Основы электротехники конспекты лекций

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ

Белово

2015

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ

для специальности

270802 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Белово

2015

Содержание



Введение

4

Тема 1.1

Электрическое и магнитное поле

7

Тема 1.2

Электрические цепи постоянного тока

13

Тема 1.3

Однофазная электрическая цепь

19

Тема 1.4

Трехфазные электрические цепи

27

Тема 2.1

Трансформаторы

29

Тема 2.2

Электрические  машины переменного тока

33

Тема 2.3

Электрические машины  постоянного тока

36

Тема 3.1

Основы электропривода

42

Тема 3.2

Аппаратура защиты и управления

47

Тема 4.1

Электрооборудование сварочных установок

51

Тема 4.2

Электрифицированные ручные машины иэлектроинструмент

55

Тема 5.1

Источники, передача и распределение электрической энергии

60

Тема 5.2

Электрические сети и освещение строительной площадки

66

Тема 5.3

Расчет электроэнергии. Энергосберегающие технологии

76

Тема 6.1

Физические основы электроники

81

Тема 6.2

Полупроводниковые приборы

85

  Литература

92



ВВЕДЕНИЕ

Электротехника и электроника – это одна из базовых, фундаментальных основ в процессе профессиональной подготовки будущего техника.

Курс лекций дисциплины «Основы  электротехники» соответствует содержанию ФГОС специальности  270802  «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений».

Учебная  дисциплина «основы электротехники» является дисциплиной общепрофессионального цикла в структуре основной программы по специальности.

Цель изучения дисциплины – формирование знаний студентов о физических процессах,  происходящих в электрических и электронных цепях постоянного и переменного тока и законов, которым подчинены эти процессы; методов расчета электрических и электронных  цепей; устройства электроизмерительных приборов и методики электрических измерений; устройства и принцип действия электрических машин постоянного и переменного тока.

Дисциплина «Основы электротехники» является основополагающей для изучения профессиональных модулей:  ПМ 01 «Участие в проектировании зданий и сооружений»

Тематический план дисциплины  включает 6 разделов:

Раздел 1.Основы  электротехники;  Раздел 2. Электрические машины; Раздел 3 Основы электропривода; Раздел 4 Электрическое оборудование строительных площадок;  Раздел 5 Электроснабжение строительной площадки;  Раздел 6 Основы электроники

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Основы  электротехники»


Вид учебной работы

Количество часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

87

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

58

в том числе:

практические работы

2

лабораторные работы

14

контрольные работы

4

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

29

в том числе:

систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной литературы (по вопросам к параграфам, главам)

14


индивидуальное проектное задание

4

тематика внеаудиторной самостоятельной работы

11

Итоговая аттестация в форме экзамена


На самостоятельное изучение  определенных тем дисциплины студентами отводится 33%  учебного времени. Назначение самостоятельной работы – является создание условий для высокой активности, самостоятельности и ответственности обучающихся в аудитории и вне ее при выполнении всех видов самостоятельной учебной деятельности.

По окончании изучения дисциплины у студентов должны сформироваться следующие общие и профессиональные компетенции:

OK 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).

ПК 2.1. Организовывать и выполнять подготовительные работы на строительной площадке.

ПК 2.2. Организовывать и выполнять строительно-монтажные, ремонтные и работы по реконструкции строительных объектов.

ПК 4.3. Выполнять мероприятия по технической эксплуатации конструкций и инженерного оборудования зданий.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

-читать электрические схемы,

- вести оперативный учет работы энергетических установок;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

  -  основы электротехники и электроники,

  -  устройство и принцип действия электрических машин и трансформаторов,

  -  аппаратуры управления электроустановками

Учебная дисциплина «Основы электротехники» является дисциплиной общепрофессионального цикла в структуре основной профессиональной образовательной программы по специальности.

Цель изучения дисциплины - формирование знаний студентов о способах получения, передачи и применении электрической и других видов энергии, об электрификации строительно-монтажных работ, об особенностях электроснабжения строительных площадок, а также о компонентах электронной техники, применяемых на оборудовании строительных площадок.

Данное учебное пособие отличается не столь подробным изло­жением теоретического материала, как специальные учебники, но затрагивает множество электротехнических аспектов, которые не­обходимо изложить в едином стиле, при единой терминологии и в едином физическом освещении явлений и принципов действия электроустановок строительных процессов.

Рассмотрение многих вопросов базируется на первичных зна­ниях курса физики, полученных в процессе изучения законов пре­образования энергии, принципов работы электрических цепей по­стоянного тока и трехфазных цепей переменного тока промыш­ленной частоты.

Электрическая энергия, ее особенности и область применения

Электрическая энергия — это энергия движущихся по проводникам свободных электронов. Она универсальна и удоб­на к применению в силу многих причин.

1. В электрическую энергию легко преобразуются любые виды энергии (тепловая, атомная, механическая, химическая, лу­чистая, энергия водного потока), и, наоборот, электрическая энер­гия легко может быть преобразована в любой другой вид энергии.

2.  Электроэнергию можно передавать практически на любое расстояние.

3.  Ее можно легко дробить на любые части (мощность элек­троприборов может быть от долей ватта до тысяч киловатт).

4. Процессы получения, передачи и потребления электро­энергии можно просто и эффективно автоматизировать.

5.  Управление процессами, в которых используется элект­роэнергия, обычно очень простое (нажатие кнопки, выключателями и т. п.).

6. Использование электрической энергии способствует созданию комфортных условий труда.

Единственным недостатком электроэнергии является отсутствие "склада готовой продукции". Запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электроэнер­гия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком количестве ее требует потребитель.

Роль электротехнической подготовки техника в освоении новой техники и прогрессивных строительных технологий

Научно-технический прогресс происходит при все более широком использовании электрической энергии во всех отрас­лях народного хозяйства. Поэтому электротехническая под­готовка должна предусматривать достаточно подробное изучение воп­росов теории и практики использования различных электроус­тановок.

Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности че­ловека, автоматизировать и внедрить целый ряд технологичес­ких процессов в строительстве, основанных на новых принципах, ускоряю­щих, облегчающих и удешевляющих строительно-монтажные работы, а также создать комфортные условия в производственных и жилых помещениях.

Электротехника, электротехнология и электроснабжение — об­ласть человеческих знаний и практики, которые быстро развива­ются. Поэтому специалисту необходимо постоянно пополнять свои знания в области электротехнологий и использовать их в своей практической деятельности.

Раздел 1 Электротехники

Лекция 1

Тема 1.1 Электрическое и магнитное  поле

План:

1 Электрическое поле и его характеристики

1.1 Закон Кулона

1.2 Напряженность электрического поля

1.3 Потенциал и электрическое напряжение

2 Проводники и диэлектрики в электрическом поле

2.1 Проводники в электрическом поле

2.2 Электрическое поле в однородном диэлектрике

2.3 Основные электрические свойства диэлектриков

3 Электрическая емкость

4 Электрические конденсаторы

5 Основные свойства, характеристики и законы магнитного поля

5.1 Закон Ампера

5.2 Магнитная индукция

5.3 Магнитный поток и потокосцепление

Представление об электрическом поле сложилось в результате изучения электрических явлений — притяжения и отталкивания на­электризованных тел, электростатической индукции и др.

Большие заслуги в этом принадлежат родоначальнику русской науки , который вместе с проводил количественные исследования атмосферного электричества.

1 Электрическое поле и его характеристики

Электрическое поле обнаруживается в пространстве, окружаю­щем заряженные частицы и тела, с которыми это поле связано.

Главным свойством электрического поля является силовое дейст­вие на электрически заряженную частицу, причем сила воздействия пропорциональна заряду частицы и не зависит от ее скорости.

Электрическое поле неподвижных заряженных тел при отсутст­вии в них электрических токов называется электростатиче­ским.

1.1 Закон Кулона

В результате опытов французский физик Кулон в 1785 г. установил закон, выражающий силу взаимодействия двух на­электризованных тел (рис. 1.1).

Сила взаимодействия двух точечных заряженных тел прямо пропор­циональна произведению зарядов этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

  (1.1)

где F — электрическая сила, Н; Q1,Q2 — электрические за­ряды, Кл; r —расстояние между заряженными телами, м; е0 = 8,85·10-12 Ф/м — электрическая постоян­ная, величина, которая определяется выбором системы единиц.

Рисунок 1.1 – Взаимодействие двух положительно заряженных частиц

Формула и последующие выражения, относящиеся к электрическому полю в вакууме, справедливы, если средой явля­ется воздух.

Электрическое поле создается заряженными частицами и телами и вместе с тем действует на заряженные частицы и тела с некоторой силой. Учитывая это, отметим два важных обстоятельства: каждое из двух взаимодействующих тел (с зарядами (Q1 и Q2) создает свое элек­трическое поле, а в окружающем их пространстве одно поле наклады­вается на другое и образуется общее электрическое поле (в данном случае действует принцип наложения полей); силовое взаимодейст­вие двух заряженных тел следует рассматривать как результат дейст­вия на каждое из них общего электрического поля, созданного этими телами.

1.2 Напряженность электрического поля

Важные для практики свой­ства и характеристики электрического поля зависят от формы заря­женного тела, величины, знака и распределения его заряда, от взаим­ного расположения заряженных тел (если поле создается группой тел), от свойств среды, окружающей заряженные тела, и других фак­торов. Поэтому электрические поля, созданные при различных усло­виях, отличаются одно от другого по форме, а также по количествен­ным и качественным показателям.

Для того чтобы сопоставлять электрические поля, оценивать воз­можности их использования и вести соответствующие расчеты, уста­новлены и применяются силовые и энергетические характеристики электрического поля.

Силовой характеристикой электриче­ского поля является напряженность электрического поля.

Напряженность электрического поля — векторная величина, чис­ленно равная отношению силы, действующей на положительно заря­женную частицу, к ее заряду.

Рисунок 1.2 – Силовые линии электрического поля

Для наглядного изображения электрического поля проводят линии напряженности (силовые линии). В каждой точке такой линии направление вектора напряженности электрического поля совпадает с касательной к этой линии (рисунок 1.2. а-г)

Электрическое поле называют однородным (или равно­мерным), если во всех его точках напряженность поля одинакова по величине и направлению.

Равномерное поле имеется между двумя параллельными заряженными пластинами, линейные размеры ко­торых значительно больше расстоя­ния между ними (рисунок 1.5, а), а у краев пластин поле неравномерно.

1.3 Потенциал и электрическое напряжение

Потенциал произвольной точки поля численно равен работе, совершаемой силами электрического поля при перемещении положительного заряда из этой точки в какую-либо точку на поверхности земли. Потенциал любой точки земли принимают равным нулю.

Электрическое напряжение численно равно работе, совершаемой силами электрического поля при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, т. е. напряжение между точками равно разности потенциалов.

2 Проводники и диэлектрики в электрическом поле

2.1 Проводники в электрическом поле

Под действием внешнего элек­трического поля с напряженностью Е1 в металлическом теле (рисунок 1.3) свободные электроны перемещаются к одной поверхности, которая получает отрицательный заряд, противоположная поверхность заря­жается положительно (явление электростатической индукции).

В результате разделения зарядов в проводнике создается внутрен­нее электрическое поле с напряженностью Е2, направленное проти­воположно внешнему. Движение свободных электронов в проводни­ке в данном случае кратковременно, пока напряженности внешнего и внутреннего полей не уравняются.

При равенстве Е1 = Е2 результирующая напряженность электри­ческого поля равна нулю. Напряжение между двумя любыми точками проводника также равно нулю, т. е. его потенциал во всех точках один и тот же.

Следовательно, при наличии в проводнике свободных носителей заряда электростатическое поле в нем существовать не может.

Рисунок 1.3 – Проводник во внешнем электрическом поле

2.2 Электрическое поле в однородном диэлектрике

По сравнению с проводниками количество свободных заряженных частиц в единице объема диэлектрика очень мало. Поэтому при наличии внешнего электрического поля направленным движением свободных заряжен­ных частиц можно пренебречь и считать, что в диэлектрике преобла­дают явления электростатические.

Рисунок 1.4 – Диэлектрик во внешнем магнитном поле:

а – электрический диполь, б – диэлектрик

Различают диэлектрики с полярными и неполярными молекула­ми. Полярные молекулы в электрическом отношении можно рас­сматривать как электрический диполь (рисунок 1.4, а, б).

Электрический диполь — это совокупность двух час­тиц с электрическими зарядами, равными по величине и противопо­ложными по знаку, расстояние между которыми очень мало по срав­нению с расстоянием от них до точек наблюдения.

Во внешнем электрическом поле полярная молекула (диполь) ис­пытывает действие пары сил, которая поворачивает ее так, что элек­трический момент оказывается направленным так же, как и напря­женность поля (на рисунок 1.4, б, в показан диэлектрик в равномерном электрическом поле между двумя заряженными металлическими пластинами).

В неполярных молекулах диэлектрика под действием внешнего электрического поля заряженные частицы смещаются вдоль направ­ления вектора напряженности Е, в результате чего молекулы приоб­ретают свойство диполей.

Это явление ограниченного смещения заряженных частиц в мо­лекуле или изменения ориентации дипольных молекул в диэлектрике под действием электрического напряжения называется поляри­зацией диэлектрика.

В результате поляризации диэлектрика поляризованные молеку­лы располагаются вдоль линий напряженности внешнего электриче­ского поля (напряженность Е0). При этом внутри диэлектрика в лю­бом объеме, не меньшем объема молекулы, сохраняется равенство обоих зарядов того и другого знака, так что диэлектрик остается ней­тральным. Однако по поверхностям диэлектрика, прилегающим к металлическим пластинам, распределены частицы, обладающие за­рядом одного знака: отрицательным на границе с положительной пластиной и положительным на границе с пластиной (рисунок 1.4, в). На обеих поверхностях заряд распределен равномерно с одинаковой плотностью. Таким образом, на границе между метал­лической пластиной и диэлектриком распределены два вида заря­женных частиц: свободные частицы металлической пластины с об­щим зарядом Q0, которые создают внешнее электрическое поле (на­пряженность E0), и связанные частицы диэлектрика с общим зарядом Qn противоположного знака, создающие внутреннее поле (напря­женность Еп).

Величина еа характеризующая свойства диэлектрика, получила название абсолютной диэлектрической прони­цаемости.

Величину диэлектрической проницаемости для различных ди­электриков можно найти в соответствующих справочниках.

2.3 Основные электрические свойства диэлектриков

Любое, даже са­мое простое электрическое устройство нельзя построить без диэлек­трических материалов. Большинство их применяют для электриче­ской изоляции, т. е. для отделения друг от друга и от земли электро­проводных частей, имеющих между собой разность электрических потенциалов.

Между электропроводными участками с разными электрически­ми потенциалами имеется электрическое поле, следовательно, ди­электрические материалы находятся под действием этого поля или, как говорят, «несут электрическую нагрузку».

Электрическую нагрузку изоляции оценивают величиной напря­женности электрического поля в ней. Чем больше напряженность поля, тем больше силы, действующие на заряженные частицы моле­кул (рисунок 1.4, б). Этим силам противодействуют внутримолекулярные силы сцепления частиц, от величины которых зависят электроизоля­ционные свойства диэлектриков. Если напряженность электриче­ского поля превысит некоторую критическую величину, то диэлек­трик теряет электроизоляционные свойства. Это явление называют пробоем диэлектрика, а величину напряжения, при ко­тором оно происходит,— пробивным напряжением.

Величина напряженности электрического поля, соответствую­щая пробивному напряжению, называется электрической прочностью  диэлектрика.

Явление электрического пробоя связано с электронными процес­сами в диэлектрике, которые возникают под действием сильного электрического поля и приводят к значительному местному увеличе­нию электропроводности к моменту пробоя.

3 Электрическая емкость

Проводники, обладающие электрическим зарядом, являются ис­точниками электрического поля. Способность проводника накапливать электрический заряд зави­сит от формы и размеров его поверхности, расстояния между провод­никами (если поле создается группой проводников), от свойств сре­ды, в которую проводники помещены.

Для выражения этой зависимости введено понятие электриче­ской емкости.

Электрическая емкость проводника и между проводниками. Элек­трическая емкость проводника — величина, характеризующая спо­собность проводника накапливать электрический заряд, численно равная отношению заряда проводника к его потенциалу:

  (1.2)

где С— электрическая емкость, Ф (фарад).

В системе заряженных проводников на заряд и потенциал каждо­го из них влияют форма, расположение и величины зарядов других проводников. В этом случае применяют понятие емкости между про­водниками. Наибольшее значение для практики имеют системы из двух проводников, имеющих равные по величине, но противополож­ные по знаку заряды. Примерами таких систем являются два провода воздушной линии электросети, две жилы электриче­ского кабеля, жила кабеля и его броня.

Электрическая емкость между двумя проводниками — величина, равная отношению электрического заряда Q одного проводника к разно­сти потенциалов ц между этими проводниками:

  (1.3)

4 Электрические конденсаторы

Элемент электрической цепи, предназначенный для использова­ния его электрической емкости, называется электрическим конденсатором.

Электрические конденсаторы входят в схемы колебательных кон­туров, усилителей напряжения и мощности, электрических фильтров и других элементов и узлов радиотехнической и электронной аппара­туры. В электрических сетях переменного тока конденсаторы приме­няют для компенсации реактивной мощности.

Электрический конденсатор имеет два проводника (их иногда на­зывают обкладками), которые разделены диэлектриком, по форме проводников различают конденсаторы плоские (рисунок 1.5, а), цилинд­рические (рисунок 1.5, б).

Рисунок 1.5

Диэлектрики, применяемые для изготовления конденсаторов, в большинстве случаев имеют постоянную величину диэлектрической проницаемости, независимую от напряженности электрического поля. Поэтому конденсаторы имеют постоянную величину емкости.

В зависимости от назначения, рабочих характеристик (величин емкости, напряжения, частоты) промышленность выпускает конден­саторы, отличающиеся по конструкции и материалам: бумажные, электролитические и др.

В бумажном конденсаторе проводники — две длинные ленты алюминиевой фольги — изолированы лентами парафинированной бумаги (рисунок 1.6).

Одной из обкладок электролитического конденсатора также слу­жит алюминиевая фольга 2, другая обкладка из бумаги или ткани 1, пропитанной электролитом. Изоляцией является тонкий слой окиси на поверхности обкладки из алюминиевой фольги. Электролитиче­ские конденсаторы работают при неизменной полярности обкладок (в цепях постоянного тока).

Рисунок 1.6 – Конденсатор

5 Основные свойства, характеристики и законы магнитного поля

К понятию о магнитном поле наука пришла в результате длитель­ного наблюдения и изучения магнитных явлений, таких, как притя­жение и отталкивание намагниченных тел (постоянных магнитов) или проводов с токами, действие проводника с током на магнитную стрелку, электромагнитная индукция.

Изучением магнитных явлений и возможностей их практического использования занимались многие отечественные и зарубежные уче­ные. В их числе русские академики (1804—1865), (1801 — 1874), французский физик и математик Ампер (1775— 1836) и др.

Магнитное поле обнаруживается в пространстве, окружающем движущиеся заряженные частицы, с которыми это поле связано. В проводнике и пространстве вокруг него магнитное поле обусловлено этим током, а внутри и вокруг намагниченного тела — внутриатом­ным и внутримолекулярным движением заряженных частиц (напри­мер, вращением электронов вокруг своих осей и вокруг ядра атома).

Главным свойством магнитного поля является силовое действие на движущуюся электрически заряженную частицу, причем сила воздействия пропорциональ­на заряду частицы и ее скорости.

Закон Ампера

В 1820 г. Ампер установил закон, выражающий силу взаимодействия электрических токов.

Величина, численно равная произведению тока проводимости I вдоль линейного проводника и бесконечно малого отрезка этого про­водника называется элементом тока.

Сила взаимодействия двух элементов тока прямо пропорциональна произведению этих элементов тока и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

5.1 Магнитная индукция

Важные для практики свойства и характери­стики магнитного поля зависят от формы проводника, значения и на­правления тока в нем, от взаимного расположения проводников (если поле создается группой проводников), от свойств среды и т. д. Поэтому магнитные поля, созданные при различных условиях, отли­чаются одно от другого по форме и количественным показателям.

Для того чтобы сопоставлять магнитные поля, оценивать возмож­ности их использования и вести соответствующие расчеты, установ­лены и применяются их силовые и энергетические характеристики.

Рисунок 1. 7

Магнитная индукция — векторная величина, численно равна отно­шению силы, действующей на участок провода, по которому проходит ток, к произведению тока и длины участка провода, причем провод должен быть расположен перпендикулярно направлению поля.

Наглядное изображение магнитного поля выполняют с помощью линий магнитной индукции (силовых линий). В каждой точке такой линии направление вектора магнитной индукции совпадает с каса­тельной к этой линии (рисунок 1.7, а, в).

5.2 Магнитный поток и потокосцепление

На рисунке (1.7, в) перпендику­лярно оси катушки расположена плоскость s (след ее показан пунк­тирной линией). В данном случае линии магнитной индукции равно­мерного поля пронизывают эту плоскость под прямым углом (между направлением линий магнитной индукции и нормалью к поверхно­сти s угол б = 0).

В качестве характеристики магнитного поля катушки, кроме ве­личины магнитной индукции, определяют поток магнитной индук­ции (магнитный поток

,  (1.4)

где Ф — магнитный поток, Вб (вебер).

Если линии магнитной индукции пронизывают поверхность при б # 0, то магнитный поток определяют по формуле

  (1.5)

Рисунок (1.7, в) дает наглядное представление о том, что линии магнит­ной индукции окружены витками катушки и замыкаются, охватывая 

витки. Говорят, что магнитный поток сцеплен с витками катушки, а для расчетов введена величина потокосцепления.

Сумма магнитных потоков, сцепленных с отдельными витками катушки, называется потокосцеплением.

  (1.6)

щ - число витков катушки.

Лекция 2

Тема 1.2 Электрические цепи постоянного тока

План:

1 Постоянный ток

2 Закон Ома

3 Электрическая цепь

3.1 Источник электрической энергии

3.2 Приемники электрической энергии

4 Основы расчета цепей постоянного тока

4.1 Режимы электрических цепей

4.2 Схемы электрических цепей

4.3 Законы Кирхгофа

4.4 Виды соединений проводников (сопротивлений)

5 Измерительные приборы постоянного тока

5.1 Магнитоэлектрический измерительный механизм

5.2 Измерение тока и напряжения

1 Постоянный электрический ток

Постоянным электрическим током называют направленное упо­рядоченное движение элементарных (материальных) частиц, несу­щих электрические заряды.

При этом в металлах (металлических про­водниках), а также в вакууме движутся отрицательно заряженные частицы — электроны, а в жидкостях (растворах солей и кислот) — как отрицательно, так и положительно заряженные материальные частицы — ионы, перемещающиеся в противоположных направле­ниях (навстречу друг другу). В разреженных газах электрический ток может осуществляться движением как электронов, так и ионов.

Электрический ток, не изменяющийся во времени, называется постоянным, а ток, изменяющийся с течением времени, — переменным.

За направление постоянного тока прини­мают направление движения положительно заряженных частиц. Отсюда следует, что в металлических проводниках, а также в ва­кууме и в газах направление тока принимается противоположным направлению движения электронов.

На рисунке 1.8 показаны графики постоянного тока (гр. 1,2) и пе­ременного тока (кривая 3). На графике переменного тока по оси ординат откладываются мгновенные значения тока I. На кривой 3 показан мгновен­ный ток i1 в момент времени t1.

Рисунок 1.8 - График тока:

постоянный ток, не изменяющийся по величине и направлению; постоянный ток, изменяющийся по величине, но постоянный по направлению; переменный ток, изменяющийся по величине и по направлению.

2 Закон Ома

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

,  (1.5)

где I — сила тока, А; U — напряжение, В; R — сопротивление, Ом.

Зная две величины из трех, входящих в формулу (1.5), можно определить третью:

;  (1.6)

.  (1.7)

3 Электрическая цепь

Электрическая цепь — это совокупность устройств и объектов, об­разующих путь для электрического тока. Электромагнитные процес­сы в электрических цепях можно описать с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении.

Простейшая цепь постоян­ного электрического тока состоит из основных элементов:

- источника электроэнергии;

- электроприемника (потребителя энергии);

- проводов.

В электрические цепи кроме основных входят вспомогательные элементы, предназначенные для управления, регулирования, кон­троля, защиты.

3.1 Источник электрической энергии

Электрическую энергию получа­ют путем преобразования других видов энергии посредством соответ­ствующих преобразователей, которые принято называть источ­никами электрической энергии.

В настоящее время основным видом таких устройств являются электромеханические генераторы — электрические машины для преобразования механической энергии в электрическую.

В цепях постоянного тока в качестве источников электрической энергии применяются: электромеханические генераторы, электрохимические источники (гальванические элементы, аккуму­ляторы, топливные элементы), термоэлектрогенераторы (устройства прямого преобразования тепловой энергии в электрическую), фото­электрогенераторы (преобразователи лучистой энергии в электриче­скую).

При преобразовании любого вида энер­гии в электрическую в источнике происходит разделение положи­тельного и отрицательного зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС).

Величина, характеризующая способность стороннего поля и ин­дуктированного электрического поля вызывать электрический ток, называется электродвижущей силой.

Электрическая энергия, получаемая в источнике в единицу време­ни (за одну секунду), называется мощностью источника:

  (1.8)

здесь РИ — мощность источника,  Вт (ватт).

3.2 Приемники электрической энергии

Наиболее многочисленными и разнообразными элементами электрических цепей являются прием­ники электрической энергии (электроприемники). Они служат для преобразования электрической энергии в другие виды энергии: меха­ническую (электродвигатели переменного и постоянного тока, тяго­вые электромагниты), тепловую (электрические промышленные печи, бытовые нагревательные приборы, сварочные аппараты), световую (лампы электрического освещения, прожекторы), химическую (ак­кумуляторы в процессе зарядки, электролитические ванны и др.).

Энергия электро­приемника:

  (1.9)

Скорость преобразования электрической энергии в электропри­емнике в другой вид энергии называется мощностью элек­троприемника. Численно она выражается величиной энер­гии, преобразуемой в электроприемнике за одну секунду:

  (1.10)

где РП — мощность электроприемника,  Вт.

Рисунок 1.9 - Схема цепи постоянного тока:

1 — источник тока; 2 — вольтметр; 3 — амперметр; 4— электрическая лампа; 5 — выключатель

4 Основы расчета цепей постоянного тока

При расчете электрической цепи определяют токи, напряжения, мощности и другие величины, характеризующие работу ее элементов.

Результаты расчета дают возможность оценить условия работы и выбрать соответствующие этим условиям источники, приемники, провода, вспомогательное электрооборудование, приборы.

