СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ Система качества АлтГТУ Образовательный стандарт

СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ
Система качества АлтГТУ
Образовательный стандарт
высшего профессионального образования АлтГТУ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Направление подготовки - 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Код дисциплины – Б.3.23.1
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
I
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Предисловие
1. РАЗРАБОТАН кафедрой “Электроснабжения промышленных предприятий» АлтГТУ.
2. Стандарт дисциплины разработан на основании ФГОС ВПО по направлению подготовки
140400 «Электроэнергетика и электротехника», утверждён 8 декабря 2009 г.
3. Стандарт дисциплины «Электрические аппараты » по своему назначению, структуре и
содержанию полностью соответствует требованиям УМКД
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
II
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Содержание
1 Область применения
1
2 Нормативные ссылки
1
3 Общие сведения о дисциплине. Паспорт дисциплины
2
3.1Выписка из рабочего учебного плана ООП
2
3.2 Цели и задачи дисциплины
3
3.3 Место учебной дисциплины в структуре ООП направления
3
3.4 Требования к результатам освоения дисциплины
3
3.5 Объем и виды занятий по дисциплине
4
4 Рабочая программа дисциплины
5
4.1 Содержание дисциплины
5
4.1.1 Тематический план дисциплины
5
4.1.2 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
4.1.3 Формы и содержание текущей и промежуточной аттестации
по дисциплине
4.1.4 Учебно-методическая карта дисциплины
10
4.2 Условия освоения и реализации дисциплины
10
4.2.1 Методические рекомендации студентам по изучению дисциплины
4.2.2 Организация самостоятельной работы студентов
10
4.2.3 Методические рекомендации преподавателю дисциплины
11
4.2.4 Образовательные технологии
11
4.2.5 Особенности преподавания дисциплины
12
4.2.6 Материально-техническое обеспечение дисциплины
12
5 Лист согласования рабочей программы дисциплины
13
6 Изменения к стандарту дисциплины
14
8
9
11
III
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
IV
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ
Система качества АлтГТУ
Образовательный стандарт высшего
профессионального образования АлтГТУ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ »
Введён впервые
УТВЕРЖДАЮ
Начальник УМУ
_____________________/Щербаков Н.П./
Дата _____________2012_
число, месяц, год
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1 Стандарт дисциплины устанавливает общие требования к содержанию, структуре, объему дисциплины «Электрические аппараты » и условиям ее реализации в АлтГТУ.
1.2 Действие стандарта распространяется:
- на студентов, обучающихся по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и
электротехника»;
- на преподавателей и сотрудников структурных подразделений, задействованных в образовательном процессе по дисциплине.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие государственные стандарты и
стандарты АлтГТУ:
Федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального
образования по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» (Квалификация (степень) “Бакалавр”) .
СТП 12 005 - 2004 Система менеджмента качества. Образовательный стандарт высшего
профессионального образования АлтГТУ. Самостоятельная работа студентов. Общие требования.
СТП 12 570 - 2006 Система менеджмента качества. Образовательный стандарт высшего
профессионального образования АлтГТУ. Общие требования к текстовым, графическим и программным документам.
СМК ОПД 01 – 19 - 2008 Система менеджмента качества. Положение о модульнорейтинговой системе квалиметрии учебной деятельности студентов.
СТП 12 701 - 2009 Система качества АлтГТУ. Образовательный стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Практические и семинарские занятия. Общие требования к организации, содержанию и проведению.
СТО АлтГТУ 12 310 - 2011 Система качества. Образовательный стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Образовательный стандарт учебной дисциплин. Общие требования к структуре, содержанию и оформлению
СТО АлтГТУ 12 560 - 2011 Система менеджмента качества. Образовательный стандарт
высшего профессионального образования АлтГТУ. Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация студентов.
1
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ.
ПАСПОРТ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 ВЫПИСКА ИЗ РАБОЧЕГО УЧЕБНОГО ПЛАНА ООП
Выписка из рабочего учебного плана
НАПРАВЛЕНИЕ 140400 Электроэнергетика и электротехника
ПРОФИЛИ: Электроснабжение
КВАЛИФИКАЦИЯ бакалавр
СРОК ОБУЧЕНИЯ 4года
2
2
72
34
17 17
38
-
1/1/38
В интерактивной
форме, час
В период
сессии
В семестре
Лабораторные работы
Лекции
Аудиторные
занятия
Всего без СРС в
период сессии
72
СРС
Перечень реализуемых компетенций
0
Всего
Зачёт
Контрольные работы
Трудоёмкость
РУП
6
Из них
Распределение по
семестрам часов в неделю
(лекции/
лаб.раб./ СРС
в семестре)
ПК-14, 17
-
Часы учебных занятий
Кафедра
Электрические
аппараты
Б.3.23.1
мен
Наименование
дисциплины
Код дисциплины
Экза-
Распределение
по семестрам
ЭПП
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
-
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
3.2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
3.2.1 Цель освоения дисциплины «Электрические аппараты» - развитие профессиональных
компетенций, в соответствии с которыми обучающийся должен обладать знаниями в области
проектирования, эксплуатации электрических аппаратов, а также организационных и технических мероприятий, обеспечивающих безопасность при выполнении работ.
3.2.2 Задачи освоения дисциплины
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
 сформировать представления о основных видах ЭА, принципах их действия;
 изучить принципы физических процессов (электрических, тепловых, магнитных) для расчётов и проектирования элементов электрических и электронных аппаратов
 ознакомить с современными электротехническими материалами в электроаппаратостроении;
 освоить и отработать справочный аппарат по выбору требуемых конструкционных и электротехнических материалов при проектировании электрических аппаратов, типовых элементов и изделий при разработке конкретных электронных и электрических аппаратов.
3.3 МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ
Дисциплина «Электрические аппараты » относится к дисциплинам по выбору профессионального цикла дисциплин ООП. Изучается в 7 семестре параллельно с изучением курсов «Источники питания электроприводов» и «Электрические станции и подстанции».
В основе дисциплины «Электрические аппараты» лежат курсы высшей школы, «Высшая
математика» и «Физика», «Электротехническое и конструкционное материаловедение». Основные
знания, приобретенные в процессе изучения курса, широко используется при изучении специальных дисциплин ( «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Техника
высоких напряжений», «Электрические станции и подстанции», «Электроснабжение»).
3.4 ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ »
В результате изучения дисциплины обучающийся должен обладать следующими профессиональными (ПК) компетенциями:
Код
компетенции
по ФГОС
ВПО
ПК-14
ПК-17
Содержание
компетенции
(или ее части)
Готовностью обосновывать принятие конкретного
технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования
В результате изучения дисциплины
обучающиеся должны:
знать
Существующие
и технические
решения, применяемые
в
электрических
аппаратах
Готовностью разрабатывать технологические узлы Основные узлы
электроэнергетического обо- электроэнергерудования
тического оборудования, их
режимы работы
уметь
владеть
Использовать
унифицированные блоки
электрических
аппаратов
Навыками работы разработки технических решений при создании электромагнитов
Применять методы математического анализа и для разработки узлов
электроэнергетического оборудования
Методами
расчета технологических
узлов
электроэнергетического оборудования
3
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
3.5 ОБЪЁМ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Паспорт дисциплины
Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»
Дисциплина Б.3.23.1 «Электрические аппараты »
Профессиональный цикл
Статус дисциплины по выбору
Направление 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Профили:
– Электроснабжение
Форма обучения очная
Объем дисциплины 72 часа
Общая трудоёмкость дисциплины 2 зачётных единицы
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
Учебные занятия (час.)
Аудиторные
Семестр Всего
6
4
72
Всего
аудиторных
лекции
34
17
практичеСРС
лабораторские занятия
ные работы
(семинары)
17
-
38
Наличие
курсовых
проектов (КП),
курсовых
работ (КР),
расчетных
заданий (РЗ)
-
Форма
промежуточной аттестации по дисциплине (зачёт,
экзамен)
Зачёт
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Содержание дисциплины
4.1.1 Тематический план дисциплины
4.1.1.1 Лекции
Модуль дисциплины
Наименование лекций, их содержание
Объем, Литерачас
тура
2
[1, 2, 8,
Модуль 1
Лекция 1
Основные понятия и
10],
Общие сведения об электромеханических
методы теории элек- устройствах
конспект
трических аппаратов.
1.1Введение
лекций,
1.2Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном
презенпроцессе
тация
1.3 Классификация электромеханических
устройств
1.4 Требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам
2
[1–5],
Лекция 2
конспект
Режимы
работы
электромеханических
лекций,
устройств
2.1 Термическое действие электрического тока.
презен2.2 Источники тепла. Виды теплообмена
тация
2.3 Методы расчета тепловых режимов
2
[1, 4, 9],
Модуль 2
Лекция 3
Электрические
конспект
Электрические контакты (часть I)
контакты и их харак3.1 Основные свойства электрических контактов
лекций,
теристики
3.2 Переходное сопротивление
презентация
2
[1, 4, 9],
Лекция 4
конспект
Электрические контакты (часть II)
4.1 Нагрев контактов
лекций,
4.2 Эрозия, коррозия и износ контактов
презентация
[1, 4, 7],
Модуль 3
Лекция 5
2
Электрическая дуга и
конспект
Электрическая дуга
ее действие на элек5.1 Горение дуги в цепях постоянного и переменлекций,
трические аппараты ного тока
презен5.2 Принципы и методы гашения дуги
тация
5.3 Конструкции дугогасительных устройств
Лекция 6
Электродинамическое действие тока
6.1 Воздействие на параллельные проводники
6.2 Электродинамические силы в витке и катушке
2
[1, 2, 4],
конспект
лекций,
презентация
5
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Модуль дисциплины
Модуль 4
Электромагниты
магнитные цепи
6
Наименование лекций, их содержание
Объем, Литерачас
тура
2
[1, 2, 6,
Лекция 7
и Магнитные цепи
9, 10],
7.1 Классификация магнитных цепей
конспект
7.2 Расчет магнитных цепей постоянного и переменнолекций,
го тока без учета потоков рассеяния
презен7.3 Определение магнитных проводимостей
тация
3
[1, 2, 8,
Лекция 8
9, 10],
Электромагниты и механизмы электромеханичеконспект
ских устройств
8.1 Классификация
лекций,
8.2 Статические и динамические характеристики
презен8.3 Особенности электромагнитов переменного тока
тация
8.4 Поляризованные электромагниты
8.5 Основные виды: приводимые, передаточные, исполнительные и буферные
8.6 Кинематика и динамика механизмов.
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4.1.1.2 Лабораторные работы
Модуль дисциплины
Наименование лекций, их содержание
Модуль 1
Лабораторная работа 1
Основные понятия и Изучение и исследование работы контакторов пометоды теории элек- стоянного и переменного тока
трических аппаратов.
