Хорошо, вот ответы на экзаменационные вопросы по дисциплине "Электрические аппараты" в краткой, чёткой и понятной форме, удобной для переписывания в тетрадь.
Экзаменационные вопросы по дисциплине Электрические аппараты
специальности 13.02.13 Эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
1. (Вопрос отсутствует на изображении)
2. (Вопрос отсутствует на изображении)
3. (Вопрос отсутствует на изображении)
4. Расскажите об электрических контактах. Приведите классификацию электрических контактов.
Электрические контакты – это элементы электрических аппаратов, предназначенные для замыкания и размыкания электрических цепей.
Классификация:
* По назначению:
* Главные (для проведения рабочего тока).
* Вспомогательные (для цепей управления, сигнализации).
* По характеру движения:
* Скользящие (например, в коллекторах, токосъёмниках).
* Размыкающие (например, в выключателях, контакторах).
* По материалу:
* Металлические (медь, серебро, вольфрам и их сплавы).
* Металлокерамические.
* По форме:
* Точечные.
* Линейные.
* Плоскостные.
5. Опишите переходное сопротивление контакта и чем оно обусловлено. Охарактеризуйте способы уменьшения переходного сопротивления контакта.
Переходное сопротивление контакта – это сопротивление, возникающее в месте соприкосновения двух проводников. Оно обусловлено:
* Неровностями контактных поверхностей (фактическая площадь контакта значительно меньше номинальной).
* Наличием оксидных плёнок и загрязнений на поверхностях.
* Сужением токовых линий к фактическим точкам контакта.
Способы уменьшения переходного сопротивления:
* Увеличение силы нажатия контактов.
* Использование контактных материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к окислению (например, серебро, золото).
* Применение самоочищающихся контактов (скользящие, катящиеся).
* Защита контактов от окисления и загрязнений (герметизация, использование инертных газов).
* Увеличение числа контактных точек.
6. Опишите три основных режима работы контактов. Перечислите наиболее распространенные материалы, применяемые для изготовления размыкаемых контактов, укажите их достоинства и недостатки.
Три основных режима работы контактов:
* Длительный режим: контакты находятся в замкнутом состоянии, проводят номинальный ток. Важен низкий нагрев и стабильное переходное сопротивление.
* Коммутационный режим: контакты замыкаются и размыкаются, при этом могут возникать дуга и перенапряжения. Важна износостойкость и дугостойкость.
* Аварийный режим: контакты проводят сверхтоки (токи короткого замыкания). Важна термическая и динамическая стойкость.
Материалы для размыкаемых контактов:
* Медь (Cu):
* Достоинства: высокая электропроводность, низкая стоимость.
* Недостатки: легко окисляется, низкая дугостойкость, склонность к свариванию.
* Серебро (Ag) и его сплавы (например, Ag-Ni, Ag-CdO):
* Достоинства: высокая электропроводность, низкое переходное сопротивление, оксиды серебра электропроводны, хорошая дугостойкость (у сплавов).
* Недостатки: высокая стоимость, склонность к свариванию (чистое серебро).
* Вольфрам (W) и его сплавы (например, W-Cu):
* Достоинства: высокая температура плавления, высокая дугостойкость, высокая твёрдость.
* Недостатки: высокая стоимость, сложность обработки, высокое переходное сопротивление (чистый вольфрам).
7. Дайте определение электрической эрозии, дуговому износу контактов и от чего они зависят.
Электрическая эрозия – это разрушение поверхности контактов под действием электрического тока, проявляющееся в виде переноса или испарения материала.
Дуговой износ контактов – это частный случай электрической эрозии, вызванный воздействием электрической дуги, возникающей при размыкании контактов.
Зависят от:
* Тока и напряжения коммутируемой цепи (чем выше, тем сильнее эрозия).
* Частоты коммутаций.
* Материала контактов (температура плавления, теплопроводность, стойкость к окислению).
* Скорости размыкания контактов.
* Окружающей среды (наличие кислорода, влажности).