4.1 Режимы электрических цепей

Источники и приемники электри­ческой энергии, а также вспомогательные аппараты и приборы харак­теризуются номинальными величинами, в числе которых могут быть напряжение Uном, ток Iном, мощность Рном и др. Для проводов и кабелей кроме номинального напряжения указывают допустимые токи Iдоп. Номинальные величины указаны в паспорте устройства, в каталоге. На эти величины заводы-изготовители рассчитывают устройства для нормальной работы.

1 Режим, при котором действительные токи, напряжения, мощно­сти и другие величины соответствуют номинальным характеристи­кам элементов электрической цепи, называется номинальным.

2 Режимы электрической цепи по различным причинам могут все же отличаться от номинального. Если действительные характеристи­ки режима отличаются от номинальных значений, но отклонения на­ходятся в допустимых пределах, такой режим называют рабочим.

3Режим электрической цепи или отдельных ее элементов при ко­тором ток в них равен нулю, называется режимом холосто­го хода.

4 Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут уча­сток с одним или несколькими элементами, в связи с чем напряжение на этом участке равно нулю, называется режимом коротко­го замыкания.

4.2 Схемы электрических цепей

При разработке, монтаже и эксплуа­тации электрических устройств и установок необходимы электриче­ские схемы.

Схема электрической цепи — это графическое изображение, содер­жащее условные обозначения элементов электрической цепи и показы­вающее соединения между ними.

Для расчета электрических цепей составляют также схемы заме­щения (расчетные).

Принципиальная схема определяет полный состав элементов и связей между ними. Она, как правило, дает детальное представление о принципах работы электрического изделия, уста­новки.

Схема соединений (монтажная) показывает со­единения составных частей изделия, установки, определяет провода, жгуты, кабели, которыми эти соединения осуществляются, а также места их присоединения и ввода.

По принципиальной схеме изучают принципы работы изделий, установок; по схемам соединения осуществляют монтаж и присоеди­нения их составных частей, те и другие схемы используют при налад­ке, регулировке, контроле, ремонте и эксплуатации изделий, устано­вок.

Схема замещения электрической цепи отображает свой­ства этой цепи при определенных условиях и применяется при расче­тах. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием кото­рых на результаты расчета пренебречь нельзя, и указывают электри­ческие соединения между ними, соответствующие принципиальной схеме. Условные обозначения для электрических схем установлены стандартами системы ЕСКД.

Элемент цепи, в котором электрическая энергия преобразуется в теплоту, в схеме замещения характеризуется величиной его сопро­тивления. Такие элементы называются пас­сивными. К ним относятся и соединительные провода, если их сопротивлением нельзя пренебречь.

Элементы электрических цепей, в которых преобразование энер­гии сопровождается возникновением электродвижущей силы (акку­муляторы, электрические машины), называют активными.

Рисунок 1.10 – Схема электрической цепи:

а - принципиальная схем, б - схема замещения.

Рисунок 1.11 – Схема сложной электрической цепи

На рисунке 1.11 изображена схема замещения сложной электрической цепи. Рассматривая схемы различных электрических цепей, можно выделить в них характерные участки: ветвь — участок электриче­ской цепи, вдоль которого ток один и тот же; узел — место соеди­нения ветвей электрической цепи; контур — замкнутый путь по нескольким ветвям электрической цепи. На схемах стрелками отме­чают положительные направления ЭДС, напряжений, токов.

4.3 Законы Кирхгофа

Для расчета электрических цепей наряду с за­коном Ома применяются два закона Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа является следствием принципа непрерыв­ности тока (сохранения заряда), применяется к узлам электрических цепей.

В ветвях электрической цепи, соединенных в одном электрическом узле, сумма токов, направленных к узл (In), равна сумме токов, направ­ленных от узла (Ik):

.  (1.11)

По первому закону Кирхгофа, для каждого узла электрической цепи можно составить уравнение токов (узловое уравнение), напри­мер для узла б в схеме рисунке 1.11 

Второй закон Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии, применяется к контурам электрических цепей.

В ветвях, образующих контур электрической цепи, алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения в пассив­ных элементах:

.  (1.12)

При этом положительными считают ЭДС и токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура.

По второму закону Кирхгофа, для каждого контура электриче­ской цепи можно составить уравнение напряжений (контурное урав­нение). Например, для контура а — 5— 3 — б — 1 — 4— а в схеме рисунке 1.11:

.  (1.13)

Оно составлено в таком порядке: выбраны (произвольно) направления токов в ветвях и направление обхода контура; в левую часть уравнения записана ал­гебраическая сумма ЭДС, встречающихся при обходе контура, в правую — алгебраическая сумма падений напряжения в пассивных элементах контура.

4.4 Виды соединений проводников (сопротивлений)

Основные типы соединения сопротивлений — последователь­ное и параллельное.

Последовательное соединение. Последовательным называется та­кое соединение, при котором конец первого проводника (сопро­тивления) соединен с началом второго, а конец второго — с на­чалом третьего и т. д. (рис. 1.12, а).

Параллельное соединение. При параллельном соединении все на­чала проводников (сопротивлений) соединены вместе и также со­единены их концы (рис. 1.12, б).

Последовательное соединение сопротивлений увеличивает общее сопротивление электрической цепи, а параллельное — уменьшает его.

Общее суммарное сопротивление последовательно включенных сопротивлений равно их сумме (рис. 1.12, а):

  (1.4)

Для определения общего сум­марного сопротивления парал­лельно включенных сопротивле­ний (рис. 1.12, б) необходимо сложить не сопротивления, а их проводимости (т. е. величины, обратные сопротивлениям):

.  (1.15)

При параллельном включе­нии нескольких одинаковых по величине сопротивлений их сум­марное значение равно сопро­тивлению одного, деленному на их количество.

Рисунок 1.12 - Последовательное (а) и параллельное (б) соединения сопро­тивлений

5 Измерительные приборы постоянного тока

В повседневной практике для технических измерений постоянных токов и напряжений применяют чаще всего стрелочные прибо­ры магнитоэлектрической системы.

5.1 Магнитоэлектрический измерительный механизм

Работа магнито­электрического измерительного механизма основана на взаимодей­ствии постоянного магнитного поля и электрического тока. Одна из конструктивных схем показана на рисунке 1.13.

В магнитную цепь прибора входят: сильный постоянный магнит 1, ярмо 2, полюсные наконечники 3, сердечник 4. В воздушных зазо­рах между полюсными наконечниками и сердечником создается рав­номерное радиальное магнитное поле. Этого достигают путем соот­ветствующего оформления и тщательной обработки полюсных нако­нечников. Вокруг оси 6 и сердечника в пределах угла 90° может пово­рачиваться катушка 5, т. е. обмотка из медного изолированного провода на легком алюминиевом каркасе в виде рамки.

Рисунок 1.13 – Магнитоэлектрический измерительный механизм

Если в катушке имеется ток Iк, то на каждый ее проводник длиной l со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила и относительно оси рамки создается вращающий момент . Противодействующий момент созда­ется пружинами.

Приборы магнитоэлектрической системы имеют высокую чувст­вительность, малое собственное потребление энергии, малую зависи­мость показаний от внешних магнитных полей.

Вместе с тем направление вращающего момента зависит от на­правления тока в катушке, а это значит, что магнитоэлектрические приборы можно использовать только в цепях постоянного тока.

5.2 Измерение тока и напряжения

Схемы включения амперметра и вольтметра (рисунок 1.9 и 1.10)

Показание амперметра определяется током в его изме­рительном механизме. Поэтому для измерения тока в ка­ком-либо участке электрической цепи, приемнике или генераторе амперметр надо включить так, чтобы измеряемый ток проходил через него. Следовательно, амперметр вклю­чается последовательно с приемником, генера­тором или участком цепи.

Включение амперметра не должно изменить режим ра­боты цепи, следовательно, сопротивление его должно быть малым по сравнению с сопротивлением приемника или участка цепи.

Показание вольтметра определяется напряжением на его зажимах. Поэтому для измерения напряжения на зажимах приемника или генератора необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра, т. е. присоединить вольтметр параллельно потребителю или генератору.

Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (генера­тора), параллельно которому он включается с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).

Лекция 3

Тема 1.3 Однофазная электрическая цепь

План:

1 Переменный ток, его параметры

2 Векторные диаграммы

3 Основы расчета электрических цепей переменного тока

3.1 Цепь переменного тока с активным сопротивлением

3.2 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлени­ем

3.3 Цепь переменного тока с последовательными активным и индук­тивным сопротивлениями

3.4 Цепь переменного тока с емкостью

3.5 Мощность переменного тока

4 Измерительные приборы переменного тока

4.1 Электромагнитный измерительный механизм

4.2 Измерение тока и напряжения

4.3 Измерение мощности

Переменный ток, его параметры

Переменным называют электрический ток, периодически (т. е. через равные промежутки времени) меняющий свое направление и непрерывно изменяющийся по величине. Мгновенные значения переменного тока (а также переменной ЭДС и напряжения) через равные промежутки времени повторяются.

Переменный ток имеет самое широкое применение в совре­менной электротехнике. Практически вся электрификация во всем мире осуществляется на переменном токе

Электроэнергия переменного тока просто и экономно может быть преобразована из энергии более низкого напряжения в энер­гию более высокого напряжения и наоборот. Это свойство пере­менного тока имеет огромное значение для передачи электроэнер­гии по проводам на большие расстояния.

Величины, кото­рые полностью характеризуют переменный ток, т. е. дают полное представление о нем, называются параметрами переменного тока.

Мгновенным значением называется значение переменного тока в любой момент времени. Мгновенные значения силы тока обозна­чаются буквой i, напряжения — буквой u, ЭДС — буквой е.

  (1.16)

  (1.17)

  (1.18)

Амплитудным значением или просто амплитудой называется наи­большее значение переменного тока, которого он достигает в про­цессе изменений. Амплитудные значения силы тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно Im, Um, Еm.

Действующий ток I – среднее квадратичное значение электрического тока за период. Значение силы тока (напряжения, ЭДС), в раз меньше амп­литудного значения:

  (1.19)

Действующие значения переменного тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно I, U, Е. Величина действующего зна­чения переменного тока равна такой величине постоянного тока, который, проходя через одно и то же сопротивление в течение одного и того же времени, что и рассматриваемый нами перемен­ный ток, выделяет одинаковое с ним количество тепла.

Периодом Т называется вре­мя, за которое происходит пол­ное изменение переменного тока (рис. 1.3).

Циклической частотой f называется чис­ло периодов в 1 секунду. Частота, рав­ная одному периоду за 1 с, на­зывается герцем

.  (1.20)

Фаза — аргумент синусоидального тока, отсчитываемый от точки перехода тока через нуль к положительному значению. Фаза (фазовый угол) в любой момент времени определяет стадию измене­ния синусоидального тока. Начальная фаза ц — значение фазы синусоидального тока в на­чальный момент времени. Начальная фаза соответствует моменту времени t = 0.

О синусоидальных величинах, имеющих разные по значению на­чальные фазы, говорят, что они сдвинуты по фазе.

Рисунок 1.14 – График синусоидального тока

Сдвиг фаз у — алгебраическая величина, определяемая разностью начальных фаз двух синусоидальных функцию.

Угловая  частота щ — скорость изменения фазы тока. Из определения угловой частоты следует, что ее можно выразить производной от фазы по времени

.  (1.21)

2 Векторные диаграммы

Графически переменный ток можно изобразить, используя прямоугольную систему коор­динат (рисунок 1.14), или с помо­щью векторов (векторная ди­аграмма). Развер­нутая диаграмма наглядно по­казывает, как изменяется пе­ременный ток с течением вре­мени. Векторная диаграмма позволяет рассматривать фи­зические процессы, происхо­дящие в цепях переменного тока, и с достаточной точно­стью производить графичес­кое решение задач.

Вектор — это отрезок прямой, имеющий определенную длину и определенное направление. Длина вектора соответствует действующему значению переменного тока. Положение вектора определяется фазой. Фаза равна нулю, если вектор расположен горизонтально и направлен вправо.

3 Основы расчета электрических цепей переменного тока

3.1 Цепь переменного тока с активным сопротивлением

Сопротивления в цепях переменного тока бывают активными и реактивными.

Актив­ные сопротивления расходуют энергию, на активных сопротивлениях вся электрическая энергия преобразуется в другой вид энергии.

Реактивные сопротивления  не расходуют энергию, в них есть электрические преобразования..

Реактивными сопротивлениями, включенными в цепь переменного тока, являются сопротивления ка­тушки индуктивности L и конден­сатора С. Сопротивление катушки называется индуктивным сопротив­лением (ХL), сопротивление кон­денсатора — емкостным (ХC).

На рисунке 1.15 показана цепь пере­менного тока с активным сопротив­лением и векторная диаграмма, из которой видно, что ток и напряже­ние совпадают по фазе. Они изменяются по одному и тому же закону, следовательно, можно записать:

  (1.21)

  (1.22)

Рисунок 1.15 - Цепь переменного тока с активным сопротивлением:

а - схема цепи, б – векторная диаграмма

Действующее значение силы тока в цепи с активным сопротив­лением определим по закону Ома:

  (1.23)

где UR — действующее значение напряжения на сопротивлении; R — значение активного сопротивления.

Мощность, расходуемая в цепи на ак­тивном сопротивлении, равна:

  (1.24)

Эту мощность называют активной, единицы измерения ватт – Вт.

3.2 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлени­ем

Если катушку индуктив­ности, активное сопротивле­ние которой равно нулю, подключить к источнику пе­ременного тока (рисунок 1.16), то в катушке потечет синусои­дально изменяющийся пере­менный ток.

Согласно правилу Ленца индуцированная в катушке ЭДС про­тиводействует изменениям силы тока. Это значит, что при увели­чении силы тока в катушке ЭДС самоиндукции стремится создать ток, направленный навстречу вызывавшему ее току, а при умень­шении силы тока она, наоборот, стремится создать ток, совпада­ющий по направлению с ним.

На рис. 1.16 показана цепь пере­менного тока с индуктивным сопротив­лением и векторная диаграмма, из которой видно, что ЭДС самоиндукции отста­ет по фазе от тока на 90°.

Рисунок 1.16 - Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлени­ем:

а – схема цепи; б – векторная диаграмма.

  (1.25)

  (1.26)

Индуктивное сопротивление ХL:

,  (1.27)

где L –индуктивность катушки.

Энергия в катушке индуктивности не расходуется. В первую чет­верть периода она запасается в ее магнитном поле, а во вторую — отдается источнику тока. Произведение напряжения UL на величи­ну силы тока I в цепи называется реактивной мощностью.

.  (1.28)

Единицы измерения реактивной мощности – вар.

В рассмотренной цепи активная мощность равна нулю, так как энергия в ней не расходуется, сдвиг по фазе между векторами тока I и напряжением UL равен  90 °.

3.3 Цепь переменного тока с последовательными активным и

индук­тивным сопротивлениями

Теперь рассмотрим цепь с реальной ка­тушкой, которую можно представить как цепь с последовательно включенными индуктивностью L и активным сопротивлением R (рисунке 1.17). Если в цепи с последовательными активным и индуктив­ным сопротивлениями протекает переменный синусоидальный ток, то напряжение на индуктивности, как было установлено ранее, опережает ток на 90°, а напряжение на активном сопротивлении совпадает с ним по фазе. Так как напряжения UL и UR, по фазе не совпа­дают, то напряжение, приложенное ко всей цепи, равно их геомет­рической сумме. Сложив векторы UL и UR, нахо­дим величину вектора U, который сдвинут по фазе относительно вектора тока I на угол ц< 90°, опережая его. Таким об­разом, в цепи переменно­го тока с последовательно соединенным активным сопротивлением и катушкой индуктивно­сти ток отстает по фазе от напряжения.

Рисунок 1.17 - Цепь переменного тока с последовательными активным и индук­тивным сопротивлениями:

а – схема цепи; б – векторная диаграмма.

Построив векторную диаграмму, рассмотрим треугольник со сто­ронами UL, UR, U Этот треугольник называется треугольником напря­жений. Так как он прямоугольный, то

.  (1.29)

Из треугольника напряжений можно получить подобный ему треугольник сопротивлений со сторонами R, ХL и Z, разделив каждую сторону треугольника напряжений на ток. Из этого треу­гольника полное сопротивление цепи равно:

.  (1.30)

Так как сдвиг по фазе между током и напряжением меньше 90°, то энергия в такой цепи расходуется лишь на активном со­противлении R.

3.4 Цепь переменного тока с емкостью

Если к источнику перемен­ного тока подключить конденсатор, то в цепи появится ток. Спо­собность конденсатора пропускать переменный ток объясняется тем, что под действием переменного синусоидального напряже­ния конденсатор периодически заряжается и разряжается, вслед­ствие чего происходит перемещение электрических зарядов в про­водниках, соединяющих конденсатор с источником тока.

Соотно­шение фаз тока и напряжения представлено на рисунке 1.18. В цепи с емкостью ток опережает по фазе напряжение на 90°. Закон Ома для цепи переменного тока с емкостью определяет действующее зна­чение силы тока:

,  (1.31)

где Хс - емкостное сопротивление, измеряется в Омах (Ом).

Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте тока в цепи и емкости конден­сатора.

,  (1.32)

где С – емкость конденсатора.

Рисунок 1.18 - Цепь переменного тока с емкостью:

а – схема цепи; б – векторная диаграмма.

3.5 Мощность переменного тока

Для цепей переменного тока различают активную, полную и реактивную мощности.

Активная мощность представляет собой действительную мощ­ность переменного тока, аналогичную мощности, развиваемой постоянным током. Она производит полезную работу; может быть преобразована с помощью электродвигателей в механическую мощ­ность, механическую энергию; измеряется в ваттах (Вт) и опреде­ляется по формуле:

.  (1.33)

Полной мощностью называют максимально возможную величи­ну активной мощности, развиваемую переменным током при за­данных значениях напряжения и силы тока и при наиболее благо­приятных условиях, а именно, когда . Полная мощность обозначается латинской буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА). Из определения полной мощности следует выражение:

  (1.34)

Со­отношение между активной и полной мощностями:

,  (1.35)

.  (1.36)

Полной мощностью (кВА) принято измерять мощность гене­раторов переменного тока, машин, производящих электроэнер­гию, и трансформаторов, аппаратов, предназначенных для преоб­разования электрической энергии одного напряжения в электри­ческую энергию другого напряжения. Полная мощность этих ма­шин определяется произведением номинальных (нормальных) ве­личин их напряжения и силы тока (т. е. величин этих параметров, на которые рассчитаны машины). А активная их мощность зависит от коэффициента мощности, при котором они работают - . В свою очередь этот коэффициент мощности зависит от соотноше­ния величин активного и реактивного сопротивления, включен­ных в цепь, иными словами, от характера электроприемников, питаемых данным генератором или трансформатором.

Реактивная мощность. В цепях переменного тока не весь ток создает полезную, активную мощность, а только некоторая его часть, которая на­зывается активной составляющей тока.

Проекция вектора тока на горизонталь­ное направление – активная составляющая тока, а проекция вектора тока перпендикулярна вектору напряжения, равная , называется ре­активной составляющей переменного тока. Реактивная составляющая тока не участвует в создании активной мощности.

Произведение действующего в цепи на­пряжения на реактивную составляющую тока носит название реактивной мощности и обо­значается латинской буквой Q. Реактивная мощность измеряется в единицах, называе­мых «вар». Из приведенного определения ре­активной мощности вытекает соотношение

,  (1.37)

где Q — реактивная мощность, вар; U — напряжение, В; I— сила тока, А.

Реактивная мощность, так же как и реактивная составляющая тока, характеризует собой ту энергию, которая идет на создание магнит­ного поля индуктивности или электрического поля конденсатора. Эта энергия в процессе протека­ния переменного тока в цепях со сдвигом фаз совершает непрерыв­ные колебания между источником энергии и ее потребителем.

Активная, реактивная и полная мощности переменного тока связаны между собой соотношением:

.  (1.38)

Это соотношение можно представить как «треугольника мощностей» (рисунок 1.19). Два катета этого треугольника представляют собой в том или ином масштабе активную и реактивную мощности (соответственно в Вт и вар), а гипотенуза — полную мощность (в ВА). Угол ц численно равен углу сдвига фаз тока и напряжения в цепи. Значение косинуса это­го угла называют коэффициентом мощности.

Рисунок 1.19 – Треугольник мощностей.

4 Измерительные приборы переменного тока

4.1 Электромагнитный измерительный механизм

Подвижный ферро­магнитный сердечник в магнитном поле перемещается в такое поло­жение, при котором магнитный поток в электромагнитном устройст­ве будет наибольшим.

Это лежит в основе действия электромагнитного измерительного механизма, одна из конструктивных схем которого показана на рисунок 1.20.

Рисунок 1.20 – Электромагнитный измерительный механизм

Ток Iк в неподвижной катушке 1 создает магнитное поле, под дей­ствием которого подвижный сердечник 4 в форме лепестка из маг­нитно-мягкого ферромагнетика, укрепленный эксцентрично на оси 5, втягивается в узкую щель внутрь катушки. Ось поворачивается и поворачивает укрепленную на ней стрелку.

Вращающий момент в данном случае пропорционален квадрату тока в катушке , а противодействующий момент пружины 6 .

Направление вращающего момента в приборах электромагнит­ной системы не зависит от направления тока, так как при любом зна­ке тока момент положительный. Отсюда следует, что электромагнит­ные приборы можно изготовлять для измерения в цепях постоянного и переменного тока.

При переменном токе на точность электромагнитных приборов отрицательно влияют потери от гистерезиса и вихревых токов в сер­дечниках. К недостаткам электромагнитной системы надо отнести также значительное влияние внешних магнитных полей на показа­ния приборов, относительно большое собственное потребление энергии, неравномерность шкалы.

Несмотря на отмеченные недостатки, электромагнитные прибо­ры — простые по устройству, дешевые, устойчивы к перегрузкам, широко применяются, особенно в качестве технических щитовых приборов в цепях переменного тока.

4.2 Измерение тока и напряжения

Схемы включения амперметра и вольтметра (рисунок 1.15 – 1.18)

Показание амперметра определяется током в его изме­рительном механизме. Следовательно, амперметр вклю­чается последовательно с приемником, генера­тором или участком цепи.

Показание вольтметра определяется напряжением на его зажимах. Поэтому для измерения напряжения на зажимах приемника или генератора необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра, т. е. присоединить вольтметр параллельно потребителю или генератору.

4.3 Измерение мощности

Для измерения мощности в электрических цепях мож­но использовать принцип действия электродинамических измерительных механизмов. В практике обычно применя­ют электродинамические ваттметры. Электродинамический измерительный механизм Основу принципа работы электродинамического механизма составляет взаимодейст­вие проводов с токами.

Конструктивно этот принцип реализуется в форме взаимодейст­вия двух катушек: неподвижной 1 с током I1 и подвижной 2 с током I2 (рисунок 1.21).

Как и в магнитоэлектрическом механизме, подвижная катушка получает питание через две спиральные пружины 3, которые вместе с тем создают противодействующий момент Мпр.

Вращающий момент, который приводит в движение подвижную катушку:

.  (1.39)

Электродинамический механизм пригоден для измерений в цепях постоянного и переменного токов, так как при одновременном изме­нении направления тока в обеих катушках направление вращающего момента сохраняется. Преимуществом электродинамических прибо­ров является и относительно высокая точность. По сравнению с приборами других систем их счита­ют наиболее точными при изме­рениях в цепях переменного тока.

Рисунок 1.21 – Электродинамический измерительный механизм

Собственное магнитное поле электродинамического механиз­ма слабое, поэтому для защиты от влияния внешних магнитных полей применяют двойные экраны из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллоя). Недос­татками являются также большое собственное потребление энергии, повышенная чувствительность к электрическим и механическим пе­регрузкам, относительная сложность и высокая стоимость. Часть не­достатков можно устранить, если внутри обеих катушек поместить ферромагнитные сердечники. Такой измерительный механизм назы­вают ферродинамическим. Конструктивно он похож на магнитоэлектрический механизм, но вместо постоянного магнита имеется электромагнит — неподвижная катушка с ферромагнитным сердечником, в котором создается сильное магнитное поле. Это по­зволяет уменьшить собственное потребление энергии и отказаться от магнитных экранов. Однако вместо устраненных недостатков появ­ляются другие, например, существенно понижается точность прибо­ра, так как дополнительные погрешности вносит магнитопровод (об этом сказано при рассмотрении электромагнитного механизма).

Измерение мощности Зависимость вращающего момента от токов в катушках позволяет использовать электродинамический механизм для измерения мощности, т. е. в качестве ваттметра (рисунок 1.22). С этой целью неподвижную катушку 1 включают последовательно с элементом цепи, мощность которого надо измерить (так же как амперметр); подвижную катушку 2 включают параллельно этому же элементу (так же как вольтметр). При этом два зажима ваттметра, отмеченные звез­дочкой (по одному от каждой обмотки), включают в цепь со стороны источника питания (сети).

Рисунок 1.22 – Схема включения ваттметра

При та­кой схеме включения измерительного механизма в цепи постоянного тока вращающий момент:

,  (1.40)

где Rв – сопротивление параллельной цепи прибора.

Отсюда видно, что вращающий момент электродинамического прибора пропорционален мощности цепи постоянного тока.

При такой же схеме включения электродинамического механизма в цепь переменного тока вращающий момент пропорционален ак­тивной мощности

.  (1.41)

Равенство Мвр = Мпр позволяет получить зависимость угла пово­рота стрелки прибора от величины измеряемой мощности

,  (1.42)

где Sм — чувствительность ваттметра по мощности, дел/Вт.

Лекция 4

Тема 1.4 Трехфазные электрические цепи

План:

1 Понятие о трехфазном токе и его получении

2 Соединение обмоток генератора и фаз приемника звездой

3 Соединение обмоток генератора и фаз приемника треугольником

1 Понятие о трехфазном токе и его получении

Трехфазной системой называется совокупность трех однофаз­ных цепей, в которых действуют три ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе одна относительно другой на 120°. Такая система получила наиболее широкое распространение, ибо она позво­ляет при передаче одной и той же мощности получить экономию металла в проводах, уменьшить потери энергии и создать простые и удобные в эксплуатации трехфазные двигатели переменного тока.

На рисунке 1.23 показана система, состоящая из трех отдельных генераторов (рис. 1.10, б), и упрощенная схема генератора трех­фазного тока (рисунок 1.23, а). Трехфазный генератор имеет три об­мотки, в которых индуктируются три ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Каждая обмотка называется фазой, а напряжение на фазе — фазным напряжением (UФ). Нагрузка подключается к обмоткам ге­нератора линейными проводами и нулевым проводом, который в некоторых случаях может отсутствовать.