Лабораторная работа 2
Изучение и исследование работы магнитных пускателей
Объем, Литерачас
тура
2
[1, 2, 8,
10],
конспект
лекций,
презентация
2
[1–5],
конспект
лекций,
презентация
Модуль 2
Лабораторная работа 3
Электрические
Изучение автоматических воздушных выклюконтакты и их харра-чателей
теристики
2
Лабораторная работа 4
Изучение и снятие нагрузочных характеристик
магнитных усилителей
2
Модуль 3
Лабораторная работа 5
Электрическая дуга и Изучение низковольтных предохранителей
ее действие на электрические аппараты
2
Лабораторная работа 6
Исследование устройства защитного отключения.
Модуль 4
Лабораторная работа 7
Электромагниты и Исследование нагрева катушки электромагнита
магнитные цепи
Лабораторная работа 8
Построение тяговой характеристики электромагнита
[1, 4, 9],
конспект
лекций,
презентация
[1, 4, 9],
конспект
лекций,
презентация
[1, 4, 7],
конспект
лекций,
презентация
3
2
2
[1, 2, 4],
конспект
лекций,
презентация
[1, 2, 6, 9,
10],
конспект
лекций,
презентация
[1, 2, 8, 9,
10],
конспект
лекций,
презентация
7
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4..1.1.3 Самостоятельная работа студентов
Вид самостоятельной работы
1 Подготовка к лабораторным работам
2 Подготовка к контрольным опросам
3 Конспектирование литературы
4 Подготовка к сдаче зачета
Объем , час..
20
5
7
6
Литература
[1-17]
Лекции
[1, 2, 4, 17]
[1-5], лекции
4.1.2 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
4.1.2.1 Перечень рекомендуемой литературы
Основная литература
1. Таев И.С. Электрические аппараты управления. – М.: Высш. шк., 2004. (100 экз.);
2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 2007. – 648 с. (50 экз.);
3. В. А. Казаков Электрические аппараты. - М.: Издательство: РадиоСофт, 2009 - 372 с.(2
экз);
Дополнительная литература
4. Правила технической эксплуатации электропотребителей (ПТЭЭП). – М.: Энергосервис,
2002. – 282 с. (60 экз.);
5. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации
электроустановок. РД-153-34.0-03.150-00/ Нормативные документы. – М.: Энергосервис, 2001. – 144 с. (50 экз.);
6. СНиП 3.05.06-86. Электротехнические устройства. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 169 с.
(10 экз.);
7. Основы теории электрических аппаратов / Под ред. И.С. Таева. – М.: Высш. шк., 1987. –
351 с. (10 экз.);
8. Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. – М.: Высш. шк., 1974. –
251 с. (8 экз.);
9. Залесский A.M. Основы теории электрических аппаратов.– М.: Высш. шк., 2001. – 184 с.
(10 экз.);
10. Е. Г. Акимов, Ю. С. Коробков, В. П. Соколов, Е. В. Таланов Выбор и применение низковольтных электрических аппаратов распределения, управления и автоматики М.: Издательство: МЭИ, 2009 - 344 с. (1 экз);
11. О. Б. Буль Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа
ANSYS - М.: Издательство: Академия, 2006 - 288 с. (1 экз);
12. Проектирование электрических аппаратов. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 448 с. (50
экз.);
13. И. И. Алиев, М. Б. Абрамов Электрические аппараты. Справочник. - М.: Издательство:
РадиоСофт, 2010. - 256 с. (2 экз)
4.1.2.2 Программное обеспечение
1 Комплект лекций-презентаций, разработанных в офисном приложении Microsoft Power
Point;
8
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
2 Интерактивный курс. MicrosoftOffice 2007 [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые,
граф., зв. дан.иприкладная прогр. (642 Мб). – М.:ЗАО «Новый диск», 2007. – 1 электрон.опт. диск
(CD-ROM): зв., цв.; 12см + рук. пользователя (1 л.) + открытка (1 л.). – (Новая Школа). – Системные требования: ПК Pentium III; 128 Мб ОЗУ; Windows98/ME/2000/XP; видео 8Мб, 1024x768 с
глубиной цвета 16 бит; CD-ROMдисковод; зв. карта; мышь.
4.1.2.3 Интернет-ресурсы
1 Президентская библиотека
им. Б.Н.Ельцина
http://www.prlib.ru/Pages/Default.aspx
2 Российская государственная библиотека (бывшее название Государственная библиотека
СССР им. В. И. Ленина, «Ленинка»)
http://www.rsl.ru/ru
3 Электронная библиотека
http://fb2lib.net.ru/
4 Электронная библиотека образовательных ресурсов Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова
http://elib.altstu.ru/elib/main.htm
5 Научно-техническая библиотека Алтайского государственного технического университета
им. И.И.Ползунова
http://astulib.secna.ru/
4.1.2.4 Учебно-методические материалы и пособия для студентов, используемые при
изучении дисциплины
1. Конспект лекций-презентаций по электрическим аппаратам
2. Методические указания к лабораторным работам по электрическим аппаратам (Приложение В)
2. Памятка для студентов по изучению дисциплины «Электрические аппараты » (Приложение
Г)
4.1.3 Формы и содержание текущей и промежуточной аттестации по дисциплине
Текущая аттестация студентов осуществляется по итогам
- защиты лабораторных работ;
- контрольного тестирования по модулям курса;
Подведение итогов текущей успеваемости производится на седьмой, одиннадцатой неделях
(контрольные точки). Вес каждой контрольной точки – 0,25.
Промежуточный контроль знаний –зачёт (6 семестр).
Оценочные средства приведены в приложении (Приложение Д).
Текущий и промежуточный контроль проводится в соответствии с Положением об МРСК
(СМК ОПД 01 – 19 - 2008 Система менеджмента качества. Положение о модульно-рейтинговой
системе квалиметрии учебной деятельности студентов).
9
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4.1.4 Учебно-методическая карта дисциплины
для направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
График аудиторных занятий, СРС, текущих и промежуточной (итоговый контроль)
аттестаций по дисциплине на 6 семестр
Наименование вида
работ
Номер недели
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 Аудиторные занятия – 34 часа
Лекции
2
2
2
2
2
2
2
2 1
Лабораторные работы
2
2
3
2
2
2
2
2
2 Самостоятельная работа студентов - 38 часа
Подготовка к защите
2
2
2
2
3
3
3
3
лабораторной работы
(20 часов)
Подготовка к кон2 2 1
трольным опросам(5
часов)
Конспектирование ли1
1
1
1
1
1
1
тературы(7 часов)
Подготовка к сдаче
6
зачета (6 часов)
3 Формы текущей аттестации
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
Защита лабораторной
работы
0,05
0,05
Контрольное тестирование
4 Формы промежуточной аттестации
Зачет
17 неделя, вес – 0,5
1
4.2 Условия освоения и реализации дисциплины
4.2.1 Методические рекомендации студентам по изучению дисциплины
После каждого лекционного занятия студенты должны повторить материал лекции по конспектам, а перед каждым очередным занятием - освежить в памяти материал предыдущего.
При работе по учебному пособию для дистанционного обучения студенты изучают содержание каждого модуля самостоятельно и усваивают его с помощью тестов самоконтроля.
Самостоятельная работа ориентирует студентов на углубленное изучение и осмысление тем
учебного курса.
Подготовка к защите лабораторной работы (повторение лекционного материала, чтение
учебников и специальной литературы) требует не менее 3 часов к одному занятию.
На подготовку к каждому контрольному испытанию (тестированию) необходимо 3 часа.
На подготовку к зачёту – 6 часов.
Оценка работы студентов осуществляется по модульно-рейтинговой системе:
1 Первая внутрисеместровая аттестация выставляется по итогам первого контрольного тестирования и защиты 1-4 лабораторных работ. Вторая аттестация по итогам первого тестирования
и защиты 1-8 лабораторных работ.
2 Контрольное тестирование, текущий рейтинг (аттестации) и итоговый рейтинг студента
рассчитывается по 100-бальной шкале.
4 К зачету допускаются студенты, успешно выполнившие и защитившие все лабораторные
работы.
3. Успеваемость студента оценивается с помощью текущего рейтинга (во время каждой аттестации) и итогового рейтинга (после сессии). Во всех случаях рейтинг вычисляется по формуле:
10
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
RТ 
R  p
p
i
i
i
где Ri - оценка за i-ю контрольную точку, Pi – вес этой контрольной точки.
Суммирование проводится по всем контрольным точкам с начала семестра до момента вычисления рейтинга.
5 Для студентов, как правило, с высоким текущим рейтингом по их желанию может быть организовано углубленное изучение предмета путем выполнения творческих заданий. В этом случае проводится дополнительный контроль: либо участие в научно-практической конференции, либо защита индивидуальных заданий. После проведения такого контроля (с оценкой R*), текущий рейтинг пересчитывается:
(100  RT )( R*  50)
R  RT 
100
4.2.2 Организация самостоятельной работы студента по дисциплине
1 Разработан и размещен на сервере информационно-вычислительного комплекса энергетического факультета комплект лекций-презентаций по электрическим аппаратам.
2) Скомплектован фонд учебников и пособий по электрическим аппаратам в библиотеке
АлтГТУ.
3) Разработаны и размещены на сервере информационно-вычислительного комплекса энергетического факультета электронные учебники «Архиватор WinRAR» и «Графический редактор построитель схем SPlain».
4) По всем изучаемым модулям на сервере информационно-вычислительного комплекса энергетического факультета размещены электронные учебники
5) Для подготовки к контрольному тестированию разработаны и размещены на сервере информационно-вычислительного комплекса энергетического факультета демонстрационные варианты тестов.
6) Регулярно для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения проводятся консультации (расписание консультаций – на стенде кафедры ЭПП).
4.2.3 Методические рекомендации преподавателю дисциплины
За два месяца до начала семестра необходимо разместить памятку по учебной дисциплине на
портале АлтГТУ в личных кабинетах студентов.
На первом занятии преподаватель знакомит студентов с общей концепцией курса, с особенностями модульно-рейтинговой системы оценки знаний студентов, с основными компетенциями, приобретаемыми студентами в ходе изучения дисциплины «Электрические аппараты ».
На первом занятии необходимо познакомить студентов с учебной литературой по дисциплине,
дать адрес электронной библиотеки АлтГТУ, познакомить с требованиями по выполнению и оформлению лабораторных работ.
Весь лекционный курс читается в мультимедийной аудитории с использованием офисного приложения Microsoft Power Point.
Необходимо регулярно проводить консультации для каждого потока студентов.
За неделю до каждого контрольного испытания (тестирования) необходимо познакомить
студентов с образцами заданий, выносимых на тестирование. После каждого контрольного испытания
на консультациях обязательно анализируются результаты работы, принимаются апелляции студентов.