8. Опишите процесс образования электрической дуги в коммутационных аппаратах.
Электрическая дуга в коммутационных аппаратах образуется при размыкании контактов, когда между ними возникает электрическое поле высокой напряжённости.
Процесс:
* При размыкании контактов площадь фактического контакта уменьшается, плотность тока возрастает, что приводит к локальному нагреву и плавлению металла.
* При достижении критического расстояния между контактами и достаточной напряжённости поля происходит термоэлектронная эмиссия (выброс электронов с нагретых катодных пятен).
* Электроны ускоряются в электрическом поле и ионизируют молекулы газа в межконтактном промежутке, образуя положительные ионы и новые электроны (ударная ионизация).
* Промежуток становится проводящим, и возникает устойчивый дуговой разряд – электрическая дуга, характеризующаяся высокой температурой и свечением.
9. Расскажите об электрической дуге и процессах дугогашения.
Электрическая дуга – это самостоятельный электрический разряд в газе, характеризующийся высокой плотностью тока, низкой напряжённостью электрического поля, высокой температурой и свечением. Она возникает при размыкании контактов и может привести к их разрушению и повреждению аппарата.
Процессы дугогашения направлены на прекращение горения дуги и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. Основные принципы:
* Увеличение длины дуги.
* Охлаждение дуги.
* Разделение дуги на части.
* Интенсивное деионизация межконтактного промежутка.
* Воздействие магнитного поля.
10. Опишите процессы ионизации межконтактного промежутка.
Ионизация межконтактного промежутка – это процесс образования свободных заряженных частиц (электронов и ионов) из нейтральных атомов и молекул газа, находящихся между контактами.
Основные процессы:
* Термоэлектронная эмиссия: при нагреве катода до высоких температур электроны покидают его поверхность.
* Ударная ионизация: свободные электроны, ускоренные электрическим полем, сталкиваются с нейтральными атомами газа, выбивая из них электроны и образуя положительные ионы.
* Фотоионизация: ультрафиолетовое излучение дуги может ионизировать атомы газа.
* Полевая эмиссия: при очень высокой напряжённости электрического поля электроны могут вырываться с поверхности катода.
11. Расскажите о факторах, влияющих на ионизацию. Опишите 4 процесса ионизации.
Факторы, влияющие на ионизацию:
* Напряжённость электрического поля: чем выше, тем сильнее ускоряются электроны и тем интенсивнее ударная ионизация.
* Температура газа: высокая температура способствует термоэлектронной эмиссии и увеличивает энергию частиц.
* Давление газа: при низком давлении свободный пробег электронов больше, что способствует ударной ионизации. При высоком давлении затрудняется движение частиц.
* Материал контактов: влияет на термоэлектронную эмиссию.
* Состав газа: разные газы имеют разную энергию ионизации.
4 процесса ионизации (уже описаны в вопросе 10):
* Термоэлектронная эмиссия.
* Ударная ионизация.
* Фотоионизация.
* Полевая эмиссия.
12. Опишите влияние ионизации на характеристики контактов. Опишите процесс ионизации и возникновение дуги. Критическая длина дуги.
Влияние ионизации на характеристики контактов:
* Ионизация приводит к образованию проводящего канала (дуги) между контактами, что препятствует быстрому размыканию цепи.
* Высокая температура дуги вызывает плавление, испарение и эрозию контактного материала, сокращая срок службы контактов.
* Ионизация может привести к пробою изоляции и межфазным коротким замыканиям.
Процесс ионизации и возникновение дуги: (см. вопрос 8)
Критическая длина дуги – это минимальное расстояние между контактами, при котором дуга ещё может гореть при данном токе и напряжении. При увеличении длины дуги выше критической, дуга гаснет.
13. Расскажите об электрической дуге в магнитном поле способе гашения дуги воздействием магнитного поля.
Электрическая дуга, как проводник с током, помещённый в магнитное поле, испытывает электродинамическую силу (силу Лоренца). Эта сила стремится вытолкнуть дугу из магнитного поля.
