Электрические аппараты. Токарев_Е_А_var3. Контрольная работа по дисциплине Электрические аппараты вариант 3 Выполнил группа Проверил Тобольск, 2021 г. Задание 1
 Скачать 468.77 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Тобольский индустриальный институт (филиал) Кафедра электроэнергетики Направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» Контрольная работа по дисциплине «Электрические аппараты» вариант 3 Выполнил группа Проверил Тобольск, 2021 г. ЗАДАНИЕ № 1 Токоподвод к автоматическому выключателю постоянного тока выполнен медными прямоугольными шинами сечением b х h, расположенными параллельно широкой стороне друг к другу при расстоянии а и закрепленными на опорных изоляторах на расстоянии L между соседними изоляторами. Выбрать размеры сечения b и h токоподводящих шин исходя из длительного режима работы выключателя при Iноми его электродинамической стойкости при сквозном токе короткого замыкания IКЗ. (максимальное значение пропускаемого тока). Данные для расчета представлены в табл.1. Таблица 1
Решение. 1. Определяем размер сечения шин, исходя из длительного режима работы  где – jдоп=2,1 А/мм2 – допустимая, из условия нагрева шинопровода, плотность тока.  Принимаем: b=8мм, h=40мм, при этом отношение b/h=4/30=0,13, что удовлетворяет требованиям, а величина сечения составит  . 2. Выбранное сечение проверяется по значению допустимого длительного тока  где Iдоп =475 – допустимый длительный ток, приведённый в таблице №2 [1]. 250<475 – условие выполняется. 3. Проверяется выбранное сечение шин, исходя из термической стойкости при токе короткого замыкания. При проверке шинопровода по термической стойкости необходимо чтобы реальное сечение шинопровода было больше чем минимальное сечение шинопровода по термической стойкости Sт.с:   где С – термический коэффициент, зависящий от материала шин (для меди С=170 А.  /мм2);Вк – расчетный тепловой импульс тока КЗ  где τ – время отключения цепи выключателем (принять в расчётах τ= 0,01 с); ТА – постоянная времени тока КЗ (принять в расчётах ТА = 0,1 с).  , 4. Определяем размер сечения шин, исходя из электродинамической стойкости при токе короткого замыкания. Электродинамическая сила, действующая на участок шинопровода длиной l  где iуд = 3,24 . IКЗ, А;  – геометрический коэффициент; kф =0,95 – коэффициент формы, определяемый по кривым Двайта (рис. 1) с учётом геометрических размеров проводников и расстояния между ними.  Рис. 1 – Диаграмма для определения коэффициента формы проводников прямоугольного сечения  Н.Максимальное изгибающее механическое напряжение в шине  где  – момент сопротивления шины изгибу, м3. мм3.Поскольку  то сечение медных токоподводящих жил, выбранное исходя из длительного режима работы, принимаем окончательным.ЗАДАНИЕ № 2 Два медных стержня диаметром d = 20 мм сжаты силой P. Торцы стержней обработаны по сферической поверхности радиуса r=10 мм. Определить, какую величину постоянного тока в течение времени t = 0,2 с эти контакты могут выдержать без сваривания. Значение силы Р задано в таблице №2.
