Фото и видео

Новости (архив)


Контакты

contact@forca.ru

Содержание материала

ОСОБЕННОСТИ НЕКОТОРЫХ НОМИНАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
Различают: а) номинальное напряжение сети (оно же является номинальным напряжением электроприемников, непосредственно включаемых в эту сеть) и б) номинальное напряжение источников (генераторов, аккумуляторных батарей) и преобразователей тока (вторичных обмоток трансформаторов), но без нагрузки. Номинальное напряжение источников и преобразователей всегда выше номинального напряжения сети. Например, напряжение вторичной обмотки трансформатора 400/230 В, но лишь до тех пор, пока трансформатор не нагружен (400 В между фазами и 230 В между каждой фазой и нейтралью). А под нагрузкой, из-за потерь в самом трансформаторе и сети, напряжение несколько снизится и приблизится к номинальному напряжению сети 380/220 В.
Некоторое количество осветительных ламп накаливания для одного номинального напряжения сети, например 220 В, выпускают с несколькими диапазонами напряжений, в нашем примере 215-225,220-230, 225 - 235 , 230-240 В. В пределах диапазона лампа достаточно ярко светит и долговечна. Значение напряжения, лежащее примерно в середине диапазона, является расчетным. Например, для диапазона 230-240 В расчетное напряжение 235 В. Необходимость выпуска ламп с несколькими диапазонами поясняет упражнение 3.
Упражнение 3. Имея в виду, что рабочее напряжение сети всегда отличается от номинального, следует: 1) решить, какие диапазоны напряжения должны быть у ламп накаливания, освещающих длинный туннель, если подстанция расположена на одном его конце, например слева; 2) выбрать диапазоны напряжений ламп накаливания, освещающих квартиры и
лестничные клетки; 3) объяснить, почему лестничные клетки целесообразно освещать люминесцентными лампами, как и делают в современных домах.
Ответы. 1- Напряжение вблизи подстанции самое высокое, но по мере удаления от нее снижается. Поэтому на первой трети, считая от подстанции, диапазон напряжения ламп должен быть 230- 240, в середине - 225-235 и справа - 215-225 В.
Лестничные клетки освещаются всю ночь, а ночью нагрузка сети снижена и, следовательно, напряжение повышено. Лампы накаливания весьма чувствительные к повышениям напряжения, быстро перегорают. Поэтому экономично на лестничных клетках применять пампы с диапазоном напряжений 230-240 В, а для квартир 215-225 В.
К повышениям напряжения люминесцентные лампы менее чувствительны, чем лампы накаливания. Кроме того, у них значительно больший срок службы (10 ООО ч, у пампы накаливания - 1000 ч) и они экономичнее.
Номинальное напряжение конденсатора, например 100 В, имеет иной смысл: оно указывает предельное напряжение сети, питающей электроустановку, содержащую конденсатор. В нашем случае напряжение сети не должно превышать 100 В. Для сети любого меньшего напряжения конденсатор годится, но при обязательном учете рода тока: постоянный, переменный, пульсирующий. Необходимость учитывать род тока выяснится при выполнении упражнения 4.
Упражнение 4. На конденсаторе написано: "100 В, 200 мкФ" и стоит знак постоянного тока.
Ответить на вопросы: 1. Можно ли применить этот конденсатор при напряжении 70 В? Не уменьшится ли при снижении напряжения его емкость? Что изменится и во сколько раз? 2. Можно ли использовать этот же конденсатор при напряжении 100 В переменного тока? Что нужно сделать, если конденсатор, предназначенный для постоянного тока, нужно будет включить на переменный ток?
Ответы. 1. По условиям изоляции конденсатор можно применять в сети постоянного тока при 100 В или ниже. Емкость С от напряжения не зависит и, следовательно, не изменится: она определяется только конструкцией и размерами конденсатора. Энергия, запасенная конденсатором, W= CU2 • 10 612 пропорциональна квадрату напряжения U. В нашем случае энергия при 70 В уменьшится примерно вдвое, так как 1002 : 702 = 2. Важные примеры использования этой энергии рассмотрены в упражнении 44. Множитель 10~6 необходим, чтобы емкость выразить в фарадах.
