Электротехника \ Технология электрических машин

Электрическое сопротивление (RK) коммутирующих контактов. Условия гашения дуги постоянного тока. Способы уменьшения времени горения дуги на контактах ЭА. Условия гашения дуги переменного тока. Гибридные коммутационные ЭА постоянного и переменного тока, страница 2

Способы замедления и убыстрения:

Значительную часть составляет t_ТР При изменениии временных параметров удобно воздействовать именно на неё.

1) Изменение R цепи катушки. Сопротивление возрастает, время трогания возрастает, ток трогания не меняется, он не зависит от U и R а зависит только от натяга возвратной пружины.

2) Изменение U. U возрастает, ln уменьшается, время трогания уменьшается

Последовательно с катушкой включается добавочное сопративление так чтобы установившийся ток оставался постоянным, при этом меняется постоянная времени. Но возрастают потери мощности.

Шунтирование добавочного сопротивления контактами или конденсатором

Рисунок 4,12 а

2) индуктивность

3) короткозамкнутые обмотки. Демфирует переходный процесс – создание своего потока, который препятствует изменению основного потока.

5) Затягивание возвратной пружины

6) Изменение конечного воздушного зазора

7) Диод шунтирующий обмотку

8) R-C

9. Электромагниты переменного тока. Сравнительный анальз зависимостей I, Ф, F_ЭМ,СР=f(δ) электромагнитов переменного и постоянного тока

При sin U и отсутствии насыщения МС i и Ф меняются по з-ну синуса

Особености:

1) Потери в стали от гистерезиса и вихревых токов. Магнитное сопротивление увеличивается, появляется индуктивная составляющая. Расчёт МУ с учётом потерь в стали ведётся в комплексной форме. Для уменьшения потерь магнитная система переменного тока шихтуется.

2) I, Ф=f(δ)

Рисунок 4,14

δ возрастёт, ток возрастёт, т.к. индуктивность уменьшится

- противо ЭДС

где S·Вm – Фm

- не зависит от δ (увеличение только в конце, т.к. пренебрегаем R)

пост тока : I=const, Ф=var (при изменении δ)

перемен. тока: I=var, Ф=const (при изменении δ)

Но Ф=I·W·G (δ уменьшается, G увеличивается на переменном и постоянном токе)

3) F_ЭМ,СР=f(δ)статическая тяговая характеристика магн-ов переменного тока в сравнении с постоянным: инерционность якоря большая поэтому он перемещается под действием Fэм.ср

Рисунок 4,14 б

σ – коэффициент рассеяния

Средняя электромагнитная сила мало зависит от δ

(σ=1,01,,,,1,5 при изменении δ)

- магнитов переменного тока

- магнитов постоянного тока

Пологая ЭМХ позволяет иметь повышенный коэффициент возврата 10,6…0,77 , который тем больше, чем меньше превышение Fэм над Fпр в притянутом положении якоря. Это позволяет им осуществить защиту от понижения напряжения, при понижении напряжения до 0,6…0,8 номинала эл.магнит отпускает и контакт размыкается.

Время срабатывания и время отпускания не постоянны и зависят от фазы напряжения в момент включения или отключения.

Цепь катушки – чистая индуктивность. Поэтому при начальной фазе U=0, Iп имеет максимальную апериодическую составляющую и Iп достигает максимального значения ч/з пол периода. При нач фазе 90⁰ через четверть периода. Поэтому время трогания при частоте сети 50 Гц не может превышать 10 мс.

10. Выбор автоматического выключателя для защиты асинхронного двигателя.

I) Определение основных параметров защищаемой цепи (нагрузки) , требований к автомату и условий, в которых он будет работать: Uраб, Iраб, Iотк.раб=Iк.з., tк.з., влажность, давление, температура, состав окружающей среды.

II) Выбор автомата путём сопоставления рабочих параметров с ном.

параметрами выпускаемых автоматов

1) Выбор из условия работы в номинальном режиме

2) Выбор из условия надёжной работы при КЗ

А) - проверка на предельную комутационную способность

Б)

Проверка на динамическую стойкость

В) - проверка на термическую стойкость

2) Выбор расцепителя на примере АД.

А) выбор расцепителя (тепловой или п/п) из условия защиты двигателя от недопустимого перегрева с учётом отстройки пусковых токов. Защита работает, если ВТХ пойдёт нижеЗащита оптимальна, если Iрасц.ном>=Iдв.ном Выбранный расцепитель проверяется на отстройку пусковых токов.