При необходимости (по просьбе студентов) перед каждым контрольным испытанием
организуются дополнительные консультации.
4.2.4 Образовательные технологии
В процессе преподавания дисциплины используются следующие технологии:
1) Методы проблемного обучения;
2) Элементы научного поиска;
3) Элементы творчества при выполнении лабораторных работ и расчетных заданий, по которым студенты используют справочную и периодическую литературу;
4) Модульно-рейтинговая система квалиметрии учебной деятельности студентов.
*
T
11
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4.2.5 Особенности преподавания дисциплины
Студенты – авторы лучших работ рекомендуются для участия в ежегодно проводимой в
АлтГТУ научно-технической конференции (секция «Энергетика», подсекция «Электроснабжение
промышленных предприятий»), городской ежегодной конференции «Молодёжь – Барнаулу» и
конкурсе на лучшую студенческую работу.
4.2.6 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для проведения занятий используются общеуниверситетские мультимедийные аудитории.
Весь лекционный курс разработан в офисном приложении Microsoft Power Point. Для проведения
текущих и промежуточной (итогового тестирования по дисциплине) аттестаций используется университетский центр тестирования и банк тестовых заданий.
12
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
5 Лист согласования рабочей программы дисциплины
Наименование дисциплин, изуКафедраПредложения об измеПодпись
чение которых опирается на дан- разработчик
нении рабочей прозаведующего
ную дисциплину
дисциплины
граммы
профилирующей
кафедрой
1
2
3
4
Техника высоких напряжений
ЭПП
Электроснабжение
ЭПП
Электрические станции и подЭПП
станции
13
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
6 Лист изменений к стандарту дисциплины
ИЗМЕНЕНИЕ (ДОПОЛНЕНИЕ) № _____
Утверждено и введено в действие
__________________________________________________________________
от ________________________________
(наименование документа)
№ ___________
(дата (цифрой), месяц (прописью), год)
Дата введения
14
<
>
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Разработчики:
Доцент кафедры ЭПП
_______________________ И.В. Белицын
(подпись)
Заведующий кафедрой ЭПП ______________________
(подпись)
Декан факультета
О.И. Хомутов
_______________________ С.В. Ананьин
(подпись)
Начальник ОМКО АлтГТУ _______________________ С.А. Фёдоровых
(подпись)
15
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Приложение А
Выписка из рабочего учебного плана
НАПРАВЛЕНИЕ 140400 Электроэнергетика и электротехника
ПРОФИЛИ:
Электроснабжение
КВАЛИФИКАЦИЯ бакалавр
СРОК ОБУЧЕНИЯ 4года
В интерактивной форме, час
Лабораторные работы
7
Перечень реализуемых компетенций
17 17
Распределение по семестрам часов в неделю (лекции/
лаб.раб./
СРС в семестре)
Кафедра
34
СРС
В период сессии
Лекции
72
Из них
В семестре
Аудиторные
тия
заня-
Всего без СРС в период
сессии
Всего
Трудоёмкость РУП
Часы учебных занятий
Зачёт
Контрольные работы
Код дисциплины
Экзамен
Распределение по семестрам
16
6
0
2
72
38
-
1/1/3
8
ПК-14, 17
-
ЭПП
Электрические
параты
Б.3.23.1
ап-
Наименование дисциплины
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
-
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Приложение Б
Карта компетенций дисциплины «Электрические аппараты»
1 Наименование компетенций дисциплины
Код компетенции
Формулировка компетенции
ПК-14
Готовностью обосновывать принятие конкретного технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования
ПК-17
Готовностью разрабатывать технологические узлы электроэнергетического оборудования
17
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
2 Компонентный состав дисциплины
Модуль дисципли- Результаты освоения
ны (раздел, тема)
дисциплины
Технологии
формирования
компетенций
Лекция 1
Модуль 1
Знает:
Основные понятия и Классификация электроме- Лекция 2
методы теории элек- ханических устройств
Лабораторная ратрических
аппаработа 1
Умеет:
тов.
Лабораторная раПредъявлять требования к бота 2
электромеханическим
Самостоятельная
устройствам
работа
Владеет:
Методами расчета тепловых режимов ЭА
Модуль 2
Электрические контакты и их характеристики
Модуль 3
Электрическая дуга
и ее действие на
электрические аппараты
Модуль 4
Электромагниты
магнитные цепи
18
и
Знает:
Основные свойства электрических контактов
Умеет:
Определять эрозию, коррозию и износ контактов
Владеет:
Навыками
определения
контактного сопротивления
Знает:
Принципы и методы гашения дуги
Умеет:
Определять лектродинамические силы в витке и катушке
Владеет:
Приемами работы с дугогасительными устройствами
Знает:
Классификация магнитных
цепей
Умеет:
Определять статические и
динамические характеристики электромагнитов
Владеет:
Навыками сборки электромагнитов различных ЭА
Средства и Объем
технологии
в ЗЕТ
оценки
Защита отчета по лабораторной работе
Тестирование
Зачёт
0.5
Лекция 3
Лабораторная работа 3
Лекция 4
Лабораторная работа 4
Самостоятельная
работа
Защита отчета по лабораторной работе
Тестирование 0.5
Зачёт
Лекция 5
Лабораторная работа 5
Лекция 6
Лабораторная работа 6
Самостоятельная
работа
Защита отчета по лабораторной работе
Тестирование
0.5
Зачёт
Лекция 7
Лабораторная работа 7
Лекция 8
Лабораторная работа 8
Самостоятельная
работа
Выполнение расчетного задания
Защита отчета по лабораторной работе
Тестирование
0.5
Зачёт
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Приложение В
Методические указания к лабораторным работам
Лабораторная работа №1
Изучение и исследование работы контакторов постоянного и переменного тока
Цель работы
Изучить конструкции, принцип действия контакторов постоянного и переменного тока. Исследовать схемы включения контакторов и снять их параметры.
Общие сведения
Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и
отключений силовых электрических цепей до 1000В в нормальных режимах работы. В зависимости от рода привода контактной системы различают контакторы:
1) электромагнитные, контактная система которых приводится в действие при помощи электромагнита;
2) пневматические, контактная система которых приводится в действие при помощи сжатого воздуха;
3) гидравлические, контактная система которых приводится в действие при помощи жидкости.
Электромагнитные контакторы получили наибольшее распространение и являются основными силовыми аппаратами современных схем автоматизированного электропривода. Они предназначены
для работы в сетях:
1. постоянного тока – силовые и ускорения;
2. переменного тока промышленной частоты (50-60 Гц);
3. переменного тока повышенной частоты (до 10000 Гц).
Магнитная система (привод) контактора может по роду тока отличаться от сети (главных контактов). Например, она может быть постоянного тока у контакторов переменного тока, переменного
тока промышленной частоты или постоянного тока у контакторов на повышенную частоту.
По характеру размыкания цепи различают контакторы линейные, которые осуществляют замыкание и размыкание различных элементов цепей, и контакторы ускорения, которые служат для переключения ступеней пускового сопротивления.
Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной и электромагнитной систем
(привода) и вспомогательных контактов. В контакторах ускорения с выдержкой времени имеется
еще устройство для создания этой выдержки.
Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное протекание номинального тока и на большое число включений и отключений при большой частоте.
В зависимости от нормального положения главных контакторов контакторы различают с замыкающими, размыкающими и смешанными контакторами. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не возбуждена и освобождены все имеющиеся механические защелки.
Главные контакты могут выполняться рычажного или мостикового типа. Рычажные контакты
предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую.
Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем рассматриваются ниже.
Гашение дуги в контакторах постоянного тока
Наибольшее распространение для гашения дуги в контакторах получил способ магнитного дутья.
Сущность способа магнитного дутья заключается в следующем. Электрическая дуга, возникающая
между размыкающими контактами и представляющая собой поток заряженных частиц, перемещается под действием магнитного поля, создаваемого электромагнитной дугогасительной катушкой,
питаемой отключаемым током. Опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу, соединенную
с неподвижным контактом, и на защитный рог подвижного контакта. В результате увеличения
длины дуги и интенсивного охлаждения ее за счет быстрого движения в воздухе сопротивление
дуги резко возрастает, что ведет к быстрой деионизации дугового промежутка и гашению дуги. В
19
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
значительной степени гашению дуги способствует обдувание и, как следствие, охлаждение потоками воздуха, возникающими в дугогасительной камере под действием высокой температуры дуги.
Гашение дуги в контакторах переменного тока
Для гашения дуги переменного тока используются следующие системы:
1. Магнитное гашение дуги с помощью катушки тока и дугогасительной камеры с продольной или
лабиринтной щелью.
2. Дугогасительная камера с деионной решеткой из стальных пластин.
В первом случае как и в контакторах постоянного тока, гашение дуги происходит из-за растягивания дуги, увеличения ее сопротивления, охлаждения ее воздухом. Недостатками этого метода гашения дуги являются: увеличение потерь в контакторе из-за потерь в стали магнитной системы
дугогашения, что ведет к повышению температуры контактов, расположенных вблизи дугогасительного устройства, и возникновению больших перенапряжений из-за принудительного обрыва
тока. Система гашения дуги магнитным дутьем получила распространение в контакторах, работающих в тяжелых режимах (при большой частоте включений).
Широкое распространение получила дугогасительная камера с деионной решеткой из стальных
пластин. Дуга, возникающая после расхождения контактов, втягивается в клиновидный паз параллельно расположенных стальных пластин. В верхней части дуга пересекается пластинами и разбивается на ряд коротких дуг. При вхождении дуги в решетку возникают силы, тормозящие движение дуги. Для уменьшения этих сил дуга, смещенная относительно середины решетки, вначале пересекает пластины с нечетными номерами, а потом уже с четными. После того как дуга втянется в
решетку и разобьется на ряд коротких дуг, в цепи возникает дополнительное падение напряжения
на каждой паре электродов. Это падение напряжения составляет 20…30В, что приводит к уменьшению восстанавливающегося напряжения. Для того, чтобы пластины решетки не подвергались
коррозии, они покрываются тонким слоем меди или цинка. При частых включениях и отключениях пластины сильно нагреваются и возможно даже их прогорание. Поэтому число включений и
отключений для таких контакторов ограничивается до 600 в час.
В новых контакторах для повышения их отключающей способности наряду с магнитным дутьем и
деионной решеткой применяется двухкратный (иногда больше) разрыв на фазу. Такие способы
дают возможность обеспечить надежную работу контакторов переменного тока на напряжении
660В.
План выполнения работы
1. Внимательно прочитать инструкцию по работе, изучить назначение и принцип действия контакторов постоянного и переменного тока.
2. Ознакомиться с устройством и конструкцией контакторов постоянного и переменного тока,
представленных на лабораторном стенде. Записать их типы и основные технические характеристики.
