Метод активных и реактивных составляющих токов Метод узловых и контурных уравнений Расчёт трёхфазной цепи при соединении приемника в звезду Примеры выполнения курсовой работы Расчет методом узловых потенциалов

Методы расчета электрических цепей. Примеры выполнения курсового задания

Принцип работы электромагнитных механизмов.

Электромагнитные реле.

 В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем уаправления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются электромагнитные механизмы: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления.

 По назначению различают следующие электромагнитные устройства:

 -коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели);

  -защитные (предохранители, реле защиты);

 -пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);

 -контролирующие и регулирующие (датчики, реле);

 -электромагниты.

  Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода; намагничивающую катушку 3, удерживающую 4.

 

 Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму.

 Проведем анализ процесса преобразования энергии. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения .

Разность U -UR урановешивает э.д.с. еL, т.е.

  (9.7)

Тогда

  (9.8) 

Умножим (9.8) на  и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда

  или

,

где WП - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время t/

 Решением выражения для WM имеет вид:

  (9.9)

 Учитывая, что

,

  а

,

где S - площадь,  а l - воздушного зазора, получим

.

  При перемещении якоря совершается работа

где   - энергия магнитного поля в начале намагничивания с длиной воздушного зазора ;

  - энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора  ;

 .

 С учетом (9.10) можем записать

  Так как , то

,

где

   (9.11)

 Выражение (9.11) определяет силу [кГ], с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора  и магнитодвижущей силы .

 Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону:

.

  В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением

,

 где

  После преобразования получим

 . (9.12)

 Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей . Пульсация F(t) вызывает вибрацию якоря (дребезг).

 В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t) наводит в КЗ витке э.д.с. сдвинутую по фазе на 900 относительно ФМ. По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с.

 Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4wt. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается.

  Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия.

 На рис. 9.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа. При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие.

  Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями.

 Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п.

 При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают" за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д.

 В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия.

  В зависимости от времени срабатывания различают реле быстродействующие ), нормальные ) и с выдержкой времени ( реле времени).

 Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными.

 Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия.

 


Рис. 9.5

Гармонические колебания и их характеристики. Временная и векторная диаграммы цепи. Синусоидальный ток в цепях с резистором, индуктивностью и емкостью. Токи, напряжения и мощности в неразветвленных цепях переменного тока. Векторные диаграммы токов и напряжений, треугольники сопротивлений. Токи, напряжения и мощности в разветвленных цепях переменного тока. Векторные диаграммы токов и напряжений, треугольники сопротивлений. Особенности расчета разветвленных цепей. Математические операции с комплексными числами.
Расчет методом узловых потенциалов