Способ гашения дуги воздействием магнитного поля:
* Создание поперечного магнитного поля (перпендикулярного оси дуги).
* Под действием силы Лоренца дуга начинает двигаться, удлиняться и охлаждаться, растягиваясь в дугогасительной камере.
* Движение дуги приводит к её контакту с холодными стенками дугогасительной камеры, что способствует интенсивному охлаждению и деионизации.
* В результате дуга удлиняется, охлаждается и гаснет. Этот принцип используется в дугогасительных камерах с магнитным дутьём.
14. Расскажите об особенностях гашения дуги переменного тока.
Особенности гашения дуги переменного тока связаны с периодическим прохождением тока через нулевое значение.
* Естественное гашение: при каждом переходе тока через ноль дуга на короткое время гаснет, так как ток становится недостаточным для поддержания разряда.
* Восстановление электрической прочности: в момент перехода тока через ноль необходимо обеспечить быстрое восстановление электрической прочности межконтактного промежутка, чтобы дуга не возникла вновь при следующем полупериоде напряжения.
* Скорость восстановления напряжения: после гашения дуги на контактах появляется восстанавливающееся напряжение. Если скорость его нарастания превышает скорость восстановления электрической прочности промежутка, дуга может повторно загореться.
* Используются методы: интенсивное охлаждение, удлинение дуги, деионизация, дробление дуги, чтобы обеспечить быстрое восстановление прочности.
15. Опишите потери в электрических и магнитных цепях.
Потери в электрических цепях (потери мощности):
* Потери в проводниках (медные потери): обусловлены сопротивлением проводников и протекающим по ним током. Выражаются формулой \(P_{Cu} = I^2 R\). Приводят к нагреву.
* Потери в контактах: обусловлены переходным сопротивлением контактов. Также приводят к нагреву.
Потери в магнитных цепях (потери мощности):
* Потери на гистерезис: обусловлены перемагничиванием ферромагнитного материала. Энергия тратится на изменение ориентации магнитных доменов. Зависят от частоты и площади петли гистерезиса.
* Потери на вихревые токи (токи Фуко): возникают в массивных ферромагнитных сердечниках при изменении магнитного потока. Вихревые токи создают свои магнитные поля, противодействующие основному, и вызывают нагрев сердечника. Уменьшаются путём использования шихтованных (слоистых) сердечников из электротехнической стали.
16. Расскажите о КПД электрического аппарата, теплопередаче в электрических аппаратах при потерях энергии.
КПД (коэффициент полезного действия) электрического аппарата – это отношение полезной мощности, отдаваемой аппаратом, к полной мощности, потребляемой им.
\[ \eta = \frac{P_{полезная}}{P_{потребляемая}} = \frac{P_{потребляемая} - P_{потери}}{P_{потребляемая}} \]
где \(P_{потери}\) – это сумма всех потерь мощности в аппарате (электрических, магнитных, механических).
Теплопередача в электрических аппаратах при потерях энергии:
Все потери энергии в электрическом аппарате (потери в проводниках, контактах, магнитных цепях) преобразуются в тепловую энергию. Это приводит к нагреву аппарата.
Теплопередача осуществляется тремя основными способами:
* Теплопроводность: передача тепла через непосредственный контакт между частями аппарата (например, от обмотки к сердечнику, от сердечника к корпусу).
* Конвекция: передача тепла движущимися потоками жидкости или газа (например, охлаждение воздухом, маслом).
* Излучение: передача тепла в виде электромагнитных волн от нагретых поверхностей в окружающую среду.
Эффективное отведение тепла необходимо для предотвращения перегрева, который может привести к повреждению изоляции, снижению механической прочности материалов и выходу аппарата из строя.
17. Расскажите об основных номинальных режимах работы электрических аппаратов и нагревании электрических аппаратов.
Основные номинальные режимы работы электрических аппаратов:
* Продолжительный режим: аппарат работает длительное время при номинальной нагрузке, достигая установившейся температуры.