Рис. 1.23 - Схема генератора и развернутая диаграмма трехфазного тока:

а — упрощенная схема генератора трехфазного тока; б — схема, состоящая из трех генераторов; в — диаграмма напряжения генератора

Напряжение между линейными проводами называется линейным напряжением (Uл). Ток в фазе нагрузки называется фазным током, а ток в линейном проводе — линейным током. Обмот­ки генератора и нагрузка могут включаться в «звезду» или в «треу­гольник».

2 Соединение обмоток генератора и фаз приемника звездой

На рис. 1.24 показано соединение в «звезду»: начало  обмоток генератора соединяют в одну точку.

К оставшимся концам обмоток подключают линейные провода, а к общей точке — нулевой провод. Если нагрузка равномерная, то нулевой провод не нужен, ибо он обеспечивает независимость работы фаз при неравно­мерной нагрузке, когда по нему текут уравнительные токи.

  Рис. 1.24 - Схема соединения обмоток генератора и потребителей  в «звезду»

Линейное напряжение при соединении в «звезду» в раз боль­ше фазного, линейные и фазные токи одинаковы:

  (1.43)

  (1.44)

3 Соединение обмоток генератора и фаз приемника треугольником

Чтобы соединить обмотки генератора в «треугольник», необхо­димо конец первой обмотки соединить с началом второй; конец второй — с началом третьей; конец третьей — с началом первой. Линейные провода подключают к точкам соединения фаз (рисунок 1.25).

Рисунок 1.25 - Схема соединения обмоток генератора и потребителей в «треугольник»

При соединении в «треугольник» линейные и фазные напряже­ния равны, а линейный ток в раз больше фазного:

  (1.45)

  (1.46)

Мощность трехфазной системы складывается из мощностей каждой фазы. Чтобы найти общую мощность, надо определить мощность в каждой фазе и все три мощ­ности сложить. Так поступают при любых нагрузках.

Раздел 2 Электрические машины

Лекция 5

План:

1 Устройство трансформатора

1.1 Магнитопроводы

1.2 Обмотки

1.3 Охлаждение трансформаторов

2  Принцип действия трансформатора

3 Режимы работы однофазного трансформатора

4 Понятие о трехфазных трансформаторах

Тема 2.1 Трансформаторы

В состав многих электрических устройств и установок перемен­ного тока входит трансформатор — статический электромагнитный аппарат для изменения величины электрического напряжения.

Трансформаторы применяют в электрических сетях при передаче и распределении электрической энергии; в нагревательных, свароч­ных, выпрямительных электроустановках; в радиоаппаратуре, уст­ройствах автоматики, связи; в электроизмерительной технике и т. д.

В большинстве типов трансформаторов обмотки размещены на ферромагнитном сердечнике, который служит для концентрации магнитного поля и усиления магнитной связи между обмотками.

Трансформаторы различают по числу фаз (однофазные, трехфазные), числу обмоток (двухобмоточные, многообмоточные), способу охлаждения (масляные, сухие). Основную, наиболее много­численную, группу составляют силовые трансформаторы, предна­значенные для повышения или понижения напряжения в электриче­ских сетях и в электрических устройствах различного назначения.

1 Устройство трансформатора

1.1 Магнитопроводы

Магнитопроводы трансформаторов собирают из листов электрической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.

Магнитопровод состоит из стержней и ярма (рисунок 2.1). На стерж­нях располагают обмотки, а ярмо соединяет стержни и делает магнитопровод замкнутым. Соединение стержней с ярмом выполняют чаще всего внахлестку, а иногда встык.

Рисунок 2.1 – Устройство трансформатора

Формы сечения стержней и ярма различны в зависимости от мощ­ности трансформатора. По конструкции магнитопровода и расположению обмоток раз­личают трансформаторы двух типов: стержневой (рисунок 2.1, а) и броневой (рисунок 2.1, б), из которых первый применяют значи­тельно чаще.

1.2 Обмотки

Конструкция обмоток, их изоляция, способы креп­ления на стержнях зависят от мощности и напряжения трансформа­тора.

Обмотки должны иметь достаточно высокую механическую проч­ность, хорошую электрическую изоляцию, обеспечивать хорошее ох­лаждение; быть простыми и удобными в изготовлении и недорогими; иметь малые потери энергии.

Для изготовления обмоток трансформаторов применяют медные провода круглого или прямоугольного сечения, изолированные хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

В каждом трансформаторе различают обмотку высшего напряже­ния (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Практическое значе­ние такого деления состоит в том, что более высокое напряжение тре­бует более надежной электрической изоляции обмотки, ее входных зажимов.

Поэтому дальше от магнитопровода располагают обмотку ВН. По взаимному расположению различают обмотки концентрические и дисковые чередующиеся (рисунок 2.2, а, б), из которых наиболее распро­странены первые.

Концентрические обмотки имеют форму цилиндра. В конструк­тивном отношении они различаются тем, что могут быть однослой­ные, двухслойные из прямоугольного провода, многослойные из круглого провода, многослойные катушечные и др. При небольших мощностях трансформатора и низких напряжениях цилиндрические обмотки надевают непосредственно на стержень магнитопровода (прессующие стержень деревянные клинья и планки одновременно выполняют роль изоляции). В других случаях обмотку укладывают на цилиндре из электрокартона или намоточной бумаги, пропитанной бакелитовым лаком.

Рисунок 2.2 – Обмотки трансформатора

Дисковые чередующиеся обмотки выполняют в форме дисков (витки намотаны в одной плоскости). На стержне магнитопровода отдельные катушки (диски) НН чередуются с катушками ВН (рисунок 2.2, б).

1.3 Охлаждение трансформаторов

Потери энергии в сердечнике и об­мотках трансформатора являются причиной выделения теплоты, одна часть которой нагревает трансформатор, а другая передается в окружающую среду. Теплоотдача увеличивается с ростом нагрева и при некоторой температуре устанавливается тепловое равновесие: вся выделенная в трансформаторе теплота рассеивается в окружаю­щей среде.

Теплоотдача трансформаторов малой мощности во многих случа­ях достаточна для того, чтобы температура не превышала допусти­мую, и тогда их выполняют «сухими», т. е. с естественным воздушным охлаждением.

Рисунок 2.3 – Трехфазный трансформатор

Большинство же трансформаторов (из них все сетевые и некото­рые специальные) имеют масляное охлаждение, для чего магнитопровод и обмотки помещены в баке с трансформаторным маслом  (рисунок 2.3), которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения.

При нагревании масло расширяется, поэтому предусматривают резервный объем. Трансформаторы мощностью более 50 кВА и при напряжении выше 6 кВ снабжают расширителем 2, который пред­ставляет собой сосуд цилиндрической формы, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним и атмосферой.

2 Принцип действия трансформатора

В основе работы трансформаторов на­ходится явление электромагнитной индукции. Принципиальную схему, а затем режим рассмотрим на примере сило­вого двухобмоточного однофазного трансформатора.

Схема устройства однофазно­го двухобмоточного трансформатора и его электрическая схема пока­заны на рисунке 2.4, а, б. На схеме представлены только основные части: ферромагнитный сердечник (магнитопровод), две обмотки на сер­дечнике. Одну обмотку включают в сеть с переменным напряжением. Эту обмотку и относящиеся к ней величины — число витков N1 на­пряжение u1, и ток i1 — называют первичными.

К другой обмотке, которую называют вторичной (N2, u2, i2), присоединяют приемник электроэнергии Zн.

Намагничивающая сила первичной обмотки, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС: е1; е2 .

Рисунок 2.4

Вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации.

Передача энергии в самом трансформаторе происходит посредст­вом магнитного потока, связывающего первичную и вторичную об­мотки.

3 Режимы работы однофазного трансформатора

При анализе работы трансформатора рассматривают такие режи­мы: холостой ход, рабочий, короткое замыкание.

Рисунок 2.5

Во время нормальной эксплуатации трансформатор находится под нагрузкой (исключая периоды профилактических осмотров и ре­монтов), причем технико-экономические показатели рабочего режима будут наилучшими, если трансформатор работает длительно при номинальных напряжениях и с нагрузкой, близкой к номинальной. В отношении испытательных режимов холостого хода и короткого за­мыкания надо отметить, что их рассмотрение не только помогает луч­ше понять рабочие процессы и условия эксплуатации, но и позволяет опытным или расчетным путем определить ряд важных характери­стик трансформатора.

Режим холостого хода. В режиме холостого хода трансформатора (рисунок 2.5) первичная обмотка включена в сеть на номинальное напря­жение, а вторичная обмотка разомк­нута выключателем В2.

Измерив напряжения на обмотках, можно найти коэф­фициент трансформации

.  (2.1)

Ваттметр, включенный в цепь первичной обмотки, показывает активную мощность трансформатора при холостом ходе Рх, т. е. мощ­ность потерь в магнитопроводе при номинальном напряжении, Рх= Рм. Потери в магнито­проводе возникают от перемагничивания и вихревых токов, но те и другие зависят от величины магнитного потока.

Рабочий режим. В рабочем режиме (рисунок 2.5) выключатели В1 и В2 замкнуты, первичная обмотка трансформатора включена в сеть под напряжение (обычно U1 = Uном), а в цепи вторичной обмотки — нагрузка Zн. В обеих обмотках имеются токи  близкие к номиналь­ным.

Изменение напряжения на выходе трансформатора при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (ДU%):

  (2.2)

Режим короткого замыкания. В режиме короткого замыкания трансформатора первичная обмотка включена под некоторое напря­жение U1, а вторичная обмотка замкнута на себя (U2 = 0).

В этом режиме (рисунок 2.5) выключатель В2 замкнут, а движок на­грузочного элемента находится в крайнем левом положении (Zн = 0). Короткое замыкание может случиться во время эксплуатации транс­форматора, тогда первичное напряжение равно номинальному или близко к нему. В этом случае в обеих обмотках токи резко увеличива­ются в 10 — 20 раз и более против номинальных, потому что сопро­тивления обмоток невелики. Такой режим очень опасен для транс­форматора, так как возможны чрезмерное повышение температуры обмоток и большие механические усилия между токоведущими эле­ментами. При проведении опыта короткого замыкания определяют мощность потерь короткого замыкания Рк, т. е. мощность потерь в об­мотках.

Коэффициент полезного действия трансформатора. Потери энер­гии в трансформаторе в целом относительно невелики. В зависимо­сти от мощности трансформатора КПД имеет величину от з = 0,96 до 0,995.

  (2.3)

Величина КПД трансформатора зависит от его нагрузки. Кроме того, она тем больше, чем выше коэффициент мощности потребителя . Наибольший КПД трансформатор имеет при нагрузке, кото­рая составляет 50 — 70 % номинальной, что соответствует средней эксплуатационной нагрузке трансформатора.

4 Понятие о трехфазных трансформаторах

Схема устройства трехфазного транс­форматора показана на рисунке 2.6. На каждом из трех стержней сердечника расположены две обмотки (ВН и НН) одной фазы. Вопросы, рассмотренные в двух предыдущих параграфах, относятся как к одно­фазному, так и трехфазному трансформаторам (применительно к од­ной фазе).

Дополнительно отметим, что обмотки трехфазных трансформа­торов соединяют звездой  или треугольником.

Рисунок 2.6 - Схема устройства трехфазного транс­форматора

Лекция 6

План:

1 Назначение машин переменного тока, их классификация

2 Конструкция асинхронных электродвигателей

3 Вращающееся магнитное поле

4 Однофазные двигатели

Тема 2.2 Электрические машины переменного тока

1 Назначение машин переменного тока, их классификация

Физическую основу работы электрических машин всех типов со­ставляют электромагнитные явления: силовое действие магнитного поля и электромагнитная индукция

Для преобразования механической энергии в электрическую слу­жат электрогенераторы, а электрической энергии в механическую — электродвигатели.

В настоящее время наибольшее применение находят электриче­ские машины переменного тока синхронные и асинхронные. Маши­ны обоих типов могут работать в режимах генератора и двигателя, но в практике наиболее широко применяются синхронные генераторы и асинхронные двигатели.

Асинхронная машина — это машина, в которой при работе возбуждается враща­ющееся магнитное поле, но ротор вращается асинхрон­но, т. е. с угловой скоростью, отличной от угловой скоро­сти поля. Она была изобретена -Добровольским в 1888 г. Причины исключительно широкого распространения асинхронного двигателя (а вместе с ним и трехфазной системы) — его простота и. дешевизна. Можно сказать, что в основном асинхронная машина состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещенных на общем сердечнике, и поме­щенной между ними четвертой, вращающейся катушки. В машине отсутствуют какие-либо легко повреждающи­еся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор).

Асинхронные машины малой мощности часто выпол­няются однофазными для устройств, питающихся от двух­проводной сети. Такие машины находят широкое приме­нение в бытовой технике.

Общий недостаток асинхронных машин — это отно­сительная сложность и неэкономичность регулирования их режимов работы.

2 Конструкция асинхронных электродвигателей

Асинхрон­ные двигатели бывают трехфазные, двухфазные и однофазные и состоят из двух основных частей: статора и ротора.

Статор — неподвижная часть двигателя (рисунок 2.7, а). С внутрен­ней его стороны сделаны пазы, в которые укладываются фазные обмотки.

У трехфазного асинхронного двигателя три обмотки. Они вы­полнены одинаково и размещаются под углом 120°. По обмоткам протекает трехфазный ток, который создает магнитное поле, вра­щающееся с частотой

60  (2.4)

где n — частота вращения, мин-1; f — частота переменного тока, Гц; р — число пар полюсов.

Рисунок 2.7 - Устройство асинхронного двигателя:

а — статор; б— короткозамкнутая обмотка ротора (беличья клетка); в — ро­тор в собранном виде; 1 — клеммный щиток; 2 — станина; 3 — обмотка; 4 — сердечник; 5 — лапа

Рис. 2.8. Асинхронный двигатель с фазным ротором:

а — общий вид; б — ротор двигателя с контактными кольцами

Ротор — вращающаяся часть двигателя. Он может быть короткозамкнутым и фазным. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка выполнена в виде медных или литых алюминиевых стерж­ней, замкнутых по торцам между собой (рисунок 2.7, б, в).

В двигателях с фазным ротором последний имеет фазные об­мотки (рисунок 2.8, б). Они выполняются по типу обмоток статора и имеют такое же число фаз. Обмотки соединяются в «звезду», т. е. концы их соединены в одну точку, а начала подсоединяются к медным кольцам, закрепленным на валу. У таких двигателей есть приспособление, дающее возможность либо включать роторную обмотку последовательно с реостатом во время пуска, либо замы­кать ее накоротко во время работы.

Для уменьшения потерь на вихревые токи статоры и роторы асинхронных двигателей набираются из отдельных, изолирован­ных друг от друга, листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

3 Вращающееся магнитное поле

Если подключить статорные обмотки двигателя к сети трехфаз­ного переменного тока, то внутри статора возникает вращающее­ся магнитное поле. Это поле пересекает одновременно обмотки статора и ротора. В статорных обмотках индуктируются противо-электродвижушие силы, определяющие величину сил токов об­мотки.

В роторных обмотках индуктируется ЭДС, под действием кото­рой в обмотках протекают токи, которые, взаимодействуя с вра­щающимся магнитным полем статора, создают вращающий мо­мент, в результате которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора.

Если предположить, что ротор вращается с такой же скорос­тью, с какой вращается магнитное поле, то токи в обмотках рото­ра исчезнут. Исчезновение токов приведет к тому, что ротор начнет вращаться медленнее, чем поле статора. При этом поле статора начнет пересекать обмотки ротора и на него вновь будет воздей­ствовать вращающий момент.

Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен иметь частоту вращения меньшую, чем частота вращения поля статора. Отсюда двигатель получил название асинхронного (неодновремен­ного). Разница между частотой вращения поля статора n и часто­той вращения ротора n1, характеризуется величиной s, называемой скольжением:

  (2.5)

Для асинхронного двигателя скольжение изменяется от едини­цы до величины, близкой к нулю.

Во время пуска двигателя, когда ротор еще неподвижен (s = 1), частота пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным по­лем наибольшая. В обмотках ротора индуктируются наибольшие ЭДС, которые вызывают большую сила тока. Токи обмоток ротора создают свое вращающееся магнитное поле, направленное навстречу враща­ющемуся магнитному полю статора, и уменьшают его. В результате уменьшается противоэлектродвижущая сила, а токи в обмотках ста­тора растут. Пусковой ток превышает номинальный в 4—7 раз.

Частота вращения ротора двигателей с короткозамкнутым ро­тором регулируется либо пере­ключением числа пар полюсов, либо изменением величины под­водимого напряжения.

Частота вращения ротора двигателя с фазным ротором регули­руется реостатом, включенным в обмотки ротора. Изменяя сопро­тивление реостата, изменяют силу тока в роторе, при этом изменяется поле ротора, соответственно изменяется сила взаимодействия по­лей ротора и статора. Таким обра­зом, изменяется величина скольже­ния.

Для изменения направления вра­щения асинхронных двигателей (ре­версирования) необходимо изме­нить чередование фаз питающего на­пряжения (поменять местами любые две фазы).

4 Однофазные двигатели

Широко применяются однофаз­ные асинхронные двигатели (рисунок 2.9). Они отличаются от трехфазных тем, что на статоре име­ются две обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 90°.

Рисунок 2.9 - Схема пуска однофазного асинхронного двигателя

По обмоткам протекают токи со сдвигом по фазе, равным 90 °. Такая система сдвига токов в пространстве и по фазе создает вращающееся магнитное поле. Ротор однофазных двигателей короткозамкнутый.

Иногда в качестве одно­фазного используют трех­фазный асинхронный дви­гатель, у которого в цепь одной из обмоток включен конденсатор.

Рисунок 2.10 - Схемы включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть при соединении обмоток:

а — в «звезду»; б — в «треугольник»

Тема 2.3 Электрические машины постоянного тока

Лекция 7

План:

1 Назначение машин постоянного тока, их классификация

2 Устройство машины постоянного тока

3 Принцип работы генератора постоянного тока

4 Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

1 Назначение машин постоянного тока, их классификация

По назначению электрические машины постоянного тока де­лятся на генераторы и двигатели.

Генераторы постоянного тока применяют в тех областях техни­ки, в которых для технологических целей требуется постоянный ток: электролиз, электрическая сварка, а также для питания дви­гателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока применяют для подъемных уст­ройств, в электрической тяге, для приведения в действие прокат­ных станов, гребных винтов судов и в других видах регулируемого электропривода.

На строительстве постоянный ток применяют для электропри­вода мощных экскаваторов, получающих питание от двигателя-генератора, преобразующего энергию переменного тока в энер­гию постоянного тока, а также для зарядки аккумуляторов и в редких случаях для электрической сварки.

2 Устройство машины постоянного тока

Основными частями ма­шины постоянного тока (рисунок 2.11) являются: неподвижная часть — статор, вращающийся ротор-якорь и два подшипниковых щита. Ста­тор состоит из станины, сердечников полюсов - электромагнитов, выполненных из тонких листов стали, изолированных друг от дру­га лаковой пленкой или тонкими листами бумаги. На сердечники надеты катушки из изолиро­ванной медной проволоки, являющиеся обмоткой воз­буждения машины.

Рисунок 2.11 - Устройство машины постоянного тока:

1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4 — сердечник главного полюса; 5— полюсная катушка; 6 — статор; 7— подшипниковый щит; 8 - вентилятор; 9 – обмотка якоря

Ротор машины, называе­мый в машинах постоянного тока якорем, представляет собой цилиндрическое тело, собранное из тонких листов стали, так же как сердечни­ки электромагнитов. В якоре машины устраивают пазы для размещения обмотки, концы которой прикрепляют к пла­стинам коллектора, изолиро­ванным друг от друга и вала якоря непроводящим материалом  — миканитом. 

На внешнюю поверхность коллектора накладывают щетки, которые при помощи траверсы прикреплены к неподвижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, ос­таваясь неподвижными. Вал якоря вра­щается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах.

3 Принцип работы генератора постоянного тока

Принципиальная схема генератора постоянного тока показа­на на рисунке 2.12, а. Здесь электромагнит NS является статором, рам­ка АВСD - якорем, а два полукольца К1 и К2 - коллектором. Щетки обозначаются буквами Щ1 и Щ2.

В основу действия генератора положен закон электромагнит­ной индукции. При вращении рамки АВСD в магнитном поле элект­ромагнита в ней будет индуцироваться переменная ЭДС.

Действительно, когда проводник АВ проходит около северно­го полюса статора, то в нем индуцируется ЭДС, направление кото­рой определяется по правилу правой руки от А к В. При прохожде­нии проводника АВ около южного полюса статора в нем индуциру­ется ЭДС в направлении от В к А. Во внешней цепи в первом и во втором случаях ток будет проходить от щетки Щ1 к щетке Щ2. Следовательно, при вращении рамки через нагрузочное сопротив­ление внешней цепи проходит ток, постоянный по направлению, но меняющийся по значению, т. е. пульсирующий ток (рисунок 2.12, б).

Для сглаживания пульсаций в генераторах постоянного тока якорь имеет обмотку из ряда одинаковых многовитковых секций (рамок), а коллектор состоит из большого числа пластинок.

Рисунок 2.12 - Модель генератора постоянного тока:

а - схема устройства; б - график тока

4 Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значитель­ной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем машины. По способу питания обмотки возбуждения машины посто­янного тока подразделяются: на машины с параллельным возбуж­дением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рисунок 2.13). Машины с параллельным и смешанным возбужде­нием применяют в качестве как генераторов, так и двигателей, с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

Рис. 2.13 - Возбуждение машин постоянного тока:

а — параллельное (шунтовое); б — последовательное (сериесное);

в — смешанное (компаундное); R — нагрузка

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбужде­ния присоединяется параллельно обмотке якоря (рисунок 2.13, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рисунок 2.13, б). В машинах со смешанным возбужде­нием обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рисунок 2.13, в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, вы­полняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присое­диняемые последовательно, из проводов большого сечения.

Лекция 8

План:

1 Генераторы и двигатели постоянного тока

1.1 Типы генераторов постоянного тока

1.2 Двигатели постоянного тока

2 Изучение схем управления и основных характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

2.1 Возбуждение генератора

2.2 Характеристики генератора

1 Генераторы и двигатели постоянного тока

1.1 Типы генераторов постоянного тока

Генераторы разделяются на несколько типов, отличаю­щихся друг от друга по своим эксплуатационным свойствам, зависящим в основном от способа  питания  их обмоток возбуждения.

Генератором  с независимым возбуждением (рисунок 2.14, а) называется такой, у кото­рого ток Iв в обмотку воз­буждения поступает от по­стороннего, независимого источника энергии. Эти генераторы применяются в автоматических устройст­вах и там, где напряжение на зажимах якоря малое (6—8 В) пли высокое (свы­ше 500В). Все остальные машины, показанные на рисунке 2.14, называются гене­раторами с самовозвозбуждением. Их обмот­ки возбуждения питаются от их собственных якорей.

Генератором с параллельным возбуждением или шунтовым (рисунок 2.14, б) называется такой, обмотка возбуждения которого присоединяется к зажимам якоря Я параллельно внешней цепи r. Удобство этого гене­ратора в том, что он не требует дополнительного источника энергии для питания обмотки возбуждения, и поэтому он очень распространен.

Генератор с последовательным возбуждением или сериесным (рисунок 2.14, в) имеет обмотку возбуждения, соединенную последовательно с внешней цепью. Он применяется только как машина специального назначения.

Генератор смешанного возбуждения (рисунок 2.14, г) имеет две обмотки возбуждения, последова­тельную (сериесную С) и параллельную (шунтовую Ш). Он обладает улучшенными свойствами генератора парал­лельного возбуждения, но по стоимости дороже его.

Эксплуатационные свойства электрических машин ха­рактеризуются характеристиками. Они представляют зависи­мость между двумя величинами, при всех остальных, со­храняющих постоянные значения. Например, зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I при постоян­ных скорости вращения n и токе возбуждения Iв, т. е. , при n = соnst и Iв = const.

Номинальными значениями называются обозначенные на щитке машины или в ее паспорте вели­чины, при которых обеспечена нормальная эксплуатация машины в условиях определенной окружающей обстановки. Эти величины отмечают индексом «н», например: мощность Рн, напряжение Uн, ток  Iн, скорость вращения nн и т. д.

Рисунок 2.14 -  Схемы  соединения  об­моток возбуждения с якорем:

а – независимое; б – параллельное; в - последовательное;  г — смешанное

1.2 Двигатели постоянного тока

Величина вращающегося момента двигателя постоянного тока (М) выражается следующим соотношением:

  (2.6)

где — постоянная двигателя, зависящая от его конструкции; Ф — магнитный поток, Вб; Iя — сила тока якоря, А.

Скорость двигателя подчиняется уравнению

  (2.7)

где — сопротивление обмотки якоря, Ом.

Двигатель параллельного возбуж­дения, схема включения которого приведена на рисунке 2.15, а, присое­диняется к сети так, чтобы обмот­ка возбуждения всегда находилась под полным напряжением сети. Поэтому магнитный поток двига­теля остается постоянным, не за­висящим от нагрузки, а сила тока в обмотке якоря возрастает про­порционально нагрузке. Из форму­лы (2.6) видно, что вращающий момент двигателя также возраста­ет пропорционально нагрузке. Ско­рость вращения уменьшается по формуле (2.7) незначительно.

Рисунок 2.15 - Схемы включения элек­тродвигателей с параллельным (а) и последовательным (б) воз­буждениями

Регулирование скорости враще­ния, как показывает формула (2.7), достигается изменением напряжения, подводимого к двигателю; вве­дением сопротивления в цепь якоря или изменением магнитного по­тока. Введение сопротивления в цепь якоря вызывает уменьшение ско­рости двигателя; регулирование скорости происходит при постоян­ном моменте. Этот способ применяется для подъемников, лебедок, поршневых компрессоров, насосов и т. д. Однако он связан со значи­тельными потерями, обусловленными нагревом добавочного сопро­тивления, через которое протекает весь ток якоря. Наибольшее рас­пространение имеет регулирование частоты вращения двигателя из­менением магнитного потока. Это достигается реостатом, включен­ным в обмотку возбуждения. При уменьшении силы тока возбужде­ния уменьшается магнитный поток, а следовательно, увеличивается частота вращения двигателя. В этом случае регулирование происходит при постоянной мощности. Включение реостата в цепь обмотки воз­буждения не вызывает значительных потерь энергии благодаря не­большому значению силы тока возбуждения. В двигателе параллельно­го возбуждения обмотка возбуждения имеет большое сопротивление и, следовательно, сила тока в этой обмотке и в реостате невелика.

