Elektrotechnika II. egyenirányítás, villamos kapcsolók és készülékek
összefoglaló
2003.
Dr. Kloknicer Imre okl. eá. vill. mérnök vill. gép és készülék ágazat
2 Tartalom
1. Bevezetés 2. Egyenirányítás 2.1 1fázisú egyenirányító kapcsolások 2.2 3fázisú egyenirányító kapcsolások 2.3 Sz rés simítás 3. Villamos ív 3.1 Emissziók 3.2 Ív jelleggörbék 3.3 Ív oltás, újra gyulladás megakadályozása 4. Olvadóbiztosítók 5. Szakaszolók 6. Kontaktorok 6.1 Mágneskacsolók 6.1.1 Egyenáramú mágnes mozgástörvényei 6.1.2 Váltakozóáramú mágnes mozgástörvényei 6.2 H kioldók 6.3 Kapcsolók 7. Megszakítók 8. Villamosgépek és hálózatok védelme
3
1. Bevezetés
Ez a jegyzet (emlékeztet ) az Elektrotechnika II. el adások tematikája szerint készült. Egy közlekedésmérnöknek nem feladata egy létesítmény elektromos berendezéseinek tervezése. Munkáját azonban úgy tudja jól ellátni, ha az er sáramú villamos tervezés, üzemeltetés területére van rálátása. Ez a jegyzet ehhez a tréninghez (el adás, szeminárium, labor) kínál segítséget.
4 2. Egyenirányítás Az ipari (er sáramú) egyenirányítás általában színuszosan váltakozó feszültségb l csinál hullámos egyenfeszültséget. A dióda nyitóirányú ellenállását nullának, a záróirányút végtelennek tekintjük. A küszöb feszültségek elhanyagolhatók a tápfeszültséghez képest. A disszipációs teljesítmény nagy lehet, a h tésr l gondoskodni kell. Pl.: h t borda, kéményhatás, ventillátor stb. 2.1 1fázisú egyenírányító kapcsolások 1F1U1Ü Az effektív érték:
1T 2 i ( t ) * dt T0
I eff és ^
i( t ) így
I* sin t , ha 0
t
és i(t)=0, ha
t
2
T
1 2 2 I sin tdt T 0
^
I eff
* t és d felhasználásával ^
I eff
I
* dt és ^
1 sin 2 d 2 0
I
*T 2
1 sin 2 d 2 0
ahol
sin 2 d 0
1 cos 2 d 2 0
behelyettesítve ^ 1 I eff I * 2 2
^ 1
I*
2
Az egyenáramú középérték: 1T Ie i( t )dt T0 és
1 d 2 0
cos 2 d 2 0
2
0
5 ^
i( t ) így Ie
I* sin t , ha 0
t
és i(t)=0, ha
T ^ 1 2
I sin tdt
T
0
* t és d felhasználásával 1 ^ Ie I sin d 2 0
* dt és
*T 2
ahol
cos 0
sin d 0
behelyettesítve
Ie
^ 1
I*
A forma tényez : ^1 I eff I 2 ^1 2 Ie I 1F1U2Ü és 1F2U2Ü Az effektív érték:
1T 2 i ( t ) * dt T0
I eff és ^
i( t ) így
I* sin t 1T 2 I sin tdt T0
^
I eff
cos 0 cos
2
t
2
6
* t és d felhasználásával
* dt és
1 2 2 I sin d 2 0
^
I eff
*T 2 ^
I
1
sin 2 d 0
ahol
sin 2 d 0
1 cos 2 d 2 0
behelyettesítve ^ 1 I eff I * 2
^
I*
1 d 2 0
cos 2 d 2 0
1 2
Az egyenáramú középérték:
Ie
I abs
1T i( t ) dt T0
és ^
i( t ) így Ie
I* sin t I abs
1 ^T I sin t dt T 0
* t és d felhasználásával 2 ^ Ie I sin d 2 0
* dt és
2 ^ T/2 I sin tdt T 0
*T 2
ahol
sin d
cos 0
0
behelyettesítve ^ 2 I e I* A forma tényez :
cos 0 cos
2
2
0
7 ^ 1
I
I eff Ie
2
^2
2 2
I
2.2 3fázisú egyenirányító kapcsolások 3F1U3Ü Az effektív érték:
1T 2 i ( t ) * dt T0
I eff és ^
i( t )
I* sin t , ha
/6
t 5 /6
^
i( t )
I * sin( t
2 / 3) , ha 5 / 6
t
3 /2
4 / 3) , ha 3 / 2
t 13 / 6
^
i( t )
I * sin( t
így
* t és d felhasználásával ^
I eff
6 I 2
* dt és
*T 2
2
sin 2 d
6
ahol 2
21
sin 2 d
6