* Кратковременный режим: аппарат работает в течение короткого времени, недостаточного для достижения установившейся температуры, затем следует длительная пауза.
* Повторно-кратковременный режим: чередование периодов работы и пауз, причём ни в период работы, ни в период паузы аппарат не успевает достичь установившейся температуры или полностью остыть. Характеризуется продолжительностью включения (ПВ).
Нагревание электрических аппаратов:
Нагревание аппаратов происходит из-за потерь энергии, которые преобразуются в тепло. Температура аппарата повышается до тех пор, пока количество выделяемого тепла не сравняется с количеством отводимого тепла в окружающую среду.
Допустимая температура нагрева ограничена термостойкостью изоляционных материалов. Превышение допустимой температуры приводит к ускоренному старению изоляции, снижению её электрической и механической прочности, что может вызвать пробой и выход аппарата из строя.
18. Расскажите о резисторах и ящиках резисторов.
Резисторы – это пассивные элементы электрических цепей, предназначенные для создания определённого электрического сопротивления, ограничения тока, деления напряжения, поглощения энергии.
Характеристики: номинальное сопротивление, допустимая мощность рассеяния, допуск.
Типы резисторов:
* Постоянные (с фиксированным сопротивлением).
* Переменные (реостаты, потенциометры – с регулируемым сопротивлением).
* Термисторы (сопротивление зависит от температуры).
* Фоторезисторы (сопротивление зависит от освещённости).
Ящики резисторов – это сборки нескольких резисторов, объединённых в одном корпусе, часто с возможностью ступенчатого изменения общего сопротивления.
Применение:
* Пусковые и регулировочные реостаты для электродвигателей (ограничение пускового тока, регулирование скорости).
* Нагрузочные резисторы.
* Делители напряжения.
* Тормозные резисторы.
19. Опишите цветовую маркировку резисторов.
Цветовая маркировка резисторов – это система кодирования номинального сопротивления и допуска резистора с помощью цветных полос на его корпусе.
Обычно используется 4 или 5 полос:
* Первая полоса: первая цифра номинала.
* Вторая полоса: вторая цифра номинала.
* Третья полоса (для 4-полосных): множитель (степень 10).
* Третья полоса (для 5-полосных): третья цифра номинала.
* Четвёртая полоса (для 5-полосных): множитель.
* Последняя полоса (обычно золотая или серебряная): допуск (точность).
Цвета и их значения:
* Чёрный: 0
* Коричневый: 1
* Красный: 2
* Оранжевый: 3
* Жёлтый: 4
* Зелёный: 5
* Синий: 6
* Фиолетовый: 7
* Серый: 8
* Белый: 9
* Золотой (множитель): \(10^{-1}\)
* Серебряный (множитель): \(10^{-2}\)
* Золотой (допуск): \(\pm 5\%\)
* Серебряный (допуск): \(\pm 10\%\)
* Без полосы (допуск): \(\pm 20\%\)
20. Опишите назначение и принцип работы плавких предохранителей.
Назначение: Плавкие предохранители предназначены для защиты электрических цепей от сверхтоков (токов перегрузки и короткого замыкания) путём автоматического размыкания цепи при превышении током определённого значения.
Принцип работы: Основан на тепловом действии тока. Основной элемент – плавкая вставка (тонкая проволока или лента из легкоплавкого металла). При протекании тока, превышающего номинальный, плавкая вставка нагревается до температуры плавления и расплавляется, разрывая электрическую цепь.
21. Опишите конструкцию и виды предохранителей высокого напряжения.
Конструкция: Предохранители высокого напряжения обычно состоят из:
* Фарфорового или стеклопластикового корпуса-трубки.
* Плавкой вставки (из серебра, меди или сплавов), расположенной внутри трубки.
* Дугогасящего наполнителя (кварцевый песок), который окружает плавкую вставку и способствует гашению дуги при её перегорании.
* Контактных колпачков или ножей для подключения к цепи.
* Иногда имеют указатель срабатывания.
