Эл автомат: Автоматические выключатели — устройство, характеристики…

Содержание

Электрические автоматы — как выбрать: однофазные и трехфазные, как рассчитать необходимую мощность, фото и видео обзор

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 368 Опубликовано

Еще на заре появления электричества инженеры стали задумываться над тем, как обезопасить электрические сети и приборы от токов высокой силы. Было изобретено много приборов, которые долго служили верой и правдой. Последние из них – это электрические автоматы. Что они собой представляют?

Это коммутационное устройство, которое пропускает через себя ток номинальной силы и при необходимости отключает цепь при нестандартных ситуациях (короткое замыкание или повышение потребляемой мощности). В настоящее время производители предлагают два основных вида автоматов. Это:

  • Однофазный.
  • Трехфазный.
Трехфазные автоматы в электрощитеТрехфазные автоматы в электрощите

Отличаются они друг от друга количеством разъединяющих элементов. В первом он один, во втором их три. По сути, трехфазный автомат, это три однофазных в одном корпусе.

Главным параметром электрического автомата является все же номинальный ток, который он пропускает. По сути, это сила тока, которая требуется для нормальной работы бытовых электроприборов. В частном домостроении и в городских квартирах чаще всего устанавливаются автоматы от 6 до 63 А. Специалисты рекомендуют разбивать электрическую сеть дома на несколько контуров и устанавливать на каждый из них свой отдельный автоматический выключатель.

Расчетная мощность

С коротким замыканием все понятно. Это соединение фазы и ноль, при котором резко поднимается сила тока. Тут автомат срабатывает быстро, то есть, в действие приводится электромагнитный расцепитель. А чтобы не развился пожар, внутри прибора устраивается дугогасительная камера.

С перегрузкой все по-другому. Во-первых, необходимо решить вопрос,

как рассчитать мощность автомата, которая бы соответствовала суммарной мощности электрических приборов, запитанных на сеть, где установлен сам автомат. По сути, ток, выдерживающий автомат, должен быть меньше, чем сила тока в контуре. Существуют определенные показатели, которые зависят друг от друга.

Расчет необходимой мощности автоматаРасчет необходимой мощности автомата
  • В контуре освещения обычно используется медный кабель сечением 1,5 мм² и монтируется автомат 16 А.
  • На розетки выводится кабель сечением 2,5 мм² и устанавливается автоматический выключатель 25 А.
  • Если оба кабеля прокладываются по воздуху, то есть проводится открытая разводка, то для них соответственно устанавливаются автоматы 19 А и 27 А.

Во-вторых, перегрузка может действовать длительное время. Она может расти медленно, поэтому в данных автоматах срабатывает тепловой расцепитель. По сути, это биметаллическая пластина, которая под действием температуры выгибается, тем самым разрывая цепь. В этом случае автомат срабатывает лишь в том случае, если сила тока превышает номинальный минимум в три раза.

Чтобы избежать перегрузки, необходимо подсчитать мощность всех используемых бытовых приборов, к примеру, на кухне. У каждого из них она указана на бирке или в техдокументации. Поэтому сложить все и узнать потребляемую мощность будет несложно. Далее расчет ведется по известному со школьной скамьи закону Ома. Он гласит, что сила тока равна мощности, деленной на напряжение в сети. К примеру, суммарная мощность всех агрегатов равна 5 кВт, напряжение 220 В. В итоге получается, что сила тока должна быть 5000/220=22,7 А. Значит, вам необходим автомат 25 А.

Выбор автоматов по мощности

Маркировка

Маркировка автоматов достаточно разнообразна. В ней присутствуют как буквенная маркировка, так и цифровая. Что они обозначают?

  • Серия А – используется в цепях, где перегрузки возникнуть не могут или их отклонения от номинала составляет 30%.
  • В – устанавливаются в сетях, где номинальный ток может быть ниже фактического в три раза. При таких ситуациях электромагнитный выключатель отключается за 0,015 секунд, а тепловой за 4-5 секунд.
  • С – это самый распространенный тип. Он может выдерживать перегруз более пяти номинальных показателей. При этом тепловой расцепитель отключается через 1,5 секунд.