Б) выбор расцепителя из усл защиты дв-ля при КЗ с учётом отстройки пускового тока.

Периодическая составляющая неизменна в течении всего временипуска. Апериод - затухает за несколько периодов. Несрабатывание при пуске обеспечивается, если:

Кн – коэф отстройки от Iпуск.дв

Расцепитель выбран верно, если его номинальный ток

11. Транзисторное реле с ОС по напряжению. Эл схема, принцип действия, хар-ка уравнения I_Н=f(е_У)

рисунок 6.3 схема

ОС по напряжению осуществляется путём подачи вых Uке2 на вход ч/з Rо. Т.к. вых сигнал снимается с коллектора вых транз-ра и подаётся на вход параллельно е_У , то ОС коллекторная (паралельная). ОС положительная Т.о приращение сигн-ла упр-я одного знака вызовет приращ-е вых U того же знака.

Рисунок 6.4

Рис – хар-ка управления без ОС - те же вых параметы будут получены при ОС при меньшем

Меньшем на величину I₀R_У поэтому ОС смещ-ет хар-ку управления вдоль оси абцисс вправо на I₀R_У.

VT2 в отсечке

Участки хар-к упр-я 1 и 2 каскадов, соответствующие режиму отсечки смещаются вправо на величину I₀R_У

1) По мере подхода VT2 к насыщению потенциал

Т.е. уменьшается ОС. Характеристики 1 и 2 каскадов с ОС сближаются с хар-ми без ОС.

2) VT2 в насыщении потенциал близок к нулю поэтому . Участки хар-к при насыщении VT2 при введении ОС остаются без изменений.Т.о. введение ПОС увеличивает крутизну уч-ов хар-к, соответствующих активной зоне. Крутизна тем больше, чем глубже ОС. Увеличение ос достигается снижением Rо.

При Rо=Rо.крит крутизна равна бесконечности

При Rо<Rо.крит крутизна отрицательная, т.е. хар-ка управления принела релейный скачкообразный, гистерезисный вид.

Rо.кр=K·Rу

Если управление идёт от источника напряжения то выполнить усл-я релейного режима нельзя

Если управление от источника тока, то сопротивления стремятся к бесконечности .

Т.о. п/п реле с ОС по U хорошё согласуется с источником I и не согласуется с источником U

12. Транзисторное реле с ОС по току. Эл схема, принцип действия, хар-ка уравнения I_Н=f(е_У)

рисунок 6,6 (схема)

ОС по току осущ-ся включением Rо в эммиторную цепь обоих транз-ов. Ток нагрузки Iо, проходя поRо создаёт падение , которое воздействует на вход усилителя совместно с е_У. Т.К. Rо вкл-но в цепь эмитторов, а Uо последовательно с е_У то ОС эмитторная (последовательная).

ПД как при ОС по U.

1) Напряжение ОС Uо всегда положительно. Оно явл-ся запирающим для входа VT. е_У на рабочих участках хар-к отрицательно и создаёт отпирающее U на входе VT. Данная ОС положительная. Если

2) Т.к е_У иUо действуют встречно то ОС сдвигает участки хар-к влево на Uо. Сигналу е_У для создания прежнего значения тока нагр-ки, а следовательно прежнего зн-ия U_ЭБнеобходимо скомпенсировать Uо.

От источника тока не управляется согласуется с источником напряжения.

13. Реле на логических эл-ах. Схема, принцип действия, хар-ка управления U_ВЫХ=f(е_У)

КМОП структуры. Исх данные: пороговое U.

ИЛЭ: Uпорпримерно = 0,5Uпит; Rвх прим-но = бесконечности; Rвых примерно = 0; Uвых=Uпит или 0.

Рисунок 6,9 схема

Два последовательно соед-х лог-х эл-та «НЕ» Вход реле соед-ся с входом делителя U R1R2 которые образуют ОС.

Релейная гистерезисная характеристика управления обеспечивается Uвх1=f(Uвых). Uвых=U⁰…U₁

При малом сигнале упр-ия е_Укогда Uвх1<Uпор ЛЭ в устойчивом состоянии Uвых=U^Опримерно=0.

При Uвх1>Uпор 1 и 2 ИЛЭ срабатывают Uвх1 увеличивается на ΔUвх1+Uпор

По методу наложения:

где

Независимое регулирование достигается путём разделения цепи ОС для на чального и конечного состояния реле 2 диодами

рис 6,10

Меняется R при срабатывании и возврате.

