Понятие об электрическом и электронном аппарате

Предмет и задачи изучения дисциплины, её значение для подготовки дипломированных специалистов

Дисциплина "Электрические и электронные аппараты" (ЭиЭА) относится к базовым дисциплинам направления 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» специализации "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов". Целью преподавания дисциплины являются освоение теоретических основ электрических и электронных аппаратов, ознакомление с назначением, устройством и их техническими характеристиками. Задачей изучения дисциплины является получение знаний, позволяющих правильно выбирать электрические и электронные аппараты в зависимости от технических и экономических требований, предъявляемых к ним.

Данная дисциплина базируется на фундаментальных и общеинженерных дисциплинах и общеинженерных дисциплинах

учебного плана специальности: физике, высшей математике, теоретической механике, теоретических основах электроники, электрических машинах и др.

Она будет использоваться при изучении дисциплин специализации, дипломном и курсовом проектировании.

Понятие об электрическом и электронном аппарате

Широкая программа развития средств электрификации и автоматики делает непрерывным прогресс в области отечественного электроаппаратостроения. ЭиЭА являются одним из основных средств автоматизации и электрификации народного хозяйства и развиваются очень интенсивно.

Аппарат (от латинского apparatus - оборудование) - это прибор техническое устройство, приспособление.

1.2.1. Совершенствование электрических аппаратов как насущная необходимость повышения эффективности установок по производству, распределению и потреблению электрической энергии.

ЭА осуществляют потоком энергии от источника к приемнику. Они применяются в системах производства и распределения электроэнергии и электроснабжения во всех об­ластях народного хозяйства, в схемах автоматического и неавтоматического управления электрическими машинами и разным оборудованием.

Наряду с электрическими машинами ЭА являются основными средствами электрификации и автоматизации. Стоимость их нередко оказывается соизмеримой со стоимостью управ­ляемых ими электрических машин и оборудования или даже превышает ее. ЭА составляют самостоятельную и обширную область электротехники, к которой относится большинство средств автоматики.

Научно-технический прогресс непосредственно связан с электровооруженностью производства, так как производительность труда пропорциональна его электровооруженности. Простой рост качества выпускаемых аппаратов не обеспечивает темпы электрификации страны. Необходимо непрерывное их совершенствовании на основе развития общей теории электроаппаратостроения, углубление представления о физике явлений, протекающих в ЭА, при их проектировании. При снижении материалоемкости и трудозатрат на их изготовление требуется повышения уровней их напряжения и токов, быстродействия надежности и ресурса. На базе новых технологий и материалов должны быть расширены работы по созданию бесконтактных (статических) аппаратов, аппаратов с жидкометаллическими контактами, по

миниатюризации конструкций и модульному их исполнению.

Электрические и электронные аппараты как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров системы электроснабжения и управления автоматизированным электроприводом; электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств (РУ) и релейной защиты

1.3.1.Назначение и область применения электрических аппаратов (ЭА)

ЭА-электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и

регулирования установок, предназначенных для производства (электростанции), передачи, распределения (электрические сети и подстанции) и потребления (электрический привод) электроэнергии.

ЭА представляют собой средства управления электрическим током, которые заключаются в управлении параметрами, характеризующими ток: электрическим напряжением, электрической мощностью и энергией, частотой электрического тока, его силой, формой импульсного тока (напряжения), магнитным потоком и т.д.

в техническом отношении к функциям управления током относятся:

коммутация (включение - отключение) электрического тока и связанных с ним параметров;

автоматическое и неавтоматическое регулирование, стабилизация, изменение по заданному закону электриче­ского тока и связанным с ним параметров;

распределение тока (электроэнергии) по объектам и потребителям;

защита электрического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, направления потоков энергии и др.);

контроль параметров электрического тока для подачи информации на входные органы автоматических регуляторов или аппаратов защиты;

преобразование параметров тока (его вида, формы кривой, частоты и др.) для создания быстродействующих, высокочувствительных, высокоэффективных, и надежных ЭА и систем управления.