2. При переменном токе через конденсатор проходит ток; он нагревает диэлектрик, что может привести к пробою диэлектрика. Значит, конденсаторы постоянного тока для сетей переменного тока не годятся. В крайнем случае, если конденсатор постоянного тока приходится использовать в сети переменного тока, необходимо соблюсти следующее условие: номинальное напряжение конденсатора должно быть значительно выше номинального напряжения сети, причем чем частота больше, тем напряжение сети должно быть ниже. Например, конденсатор постоянного тока на 1000 В при 50 Гц пригоден только до 200 В, а при 100 Гц - до 100 В.

применение полупроводниковых диодов
Рис, 1. Простейшие примеры применения полупроводниковых диодов
Для сетей переменного тока выпускаются конденсаторы, рассчитанные для эксплуатации при переменном токе. Примером могут служить косинусные конденсаторы для повышения коэффициента мощности; конденсаторы, работающие в электрофильтрах, и т.п.
Номинальная мощность резисторов, например 10 Вт, это предельная мощность, которую может рассеять поверхность резистора без недопустимого для него перегрева. Соображения, которые необходимо принимать во внимание при выборе резисторов, иллюстрирует упражнение 5.
Упражнение 5. Лампу напряжением U- 110 В, мощностью Р = 8 Вт нужно питать от сети напряжением Uc = 230 В, для чего последовательно с лампой приходится включать резистор.
Требуется определить: 1) сопротивление R резистора; 2) мощность Рр, которая рассеивается поверхностью резистора; 3) что нужно сделать, чтобы температура резистора не превысила 60 °С, и чем может быть вызвано это требование?
Ответы. 1- Через лампу должен проходить ток I = P/U= 8/110 = = 0,0173 А. Этот же ток проходит через резистор. Падение напряжения на резисторе Up = Uc - U = 230-110 = 120 В.
Сопротивление резистора R=Up: Г = 120: 0,0173 = 1640 0м.
Мощность, выделяющаяся в резисторе, Рр = Щ1 = 120-0,0173 = = 8,8 Вт. Если номинальная мощность резистора меньше 8,8 Вт, то он сгорит.
При равенстве номинальной и выделяющейся мощностей резистор (проволочный, эмалированный) нагревается примерно до 300 °С. Для самого резистора такая температура допустима. Но если недалеко расположены полупроводниковые приборы, конденсаторы и другие изделия, которые нельзя перегревать, то температуру резистора необходимо снизить, т.е. улучшить его охлаждение. Единственный способ улучшить охлаждение - увеличить поверхность, т.е. взять резистор на большую номинальную мощность: в нашем примере не на 8,8, а на 50 Вт. Подробно этот важный вопрос рассмотрен в упражнении 15.
На рис. 1 даны типичные примеры применения полупроводниковых диодов в устройствах управления и сигнализации: двухполупериодное выпрямление - рис. 1 ,а; разделение цепей сигнальных ламп - рис. 1,6; создание небольшого замедления для предотвращения дребезжания реле, питающегося однополупериодным током, - рис. 1,в. Назначение диодов в рассматриваемых случаях выяснится при выполнении упражнения 6.
Упражнение б. 1. Доказать, что по схеме рис. 1 ,а осуществляется двухполупериодное выпрямление. 2. Объяснить, как работает схема рис. 1,0 и благодаря чему она пригодна как для постоянного, так и для переменного тока. Как в нормальном режиме развязаны цепи ламп HL1 и HL2? Что пришлось бы сделать при отсутствии диодов V4 и V5 ? Можно ли по накалу определить род тока, питающего лампы? 3. Как работает схема рис. 1,«? За счет какой энергии якорь остается пртянутым в отрицательные полупериоды? Какой элемент надо из схемы исключить, если схему питать не переменным, а постоянным током? Какую роль в этом случае будет играть диод У7? Чем можно его заменить, но почему это невыгодно?
Ответы. 1. В положительный полупериод ток прохода через диоды VI и УЗ в направлении красных стрелок, а в отрицательный - через диоды V2 и V4 в направлении синих стрелок. Направление тока в нагрузке в любой полупериод одинаиово: направления красных и синих стрелок совпадают.