Виды:
* Патронные (закрытые) предохранители с кварцевым наполнителем (например, типа ПК).
* Стреляющие предохранители (выбрасывают часть элемента при срабатывании).
* Предохранители с выхлопом газов.
* Предохранители с токоограничивающим эффектом.
22. Опишите конструкцию и виды предохранителей низкого напряжения.
Конструкция: Предохранители низкого напряжения бывают различных конструкций:
* Пробковые (резьбовые): состоят из фарфорового корпуса с резьбой, плавкой вставки и контактного колпачка.
* Ножевые (пластинчатые): имеют корпус из изоляционного материала, внутри которого расположена плавкая вставка, и ножевые контакты для установки в держатель.
* Цилиндрические (трубчатые): стеклянная или керамическая трубка с плавкой вставкой внутри и металлическими колпачками по торцам.
Виды:
* Быстродействующие (для защиты полупроводниковых приборов).
* Инерционные (с задержкой срабатывания, для защиты цепей с большими пусковыми токами).
* Общего назначения (gG/gL).
* Для защиты двигателей (aM).
23. Опишите конструкцию рубильника и принцип работы, недостатки и достоинства.
Конструкция: Рубильник состоит из:
* Основания (изоляционная панель).
* Неподвижных контактов (губок).
* Подвижных контактов (ножей), закреплённых на оси.
* Рукоятки для ручного управления.
* Иногда имеет дугогасительные камеры.
Принцип работы: При повороте рукоятки ножи входят в губки, замыкая цепь, или выходят из них, размыкая цепь.
Достоинства:
* Простота конструкции и надёжность.
* Высокая коммутационная способность (для отключения без тока или под небольшой нагрузкой).
* Визуальный разрыв цепи.
Недостатки:
* Не предназначен для отключения больших токов под нагрузкой (возникает сильная дуга).
* Отсутствие автоматической защиты от сверхтоков.
* Ручное управление.
24. Опишите конструкцию переключателя и принцип работы, недостатки и достоинства.
Конструкция: Переключатель имеет несколько групп контактов, которые могут замыкаться в различных комбинациях. Состоит из:
* Корпуса.
* Подвижных и неподвижных контактов.
* Механизма переключения (рычаг, кнопка, поворотная ручка).
Принцип работы: При воздействии на механизм управления происходит изменение положения подвижных контактов, что приводит к переключению электрической цепи с одного состояния на другое.
Достоинства:
* Возможность коммутации нескольких цепей одновременно.
* Различные варианты исполнения (тумблеры, кнопки, пакетные переключатели).
Недостатки:
* Не предназначен для отключения больших токов.
* Отсутствие автоматической защиты.
25. Опишите конструкцию автоматических выключателей и принцип работы.
Конструкция: Автоматический выключатель состоит из:
* Корпуса из изоляционного материала.
* Главных контактов (подвижных и неподвижных).
* Дугогасительной камеры.
* Расцепителей:
* Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина) – для защиты от перегрузок.
* Электромагнитный расцепитель (соленоид) – для защиты от коротких замыканий.
* Механизма свободного расцепления.
* Рукоятки управления.
Принцип работы:
* В нормальном режиме контакты замкнуты.
* При перегрузке: ток нагревает биметаллическую пластину теплового расцепителя. Пластина изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления, размыкая контакты.
* При коротком замыкании: большой ток мгновенно создаёт сильное магнитное поле в электромагнитном расцепителе. Якорь соленоида притягивается и воздействует на механизм свободного расцепления, размыкая контакты.
* Дугогасительная камера гасит дугу, возникающую при размыкании контактов.
26. Опишите маркировку автоматических выключателей и принцип работы.
Маркировка автоматических выключателей содержит информацию о его характеристиках:
* Номинальный ток (например, 16А, 25А).
* Характеристика срабатывания (тип расцепителя):
* Тип B: срабатывает при токе в 3-5 раз больше номинального (для осветительных цепей).