Электродвигатель с последовательным возбуждением включают в сеть по схеме, изображенной на рис. 2.15, б. Своими характеристи­ками двигатели последовательного возбуждения значительно от­личаются от двигателей параллельного возбуждения. Вследствие того, что через обмотку возбуждения двигателя, последовательно соединенную с обмоткой якоря, проходит весь его ток, одновре­менно с увеличением нагрузки двигателя резко возрастает величи­на магнитного потока его полюсов. Также резко падает число его оборотов, которое изменяется обратно про­порционально магнитному потоку. В связи с этим такие двигатели, во-первых, развивают большой вращающийся момент при малых оборотах (в частности, при пуске в ход) и, во-вторых, обладают большой перегрузочной способностью. Вместе с тем, с уменьше­нием нагрузки на валу частота вращения двигателя быстро возра­стает и при малых нагрузках (меньше 1/4 нормальной) он приоб­ретает скорость, опасную для его целостности. Вхолостую, т. е. без нагрузки, сериесные электродвигатели вообще нельзя пускать — они идут, как принято говорить, на «разнос». Это является отри­цательным свойством сериесного электродвигателя.

По своим характеристикам эти электродвигатели больше всего подходят для привода подъемно-транспортных устройств. Их ши­роко применяют в электрической тяге (трамваи, троллейбусы, электрические железные дороги).

В строительной практике двигатели последовательного возбуж­дения применяют на некоторых типах мощных экскаваторов с питанием от двигатель-генераторов и на электрических погрузчи­ках с питанием от аккумуляторов.

Регулирование скорости двигателей последовательного возбуж­дения принципиально не отличается от двигателей с параллель­ным возбуждением, только значение силы тока в обмотке возбуж­дения или якоря изменяется не реостатом, а их шунтированием — отводом части тока от этих обмоток.

Для изменения направления вращения двигателей постоянного тока (реверсирование) необходимо изменить полярность магнитного поля или направление силы тока в обмотке якоря. Эту операцию выполняют переключением соответствующих обмоток — якоря или возбуждения.

2 Изучение схем управления и основных характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

2.1 Возбуждение генератора

В генераторах с парал­лельным возбуждением обмотка возбуждения имеет большое число витков и подключается параллельно обмотке якоря. Питание обмотки возбуждения постоянным током осуществляется от самого генератора.

Рисунок 2.16 - Схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Сила тока якоря в генераторах это­го типа равна сумме токов во внешней цепи Iн и в цепи возбуждения Iв:

Iя = = Iн + Iв.  (2.8)

Ток в цепи возбуждения составляет 2-5% тока якоря.

Возбуждение генератора основано на явлении остаточного магнетизма в полюсах статора. Остаточный магнетизм полюсов статора дает магнитный поток, составляющий 3—8% номинально­го магнитного потока машины. При вращении якоря в магнитном поле за счет остаточного магнетизма в обмотке якоря возбуждает­ся ЭДС индукции, которая создает ток в обмотке возбуждения.

Ток, созданный ЭДС остаточного магнетизма, проходя по об­мотке возбуждения, усиливает магнитное поле статора. Усиление магнитного поля статора приводит к увеличению ЭДС якоря, а ЭДС якоря в свою очередь вызывает увеличение тока в обмотке возбуждения и доводит статор до полного магнитного насыщения. Возбуждение генератора до номинальной ЭДС осуществляется в режиме холостого хода.

2.2 Характеристики генератора

Качество генератора определяется его характеристиками, вы­ражающими зависимость между основными электрическими вели­чинами (током нагрузки Iн, напряжением на полюсах машины Uн, током возбуждения Iв).

Характеристика холостого хода (рисунок 2.17, о) представля­ет собой графическое выражение зависимости ЭДС генератора от силы тока возбуждения: Е = f(Iв) при выключенной внешней цепи (Iн = 0). При отсутствии тока в обмотках возбуждения (Iв = 0) ЭДС генератора обусловлена магнитным полем остаточного магне­тизма статора, что соответствует отрезку ОЕо.

Увеличение тока в обмотках возбуждения вызывает увеличе­ние магнитного потока статора, что влечет за собой рост ЭДС генератора (участок аb). Дальнейшее увеличение тока в обмотках статора приводит к магнитному насыщению и замедлению роста ЭДС генератора, что соответствует на графике участку bс. При магнитном насыщении увеличение тока в обмотках статора не дает заметного роста ЭДС генератора.

Генератор всегда должен работать в области магнитного на­сыщения, тогда небольшое колебание тока в цепи возбуждения не приводит к резкому изменению ЭДС генератора.

Внешняя характеристика генератора (рисунок 2.17, б) пред­ставляет собой графическое выражение зависимости напряжения на полюсах генератора от тока нагрузки U = f(Iн) при постоянном сопротивлении цепи возбуждения (rв=const).

В генераторах с параллельным возбуждением сопротивления нагрузки rн и обмотки возбуждения rв соединяются параллельно и представляют собой сопротивление внешней цепи генератора: r= rв rн /( rв + rн ). При увеличении нагрузки (уменьшении сопро­тивления rн) r уменьшается, а сила тока в якоре Iя увеличивается: Iя = Е/( r + rя), так как Е и rя можно считать постоянными

Рисунок 2.17 - Характеристики генера­тора с параллельным возбуждением:

а - холостого хода; б — внешняя; в — регу­лировочная

(генератор работает в области магнитного насыщения). Увеличение тока в якоре приводит к увеличению падения напряжения на якоре (rя/ Iя). Из равенства Е = rIя + rяIя = U + rяIя видно, что первое слагаемое (напряжение на зажимах генератора) уменьшается, что соответст­вует участку аb (рисунок 2.17, б).

Дальнейшее увеличение нагрузки ведет к значительному умень­шению напряжения на зажимах генератора, а значит, и к значи­тельному уменьшению силы тока в обмотке возбуждения Iв (маг­нитного потока) генератора. Генератор выходит из области маг­нитного насыщения статора и ЭДС генератора уменьшается. Если падение напряжения генератора U и уменьшение сопротивления нагрузки rн происходят в одинаковой степени, то ток в цепи не будет изменяться: Iн = U / rн, что соответствует участку bс (рисунок 2.17, б).

Последующее уменьшение сопротивления нагрузки (rн) ведет к резкому уменьшению напряжения на зажимах генератора, а сле­довательно, и к уменьшению тока в цепи. Это объясняется тем, что генератор выходит из области магнитного насыщения и изме­нение ЭДС приходится на прямолинейный участок характеристи­ки холостого хода. При коротком замыкании, когда rн = 0, напря­жение на полюсах генератора окажется равным нулю. Магнитный поток в этом случае будет обусловлен только остаточным магне­тизмом, и в якоре возникает ЭДС остаточного магнетизма, кото­рая и создает ток короткого замыкания во внешней цепи. Поэтому генераторы с параллельным возбуждением не боятся короткого замыкания. При коротком замыкании они как бы сами выключают­ся из аварийного режима.

Регулировочная характеристика генератора (рисунок 2.17, в) представляет графическое выражение зависимости тока возбужде­ния от тока нагрузки Iв =f(Iн) при сохранении постоянного напря­жения на полюсах генератора (U=const).

Из участка аb внешней характеристики генератора (рисунок 2.17, б) видно, что при увеличении нагрузки и росте нагрузочного тока напряжение на полюсах генератора надает. Для сохранения посто­янного напряжения необходимо увеличить ЭДС генератора при прежней частоте вращения якоря. Это. можно осуществить путем увеличения тока в цепи возбуждения. Следовательно, для сохра­нения постоянного напряжения на полюсах машины при увеличе­нии нагрузочного тока необходимо увеличить ток в цепи возбуждения.

Раздел 3 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Тема 3.1 Основы электропривода

Лекция 9

План:

1 Понятие об электроприводе

2 Виды  электроприводов

3 Режимы работы электроприводов

4 Нагревание  и охлаждение электродвигателей

1 Понятие об электроприводе

Электроприводом называют электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов ма­шины или исполнительного механизма.

Для выполнения своей основной функции - приведения в движе­ние исполнительных органов рабочих машин и механизмов и уп­равления этим движением - ЭП включает в себя совокупность взаи­мосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехни­ческих, электромеханических и механических элементов и устройств. Такая электромеханическая система и получила название электри­ческого привода. Общая структурная схема ЭП приведена на рисунке 3.1, где утолщенными линиями показаны силовые каналы энер­гии, а тонкими линиями - маломощные (информационные) цепи.

Основным элементом любого электропривода 6 служит элект­рический двигатель 1, который вырабатывает механическую энер­гию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии, т. е. являет­ся электромеханическим преобразователем энергии. В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное пре­образование энергии, получая механическую энергию от исполни­тельного органа рабочей машины.

От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9 (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего тот совершает требуемое механическое движение. Функция пе­редаточного устройства заключается в согласовании параметров движения электродвигателя и исполнительного органа. Прогрессивным направлени­ем развития ЭП является использова­ние непосредственного соединения электродвигателя с исполнительным органом, что позволяет повысить тех­нико-экономические показатели рабо­ты комплекса «электропривод - рабо­чая машина».

Электрическая энергия поступает в ЭП от источника  электроэнергии 3.

Рисунок 3.1 - Структурная схема электропривода

Для получения электроэнергии с требуемыми для электродвигателя параметрами и управления потоком этой энергии между двигателем и источником электроэнергии включается силовой преобразователь 2.

Функции управления и автоматизации в ЭП осуществляются маломощным блоком управления 4. Этот блок вырабатывает сигнал управления Uу с помощью входного сигнала Uз, задающего характер движения исполнительного органа, и ряда дополнительных сигналов, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей машины, характере движения исполнительного органа, работе отдельных узлов ЭП, возникновении аварийных ситуаций и др. Преобразователь 2 вместе с блоком  управления 4 образуют систему управления электроприводом 5.

2 Виды  электроприводов

По структуре схемы передачи энергии от электросети к рабо­чим органам машин различают три основных типа электроприво­да: групповой, одиночный, многодвигательный.

Групповой (трансмиссионный) электропривод — электропривод, в котором одним электродвигателем приводится в действие несколько рабочих машин, В со­временном производстве групповой электропривод имеет ограниченное применение, что объясняется его недостат­ками: громоздкостью передающих устройств, невозмож­ностью автоматизации, сложностью управления каждой из рабочих машин, входящих в групповой электро­привод, одновременное прекращение работы всей группы рабо­чих машин при повреждениях в электрической части привода и др.

Рисунок 3.2 - Структурная схема группового электропривода

Одиночный электропривод — электропривод, в кото­ром каждая рабочая машина приводится отдельным двигателем. В настоящее время одиночный электропри­вод — основной вид электропривода для большинства рабочих машин: конвейера (транспортера), насоса, компрессора, подъемный кран и др. При применении одиночного привода можно выбрать для рабочей машины электродвигатель, соответствую­щий требованиям различных производственных процессов.

Рисунок 3.2 - Структурная схема одиночного электропривода

Многодвигательный электропривод — электропривод, в котором отдельные элементы рабочей машины имеют самостоятельный электропривод. Этот вид электроприво­да используют в сложных механических устройствах (прокатные станы, крупные станки и т. п.). Многодви­гательный привод позволяет упростить механическую часть рабочей машины, исключив из нее части элементов, предназначенные для передачи движения. Примером многодвигательного привода может служить экскава­тор ЭКГ-4, имеющий четыре электродвигателя: первый — для подъема груза, второй — для напора на грунт, третий — для пово­рота и четвертый — для передвижения. Многодвигательный при­вод позволяет выбрать электродвигатель для каждого рабочего органа машины с необходимыми механическими характеристиками.

Рисунок 3.3 - Структурная схема многодвигательного электропривода

По роду защиты выпускают электродвигатели следующих типов:

- открытые, у которых все вращающиеся и токоведущие части не имеют специальных защитных приспособлений; для общего применения открытые электродвигатели не изготовляются;

- защищенные электродвигатели, у которых все вращающиеся и токоведущие части предохранены от случайных прикосновений, от попадания внутрь посторонних предметов, капель воды, пада­ющих отвесно, или брызг. Этот вид машин не защищен от пыли и вредных газов. Электродвигатели, имеющие защиту от капель, на­зываются  каплезащищенными, а от брызг — брызгозащищенными. Защищенные электродвигатели нельзя устанавливать в пожа­роопасных, взрывоопасных помещениях и в помещениях с едки­ми парами и газами;

- закрытые электродвигатели, у которых имеются отверстия лишь для ввода проводов и для болтов, скрепляющих детали машины. Закрытые машины подразделяются на обычные, обдуваемые, про­дуваемые (с закрытой вентиляцией) и герметические. В обдувае­мых электродвигателях охлаждающий воздух засасывается венти­лятором и прогоняется через корпус машины. У машин с закры­той вентиляцией охлаждающий воздух подводится через трубы. Закрытые электродвигатели могут быть установлены на открытом воздухе вне зданий, в пыльных и пожароопасных помещениях;

- электродвигатели взрывозащищенные выпускаются в нескольких исполнениях: взрывонепроницаемые В1А, В2Б, ВЗГ и повышен­ной надежности Н1А, предназначенные для работы во взрывоо­пасных помещениях соответствующих классов.

3 Режимы работы электроприводов

По условиям нагрева электродвигателей различают три основ­ных режима их работы: длительный; кратковременный; повторно-кратковременный.

Рисунок 3.4 - Режимы работы двигателей:

1 - продолжительный, 2 - кратковременный, 3 - повторнократковременный

Продолжительным (длительным) режимом работы называют режим (рисунок 3.4 -1), при котором все части электродвигателя за время работы достигают установив­шейся температуры. В начале нагрева электродвигателя (после вклю­чения его в работу) лишь часть тепла, выделяющегося в нем за счет потерь электроэнергии, отдается в окружающую среду. Ос­тальная часть аккумулируется (запасается) внутри электродвига­теля и вызывает повышение его температуры, с ростом которой увеличивается отдача тепла в окружающую среду. Увеличение тем­пературы прекращается, когда все выделяющееся в двигателе теп­ло отдается окружающей среде.

Примером длительного режима работы может служить режим работы электродвигателей центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров и транспортеров.

Кратковременным режимом работы называют режим (рисунок 3.4 – 2), при кото­ром длительность рабочего периода недостаточна для того, чтобы температура электродвигателя достигла установившегося значения. Последующая затем остановка (пауза) электродвигателя настоль­ко продолжительна, что он успевает охладиться до температуры окружающей среды. Для кратковременного режима работы уста­новлены следующие стандартные длительности рабочего периода: 15, 30, 60 и 90 мин. На щитках электродвигателя, предназначенно­го для работы в таком режиме, указывается, на какую стандарт­ную длительность рабочего периода данная машина рассчитана.

В кратковременном режиме работает, например, электродвига­тель механизма подъема стрелы одноковшового экскаватора.

Повторно-кратковременным режимом работы называют режим (рисунок 3.4 -3), при котором за время рабочего периода электродвигатель не успе­вает достигнуть установившейся температуры, а за время последу­ющей паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Повторно-кратковременный режим характеризуется вели­чиной относительной продолжительности включения (ПВ), под которой понимается отношение времени работы к общей продол­жительности всего цикла, включающего кроме времени работы также и паузу:

ПВ=,  (3.1)

где tp — продолжительность рабочего периода;

  t0 — продолжитель­ность паузы.

Установлены стандартные значения относительной ПВ: 15, 25, 40 и 60%, причем ПВ, равная 25%, принимается за номинальную. Продолжительность одного цикла не должна пре­вышать 10 мин. Если продолжительность цикла превышает 10 мин, то режим работы электродвигателя считается длительным.

Повторно-кратковременный режим работы весьма распростра­нен для электропривода строительных машин, в таком режиме ра­ботают одноковшовые экскаваторы, различные краны, подъем­ники и другие машины.

4 Нагревание  и охлаждение электродвигателей

Теряемая в электродвигателе энергия идет на нагрев его час­тей. С момента пуска электродвигателя температура нагрева его постепенно повышается и достигает установившегося состояния, когда количество тепла, выделяемое электродвигателем в едини­цу времени, в тот же промежуток времени отдается в окружаю­щую среду. Допустимая нагрузка электродвигателей определяется нагревом его обмоток, нормы нагрева которых зависят от рода изоляции. Изоляционные материалы, применяемые в электрома­шиностроении, разделяются по теплостойкости на следующие классы изоляции:

Класс 0 — непропитанные волокнистые материалы из целлю­лозы и шелка.

Класс А — пропитанные волокнистые материалы из целлюло­зы и шелка.

Класс В — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолок­на, применяемые с органическими связующими и пропитываю­щими составами.

Класс Е — синтетические органические пленки.

Класс Р — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолок­на, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами.

Класс Н — материалы на основе слюды, асбеста и стеклово­локна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими свя­зующими и пропитывающими составами.

Класс С — слюда, керамические материалы, стекло, кварц, при­меняемые без связующих составов.

Наибольшая допустимая температура нагрева (°С) для изоля­ции класса А — 105; класса В — 130; класса Р — 155; класса Н — 180; класса С — более 180.

Понижение температуры у электродвигателей с вентиляцией при холостой работе происходит интенсивнее, чем при полной остановке, так как для охлаждения внутренних частей при их вра­щении создаются более благоприятные условия.

По роду защиты выпускают электродвигатели следующих типов:

открытые, у которых все вращающиеся и токоведущие части не имеют специальных защитных приспособлений; для общего применения открытые электродвигатели не изготовляются;

защищенные электродвигатели, у которых все вращающиеся и токоведущие части предохранены от случайных прикосновений, от попадания внутрь посторонних предметов, капель воды, пада­ющих отвесно, или брызг. Этот вид машин не защищен от пыли и вредных газов. Электродвигатели, имеющие защиту от капель, на­зываются каплезащищенными, а от брызг — брызгозащищенными. Защищенные электродвигатели нельзя устанавливать в пожа­роопасных, взрывоопасных помещениях и в помещениях с едки­ми парами и газами;

закрытые электродвигатели, у которых имеются отверстия лишь для ввода проводов и для болтов, скрепляющих детали машины. Закрытые машины подразделяются на обычные, обдуваемые, про­дуваемые (с закрытой вентиляцией) и герметические. В обдувае­мых электродвигателях охлаждающий воздух засасывается венти­лятором и прогоняется через корпус машины. У машин с закры­той вентиляцией охлаждающий воздух подводится через трубы. Закрытые электродвигатели могут быть установлены на открытом воздухе вне зданий, в пыльных и пожароопасных помещениях;

электродвигатели взрывозащищенные. Выпускаются в нескольких исполнениях: взрывонепроницаемые В1А, В2Б, ВЗГ и повышен­ной надежности Н1А, предназначенные для работы во взрывоо­пасных помещениях соответствующих классов.

Лекция 10

План:

1 Общие сведения

2 Тепловая защита электроустановок

3 Автоматические воздушные выключатели

4 Контакторы

5 Реле

6 Магнитные пускатели

Тема 3.2 Аппаратура управления и защиты

1 Общие сведения

Для управления электротехническими устройствами необходимо большое число различных аппаратов. В за­висимости от назначения их можно разделить на две ос­новные группы: коммутационные аппараты (высоковольт­ные выключатели, разъединители, контакторы и др.) и защитные аппараты (автоматические воздушные выклю­чатели, плавкие предохранители, различные реле и раз­рядники для защиты от перенапряжений).

Для надежной работы электрических аппаратов весь­ма важны условия осуществления контактов. Последние могут быть жесткими (неразъемными), например, при­соединения к выводам машины или аппарата, скользя­щими — между неподвижными и подвижными токоведущими частями, коммутационными — в отключающих аппаратах. Последние работают в наиболее тяжелых ус­ловиях, особенно если они должны отключать токи ко­ротких замыканий.

Отключение электрической цепи обычно не может быть мгновенным. При разрыве цепи тока неизбежно возникновение большей или меньшей ЭДС самоиндук­ции; под действием этой ЭДС совместно с напряжением сети промежуток между расходящимися контактами про­бивается и возникает электрическая дуга. Высокая тем­пература последней может вызвать быстрое разрушение или сваривание контактов. Особенно опасно действие дуги в аппаратах высокого напряжения при отключениях то­ков короткого замыкания.

2 Тепловая защита электроустановок

Провода электрических линий и электротехнические устройства должны быть защищены от превышения температуры при коротких замыканиях и длительных перегрузках.

Коротким замыканием принято называть всякое не нормальное соединение через элементы с малым сопро­тивлением между проводами или другими токоведущими частями цепи. Причиной короткого замыкания мо­жет быть случайное соединение неизолированных токоведущих частей между собой (например, соединение двух проводов воздушной линии) или повреждение изо­ляции вследствие старения, износа, пробоя и т. п. При коротком замыкании резко увеличивается ток, тепловое действие которого может вызвать разрушение изоляции и пожар. Вместе с тем часто возникают опасные электро­динамические силы взаимодействия между проводами и сильное уменьшение напряжения в сети. Следствием пос­леднего являются снижение частоты вращения и даже остановка электродвигателей и т. д.

Простейшим способом отключения аварийных участков является использование теплового действия токов короткого замыкания в приборах защиты: предохранителе с плавкой вставкой. В предохранителе от­ключающим элементом служит плавкая вставка —  часть предохранителя, плавящаяся при увеличе­нии тока в защищаемой цепи свыше определенного значения. По существу это короткий участок защищае­мой цепи, относительно легко разрушаемый тепловым действием тока. Чтобы получить такую сниженную термическую стойкость, нужно увеличить сопротивление вставки, для чего ее изготовляют из материала с высоким удельным сопротивлением (например, сплава олова и свин­ца) или из хорошо проводящего металла (например, се­ребра, меди), но с малой площадью поперечного сечения. Плавление вставки не должно сопровождаться воз­никновением дуги в предохранителе вдоль размыкаемо­го участка. Следовательно, длина плавкой вставки долж­на быть выбрана с учетом напряжения питания. По этой причине на предохранителях кроме номинального тока, т. е. наибольшего тока, который он может выдержать сколь угодно долгое время, не разрушаясь, указывается также и номинальное напряжение. Номинальные токи предохранителей следует выбирать наименьшими по расчетным токам нагрузки соответству­ющих участков сети. При этом вставка не должна пла­виться при кратковременных перегрузках — пусковых токах электродвигателей и т. п.

Для защиты электротехнических установок от дли­тельных перегрузок используются тепловые реле на ос­нове биметаллических элементов, представляющих со­бой две механически скрепленные пластины из метал­лов с различными температурными коэффициентами расширения. На рисунке 3.5 показана принципиальная схема устройства теплового реле. Нагреватель 2, вклю­ченный в защищаемую цепь, своим теплом воздейству­ет на биметаллический элемент 1. При перегрузке в за­щищаемой цепи обе пластины биметаллического элемен­та, нагреваясь, удлиняются. Но одна из них удлиняется больше, вследствие чего биметаллическая пластина из­гибается вверх и выходит из зацепления с защелкой 3. Последняя под действием пружины 4 поворачивается вокруг оси 5 по направлению движения часовой стрелки и посредством тяги 6 размыкает контакты 7, отклю­чая перегруженную сеть.

Рисунок 3.5 – Схема теплового реле

Однако тепловое реле из-за значительной тепловой инерции не обеспечивает защиту от токов короткого за­мыкания. Поэтому дополнительно к тепловому реле не­обходим предохранитель с плавкой вставкой.

3 Автоматические воздушные выключатели

Предохранители с плавкой вставкой хорошо защища­ют электродвигатели и прочие промышленные электро­установки от токов короткого замыкания и недостаточно надежно от длительных перегрузок. Поэтому в цепях электротехнических установок большой мощности кроме предохранителей с плавкой вставкой устанавливается автоматическая защита.

Простейшими устройствами для автоматической за­щиты от повреждений при нарушении номинального ра­бочего режима в установках с рабочим напряжением до 1 кВ являются автоматические воздушные выключатели, часто на­зываемые просто «автоматами». Эти аппараты могут за­щищать установку не только при перегрузке. Они производят отключение цепей автоматически при нарушении нормальных рабочих условий, причем в за­висимости от типа автоматического выключателя это от­ключение производится, если определенная электричес­кая величина переходит установленное предельное зна­чение (максимальные и минимальные выключатели).. Кроме того, существует большое число автоматических выключателей специаль­ного назначения.

Наиболее распространенным автоматическим воздуш­ным выключателем является выключатель максимально­го тока (рисунок 3.6). Если ток в защищаемой цепи дости­гает предельного значения, катушка К втягивает сталь­ной сердечник С и защелка 3 освобождает пружину П: последняя разрывает контакты А цепи. Конструктивные оформления этих выключателей весьма разнообразны. Автоматические выключатели максимального тока при­меняются и в осветительных сетях жилых помещений вместо предохранителей с плавкой вставкой. Обратное включение выключателя производится вручную. Точность настройки выключателя на определенный предельный ток несравненно выше, чем при защите предохранителями с плавкими вставками, и в этом заключается одно из важ­нейших его преимуществ.

Рисунок 3.6 – Принципиальная схема автоматического выключателя

Чтобы избежать отключения установки при кратков­ременном увеличении тока, не опасном для установки (например, пускового тока двигателя), выключатели иног­да имеют устройство выдержки времени (приспособле­ние, которое обеспечивает определенный промежуток времени между воздействием тока на выключатель и моментом отключения цепи

4 Контакторы

Контакторы предназначены для частых включений и от­ключений, позволяющие включать электриче­скую цепь до 1500 раз в час. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 1000 А. Контакторы не защищают от коротких замыканий и пере­грузок и поэтому должны работать совместно с плавкими предохранителями или другими устройствами защиты.

На рисунке 3.7 показана схема работы трехполюсного контактора переменного тока. Эти контакторы изготов­ляются с числом полюсов от 1 до 5, на токи 20—600 А. Время их срабатывания, в зависимости от величины кон­тактора, лежит в продолах 0,05—0,1 сек.

На изолированной оси квадратного сечения 1, под­шипники которой для простоты не показаны, установлены подвижные рабочие контакты 2, якорь электромагнита 3 и траверса 4, для так называемых блок-контактов (блоки­ровочных контактов). На изолированной плите укреплены неподвижные рабочие контакты 6, блок-контакты 5 и ярмо 7 с обмоткой возбуждения электромагнита 8.

В положении, представленном на рисунке 3.7, рабочие контакты разомкнуты и тока в главной цепи Л1, Л2, Л3 нет. Если в катушке 8 появится ток, то якорь 3 будет притянут к ярму 7, ось 1 повернется, рабочие контакты 2 и 6 и верхние блок-контакты 5 замкнутся, а нижние блок-контакты 5 разомкнутся. По этому признаку рабочие контакты и верхние блок-контакты называются замыкающими, а нижние — размыкающими. 

В цепи управления показаны две кнопки, включающая «пуск» П и отключающая «стоп» СТ. Конгакты кнопок при помощи пружин удерживаются в поло­жениях, показанных на рисунке 3.7, т. е. соответственно в разомкнутом и замкнутом. Кнопки ставятся в месте, удоб­ном для управления, независимо от расположения контак­тора и двигателя.