1 ( 2 2
21
cos 2 d 2
2
6
6
)
d
60
6
11 (sin 22
behelyettesítve ^ 6 I eff I *( 2 6
2 cos 2
3 ) 8
sin 3 )
^
I*
1 2
6
3 3 8
3 8
2
d
8 Az egyenáramú középérték:
1T i( t )dt T0
Ie és
^
i( t )
/6
I* sin t , ha
t 5 /6
^
i( t )
I * sin( t
2 / 3) , ha 5 / 6
t
3 /2
4 / 3) , ha 3 / 2
t 13 / 6
^
i( t ) így
I * sin( t
* t és d felhasználásával
* dt és
*T 2
cos
3 2
6 ^ 2 I sin d 2
Ie
6
ahol 2
sin d
cos
6
2
6
behelyettesítve ^ 6 3 ^ 3 3 I e I* I* 2 2 2 A forma tényez : 1 3 3 I eff 2 8 Ie 3 3 2 3F1U6Ü és 3F2U6Ü Az effektív érték:
I eff
1T 2 i ( t ) * dt T0
9 és ^
i( t )
/3
I* sin t , ha
t
2 /3
^
i( t )
/ 3) , ha 2 / 3
I * sin( t
t
^
i( t )
I * sin( t
2 / 3) , ha
t
4 /3
^
i( t )
) , ha 4 / 3
I * sin( t
t 5 /3
^
i( t )
4 / 3) , ha 5 / 3
I * sin( t
t
2
^
i( t )
I * sin( t 5 / 3) , ha 2
t
7 /3
így
* t és d felhasználásával
*T 2
12 2 2 sin d 2
^
I eff
* dt és
I
3
ahol 2
21
sin 2 d
3
21
cos 2 d 2
2
3
1 ( 2 2
3
)
d
3
11 (sin 22
behelyettesítve ^ 12 I eff I* *( 2 12
^
I*
1 2
6 3 8
Az egyenáramú középérték:
Ie
1T i( t )dt T0
és ^
i( t )
I* sin t , ha
/3
t 2 /3
^
i( t )
I * sin( t
/ 3) , ha 2 / 3
2 3
sin 2 3 ) 12
3 ) 8
2 cos 2
t
3 8
d
10 ^
i( t )
t 4 /3
2 / 3) , ha
I* sin( t ^
i( t )
) , ha 4 / 3
I * sin( t
t 5 /3
^
i( t )
4 / 3) , ha 5 / 3
I * sin( t
t
2
^
i( t )
I * sin( t 5 / 3) , ha 2
t
7 /3
így
* t és d felhasználásával
* dt és
*T 2
12 ^ 2 I sin d 2
Ie
3
ahol 2
sin d
cos
3
cos
2
1 2
3
behelyettesítve ^ 12 1 ^ 3 I e I* I* 2 2 A forma tényez : 1 6 3 I eff 2 8 Ie 3 Összefoglalva:
Ieff Ie k
1Ü 0.5 0.3183 1.57
2.3 Sz rés, simítás
2Ü 0.7071 0.6366 1.11
3Ü 0.84068 0.827 1.0165
6Ü 0.9558 0.9549 1.0009
11 Sz rés párhuzamos kondenzátorral történik, feltölt-kisül. Simítás soros induktivitással (fojtótekercs) hozzuk létre. di U L * mutatja, hogy a tekercs nem szereti az áramváltozást. dt (Lentz törvény)
12
3. Villamos ív
10 4 A I 10 3 A villogó kisülés, Glim lámpa. 10 3 A I 1A átmeneti tartomány. I 1A ív. A villám kA-es nagyságrend. 3.1 Emissziók h emisszió: izzó katód, h energia, katódsugárcs fotó emisszió: fény, fotonok mozgási energiája, fotó dióda hideg emisszió: Feszültség növelése a letörésig, villamos energia A villamos energia mindig jelen van, de az utolsó esetben csak az van. 3.2 Ív jelleggörbék statikus U(I) dinamikus U(I) ív mentén U(x) stabil munkapont U(I) 3.3 Ív oltás, újra gyulladás megakadályozása mozgó ív jobban h l mozgó ív ívhossz n mozgó ív deion kamra mozgó ív ívhúzó szarvak Mozgatás oka: természetes légáramlás (kéményhatás) mesterséges légáramlás (ventillátor, pneumatika stb.) mágneses fúvás (állandó mágnes, önfúvás ) 4. Olvadóbiztosítók Definíció: A hálózat tudatosan legyengített legyengébb része. Fajtái: ultra gyors gyors lomha