* Тип C: срабатывает при токе в 5-10 раз больше номинального (для общих цепей, двигателей с небольшими пусковыми токами).
* Тип D: срабатывает при токе в 10-20 раз больше номинального (для цепей с большими пусковыми токами, трансформаторов).
* Номинальное напряжение (например, 230/400В).
* Отключающая способность (максимальный ток КЗ, который выключатель может отключить, например, 6000А).
* Количество полюсов (1P, 2P, 3P, 4P).
Принцип работы: (см. вопрос 25)
27. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства высоковольтных выключателей.
Конструкция: Высоковольтные выключатели значительно сложнее низковольтных. Могут быть:
* Масляные (с большим или малым объёмом масла).
* Воздушные (сжатый воздух).
* Элегазовые (SF6).
* Вакуумные.
Основные элементы:
* Главные контакты.
* Дугогасительные контакты.
* Дугогасительная камера (с маслом, элегазом, вакуумом или сжатым воздухом).
* Привод (пружинный, электромагнитный, пневматический).
* Изоляторы.
Принцип работы: При срабатывании привода главные контакты размыкаются, а затем размыкаются дугогасительные контакты. В дугогасительной камере создаются условия для быстрого гашения мощной электрической дуги (например, интенсивное охлаждение маслом, обдув сжатым воздухом, высокая электрическая прочность элегаза, отсутствие среды в вакууме).
Достоинства:
* Высокая отключающая способность (отключение больших токов КЗ).
* Быстродействие.
* Надёжность.
Недостатки:
* Сложность конструкции и обслуживания.
* Высокая стоимость.
* Требования к безопасности (например, пожароопасность масла, токсичность элегаза).
28. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства разъединителей.
Конструкция: Разъединитель состоит из:
* Неподвижных контактов (губок).
* Подвижных контактов (ножей), закреплённых на изоляторах.
* Привода (ручного или дистанционного).
* Основания.
Принцип работы: Разъединитель предназначен для создания видимого разрыва электрической цепи при отсутствии тока или при очень малом токе. Приводится в действие вручную или дистанционно, ножи отходят от губок, обеспечивая безопасное обслуживание оборудования.
Достоинства:
* Простота конструкции.
* Визуальный разрыв цепи, что обеспечивает безопасность.
* Относительно низкая стоимость.
Недостатки:
* Не предназначен для отключения токов нагрузки (возникает сильная дуга).
* Отсутствие дугогасительных устройств.
* Не имеет защиты от сверхтоков.
29. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства отделителей.
Конструкция: Отделитель похож на разъединитель, но имеет более сложный привод и часто оснащён пружинным механизмом для быстрого отключения.
Принцип работы: Отделитель предназначен для автоматического отключения повреждённого участка цепи при отсутствии тока. Он срабатывает после того, как ток короткого замыкания был отключён другим аппаратом (например, выключателем). Отделитель размыкает цепь, создавая видимый разрыв.
Достоинства:
* Автоматическое отключение при отсутствии тока.
* Создание видимого разрыва.
Недостатки:
* Не может отключать токи короткого замыкания.
* Требует координации с другими защитными аппаратами.
30. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства короткозамыкателей.
Конструкция: Короткозамыкатель – это аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания на землю или между фазами в определённой точке сети. Состоит из:
* Подвижного и неподвижного контактов.
* Привода (часто пружинного).
* Изоляторов.
Принцип работы: Короткозамыкатель срабатывает по команде релейной защиты и быстро замыкает цепь на землю или между фазами. Это приводит к возникновению искусственного короткого замыкания, которое затем отключается высоковольтным выключателем, расположенным выше по схеме.
Достоинства:
* Быстрое создание короткого замыкания для срабатывания защиты.
* Простота конструкции.
Недостатки:
* Не является отключающим аппаратом.
* Требует наличия выключателя для отключения созданного КЗ.
31. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства реактора.
Конструкция: Электрический реактор (токоограничивающий реактор) – это катушка индуктивности с воздушным или ферромагнитным сердечником. Состоит из:
* Обмотки (медной или алюминиевой).