ЭА являются основными средствами автоматизации и электрификации народного хозяйства. Они нашли широкое применение в энергетике (электрические станции и сети), в различных схемах управления оборудованием, светотехнике, плазменной технике и др., а также в системах автоматики, телемеханики, электросвязи радиотехнике в автоматизированных системах управления. Условия работы ЭА в различных областях техники имеют существенные отличия в технических параметрах и характеристиках, а также в конструктивном исполнении.

Понятие "ЭА" охватывает очень обширный класс всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

Для выполнения переключения в целях управления ЭА переменного и постоянного тока предназначены аппараты управления (АУ). Из большого разнообразия АУ можно выделить следующие основные группы: контроллеры, командоаппараты и реостаты, контакторы и магнитные пускатели, электромагнитные и тепловые реле, датчики неэлектрических величин.

Аппаратура РУ НН и ВН служит для управления, измерения, защиты и регулирования при генерировании, передачи, распределении и преобразовании электроэнергии. К ним относятся рубильники и переключатели, предохранители, автоматические воздушные выключатели (автоматы), выключатели переменного тока, разъединители, отделители и короткозамыкатели, реакторы разрядники, трансформаторы тока и напряжения, комплектные РУ ВН.

1.3.2. Классификация электрических аппаратов.

Для коммутационных аппаратов общим стандартом является ГОСТ 17703-72 "Аппараты электрические коммутационные. Основные понятия".

Для других групп аппаратов обобщающих стандартов нет, имеются частные стандарты, а также отраслевой каталог ("Электротехника СССР: Отраслевой каталог. Информэлектро 1986")

Классификация ЭА может быть проведена по ряду признаков: назначению (основной выполняемой функции), области применения, принципу действия, роду тока, исполнению защиты от воздействия окружающей среды, конструктивным особенностям и др. Основной является классификация по назначению, которая предусматривает разделение ЭА на следующие группы.

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие включения и отключения электрических цепей. Согласно ГОСТ 17703-72 к ним относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатель нагрузки. Выключатели ВН, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характера сравнительно редкое их включение-отключение.

2. Токоограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжения (разрядники). Режим короткого замыкания и перенапряжения являются аварийными и эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

3. Пускорегулируюшие аппараты, предназначены для пуска, регулирования частоты вращения и тока электрических машин. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пускатели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерно частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

4. Аппараты для контроля заданных электрических и неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Входной сигнал обычно воздействует на схему автоматически. В датчиках непрерывное изменение входного сигнала преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выходной величины может быть как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контролироваться как электрические так и неэлектрические величины.

5. Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартные значения, удобные для измерения. К ним относятся трансформаторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения .

6. Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону.В частности, такие аппараты служат для поддержки на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.

Разделение аппарат по области применения более условно. Аппараты для электрических систем и электроснабжения объединяют в группу аппаратов РУ НН и ВН. Аппараты, применяющиеся в схемах автоматического управления электроприводами и для автоматизации производственных процессов удобно объединить в группу аппаратов управления. Одни и те же аппараты могут быть отнесены как к группе РУ, так и к группе аппаратов управления, например рубильники, пакетные выключатели, контакторы, трансформаторы тока и др.

В пределах одной группы или типа аппараты различаются:

по номинальному напряжению на две группы: аппараты низкого напряжения(с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением свыше 1000 В);

по роду тока - постоянного тока: переменного тока промышленной частоты, переменного тока повышенной частоты;

по роду защиты от окружающей среды - в исполнении открытом, защищенном, брызгозащищенном, воздухозащищенном, герметичном, взрывобезопасном и т.д.:

по способу действия - электромагнитные, магнитоэлектрические, индуктивные, тепловые и т. д.;

по ряду других факторов (быстродействие, способы гашения дуги и т. п.).