Обозначение в электрических автоматах

Есть серии «D», «К» и «Z». В жилом секторе они не устанавливаются.

Важно! В жилых и офисных помещениях лучше всего использовать автоматы серии «В» или «С». «А» – устаревшая конструкция, которая постепенно выводится из производства.

Теперь что касается буквенной маркировки. Для этого придется разобрать пример. Маркировка «С32». Что это обозначает?

  • «С» – это кратность тока, который кратковременно проходит через прибор. По сути, это и есть серия.
  • 32 – это номинальная сила тока, обозначается в амперах. Это долговременный показатель.

Полезные советы

  1. Серию автоматов «В» лучше использовать во вторичном фонде, то есть, в старых постройках. «С» лучше устанавливать в новостройках.
  2. В российских условиях эксплуатации, имеются в виду бытовые сети, расчет ведется по току срабатывания 4500 А. Специалисты рекомендуют приобретать автоматы 6000 А.
  3. Класс токоограничения «3» работает быстрее, чем «2».

Обратите внимание, что быстрота срабатывания электро автомата указывается двумя позициями: как быстро срабатывает электромагнитный расцепитель или тепловой. Последний отключает медленнее. Почему?

Все дело в том, что ток перегрузки может действовать определенное время (часами) и при этом никаких последствий электрической цепи не принести. Поэтому его нет необходимости отключать тут же, как он только возник. Вот почему производители устанавливают пределы от номинала в три, в пять или в десять раз. То есть, перегрузка не несет осложнений, как короткое замыкание.

Виды электрических автоматов

Но ситуация отягощается тем, что каждый электрический контур имеет свой предел перегрузки. И нередко на одном контуре может возникнуть повышение силы тока и в три  раза, и в десять. Есть и так называемые ложные перегрузки, о которых нельзя забывать. И, тем более, если это ложная тревога, то сеть отключать нет никакого смысла.

Получается так, что устанавливаемый на контур автомат, необходимо точно выбирать под фактическую нагрузку. Вот почему так важен грамотно проведенный расчет потребляемой мощности на каждом контуре. Но не забывайте, что приобретаемый в магазине прибор надо проверить на нагрузки, хотя на заводе он проходит многоступенчатый контроль.

Итак, основная цель любого потребителя – это правильно выбрать электрический автомат по номинальному току.

Как выбрать автомат защиты – советы по самостоятельному ремонту от Леруа Мерлен в Москве

Автомат защиты – это автоматический выключатель, обеспечивающий защиту человека от поражения электрическим током. В обычных условиях электрический ток проходит через автомат защиты к потребителю. При нарушении нормального режима (включении большого количества бытовых электроприборов или неисправности некоторых из них) срабатывают расцепители автоматического выключателя, обесточивая цепь питания. Чрезмерный электрический ток может привести к выходу из строя всех бытовых электроприборов, к перегреву электропроводки, возгоранию и пожару. Поэтому основная задача – разорвать цепь до того, как чрезмерный ток сможет нанести какие-либо повреждения, и тем самым защитить электропроводку и приборы от электрических ударов.

Типы автоматов защиты

  • Устройства защитного отключения (УЗО)
  • Дифференциальный автомат

Основное отличие УЗО от дифференциального автомата заключается в том, что в УЗО отсутствует защита от короткого замыкания. Как правило, для нормальной и безопасной работы УЗО требуется защитить его от сверхтока, подключив автомат защиты перед самим устройством.

Устройство защитного отключения отключает цепь при появлении тока утечки, вызванного, например, прикосновением человека к токоведущему проводу или повреждением изоляции. Ток утечки, при котором срабатывают УЗО, определяется конструкцией и для современных приборов составляет 10 мА, 30 мА и 300 мА. В жилых и общественных помещениях, как правило, применяются УЗО с током отсечки 30 мА.