Сигнальные лампы HL1 и HL2 включаются раздельно контактами К1 и К2 соответственно (см. зеленые стрелки). Для проверки исправности ламп (когда К1 и К2 разомкнуты) достаточно нажать кнопочный выключатель SB. При этом через диод V4 включится лампа HL1, а через диод V5 - лампа HL2 (см. синие стрелки). В нормальном режиме цепи ламп развязаны благодаря тому, что диоды V4 и V5 соединены встрсчно, аэто значит, что при любой полярности один из них заперт. При отсутствии диодов V4 и V5 для проверки каждой из ламп пришлось бы иметь отдельный контакт SB. Иными словами, при необходимости проверить 30 ламп пришлось бы вместо 30 диодов (включение которых не вызывает затруднений - дешево и почти не требует места) исполь» зовать кнопочный выключатель о 30 контактами, что совершенно нереально. При питании схемы переменным тоиом лампы во время проверки горят туенло из-за того, что полпериода "срезается" диодом.
Катушка реле К получает питание в положительные полупериоды через диод V6. При этом в индуктивности катушки накапливается энергия. В отрицательный полупериод она освобождается, в результате чего в контуре катушка - диод V7 возникает ток, направление такое же, какое было при питании через диод V6. Этот ток удерживает якорь притянутым. При питании постоянным током диод V6 не нужен. Диод V7 играет двоякую роль. Во-первых, при размыкании контакта КЗ через диод замыкается ток, созданный энергией, которая накоплена катушкой.
В результате получается замедление при возврате якоря. Во-вторых, гасится коммутационное перенапряжение (подробнее см. § 7). Диод V7 при постоянном токе можно заменить разрядным резистором и получить примерно такой же эффект. Но это невыгодно, так как через резистор все время проходит ток и, следовательно, расходуется энергия.
Как видно из рассмотренных примеров, в устройствах управления и сигнализации диоды имеют хоть и простое, но в высшей степени ответственное применение. Применяя диоды, необходимо соблюдать два условия: а) ток, проходящий через диод, не должен превышать номинального прямого тока, иначе диод перегреется; б) наибольшая амплитуда обратного напряжения диода должна быть не меньше (а лучше, если она будет больше) максимального мгновенного значения напряжения сети. В противном случае диод будет пробит. Технику согласования параметров диодов с их номинальными данными иллюстрирует упражнение 7.
Упражнение 7. разделения цепей в схеме управления механизмом были применены полупроводниковые диоды с номинальными значениями: прямой ток 200 мА, наибольшая амплитуда обратного напряжения 300 В. Вскоре диоды вышли из строя. 1. Определить причины повреждений для двух случаев: а) напряжение сети 127 В, ток нагрузки 240 мА; б) напряжение сети 220 В, ток нагрузки 150 мА. 2. Значение амплитуды обратного напряжения сравнивают с максимальными (амплитудными) значениями напряжений сети. Не следует ли поступать аналогичным образом с токами нагрузки, т.е. сначала вычислять их максимальные значения, а затем сравнивать с номинальным значением прямого тока?
Ответы. 1. а) Максимальное напряжение 1,41 * 127 = 179 В меньше допустимых 300 В - это хорошо, но ток нагрузки 240 мА больше допустимого 200 мА. Из-за превышения тока диод перегрелся и вышел из строя, б) Ток нагрузки 150 мА меньше допустимого 200 мА - это хорошо, но максимальное напряжение 1,41 - 220 = 310 В больше допустимого 300 В, поэтому диод был пробит.
2. Не следует. Дело в том, что диод пробивается напряжением; значит, важно знать его максимальное значение. А нагревается диод действующим током. Именно этот ток и указан в условиях. Следовательно, ничего пересчитывать не нужно.
На злектроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах) написаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, нередко указываются наибольшие сечения присоединяемых проводников. Примеры приведены в упражнении 8.
Упражнение 8. Как надо понимать надписи: 1. На выключателе: "6,3 А; 250 В"? 2. На патроне "4 А; 250 В; 300 Вт"? 3. Нет ли ошибки в надписи на одном и том же удлинителе-разветвителе: "250 В; 6,3 А", "220 В, 1300 Вт", "127 В, 700 Вт"?
