Рубильники и переключатели

Рубильники – это простейшие аппараты, осуществляющие видимый на глаз разрыв электрической цепи. Переключатели представляют собой по существу двусторонние рубильники. Рубильники и переключатели изготавливают на номинальные токи от десятков до тысяч ампер.

Предельный ток, который может отключать рубильник, обычно меньше номинального. Для повышения предельного отключаемого тока рубильники снабжаются дугогасительными камерами. При включении рубильника его подвижные контакты (ножи) плотно входят в пружинящие неподвижные контакты. Основными частями рубильников и переключателей являются контактные ножи 5 (рис.37) и стойки: контактные 4 и шарнирные 6. У аппаратов с боковой рукояткой (рис.38) ножи связаны валиком 8, приводимым в движение симметрично расположенными стальными тягами 4, второй конец которых шарнирно соединен с валом, установленным с задней стороны панели на двух подшипниковых стойках. Этот вал вращается рукояткой 3. Такая конструкция позволяет устанавливать аппараты с боковой рукояткой в шкафах прислонного типа, имеющих передние дверцы или крышки. Боковая рукоятка съемная, но ее можно снимать только в отключенном состоянии рубильника или переключателя. У рубильников и переключателей с центральным приводом ножи связаны валиком, который приводится в движение тягой с гайкой 4 (рис.39), непосредственно соединенной с рычажным приводом 2. Аппараты этого типа устанавливают так, чтобы привод находился с лицевой стороны стенки 3 шкафа, имеющего с задней стороны доступ для обслуживания аппарата.

Трансформаторы

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Однофазный трансформатор (рис.5.1) состоит из стального сердечника и надетых на сердечник двух катушек (обмоток) из изолированного медного или алюминиевого провода.

Одна обмотка (первичная) подключается к источнику переменного тока, например к генератору электростанции Г напряжением U1. Ко второй обмотке (вторичной подключают нагрузку Н, т.е потребители электроэнергии, которые работают при напряжении U2, отличающемся от U1. Напряжение U1, поддерживаемое на зажимах (выводах) первичной обмотки трансформатора источником переменного тока, создает в этой обмотке переменный электрический ток, который возбуждает в сердечнике аппарата переменный магнитный поток Ф. Вследствие непрерывных периодических изменений магнитного потока, пронизывающего как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора, в каждом витке этих обмоток согласно закону электромагнитной индукции возникает (индуктируется) переменная электродвижущая сила е (э. д. с.), пропорциональная скорости изменения охватываемого витком магнитного потока Ф. Если число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора равно соответственно W1 и W2, а эффективное значение переменной э. д. с. одного витка равно Е, то эффективное значение суммарной э. д. с., наводимой переменным магнитным потоком в каждой из обмоток, равно: в первичной Е1 = w1E; во вторичной Е2 = w2E.

Силовые трансформаторы рассчитываются таким образом, что при нормальных режимах работы э. д. с., индуктируемые магнитным потоком в обмотках трансформатора, мало отличаются от соответствующих напряжений на зажимах этих обмоток, т.е U1 = E1 = w1E; U2 = E2 = w2E.

Из уравнений следует, что если при помощи трансформатора необходимо повысить напряжение в (к) раз, то вторичная обмотка трансформатора должна иметь примерно в (к) раз больше витков, чем первичная.

Если же необходимо понизить напряжение в (к) раз, то вторичная обмотка должна иметь примерно в (к) раз меньше витков, чем первичная.

В том случае, когда вторичная обмотка рассчитана на более высокое напряжение, чем первичная, трансформатор называют повышающим; если же напряжение вторичной обмотки ниже, чем первичной, трансформатор называют понижающим.

Обычно трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации к, представляющим собой отношение напряжения высоковольтной обмотки к напряжению низковольтной. Так, если U1 > U2, то k = U1/U2 = E1/E2 = w1/w2. Таким образом, коэффициент трансформации может быть выражен как отношение чисел витков обмоток трансформаторов.

-25-

Правильно рассчитанный и выполненный трансформатор представляет собой весьма совершенный в энергетическом отношении аппарат с коэффициентом полезного действия 95-97%, а у очень мощных трансформаторов – свыше 98%.

Поэтому при нормальной нагрузке трансформатора мощность Р1, получаемая его первичной обмоткой от источника электроэнергии, приблизительно равна мощности Р2, отдаваемой вторичной обмоткой потребителям. Мощность соответствующей обмотки может быть охарактеризована произведением протекающего по ней тока на напряжение.

Поэтому U1I1 = P1 = P2 = U2I2, или U1I1 = U2I2. Преобразовав последнее уравнение и учитывая, что U1/U2 = w1/w2 = k, получим U1/U2 = I2/I1 = k = w1/w2.

Итак, при нормальной работе трансформатора напряжение на зажимах его обмоток приблизительно пропорционально числу витков этих обмоток, а отношение токов приблизительно обратно пропорционально числу витков обмоток. Иначе говоря, чем выше напряжение, на которое рассчитана обмотка данного трансформатора, тем меньше ток, протекающей по этой обмотке. Поэтому сечение провода первичной обмотки выбираются соответственно меньшим.

Таким образом, обмотка высшего напряжения трансформатора должна состоять из большого числа витков сравнительно тонкого провода, а обмотка низшего напряжения – из соответственно меньшего числа витков более толстого провода. На паспортной табличке трансформатора обычно указывается его марка, характеризующая назначение и конструкцию, а также напряжение обмоток и мощность трансформатора.

В настоящее время широкое применение находит трехфазный ток благодаря ряду известных преимуществ трехфазной системы. Для преобразования напряжения трехфазного тока можно воспользоваться тремя одинаковыми однофазными трансформаторами, соединив должным образом выводы их обмоток. Однако расход материалов, габариты, масса и стоимость трех однофазных трансформаторов будут значительно больше, чем у одного соответственно заменяющего их трехфазного трансформатора.

Трехфазный трансформатор (рис.5.2,а) состоит из стального сердечника, на каждом из трех стержней которого размещены три пары обмоток. Принцип действия трехфазного трансформатора по существу тот же, что и у однофазного.

Фазные обмотки одного и того же напряжения в трехфазном трансформаторе (рис.5.2,б) соединяют между собой в «звезду», «звезду» с выведенной нулевой точкой и в «треугольник». Соотношение между значениями первичных и вторичных линейных напряжений в трехфазных трансформаторах зависит не только от соотношения чисел витков соответствующих обмоток, но и от схем их соединения.

-26-

Например, если каждая фаза первичной обмотки трансформатора рассчитана на 220 В, а вторичной – на 127 В и коэффициент трансформации здесь равен 1,73, то, соединив первичную обмотку по схеме «звезда», можно подключить ее линейные зажимы на напряжение 380 В. Если же при этом вторичная обмотка соединена по схеме «треугольник», то на линейных зажимах, подключаемых к нагрузке, будет напряжение 127 В. Таким образом, напряжение снижено не в 1,73 раза, а в 3 раза.