Урок№11,12_20.05.2025

   Електротехніка                                            гр.9/24                           20.02.2025

Урок№11,12:  Генератори постійного струму. Електричні комутаційні апарати.

Генератори постійного струму застосовують тоді, коли потрібно мати самостійне джерело струму, наприклад для живлення деяких видів електромагнітів, електромагнітних муфт, електродвигунів, зварювальних установок, знаходять застосування в установках для зарядки акумуляторних батарей і агрегатах, що перетворюють змінний струм в постійний, необхідний для живлення електролізних установок і інших споживачів постійного струму; в синхронних машинах змінного струму для живлення обмотки живлення ротора; в електромашинних агрегатах, які використовуються в промисловості для широкого і плавного регулювання швидкості робочих машин, наприклад у тролейбусах, електровозах, деяких типах підйомних кранів, у пристроях автоматики.

 Будова та принцип дії генератора постійного струму Являє собою електричну машину, що перетворює механічну енергію первинного двигуна в електричну енергію постійного струму. Основними частинами генератора постійного струму є: нерухома магнітна система, що створює основне магнітне поле машини; якір, що приводиться до обертання, і в обмотці якого індукується електрорушійна сила; колектор, за допомогою якого отримують постійну напругу на клемах генератора. Конструктивні елементи показані на наведеному рисунку. Статор машини постійного струму складається зі станини і осердя. Станину виготовляють з маловуглецевої литої сталі, яка має значну магнітну проникність. Тому станина є також і магнітопроводом. Одночасно це основна деталь, що об’єднує інші деталі й складальні одиниці машини в єдине ціле. Так, до станини із середини прикріплюють болтами полюси, котрі складаються з осердя, полюсного наконечника і котушки. Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у машинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи машини; обмотку додаткових полюсів з’єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря)

Ротор (якір) (див. рисунок) машини постійного струму складається з осердя й обмотки. Осердя якоря набирають з тонких листів електротехнічної сталі (0,35 – 0,5 мм), ізольованих один від одного лаковим покриттям або тонким папером, що зменшує втрати на вихрові струми. У пази осердя укладаються ізольовані провідники (стержні). Стержні з’єднуються між собою по торцях і утворюють замкнену обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зовнішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала машини міканітовими прокладками. Кожна з пластин колектора приєднується до певної точки обмотки якоря . Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор – це пристрій, який конструктивно об’єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмоз’ємні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.

Якщо до кінців петлі провідника, всередині якої обертається постійний магніт, приєднати навантаження, то в ній потече змінний струм. Станеться це через те, що полюси магніту міняються місцями. На цьому явищі засновано принцип роботи генераторів змінного струму, які є братами-близнюками машин постійного струму.

Вся хитрість, завдяки якій отримується струм котрий не змінює напрямку, полягає в тому, щоби встигати перемикати точки приєднання навантаження з тією ж швидкістю, з якою обертається магніт. Здійснити це завдання може тільки комутатор — особливий пристрій, котрий складається з декількох струмопровідних секторів, розділених діелектричними пластинами. Він закріплюється на якорі електричної машини і обертається синхронно з ним.

Знімання електричної енергії з якоря здійснюється щітками — здебільшого підпружиненими шматочками графіту, який має високу електропровідність і низький коефіцієнт тертя ковзання. В ту мить, коли струмопровідні сектори колектора міняються місцями, індукована ЕРС стає нульовою, але змінити знак вона не встигає, оскільки щітку вже передано струмознімальному сектору, приєднаному до іншого кінця провідника.

У підсумку, на виході пристрою виходить пульсова напруга однієї величини. Щоб згладити пульсацію напруги, використовується кілька якірних обмоток. Чим їх більше, тим менше кидки напруги на виході генератора. Кількість струмознімальних секторів на колекторі завжди вдвічі більше, ніж обмоток якоря.

Знімання виробленої напруги з обмотки якоря, а не статора, є корінною відмінністю машини постійного струму від генератора змінного струму. Це ж зумовило і їх істотну ваду: втрати на тертя між щітками і колектором, іскріння та нагрівання.

Електри́чний апара́т — електротехнічний пристрій, призначений для зміни, регулювання, вимірювання та контролю електричних і неелектричних параметрів різних пристроїв, машин, механізмів тощо, а також для їх захисту від надструмів і перенапруг за неприпустимих або аварійних режимів роботи та захисту людей, майна і довкілля в процесі виробництва, транспортування, перетворення, розподілення та споживання електричної енергії. Відповідно до призначення електричні апарати поділяються на: комутаційні апарати, апарати керування, апарати захисту, обмежувальні апарати, апарати контролю, обмежувальні апарати, регулювальні та вимірювальні апарати.