Пуск производится следующим образом. При замыкании кнопки П, ток идет от провода Л1, через кнопки П и СТ в обмотку электромагнита 8 и к проводу Л3. Якорь притягивается и поворачивает ось 1, при этом одновременно замыкаются рабочие контакты 2  и 6 и верхние блок-контакты 5; последние шунтируют кнопку П и позволяют отпустить ее.

Рисунок 3.7 – Схема трехполюсного контактора

Для выключения двигателя достаточно разомкнуть цепь управления, нажав кнопку СТ, и контакты отпадут  под влиянием собственного веса устройства.

5 Реле

Реле  называется такой элемент в цепи управления, который при достижении определенного значения управляемой величины (например, тока) срабатывает мгновенно (скачком). Такими аппаратами в рабочих цепях являются автоматы и контакторы, но реле ставятся в цепях управления  где токи малы,  и реле могут быть выполнены во много раз  более чувствительными, чем  автоматы и контакторы.

Реле предназначаются для за­щиты и управления, работают на переменном токе или постоянном, срабатывают мгновенно или с выдержкой времени и называются в этом случае реле времени. По системе исполнения они делятся на электромагнитные, индукционные, электродинамические, тепло-кые, электронные, механические и др.

Электромагнитное реле переменного тока показано на рисунке 3.8. На сердечнике 1 из листовой элект­ротехнической стали помещена обмотка 2, обтекаемая током управляемой цепи. В положении, показанном на рисунке, якорь 3, удерживается силой пружины 4 и собственным весом. Когда ток  I

Рисунок 3.8 – Схема электромагнитного реле

достигает величины I1, якорь притягивается к сердечнику и замыкает контакты 5 цепи управления. В замкнутом состоянии он удержи­вается до тех пор, пока ток I не уменьшится до величины I1; якорь отпадает и контакты 5 размыкают­ся. На раздвоенном конце сердеч­ника электромагнита надето кольцо 6 для устранения вибраций реле.

6 Магнитные пускатели

Магнитными пускателями  называются устройства,  служащие для  пуска  асинхронных  короткозамкнутых двигателей, включаемых при полном напряже­нии сети. Они защищают двигатели при перегрузке и понижении напряжения. Для защиты от коротких замыканий ставятся предохранители.

Магнитный пускатель состоит из трехполюсного контактора, токовых, т. е. защищающих дви­гатель от перегрузки током тепловых реле и блокиро­вочных контактов, встроенных в общий ящик. Кнопки управления ставятся отдельно, обычно у производствен­ной машины. Если требуется изменять направление вра­щения двигателя, то магнитный пускатель должен содер­жать два контактора: для хода «вперед» и «назад».

Раздел 4 Электрическое оборудование строительных площадок

Лекция 11

План:

1 Виды электрической сварки

2 Основные требования к источникам питания сварочной дуги

3 Сварочные преобразователи постоянного тока

4 Сварочные аппараты переменного тока

5 Электробезопасность сварочных работ

Тема 4.1 Электрооборудование сварочных установок

1 Виды электрической сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемного соедине­ния материалов путем местного нагрева свариваемых кромок дета­лей до пластического или расплавленного состояния.

Современная сварочная техника располагает большим разно­образием способов сварки. Наибольшее распространение получила электрическая дуговая сварка, при которой местный нагрев сва­риваемых кромок осуществляется теплом электрической дуги.

Электродуговая сварка, при которой расплавление ме­талла свариваемых кромок деталей и электрода (или присадочно­го металла) производится за счет тепла, выделяемого электри­ческой дугой, выполняется вручную, полуавтоматически и авто­матически.

Ручная дуговая сварка может производиться двумя способами: способом Бенардоса и способом Славянова.

Сварка способом Бенардоса Свариваемые кромки изделия приводят в соприкос­новение. Между неплавящимся электродом (угольным, графито­вым или вольфрамовым) и изделием возбуждают электрическую дугу. Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный мате­риал нагревают до плавления и получают ванночку расплавленно­го металла. После затвердевания ванночки образуется сварной шов. Данный способ используется, как правило, при сварке цветных металлов или их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов.

Сварку способом Славянова выполняют с помощью плавящегося электрода. Электрическая дуга возбуждается между ме­таллическим (плавящимся) электродом и свариваемыми кромка­ми изделия. Получается общая ванна расплавленного металла, ко­торая, охлаждаясь, образует сварной шов.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом осу­ществляется путем механизации основных движений, выполняе­мых сварщиком, — подачи электрода вдоль его оси в зону дуги и перемещения его вдоль свариваемого шва.

При полуавтоматической сварке механизирована подача электро­да вдоль его оси в зону дуги, а перемещение электрода вдоль сварива­емого шва производит сварщик вручную. При автоматической сварке механизированы все операции, необходимые для процесса сварки.

Расплавленный металл защищен от воздействия кислорода и азота воздуха специальным гранулированным флюсом. Высокая произво­дительность и хорошее качество швов обеспечили широкое приме­нение автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом.

Электрическая контактная сварка производится при помощи тепла, выделяемого током при прохождении через свариваемые кромки изделия. При этом в месте соприкосновения кромок выде­ляется наибольшее количество тепла, разогревающее их до сва­рочного состояния. Завершается сварка последующим сдавливани­ем свариваемых кромок.

2 Основные требования к источникам питания сварочной дуги

Электродуговая сварка начинается с короткого замыкания сва­рочной цепи — контакта между электродом и деталью. При этом происходит выделение теплоты и быстрое разогревание места кон­такта. Эта начальная стадия требует повышенного напряжения сва­рочного тока.

В процессе сварки при переходе капель электродного метал­ла в сварочную ванну происходят очень частые короткие замы­кания сварочной цепи. Вместе с этим изменяется длина сва­рочной дуги. При каждом коротком замыкании напряжение тока падает до нулевого значения. Для последующего восстановле­ния дуги необходимо напряжение порядка 25...30 В. Такое на­пряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 с, чтобы поддержать горение дуги в период между короткими за­мыканиями.

При коротких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока. Эти условия процесса сварки в основном и определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги. Для обес­печения устойчивого процесса сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:

1.  Напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать нормы техники безопасности. Для однопостовых сварочных гене­раторов напряжение холостого хода не должно быть более 80 В, а для многопостовых — не более 60 В. Для сварочных трансформато­ров установлено наибольшее допустимое напряжение 70 В при сва­рочной силе тока более 200 А и напряжение 100 В при сварочной силе тока менее 100 А.

2.  Напряжение горения дуги (рабочее напряжение) должно бы­стро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги, обеспечивая устойчивое горение сварочной дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьше­нием — быстро падать. Время восстановления рабочего напряже­ния от 0 до 30 В после каждого короткого замыкания (при капель­ном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 с.

3.  Значение силы тока короткого замыкания не должно превы­шать сварочное значение силы тока более чем на 40...50%. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные корот­кие замыкания сварочной цепи. Это условие необходимо для пре­дохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения.

4.  Мощность источника тока должна быть достаточной для вы­полнения сварочных работ.

Кроме того, необходимы устройства, позволяющие регулиро­вать значение сварочной силы тока в требуемых пределах. Свароч­ное оборудование должно отвечать требованиям ГОСТов.

3 Сварочные преобразователи постоянного тока

Сварочные преобразователи постоянного тока подразделяют на следующие группы:

По количеству питаемых постов — однопостовые, предназна­ченные для питания одной сварочной дуги; многопостовые, пита­ющие одновременно несколько сварочных дуг.

По способу установки — стационарные, устанавливаемые не­подвижно на фундаментах; передвижные, монтируемые на тележ­ках.

По роду двигателей, приводящих генератор во вращение, — ма­шины с электрическим приводом; машины с двигателем внутрен­него сгорания (бензиновым или дизельным).

По способу выполнения — однокорпусные, в которых генератор и двигатель вмонтированы в единый корпус; раздельные, в кото­рых генератор и двигатель установлены на единой раме, а привод осуществляется через специальную соединительную муфту.

Наибольшее распространение в строительстве получили одно-постовые генераторы с расщепленными полюсами, работающие по принципу использования магнитного потока якоря для получе­ния падающей внешней характеристики.

На рисунке 4.1 показана схема сварочного генератора такого типа. Генератор имеет четыре основных и два дополнительных полюса. При этом одноименные основные полюсы расположены рядом, составляя как бы один раздвоенный полюс. Обмотки возбуждения имеют две секции: нерегулируемую 2 и регулируемую 1. Нерегулируемая обмотка расположена на всех че­тырех основных полюсах, а регулируемая помещена только на по­перечных полюсах генератора. В цепь регулируемой обмотки возбуждения включен реостат 3. На дополнительных полюсах располо­жена сериесная обмотка 4. По ней­тральной линии симметрии меж­ду разноименными полюсами на коллекторе генератора расположе­ны основные щетки а и б, к кото­рым подключается сварочная цепь. Дополнительная щетка служит для питания обмоток возбуждения. Грубое регулирование производит­ся смещением щеточной травер­сы, на которой расположены все три щетки генератора. Если сдви­гать щетки по направлению вра­щения якоря, то размагничиваю­щее действие потока якоря увели­чивается и величина

Рисунок 4.1. Схема генератора с расщепленными обмотками:

1,2— соответственно регулируемая и нерегулируемая обмотки возбуждения;

3 — реостат; 4 — сериесная обмотка; а, б, с — щетки

сварочной силы тока уменьшается. При об­ратном сдвиге размагничивающее действие уменьшается и сварочная сила тока увеличивается. Более плавное и точное регулирование силы тока производят реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. Увеличивая или умень­шая реостатом силу тока возбуждения в обмотке поперечных по­люсов, изменяют магнитный поток, тем самым изменяются напряжение тока генератора и величина сварочного тока.

Кроме генераторов с размагничивающим действием реакции якоря применяют сварочные генераторы, у которых падающая вне­шняя характеристика и ограничение величины силы тока коротко­го замыкания обеспечивается размагничивающим действием пос­ледовательной обмотки возбуждения, включенной в сварочную цепь. Принципиальная схема такого генератора представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2. Сварочный генератор с размагничивающим действием

реакции якоря: 1 — обмотка возбуждения; 2 — раз­магничивающая  обмотка;  а,  б, с — щетки

Генератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения 1 и размаг­ничивающую обмотку 2. Обмотка возбуждения питается либо от основной и дополнительной щеток (а и с), либо от специального источника тока с постоянным напряжением. Поэтому магнитный поток, создаваемый этой обмоткой, постоянный и не зависит от нагрузки генератора. Размагничивающая обмотка включена пос­ледовательно с обмоткой якоря так, что при горении дуги свароч­ный ток, проходя через обмотку, создает магнитный поток Фп, направленный против потока Фв.

В последнее время большое применение в сварочном производ­стве получили выпрямительные сварочные установки. Они преоб­разуют переменный ток в постоянный при помощи селеновых, германиевых или кремниевых выпрямителей.

Выпрямительные установки имеют более высокий КПД. Кро­ме того, следует отметить такие важные преимущества их, как отсутствие вращающихся частей, малую массу, небольшие габа­риты и дешевизна. Важным преимуществом являются также их высокие динамические свойства вследствие меньшей электромаг­нитной инерции. Сила тока и напряжение при изменении режи­ма работы сварочной цепи изменяются практически мгновенно. Используемая трехфазная мостовая система выпрямления обес­печивает меньшую пульсацию выпрямленного тока и более рав­номерную нагрузку фаз силовой сети переменного тока.

4 Сварочные аппараты переменного тока

Применяемые на заводах и на строительно-монтажных площад­ках сварочные аппараты переменного тока подразделяют на четы­ре основные группы:

1. С отдельным дросселем типа СТЭ.

2. Со встроенным дросселем типа СТН и ТСД.

3. С подвижным магнитным шунтом типа СТАН.

4.  С увеличенным магнитным рассеянием и подвижной обмот­кой типа ТС и ТСК.

Эти группы отличаются по конструкции и по электрической схеме. Сварочные аппараты состоят из понижающего трансформа­тора и специального устройства. Трансформатор обеспечивает пи­тание дуги переменным током напряжением 60...70 В, а специ­альное устройство служит для создания падающей внешней харак­теристики и регулирования величины сварочного тока.

5 Электробезопасность сварочных работ

При исправном состоянии оборудования и правильном выполнении сварочных работ возможность поражения током исключается. Однако в прак­тике поражения электрическим током происходят вследствие не­исправности сварочного оборудования или сети заземления, не­правильного подключения сварочного оборудования к сети, не­правильного ведения сварочных работ.

В этих случаях поражение от электрического тока происходит при прикосновении к токонесущим частям электропроводки и сварочной аппаратуры. Величина силы тока, проходящей через орга­низм человека, зависит от его электрического сопротивления. Это сопротивление определяется не только условиями труда, но и со­стоянием здоровья человека. Опасность поражения сварщика и под­собных рабочих током особенно велика при сварке крупногаба­ритных резервуаров, во время работы внутри емкостей лежа или полулежа на металлических частях свариваемого изделия или при выполнении наружных работ в сырую погоду, в сырых помещени­ях, котлованах, колодцах и др.

Поэтому сварочные работы должны выполняться при соблюде­нии основных условий безопасности труда. Корпус сварочного аг­регата или трансформатора должен быть заземлен. Заземление осуществляется, как правило, с помощью медного провода, один конец которого закрепляется к корпусу сварочного генератора или трансформатора к специальному болту с надписью «земля», а вто­рой конец присоединяется к заземляющей шине. Заземление пере­движных сварочных аппаратов и генераторов производится до их включения в силовую сеть, а снятие заземления — только после отключения от силовой сети. При наружных работах сварочные аг­регаты и трансформаторы должны находиться под навесом, в па­латке или в будке для предохранения от дождя и снега. При невоз­можности соблюдения таких условий сварочные работы во время дождя или снегопада не производят, а сварочную аппаратуру ук­рывают от воздействия влаги.

Для подключения сварочных аппаратов к сети должны исполь­зоваться настенные ящики с рубильниками, предохранителями и зажимами. Длина проводов сетевого напряжения не должна пре­вышать 10 м. При необходимости нарастить провод применяют со­единительную муфту с прочной изоляционной массой или провод с электроизолирующей оболочкой. Провод подвешивается на вы­соте 2,5...3,5 м. Спуски следует заключать в металлические трубы. Вводы и выводы должны иметь втулки или воронки, предохраня­ющие провода от перегибов, а изоляцию от порчи. Все сварочные провода должны иметь исправную изоляцию и соответствовать применяемым токам. Например, для сварочной цепи при свароч­ной силе тока 100 А необходимо применять провода марки ПР или ПРГ сечением не менее 10 мм2, при силе тока до 300 А сечение должно быть не менее 50 мм2, а при силе тока 600 А — 100 мм2. Применение оголенных проводов и проводов с ветхой и растре­панной изоляцией запрещается. При работах внутри резервуара или при сварке сложной металлической конструкции к сварщику на­значают дежурного наблюдателя, который должен обеспечить бе­зопасность работ и при необходимости оказать первую помощь.

Тема 4.2 Электрифицированные ручные инструменты

Лекция 13

План:

1 Виды электрифицированных машин

2 Классы изоляции

3 Конструкции электроинструментов

4 Эксплуатация, ремонт и испытание ручных электрических машин

Тема 4.3 Электрифицированные ручные машины и электроинструмент

1 Виды электрифицированных машин

В строительном производстве применяются разнообразные механизмы и ручные машины, оснащенные электроприводом. Одной и той же машиной при применении различных стандартных или специальных рабочих инструментов либо специализированных насадок можно выполнять различные технологические операции и обрабатывать различные материалы, поэтому электрические машины сгруппированы по основному (паспортному) назначению, соответствующему названию машины:

    сверлильные машины; шлифовальные машины; машины для распиловки древесины; гайковерты и шуруповерты; машины ударного действия; вибраторы.

Ручные электрические машины приводятся в движение электродвигателем или электромагнитом, составляющими с машиной единое целое. В качестве двигателей применяются:

асинхронные трехфазные электрические машины с короткозамкнутым ротором, нормальной и повышенной частотой тока;

асинхронные однофазные электрические машины с короткозамкнутым ротором, нормальной и повышенной частотой тока;

обращенные (т. е. вращается статор, а ротор закреплен непод­вижно) асинхронные трехфазные электрические машины с короткозамкнутым ротором, нормальной и повышенной частотой тока;

универсальные коллекторные электрические машины;

электрические машины возвратно-поступательного движения (электромагнитные).

В средствах малой механизации, как правило, использованы электродвигатели, специально изготовленные для них на напря­жение 36 или 220 В. В передвижных машинах используют также двигатели общего назначения на напряжение 380/220 В.

2 Классы изоляции

Ручные машины выпускают трех классов исполнения по на­пряжению и изоляции:

I  класс — на номинальное напряжение 220 В, у которых хотя бы одна металлическая деталь, доступная для прикосновения, от­делена от частей, находящихся под напряжением только рабочей изоляцией;

II  класс — на номинальное напряжение 220 В, у которых все металлические детали, доступные для прикосновения, отделены от частей, находящихся под напряжением, двойной или усилен­ной изоляцией;

III  класс — на номинальное напряжение 36 В.

Машины I класса опасны в отношении поражения оператора элек­трическим током. При работе их необходимо надежно заземлять, ис­пользовать резиновые коврики и диэлектрические перчатки, но даже при этом в строительных условиях их не везде разрешается эксплуа­тировать. Полная электробезопасность работы с машинами I класса может быть обеспечена только при подключении их к сети через защитно-отключающее устройство, которое гарантирует отключение машины от сети в случае утечки тока и короткого замыкания обмо­ток двигателя. Время срабатывания защиты не более 0,05 с.

Машины II класса (с двой­ной изоляцией) — наиболее прогрессивны, так как они могут питаться от осветитель­ной сети, их не нужно зазем­лять, и при этом обеспечи­вается полная электробезо­пасность работы при соблю­дении правил эксплуатации. Двойная изоляция машин осуществляется двумя основ­ными способами:

статор (индуктор с катуш­ками) двигателя, щеточный механизм, выключатель и все токопроводящие (соеди­нительные) провода разме­щены в корпусе и рукоятке из изоляционного материа­ла (высокопрочная пластмасса), а вал ротора (якоря) имеет электроизоляционную втулку, изолирующую его от ротора (якоря) и коллектора (рис. 4.5);

статор (индуктор с катушками) двигателя, щеточный механизм и все токопроводящие (соединительные) провода размещены в пластмассовом или алюминиевом корпусе, который монтируют в корпусе из пластмассы. К корпусу крепится рукоятка, в которой установлен электровыключатель и закреплен токопроводящий ка­бель (как вариант пластмассовая втулка может быть помещена между статором и наружным металлическим корпусом). Вал дви­гателя не имеет промежуточной изоляционной втулки, вместо втулки второй изоляцией служит ведомая шестерня из электро­изоляционного материала (пластмасса, текстолит). Шестерня мо­жет иметь только ступицу из электроизоляционного материала, а венец — стальной.

Машины II класса (с двойной изоляцией) на корпусе или на заводском щитке имеют специальный знак (рисунок 4.5).

Машины III класса в работе безопасны и должны получать пита­ние от автономных источников тока или от сети через трансфор­маторы или преобразователи частоты тока, если в машине встроен двигатель повышенной частоты тока.

3 Конструкции электроинструментов

Рисунок 4.5 - Электрическая сверлильная машина:

1 — шпиндель; 2 — металлический корпус редуктора; 3 — редуктор; 4 — изоляционная шестерня; 5 — вал; 6 — промежуточный пла­стмассовый щит; 7 — пластмассовый венти­лятор; 8 — якорь; 9 — пластмассовый наруж­ный корпус; 10 — колпачок щеткодержателя; 11 — выключатель; 12 — токопроводящий ка­бель; 13 — защитная гибкая трубка; 14 — ус­ловное обозначение на корпусе машин с двой­ной изоляцией

Существуют различные конструкции сверлилок, электропил, электрорубанков, электрошлифовальных машин, электромагнитныхперфораторов и иных электрифицированных ручных инстру­ментов, но силовое электрооборудование их всегда строится на основе только вращательных электродвигателей, либо на базе только возвратно-поступательных двигательных устройств, либо представ­ляет собой комбинированный электромеханизм с вращающимся ударным элементом возвратно-поступательного действия.

Примером ручного элект­роинструмента, который применяется в качестве электробура и электромолотка, служит электромагнитный перфоратор, напри­мер типа ИЭ-4709 Б (рисунок 4.6). Этот перфоратор подключается гиб­ким переносным проводом к сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц, потребляемая сила тока в номинальном режиме 3,2 А, мощ­ность потребления энергии 650 Вт.

Электрическая энергия сети по проводу 7 (рисунок 4.6, а) через кнопочный выключатель с самовозвратом 5 подается к электро­магнитному двигателю (ЭМД) возвратно-поступательного действия 4 и вращательному коллекторному электродвигателю, размещен­ному со своим редуктором в корпусе 9. Вращение и возвратно-поступательное движение передаются через буксу 3 на съемный рабочий орган 1. Направление бурения устанавливается основной ручкой 6, а защита электромеханизма перфоратора от его побоч­ных продуктов бурения выполняется резиновым фартуком 2. Заме­на электрощеток коллекторного узла двигателя производится че­рез отверстие 8. Перфоратор ИЭ-4709 Б имеет массу 9 кг при габа­ритных размерах 355 х 95 х 195 мм.

Рисунок 4.6 - Электромагнитный перфоратор (а) и его принципиальная

схема (б):

1 — рабочий орган; 2 — резиновый фартук; 3 — букса; 4 — двигатель; 5— выключатель с самовозвратом; б— ручка; 7— провод; 8— отверстие;  9 — корпус

после нажатия кнопки (А51 подается импульсное напряжение сети через диоды УО1 и УО2. При этом разнополярные полупериоды переменного тока в катушках L1 и L2 создают встречные магнит­ные поля, которые приводят к возвратно-поступательному движе­нию бойка ЭМД. Одновременно переменное синусоидальное на­пряжение сети создает вращение ротора коллекторного двигателя М, которое передается через специальное передаточное устрой­ство ударному механизму ЭМД. Конденсатор С служит фильтром для подавления электромагнитных радиопомех, создаваемых ра­ботой щеточно-коллекторного узла двигателя М.

Вибраторы  Вибраторами называют простейшие вибрационные машины, предназначенные для возбуждения механических коле­баний. Они представляют собой машины, преобразующие механи­ческую, электрическую или химическую энергию в механические колебания и передающие их материалам или устройствам. Колеба­ния характеризуют амплитудой А, т. е. наибольшим отклонением от среднего положения, измеряемым в миллиметрах, и частотой n, т. е. числом периодов колебаний в единицу времени, измеряемым числом колебаний в 1 с.

Эффективное уплотнение бетонной смеси вибрированием дости­гается лишь при определенных значениях амплитуды и частоты, при которых возникают ускорения, снижающие силы внутреннего тре­ния между частицами смеси настолько, что они начинают переме­щаться относительно друг друга под действием силы тяжести. Обыч­но применяют вибраторы с частотой колебаний n = 25...250 с-1 и амплитудой колебаний 0,1...3 мм (большие значения амплитуды для меньших значений частоты).

Классификация. По роду привода вибраторы подразделяют на электромеханические, электромагнитные, пневматические, гид­равлические и моторные, приводимые в действие двигателями внутреннего сгорания. Наибольшее распространение получили элек­тромеханические инерционные вибраторы с вращающимися не­уравновешенными грузами, закрепленными на валу ротора элект­родвигателя или на отдельном валу, получающем вращение от элек­тродвигателя через муфту или клиноременную передачу.

Поверхностные и наружные вибраторы. Наиболее широко при­меняют электромеханические вибраторы центробежного типа, у которых инерционный элемент в виде дебаланса или бегунка со­вершает вращательное движение и передает возникающую при этом центробежную вынуждающую силу на подшипники вала дебалан­са или опору бегунка.

Электромеханический дебалансный вибратор ИВ-70 (рисунке 4.7) состоит из корпуса, электродвигателя и дебалансного вибровозбу­дителя. В алюминиевом корпусе 1 с подшипниковыми щитами 4 расположен трехфазный асинхронный электродвигатель, к обмоткам статора 3 которого ток поступает через клеммную коробку 2, а ротор 5 укреплен на валу 6. Вал опирается на подшипники 7, а на консольных частях вала укреплены дебалансы 8, закрытые крыш­ками 9. Крышки стянуты шпильками 10 и плотно примыкают к корпусу, в нижней части которого находятся установочные лапы с отверстиями под болты крепления вибратора к корытообразно­му основанию, опалубке или другим элементам конструкции, че­рез которую колебания передаются частицам бетонной смеси.

Рисунок 4.7 - Электромеханический дебалансный одновальный вибратор

ИВ-70 с круговыми колебаниями:

а — общий вид; 6 — схема регулирования сдвоенного дебаланса; 1 — корпус; 2 — клеммная коробка; 3 — обмотка статора; 4 — щиты; 5 — ротор; 6 — вал; 7 — подшипник; 8— дебалансы; 9 — крышки; 10 — шпильки; 11 — установочные лапы

При поверхностном уплотнении бетонной смеси основание вибратора передает эффективные колебания на глубину до 20 см. Поверхностный вибратор, установленный на рейке, может слу­жить для разравнивания и поверхностного уплотнения бетонной смеси на большой площади. Вибратор, отсоединенный от рейки и основания, может быть использован в качестве наружного вибра­тора для сообщения колебаний опалубке, желобу, стенке бункера. Он имеет два сдвоенных дебаланса, которые представляют собой стальные цилиндрические детали, эксцентрично укрепленные на валу. Так как центр массы дебаланса смещен относительно оси вала, то при вращении вала и дебалансов возникает центробежная сила инерции, которая и сообщает вибратору вынужденные колебания. Частота колебаний равняется частоте вращения дебалансов, а ам­плитуда колебаний зависит от массы колеблющихся частей и статического момента массы дебалансов, под которой подразумевают произведение массы дебалансов на эксцентриситет массы, т. е. на расстояние от оси вращения до центра массы дебалансов.

Так как наружный дебаланс в каждой паре имеет четыре шпо­ночных паза, его можно установить под разными углами по отно­шению к внутреннему, изменяя общий эксцентриситет массы сдво­енного дебаланса. Когда оси дебалансов совпадают, эксцентриси­тет массы наибольший, а при увеличении угла эксцентриситет массы уменьшается, так как общий центр массы для раздвинутых дебалансов, лежит посередине линии, соединяющей центры мас­сы каждого дебаланса, и отстоит от оси вращения на меньшем расстоянии, ибо катет прямоугольного треугольника меньше ги­потенузы. Соответственно уменьшаются статический момент мас­сы дебалансов и вызываемая ими вынуждающая сила.