Ответы. 1. Надпись "6,3 А" предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись "250 В" указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше 250 В. Для сетей более низкого напряжения (220 и 127 В) выключатель подавно подходит.
Или умножить 4 А на 250 В, то получится 1000, а не 300 Вт. Как же связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. Следовательно, если в сети напряжение 220 В, то допустимый ток 300: 220 = 1,3 А. При напряжении 127 В допустимый ток 300: 127 = = 2,3 А. Току 4 А соответствует напряжение 300: 4 = 75 В.
Ошибки нет. Надпись "250 В; 6,3 А" указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более 250 В и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на 220 В, получаем 1386 Вт (округленно 1300 Вт). Умножая 6,3 А на 127 В, получаем 799 Вт (округленно 700 Вт). Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. А чем меньше мощность - тем лучше: контакты меньше нагреваются.
У предохранителей различают четыре номинальные величины: а) напряжение предохранителя - корпуса, патрона, контактных стоек; б) напряжение плавкой вставки; в) ток плавкой вставки; г) ток предохранителя. Этот довольно сложный вопрос требует пояснений. Дело в том, что предохранители некоторых типов выпускаются в двух габаритах: короче - для сетей 380 В переменного тока или 250 В постоянного тока и длиннее - для сетей напряжением 500 В. Различная длина предохранителей объясняется тем, что чем выше напряжение сети, тем труднее гаснет дуга, возникающая при перегорании предохранителя. Ясно, что номинальные напряжения вставки и предохранителя всегда совпадают: длинный патрон нельзя зарядить короткой вставкой; в короткий патрон не поместится длинная вставка. По условиям изоляции предохранители на более высокое напряжение подходят для сетей, напряжение которых ниже, но при этом ухудшаются их защитные характеристики.
К одному и тому же патрону подходит не одна, а несколько вставок, например с номинальными токами 6,3; 10 и 16 А. Наибольший ток плавкой вставки, подходящей к патрону (в нашем примере 16 А), принимается за номинальный ток предохранителя.
Обратите внимание: номинальный ток плавкой вставки может проходить через нее неограниченно долго. При превышении тока в 1,3 — 2 раза (в зависимости от типа предохранителя) вставка перегорает в течение десятков минут. При дальнейшем увеличении тока перегорание тем быстрее, чем больше кратность тока. При КЗ вставка перегорает за доли секунды.

согласование защитных характеристик предохранителей
Рис. 2. Пример согласования защитных характеристик предохранителей - к упражнению 9
Зависимость времени перегорания плавкой вставки предохранителя определяется его время-токовой, так называемой защитной, характеристикой. Если защитные характеристики совместно работающих предохранителей (см. ниже) согласованы (т.е. не слишком сближаются и, во всяком случае, не пересекаются) , то обеспечивается избирательность защиты. Это значит, что при чрезмерном увеличении тока, например при КЗ, перегорает только тот предохранитель, который расположен ближе всего к месту КЗ, а остальные предохранители, хотя через них и проходит ток КЗ, остаются целыми. Именно так и следует выбирать предохранители по их характеристикам.
Если же характеристики предохранителей не согласованы, то избирательность нарушается, а в результате значительно больше потребителей остаются без электропитания.
Ниже, в § 2 (упражнение 11), объяснены причины, определяющие вид защитной характеристики. А пока поясним существо согласования характеристик, выполнив упражнение 9.
Упражнение 9 (рис. 2). На рис. 2,о показаны шины подстанции, питающиеся через предохранитель А.
От шин отходят два ответвления. Одно из них защищено предохранителем Б. а другое - предохранителем В. Характеристики предохранителей изображены на рис. 2,6 цветными линиями: красной - характеристика общего предохранителя А, синей и зеленой характеристики предохранителей Б и В соответственно.
На вертикальной оси отложено время перегорания предохранителей, на горизонтальной отложены значения токов. На схеме стрелочками
- К3 обозначены места коротких замыканий, происходящих, понятно, по одному.