Основная задача УЗО – защита человека от поражения электрическим током 10 мА, 30 мА и от возникновения пожара 10 мА, 30 мА, 300 мА.

Дифференциальный автомат – это устройство, которое объединяет функции УЗО и автоматического выключателя.

Его работа основана на высоком быстродействии. Дифференциальные автоматы обеспечивают эффективную защиту человека от поражения электрическим током в случае прикосновения к токоведущим частям или деталям, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции нетоковедущих частей. Дифференциальный автомат срабатывает в обоих случаях – и при утечке тока на землю, и при коротких замыканиях в момент перегрузки сети. Дифференциальные автоматы имеют те же токи отсечки, что и УЗО, и те же номиналы, что и автоматы. Но их стоимость, как правило, выше, чем суммарная стоимость автомата и УЗО.

Обычно используют однофазные (однополюсные) автоматы для размыкания фазного проводника. Реже применяют двухфазные, или двухполюсные, автоматы и автоматы типа «фаза + нейтраль», одновременно размыкающие фазный (L) и нулевой (N) провода.

Трехфазные (трехполюсные) и четырехфазные (четырехполюсные) автоматы используются в сетях с напряжением 380 вольт. 

Важные характеристики автоматов

Номинальный ток характеризует значение рабочей силы тока (измеряется в амперах). При превышении этой величины автомат срабатывает и размыкает цепь. Автоматы выпускаются со стандартными значениями номинального тока: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 А.

Класс срабатывания характеризует кратковременное допустимое значение тока, при котором автомат НЕ сработает.

  • Класс «B» применяется для сетей без больших скачков напряжения, в диапазоне от 3 до 5 значений номинального тока.
  • Класс «C» применяется в квартирах, офисах и коттеджах, где допустимы токи, превышающие значение номинального в 5–10 раз.
  • Класс «D» используют в сетях, где возможны токи, в 10–50 раз превышающие значение номинального.

Отключающая способность (кА) – это максимальный ток, который способен пропустить автомат при коротком замыкании в линии, сохранив дальнейшую работоспособность.

Ток отсечки для УЗО и АД. Эти характеристики всегда указываются на корпусе прибора, стоимость которого возрастает с ростом параметров. При построении домашней сети рекомендуется ставить общий входной автомат (УЗО, АД) и отдельный автомат (класс С) на каждую линию потребителей.

При выборе номинального тока линейного автомата следует учитывать:

  • качество проводки – определяется диаметром и материалом используемого кабеля:
  • суммарную мощность подключаемых электроприборов. 

Важно! Для медного провода диаметром 2,5 мм допустим ток менее 25 А, а если мощность подключаемых приборов при напряжении 220 вольт составляет менее 5,5 кВт, необходим автомат С25.

В качестве входного автомата необходимо использовать УЗО (АД) с током отсечки: 

  • 30 мА – для сухих помещений;
  • 10 мА – для влажных помещений. 

Номинальный ток такого прибора должен быть на ступень выше линейного (принцип ступенчатой защиты сети).

Практические рекомендации

Автоматы рассчитаны на определенное количество срабатываний. В связи с этим не рекомендуется использовать их для включения-отключения нагрузки: во-первых, изнашивается механизм, а во-вторых, подгорают контакты, что ведет к выходу из строя контактной группы. Корпуса автоматических выключателей различных производителей часто отличаются друг от друга по посадочному месту на DIN-рейку, по месту крепления проводов. Поэтому при замене вышедшего из строя автомата следует обратить внимание на его конструктивные особенности.

Автомат в электрощиток — дешевый лучше дорогого, какой выбрать?

какой автомат в щиток лучше дорогой или дешевый какой фирмы производителяПопробуйте почитать рекомендации по выбору автоматических выключателей в домашний электрощиток и все мастера как один будут вам советовать приобретать только качественную продукцию известных брендов ABB (Германия), Schneider Electric (Франция), Hager (Франция), Terasaki (Япония) и т.п.