3. Собрать схему рис.1 и определить следующие параметры контактора постоянного тока:
Uср – напряжение срабатывания контактора, т.е. то минимальное напряжение, которое будучи подано на втягивающую катушку контактора, вызывает его срабатывание;
Iср – ток срабатывания контактора;
Iср.н – номинальный ток срабатывания контактора при номинальном напряжении;
Iн – номинальный ток втягивающей катушки;
Sн – мощность, потребляемую катушкой при номинальном напряжении;
Uв – напряжение возврата, то максимальное напряжение, при котором контактор размыкает свои
силовые контакты, т.е. возвращается в исходное положение;
Кв = Uв / Uср – коэффициент возврата.
20
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
А
1...2А
I = 2A
V
К
110В
Рис. 1. Схема для исследования контактора постоянного тока.
4. Установить разницу между Iн и Iср.н , найти их кратность К = Iср.н / Iн.
5. Собрать схему рис.2 и определить параметры контактора переменного тока:
Uср – напряжение срабатывания;
Iср – ток срабатывания;
Iср.н – номинальный ток срабатывания при номинальном напряжении;
Iн – номинальный ток втягивающей катушки;
Uв – напряжение возврата;
Кв – коэффициент возврата;
Рн – номинальная активная мощность, потребляемая катушкой
Рн = Iн2  R.
Активная мощность при Iср.н
Рср.н = Iср.н2  R.
Номинальная вольтамперная мощность катушки
Sн = Iн  Uн.
Вольтамперная мощность катушки при
Sср.н = Iср.н  Uн.
Рн, Рср.н, Sн, Sср.н – после измерения активного сопротивления катушки определить расчетным путем.
А
1...2А
ЛАТР
V
К
220В
Рис. 2. Схема для исследования контактора переменного тока.
6. Установить разницу между Iн и Iср.н , найти их кратность К = Iср.н / Iн.
Примечание: Iср.н определять при неподвижных контактах.
Содержание отчета
1. Назначение и принцип действия контакторов постоянного и переменного тока.
2. Основные способы гашения дуги в контакторах.
3. Схемы включения контакторов.
4. Результаты измерений и расчетов.
Литература
1. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1971.
2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.-Л.: Энергия, 1975.
3. Бабиков М.А. Электрические аппараты. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956.
21
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Лабораторная работа №2
Изучение и исследование работы магнитных пускателей
Цель работы
Изучить конструкцию, принцип действия, схему включения нереверсивных и реверсивных магнитных пускателей и исследовать тепловое реле.
Общие сведения
Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного пуска непосредственным подключением сети, останова (отключения) и реверсирования трехфазных асинхронных
электродвигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 75кВт при напряжении до 660В,
частотой 50 и 60Гц.
Пускатели представляют собой сочетание контакторов и тепловых реле. Контакторы и тепловые
реле могут устанавливаться независимо один от другого или совместно на отдельной плате открыто или в общей оболочке.
При наличии тепловых реле пускатели также осуществляют защиту управляемых ими электродвигателей от перегрузок. Бесперебойная работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надежности пускателей. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в отношении
износостойкости, коммутационной способности, четкости срабатывания, надежности защиты двигателей от перегрузок минимального потребления мощности.
Контакторы магнитных пускателей состоят из корпуса, в котором размещены магнитная система,
служащая для дистанционного управления пускателями, контактные система – силовая и блокконтакты, включаемые в цепи управления.
Магнитная система пускателей переменного тока шихтованная. На стоповых поверхностях ярма
магнитной системы устанавливаются один или два короткозамкнутых витка для уменьшения
пульсации электромагнитных сил.
Величина пускового тока катушек контакторов в 5…15 раз больше, чем во включенном состоянии. Контакты пускателей изготавливаются из серебра или металлокерамических композиций: серебро – окись кадмия, серебро – никель.
Контакты и блок-контакты выполняются мостикового типа, с двукратным разрывом в каждой фазе.
В малых контакторах применяется пластмассовые междуфазовые перегородки, отделяющие одну
фазу от другой, в больших – дугогасительные камеры закрытого или открытого типа с металлическими накладками или деионными решетками.
Нормальная последовательность работы контактов при включении следующая размыкание размыкающихся блок-контактов, замыкание главных контактов и далее замыкающихся блок-контактов;
при отключении процесс происходит в обратной последовательности, сначала размыкаются размыкающихся блок-контакты.
Реверсивные магнитные пускатели представляют собой два контактора, укрепленных на общем
основании и сблокированных механически как по силовой цепи, так и цепи управления для
предотвращения одновременного включения контакторов.
Реверсивные пускатели должны всегда иметь электрическую блокировку (через размыкающиеся
блок-контакты). Электрическая блокировка предназначена для устранения возможности одновременной подачи напряжения на втягивающие катушки, для предотвращения возможного короткого
замыкания в главных цепях реверсивных контакторов. Механическая блокировка не должна исключать применения электрической блокировки.
Схемы включения пускателей
Простая схема управления короткозамкнутым двигателем с помощью магнитного пускателя приведена на рис. 1.
Работает она следующим образом. Включением вводного выключателя подается напряжение на
силовую и вспомогательные цепи управления. Кнопкой «Пуск» замыкается цепь питания катушки
контактора ПМ. При этом контактор замыкает свои рабочие контакты в силовой цепи питания
двигателя и одновременно блок-контакт К, шунтирующий кнопку «Пуск». Дальнейшее удержание
22
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
кнопки «Пуск» после этого не требуется. Для остановки двигателя нажимаем кнопку «Стоп», которая размыкает цепь катушки контактора ПМ, и контактор отключается. Схема приходит в исходное состояние.
А
В
С
ПУСК
СТОП
РТ
КМ
КМ
КМ
АД
Рис. 1. Схема управления электродвигателем.
На рис.2 изображена схема управления короткозамкнутым двигателем с помощью реверсивного
пускателя. Такой пускатель имеет два контактора: «Вперед» и «Назад». Кнопки управления пуском двухцепные, благодаря чему исключается одновременное включение контакторов. Кнопка
«Стоп» и контакты теплового реле РТ действуют на любой включенный контактор. В остальном
схема рис.2 работает так же, как и предыдущая (рис.1).
А
В
С
ВПЕРЕД
СТОП
НАЗАД
КН
РТ
КВ
КВ
КВ
КВ
КН
КН
КН
АД
Рис. 2. Схема реверсивного управления электродвигателем.
План выполнения работы
1. Внимательно прочитать инструкцию по работе, изучить назначение и принцип действия магнитных пускателей реверсивных и нереверсивных.
2. Ознакомиться с устройством и конструкцией магнитных пускателей, предоставленных на лабораторном стенде.
3. Собрать схему, представленную на стенде, для запуска асинхронного двигателя и осуществить
пуск его в работу и отключение.
23
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
4. Собрать схему, представленную на стенде, для реверсивного управления электродвигателем и
проконтролировать работу двигателя вперед-назад, для контроля направления вращения двигателя
на ось ротора надет диск с радиальными красно-белыми полосами.
5. Собрать схему на стенде для снятия времятоковой характеристики теплового реле. По результатам опытов построить кривую зависимости t=f(Iсраб).
Содержание отчета
1. Назначение и принцип действия магнитных пускателей нереверсивных и реверсивных.
2. Схемы включения магнитных пускателей.
3. Результаты измерений, время-токовая характеристика теплового реле.
Литература
1. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1971.
2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.-Л.: Энергия, 1975.
Лабораторная работа №3
Изучение автоматических воздушных выключателей
Цель работы
Изучить назначение, конструкцию и принцип действия автоматов, применяемых в системах электроснабжения.
Общие сведения
Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей. Воздушным он называется потому, что электрическая дуга гасится в среде окружающего воздуха в отличие от выключателей, в которых дуга гасится в
масле или другой среде.
Автоматы изготовляются на номинальные токи до 6000А, а отдельные серии до 20000 … 30000А и
на номинальные напряжения до 660В переменного тока 50Гц и до 440В постоянного тока. Быстродействующие автоматические выключатели изготовляются на номинальное напряжение до
3300В постоянного тока. Отключающая способность современных автоматических выключателей
достигает 200 … 300кА.
По числу полюсов автоматы выполняются одно-, двух-, трехполюсными.
Как правило, автоматические выключатели выполняет также и функции завиты при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении напряжения, изменении направления передачи мощности или тока и т.п. При этом, независимо от выполняемых функций, их можно подразделить по собственному времени срабатывания на нормальные, селективные и быстродействующие,
т.к. конструктивные особенности определяются, главным образом, данным параметром. В отдельную группу следует выделить автоматы гашения магнитного поля.
Различают следующие виды автоматов.
Нормальные автоматы – собственное время срабатывания, в зависимости от величины номинального тока и конструкции, лежит в пределах 0,02… 0,1с.
Селективные автоматы – после получения импульса на срабатывание могут осуществлять выдержку времени до 1с.
Они нужны для селективной защиты, т.е. такой защиты, при которой отключается ближайший к
месту аварии участок.
Быстродействующие автоматы – время срабатывания их не должно превосходить 0,005с. В отдельных конструкциях достигнуто время срабатывания порядка 0,001с. Эти автоматы обладают
токоограничивающим эффектом, а потому могут применяться для защиты цепей с любыми, практически возможными, токами короткого замыкания.
Быстродействующие автоматы применяются во всех выпрямительных установках для защиты
анодных цепей при обратном зажигании на электрифицированных железных дорогах, линиях метрополитена и трамваях, а также во многих других мощных установках.
Автоматы гашения поля – применяются в цепях возбуждения крупных машин. Если в результате
нарушения изоляции внутри машины возникло короткое замыкание, то единственным способом,
24
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
позволяющим ограничить размеры аварии, является быстрое сведение к нулю, т.е. гашение магнитного поля обмотки возбуждения. Эту задачу и выполняют автоматы гашения поля.
Устройство автоматов
Независимо от назначения, автоматы состоят из следующих основных элементов: контактной системы, дугогасительной системы, привода, механизма сводного расцепления, расцепителей и
коммутатора с блокконтактами.
Контактная система автоматов должна находиться под током не отключаясь весьма длительное
время и быть способной выключать большие токи короткого замыкания. Для удовлетворения возникающих в указанных условиях противоречивых требований, широкое распространение получили двух- (главные и дугогасительные) и трехступенчатые (главные, промежуточные, дугогасительные) контактные системы. В автоматах на малые и средние токи до 600A применяются одноступенчатые контактные системы.
В выключателях на большие номинальные токи применяют несколько параллельных контактных
систем на полюс.
Дугогасительная система должна обеспечивать отключение больших токов короткого замыкания
в ограниченном объеме пространства. Под воздействием возникающих электродинамических сил
дуга быстро растягивается и гаснет, но ее пламя занимает очень большое пространство. Задача дугогасительного устройства заключается в том, чтобы ограничить размеры дуги и обеспечить ее
гашение в малом объеме.
