.А. Лабораторные работы по электрическим аппаратам: Учеб. пособие для электромехан. спец. техникумов/Г.А. Жукова., М.А. Золина. – М.: Высш. шк., 1986. – 119с., ил. Паскида, Н.П. Электрические аппараты: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: Н.П. Паскида. – Вологда: ВоПИ, 1996. – 31с., ил. Согласов, В. И. Бесконтактные электрические аппараты: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: В. И. Согласов. – Вологда: ВоГТУ, 2001, – 18с., ил.
	3. Дополнительная
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5	Автоматизированный электропривод /Под ред. Н.И.Ильинского., М.Г. Юнькова., – М.: Энергия, 1990. – 512 с., ил. Яуре, А.Г. Крановый электропривод: Справочник / А.Г. Яуре., Е.М. Певзнер. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 344 с., ил. Справочник по автоматизированному электроприводу /Под ред. В.А.Елисеева., А.В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 450с., ил. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок / Под ред. Я.М. Большама., В.И. Круповича., М.Л. Самовера. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М., Энергия, 1974. – 727с., ил. Справочник по наладке электроустановок / Под ред. А.С. Дорофеюка., А.П. Хечумяна. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Энергия, 1977. – 560с., ил. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. / С.Н. Вешеневский. Изд. 6-е, испр. – М.: Энергия, 1977. – 432с.: ил.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Предлагаемая рабочая программа по изучению дисциплины «Электрические и электронные аппараты» для студентов заочного дистанционного образования специальности 140604 - «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» обеспечивает основу знаний и умений при самостоятельной работе. С этой целью предлагаемый список используемых источников специально разделен на основную, методическую и дополнительную литературу.

При таком подходе при изучении электрических аппаратов достаточно иметь один из указанных основных учебников, а другими перечисленными книгами следует пользоваться, как справочными

Темы теоретического раздела, которые, как вам покажется, если не достаточно хорошо раскрыты на установочных лекциях и в предлагаемой литературе, необходимо выносить на консультации, предусмотренные учебным планом в вузе.

Под электрическими и электронными аппаратами понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. Нет единого стандарта по классификации электрических аппаратов ни у нас и ни за рубежом. Международная электротехническая комиссия (МЭК) все рассматриваемые аппараты делит на две группы:

– аппаратура распределительных устройств;

– аппаратура управления.

Само слово аппарат произошло от латинского слова apparatus – оборудование, то есть это прибор, техническое устройство, приспособление. По причине выше перечисленных обстоятельств с целью системного изучения дисциплины предлагаемая рабочая программа разделена на пять глав:

– основы теории контактных электромеханических устройств;

– контактные электрические аппараты;

– бесконтактные коммутационные устройства;

– комплектные распределительные устройства;

– логические элементы и устройства.

ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ»

1. Какие законы электромеханики лежат в основе работы электромагнитных аппаратов?

2. По каким признакам возможна классификация электрических аппаратов?

3. Какие принципы управления реализованы в следующих электрических аппаратах: в электромагнитном реле, тепловом реле, и поляризованном реле, выполненном на основе магнитного усилителя?

4. Чем отличаются контактные электрические аппараты ручного управления от электрических аппаратов автоматического управления?

5. Чем отличаются контактные электрические аппараты от бесконтактных электрических аппаратов?

6. Из каких основных частей состоит устройство типовых электромагнитных аппаратов?

7. Чем отличается устройство реле от устройства контактора? (пояснить примерами)

8. Какие условные обозначения основных электрических и электронных аппаратов вам известны? (пояснить примерами)

9. Какие достоинства и недостатки имеют бесконтактные электрические аппараты?

10. Какие особенности работы имеют электрические аппараты, реализованные на основе магнитных усилителей?

11. Какая функциональная зависимость, характеризующая работу электромагнитов, носит название тяговой характеристики?

12. Что называется электродинамической стойкостью электрического аппарата?

13. Какие методы определения электродинамических усилий нашли наибольшее распространение? (пояснить примерами)

14. Какие виды теплообмена учитываются при расчете электрических аппаратов?