Ответить на вопросы: 1. Одинаковы ли номинальные токи предохранителей А, Б и В и по каким соображениям они выбраны? 2. Доказать, что в нормальном режиме ни один предохранитель не перегорает. 3. Доказать, что при перегрузке в ответвлении № 1 перегорит только предохранитель Б, и оценить, правильно ли это. 4. Какой предохранитель перегорит при такой же по значению перегрузке в ответвлении № 2? 5. Что произойдет при КЗ в точке Ki? Правильна ли такая работа предохранителей? 6. Что произойдет при КЗ в точке К2, к чему это приведет? Что явилось в данном случае причиной нарушения избирательности? 7. Как исключить нарушение избирательности в рассмотренных случаях (вопросы 4 и 6) ? 8. Благодаря чему при КЗ в точке К3 предохранители Б и В не перегорают? Имеет ли это какое-нибудь отношение к характеристикам предохранителей ?
Ответы. 1. Если судить по рис. 2,6, то номинальные токи /Ном предохранителей Б и В одинаковы; они соответствуют нагрузкам ответвлений. Номинальный ток общего предохранителя больше, так как через него должна проходить сумма токов всех ответвлений (если все они нагружены одновременно). В нашем примере номинальный ток предохранителя А равен З.н0м.
В нормальном режиме ток в ответвлении не превышает значения в пределах отрезка 0-1, т.е. меньше номинального тока /ном, следовательно, время перегорания предохранителя бесконечно велико: предохранитель не перегорает. Ток, проходящий через общий предохранитель А, не превышает значения в пределах отрезка 0-3, т.е. меньше номинального тока предохранителя А, благодаря чему он тоже не перегорает.
При перегрузке в ответвлении № 1 ток возрастает до значения, пропорционального отрезку 0-2 в ответвлении, а в общем предохранителе до значения 0-4. Току 0-2 на характеристике Б соответствует точка б. Проведенная через нее горизонталь до пересечения с вертикальной осью времени определит время перегорания предохранителя на ответвлении №1. Оно равно t1. Току 0-4 на характеристике А соответствуют точка а и время перегорания ?2- Так как t2 значительно больше, чем 11, то при перегрузке на ответвлении раньше перегорит предохранитель на ответвлении и отключит его. Но общий предохранитель А останется цел и питание других потребителей будет продолжаться. Такая работа, обеспечивающая избирательность, правильна.
При перегрузке на ответвлении № 2 перегорит предохранитель А, так как время его перегорания t2 (соответствующее току 0-4) меньше времени t6, за которое перегорел бы предохранитель В. Это время определено следующим образом: вертикаль, соответствующая току 0-2, доведена до характеристики предохранителя В и через точку в проведена горизонталь. Такая работа неправильна, так как вместо отключения одного перегруженного ответвления электропитания лишились все потребители.
При КЗ в точке А-1 перегорит предохранитель Б и отсоединит от сети поврежденный участок. В этом легко убедиться, проведя вертикаль через точку 5, которая соответствует току короткого замыкания (ТКЗ). Эта вертикаль пересечет характеристики предохранителей в точках г, д, е, что и определит времена их перегорания. Время Г3 перегорания предохранителя Ь на ответвлении № 1 меньше времени необходимого для перегорания общего предохранителя А. Такая работа является правильной, она обеспечивает избирательность, т.е. перегорание именно того предохранителя, который расположен ближе к месту КЗ.
При КЗ в точке К2 перегорит общий предохранитель А, а предохранитель В ответвления № 2 останется целым. Это объясняется тем. что время Г4 меньше времени В результате не только потребители поврежденного ответвления, но и все остальные останутся без электропитания. В данном случае характеристики А и В не согласованы, т.е. они пересекаются, поэтому избирательность не обеспечивается.
Чтобы исключить нарушение избирательности, нужно "поднять" характеристику общего предохранителя (см. красную штриховую линию) , т.е. изменить тип предохранителя А. В этом случае точка ж окажется выше точки b и, следовательно, время 17 будет больше времени t6, что обеспечит избирательность при перегрузке. Точка з окажется выше точки г и, следовательно, время f8 будет больше времени ts. Иными словами, избирательность будет обеспечена и при КЗ.
При КЗ в точке К3 ток КЗ через предохранители Б и В просто не проходит. К характеристикам предохранителей этот вывод отношения не имеет.