Конечно, в таком деле не стоит экономить, и сегодня уже мало кто из нас позарится на ноунеймовский автомат от китайских товарищей.

Однако все дело в том, что даже у именитых фирм разброс цен, казалось бы в одинаковой между собой продукции, очень велик.

Несведущий потребитель при этом думает, что чем дороже автомат, тем естественно он лучше и надежнее, а значит стоит приобретать именно его. В итоге и получается — “щит для двушки, по цене однушки”. 😊111-3xfaz

В то же самое время дешевый аппарат защиты от того же АВВ или Шнайдер, воспринимается как явная подделка, которую производят якобы на подпольных фабриках Китая.какой автомат выбрать для электрощитка в квартиру

Так ли это на самом деле? Конечно же нет.

Промышленные и бытовые автоматы

Рядовой пользователь в отличие от опытного эл.монтажника не понимает или не знает, что существует так называемая промышленная и бытовая (домашняя) серия автоматических выключателей.

При этом внешне они могут выглядеть абсолютно одинаково. Тот же самый корпус, клеммы, тот же язычок для вкл-откл., только надписи немного отличаются.что означают надписи на автоматических выключателях

Очень хорошо все различия в линейках прослеживаются у ABB. Самые бюджетные модели – это серия basic M.бюджетная серия basic m у abb

Далее идет серия SH.автоматы авв серии sh

И самая дорогая – S.автоматы авв серии S

В чем их существенные отличия?

Промышленные автоматы (S) в отличие от бытовых, имеют повышенную износостойкость. То есть, вы сможете включать и отключать их под нагрузкой гораздо большее количество раз, плюс у них увеличенный ресурс работы при коротких замыканиях.

технические характеристики автоматов abb basic m
Бытовой автомат

технические характеристики автоматов abb s
Промсерия

Однако задумайтесь, сколько раз за всю вашу жизнь автомат может отключиться от КЗ, или как часто вы им будете выключать свет во всем доме? Дай Бог, если за несколько десятилетий это произойдет хотя бы сотню раз.

Кроме того, более дорогие автоматы имеют повышенную стойкость к агрессивным средам – влажность, пыльные помещения, наличие вибраций. Все подобные аппараты даже снабжаются морским сертификатом.морской сертификат на реле abb

Их можно устанавливать на объектах в прибрежных районах рядом с морем или океаном, там где постоянно соленый воздух или же монтировать напрямую на кораблях.

Неужели все эти условия эксплуатации автоматов присутствуют в вашем доме? Когда эл.щиток располагается не в подъезде, а внутри квартиры, то это вообще можно считать идеальными условиями для их работы.схема квартирного распределительного щитка однофазный вариант какой лучше

Постоянная плюсовая температура, никакой пыли и влажности. Практически тепличные условия.

Ну и зачем вам здесь переплачивать за сверхзащиту?

Токовая стойкость к КЗ

Еще обратите внимание на такой параметр, как предельная токовая стойкость. У топовых линеек это 6кА или даже 10кА.автомат с током отключения 6кА

Что это означает? Это говорит о том, что если через автоматический выключатель пройдет ток КЗ номиналом 6000А, он при этом спокойно разорвет дугу от такого тока, отключится и не взорвется, расплавится и т.п.что происходит при коротком замыкании внутри автоматического выключателя

Эл.магнитная дуга затягивается в камеру, где разбивается на мелкие дуги, а газы выходят через специальные отверстия в верхней части автомата.

Чем больше ток термической стойкости, тем массивнее механика автомата (не путать с весом).

В бытовой серии этот параметр равняется 4,5кА и поверьте, для 90% потребителей это более чем достаточно. Не будет в вашей рядовой квартире на 5-м этаже таких токов.автоматы с током КЗ на 4,5кА

Это теоретически возможно при абсолютно новой эл.проводке большого сечения, плюс должны соблюдаться условия, что вы проживаете на первом этаже практически рядом с общей щитовой и совсем близко от трансформаторной подстанции (ТП).