15. Какие режимы нагрева и охлаждения электрических аппаратов известны и как нагрев учитывается при выборе и эксплуатации аппаратов?

16. Чем характеризуется продолжительный тепловой режим электрических аппаратов?

17. Какие виды тепла учитывает уравнение энергетического баланса электрических аппаратов?

18. Чем отличается кратковременный тепловой режим от длительного теплового режима?

19. Чем характеризуется повторно-кратковременный режим работы электрических аппаратов?

20. Как учитывается тепловой режим при коротком замыкании на стадии проектирования электрических аппаратов?

21. Когда возникает электрическая дуга, и какие условия способствуют этому явлению?

22. Какие меры применяются для успешного гашения электрической дуги?

23. Что такое перенапряжение, когда оно возникает, и какие меры защиты применяются в этом случае?

24. Что собой представляет электромагнит?

25. Из каких основных интервалов времени состоит циклограмма работы электромагнита?

26. Чем отличается контроллер от командоконтроллера?

27. Что такое эрозия контактов, и какие меры защиты применяются в этом случае на стадии проектирования и изготовления электрических аппаратов?

28. Какие меры защиты применяются от залипания и дребезга контактов?

29. Какими положительными и отрицательными свойствами характеризуется электрическая дуга в зависимости от обстоятельств?

30. Чем и как защищают контакты электрических аппаратов при подгорании?

31. Каким образом обеспечивается контактное давление в пакетном выключателе, кнопочных выключателях и барабанном переключателе?

32. В чем основное преимущество контактов на серебряной основе перед медными контактами?

33. Зачем под винты клеммных соединений устанавливаются пружинные шайбы?

34. Чем вызвано применение различных диаметров винтов для клеммных соединений аппаратов разного номинального тока?

35. Чем отличается по устройству конструкции реле переменного тока от реле постоянного тока?

36. Почему показание амперметра в цепи обмотки реле переменного тока уменьшается при его срабатывании?

37. Почему активное сопротивление обмотки у реле постоянного тока на 220В. больше, чем у реле переменного тока того же напряжения?

38. Из каких металлов изготавливается биметаллическая пластина теплового реле?

39. Какие достоинства и недостатки имеют автоматические выключатели перед плавкими предохранителями?

40. Как правильно подключить тепловые реле для защиты трехфазного асинхронного двигателя?

41. Почему нагреваются катушки электрических аппаратов?

42. Почему температура катушки неодинакова в разных ее слоях?

43. Как влияет форма и материал контактов на переходное сопротивление?

44. Влияет ли сила контактного нажатия на переходное сопротивление контактов?

45. Чему равно напряжение на контакте, если он разомкнут и включен последовательно с сопротивлением нагрузки 500 Ом к источнику постоянного напряжения 100В?

46. Почему магнитная проводимость воздушного зазора между полюсами зависит от его величины?

47. Как вычисляется магнитная проводимость воздушного зазора без учета выпучивания магнитного потока?

48. Каким прибором измеряется магнитный поток? (пояснить, как пользоваться прибором)

49. Как определить магнитодвижущую силу катушки электромагнита постоянного тока, если R=400 Ом; W=10000 витков; U=80 В?

50. Как влияет рабочий воздушный зазор между полюсами на электромагнитную силу электромагнита?

51. Каково назначение полюсного наконечника электромагнита?

52. Какую функцию выполняет дугогасительное устройство у электрических аппаратов?

53. Чем отличается магнитный контактор от магнитного пускателя?

54. Где применяются магнитные пускатели?

55. Чем отличается реверсивный магнитный пускатель от нереверсивного магнитного пускателя?

56. Какие виды защит можно реализовать при помощи магнитного пускателя?

57. Почему сердечник электромагнитов переменного тока набирают из отдельных пластин, изолированных друг от друга?

58. Как отражается на работе контактора магнитного пускателя обрыв короткозамкнутого витка на сердечнике?

59. Какие материалы используются для плавких вставок предохранителей?

60. Нужно ли применять плавкие предохранители и тепловые реле, если в цепи двигателя имеется автоматический выключатель АП50-3МТ?

61. Как отразится на работе электромагнита переменного тока обрыв короткозамкнутого витка, расположенного на сердечнике?