14. Реле на ОУ. Схема, принцип действия, хар-ка управления U_ВЫХ=f(е_У).

Это п/п реле с повышенной стабильностью и точностью

Перевод ОУ в релейный режим осуществляется введением ПОС, путём подачи Uос на прямой вход.

Замыкающий РО (Рисунок 6.12а)

ОС с помощью R4 R5. Uос формируется на R5. На инвертирующий вход · под-ся смещение делителем R1 R2 (хар-ка смещается вправо).

Срабатывание и возврат РО находится из условия переключения ОУ:

Если e_У незначит. <e_У.СР то U_ИНВ >U_ПРЯМ – на выходе сигнал низкого уровня

U₁ =U_СТ1 U_ВЫХ =U_СТ2 - мало

При e_У=e_У.СР

Где

1) если R5=0 то Uос=0 то e_УП=0 петля вырождается

2) R5 возрастает то U_ОС возрастает то e_УП возрастает то e_УСР увел-ся e_УВ уменьшиться

Размыкающий РО на ОУ ( рисунок 6.12 б )

1) Если е_У=0 Uинв.вх<0 |Uинв|>Uое

На выходе >0: Uвых.оу>0=+Eп

U1=Uвых=Uст – исходное устойчивое состояние (e_У < e_У.СР)

По методу наложения

2) e_У = e_У.СР Uинв=Uпр

3) e_У > e_У.В - срабатывание из условия переключения ОУ:

Uинв=Uпр=Uос

Где

4) e_У.В : U1 = -Uст Uвых= -Uст.пр

Регулирование e_У.В e_У.СР путём изменения R5 как в пребедущем случае

15. Полупроводниковое аналоговое реле времени. Эл. сх. , принцип действия, время срабатывания и время возврата.

Благодаря большому диапазону выдержек времени, точности, небольшим габаритам.

Аналоговое – основанно на переходных процессах в LC- контуре. Используют заряд, разряд и перезаряд С до Uср порогового элемента

Τ=RC – постоянная времени

ПЭ – порог-й эл-т на базе ОУ с/без ПОС. Применение ОУ даёт более высокую удельную выдержку времени t_УД.

А – выходной усилитель

К – катушка реле для усиления и размножения вых сигнала

S в положении 1: С разряжается по экспоненте

При Uс=Uоп срабатывание

S в пол 2:

При t=t_В

Рисунок 6.14 а Только (а) S в положении 1 заряд С

Для увеличения точности параметров стабилизатор R5 и VD1. R2 и R3 для формирования Uоп.

- пост врем заряда конд-ра

При S в положении 2: С разряжается

- (при Uс=Uоп - возврат)

Время возврата и время сраб-я не зависит от колебаний U питания

VD2 обеспечивает надёжное запирание VT повышая φ эммиттора

VD3 защита от перенапряжений

16. Тиристорный комутационный аппаратпостоянного тока. Схема, принцип действия, временные диаграммы.

Конденсаторное комутирующее устройство. Конденсатор – источник комутирующего U.

Рисунок 6.15

Комутирующий узел – Ск, вспомогательный тир-р VS2 и R1.

При замыкании П подаётся управляющий импульс на силовой тир-р VS1 и подсоединяет Rн r Uп. i_Н=Uн/Rн. Ч/з VS1 течётзарядный ток коммутирующего контура:

При откл-ии нагр-ки нажимается Ст. Через вспомагат. тир-р VS2 протекает i_У2 . В момент t2 VS2 включает Ск паралельно VS1, начинается разряд Ск. Разрядный ток течёт навстречу току нагрузки i_Н.

при

VS1 выключается

В момент t3 напряжение VS1=0, в t4 на VS1 прямое Uп.

За t_ОБР VS1 должен востановить запирающую способность, иначе после t3 он снова вкл-ся.

Для надёжного выключения VS1:

- паспортное время выключения VS

- опр-ся путём решения ДУ цепи разряда конд-ра.

Минимальная ёмкость

Kн – коэф надёжности 1,5…2 , учитывающий изменение t_ВЫК при несовпадении температурной структуры VS.

При RL нагрузке перезарядка С происходит постоянным током (L не даёт измениться) t_ОБР увеличивается.

Процесс выключения ТирКА заканчивается выкл-ем VS2. Для его выключения R1 должен ограничить ток ч/з VS2 < I_{УДЕРЖАНИЯ}. Большое R1 увеличивает время зарядки С (t1). В рез-те ограничивается частота комутации.