Вибратор ИВ-70 при частоте 2800 мин-1 и соответствующей ус­тановке наружных дебалансов генерирует вынуждающую силу, рав­ную 2;2,5;3,15 и 4 кН. Питание электродвигателя осуществляется от сети переменного трехфазного тока напряжением 220/380 В и часто­той 50 Гц. Мощность электродвигателя 0,4 кВт, масса вибратора 20 кг. При непосредственном обслуживании вибратора, например при по­верхностном уплотнении бетонной смеси, напряжение 220/380 В пред­ставляет большую опасность для обслуживающего персонала. В этом случае используют аналогичный по устройству вибратор ИВ-68, развивающий при частоте 1400 мин-1 вынуждающую силу в 5 кН и имеющий электродвигатель, который питается током напряжени­ем 36 В от понижающего трансформатора. Наружные вибраторы при­крепляют к опалубке, течкам, бункерам. Их электродвигатели пита­ются током непосредственно от сети напряжением 220/380 В и не требуют понижающих трансформаторов, что особенно удобно при использовании большого числа вибраторов.

Внутренние (глубинные) вибраторы применяют для уплотнения бетонной смеси при изготовлении крупных сборных строительных элементов, насыщенных арматурой, а также при сооружении мо­нолитных железобетонных конструкций. Их работа весьма эффек­тивна, так как корпус вибратора воздействует непосредственно на бетонную смесь. Внутренние вибраторы изготавливают с встроен­ным электродвигателем, который вращает дебалансный вал в кор­пусе, и с вынесенным электродвигателем, передающим вращение виброэлементу гибким валом.

4 Эксплуатация, ремонт и испытание ручных электрических машин

Правила техники безопасности эксплуатации электрических машин, а также ремонт и испытание после ремонта общие для всех видов машин и оборудования с электрическим приводом. Од­нако есть дополнительные требования, предъявляемые к ручным электрическим машинам, в особенности к машинам с двойной изоляцией (II класса):

ручные машины (вне рабочего времени) должны храниться в сухих отапливаемых помещениях;

должен быть организован учет рабочего времени;

при выдаче машины в работу ее необходимо осмотреть, прове­рить на холостом ходу четкость работы выключателя, а также ис­правность (сопротивление) изоляции мегомметром на 500 В при включенном выключателе;

запрещается выдавать в работу машину, а также необходимо прекратить работу в случаях обнаружения трещин на корпусных деталях и рукоятке; повреждения крышек щеткодержателя, нечет­кой работы выключателя; повреждения штепсельного соединения, кабеля или его защитной трубки; кругового огня на коллекторе; дыма или запаха, характерного для горящей изоляции;

запрещается работать в помещениях взрывоопасных или с хи­мически активной средой, разрушающей изоляцию, а также на открытых площадках во время выпадения осадков (дождь, снег);

оператор должен соблюдать предельно допустимую продолжи­тельность работы и не допускать перегрузок, сверх указанных в паспорте, а также не подвергать машину ударам. Следует иметь в виду, что при увеличении нагрузки (усилении подачи) сверх пас­портной на машину с асинхронным двигателем, имеющим «жест­кую» характеристику, он будет опрокидываться (останавливать­ся), что вызовет в конечном счете преждевременное сгорание об­мотки. Коллекторный двигатель имеет «мягкую» характеристику, поэтому он будет снижать обороты. При этом увеличивается по­требляемая мощность, в результате двигатель будет перегреваться сверх допустимой нормы, а производительность снизится, так как обороты шпинделя не будут оптимальными;

необходимо следить за температурой корпуса двигателя, кото­рая не должна превышать 60 0С (практически, если ладонь руки не выдерживает прикосновения к корпусу двигателя, то он перегрел­ся сверх нормы);

ежедневно после окончания работы машины нужно очищать от загрязнений, а при необходимости подтягивать крепежные детали.

При эксплуатации ручных машин с двойной изоляцией необ­ходимо помнить, что:

заземлять их нельзя;

применения индивидуальных средств защиты (резиновые ков­рики, диэлектрические перчатки) не требуется;

разрешается производить работы в помещениях и на открытых площадках с земляным, бетонным, асфальтовыми, металлическими, деревянными и другими полами, а также на металлоконст­рукциях, в котлах, трубах и т. п.;

машины можно использовать при температуре от — 35 0С до + 35 0С и относительной влажности до 90% при температуре +20 0С;

через каждые 50 ч работы рекомендуется очищать коллектор и щеточный механизм от скопившейся угольной пыли; продувать машину очищенным сжатым воздухом под давлением до 0,15 мПа;

необходимо периодически проводить контроль машин. Контроль ручных машин с двойной изоляцией необходимо проводить через каждые 100 ч работы, но не реже одного раза в три месяца. Конт­роль необходим также при каждой смене щеток.

При контроле машину с двойной изоляцией разбирают и при этом:

- удаляют скопившуюся токопроводящую пыль; проверяют ме­гомметром рабочую и дополнительную изоляцию (сопротивление каждой из них должно быть не менее 2 МОм); токопроводящую пыль удаляют сжатым воздухом при давлении до 0,15 мПа и про­тирают изоляционные поверхности технической салфеткой, смо­ченной в бензине;

- осматривают корпусные детали, токоподводящий кабель и штеп­сельное соединение;

- после сборки машины проводят испытание электрической проч­ности изоляции машины при включенном выключателе напряже­нием 2500 В, частоты 50 Гц в течение 1 мин на высоковольтной установке, например прибором УПУ-1М (электроды при испыта­нии прикладывают к одному из контактов штепсельной вилки и к металлическим деталям машины, доступным для прикосновения во время работы);

- если при контроле машины будут обнаружены какие-либо де­фекты, то она должна быть сдана в ремонт.

Ремонт машин проводится только в специализированной мас­терской подготовленным для этого персоналом. После проведения ремонта каждую машину подвергают испытаниям в лабораторных условиях.

Раздел 5 Электроснабжение строительной площадки

Лекция 14

План:

1 Источники электрической энергии

2 Передача и распределение электрической энергии

3 Трансформаторные подстанции

4 Схемы электроснабжения строительства

Тема 5.1 Источники, передача и распределение электрической энергии

1 Источники электрической энергии

Электрическая энергия универсальна: она удобна для дальних передач, легко распределяется по отдельным потребителям и с помощью сравнительно несложных устройств преобразуется в дру­гие виды энергии.

Эти задачи решает энергетическая система, в которой осуще­ствляются преобразование энергии топлива или падающей воды в электрическую энергию, трансформация токов и напряжений, рас­пределение и передача электрической энергии потребителям.

Источниками электрической энергии служат тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции, имею­щие общий режим производства энергии. Линии электропереда­чи, трансформаторные и распределительные устройства обеспе­чивают совместную работу электростанций и распределение энер­гии между потребителями.

В начальный период строительства в удаленных районах приме­няют в качестве временных источников электроснабжения собствен­ные электростанции, как правило, передвижные (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 - Передвижная дизельная электростанция с синхронным генератором: 1 — возбудитель постоянного тока; 2 — генератор; 3 — дизельный двигатель

2 Передача и распределение электрической энергии

Передача и распределение электроэнергии строится по ступен­чатому принципу (рисунок 5.2). Для уменьшения потерь в линиях элек­тропередач (ЛЭП) напряжение повышают при помощи повыша­ющих (ГПП-1) и понижающих (ГПП-2) трансформаторов, устанавливаемых на электрических подстанциях.

Рисунок 5.2 – Общая схема электроснабжения

От крупных подстан­ций электроэнергия подается непосредственно к объектам, на ко­торых на трансформаторных подстанциях (ТП) производится окон­чательное понижение напряжения. Распределение электроэнергии в электрических сетях производится, как правило, трехфазным пе­ременным током частотой 50 Гц.

3 Трансформаторные подстанции

Трансформаторные подстанции служат для приема электроэнер­гии, преобразования напряжения и распределения электрической энергии на объекте. По назначению различают следующие виды трансформаторных подстанций:

главные (повышающие и понижающие) подстанции, предназна­ченные для повышения напряжения линии электропередач при больших расстояниях. Понижающие или повышающие подстан­ции (главные понизительные подстанции — ГПП) служат пунк­тами приема электроэнергии от энергосистем и преобразования ее напряжения для дальнейшего распределения по крупным объек­там. Высокое напряжение таких подстанций обычно может быть 1150...30 кВ, низкое — 35 ...6 кВ (чаще всего 10 кВ);

Рисунок 5.3 - Мачтовая открытая подстанция (а) и схема ТП с одним транс­форматором (б): 1 — трансформатор; 2 — контакт замыкающий; 3 — предохранитель; 4 — распреде­лительный шкаф; 5 — разрядник

распределительные, или просто трансформаторные подстанции (ТП), в которых электроэнергия, поступающая от ГПП, транс­формируется с высшего напряжения 35 ...6 кВ на низшее 660/380 или 380/220 В, на которое и рассчитано большинство потребите­лей. На строительстве, однако, имеют место и мощные потребите­ли электроэнергии по 6 и 10 кВ (землесосные снаряды, шагающие экскаваторы, компрессоры).

Оборудование ТП состоит из трансформаторов, аппаратов ком­мутации и защиты, устройств управления, контроля и учета элект­роэнергии. Схема ТП типа строительной комплектной трансформа­торной подстанции с одним трансформатором показана на рис. 5.3. С высокой стороны трансформатор присоединен к линии через замыкающий контакт и высоковольтный предохранитель (вместо них может быть установлен выключатель нагрузки или масляный выключатель). Защита от перенапряжения осуществляется разряд­ником. Обмотки трансформатора соединены в «звезду», со сторо­ны низшего напряжения нейтраль глухо заземлена.

По конструктивному выполнению различают открытые, закрытые, передвиж­ные подстанции.

К открытым, оборудование которых устанавливается на откры­том воздухе, относятся мачтовые подстанции с трансформатора­ми, установленными на деревянных или железобетонных опорах. На рисунке 5.3 изображена подстанция с одним трансформатором, присоединенным к ЛЭП. Трансформатор и аппаратура высшего на­пряжения расположены на П-образной мачте на высоте 4м, а рас­пределительное устройство (распределительный щит) 380/220 В — внизу в шкафу. Для установки трансформаторов полной мощности 160...400 кВ-А применяют А-образные и П-образные опоры. От­крытые подстанции могут быть выполнены также с установкой трансформатора на помосте, а распределительного щита — в ме­таллическом шкафу на уровне земли. На таких ТП предусматрива­ются ограждение и наружное освещение.

Закрытые ТП (рисунок 5.4) располагаются в помещениях. В усло­виях строительства такими зданиями могут быть производствен­ные объекты или специальные сооружения. К закрытым транс­форматорным подстанциям относятся также комплектные под­станции КТП или СКТП (строительные комплектные трансфор­маторные подстанции). Электрооборудование КТП размещается в металлическом корпусе. Ввод 6... 10 кВ может быть кабельным или воздушным.

Рисунок 5.4 - Закрытая трансформаторная подстанция: 1 — трансформатор; 2 — контакт замыкающий; 3 — предохранитель

Рисунок 5.5 - Передвижная комплектная трансформаторная подстанция

Передвижные подстанции (рисунок 5.5), которые также могут быть комплектными, монтируются на авто - или железнодорожной плат­форме.

Технические характеристики силовых трансформаторов. Основ­ным конструктивным типом силового трансформатора напряже­нием до 10 кВ является трехфазный трансформатор с естествен­ным масляным охлаждением. Используются и сухие силовые транс­форматоры (т. е. с воздушным охлаждением). Они безопасны в от­ношении пожара и поэтому ими комплектуются ТП в зданиях с повышенными требованиями пожарной безопасности. Для работы в условиях повышенной влажности сухие трансформаторы непри­годны, поэтому в условиях строительной площадки их не приме­няют.

4 Схемы электроснабжения строительства

Схему электроснабжения строительной площадки или предприятия строительной индустрии выбирают в соответ­ствии с классификацией приемников электроэнергии по требуемой ПУЭ степени бесперебойности электроснабже­ния, учитывая потребляемую мощность, размещение по­требителей на территории строительной площадки или предприятия, расположение источников электрической энергии и срок обеспечения.

Объекты — электроприемники I категории — характе­ризуются по ПУЭ как электроприемники, нарушение элек­троснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городскою хозяйства. К ним относятся: артезианские скважины, иодозаборы, насосные станции водоснабжения, заморажива­ющие, иглофильтровальные установки; насосные станции водоотлива и водопонижения (польдерная система осуше­ния), цементационные работы, шахтные пассажирские подъемники, электропрогрев бетона, тепловые пункты в сетях теплоснабжения, котельные водозабора, вентиляция и водоотлив в тоннелях; подземные и тоннельные работы; перекачка фекальных стоков и т. д. Они должны обеспе­чиваться электроэнергией от двух независимых источни­ков питания, и перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания. При небольшой мощности электроприемников I категории в качестве второго источника питания могут ис­пользоваться передвижные электростанции, аккумулятор­ные батареи, двигатели внутреннего сгорания, а также пе­ремычки на низшем напряжении от ближайшего пункта, имеющего независимое питание с автоматическим вклю­чением резерва (АВР).

Объекты — электроприемники II категории — характе­ризуются по ПУЭ как электроприемники, перерыв в элек­троснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышлен­ного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских жителей. К ним от­носятся объекты промышленности строительных матери­алов: заводы железобетонных изделий — главные корпу­са железобетонных изделий, шлакоблоков, ячеистого бе­тона, транспортные галереи, приемные устройства, бетоносмесительный цех, известегасильное отделение; кирпично-черепичные заводы — сушильный цех, прессовый цех, отделение подтопков, котельная; заводы гипса и су­хой штукатурки, гипсоблоков; заводы металлоконструк­ций, а также строительные площадки — компрессорные воздушные установки; канатные дороги, бетонное хозяйство, нефтебазы, ремонтно-механические заводы, трактор­ные хозяйства, земснаряды, гидромеханизация и станции перекачки к ним; гидромониторы; охлаждение бетона, ко­тельные для бетонных хозяйств, крупные автобазы. Для приемников II категории допустимы перерывы электро­снабжения на время, необходимое для включения резер­вного питания действиями дежурного персонала или вы­ездной бригады.

Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии 6 кВ или 10 кВ и выше. При пи­тании электроприемников по кабелям допускается питание одной линией, но расщепленной не менее чем на два кабе­ля, присоединенных через самостоятельные линии. При наличии централизованного резерва допускается питание одним трансформатором.

К объектам — электроприемникам III категории — от­носятся все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категории, а именно: общезавод­ские подсобные цеха, вспомогательные объекты и установки промышленности строительных материалов, базы элект­ромонтажа, арматурные мастерские, бетоно - и растворосмесители, плотничные и опалубочные мастерские, лесоцехи, участковые механические мастерские с холодной обра­боткой металла и т. д. Для них допускаются перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента схемы электроснабжения, но не более одних суток.

Схемы электрических сетей до 1000 В Схема силовой сети оп­ределяется технологическим процессом производства, категорией надежности электроснабжения, взаимным расположением ТП или ввода питания и электроприемников, их единичной установлен­ной мощностью и размещением. Схема должна быть проста, без­опасна и удобна в эксплуатации, экономична, должна удовлетво­рять характеристике окружающей среды, обеспечивать примене­ние индустриальных методов монтажа.

Схемы сетей могут быть радиальными, магистральными и сме­шанными — с односторонним или двусторонним питанием.

При радиальной схеме (рисунок 5.6) энергия от отдельного узла пи­тания (ТП) поступает к одному достаточно мощному потребите­лю или к группе электроприемников. Радиальные схемы выполня­ют одноступенчатыми, когда приемники питаются непосредственно от ТП, и двухступенчатыми, когда они подключаются к промежу­точному распределительному пункту (РП).

Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях.

Выполняются радиальные схемы кабелями или проводами в трубах или коробах (лотках).

Рисунок 5.6 - Радиальная схема питания:

1 — распределительный щит; 2— силовой распределительный пункт (РП); 3 — электроприемник; 4 — щит освещения; 5 — кабельная линия

Достоинства радиальных схем заключаются в высо­кой надежности (авария на одной линии не влияет на работу при­емников, получающих питание по другой линии) и удобстве ав­томатизации.

Недостатками радиальных схем являются: малая эко­номичность из-за значительного расхода проводникового матери­ала; необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП; ограниченная гибкость сети при перемещениях тех­нологических механизмов, связанных с изменением технологичес­кого процесса.

При магистральных схемах приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистрали могут присоединяться к рас­пределительным щитам подстанции или к силовым РП. Магист­ральные схемы с распределительными шинопроводами (рисунок 5.7) применяются при питании приемников одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха при­емниках. Схемы выполняются с применением шинопроводов, ка­белей и проводов.

Достоинствами магистральных схем являются: уп­рощение щитов подстанции; высокая гибкость сети, дающая воз­можность перемещать технологическое оборудование без переделки сети; использование уни­фицированных элементов, по­зволяющих вести монтаж ин­дустриальными методами.

Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, так как при исчезновении напря­жения на магистрали все под­ключенные к ней потребите­ли теряют питание.

Для повышения надежно­сти питания электроприемни­ков по магистральным схемам применяется двустороннее питание магистральной линии (рисунок 5.8).

Рисунок 5.7 - Магистральная схема с распределительным шинопроводом: I — комплектная трансформаторная подстанция (КТП); 2 — распредели­тельный шинопровод; 3 — нагрузка

Рисунок 5.8 – Схема с двухсторонним питанием магистрали

Тема 5.2 Электрические сети и освещение строительной площадки

Лекция 15

План:

1 Классификация электрических сетей

2 Провода и кабели, инвентарные электротехнические устройства

3 Инвентарные электротехнические устройства

4 Устройство электрических сетей на строительных  площадках

4.1 Воздушные линии

4.2 Электропроводки

5 Виды освещения и единицы измерения

6 Источники света и осветительная арматура

6.1 Источники света

6.2 Осветительная арматура

7 Устройство электрического освещения на строительных площадках

8 Схемы сетей электрического освещения

1 Классификация электрических сетей

Электрические сети служат для передачи и распределения элек­трической энергии. Они подразделяются на воздушные линии, кабельные линии и электропроводки.

Воздушные линии прокладываются на открытом воздухе и состо­ят из голых (неизолированных) проводов, подвешенных на изо­ляторах по опорам (по одиночным столбам или по конструкциям более сложной формы).

Кабельные линии прокладываются преимущественно под землей, в траншеях, каналах, коллекторах и состоят из одного или не­скольких, совместно проложенных, кабелей.

Электропроводки прокладывают внутри зданий и сооружений или по их наружным стенам. Они выполняются изолированными проводами различных марок и кабелями с резиновой изоляцией, рассчитанными на напряжение до 1000 В.

На строительных площадках для питания электроэнергией стро­ительных механизмов и электроосветительных установок сооружаются в основном временные электрические сети, состоящие пре­имущественно из воздушных линий, как более дешевых и легко вы­полнимых. Внутри строящихся зданий выполняются временные элек­тропроводки. Кабельные подземные линии применяют только в от­дельных случаях, когда по тем или иным причинам использование воздушных линий на данном участке строительства невозможно.

Электрические сети на строительных площадках имеют специ­фические особенности, связанные с питанием электроэнергией передвижных строительных машин и механизмов. При изменении типа этих машин, их расположения и количества меняется и мес­тоположение центров электрической нагрузки на территории стро­ительства.

Отсюда и вытекает основная особенность сетей на строитель­ных площадках: они должны быть мобильны (подвижны), способ­ны быстро следовать за изменениями электрической нагрузки.

В связи с этим на строительстве играют большую роль перенос­ные участки электросетей, выполняемые преимущественно шлан­говыми кабелями, и так называемые инвентарные электротехни­ческие устройства разного рода, легко перемещаемые с места на место. К таким устройствам относятся:

- передвижные трансформаторные подстанции;

- передвижные и переносные распределительные шкафы;

- подключательные пункты;

- осветительные вышки;

- пусковые ящики для электродвигателей.

Переносные участки электросетей и инвентарные устройства в сочетании с временными воздушными линиями обеспечивают подачу электроэнергии в различные точки строительной площад­ки в короткие сроки и с минимальными затратами. Все электри­ческие сети сооружаются в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ). К временным электросетям предъявляются те же требования, что и к постоянным. Строгое соблюдение этих требований при сооружении временных электро­сетей является необходимым условием обеспечения электробез­опасности работающих на строительной площадке.

2 Провода и кабели, инвентарные электротехнические устройства

Основным материалом для токоведущих жил проводов и кабе­лей в настоящее время является алюминий. Для изготовления го­лых проводов применяется также сталь. Медь, хотя и обладает боль­шей электропроводностью, чем алюминий, применяется в весьма ограниченных случаях (например, когда необходима особая гиб­кость провода).

В качестве изоляционных материалов для изготовления изоли­рованных проводов и кабелей применяют главным образом рези­ну, кабельную бумагу, пропитанную специальными составами, и синтетические материалы — пластмассы, такие как полихлорви­нил, полиэтилен, поливинилхлорид и др. Пластмассовая изоляция обладает рядом положительных свойств и поэтому с каждым го­дом находит все большее применение в производстве кабельной продукции.

Токоведущие жилы проводов и кабелей изготовляют преиму­щественно многопроволочными, т. е. свитыми из нескольких про­волок для придания проводу гибкости.

Голые провода. Для воздушных линий на строительных площад­ках применяют голые алюминиевые и стальные провода. Примене­ние голых медных проводов при строительстве новых воздушных линий в настоящее время запрещено.

Голые алюминиевые провода (марки А) выпускаются много­проволочными сечением от 16 до 400 мм2. В условиях строительных площадок они применяются обычно сечением не свыше 150 мм2.

Стальные голые провода изготовляются как многопроволочны­ми (марки ПС и ПМС), так и однопроволочными (марка ПСО). Многопроволочные провода выпускаются сечением от 25 до 95 мм2, а однопроволочные нормируются по диаметру 3; 3,5; 4 и 5 мм.

Особый тип голых проводов представляют сталеалюминиевые провода, состоящие из стального троса, на который навиты алю­миниевые проволоки. Стальной трос служит для увеличения проч­ности провода. Сталеалюминиевые провода в условиях строитель­ных площадок применяются мало (они предназначены для соору­жения линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше).

Силовые кабели. Кабелем называют одножильный или чаще мно­гожильный изолированный провод специальной конструкции в герметической оболочке. Кабели, предназначенные для передачи электроэнергии, носят название силовых.

Силовые кабели в настоящее время выпускаются главным об­разом с алюминиевыми жилами (одно-, двух-, трех - и четырех-жильные), с изоляцией из бумаги, пропитанной маслоканифольным составом, а также с пластмассовой изоляцией.

Отличительной особенностью кабелей является наличие герме­тической (алюминиевой, свинцовой или пластмассовой) оболоч­ки, предназначенной для предохранения от проникновения внутрь кабеля сырости. В связи с этим при прокладке силовых кабелей применяют особые методы соединения их при помощи специальных соединительных муфт. Свободные концы подвергаются особой разделке с герметическим оконцеванием.

Рисунок 5.9 - Кабель силовой с бу­мажной пропитанной изоля­цией, бронированный: а — общий вид трехжильного кабеля; б — поперечный разрез четырехжильного кабеля; 1 — токоведущие жилы; 2, 3 — соответсвенно фазовая и по­ясная изоляции из пропитанной кабельной бумаги; 4— оболочка алюминиевая или свинцовая; 5 — стальная ленточная броня; 6— слой кабельной пряжи

Кабели, предназначаемые для про­кладки непосредственно в земле, в тран­шеях, защищены от механических воз­действий (поверх герметической оболоч­ки) броней из стальных лент, покрытой сверху слоем кабельной пряжи, пропи­танной битумом.

Представление о конструкции кабе­лей с бумажной пропитанной изоляци­ей дает рисунок 5.9 Четвертая жила кабеля (рисунок 5.9, б) служит нулевым проводом и делается меньшего сечения (около по­ловины сечения фазных жил).

Кабели на напряжение 6 и 10 кВ от­личаются от кабелей на напряжение до 1 кВ усиленной изоляцией токоведущих жил.

Кабели с пропитанной бумажной изоляцией имеют ряд недо­статков: их нельзя сильно изгибать, так как при резких изгибах пор­тится изоляция жил (радиус изгиба должен быть равен не менее 15 наружным диаметрам кабеля); нельзя прокладывать при низких тем­пературах без предварительного прогрева (из-за хрупкости оболоч­ки), нельзя прокладывать на большую высоту по вертикали, так как в этих условиях при нагревании кабеля током из него начинает вы­текать пропиточный состав и изоляция кабеля теряет свои свойства.

Указанных недостатков не имеют силовые кабели с пластмас­совой изоляцией. Такие кабели с изоляцией из полиэтилена или поливинилхлорида в поливинилхлоридной оболочке бронирован­ные и небронированные с каждым годом получают все большее применение.

К достоинствам кабелей с пластмассовой изоляцией помимо устранения указанных выше недостатков, присущих кабелям в бумажной пропитанной изоляции, следует отнести также отсут­ствие металлических (алюминиевых или свинцовых) оболочек, что снижает массу кабелей и расход цветного металла на их изго­товление.

Установочные провода и кабели. Провода с резиновой и пласт­массовой изоляцией (установочные) и кабели с резиновой изоля­цией служат для выполнения электропроводок. Выпускают их, как правило, на напряжение до 500 В с алюминиевыми жилами; с медными жилами изготовляют только особо гибкие провода.

Шланговые кабели и провода. Для присоединения подвижных элек­троприемников предназначены шланговые кабели и провода. Их при­меняют на строительных площадках: для питания электропривода передвижных строительных машин и механизмов — кранов, экска­ваторов, компрессоров; для питания сварочных трансформаторов, электроинструмента и т. д. Выпускаются они только с медными жи­лами, сплетенными из тонких проволочек (для большей гибкости). Для защиты от механических воздействий и от проникновения сы­рости к токоведущим жилам шланговые кабели и провода в допол­нение к резиновой изоляции жил имеют толстую (5...8 мм толщи­ной) резиновую оболочку. Особенность их — наличие дополнитель­ной, так называемой заземляющей, жилы, предназначенной для заземления корпусов строительных механизмов с электроприводом.