Распространение получили камеры с широкими щелями (одной или несколькими параллельными)
и камеры с дугогасительными решетками. В последние годы применяются камеры с узкими щелями и даже полностью закрытые камеры. Комбинированные дугогасительные устройства:
- камеры с узкими щелями в сочетании с пламегасительной решеткой;
- способны обеспечить гашение дуги в ограниченном объеме при весьма больших токах (30…
40кА). Однако в ряде случаев при токах свыше 40… 50кА электродинамических сия только контура тока оказывается недостаточно, чтобы загнать дугу в камеру. Поэтому используется дополнительная сила, которая может быть создана либо внешним магнитным полем (магнитное дутье),
либо воздушным дутьем.
Повышение отключающей способности автоматов может быть получено также применением ряда
параллельных контактных систем. В этом случае размыкание параллельно включенных контактов
происходит неодновременно, и дуга возникает на тех контактах, которые размыкаются последними. Можно, однако, создать такие условия, при которых дуга возникнет и будет одновременно
существовать на всех параллельных контактах. В таком случае отключающая способность автомата повысится пропорционально числу параллельно включенных дугогасительных контактов.
Привод служит для включения автомата по команде оператора. Автоматы выполняются:
а) с ручным приводом непосредственного действия;
б) с дистанционным приводом (ручным, соленоидным, моторным, пневматическим).
Отключение автоматов осуществляется отключающими пружинами.
Механизм свободного расцепления предназначен:
а) исключить возможность удерживать контакты автомата включенном положении (рукояткой,
дистанционным приводом) при наличии ненормального режима работы защищаемой цепи;
б) обеспечить моментальное отключение, т.е. не зависящую от оператора, рода и массы привода
скорость расхождения контактов.
Механизм представляет собой систему шарнирно-связанных рычагов, соединяющих привод
включения с системой подвижных контактов, которые связаны с отключающей пружиной (рис.1).
Механизм свободного расцепления позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в
том числе и в процессе включения, когда включающая сила воздействует на подвижную систему
автомата. Так, например, если при соприкосновении контактов включающего автомата по цепи
пройдет ток короткого замыкания, то расцепитель сработает и переведет рычаги механизма свободно расцепления вверх за мертвую точку (см. рис. 1в). Автомат отключится и больше не включится, так как механическая связь между включающей силой и подвижной системой автомата
нарушена. Если бы не было механизма свободного расцепления, то после автоматического отклю25
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
чения автомата последовало бы его немедленное повторное включения автомата последовало бы
его немедленное повторное включение под воздействием включающей силы, которая к этому времени могла оказаться не снятой. Произошли бы быстро следующие друг за другом многократные
отключения и включения автомата в тяжелом режиме короткого замыкания, что могло бы привести к его разрушению.
При отключении автомата первыми размыкаются главные контакты и весь ток перейдет в параллельную цепь дугогасительных контактов с накладками из дугостойкого материала. На главных
контактах дуга не должна возникать, чтобы они не обгорели. Дугогасительные контакты размыкаются, когда главные контакты расходятся на значительное расстояние. На них возникает электрическая дуга, которая выдувается вверх и гасится в дугогасительной камере.
а)
б)
в)
Рис. 1. Принцип работы автомата и его механизма свободного расцепления.
Расцепители – элементы, контролирующие заданный параметр цепи и воздействующие через механизм свободного расцепления на отключение автомата при отклонении заданного параметра за
установленные пределы.
В зависимости от выполняемых функций защиты расцепители бывают:
1) токовый максимальный мгновенного или замедленного действия (используется как расцепитель
перегрузки или селективный);
2) напряжения – минимальный, для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня;
3) обратного тока – срабатывает при изменении направления тока;
4) тепловой – работает в зависимости от величины тока и времени его протекания (принимается
обычно для защиты от перегрузок);
5) комбинированные – срабатывают при сочетании ряда факторов;
Схема автомата с расцепителем токовым максимальным мгновенного действия показана на рис.
2а. Когда ток станет выше определенного значения, тяговое усилие электромагнита превысит усилие пружины, якорь притянется, механизм свободного расцепления освободится и выключатель
отключится.
А
В
С
а)
А
В
С
б)
Рис. 2. Автоматы с различного рода расцепителями.
26
А
В
С
в)
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Схема автомата с расцепителем минимального напряжения показана на рис. 2б. При нормальных
режимах работы якорь катушки, включенной на контролируемое напряжение, притянут. При снижении контролируемого напряжения ниже определенной величины (установки) якорь под действием отключающей пружины отпадает, механизм свободного расцепления отключает выключатель.
Расцепитель напряжения отключающий (рис. 2в) представляет собой электромагнит, который
притягивает свой якорь при включении катушки на соответствующее напряжение. Своим концом
якорь воздействует на механизм свободного расцепления и отключает выключатель.
Блок-контакты служат для производства переключений в цепях управления, блокировки, сигнализации в зависимости от коммутационного положения автомата. Блок-контакты выполняются
нормально-открытыми и нормально-закрытыми.
План выполнения работы
1. Внимательно прочитать инструкцию по работе, изучить назначение и принцип действия основных элементов автоматов.
2. Ознакомиться с устройством и конструкцией автоматов, представленных на лабораторном
стенде. Записать их типы и основные технические характеристики.
3. Собрать схему для испытания действия теплового расцепителя автомата A3141T (схема приведена на стенде). Величина тока задается преподавателем.
4. Собрать схему для испытания действия теплового и электромагнитного расцепителя автомата
АЕ (схема приведена на стенде). Величины токов задаются преподавателем.
Содержание отчета
1. Краткое описание устройства автомата и назначение его основных элементов.
2. Рисунок, поясняющий принцип работы автомата и его механизма свободного расцепления (см.
рис.1).
3. Паспортные данные автоматов, установленных на лабораторном стенде.
4. Таблицы и время-токовые характеристики исследованных автоматов.
Литература
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.-Л.: Энергия, 1971.
2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1971.
3. Вабиков М.А. Электрические аппараты. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956.
4. Красин В.П. Электрические аппараты автоматического управления. – Мн.: Вышэйшая школа,
1970.
27
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Лабораторная работа №4
Изучение и снятие нагрузочных характеристик
магнитных усилителей
Цель работы
Изучить назначение, конструкцию, принцип действия магнитного усилителя (МУ). Снять нагрузочные характеристики Iн = f(Iу) (Iн – ток нагрузки; Iу – ток управления):
а) при отсутствии обратных связей (ОС);
б) с внешней параллельной ОС (ОС по напряжению);
в) с внутренней ОС (МУ с самонасыщением);
г) определить коэффициент усиления по мощности и коэффициент кратности тока.
Общие сведения
Простейший МУ на одном сердечнике.
МУ являются ферромагнитными устройствами, предназначенными для увеличения мощности
нагрузки при относительно малой мощности управления. МУ отличаются от других типов электрических усилителей своей надежностью, большой механической прочностью, простотой конструкции, удобством эксплуатации и практически неограниченным сроком службы. Благодаря
своим положительным качествам МУ получили широкое распространение в приборах и устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники. Особое значение МУ имеют при использовании в бортовых устройствах летательных аппаратов и кораблей.
В отличие от электронных усилителей, у которых управляемыми элементами служат электровакуумные или полупроводниковые приборы, в МУ роль управляемых элементов выполняют катушки
индуктивности с ферромагнитными сердечниками (р). Изменение индуктивности катушки зависит от величины подмагничиващего тока, создаваемого управляющим сигналом.
Схема простейшего МУ (дроссель с подмагничиванием) показана на рис.1а. Здесь на ферромагнитном сердечнике имеются две обмотки; – управляющая обмотка; р – рабочая обмотка или обмотка переменного тока.
В 
Iу
Ip
у
=Uу
Iн
В = f (H)
р
Up
 = f (H)
б)
а)
H (Iу)
- Iу
в)
+ Iу
Рис. 1. Принцип действия магнитного усилителя.
На у подается управляющий сигнал Iр, подлежащий усилию. Последовательно с р включена
нагрузка (Rн), которая является выходом МУ – напряжение нагрузки (Uн). р питается от источника напряжения переменного тока, например, 50 Гц, 400 Гц. Дроссель (Ly) с большим индуктивным
сопротивлением, включенный последовательно с у для устранения переменного тока от ЭДС,
трансформируемой в у из р.
Ток в рабочей цепи (цепи нагрузки):
Iн 
Uн
Х  R2
2
р
,
где R = Rн + Rp – полное активное сопротивление нагрузки (Rн) и сопротивление рабочей обмотки
(Rp);
Хp – индуктивное сопротивление р.
Хр  Lp  2fL p  2f
28
p2Sc 
lcp
,
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
где  = 2f – угловая частота питания рабочей сети;
L - индуктивность р;
Sc – площадь поперечного сечения сердечника, м2;
lср – средняя длина пути магнитного потока в сердечнике, м;
 – динамическая магнитная проницаемость материала сердечника, Гн/м.
Так как р, Sc, lср – величины, постоянные для данного МУ, то очевидно изменять значение l ср а
следовательно, и Хр можно лишь путем изменения динамической проницаемости материала сердечника.
В качестве материалов для сердечников в МУ применяются сплавы железо-кремниевые, железоникелевые и оксидные ферромагнетики (ферриты). В таких материалах  в сильной степени зависит от величины напряженности магнитного поля Н1, подмагничивающего поля Н2 (рис. 1б). Таким образом, подмагничивая сердечник постоянным током, можно управлять Lp или Хр, а, следовательно, и переменным током в этой цепи.
Так как изменение мощности в нагрузке значительно превышает соответствующее изменение
мощности в цепи управления Ру, то рассмотренная схема представляет собой простейший МУ
мощности. Подмагничивать (управлять) можно и переменным током, но при этом необходимо соблюдать условие fу  20% f, т.е. током малой частоты.
Рассмотренная простейшая схема МУ на одном сердечнике имеет серьезные недостатки:
1. В у индуктируется большая ЭДС, наводимая из р.
2. Искажается форма кривой тока в нагрузке (наличие четных и нечетных гармоник).
Первый недостаток можно частично устранить, если в цепь включить большую индуктивность Lу
(см. рис. 1а). Однако второй недостаток останется. Кроме того, возрастает инерционность МУ и
уменьшается коэффициент усиления. Поэтому МУ, выполненные на одном сердечнике, имеют
очень малое применение.
Для устранения вышеуказанных недостатков применяется схема МУ на двух сердечниках (рис. 2).
Здесь рабочие обмотки имеют одинаковое число витков и намотаны каждая на свой сердечник, а
обмотка управления (у) охватывает оба сердечника. Рабочие обмотки (р1 и р2) должны быть
соединены так, чтобы создаваемые ими магнитные потоки Фр1 и Фр2 были направлены встречно в
сердечнике, охватываемом в каждом полупериоде.