К Cк и R1 предъявляются противоречивые требования.

Недостатки ТирКА:

1) бросок тока при вкл-ии, кот при активной нагр-ке =2Uп/Rн в момент вкл-я VS2. Cк заряженный до Uп вкл-ся последовательно и согласно с Uп.

2) зависимость t_ОБР от Rн в результате превышения Iн.доп происходит срыв комутации

3) большое R1 что снижает частоту комутаций

Недостатки устраняются, но схема усложняется.

При аварийном режиме ТирКА выкл-т цепь автоматически (I>Iуст.вкл) U на измерительном Rш достигнет Uш.ср →VS2 вкл-ся.

Uу.вкл - U управления VS, при котором VS вкл-ся

Ток установки регулируется Rш и подбором стабилитрона по Uст.

17. Тиристорный коммутационный аппарат переменного тока. Эл. схема, принцип действия, временные диаграммы.

Особенность: не требует спец. устройства для выключения тир-ов, т.к. тир-ор автоматически выкл. при подходе тока к 0. Силовой блок полюса ТИРКА может быть выполнен по след. вар-ам:

Рисунок 6.16

Наиболее применяется вариант а) т.к. он характ-ся min числом п/пр приборов → габариты и масса ↓, η ↑.

Силовой блок по б) имеет более простую схему управления. Управляющие электроды можно объединить и вести управление от одного БУ. Диоды шунтируют тир-ры от Uобр и выбираются толко по Uпрям.

Блок по в) содержит один тир-ор → простой БУ. Однако этот блок может работать лишь при небольших I и f=50 Гц, при активной нагрузке, когда схемное время (tс) ещё достаточно для восстановления управляемости тир-ра

19. Полупроводниковые аппараты с применением оптронов.

Реле с оптроном в цепи управления. Выключатель с оптроном в силовой цепи. Эл. схемы и их принцип действия.

Широкое применение оптронов объясняется тем, что они позвол. осуществить полную гальваническую развязку входной и выходной цепи → проще схема, ↑ помехоустойчивость.

Реле с оптроном в цепи управления.

В цепях упр-ия наибольшее примен. нашёл транзисторный оптрон(ТО) т.к. он обладает повышенным коэф. передачи тока

Он харак-ся ↑ быстродействием.

Реле с ОС по току, где каскад выполнен на базе ТО:

Рисунок у Кирилла.

Блок по г) хар-ся наибольшей простотой, однако симисторы имеют более низкие предельно допустимые U, I и перегрузочную способность.

Схема и диаграмма ТИРКА переменного тока:

Рисунок 6.17

СУ выполнена в виде цепи последовательно соед. R1, R2, R3 и ключа S. Регулирование момента вкл. ТИРКА осущ.-ся резист. R2 который выбирается из условия ограничения амплитуды импульса Iу до допустимого значения.

Диоды защищают VS от Uобр. При вкл. S в первый T/2 при достижении I=Iу.отпир один из VS вкл-ся. Min угол задержки вкл. VS при активн. нагр. αзад=2 . Это приводит к появлению безтоковой паузы в кривой iн . Из-за разброса хар-к упр-я VS эти паузы могут быть неодинаковыми, что приводит к появлению пост. составл. тока. Выровнять αзад можно резист. R1 и R3.

Достоинства: простота, надёжность, малые потери P на управление(как только VS вкл. то Uанод упадёт до 1-2 В, поэтому iу≈0 )

Uос поступает на вход усилителя эл. путём с помощью Rу. А входной сигнал поступает на вход усилителя оптическим путём.

Реле с оптроном в силовой цепи.

В силовых цепях перем. тока наибол. применение находят тиристорные оптроны(выпускаются на токи до нескольких сот А).

Рисунок у Кирилла.

В сетях пост. тока – транзисторные оптроны I до 100 А и U до 1000В и более. Транз-ор – полностью управляемый элемент → ЭА получается предельно простым.

Рисунок у Кирилла.

Управлять VS удобно не изменением Uу, а с помощью ключа S при этом:

упрощается и ↑ надёжность цепи управления.

↓ требования к параметрам цепи управл. т.к. входная цепь работает в релейном реж.

↑ общий коэф. усиления т.к. P для перекл. S треб. меньше.

В качестве S может быть контактный элемент или бесконтактный.

Область применения: контакторы перем. тока, автоматы защиты, регуляторы перем. тока.

20. Бездуговой пускатель с микропроцессорным управлением. Эл. схемы и их принцип действия.