Решение: Величина постоянного тока, которая выдерживается контактами без сваривания в течение времени t:  где Iсв∞ – величина минимального сваривающего тока; F(ξ) – поправочное значение, учитывающее время t; Величина минимального сваривающего тока:  где а = апл – радиус площадки плавления; Тпл = 1083º С (1357º К) – температура плавления меди; λпл – теплопроводность меди при температуре Тпл; ρпл – удельное сопротивление меди при температуре Тпл; m = 1,5 – поправочный коэффициент.  где σсм = 5100 Н/см2 – напряжение смятия для меди.  см=0,00125 м.Из таблицы №4: λпл=321 Вт/(м.град), ρпл=9,89·10-8 Ом.м.  А.Теплофизические свойства меди приведены в таблице №4 [3]. Таблица №4
Значения F(ξ) приведены в таблице №5. Таблица №5
 где а = апл – радиус площадки плавления; с0 – теплоемкость меди при 0º С; γ0 – плотность меди при 0º С; λ0 – теплопроводность меди при 0º С. Из таблицы №4: с0=0,365 кДж/(кг.град), γ0=8,94·103 кг/м3, λ0=405 Вт/(м.град).  .Из таблицы №5 F(ξ)=1,5. Тогда  А.ЗАДАНИЕ № 3 Определить скорость перемещения дуги в воздухе между круглыми медными параллельными стержнями диаметром d, по которым протекает ток I, расстояние между стержнями δ = 10 мм. Таблица №6
Решение: Величина магнитной индукции в средней точке между стержнями, принимаемая за расчетное значение  где r – радиус стержня, r=d/2=12/2=6 мм=0,006м; μ0 = 4 . π . 10-7 Гн/м.  Тл.Скорость перемещения дуги может быть определена по формуле  м/с.ЗАДАНИЕ № 4 В пуско-регулировочном реостате используются резисторы, выполненные из константановой проволоки, намотанной на теплоемкий фарфоровый цилиндр, имеющий желобки для укладки константановой проволоки. Диаметр цилиндра D = 36 мм, число желобков п, активная длина цилиндра l, масса цилиндра Gц, диаметр проволоки d. Определите сопротивление и нагрузочную способность резистора при длительном режиме работы, а также постоянную времени нагрева, коэффициент перегрузки и допустимый ток перегрузки для кратковременного режима работы длительностью tкр. Данные для расчета приведены в таблице №7. Таблица №7
Решение: 1. Сопротивление резистора  где - ρ0=5·10-5 Ом·см - удельное сопротивление константана при 0°С; α=3·10-5 1/°С - температурный коэффициент сопротивления для константана; lпр=π·D·n - длина проволоки, укладываемой в желобки цилиндра, см; Sпр - сечение проволоки, см2; Т=500°С - допустимая температура нагрева константановой проволоки на фарфоровом каркасе. 2. Нагрузочная способность резистора при длительном режиме работы оценивается по допустимой величине тока, вычисляемого по формуле  где Кm=0,002Вт/(см2·град) – коэффициент теплоотдачи с поверхности проволоки;  - поверхность проволоки, см2;τдоп=400°С – допустимое превышение температуры константановой проволоки над температурой окружающей среды внутри реостата. 3. Постоянная времени нагрева резистора при кратковременном режиме работы  где βк=0,35 – коэффициент, учитывающий участие фарфорового цилиндра в теплоотводе от проволоки в кратковременном режиме работы; ск=1,05Дж/(г·град) – удельная теплоемкость фарфора; с0=0,4Дж/(г·град) – удельная теплоемкость константана;  - масса проволоки резистора (здесь γ0=8,9г/см3 – плотность константана), Кmк=0,0023Вт/(см2·град) – коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфорового цилиндра;  - наружная боковая поверхность охлаждения цилиндра, см.4. Коэффициент перегрузки резистора по току в кратковременном режиме работы  Допустимый ток перегрузки резистора в кратковременном режиме работы  ЗАДАНИЕ № 5 Определить токи срабатывания и отпускания, а также коэффициент возврата нейтрального экранированного герконового реле, содержащего обмотку управления с числом витков w и один симметричный замыкающий магнитоуправляемый контакт (рис. 2, обмотка управления не показана).  Рис. 2 – Геркон Размеры электродов геркона: длина l = 20 мм; ширина b = 2,6 мм; толщина h = 0,5 мм. Жесткость электродов С = 1,66 . 103 Н/м. Длина перекрытия в рабочем зазоре lδ = 1,2 мм. Величина конечного рабочего зазора δмин = 0,01 мм. Коэффициент симметрии геркона kсм = 0,5. Коэффициент магнитной проводимости путем рассеяния kрас = 0,1. Коэффициент магнитной проводимости магнитопровода kст = 2. Величина начального рабочего зазора δ0, число витков обмотки управления w приведены в таблице №8. Таблица №8