Rн
Up
Ip
Фр1
Фр2
у
р1
Фу
р2
Iy
=Uу
а)
б)
Рис. 2. Схема МУ на двух сердечниках: а) Фр1 и Фр2, создаваемые р1 и р2 на стержне показаны
для одного полупериода; б) схема МУ в ЕСКД.
МУ конструктивно могут выполняться в различных вариантах, например, рабочие обмотки включают параллельно (при большой величине нагрузочного сопротивления) или последовательновстречно, а обмотки управления – согласно. В ряде случаев применяются МУ, выполненные на
трехстержневом Ш-образном сердечнике с утолщенным среднем стержнем.
В этом случае у расположена на среднем стержне, одна половина намотана на одном крайнем
стержне сердечника, другая – на другом. Переменный магнитный поток Ф , создаваемый переменным магнитным полем, проходит по наружному контуру, почтя не заходя в средний стержень,
который поэтому не подвергается систематическому перемагничиванию. После снятия управляю29
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
щего сигнала Iу в среднем стержне остается остаточный магнетизм, создающий некоторый постоянный магнитный поток, и, следовательно, ток в нагрузке имеет минимальное значение, но несколько превышает ток холостого хода Iн(хх) (завышенный ток холостого хода).
Если необходимо питать нагрузку постоянным током, то в нагрузочную цепь (на месте Rн рис.2)
МУ вводят мостовой выпрямитель, нагрузка включается в диагональ выпрямительного моста.
Промышленная серия МУ.
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются МУ серии ТУМ и УМ. Серия
ТУМ (тороидальный) предназначена для работы в системах автоматического регулирования в качестве входных усилителей, обеспечивающих усиление и суммирование нескольких управляющих
сигналов. Суммирование сигналов осуществляется с помощью семи управляющих обмоток (1н-1к,
2н-2к, … 7н-7к). (на рис. 2 показана одна у). ТУМ могут применяться также в качестве бесконтактных реле и выходных каскадов для питания маломощных серводвигателей. МУ серии ТУМ
изготавливаются пяти габаритов в зависимости от размеров сердечника – ТУМ-А1,... ТУМ-А5.
Все усилители этой серии выполняются на двух ленточных кольцевых сердечниках, изготовленных из холоднокатанной текстурованной электротехнической стали. На каждом сердечнике имеется по две рабочие обмотки с самостоятельными выводами, которые могут соединяться последовательно или параллельно. Семь обмоток (управления охватывают оба сердечника.
МУ серии ТУМ выпускаются на четыре напряжения переменного тока 36, 100, 127, 220 В.
Усилители серии УМ предназначены для использования в качестве силовых МУ в различных схемах автоматического электропривода. Диапазон мощностей УМ (0,07…25кВт) и подразделяются
на однофазные (УМ-1П) и трехфазные (УМ-ЗП). Выпускаются на три основных напряжения 127,
220 и 380В, а также на напряжение 63, 110 и 190В.
МУ с обратной связью (ОС).
Для увеличения коэффициентов по току мощности при малом входной сигнале, поданном в обмотку управления относительно небольшим числом витков, в МУ применяются обратнные связи.
Обратная связь может быть внешней и внутренней.
Для осуществления внешней ОС применяются обмотки ОС (ос), которая так же как обмотка
управления – у, охватывает оба сердечника; по ней протекает выпрямленный ток нагрузки.
Внешняя обратная связь может осуществдяться по току (последовательная) или по напряжению
(параллельная).
Последовательная ОС заключается в том, что в нагрузочную цепь последовательно с нагрузкой
включают ос. В этом случае весь нагрузочный ток будет проходить через ос.
Параллельная ОС (ОС по напряжению) заключается в том, что ос подключают параллельно сопротивлению нагрузки. В этом случае Iос и Iн будут распределяться обратно пропорционально сопрстивлениям Rн и Rос.
Ток нагрузки в ос создает дополнительный магнитный поток обратной связи Фос. Направление
Фос постоянно и определяется полярностью ос (подключением ее к источнику постоянного тока).
Если Фy действует согласно с Фос, то ОС называется положительной. Если же потоки действуют
навстречу друг другу, то МУ имеет отрицательную ОС, Переход от положительной ОС к отрицательной происходит при изменении полярности Iу. При наличии нагрузки на переменном токе ее
включают до выпрямителя, который служит для осуществлеаия ОС путем подачи в ос только выпрямленного Iос.
Внутренняя ОС в МУ (рис. 3) осуществляется путем включения в цепь р диода Д, благодаря которому в рабочей цепи будет протекать пульсирующий ток. Этот ток состоит из переменной и постоянной составляющих. Изменение управляющего тока приводит к изменению Iн, а, следовательно, и постоянной составляющей, преходящей по р. Постоянная составляющая создает в сердечнике подмагничивание. Такую схему называют МУ с внутренней ОС или МУ с самонасыщением.
Это название происходит от того, что даже при отсутствии Iу на входе МУ постоянная составляющая в р стремится насытить сердечник, и ток на выходе МУ достигает близкого в максимальному
значения.
30
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
L
у
R
н
Iу
=
U
у
U
p
Iн


у
р
Рис. 3. Схема простейшего МУ с внутренней ОС.
Рассматриваемая схема МУ (рис. 3) является однополупериодной, так как в ней через нагрузку
проходит пульсирующий однополупериодный ток. В моменты, когда ток через диод не проходит,
нагрузка как бы отключается от питающего напряжения.
Действительно, в нерабочих полупериодах диод заперт, и изменение магнитного состояния сердечника происходит только лишь под влиянием напряжения Uу, действующего в цепи управления
МУ.
Обычно эти полупериоды называют управляющими в отличие от рабочих полупериодов, когда
напряжение питания U~ приложено к р (в течение этого полупериода диод открыт). Именно в рабочие полупериоды в р и в нагрузке проходит один и тот же ток. Рассмотренная схема является
основной для построения более сложных схем МУ.
Характеристики и основные параметры МУ
Зависимость тока в цепи нагрузки от тока управления Iн = f(Iу) называется нагрузочной характеристикой МУ.
Нагрузочная характеристика МУ без ОС симметрична относительно оси координат, т.е. такой МУ
нечувствителен к направлению тока в у (рис.1в).
МУ с ОС чувствителен к полярности Iу, т.к. при одном направлении тока в у его поле будет совпадать с полем ОС, а при другом направлении поля будут противоположны. Нагрузочная характеристика МУ с ОС несимметрична относительно оси ординат (рис. 4). Рабочий участок характеристики МУ должен быть прямолинейным.
Iн
N
Iу
Iн Iн
Iнас.
M
Iх.х.
Iм
+ Iу
- Iу
Рис. 4. Зависимость Iн = f (Iу) для МУ с внутренней ОС.
Отношение максимального и минимального значений токов нагрузки на прямолинейном участке
характеристики называется коэффициентом кратности тока МУ:
КI 
IN
IM
Кр 
R н  Iн2
R у  I2у
,
где IN = 0,85 Iнас; IМ = 1,5 Iхх.
Отношение приращения мощности в нагрузке к соответствующему приращению мощности в у на
прямолинейном участке характеристики называется коэффициентом усиления по мощности
,
где Rн – сопротивление нагрузки;
Rу – сопротивление обмотки управления;
Iн – приращение тока в цепи нагрузки;
Iу – соответствующее ему приращение тока в цепи управления.
План выполнения работы
В настоящей работе производится исследование дроссельного МУ типа ТУМ-А5-II. Обмотки МУ
выведены на стенд и обозначены согласно схеме.
31
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Для выполнения работы на стенде имеются:
1. Блок выпрямления.
2. Блок нагрузки.
3. Блок управления.
4. Предохранитель.
5. Блок смещения.
Работа выполняется на стенде №1 (слева) в следующей последовательности:
1. Измерить с помощью моста сопротивление у (6н-6к);
2. Измерить сопротивление нагрузки Rн;
3. Собрать схему (рис. 1 на стенде).
Снять зависимость Iн = f(Iу) для МУ без ОС при различиях полярностях Iу.
4. Собрать схему (рис. 2 на стенде).
Снять зависимость Iн = f(Iу) для МУ с внешней параллельной ОС (по напряжению).
5. Собрать схему (рис. 3 на стенде).
Снять зависимость Iн = f(Iу) для МУ с внутренней ОС (МУ с насыщением).
Примечание: при сборке схемы подключать только то напряжение, которое указано в схеме.
Содержание отчета
1. Рабочие схемы и данные измерений;
2. Нагрузочные характеристики;
3. Определение коэффициента усиления по мощности и коэффициента кратности тока для каждой
из схем.
Литература
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975.
2. Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1974.
3. Красин В.П. Электрические аппараты. – Мн.: Вышэйшая школа, 1970.
4. Бабиков М.А. Электрические аппараты. – М.: Высшая школа, 1967.
5. Таев И.С. Электрические аппараты управления. – М.: Высшая школа, 1967.
Лабораторная работа №5
Изучение низковольтных предохранителей
Цель работы
Ознакомиться с конструкциями и техническими данными низковольтных предохранителей типов
ПР-2, ПН-2, ПРО, ПНБ и блоков предохранитель-выключатель. Снять время-токовую характеристику плавкой вставки и сравнить ее с расчетной.
Общие сведения
Предохранители – это электрические аппараты, защищавшие установки от токов короткого замыкания и токов перегрузок. Состоят из плавкой вставки, включаемой в рассечку защищаемой цепи,
и дуго-гасительного устройства, гасящего электическую дугу, возникающую при плавлении
вставки.
При небольших перегрузках (1,5…2)Iном нагрев плавкой вставки протекает медленно. Ток, больший номинального, при котором предохранитель перегорает через 1…2 часа, называется пограничным током Iпогр > Iном. При токах, близких к пограничному, температура вставки приближается
к температуре плавления металла (tмеди = 1083 0С). Все детали предохранителя и подключаемые
провода при этом нагреваются до высоких температур и возможно возгорание изоляции проводов.
Наиболее просто снижение температуры плавления вставки достигается, применением легкоплавких металлов (tсвинца=3270С). Однако удельное сопротивление свинца в 12 раз выше, чем у меди,
поэтому вставки должны иметь очень большое сечение, что затрудняет гашение дуги и увеличивает расход металла, т.е. не дают удовлетворительного решения.
32
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Наибольшее распространение получили медные, цинковые и серебряные плавкие вставки, в которых для снижения температуры делается переменное сечение и применяется металлургический
эффект.