Рисунок у 6.18

Принцип действия заключается в постепенном изменении угла проводимости силовых блоков VS. Так при вкл. двигателя он плавно увелич. от 0 до π/2, в результате действующее U на обмотках двигат. плавно увелич. от 0 до Uc. При U=Uc силовые боки VS шунтируются контактором КМ(дуга отсутствует т.к. основной ток протекает через тиристоры) и могут быть выведены из работы. При выкл. двигат. сначала в работу вводятся VS с углом проводимости π/2, затем откл. контактор КМ(дуги нет т.к. ток протекает через VS) и начинается плавное снижение угла проводимости VS → ток в двигат. плавно снижается до 0.

Управление VS и контактором КМ осуществляется с помощью микропроцессора(МП), который задаёт таймеру ТМ необходимый угол задержки отсчитываемый от момента прохождения U через 0 (определяется датчиками нулевого напряж. ДНН). В нужный момент ТМ выдаёт управляющий сигнал для системы управления (СУ) тиристоров VS. Также МП производит вкл. и откл. КМ.

С помощью датчика частоты вращения(ДЧВ) МП может следить за скоростью вращения двиг. → МП может: контролировать процесс пуска двигат., осуществить защиту двиг. от заклинивания и к/з, регулировать и управлять скоростью вращ. двигателя.

Вопрос 18

РН малой и средней мощности выполняется на базе транзисторов, которые позволяют выполнить полностью управляемый ключ S проще. РН малой и средней мощности выполняют в большинстве случаев с LC-фильтром (рис.1). Анализ. Если пренебречь активными потерями в элементах схемы, то электромагнитные процессы в схеме можно описать следующими уравнениями.

На интервале замкнутого состояния ключа S ток реактора фильтра будет нарастать. Пренебрегая пульсацией напряжения U_вых которая практически мала, уравнение баланса напряжений силового контура РН можно записать: (1).

Отсюда следует, что ток будет нарастать по линейному закону:

(2)

где - ток реактора в момент замыкания ключа S.

В момент размыкания ключа S обратный диод под действием противо-ЭДС реактора открывается. В результате уравнение баланса напряжений на интервале разомкнутого состояния ключа S примет вид: (3)

Отсюда следует, что ток на данном интервале убывает по линейному закону:

, (4)

где - ток реактора в момент размыкания ключа S.

Рассмотренные процессы периодически повторяются. Если к концу интервала разомкнутого состояния ключа ток не успевает снизиться до нуля, то такой режим работы называется режимом непрерывного тока. В противном случае будет режим прерывистого тока. Второй режим является нежелательным, т.к. в этом режиме пульсации выходного тока и напряжения значительно выше.

Из (2) следует, что пульсация тока в реакторе равна:

(5)

Таким образом, пульсация тока обратно пропорциональна L и . Переход режима непрерывного тока в режим прерывистого тока будет при . Отсюда граничное значение тока нагрузки, соответствующее переходу в режим прерывистого тока, определяется соотношением:

R_Н

k₃=1

k₃=0.8

k₃=0.6

k₃=0.4

(6) При

U_ВЫХ=U_С

Рисунок

СУ

U_ВХ

а)

б)

U_аб

t_р

t₃

Т_П

I_L=I_Н

U_ВЫХ

а) эл. схема; б) временные диаграммы напряжения и тока.

Рисунок 1- Импульсный транзисторный РН постоянного тока

Рисунок

I_H

U_ВЫХ

Рисунок 2 – Семейство внешних нагрузочных характеристик

РН

I_Н._ГР._max

U_H

Рисунок 3 – Временная диаграмма U_ВЫХ при переходных процессах

На рисунке 2 представлено семейство внешних характеристик РН с указанием границы перехода режима непрерывного тока в режим прерывистого тока. Параметры границы определяются уравнением (6).

Коэффициент кратности тока реактора

^. (7)

В установившемся режиме средние значения токов реактора I_L_.СР и нагрузки I_H равны.

В режиме непрерывного тока реактора

Рисунок 4 – Ток реактора при и

Анализ коэффициента пульсаций К_п выходного напряжения:

Параметры фильтра выбираются из условия обеспечения заданного К_п выходного напряжения в установившемся режиме.

, (8)

где - пульсация выходного напряжения (рис.1).

Переменная составляющая тока реактора протекает преимущественно через конденсатор, вызывая пульсацию напряжения на нём. При этом изменение заряда конденсатора равно:

, (9)