62. Из какого количества p и n слоев и переходов состоит тиристор?

63. Какие существуют способы включения и выключения тиристоров и управления ими?

64. Как называются электроды тиристора?

65. Чем отличается симистор от тиристора?

66. Какие преимущества и недостатки имеют статические тиристорные переключатели постоянного и переменного токов по сравнению с электромеханическими контакторами и реле?

67. Как работает тиристорный статический переключатель постоянного тока?

68. Как работает тиристорный статический переключатель переменного тока?

69. Чем отличается искусственная коммутация от естественной коммутации тиристора при его выключении?

70. Какие типовые схемы ключей переменного тока на тиристорах используются в преобразователях?

71. Как устроено герконовое реле?

72. Как работает герконовое реле?

73. Какие преимущества и недостатки имеют герконовые реле по сравнению с электромагнитными контакторами и реле?

74. Чем будут отличаться герконовые реле постоянного и переменного токов?

75. Какие типовые схемы включения герконовых реле известны?

76. Какие основные параметры можно определить для герконовых реле?

77. Почему конструкция реле с внешним расположением герконов предпочтительнее, чем с внутренним расположением?

78. Какая конструкция герконового реле отражает свойства поляризованного электромагнитного реле?

79. Как работает поляризованное герконовое реле?

80. Чем отличается гезакон от обычного герконового реле?

81. Как проверить исправность работы герконового реле?

82. Как расшифровать условное обозначение герконового реле, выпускаемого в промышленности, РПГ- 10-3560 УЗ?

83. Какие критерии используются для выбора промышленных герконовых реле?

84. Как рассчитывается обмотка возбуждения герконового реле?

85. Чем отличается максимальная токовая защита от нулевой защиты?

86. Где применяется защита от перенапряжения?

87. Где применяется и с какой целью защита от обрыва поля?

88. С какой целью в релейных системах управления используются блокировки? (пояснить примерами)

89. Чем отличается максимальная токовая защита от тепловой защиты?

90. С какой целью во всех электрических схемах устанавливается максимальная токовая защита?

91. Какие особенности работы максимальной токовой защиты, реализованной на плавких предохранителях?

92. В чем заключаются преимущества максимальной токовой защиты, разработанной на основе автоматического выключателя, по сравнению с защитой – на плавких предохранителях?

93. С какой целью в системах управления электроприводами устанавливается нулевая защита?

94. Как при помощи релейно-контакторных электрических аппаратов реализуются:

– максимальная токовая защита?;

– защита от перегрузок (тепловая защита)?;

– нулевая защита?;

– блокировки?

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задание.

Разработать принципиальную электрическую схему управления реверсивного электропривода с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения на электрических аппаратах с использованием электромагнитных реле, контакторов, магнитного пускателя, реостатов, резисторов, диодов и других элементов.

Условия:

– автоматический пуск электродвигателя схемой управления осуществляется в три ступени в функции: тока, времени, скорости или Э.Д.С., – в соответствии своего варианта;

– динамическое торможение электропривода должно происходить после нажатия на кнопку стоп в одну ступень;

– выполнить описание работы схемы управления;

– выполнить расчёт (в соответствии прилагаемого примера) для трёхступенчатого пуска электродвигателя;

– по справочной литературе на основании расчётов произвести выбор электрических аппаратов для разработанной принципиальной электрической схемы и заполнить спецификацию с соблюдением ЕСКД и стандартов.

Примечание. Разработанная схема управления должна обязательно иметь

следующие виды защит: максимально-токовую, тепловую или от перегрузки, нулевую, от обрыва поля и перенапряжения, блокировки.

В конце контрольной работы должно быть заключение или выводы, а также

список используемой литературы.

Паспортные данные на электродвигатель указаны в таблице 1 и выбираются в соответствии со своим вариантом, соответствующим номеру фамилии по журналу.

Момент сопротивления на валу двигателя принять М_С=0, 5·М_н для всех вариантов задания.

Таблица 1

Двигатели постоянного тока продолжительного режима типа П, U_Н=220В

ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ РАСЧЁТНОЙ ЧАСТИ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Технические данные электрической машины