При длительной работе с высокой температурой вставки окисляются. Особенно интенсивно процесс теплового старения протекает у медных вставок, у которых пленка окисла отслаивается и
уменьшает сечение. Для того, чтобы с течением времени медные вставки не перегорали при Iном
принимают Iпогр=(1,8…2)Iном, т.е. сечение завышают почти в 2 раза, что ухудшает время-токовую
характеристику предохранителя в области малых перегрузок. Серебряные и цинковые вставки не
подвержены тепловому старению. Применение металлургического эффекта и легкоплавких металлов позволяет снизить Iпогр / Iном, до 1,2…1,4.
Калибруются плавкие вставки испытательным током Iисп в течение tисп, причем нижнее значение
тока в течение 1 часа не приводит к перегоранию предохранителя, верхнее значение плавит вставку за 2 часа (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Iном. вст., А
tисп, час
6, 10
15, 20, 25
35 … 350
430 … 1000
1
1
1
2
Iисп / Iном.вст
нижнее
1,5
1,4
1,3
1,3
верхнее
2,1
1,75
1,6
1,6
При прохождении через вставку тока к.з. процесс нагрева идет адиабатически, без отдачи тепла,
которое полностью идет на ее нагрев. Температура вставки поднимается мгновенно.
Время отключения цепи предохранителем состоит из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния в жидкое (плавления) и времени горения (гашения) дуги:
tоткл = tнагр + tпл + tдуги.
Электродинамические силы, сжимающие проводник, в процессе плавления образуют суженные
участки, на которых возрастет плотность тока и температура. Уменьшение сечения создает также
разрывающие усилия, аналогичные силам в контактах при протекании тока короткого замыкания
(т.к.з.). Вследствие этого время отключения обратно пропорционально квадрату т.к.з. (Iк2).
t откл  А 
q2
Iк2
,
где q – поперечное сечение вставки;
А – постоянная, зависящая от материала вставки и типа предохранителя (определяется опытным
путем).
При вставках переменного сечения дуга горит во всех узких местах, что ускоряет процесс гашения
дуги. Все факторы дугогашения приводят к тому, что предохранитель перегорает за тысячные доли секунды, т.е. значительно раньше, чем т.к.з. достигнет амплитудного или установившегося значения, т.е. работает с токоограничением. При этом облегчаются условия гашения дуги и ограничивается т.к.з.
Увеличение сечения вставки вследствие роста Iном или теплового старения приводит к увеличению tоткл и снижению эффекта токоограничения. Так, например, в цепи с действующим значением
т.к.з. 50 кА предохранитель с Iном.вст= 6А перегорает при величине т.к.з. 400 А, а при Iном.вст = 600А
дуга горит весь полупериод, т.е. токоограничение отсутствует (рис. 13.1).
Основными параметрами предохранителей являются:
Iнп – номинальный ток патрона – максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части
нагреваются не выше допустимой температуры;
Iном.вст – номинальный ток вставки – длительный рабочий ток, при котором плавкая вставка не
должна перегорать;
Iпр – предельный ток отключения предохранителя – действующее значение тока металлического
к.з. сети, которое предохранитель способен отключить, не разрушаясь.
33
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Рис. 5.1. Время-токовые характеристики предохранителей типа ПН-2.
Предохранители разборные серии ПР-2 с закрытыми разборными патронами без наполнителя
выпускаются на напряжение 220В (I габарит) и 500В (II габарит). Трубчатый патрон выполнен из
фибры, которая при горении дуги под действием высокой температуры выделяет газ. Давление,
пропорциональное квадрату т.к.з. за доли полупериода поднимается до 4…8МПа, что способствует быстрому гашению дуги (до 2с). Фибровый патрон обладает высокой прочностью и закрывается герметично. Плавкая вставка штампуется из цинка, количество сужений (1…4) зависит от
напряжения, работает с токоограничением. В зависимости от номинального тока меняется диаметр патрона, выпускаются 7 диаметров, Iном.пр  Iном.вст.
Технические данные ПР-2 приведены в табл. 5.2.
Предохранители с мелкозернистым наполнителем типа ПН-2 обладают более совершенными характеристиками, чем ПР-2. Корпус ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеарита,
наполнитель – кварцевый песок с содержанием SiО2 не менее 98%, размером зерен 0,2…0,4мм,
влажностью не более 3%. Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1…0,2мм,
разделена на несколько параллельных ленточек, чтобы полнее использовать объем наполнителя.
Применение тонких ленточек с узкими местами, на которые нанесены оловянные шарики для
снижения температуры плавления (металлургический эффект), позволяют выбрать минимальное
сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность.
При к.з. дуга горит при большом давлении в узком канале, образованном кварцевыми песчинками,
имеющими высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность. Это позволяет гасить дугу за несколько миллисекунд при небольшой длине. После перегорания вставок
патрон разбирается, песок высыпается, ставятся новые вставки. Малые габариты, незначительная
затрата дефицитных материалов, высокая отключающая способность являются достоинствами
этих предохранителей.
Предохранители серии НПН-2 являются неразборными с наполнителем. Технические характеристики даны в табл. 5.2.
Таблица 5.2
34
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Тип
предохранителя
Номинальное
напряжение,
В
220,
380
500
предохранителя
15
плавкой вставки
6, 10, 15
Предельный
ток
отключения,
кА
(при U =
380В)
8
60
100
200
350
600
1000
15, 20, 25, 35, 45, 60
60, 80, 100
100, 125, 160, 200
100, 225, 260, 300, 350
350, 430, 500, 600
600, 700, 850, 1000
4,5
11
11
13
23
23
100
30, 40, 50, 60, 80, 100
100
250
80, 100, 120, 150, 200,
100
250
600
600
300, 400, 500, 600
25
400
400
200, 250, 300, 400
40
500
60
6, 10, 15, 20, 25, 30,
10
40, 60
ПР-2
440
ПН-2100
ПН-2250
ПН-2600
ПН-2400
НПН-60
Номинальный ток, А
~380,
=220
~380,
=220
Предохранители ПРС – разборные, резьбовые, сигнализирующие, с наполнителем – кварцевым
песком. Применяются, когда необходимы, малые габариты и быстрая смена вставки. Имеют указатель срабатывания – при перегорании пружина выбрасывает глазок у застекленного отверстия.
Перезарядка производится путем замены внутреннего цилиндра со вставкой и указателем. Это
пробочные предохранители, ввинчиваются в металлическое основание. Выпускаются на номинальные токи 6, 20, 63, 100 А со вставками от 1 до 100А, с цоколями трех диаметров на разные
напряжения 220, 380, 500В. Отключающая способность 60кА. Они более сложные и дороже, чем
ПН-2.
Быстродействующие предохранители применяются для защиты полупроводниковых приборов
(диодов, тиристоров). ПНБ5 разработан на базе ПН-2, имеет серебряную вставку с сужениями малого сечения с большим токоограничением. Амплитуда т.к.з. до 150кА. Выпускаются на номинальные токи 40…60А напряжением до 660В. Защищают цепи к.з., но не от перегрузок. Более совершенные быстродействующие предохранители типа ПП41…ПК71.
Блоки предохранитель-выключатель (БПВ) предназначены для отключения номинальных токов, защиты цепей от перегрузок и т.к.з., для сокращения размеров распредустройств. Представляют 3-х-полюсный разъединитель с боковой рукояткой, с двумя разрывами на фазу, ножами которого являются контакты предохранителей ПН-2. При вращении рукоятки предохранители перемещаются и выполняют коммутацию цепей, при напряжении до 500В и номинальном токе до
350А. Для гашения дуги постоянного тока применяются деионные решетки. Блоки выполняются в
металлическом кожухе с дверцей. Замена предохранителя возможна в отключенном положении
рукоятки, после освобождения защелки. Износостойкость БПВ механическая – 5000 циклов, электрическая – 2500 циклов.
План выполнения работы
1. Изучить теоретические сведения и конструкции низковольтных предохранителей и БПВ по
имеющимся образцам, плакатам и описанию в инструкции.
2. Снять время-токовую характеристику медной круглой плавкой вставки в соответствии со схемой на рис. 13.2.
35
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
электросекундомер
П1
РТ1
Т
ЛАТР
А
А
П2
переключатель
“П” в положении
“вкл. Rн”
РТ
П3
ТР нагр.
220/5В
Rн
220 В
Рис. 5.2. Схема измерений.
2.1. Закрепить вставку в коробке с предохранителем, закрыть крышку.
2.2. Установить ЛАТР на нуль, поставить рукоятку переключателя «П» в положение «Rн».
2.3. Включить автомат «А» и тумблер «В» на стенде.
2.4. Установить ЛАТРом первоначальный ток в цепи по амперметру и быстро поставить переключатель «П» в положение «Пр».
Примечание: шкалу токов задает преподаватель.
2.5. Измерить время по электросекундомеру.
2.6. Записать показания в табл. 13.3.
Таблица 5.3
Параметр
Время отключения при токе, А
10 12 15 17 20 22
Показания секундомера tоткл ,
с
Расчетные значения tпл., с
2.7. Отключить тумблер, установить новую вставку, и повторить опыт, начиная с п.2.1 при других
значениях токов.
2.8. Рассчитать время плавления вставки по эмпирической формуле:
t пл 
q2
 105
I2
,
где q – сечение вставки, мм2;
I – значение устанавливаемого тока по шкале, А.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Рабочая схема.
3. Данные измерений и расчета.
4. Построенные опытная и расчетная зависимости t=f(I) на одном графике.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначены предохранители, из каких узлов состоят?
2. Материалы вставок и мероприятия по снижению температуры плавления.
3. Для чего нужны сужения и металлургический эффект?
4. Что такое тепловое старение вставки и коэффициент запаса?
36
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
5. Что такое пограничный и испытательный токи?
6. Из чего состоит и как определяется время отключения при к.з.?
8. Что такое эффект токоограничения и предельный ток отключения?
9. Каковы основные параметры предохранителя?
10. Как выполнены предохранители ПР-2, как работают, основные данные?
11. Как выполнены предохранители ПН-2, как работают, основные данные, преимущества?
12. Как выполнены предохранители ПРО, основные данные?
13. Что такое быстродействующие предохранители?
14. Как выполнены и работают блоки БПВ?
15. Что такое время-токовая характеристика предохранителя?
Литература
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975.
2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1981.
Лабораторная работа №6
Исследование устройства защитного отключения.
.Цель работы.
Изучение назначения, принципа действия, конструкции и основных технических характеристик
устройства защитного отключения.
Общие сведения.
Устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения
при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.
В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип
ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под
напряжением.
Из всех известных электрозащитных средств УЗО является единственным, обеспечивающим
защиту человека от поражения электрическим током при
прямом прикосновении к одной из токоведущих частей.
Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от
возгораний и пожаров, возникающих на объектах
вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования.
УЗО применяются для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), устанавливаемых в жилых и
общественных зданиях, производственных помещениях и т.п.
Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в
электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.
Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба –
гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий,
произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования.
Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока
1. Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО — 4-х) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной погрешностью, осуществляется электромагнитным путем — с помощью дифференциального трансформатора тока В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика
дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В нормальном режиме, когда
нет тока замыкания на землю, токи в фазном и нулевом рабочем проводниках (проводах) равны по
значению, но противоположны по знаку.
37
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке как I 1 , а ток от нагрузки I 2 ,то
можно записать равенство: I1  I 2 .В дифференциальном трансформаторе находятся две первичные обмотки: одна подключена к фазному проводнику, другая - к нулевому рабочему, плюс одна
вторичная обмотка. Таким образом, в нормальном режиме обе первичные обмотки создают абсолютно одинаковые магнитные потоки в магнитном сердечнике дифференциального трансформатора, которые направлены навстречу друг другу. Результирующий магнитный поток равен нулю,
ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.
В случае возникновения утечки величина токов, текущих по нулевому рабочему проводнику
и по фазе, становится неравной, то есть нарушается баланс компенсации, и в обмотке сердечника
начинает течь ток, размер которого оценивает реле разностного тока 2 (т.е тока утечки, являющегося для трансформатора тока дифференциальным (разностным)). При превышении определенного порога реле разрывает цепи. Его работа также построена на законе индукции. В обычном состоянии арматура, которая является приводом расцепителя, удерживается в состоянии равновесия полем постоянного магнита с одной стороны, и пружиной — с другой. В случае возникновения утечки ток, возникающий в катушке тороида, начинает протекать через катушку реле разностного тока
и наводит в сердечнике поле. Как результат, пружина приводит к срабатыванию расцепителя.
Для осуществления периодического контроля работоспособности
(исправности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 3. При нажатии кнопки “Тест” искусственно создается отключающий дифференциальный ток, вызывающий срабатывание УЗО.
По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы: AC, A, B, S, G.
УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий.
УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие
внезапно, либо медленно
возрастающие.
УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и
выпрямленные дифференциальные токи.
УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).
УЗО типа G – то же , что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.
Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет
разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа:
1) УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования – выполнения защитных функций, включая
операцию отключения, является для устройства сам сигнал – дифференциальный ток, на который,
на который оно реагирует.
2) УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для
выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от
внешнего источника.
Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничено в
силу их меньшей надежности, подверженности воздействия внешних факторов и др.
Однако основной причиной меньшего распространения таких устройств
их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности
электропоражения неисправности электроустановки,
а именно – при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания.
В этом случае «электронное» УЗО, не имея питания, не
функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал.
38
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Существует класс приборов УЗО – со встроенной защитой от сверхтоков,
так называемые «комбинированные» УЗО.
Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых контактов запускается при воздействии на него любого из трех элементов – катушки с сердечником токовой отсечки, реагирующей на ток короткого замыкания,
биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток.
Область применения УЗО со встроенной защитой от сверхтоков довольно ограничена – их устанавливают на автономные электроприемники, или
потребители, имеющие незначительную, неизменяемую нагрузку.
Применяются в данном лабораторном стенде УЗО марки ВД1-63 , двух- и
четырехполюсное.
Выключатель ВД1-63 – электромеханическое устройство, не имеющее собственного потребления электроэнергии. Тип – АС. Номинальные характеристики УЗО марки ВД1-63 приведены в
таблице 2.3
Таблица 2.3
Наименование
характеристики
Характеристики УЗО.
Значение
2 полюса
(ВД1-63-2-16-30УХЛ4)
230
U
Номинальное напряжение Н , В
16
I
Номинальный ток n , А
Номинальный отключающий дифференциальный 30
4 полюса
(ВД1-63-4-1630-УХЛ4)
400
16
30
I
ток n , мА
Номинальный неотключающий дифференциаль- 15
15
I
ный ток n 0 , мА
Номинальная наибольшая
дифференциальная 800
800
I
включающая и отключающая способность т ,А
Номинальный условный ток короткого замыкания 3000
3000
I nc , не менее, А
Пределы изменения напряжения сети, при кото- От 115 до 265
рых сохраняется работоспособность выключателя, В
От 200 до 460
2.4 Выбор УЗО.
I
Номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО (уставка) n
должен не менее чем в три раза превышать суммарный ток утечки защищаемой цепи электроустановки -
I :
I n  3I  .
Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами, либо определяется расчетным путем.
При отсутствии фактических (замеренных) значений тока утечки в электроустановке ПУЭ ( 7-е
изд.п.7.1.83) предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета – 0,4мА на 1А
тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета – 10мкА на 1м длины фазного проводника.
39
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Рекомендуемые значения номинального отключающего дифференциального тока - I n (уставки) УЗО для диапазона номинальных токов 16-80 А приведены в таблице 2.4
Таблица 2.4
Значения номинального отключающего дифференциального тока.
Номинальный ток в зоне защиты, А
16
25
40
63
80
30
30
30
100
I n при работе в зоне защиты одиночного по- 10
требителя, мА
30
30(100) 100
300
I n при работе в зоне защиты группы потре- 30
бителей, мА
300
300
300
300
500
I n УЗО противопожарного назначения
на ВРУ (ВРЩ), мА
В некоторых случаях, для определенных потребителей значение уставки задается нормативными документами.
В ГОСТ Р 50669-94 применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом задается значение уставки УЗО не выше 30мА.
Преобразователь измерительный напряжения переменного тока ОМЬ-3.
- предназначен для линейного преобразования действующего значения переменного тока в унифицированный сигнал постоянного тока. Принцип действия преобразователя заключается в определении среднеквадратичного значения за период входного сигнала и преобразовании его в унифицированный сигнал постоянного тока. При этом выходной сигнал преобразователя прямо пропорционален действующему (среднеквадратичному) значению входного сигнала.
Основные технические характеристики преобразователя приведены в таблице 2.5
Таблица 2.5
Основные технические характеристики преобразователя.
Наименование параметра
Значение параметра
Класс точности
0,5
 0,5
Предел допускаемой основной погрешности
Форма кривой переменного тока и напряжения пере- Синусоидальная
менного тока входного сигнала
Коэффициент высших гармоник, %, не более
2
Частота входного сигнала, Гц
45-65
Напряжение питания, В
220  5
Частота питания переменного тока, Гц
50  0,5
Диапазон изменения преобразуемого сигнала, В
0-125
Диапазон изменения выходного сигнала, мА
0-5
Краткое описание стенда.
В целях обеспечения электробезопасности от автономного источника питания, имеющего
гальваническую развязку с сетью.
На рис.3 представлен внешний вид передней панели лабораторного стенда.
4.Задание.
1. Изучить принцип действия УЗО.
2. Проверить работоспособность УЗО с помощью кнопки «Тест».
3. Измерить значение отключающего дифференциального тока УЗО в режимах трехфазной и однофазной нагрузок.
4. Произвести пересчет измеренного тока с выхода преобразователя в действительное значение
дифференциального тока.
40
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Рис.3 Передняя панель лабораторного стенда.
3. Преобразователь измерительный напряжения переменного тока ОМЬ-3.
I
4. Регулятор дифференциального тока n .
5. Переключатели режимов работы стенда.
6. Гнезда для подключения миллиамперметра.
7. Двухполюсное УЗО.
8. Лампы индикации нагрузок в однофазной и трехфазных цепях.
5.Порядок выполнения работы.
1. Измерение отключающего дифференциального тока I n четырехполюсного УЗО.
1) Установить переключатели в положение 1-1’.
2) Регулятор дифференциального тока установить в положение
минимального тока.
3) Подключить к выходным гнездам преобразователя миллиамперметр,
измеряющий величину постоянного тока, диапазон которой находиться
в пределах от 0 до 5мА.
4) Включить автоматический выключатель и четырехполюсное УЗО.
5) Нажать кнопку «Пуск».
6) Постепенно увеличивая величину дифференциального тока
регулятором, зафиксировать значение тока, при котором произошло
срабатывание УЗО.
7) Вычислить значение отключающего дифференциального тока
четырехполюсного УЗО при помощи схемы на рис.5 и таблицы 5.
41
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
Iвых.
mA
220В
Uпит
ОМЬ-3
Uвх.
R2
Iдиф.
R1
УЗО
220В
Рис.5 Контур утечки
R1=0…20кОм;
R2= 4кОм;
Пример расчета: УЗО сработало при токе на выходе преобразователя, равном
3,8 мА. Согласно таблицы U ВХ .  95 В, следовательно, находим дифференциальный ток, протекающий по контору создаваемой утечки
U
I n  ВХ .
R2
U
95
I n  ВХ . 
 23.75
R2
4  10 3
(мА).
Таблица 5
Значение входного сигнала с диапазоном Расчетное значение выходного
измерения, В
Сигнала с диапазоном изменения выходного сигнала, мА
( 0-125)
(0-5)
0
0
25
1
50
2
75
3
100
4
125
5
8) Провести опыт несколько раз, полученные данные занести в таблицу 6 и на основе этих
I  f (t )
данных построить график n
.
Таблица 6
Результаты опытов.
№ измерения
отключающий дифференциальный
I ВЫХ . преобразователя, мА
I
ток n ,мА
42
СТО АлтГТУ 13.62.1.0226-2011
1
2
…
9)После выполнения опыта:
а) регулятор дифференциального тока увести в положение минимального тока;
б) переключатели установить в нулевое положение;
в) выключить четырехполюсное УЗО.
2. Измерение отключающего дифференциального тока I n
двухполюсного УЗО.
1) Установить переключатели в положение 2-2’.
2) Регулятор дифференциального тока установить в положение
минимального тока.
3) Подключить к выходным гнездам преобразователя миллиамперметр,
измеряющий величину постоянного тока, диапазон которой находиться
в пределах от 0 до 5мА.
4) Постепенно увеличивая величину дифференциального тока
регулятором, зафиксировать значение тока, при котором произошло
срабатывание УЗО.
5) Вычислить значение отключающего дифференциального тока
четырехполюсного УЗО при помощи схемы на рис и таблицы
8) Провести опыт несколько раз, полученные данные занести в таблицу
I
 f (t )
и на основе этих данных построить график n
.
9)После выполнения опыта:
а) регулятор дифференциального тока увести в положение
минимального тока;
б) переключатели установить в нулевое положение;
в) выключить четырехполюсное УЗО.
г) нажать кнопку «Стоп».
Контрольные вопросы.
1. В чем состоит принцип защиты УЗО?
2. Привести основные параметры УЗО.
3. Какие параметры УЗО характеризуют его качество и надежность
4. Указать область применения УЗО различных типов.
5. Объяснить понятие: «комбинированное УЗО».
6. Дать сравнительную характеристику УЗО, «зависимых» и «независимых» от напряжения сети.
7. Как зависит выбор уставки УЗО от значений «фонового» тока утечки в цепи?
Литература
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975.
2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. – Л.: Энергия, 1981.
43