Для питания строительных машин с высоковольтным электроприводом промышленностью выпускаются шланговые кабели на напряжения 3 и 6 кВ

Рисунок 5.10 - Шланговый кабель марки КРПТ:

1 — заземляющая жила; 2 — рези­новая оболочка; 3 — прорезинен­ная ткань; 4 — изоляция жил; 5— медная токоведущая жила; 6— вулканизационная резина; 7— об­мотка тканевой лентой

3 Инвентарные электротехнические устройства

Применение ин­вентарных (передвижных и переносных) электротехнических уст­ройств упорядочивает электрохозяйство строительной площадки, повышает надежность работы и обеспечивает большую безопас­ность работающих на стройке. Устройства эти весьма разнообраз­ны. Помимо описанных выше комплектных передвижных подстан­ций КТП, на передовых стройках широко применяют также ин­вентарные распределительные шкафы для подсоединения отдель­ных линий (рисунок 5.11), подключательные пункты для строительных механизмов и электроинструмента (рисунок 5.12), силовые ящики, обо­рудованные описанными выше блоками предохранитель—выклю­чатель, стойки и вышки для светильников и прожекторов и ряд других устройств. При строительстве многоэтажных произ­водственных корпусов, а также жилых и общественных зданий весь­ма целесообразно применение инвентарных стояков из металли-

Рисунок 5.11 - Инвентарный распределительный шкаф с блоками предохранитель—выключатель

Рисунок 5.12 - Инвентарные подключательные пункты:

а — для питания башенного крана; б — для питания ручного инструмента;

в - силовой ящик с блоком предо­хранитель

Металлических или жестких гофрированных бумажных труб с заложенны­ми в них проводами и поэтажными коробками «отбора мощности». Такие стояки устанавливаются в лестничных клетках строящегося здания. Наличие их позволяет правильно, удобно и безопасно орга­низовать временное электроснабжение строящегося здания.

4 Устройство электрических сетей на строительных  площадках

Для питания силовых и осветительных электроустановок, рабо­тающих при напряжении до 1 кВ, на строительных площадках в соответствии с рекомендациями СНиПа применяют четырехпроводные сети напряжением 380/220 В. В четырехпроводных сетях нулевая точка трансформатора (или генератора) обязательно за­земляется.

Для питания ТП желательно применять сети напряжением 10 кВ, так как при повышении напряжения условия электроснабжения улучшаются, а сети получаются легче (требуются меньшие сече­ния проводов). Только в том случае, когда на площадке работают строительные машины (например, мощные экскаваторы) с высо­ковольтным электроприводом, приходится применять для элект­росетей строительной площадки напряжение 6 кВ.

4.1 Воздушные линии

Опоры воздушных линий рекомендуется при­менять либо деревянные с железобетонными пасынками (пристав­ками), либо железобетонные (рисунок 5.12). Применение железобетонных пасынков, заменяющих ниж­нюю, наиболее подверженную гниению, часть опоры, увеличивает сроки службы деревянных опор.

Изоляторы к опорам крепятся: к стойкам опор — на крюках, а к траверсам (попереч­ным брусьям) — на штырях. Для привязки проводов к изоляторам используют тонкую наволоку из того же материала, что и провод.

Работы по установке опор ВЛ в настоящее время выполняют, как правило, механизированным способом. Соединение проводов ВЛ выполняется с помощью трубчатых овальных обжимных соединителей; эти соединители обжимаются спе­циальным инструментом. Для ли­ний 380/220 В допускается также соединение проводов скруткой с последующей пропайкой.

Рисунок 5.13 - Опоры воздушных линий:

а — деревянная с железобетонным пасынком (приставкой), до 1 кВ; б — железо­бетонная, 0,4 кВ; в — железобетонная, 6...10 кВ

При строительстве воздушных линий должны соблюдаться установленные габариты — расстоя­ния от наинизшей точки проводов до земли. Эти габариты таковы: для ВЛ напряжением 380/220 В в населенных местностях, на за­водских территориях и строительных площадках — не менее 6 м, а в ненаселенных местах — не менее 5 м; для ВЛ напряжением 6... 10 кВ эти расстояния соответственно увеличиваются до 7 и 6 м.

Рисунок 5.14 - Изоляторы и крюки: а — изолятор типа ТФ для ВЛ до 1 кВ; б — то же, типа ШО (для ответвле­ний); в —типа ШСдля ВЛ 6...10 кВ; г, д — крюки; е — штырь

4.2 Электропроводки

Постоянные электропроводки выполняют как открыто, так и скрыто — в трубах, в каналах, в пустотах строи­тельных конструкций, под слоем штукатурки и т. п.

Временные электропроводки в строящихся зданиях, а также в про­изводственных помещениях строительной площадки выполняются открыто, т. е. по поверхности строительных конструкций, по фермам и т. п. Провода прокладываются на изоляторах или, в сухих помещени­ях, на роликах. Наружные электропроводки (проводки по стенам зда­ний и сооружений, по строительным лесам) и перекидки между близко расположенными зданиями выполняются только на изоляторах

При выполнении временных электропроводок (изолированны­ми проводами) на строительных площадках должны соблюдаться следующие расстояния по высоте: не менее 2,5 м — над рабочими местами; Зм — над проходами и 5 м — над проездами. На высоте менее 2,5 м от земли, пола или настила провода должны быть за­щищены от механических повреждений (заключены в короба, трубы и т. п.). Наружные электропроводки по стенам зданий прокладыва­ют на высоте не менее 2,75 м от уровня земли; вводы воздушных линий в здания должны отстоять от земли также не менее, чем на 2,75 м. Устройство такого ввода приведено на рис. 5.15. При этом проходы через стены и перекрытия установочных проводов вы­полняются в изоляционных трубках, которые оконцовываются изо­лирующими фарфоровыми и пластмассовыми втулками или, в сырых местах, воронками.

Кабели типа ВРГ и НРГ прокладывают открыто, непосредствен­но по стенам и перегородкам с креплением скобками. Высота их прокладки над полом не нормирована.

Переносные участки электросетей, выполняемые шланговыми проводами и кабелями, используются обычно в сочетании с воз­душными линиями и теми или иными инвентарными устройства­ми. Воздушная четырехпроводная линия напряжением 380/220 В подводит электроэнергию к инвентарному распределительному шкафу или подключательному пункту, а далее уже с помощью переносных участков сети энергия подводится к передвижным стро­ительным машинам, сварочным установкам и т. п.

Рисунок 5.15 - Устройство ввода в здание от ВЛ напряжением до 1 кВ

5 Виды освещения и единицы измерения

Достаточность освещения и его качество оцениваются показа­телями, для определения которых служат световые величины и единицы их измерения.

В Международной системе единиц (СИ) основной световой ве­личиной является сила света (обозначается латинской буквой У); единица ее измерения — кандела (сокращенно — кд).

Вторая, не менее важная, световая величина — световой поток (обозначается латинской буквой Р); единица его измерения — лю­мен (сокращенно — лм).

Достаточность освещения на той или иной плоскости или в той или иной точке определяется величиной освещенности (обо­значается латинской буквой Е); единица измерения освещенно­сти — люкс (лк).

Для выполнения точных работ в механических мастерских по нормам требуется освещенность в 100... 150 лк, а для чтения — порядка 75 лк.

Строительными нормами и правилами (СНиП) установлены минимальные величины освещенности, необходимые для тех или иных производственных, служебных и бытовых помещений. На их основе разработаны нормы электрического освещения строитель­ных и монтажных работ.

Освещение может быть общим, местным и комбинированным. При этом общее освещение подразделяется на равномерное и ло­кализованное.

При общем равномерном освещении освещается все помеще­ние или наружная площадка, светильники устанавливаются рав­номерно. При общем локализованном освещении на отдельных участках помещения или наружной территории создается большая освещенность. На таких участках устанавливаются дополнительные светильники или они размещаются более часто. При местном ос­вещении освещаются только рабочие поверхности. При комбини­рованном — применяются и общее и местное освещение.

В условиях строительства применяется как общее (равномерное и локализованное), так и комбинированное освещение мест рабо­ты (последнее в ремонтных заводах, мастерских и других подоб­ных помещениях).

Кроме обычного, рабочего, освещения, устраивается аварий­ное освещение, обеспечивающее минимальную освещенность. Для аварийного освещения устраивается отдельное питание.

6 Источники света и осветительная арматура

6.1 Источники света

В качестве источников света на строительстве и в промышленности применяют лампы накаливания и газораз­рядные лампы, которые, в свою очередь, подразделяются на ртут­ные лампы низкого давления — люминесцентные и ртутные лам­пы высокого давления — лампы ДРЛ.

В лампах накаливания световая энергия получается за счет на­гревания тонкой вольфрамовой нити проходящим по ней элект­рическим током. Нить помещена в стеклянную колбу, заполнен­ную инертным газом; имеются также конструкции ламп накалива­ния, у которых нить помещена в вакууме — из колбы откачен воздух. Раскаленная (при температуре порядка 3000°С) нить ярко светится. Колба лампы укреплена на металлическом резьбовом цо­коле, с помощью которого лампа ввертывается в патрон, служа­щий для ее подсоединения к проводам электросети.

При понижении напряжения против номинального световой поток и светоотдача ламп накаливания резко снижаются. Повыше­ние напряжения сверх 105% номинального значительно уменьша­ет срок службы лампы. Нормальный срок службы лампы – 1000ч.

Действие газоразрядных ламп основано на электрическом разря­де в среде разреженного газа.

Рисунок 5.16 Газоразрядные лампы:

а — люминесцентная; б — ртутная;  1 — трубка; 2 — цоколь; 3 — баллон лампы; 4 — горелка из кварцевого стекла

Люминесцентная лампа (рисунок 5.16, а) представляет собой длин­ную (порядка 450... 1500 мм) стеклянную трубку с двумя цоколя­ми на концах, заполненную разреженным газом — аргоном и небольшим количеством паров ртути. На внутреннюю поверхность трубки нанесен слой специального состава — люминофора. В цоко­ли лампы впаяны вольфрамовые электроды. При включении лам­пы в электрическую сеть между ее электродами в парах ртути в трубке возникает газовый разряд и невидимое ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого люминофор начинает све­титься — дает яркий видимый свет.

Люминесцентные лампы включаются в сеть с помощью специ­альных пускорегулирующих устройств (ПРУ).

Люминесцентные лампы выпускают мощностью в 15, 20, 30, 40 и 80 Вт, пяти типов по цветности (окраске) излучаемого света: ЛДЦ — дневного света, предназначенные для правильной свето­передачи; ЛД — дневного света; ЛХБ — холодного белого света; ЛТБ — теплого белого света и ЛБ — белого света.

По светоотдаче на 1 Вт мощности все люминесцентные лампы значительно (в 2,5... 4 раза) превосходят лампы накаливания. Наи­большей светоотдачей обладают лампы белого света (ЛБ), они ре­комендуются для освещения всех производственных помещений, кроме тех, в которых требуется правильное различение цветовых оттенков. Срок службы люминесцентных ламп 3000ч.

Ртутная лампа высокого давления типа ДРЛ по внешнему виду похожа на крупную лампу накаливания. Ее устройство показано на рисунке 5.16,б.

В отличие от люминесцентной лампы в лампе ДРЛ электричес­кий разряд в ртутных парах происходит не во всей колбе, а в ма­ленькой трубке («горелке») из кварцевого стекла, прозрачного для ультрафиолетовых лучей. Под влиянием ультрафиоле­тового излучения горелки специальный люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы, дает яркий, слегка зеленова­тый свет (близкий к белому).

Лампы ДРЛ имеют резьбовой цоколь и ввинчиваются в те же патроны, что и лампы накаливания. Однако в сеть они включают­ся так же, как и люминесцентные, по особой схеме с помощью специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА), содержащих дроссель, конденсаторы, разрядник и др.

Выпускают лампы ДРЛ мощностью 250, 500, 750 и 1000 Вт. Они являются высокоэкономичными источниками света.

6.2 Осветительная арматура

Правильно организованное освеще­ние, прежде всего, должно создавать достаточную освещенность для того, чтобы глаз человека мог легко, не утомляясь, различать все детали, необходимые при данной работе. Кроме того, освеще­ние должно быть по возможности равномерным, без резких теней; источник света не должен быть виден непосредственно глазом (для того чтобы не было слепящего действия).

Для создания необходимых условий освещения, удовлетворяю­щих указанным требованиям, служит осветительная арматура.

Осветительная арматура вместе с помещенной в нее лампой называется светильником. Основные типы светильников, приме­няемых в условиях строительства с лампами накаливания, люми­несцентными и ДРЛ, представлены на рис. 10.2—10,5.

Рисунок 5.17 - Светильники с лампами накаливания:

а — «Универсаль»; б — промышленный уплотненный  (ПУ); в — кольцевой типа ПМ-1; г — «Люцетта»; д — рудничный нормальный (РН-100); е — наружного освещения типа С11О

Рисунок 5.18 - Светильники с люминесцентными лампами:

а — типа ОДР и ОДОР с двумя лампами по 40 или 80 Вт; б — типа ШЛД с двумя лампами по 40 или 80 Вт

Рисунок 5.19 - Светильники для ртутных ламп типа ДРЛ:

а — подвесного типа; б, в — консоль­ного типа

Рисунок 5.20 - Прожекторы заливаю­щего света:

а — типа ПЗС-45 с лампой 1000 Вт; б — типа ПЗС-35 с лампой 500 Вт

Светильники служат для освещения предметов, расположен­ных на относительно небольших расстояниях. В качестве освети­тельных приборов дальнего действия применяют прожекторы раз­личных типов. Для освещения строительных площадок служат про­жекторы заливающего света, работающие с обычными лампами накаливания мощностью от 200 до 1000 Вт (рисунок 5.20). Благодаря специальному отражателю параболической формы прожекторы дают узкий, направленный вдоль оптической оси, большой силы свет.

7 Устройство электрического освещения на строительных площадках

Наружное освещение территории строительных площадок осу­ществляется преимущественно прожекторами заливающего света. Прожекторы (главным образом, типа ПЗС-35) устанавливают груп­пами по 3- 4 и более на мачтах, высота которых зависит от силы света и мощности прожекторов: чем больше сила света прожекто­ра тем выше он должен быть установлен.

Целесообразно применять инвентарные переносные прожектор­ные мачты. Одна из конструкций таких мачт представлена на рисунке 5.21. Расстояние между прожекторными мачтами выбирается обыч­но от 80... 100 до 200...250 м (меньшие цифры относятся к прожек­торам меньшей мощности).

Для дополнительного освещения рабочих зон применяются ин­вентарные переносные стойки с прожекторами малой мощности (с лампами 200 Вт) или со светильниками. На рисунке 5.22 представлены такие инвентарные стойки. Кроме того, на экскаваторах и других круп­ных строительных машинах также обычно устанавливаются прожек­торы малой мощности, дополнительно освещающие зону работы.

Рисунок 5.21 - Инвентарная телескопи­ческая прожекторная мачта типа ТПМ-6: а — вид сбоку; б — вид спереди; / — распределительный щиток; 2 — про­жекторы; 3 — металлоконструкция; 4 — ручная лебедка

Рисунок 5.22 - Инвентарные стойки со све­тильниками:

а — стойка телескопическая типа ИПСК-2 с двумя светильниками для освещения работ по кирпичной кладке; б — стойка типа ПТС-2 с одним светильником для местного освещения рабочих зон

Освещение дорог, не попадающих в зону, освещенную про­жекторами осуществляется светильниками с арматурой наружно­го освещения СПО или «Универсаль» с лампами мощностью 200 - 300 Вт. Светильники подвешивают на кронштейнах к опорам (столбам) питающей их воздушной линии на высоте около 6 м от земли и на расстоянии 25... 35 м один от другого. Для этой же цели, а также и для освещения отдельных площадок территории строи­тельства с успехом могут применяться светильники с более эко­номичными ртутными лампами типа ДРЛ.

Общее освещение производственных предприятий строитель­ства осуществляется или лампами накаливания, или люминесцен­тными лампами при помощи светильников.

Для сухих производственных помещений применяют светильники «Универсаль», кольцевые ПМ-1 с лампами накаливания или светильники типов ОД и ОДР с люминесцентными лампами. Сырые и пыльные помещения освещают уплотненными светильниками типа ПУ пли РН с лампами накаливания; могут применяться также светильники «Универсаль». Светильники подвешивают обычно на высоте 2,5... 3,5 м над рабочими поверхностями, расстояние между ними принимают примерно равным удвоенной высоте подвеса. Местное освещение рабочих мест в мастерских выполняется при помощи выпускаемых для этих целей светильников АМО-60 и другими с лампами накаливания. Для временного освещения строящихся зданий используют те же перечисленные выше светильники с лампами накаливания. В дополнение к общему освещению применяют, как правило, мес­тное освещение рабочих зон, для чего используют инвентарные переносные стойки и подвесные устройства со светильниками. По требованиям техники безопасности временное освещение зданий рекомендуется устраивать на пониженном напряжении (36 В), получаемом от понижающих трансформаторов. Если же временное освещение имеет напряжение 220 и 127 В, светильники, согласно правилам, должны быть подвешены на высоте не менее 2,5 м от пола или настила; при этом должно быть обращено особое внима­ние на состояние изоляции проводов временной проводки, цело­стность изолирующей оболочки патронов и т. п.

8 Схемы сетей электрического освещения

Система рабочего осве­щения создает нормальное освещение всего помещения и рабочих поверхностей. В такую систему входят светильники общего и мест­ного освещения.

Аварийное освещение обеспечивает освещенность для продолже­ния работы или останова технологического процесса и для эваку­ации людей при отключении рабочего освещения.

Рисунок 5.23 - Схема питания электроосвещения от двух ТП:

1 — распределительный щит; 2 — линии, отходящие к силовым РП; 3,

4 — групповые щитки соответственно рабочего и аварийного освещения; 5,

6 — групповая сеть соответственно рабочего и аварийного освещения;

7 — питающие линии освещения

Участки сети от источника питания до групповых щитков осве­щения называются питающими, а от групповых щитков до све­тильников — групповыми. Питающие сети выполняются трех - и четырехпроводными по магистральной или радиально-магистраль­ной схеме. Групповые линии в зависимости от протяженности и нагрузки могут быть двух-, трех - и четырехпроводными. Питание сетей рабочего и аварийного освещения может осуществляться вместе с силовой сетью от одного трансформатора. При наличии в цехе нескольких однотрансформаторных подстанций или одной двухтрансформаторной подстанции сети рабочего и аварийного освещения должны питаться от разных трансформаторов.

Групповые линии одного помещения должны получать пита­ние так, чтобы при погасании части ламп одних групп оставшиеся в работе группы обеспечивали минимальную освещенность до лик­видации аварии. Пример схемы питания осветительной сети при­веден на рисунке 5.23.

Тема 5.3 Расчет электроэнергии. Энергосберегающие технологии

Лекция 16

План:

1 Расчет электрических нагрузок

2 Определение типа и мощности силового трансформатора

3 Электропрогрев бетона

4 Электропрогрев грунта

5 Техника безопасности при электропрогреве

Расчет электрических нагрузок

Основой рационального решения комплекса технико-экономи­ческих вопросов электроснабжения является правильное опреде­ление ожидаемых электрических нагрузок. От этого зависят капи­тальные затраты в схеме электроснабжения, расход цветного ме­талла, потери электроэнергии и эксплутационные расходы. Элект­рическая мощность, потребляемая электроприемником (электри­ческая нагрузка), меняется по часам суток и зависит от времени года: ночью она, как правило, значительно меньше, чем днем; в первую смену — несколько выше, чем во вторую; в зимние дни — в утренние часы и вечером — к нагрузке добавляется еще нагрузка от электрического освещения.

Исходными данными для расчета электрических нагрузок явля­ются установленная мощность электроприемников и характер из­менения нагрузки. Под установленной мощностью (Ру) групп по­требителей понимают суммарную паспортную мощность всех элек­троприемников. Например, установленная мощность башенного крана равна сумме номинальных мощностей всех его электродви­гателей.

В результате расчета определяется максимальная (расчетная) нагрузка, которая служит основой для выбора сечения токоведущих частей, потерь мощности и напряжения в сетях, выбора мощ­ности трансформаторов и компенсирующих устройств.

Для каждой группы электроприемников существует некоторое определенное соотношение между величинами расчетной (Рр) и установленной мощности. Это соотношение называется коэффи­циентом спроса:

  (5.1)

Зная установленную мощность и коэффициент спроса данной группы потребителей, можно определить расчетную мощность:

  (5.2)

К расчетной силовой нагрузке необходимо прибавить мощность на освещение.

2 Определение типа и мощности силового трансформатора

Выбор типа, мощности ТП, ее расположение обуславливается величиной, характером электрических нагрузок и их пространственным расположением.

Расчет ведется в такой последовательности:

- определяется местоположение ТП с учетом положения опасных зон, расположения подъездных путей и дорог. Трансформаторные подстанции желательно располагать ближе к мощным потребителям;

- при определении мощности трансформатора необходимо одно­временно решать вопрос о компенсации реактивной мощности. При компенсации на стороне 0,4 кВ получается расчетная мощность трансформатора:

,  (5.3)

где Рр — расчетная активная мощность нагрузки, кВт; Qp — рас­четная реактивная мощность нагрузки, квар; Qэ — реактивная мощ­ность энергосистемы (как правило, (Qэ = 0,33 Рр); В — коэффици­ент загрузки трансформатора (для однотрансформаторной подстан­ции В = 0,95...1,0).

Из справочных данных выбирают ближайший трансформатор равной или большей мощности.

3 Электропрогрев бетона

Существует несколько методов электротермообработки бетона.

Электродный: сквозной — электроды помещаются вертикаль­но в толщу бетона. Применяется для сборных и монолитных фун­даментов, стен, блоков; периферийный — электроды закрепляются в опалубке в специальных щитах или термоактивном слое опилок, смоченных раствором хлористого натрия. Приме­няется для одностороннего прогрева конструкций толщиной бо­лее 20 см или двустороннего — до 20 см.

Индукционный — изделие помещается в переменное магнитное поле, образованное электрической обмоткой, и нагревается вих­ревыми токами. Применяется при прогреве сборных и монолитных конструкций: колонн, балок, рам, стволов, труб и т. д.

Инфракрасный прогрев высокотемпературными нагревателями с помощью ламп накаливания, трубчатых, проволочных и других нагревателей. Применяется для прогрева монолитных конструкций сложной конфигурации и при сушке изделий.

Косвенный прогрев низкотемпературными нагревателями с помо­щью трубчатых, плоских, струнных и других нагревателей, вмонти­рованных в опалубку или маты. Применяется для всех видов изделий.

Инфракрасный прогрев в камерах с излучательными поверхностя­ми. Применяется при изготовлении плит и панелей.

Электропрогрев бетонной смеси вне формы, при котором смесь в горячем состоянии укладывается в форму. Применяется для возве­дения монолитных конструкций и при изготовлении изделий в заводских условиях.

Прогрев электродным способом может производиться только переменным током, так как постоянный ток вызывает необрати­мые химические реакции, изменяющие структуру бетона. Сопро­тивление бетона зависит от его удельного сопротивления, поверх­ности соприкосновения с бетоном и расстояния между электрода­ми. Электропроводность бетона, зависящая от содержания в нем влаги, по мере твердения бетона уменьшается. Для поддержания расчетного тепловыделения в бетон вводятся различные примеси — СаСl, NaCl, ускоряющие твердение и уменьшающие сопротивле­ние бетона.

Применяемые при прогреве электроды подразделяются на пла­стинчатые, полосовые, стержневые и струнные (рисунок 5.24). Для пер­вых двух видов применяется кровельная сталь, для других — прут­ки диаметром 5... 12 мм. Пластинчатые электроды имеют вид пла­стин, целиком или частично закрывающих противоположные плос­кости по толщине изделия. Струнные электроды закрепляются вдоль оси длинномерных конструкций. Расстояния между электродами берутся в соответствии с рисунком 5.24.

Особенно важным является электропрогрев в зимнее время. Замерзание бетона в процессе твердения снижает его прочность, причем тем больше, чем раньше он был заморожен. По достиже­нии бетоном 50...60% прочности замораживание не влияет на конечную прочность бетона. Исходя из этого выбирают режим прогрева.

Рисунок 5.24 - Электродный метод электропрогрева бетона: а — при помощи стержневых элект­родов; б— струнных; в — пластинча­тых; 1 — бетон; 2 — электроды; 3 —-арматура; 4— опалубка; 5— крюки; 6 — выводы электродов для присо­единения к питающей сети; 7 — провод

Длительный режим применяет­ся для массивных конструкций, ус­коренный режим — для облегчен­ных конструкций, промежуточный режим — для остальных конструк­ций. Кроме того, возможен ступен­чатый режим с несколькими изо­термическими ступенями (применя­ется для монолитных и сборных предварительно нагруженных кон­струкций), режим «изотермический пригрев и остывание», при котором прогрев осуществляется по методу электроразогрева вне формы (при­меняется для монолитных конструк­ций), саморегулирующийся режим с постоянным напряжением тока пригрева (для массивных конструк­ций), импульсный режим с попе­ременным отключением тока. Мак­симальная температура процесса ог­раничивается предельно допустимой для определенной марки бетона (обычно 40...80°С).

Электропрогрев бетона произ­водится при помощи специальных трехфазных трансформаторов с мас­ляным охлаждением с изменением напряжения ступенями.

Наряду с трехфазными могут быть использованы однофазные, в том числе сварочные, трансформаторы, подключаемые трехфазными группами. Сварочные трансформаторы рассчитаны на повторно-кратковременный режим, и их непрерывная нагрузка при прогре­ве должна составлять 60...70% номинальной.

Электропроводку от понизительных трансформаторов до места электропрогрева выполняют только изолированными проводами с креплением на деревянных опорах, на изоляторах или специаль­ных переносных опорах в виде козел. Во избежание потерь в лини­ях трансформаторы должны располагаться как можно ближе к элек­тродам в месте прогрева бетона. Контакты соединительных прово­дов с электродами и с другими проводами обеспечиваются с по­мощью болтов или съемных зажимов.

Измерение температуры бетона при электропрогреве произво­дят термометрами в скважинах, заранее заготовленных, не менее трех в каждом конструктивном элементе. В первые 5...6 ч темпера­туру измеряют через каждый час, в последующие 18 ч — через 2 ч и в остальное время — 2 раза в смену.

Для электропрогрева бетона, кирпичной кладки, оштукатурен­ных поверхностей используются внешние источники тепла.

Электропрогрев изделий с использованием внешних источни­ков тепла, в отличие от электродного прогрева, происходит за счет тепла, которое выделяется вне конструкции и передается бе­тону через промежуточные материалы (опилки, воду, воздух, пар, металлические стенки) или же за счет лучеиспускания. Так как внешний электропрогрев ниже электродного, он применяется толь­ко для изделий сложной конфигурации.

Прогрев бетона электрическими печами сопротивления. В элект­рических печах сопротивления, применяемых для косвенного про­грева бетона, нагревательным элементом служит нихромовая или фехралевая проволока. Простейшая отражательная печь, предназ­наченная для электропрогрева бетонных и железобетонных изде­лий небольшой толщины, представляет собой деревянный желоб параболической формы из шпунтованных досок толщиной 40 мм.

Для прямого электропрогрева используют инвентарные элект­рощиты. Электрощит представляет собой раму из уголков, внутри которой на стальном листе толщиной 1 мм по слою тонкой изоля­ции уложена нагревательная стальная или нихромовая проволока. Сверху проволока изолирована листовым асбестом и слоем мине­ральной ваты толщиной 20...30 мм, защищенным листом кро­вельного железа. При прогреве несколько таких щитов включаются последовательно. Температура бетона регулируется включением в цепь разного числа электрощитов.