Решение: МДС срабатывания такого реле определяется уравнением  Тогда ток срабатывания реле будет  МДС отпускания реле  Ток отпускания реле  Коэффициент возврата реле  ЗАДАНИЕ № 6 Для прямого пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя серии 4А мощностью Р (характеристики двигателя приведены в таблице №9), питающегося от сети с номинальным напряжениемUном = 380 В, используется магнитный пускатель, схема включения которого представлена на рис. 3. В состав пускателя входит контактор КМ и тепловые реле КК1 и КК2. Необходимо выбрать тип пускателя и параметры его теплового реле. Для защиты от токов короткого замыкания цепи используются плавкие предохранители FU1 – FU3 серии ПР-2 (разборные, без наполнителя). Требуется определить номинальный и пограничный токи плавкой вставки, номинальный ток предохранителя, а также выбрать сечение медной плавкой вставки, определить диметр проволоки для плавкой вставки из меди.  Рис. 3 – Схема включения магнитного пускателя Таблица №9
Технические данные некоторых типов пускателей, тепловых реле и предохранителей, которые могут быть использованы в схеме, приведены в таблицах №№10 – 12. Таблица №10
Таблица №11
Таблица №12
Решение: 1. Определяем номинальный ток двигателя  Выбираем по табл. 10 пускатель типа ПА-422 с максимальным рабочим током при категории исполнения АС-3 равным 50А и встроенным тепловым реле типа ТРН-60. 2. Определим номинальный ток уставки теплового реле. Для лучшего согласования перегрузочной характеристики двигателя и защитной характеристики реле номинальный ток уставки выбирается на 15-20% выше номинального тока двигателя.  Выбираем из табл.11 для ТРН-60 ток уставки  =50А.Проверим, укладывается ли величина =32А в пределы ±25% (0,75÷1,25)  = (0,75÷1,25)·41,5=(31,1÷52)А,поскольку 31.1А<50А<52А, то условие выполняется. Таким образом, для пуска заданного двигателя был выбран пускатель типа ПА-422 с максимальным рабочим током при категории применения АС-3 равным 50А и тепловым реле типа ТРН-60 с током уставки равным 50А. Выбранные таким образом параметры реле обеспечивают отключение двигателя, например, при токе перегрузки 1,3 за время не более 10-20 минут, а при перегрузке током 10 за время не более 2-5 с.3. Определяем номинальный ток плавкой вставки. Плавкая вставка предохранителя не должна отключать двигатель при кратковременных перегрузках его пусковыми токами. Для двигателей серии АО2 величина пускового тока  Для защиты одиночных двигателей в большинстве практических случаев ток плавкой вставки можно определить из соотношения  Выбираем предохранитель из таблицы №12 с номинальным током вставки  125А.4. Определим пограничный ток плавкой вставки  Принимаем Iпогр.=220А. 5. Определим диаметр медной плавкой вставки, исходя из баланса подводимой и отводимой мощностей  где ρ0 = 1,75 · 10-6 Ом · см – удельное сопротивление меди; αс = 0,004 1/град – температурный коэффициент сопротивление для меди; Тпл =1083 °С – температура плавления меди; Токр =40 °С – температура окружающей среды; Кт =11·10-4 Вт/см2 град – коэффициент теплопередачи с наружной поверхности вставки. Принимаем стандартный диаметр проволоки медной плавкой вставки d=3,6 мм. Библиографический список 1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. – М.: Энергоиздат, 1988.- 720с. 2. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ: Методические рекомендации по выполнению курсового проекта / В.А. АФОНЬКИНА – Челябинск: ЧОУ ВПО Южно-Уральский институт управления и экономики, 2014. – 14 с. 3. Электрические и электронные аппараты.: учебник для вузов / Под ред. Ю.К. Розанова.- М.: Энергоатомиздат, 1998. 4. Харазов К.И. Реле с магнитоуправляемами контактами.-М.: Энергия, 1971г. 5. Буткевич Г.В., Дегтярь В.Г., Сливинская А.Г. Задачник по электрическим аппаратам.- М.: Высшая школа, 1988. 6.Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. Пособие.- Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000.- 448с. 7.Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. Пособие.- Новосибирск: изд-во НГТУ, 2003.- 664с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||