 Вимика́ч — електричний апарат для замикання і розмикання електричного кола, вмикання і вимикання обладнання. На відміну від вимикача, де відбувається просто переривання електричного ланцюга, при натисканні на клавішу перемикача здійснюється комутація з одного на інший контакт. І замість переривання електричного ланцюга відбувається перекидання контактів, і створення нового ланцюга (тому перемикачі називають ще перекидними вимикачами). Ця особливість дозволяє за допомогою перемикача маніпулювати одним і тим же джерелом світла з різних точок. Систему, що складається з декількох перемикачів (перекидних вимикачів), називають прохідним вимикачем. Відмінність вимикача від перемикача полягає в наступному: Вимикач має два контакти і служить для роз’єднання і з’єднання електричного кола. Перемикач має три контакти і служить як для з’єднання і роз’єднання електричного кола, так і для створення нового ланцюга. 

Таким чином, запобіжник здійснює захист електричних мереж та обладнання від перевантажень й коротких замикань, забезпечуючи, за певних умов, ефект обмеження струму. 

Будова та електротехнічні характеристики електромагнітних реле.

 Реле - це елемент автоматичного пристрою, який при впливі на його вхід зовнішніх явищ стрибкоподібно прийме значення вихідної величини. Найбільш популярним видом вважається електромагнітне реле. 

Електромагнітне реле здатне реагувати на зміну будь-яких певних параметрів замиканням або розмиканням своїх контактів. Контакти реле здатні включатися в ланцюг, який дозволяє здійснювати контроль або управління апаратами, включеними в електричний ланцюг. Реле можуть працювати під впливом наступних факторів: Електричного струму. Світлової енергії. Тиску рідини. Рівня рідини. За способом приєднання електромагнітні реле можуть бути первинні, вторинні або проміжні. 

 Первинні будуть вмикатися в ланцюг управління.
 Вторинні підключаються через вимірювальні трансформатори струму. 
 Проміжні здатні здійснювати свою роботу від виконавчих органів іншого реле
 і призначаються для посилення і розмноження сигналу.

 Тепер настав час розглянути будову електричного реле, яке буде працювати за електромагнітним принципом. Реле складається із:

• Якоря з рухомою частиною; 
• Сердечника, який являється нерухомим;
• Котушки реле; Контактів, які розмикають; 
• Пружини. 

Електромагнітне реле володіє рядом переваг, відсутніх у напівпровідникових конкурентів: 

• здатність комутації навантажень потужністю до 4 кВт при обсязі реле менше 10 см³; 
• стійкість до імпульсних перенапружень і руйнування перешкод, що з'являються під час розрядів блискавок і в результаті комутаційних процесів у високовольтній електротехніці;
• виняткова електрична ізоляція між керуючим ланцюгом (котушкою) і контактною групою - останній стандарт 5 кВ є недосяжною мрією для переважної більшості напівпровідникових ключів;
• мале падіння напруги на замкнутих контактах, і, як наслідок, мале виділення тепла: при комутації струму 10 А малогабаритне реле сумарно розсіює на котушці і контактах менше 0,5 Вт, у той час як симисторное реле віддає в атмосферу більше 15 Вт, що, по-перше, вимагає інтенсивного охолодження, а по-друге, посилює парниковий ефект на планеті;
• екстремально низька ціна електромагнітних реле порівняно з напівпровідниковими ключами. 

Відзначимо і недоліки реле: мала швидкість роботи, обмежений (хоча і дуже великий) електричний і механічний ресурс, створення радіоперешкод при замиканні і розмиканні контактів і, нарешті, остання та найнеприємніша властивість - проблеми при комутації індуктивних навантажень і високовольтних навантажень на постійному струмі.

 Будова та електротехнічні характеристики контакторів. 

Контактори - це апарати дистанційної дії, призначені для частих включень та відключень силових електричних кіл при нормальних режимах роботи. Залежно від роду комутованого струму розрізняють контактори постійного і змінного струму. 

Контактори змінного струму застосовуються для управління асинхронними трифазними двигунами з короткозамкненим ротором, для виведення пускових резисторів, включення трифазних трансформаторів, нагрівальних пристроїв, гальмівних електромагнітів та інших електротехнічних пристроїв. В основному використовуються в промислових підприємствах і структурах електропостачання.

 Головні переваги контакторів:

 1. Майже безшумна комутація;
 2. Вмонтована в контактор індикаційна мережа його котушки; 
 3. Велика довговічність та комутаційна потужність;
 4. Гарантія до 5 років. 

Недоліки:  Часті підгорання мідних контактів;  Значна інерційність під час роботи.