13 nagyfeszültség Fogalmak: késes rendszer D rendszer , becsavarható kifordítható aljazat, illeszt elem felcserélhetetlen, nem lehet nagyobbat a foglalatba helyezni megszakítóképesség Kialakítás: olvadószál, segédszál feltekercselt lemez 5. Szakaszolók Általános méretezési elvek: zárlatiáramot el kell viselnie névlegesáram néhány százalékát kell csak szakítania dinamikus er hatásra kell méretezni nyitott érintkez távolság: önkoordinálás Szerkezeti kialakítás: bels téri küls téri jégtör kézi hajtás gépi hajtás vizszintes síkú m ködtetés függ leges síkú m ködtetés reteszelés 6. Kontaktorok nem kézzel m ködtetnek (elektromágnes, pneumatikus) egy nyugalmi helyzete van üzemszer áram be-ki kapcsolás túlterhelés kikapcsolása
6.1 Mágneskapcsolók
14 DIL: kis feszültség légkontaktor, nagy élettartam, megbízhatóság. A behúzó tekercs lehet egyen vagy váltakozó feszültség . 6.11 Egyenáramú mágnes mozgástörvényei A gerjesztési törvény szerint
N *I ahol N I Hv*lv H*
Hv * lv
H *
a tekercs menetszáma az áram a vasra es mágneses feszültség (gerjesztés), ezt a továbbiakban elhanyagoljuk a légrésre es mágneses feszültség (gerjesztés)
Az (egyen)áramot állandó feszültség mellett a tekercs ellenállása határozza meg, tehát állandó. A menetszám úgyszintén állandó. Így a légrés térer ssége és nagysága fordítottan arányos. B= 0*H és B2 F *A 2* 0 ismert összefüggések a légrésre vonatkoztatva, ahol B a légrés indukció H=H térer sség a légrésben A a légrés keresztmetszete F a légrésben a vasra ható er -7 0=4* *10 Vs/Am Az összefüggésekb l következ en a légrés térer ssége arányos az indukcióval, az indukció négyzetével arányos az er hatás. Tehát a légrés csökkenésével a húzóer n , az áram állandó.
6.1.2 Váltakozóáramú mágnes mozgástörvényei A gerjesztési törvény ugyanúgy, mint el bb
N *I és
Hv * lv
H *
15 Hv*lv elhanyagolva. Váltakozóáramú mágnesnél a hálózati feszültség egyensúlyt tart az indukált feszültséggel. Így Ui=4.44*f*N* állandó, ahol Ui az indukált feszültség f a hálózati frekvencia N a tekercs menetszáma a fluxus Miután az f és az N is állandó, így is. =B*A és B2 F *A 2* 0 Így B is állandó és F is. Tehát a húzóer nem függ a légrést l. Visszatérve a gerjesztési törvényhez N és H állandóságából következ en a légréssel arányosan n az áram.
6.2 H kioldók Összehengerelt, esetleg szegecselt két különböz h tágulású fémlemez, mely h hatására elgörbül. F tése (áram nagyság érzékelése): közvetlen közvetett áramváltó 6.3 Kapcsolók Mind kézi m ködtetés : Vezérl kacsoló Helyzetkapcsoló Kormányhenger, mester kapcsoló, kontroller Terhelés kapcsoló Késes kapcsolók, átkapcsolók
16 Ipari forgó kapcsolók (bütykös kapcsolók) Csillag-háromszög kapcsolók
7. Megszakítók Kikapcsolása történhet kézzel, kilincsm kioldása túlterhelés érzékelés zárlat érzékelés Fajtái Nagy olajter Kis olajter Vízter Expanziós Vákuum SF6 Kismegszakítók Szinkron megszakító
8. Villamosgépek és hálózatok védelme A villamos védelem -funkciója jelzés kapcsolás -fajtái alap fed tartalék -tulajdonságai szelektivitás gyorsaság érzékenység üzembiztonság egyszer ség gazdaságosság
17
-felépítése ébreszt mér elem késleltet elem (függ , független) kioldó elem Itt az els és negyedik elem nélkülözhetetlen.