Мы подробно остановились на необходимости согласования защитных характеристик предохранителей, так как этот в высшей степени важный вопрос в настоящее время особенно актуален. Дело в том, что промышленность выпускает предохранители разных исполнений, например инерционные и быстродействующие, с патронами, наполненными кварцевым песком, и без наполнителя и т.д. В пределах каждого исполнения характеристики предохранителей на разные номинальные токи согласованы, но характеристики предохранителей разных исполнений на одинаковые номинальные токи могут резко различаться. Кроме того, встречаются сочетания не только разнотипных предохранителей, но и предохранителей с автоматическими выключателями, характеристики которых тоже могут не согласовываться с характеристиками предохранителей.
Отсюда следует важный вывод. При выборе защиты нельзя ограничиваться выбором только по номинальным величинам, надо также своевременно оценить согласованность защитных характеристик.
У автоматических выключателей различают номинальные напряжения и ток, определяющие соответственно предельное напряжение сети, в которой допустимо применять выключатель, и предельный ток, который может неограничено долго проходить через его контактную систему. Весьма важны ток (напряжение) и тип расцепителя: тепловой, электромагнитный, комбинированный, минимального напряжения.
Тепловой расцепитель имеет защитную характеристику, напоминающую характеристику инерционного плавкого предохранителя. При небольших перегрузках он срабатывает за большое время. По мере возрастания перегрузки время уменьшается. При КЗ оно очень мало. Тепловые расцепители служат для защиты от перегрузки.
Электромагнитный расцепитель действует как максимальное реле без выдержки времени, т.е. при достижении током заданного значения мгновенно отключает автоматический выключатель.
Комбинированный расцепитель представляет собой сочетание теплового (защита от перегрузки) и электромагнитного расцепителей (отсечка при КЗ).
Расцепитель минимального напряжения отключает автоматический выключатель при понижении напряжения.
Выполним упражнение 10, которое иллюстрирует пример защиты от перегрузки с помощью автоматического выключателя.
Упражнение 10. Кухонная электрическая плита питается от сети 220 В и защищена автоматическим выключателем с расцепителем максимального тока на 20 А. Мощность плиты 5,8 кВт: две конфорки по 1,5 кВт, одна конфорка 1 кВт, жарочный шкаф 1,8 кВт. Конфорки и жарочный шкаф имеют ступенчатые переключатели мощности. На полную мощность работали все конфорки. Но когда включили жарочный шкаф, автоматически выключатель отключился.
Ответить на вопросы: 1. Какой ток проходил через автоматический выключатель до включения жарочного шкафа? 2. Могло ли включение жарочного шкафа привести и к отключению автоматического выключателя? 3. Как нужно пользоваться плитой, чтобы исправная плита не отключалась?
Ответы. 1. Мощность трех конфорок: 1.5x2 + 1 =4 кВт. Ток 4000: 220 = 18,2 А меньше тока расцепителя (18,2 <20).
При включении жарочного шкафа мощность увеличилась до 5,8 кВт (4 + 1,8 = 5,8). Ток 5800 : 220 = 26,4 А больше тока расцепителя (26,4 > 20), поэтому произошло отключение.
Суммарная мощность одновременно включенных конфорок и жарочного шкафа не должна превышать 4 кВт. Так, например, если включена одна конфорка 1 кВт на полную мощность и на полную мощность включен жарочный шкаф 1,8 кВт, то можно включить еще одну конфорку, но нужно снизить с помощью переключателя ее мощностью до 1,2 кВт [4- (1 + 1,8) =1,2] и т.п.

Подведем итоги. Из рассмотренных примеров явствует, что надписи на электротехнических изделиях могут: а) определять условия наилучшего применения ламп, электродвигателей и т.п.; б) указывать значения параметров, превышать которые нельзя, чтобы не повредить изделие (напряжение конденсатора, мощность резистора, ток, напряжение и мощность электроустановочных устройств); в) давать значение параметра, важное для расчетов (емкость, сопротивление).
Все эти сведения являются исходными для правильной наладки, эксплуатации и проектирования. Поэтому их ни в коем случае нельзя недооценивать.