Для прогрева железобетонных труб и колец используют цилин­дрические печи с нагревательной спиралью, намотанной на кусок асбоцементной трубы.

Электропрогрев при помощи термоактивного слоя. Прогреваемую конструкцию покрывают слоем опилок, смоченных для повыше­ния электропроводности слабым раствором соли (3...5 %). В опилки закладывают электроды из круглой или полосовой стали, включае­мые в сеть. При включении тока опилки нагреваются и тепло пере­дается конструкции. Для увеличения электропроводности опилок их после засыпки слегка прессуют. Температура опилок поддерживает­ся на уровне 80...90°С. Необходимая мощность в период подъема температуры 7...8 кВт на 1 м3 бетона, а расход электроэнергии на прогрев такого же объема бетона достигает 120... 160 кВт·ч.

Прогрев при помощи термоформ с нагревательными элементами. При электропрогреве сборных железобетонных изделий применя­ют панели из токопроводящей резины. Электропроводность такой резины создается за счет большого содержания в ней сажи. Нагре­вательные панели имеют средний токопроводящий слой толщи­ной 2 мм, в который заделаны электроды из латунной сетки или полосы, и два наружных слоя из обычной резины толщиной 0,5 мм.

Важным преимуществом этого способа является герметизация изделия в процессе его прогрева, исключающая испарение влаги из бетона.

Электропропаривание. Паровая среда в пропарочной камере со­здается с помощью электрических нагревательных элементов-спи­ралей или электродов, установленных в нижней части камеры. Мощ­ность нагревательных устройств определяется из расчета 7...8 кВт на 1 м3 прогреваемых изделий. К нагревателям подается сетевое напряжение. Для ускорения нагрева изделия рекомендуется при­менять вместо воды 0,5%-ный раствор поваренной соли.

Способ электропропаривания железобетонных изделий приме­няется для изделий сложной конфигурации.

Электропрогрев инфракрасными лучами. При инфракрасном про­греве, в отличие от других способов внешнего обогрева бетона, обеспечивается непосредственная передача тепловой энергии от источника излучения к нагреваемому изделию. В качестве источни­ков инфракрасного излучения используются лампы накаливания типа ЗН мощностью 300 и 500 Вт при напряжении 127 и 220 В. Применяются также обычные лампы накаливания мощностью 200...500 Вт.

Мощность, необходимая для электропрогрева бетона, являющаяся одним из основных факторов, определяющих выбор электрооборудо­вания и расчет питающей сети, зависит от модуля поверхности про­греваемой конструкции, температуры прогрева, температуры наруж­ного воздуха, начальной температуры бетона, конструкции опалубки, эффективности утепления и особенно от скорости разогрева бетона.

В качестве источников питания для электропрогрева применя­ют, как правило, трансформаторы. Выпускается комплектная трансформаторная подстанция наруж­ной установки КТП-ОБ-63У1, предназначенная для электропрогрева грунта и бетона. В КТП установлен трансформатор ТМОБ-63 номинальной мощностью 63 кВА.

4 Электропрогрев грунта

Электропрогрев грунтов применяют в тех районах, в которых имеется свободная электрическая мощность (например, вблизи мощных гидростанций).

Существует несколько способов электропрогрева грунтов, из которых наиболее удобным, дешевым и безопасным является элек­тродный способ с непосредственным подключением установок элек­тропрогрева к существующим электросетям напряжением до 380 В.

Электродный способ заключается в том, что через грунт пропус­кается электрический ток напряжением 220 или 380 В. Электропро­водность грунта зависит от степени его влажности, состояния и тем­пературы, наличия в грунте растворов солей, кислот, от строения грунта и т. п. Сложность строения грунта и происходящие в нем физические явления и изменения, связанные с тепловыми процес­сами, значительно влияют на его электрическое сопротивление.

Поверхность прогреваемого участка грунта засыпается на 15...25 см слоем опилок, смоченных водным раствором соли (поваренной, хлористого кальция) или соляной кислоты, имеющи­ми назначение первоначально проводить ток и утеплять грунт; даже при напряжении 380 А ток практически не проходит через мерз­лый грунт.

При электропрогреве грунта горизонтальными электродами (рисунок 5.25, а) тепло передается грунту главным образом от нагрева­ющегося слоя опилок, а участие самого грунта в цепи тока отно­сительно небольшое. Только незначительный верхний слой грун­та, прилегающий к электродам, включается в электроцепь и явля­ется сопротивлением, в котором выделяется тепло.

Горизонтальные электроды применяются при отогреве грунта на небольшую (до 0,5...0,7 м) глубину, а также в тех случаях, когда вертикальные электроды неприменимы вследствие малой электропроводности грунта или невозможности забивки их в грунт, смешанный, например, с щебнем.

Рисунок 5.25 - Электропрогрев грунта:

а — горизонтальными электродами: 1 — электроды; 2 — опилки, смоченные ра­створом соли; 3 — подводка электроэнергии; 4 — верхнее утепление (толь, маты и т. п.); 5 — грунт; б — вертикальными электродами: 1 — подвод электроэнергии; 2 — опилки с утеплителем; 3 — грунт; 4 — электроды

Отогрев вертикальными электродами (рисунок 9.25, б) более эффек­тивен и применяется при глубине мерзлого грунта более 0,7 м, а также при малом контакте между горизонтальными электродами и грунтом. В твердые грунты (глинистые и песчаные с влажностью более 15...20%) электроды забиваются на глубину 20...25 см, а затем осаживаются по мере оттаивания грунта. При оттаивании на глубину 1,5 м рекомендуется иметь два комплекта электродов — коротких и длинных. По мере оттаивания грунта короткие элект­роды заменяются длинными. Отогрев грунта на глубину 2 м и бо­лее следует производить ступенями с периодическим удалением оттаявших слоев (при выключенном токе).

При вертикальных электродах грунт засыпается опилками, ко­торые сначала служат побудителем к прогреву верхнего слоя грун­та. По мере оттаивания слои грунта включаются в цепь, после чего опилки только уменьшают теплопотери оттаиваемого грунта. Вме­сто опилок побудителем могут служить бороздки, пробитые зуби­лом между всеми электродами на глубину 6 см и залитые раство­ром соли. При покрытии поверхности отогреваемого грунта слоем сухих опилок, как показывает практика, устройство бороздок дает очень хорошие результаты.

В целях экономии электроэнергии и максимального использо­вания мощности средняя положительная температура прогревае­мого грунта не должна превышать 2...5 0С, в отдельных точках — 15...20 0С; прогрев следует вести участками с перерывами в пита­нии их током.

Требуемая мощность и расход энергии при температуре грунта 15 0С в среднем на каждый кубический метр составляют 3,5 кВт при расходе электроэнергии 30 кВт·ч.

За последние годы разработан и внедрен в производство в се­верных районах страны отогрев грунта электроэнергией напряже­нием до 10 кВ.

По сравнению с напряжением 380 В применение для электро­прогрева мерзлого грунта электродов с напряжением 10 кВ позво­ляет ускорить производство работ и сокращает их стоимость. По­требное количество электродов уменьшается, а расстояние между ними увеличивается. Сокращается объем подготовительных работ по погружению электродов в грунт. Основное количество тепла выделяется около электродов, остальная часть грунта прогревает­ся до отрицательной температуры, близкой к 0°С за счет тепловой энергии, аккумулированной около электродов. Грунт прогревается снизу вверх, за счет этого уменьшаются потери тепла в атмосферу. Прогрев мерзлого грунта до температуры — 1,5... — 0,5 °С создает весь­ма благоприятные условия для его разработки землеройными ме­ханизмами, так как при полном оттаивании грунт примерзает к ковшу экскаватора или отвалу бульдозера. Кроме того, увлажнен­ный грунт, удаленный в отвал, смерзается, что вызывает допол­нительные затраты при его погрузке в транспортные средства или при обратной его засыпке.

5 Техника безопасности при электропрогреве

Техника безопасности при электропрогреве при напряжении до 10 кВ мерзлого грунта заключается в полном исключении попа­дания людей и животных в зону опасных шаговых напряжений. Многократными измерениями установлены величины шаговых на­пряжений в грунтах при рабочем напряжении на электродах 10 кВ;

безопасное шаговое напряжение 40 В наблюдалось, как правило, на расстоянии 9... 10 м от электродов, участвующих в прогреве грунта. Напряжения измерялись между вертикальными контрольны­ми электродами, заглубленными в грунт на 1,5 м и на 5...7 м.

Ограждение опасной зоны электропрогрева предусматривает расположение на расстоянии 15 м от крайних рабочих электродов многоярусного мягкого веревочного барьера, укрепленного на ин­вентарных деревянных опорах. Концы веревок крепятся к рычагам конечных выключателей, устанавливаемых на опорах. Конечные выключатели срабатывают при натяжении любой из горизонталь­ных веревочных преград, что вызывает отключение напряжения подводимого к установке электропрогрева грунта.

Раздел 6 Основы электроники

Тема 6.1 Физические основы электроники

Лекция 18

План:

1 Электропроводность  полупроводников

1 Электропроводность  полупроводников

Полупроводниками называют вещества, которые по способности проводить электрический ток занимают промежуточное положение между металлом и диэлектриками. Для изготовления полупроводниковых приборов используют вещества с кристаллической структурой. Исходным материалом наиболее часто служит германий  Ge и кремний  Si, а также арсенид галлия  GaAs.  Атомы в кристаллической решетке связаны за счет обменных сил, возникающих при попарном объединении валентных электронов соседних атомов, при этом каждый из атомов остается электрически нейтральным. Такая связь называется ковалентной. Полупроводник, в узлах кристаллической решетки которого находятся только атомы самого полупроводника, называется собственным.

При повышении температуры возникает колебание решетки, ковалентные связи между атомами могут разрываться, что приводит к образованию поры носителей заряда – свободного электрона и незаполненной связи – дырки. Процесс образования электронно-дырочных пар называется генерацией носителей заряда. Незаполненная электроном связь быстро заполняется одним из валентных электроном соседнего атома, на месте которого образуется дырка.  Электроны и дырки совершают хаотическое движение в  течение некоторого времени, после чего свободный электрон возвращается на место разорванной валентной связи, при этом исчезает пара свободных носителей заряда. Процесс этот называется рекомбинацией. В полупроводниковых приборах используются примесные полупроводники, у которых число носителей заряда существенно увеличивается.

При введении в кремний атома элемента V группы Периодической таблицы элементов   (например, мышьяк As, сурьма Sb, фосфор Р)  четыре  его валентных электрона вступают в связь с  четырьмя соседними электронами кремния и образуют устойчивую оболочку из восьми электронов.  Девятый электрон слабо связан с ядром пятивалентного элемента, он отрывается и становится свободным. Дырки при этом не образуются.

Примесные полупроводники

Примесный атом становится ионом с положительным зарядом. Примесь этого типа называется донорной, а полупроводники электронными или  n - типа электропроводности. В таких полупроводниках электроны свободны, а дырки связаны.

Если в кремний  введен атом трехвалентного элемента (например, бор В, алюминий Аℓ, индий In), то все три валентных электрона вступают в связь с четырьмя электронами соседних атомов кремния. Для устойчивости оболочки не хватает одного. Им является один из валентных электронов, отбираемый от соседнего атома, у которого образуется незаполненная связь – дырка. Примесь такого типа называется акцепторной, а полупроводники – дырочными или  р - типа электропроводности. Дырки в них свободны, а электроны связаны. Носители зарядов, преобладающими в данном полупроводнике называются основными. В полупроводниках  n – типа  основные носители заряда – электроны, а не основные –дырки.  В полупроводниках  р - типа  основные носители заряда дырки, а не основные – электроны.

Электронно-дырочный переход

Электронно – дырочным  переходом называется обедненный свободными носителями зарядов слой полупроводника, разделенный на электронную и дырочную области. Рассмотрим свойства равновесного полупроводника при отсутствии внешнего напряжения  (рис.1). Предположим, что кристалл разделен на две области: левая область  р – дырочная, а правая  область  n - электронная.

Дырки под  действием  сил теплового движения из области  р  переходят в область  n, где они уже будут не основными носителями, а электроны из области  n  переходят в области  р,  где тоже будут не основными носителями.  Из-за ухода через переход на его правой границе создается пространственный  заряд отрицательный, а с левой стороны образуется положительный пространственный заряд из-за ухода электронов.

Образование пространственных зарядов в  р-n  переходе приводит к появлению контактной разности потенциалов. За счет контактной разности потенциалов создается электрическое полн. Оно препятствует диффузии дырок и электронов через переход и стремится вернуть дырки и электроны в свои области.  Поэтому в центральной части перехода образуется слой с малой концентрацией носителей зарядов и поэтому с большим сопротивлением. Этот слой называется запирающим, т. е. препятствующим прохождению тока. Внутреннее поле подхватывает не основные носители каждой области и переносит их в соседнюю, образуя дрейфовый ток. В состоянии равновесия дрейфовый и диффузионный токи равны и противоположны. Общий ток равен нулю.

В зависимости от концентрации основных носителей заряда  в областях р-n переходы подразделяются на симметричные и несимметричные.  У симметричного р - n перехода концентрация  основных носителей зарядов в обоих областях одинаковая, а у  несимметричного концентрация  основных носителей зарядов в одной из областей выше, чем в другой.

По площади р-n переходы делятся на: плоскостные - у которых линейные размеры, определяющие площадь перехода, значительно превышает его толщину; и точечные – у которых эти размеры меньше толщины перехода. Наибольшее применение получили несимметричные  плоскостные  р-n переходы.

Если к пластине полупроводника с  р-n  переходом подключить источник

Рис.6.1. Прямое (2) и обратное включение (3) p-n перехода

постоянного тока напряжением  U плюсом к  р - области, а минусом к  n – области (рис.6.1, 2), в полупроводнике возникает электрическое поле  Епр,  направленное навстречу полю  пространственных зарядов  Ек  и результирующее поле  Ер  в р-n  переходе будет меньше поля  Ек,  понизится потенциальный барьер, ток диффузии увеличится.  Такое включении  р-n  перехода называется прямым включением, а внешнее напряжение такой полярности прямым напряжением  Uпр.  Так как диффузионный ток стал больше дрейфового тока, то через переход, а следовательно, и  через пластину начнет проходит прямой ток  Iпр.  Если прямое напряжение плавно увеличивать, ток  Iпр  будет расти, сопротивление запирающего слоя уменьшается. Этот процесс называется  инжекцией.

Если к  р-n переходу приложить напряжение обратной полярности  (рис.6.1, 3), то в полупроводнике возникнет  электрическое поле  Еобр,  совпадающее по направление с полем  Ек,  и результирующее поле  Ер  станет  больше  поля  Ек.  Потенциальный барьер увеличится, сопротивление запирающего слоя увеличивается. Такое включение  р-n перехода называется  обратным включением, а внешнее напряжение обратным напряжением  Uобр.  Ток, обусловленный  преимущественно  не основными носителями зарядов, называется обратным током Iобр Основное свойство  р-n перехода – односторонняя проводимость, т. е. зависимость его сопротивления от полярности приложенного напряжения. При прямом включении перехода его сопротивление мало, а при  обратном  велико, таким образом р-n переход обладает односторонней проводимостью. Основные показатели, характеризующие р-n переход :  Uк – контактная разность потенциалов барьера (высота потенциального барьера);  d – ширина  р-n перехода, которая зависит от концентрации примеси в полупроводнике. Прямое включение  р-n перехода уменьшает высоту и ширину потенциального барьера, обратное включение наоборот увеличивает высоту и ширину потенциального барьера.

Вольт - амперная характеристика  р-n перехода (ВАХ)

Рис. 6.2. Вольт-амперные характеристики: выпрямительного диода (б) и стабилитрона (в)

ВАХ – это зависимость тока, протекающего через  р-n переход, от приложенного напряжения:  Iр-n = f (Uр-n).

Iпр = f (Uпр)  - ВАХ  прямо включенного  р-n перехода

Iобр = f (Uобр) – ВАХ  обратно включенного р-n перехода

Iпр>>Iобр  Uобр>> Uпр

Переход обладает свойством односторонней проводимости. Ток через  р-n переход при его прямом включении  (р +, n - ) значительно больше по величине, чем обратном  (р -, n+). Прямые токи  для различных переходов могут  иметь величину от единиц  мА  до единиц  А.  Обратные  токи имеют порядок величин от единиц до сотен мкА. Большой прямой ток приводит к выделению на  р-n переходе большой тепловой энергии, поэтому прямые напряжения обычно небольшие, порядка  0,2 – 1,5 В. Обратные напряжения могут быть значительно выше – 5- 100 В и более

Прямая ветвь ВАХ  имеет два участка: начальный нелинейный ОА и линейный АБ.  Из характеристики видно, что  с ↑Uпр  ↑Iпр.  При больших обратных напряжениях  возникает резкое увеличение обратного тока – это явление называют электрическим пробоем р-n перехода, этот  процесс обратимый. При уменьшении обратного напряжения до величины, меньшей критической, обратный ток резко уменьшается (участок ВГ). При значительном увеличении обратного напряжения  происходит нарушение равновесия между выделяемым в р-n переходе и отводимым от него теплом, что приводит к возникновению теплового пробоя, этот процесс необратим и связан с разрушением структуры полупроводника

Рисунок 6.3 - Кристаллическая решетка полупроводников:

а – парноэлектронная связь атомов, б – ее схематическое изображение, в – связи в кристаллической решетке германия

Рисунок 6.4 - Схема связи примесей с германием:

а - пятивалентной (донорной), б — трехвалентной (акцепторной)

Тема 6.2 Полупроводниковые приборы

Лекция 19

План:

1 Полупроводниковые диоды

2 Транзисторы

1 Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод (вентиль) представляет собой контакт­ное соединение двух полупроводников, один из которых с электронной проводимостью (n-типа), а другой — с дырочной (р-типа, рисунок 6.6, а).

Вследствие большой концентрации электронов в полупроводнике n-типа будет происходить диффузия их из первого полупроводника во второй. Аналогично будет происходить диффузия дырок из второго полупровод­ника р-типа в первый n-типа. В тонком пограничном слое полупроводни­ка n-типа возникает положительный заряд, а в пограничном слое полуводника р-типа — отрицательный заряд. Между этими слоями возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электриче­ское поле напряженностью Еп, которая препятствует диффузии элек­тронов и дырок из одного полупроводника в другой. Таким образом, на границе двух полупроводников возникает тонкий слой, обедненный носителями зарядов (электронов и дырок) и обладающий большим со­противлением. Этот слой называется запирающим р-n - переходом.

Рисунок 6.6 - Полупроводниковый вен­тиль и его схема включения:

а — общий вид, 6 — схема  включения в обратном направлении, в — схема  вклю­чения в прямом направлении

Соединив положительный зажим источника питания с металличес­ким электродом полупроводника n-типа, а отрицательный зажим с электродом полупроводника р-типа, получим внешнее электрическое поле Ев, направленное согласно с полем р-n-перехода Еп, усиливаю­щее его (рисунок 6.6, б). Такое поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей зарядов через запирающий слой и через диод пройдет малый обратный ток Iобр, обусловленный не основными носителями заряда. Обратный ток диода в значительной мере зависит от температуры, увеличиваясь с ее повышением.

При изменении полярности источника питания (рисунок 6.6, в) внеш­нее электрическое поле  Ев, окажется  направленным встречно полю р-n - перехода Еп и под действием этого поля электроны и дырки нач­нут двигаться навстречу друг дру­гу и число основных носителей заряда в переходном слое возрас­тет, уменьшая потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.

Таким образом, в цепи устанав­ливается прямой ток Iпр, который будет значительным даже при от­носительно небольшом напряжении источника питания.

На рисунке 6.7 показана вольт-амперная характеристика германие­вого диода и его условное обозна­чение. Для большей наглядности прямая ветвь (правая часть графи­ка) и обратная ветвь (левая часть графика) характеристики изображе­ны в различных масштабах. Харак­теристика показывает, что при небольшом прямом напряжении Uпр=1В на зажимах диода в его цепи проходит относительно большой ток, а при значительных обратных па-пряжениях Uобр ток Iобр ничтожно мал.

Рисунок 6.7 - Вольт-амперная характерстика германиевого диода и  его условное обозначение

Таким образом, полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, т. е. является электрическим вентилем. Промышлен­ность производит электрические вентили германневые, кремниевые, селеновые п медпозакисные. Германиевые и кремниевые вентили изго­товляют двух типов: точечные и плоскостные. У точечного германиевого диода (рисунок 6.8, а) помещен кристалл германия 5 с электронной прово­димостью, в который острием входит контактный пружинящий вывод анода 3. Под контактным острием в результате специальной термической обработки создается область с дырочной проводимостью. В плоскостном германиевом диоде (рисунок 6.8, б) на пластину германия 5 с элек­тронной проводимостью накладывается таблетка из индия, которая в процессе изготовления диода нагревается до 5000С п плавится так, что ее атомы диффундируют в германий, образуя область с дырочной про­водимостью.

Рисунок 6.8 - Конструкция германиевого диода:

а – точечного, б – плоскостного; 1—изолятор, 2 — корпус,3 — вывод анода, 4 — припой, 5 — кристалл,  6 — кристаллодержатель,  7 — внешние выводы

На границе двух областей (с электронной и дырочной проводи­мостью) появляется запирающий р-n-переход.

Как в точечном, так и в плоскостном диоде германий 5 припоем 4 укреплен на кристаллодержателе 6, к которому приварен вывод катода (нижний) 7. Вывод анода 3 также припоем 4 укрепляется в области с дырочной проводимостью и выводится наружу в верхней части диода. Металлический корпус 2 сварен с кристаллодержателем 6 и стеклянным изолятором /.

Кремниевые диоды отличаются от германиевых не только матери­алом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно: более высокой предельной температурой, много меньшим обратным током, более высоким пробивным напряжением. Однако сопротивление кремниевого вентиля в прямом направлении значительно больше, чем германиевого.

2 Транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластину крем­ния или германия, состоящую из трех областей. Дне крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя — про­тивоположной проводимостью. Транзисторы, у которых крайние об­ласти обладают электронной проводимостью, а средняя—дырочной проводимостью, называются транзисторами n-р-n-типа  (рисунок 6.9 а); транзисторы, у которых крайние области обладают дырочной, а сред­няя электронной проводимостями — транзисторами n-р-n-типа  (рисунок 6.9, б). Физические процессы, происходящие в транзисторах двух типов, аналогичны.

Эмиттер является областью, испускающей  но­сители зарядов электронов в транзисторе n-р-n-типа  и дырок в транзисторе р-n-р - типа  , коллектор - область, собирающая носители зарядов, база — средняя область, основание.

В условиях работы транзистора к левому р-n-переходу прикладывается напряжение эмиттер — база Uэ в прямом направлении, а к правому р-n-переходу — напряжение база — коллектор Uк — в обратном. Под действием электрического поля большая часть носителей зарядов из левой области эмиттера), преодолевая р-n-переход, переходит в очень узкую среднюю область (базу). Далее большая часть но­сителей зарядов продолжает двигаться ко второму переходу и, приближаясь к нему, попадает в электрическое поле, созданное внешним источником  Uк.. Под влиянием этого поля носители зарядов втягиваются в правую область (коллектор), увеличивая ток в цепи.

Рисунок 6.9 - Структура и графическое обозначение транзисторов:

а  — n-р-n-типа,  б — р-n-р –типа

Рисунок 6.10 - Схема включения транзистора р-n-р –типа

В базе незначительная часть носителей зарядов, перешедших из эмиттера, рекомбинирует со свободными носителями зарядов проти­воположной полярности, образующими ток базы Iб. Таким обра­зом, ток коллектора , —окажется меньше тока эмиттера, не­значительно отличаясь от последнего.

Отношение - называется коэффициентом усиления по току.

Возможны три схемы включения транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором. Название схемы показы­вает, какой электрод транзистора является общим для входной и вы­ходной цепей. Схемы включения транзисторов отличаются своими свой­ствами, но принцип усиления колебаний остается одинаковым.

Устройство плос­костного германиево­го транзистора  р-n-р - типа показано на

Рисунок 6.11. Базой является пластина 3 из кристаллического гер­мания с электронной проводимостью. С двух сторон в пластину вплавлены индиевые электроды, служащие эмиттером 6 и коллекто­ром 8. При плавлении индия между каждым из этих электродов и гер­маниевой пластиной — базой образуются области с дырочной прово­димостью и создаются эмиттерный 7 и коллекторный 2 р-n-переходы. Коллектор 8 крепится на кристаллодержателе 1, от которого наружу проходит вывод коллектора 9. Выводы от эмиттера 5 и базы 4 изоли­рованы от корпуса стеклянными проходными изоляторами. Транзис­тор помещается в металлический корпус.

Рисунок 6.11 - Устройства плоскостного германиевого тран­зистора р-n-р - типа: 1 — кристаллодержатель, 2 — коллекторный переход, 3 — база, 4 — вывод базы. 5 — вывод эмиттера, 6 — эмиттер, 7 — эмиттерный переход, 8 — коллектор, 9 — вывод коллектора

Транзисторы по сравнению с электронными лампами имеют сле­дующие преимущества: большую механическую прочность и долго­вечность, постоянную готовность к работе, малые габариты и массу, низкое напряжение питания и высокий кпд; кроме того, отсутствует цепь накала и, следовательно, упрощена схема и нет потребления мощности для разогрева катода.

К недостаткам транзисторов относится зависимость режима ра­боты его от температуры окружающей среды, небольшая выходная мощность, чувствительность к перегрузкам, разброс параметров, вследствие которого отдельные транзисторы одного типа значительно отличаются друг от друга по своим параметрам, большое различие между входными и выходными сопротивлениями.

Литература

1. Петленко, и электроника [Текст] : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / . , и др.; под ред . – М

М: Издательский центр «Академия», 2009.-  320с.

2. Зайцев, . Электроснаб­жение, электротехнология и электрооборудование строитель­ных площадок [Текст]: Учебное пособие / , . - М.: Мастерство, 2011. - 208 с.

Интернет-ресурсы:

[Электронный ресурс] / http:///  -  Учебные пособия для студентов университетов и абитуриентов - лекции, курсовые, задачи, чертежи, лабораторные работы.  home. /tgpu/resources/Elektrotehnika/index. htm [Электронный ресурс] / http://home. /tgpu/resources/Elektrotehnika/index. htm - Краткий курс лекций. Воропаев news. elteh. ru [Электронный ресурс]/ http://news. elteh. ru/ - Информационно-справочное издание. Новости электротехники



Подпишитесь на рассылку:


Производство

Основные направления, собранные в один список

Смотрите также

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства



Не видите текст? Отключите Adblock




Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.