* Изоляторов.
* Опорной конструкции.
Принцип работы: Реактор включается последовательно в цепь и обладает значительным индуктивным сопротивлением. При возникновении короткого замыкания индуктивное сопротивление реактора ограничивает ток КЗ до безопасного уровня, снижая динамические и термические воздействия на оборудование.
Достоинства:
* Ограничение токов короткого замыкания.
* Улучшение устойчивости энергосистемы.
* Простота конструкции (отсутствие движущихся частей).
Недостатки:
* Вызывает падение напряжения в нормальном режиме работы.
* Увеличивает потери мощности в цепи.
* Большие габариты и вес.
32. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства разрядника.
Конструкция: Разрядник – это аппарат для защиты электрооборудования от перенапряжений. Состоит из:
* Искровых промежутков (последовательно соединённых).
* Рабочих резисторов (нелинейных, варисторов).
* Корпуса (фарфорового).
Принцип работы: В нормальном режиме работы разрядник имеет очень высокое сопротивление и не пропускает ток. При возникновении перенапряжения (например, от грозового разряда или коммутации) искровые промежутки пробиваются, сопротивление рабочих резисторов резко падает, и разрядник шунтирует изоляцию, отводя импульс перенапряжения в землю. После снижения напряжения до нормального уровня разрядник восстанавливает свои изоляционные свойства.
Достоинства:
* Эффективная защита от перенапряжений.
* Быстродействие.
* Многократность действия.
Недостатки:
* Может пропускать небольшой ток утечки в нормальном режиме.
* Требует периодического контроля состояния.
33. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства кнопок управления и командоконтроллеров.
Кнопки управления:
* Конструкция: Состоят из корпуса, толкателя, пружины, подвижных и неподвижных контактов (нормально открытых (НО) и/или нормально закрытых (НЗ)).
* Принцип работы: При нажатии на толкатель контакты замыкаются или размыкаются, изменяя состояние цепи управления. При отпускании толкателя пружина возвращает его в исходное положение.
* Достоинства: Простота, надёжность, компактность, удобство использования.
* Недостатки: Только дискретное управление (вкл/выкл), не предназначены для больших токов.
Командоконтроллеры:
* Конструкция: Многопозиционные переключатели, имеющие несколько групп контактов, которые замыкаются в определённой последовательности при повороте рукоятки в различные положения. Состоят из корпуса, вала, кулачков, контактных элементов.
* Принцип работы: При повороте рукоятки кулачки воздействуют на контактные элементы, замыкая и размыкая цепи управления в заданной последовательности, что позволяет управлять сложными технологическими процессами или многоскоростными двигателями.
* Достоинства: Возможность многопозиционного и последовательного управления, надёжность.
* Недостатки: Относительная сложность, большие габариты по сравнению с кнопками.
34. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства путевых выключателей и микровыключателей.
Путевые выключатели (концевые выключатели):
* Конструкция: Состоят из корпуса, рычага или толкателя, пружины, контактной группы (НО и/или НЗ).
* Принцип работы: Срабатывают при механическом воздействии на рычаг или толкатель движущейся частью механизма. Используются для контроля положения, ограничения перемещения, подсчёта циклов.
* Достоинства: Надёжность, простота, широкий диапазон применения.
* Недостатки: Механический износ, чувствительность к загрязнениям.
Микровыключатели:
* Конструкция: Миниатюрные путевые выключатели с очень малым ходом срабатывания и высокой точностью.
* Принцип работы: Аналогичен путевым выключателям, но с более высокой чувствительностью и точностью срабатывания.
* Достоинства: Компактность, высокая точность, быстродействие.
* Недостатки: Малая коммутируемая мощность, чувствительность к перегрузкам.
35. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства универсальных переключателей и пакетных выключателей.
Универсальные переключатели:
* Конструкция: Многопозиционные переключатели, позволяющие коммутировать несколько цепей в различных комбинациях. Имеют модульную конструкцию, что позволяет набирать нужную схему контактов.
* Принцип работы: При повороте рукоятки происходит замыкание и размыкание различных групп контактов в соответствии с заданной программой.
* Достоинства: Гибкость в применении, возможность реализации сложных схем управления, надёжность.
* Недостатки: Относительная сложность монтажа и настройки.
Пакетные выключатели:
* Конструкция: Разновидность универсальных переключателей, состоящих из нескольких контактных пакетов (секций), собранных на одном валу. Каждый пакет содержит подвижные и неподвижные контакты.
* Принцип работы: При повороте рукоятки вал вращается, и кулачки на валу воздействуют на контакты в каждом пакете, замыкая или размыкая их в определённой последовательности.
* Достоинства: Компактность, возможность коммутации большого числа цепей, высокая надёжность, чёткая фиксация положений.
* Недостатки: Ограниченное число положений, сложность ремонта отдельных пакетов.
36. Опишите конструкцию и принцип работы, недостатки и достоинства переключатели аппаратов.
(Вероятно, вопрос дублирует или обобщает предыдущие вопросы о переключателях. Если имеется в виду общий класс переключающих аппаратов, то можно обобщить.)
Переключатели аппаратов – это устройства, предназначенные для изменения электрической схемы путём коммутации контактов.
Конструкция: Включает корпус, механизм управления (рукоятка, кнопка, рычаг), подвижные и неподвижные контакты, иногда дугогасительные устройства.
Принцип работы: При воздействии на механизм управления происходит механическое перемещение подвижных контактов, которые замыкают или размыкают электрические цепи, изменяя их конфигурацию.
Достоинства:
* Возможность изменения режимов работы оборудования.
* Разнообразие конструкций для различных задач.
* Надёжность при правильном выборе.
Недостатки:
* Некоторые типы не предназначены для коммутации больших токов.
* Отсутствие автоматической защиты (если это не автоматический выключатель).
37. Расскажите о силе тяги электромагнита постоянного тока.
Сила тяги электромагнита постоянного тока – это механическая сила, с которой электромагнит притягивает ферромагнитный якорь.
Она определяется формулой:
\[ F = \frac{B^2 S}{2 \mu_0} \]
где:
* \(F\) – сила тяги (Н).
* \(B\) – магнитная индукция в воздушном зазоре (Тл).
* \(S\) – площадь полюса электромагнита (м\(^2\)).
* \(\mu_0\) – магнитная постоянная (\(4\pi \times 10^{-7}\) Гн/м).
Сила тяги зависит от:
* Тока в обмотке (чем больше ток, тем больше магнитная индукция).
* Числа витков обмотки.
* Размера воздушного зазора (чем меньше зазор, тем больше индукция и сила).
* Площади полюсов.
* Магнитных свойств материала сердечника и якоря.
38. Расскажите о силе тяги электромагнита переменного тока.
Сила тяги электромагнита переменного тока имеет пульсирующий характер, так как магнитный поток и, соответственно, магнитная индукция изменяются по синусоидальному закону.
Мгновенное значение силы тяги:
\[ F(t) = \frac{B^2(t) S}{2 \mu_0} \]
Поскольку \(B(t)\) изменяется по синусоидальному закону, \(B^2(t)\) изменяется с удвоенной частотой, и сила тяги пульсирует от нуля до максимального значения дважды за период. Это вызывает вибрацию и шум.
Для уменьшения пульсации силы тяги и предотвращения "отпадания" якоря в момент прохождения тока через ноль, в электромагнитах переменного тока часто используют:
* Короткозамкнутые витки (экранирующие кольца) на части полюса. Эти витки создают сдвинутый по фазе магнитный поток, который поддерживает силу тяги, когда основной поток близок к нулю.
* Двухфазные обмотки.
Сила тяги также зависит от тех же факторов, что и для постоянного тока (ток, число витков, зазор, площадь полюсов), но с учётом переменного характера магнитного поля.