Аппараты защиты с такими токами (6кА и 10кА) как раз и монтируют в общедомовых РЩ-0,4кв, а вовсе не в квартирных щитках.как заменить автомат в щитке под напряжением пошаговая инструкция

Ну или только на вводе в загородном доме, где подключение происходит через алюмомедные наконечники проводами СИП. подключение СИП к автомату

Хотя следует признать, в Германии везде разрешены аппараты защиты только с токами от 6000А. Правда за весь Евросоюз этого сказать нельзя.

Удобство монтажа

Более дорогие автоматы могут иметь некоторые отличия в части подключения проводов. Например, ABB серии S снабжены двойными клеммами.двойные клеммы на автоматах abb

Под один зажим можно подключить провод, а под другой монтажную шинку или перемычку на следующий автомат.фазная гребенка для модульных автоматов

Щитки собранные на ABB серии S получаются как бы многослойными.

  • первый слой – питающие провода, идущие за Din рейкой
  • второй слой – гребенка
  • третий слой – провода с верхних клемм автоматов
  • четвертый слой – отходящая проводка с нижних клемм

Но момент удобства монтажа важен в первую очередь электрикам, а не вам. Мастер может выполнить двойное подключение на автоматах и другим способом – специальным наконечником НШВИ под два провода.обжатый двойной наконечник НШВИ-2

Вам то зачем за это переплачивать? Мастеру конечно выгодно сделать все быстрее, красивее, может даже выложить фоточки собранного эл.щитка в инстаграмм. Но клиенту от этого будет не холодно, ни жарко.

Подключение дополнительных устройств

У бюджетных моделей автоматов отсутствует возможность подключения дополнительных аксессуаров. Таких, как независимые расцепители, доп.контакты, сигнальные элементы и т.п.

дополнительные элементы для автоматов abb

замок на автомат abb

Сюда же относится индикация состояния автомата при отключении от КЗ (разноцветное окошко).глазок аварийного отключения автоматического модульного выключателя

Но в квартире вам этого и не требуется. Даже если и понадобятся подобные приблуды, в крайнем случае можете купить выключатели из средней линейки. Там все это присутствует с избытком.

Смотреть на промышленную серию как на панацею не стоит.

Считается, что промсерия более надежна, чем бытовая и эти автоматы реже выходят из строя, якобы по причине более качественной сборки и контроля.

включение контактов автоматического выключателя вид изнутри

как точно узнать отключен автоматический выключатель или нет

Но если вы не просто будете читать отзывы в интернете, а реально поинтересуетесь в магазинах, сколько рекламаций было от тех же ABB Basic или Schneider Easy 9 (made in Chine между прочим), вы слегка удивитесь.

В подавляющем большинстве магазинов возвратов по гарантии вообще нет, а там, где они присутствуют — это единичные случаи на тысячи проданных экземпляров.

Кстати, и в промсерии тоже случаются выходы из строя и связаны они в первую очередь как раз с их доп.функциями. Например, у той же S серии от ABB, зачастую винты в двойных клеммах идут не по резьбе или срываются.винты на автоматах авв

Хотя в большинстве случае это объясняется отсутствием у электриков нормальных отверток с регулировкой крутящего момента.аккумуляторная отвертка Wiha SpeedE сравнение с другими моделями обзор преимуществ и недостатков

Либо неправильным подбором формы жала отвертки.

У бытовой серии и у промки шлицы винтов также могут отличаться.чем отличаются отвертки и биты Pz от Ph отвертка электрика Pz fl и Ph sl

У некоторых моделей возникают проблемы с элементами для подключения доп.устройств. В принципе все логично, чем больше деталей в механизме, тем чаще он будет ломаться.

Это правило стабильно работает испокон веков. Неужели получается, что в плане надежности вообще нет разницы? Не совсем так.

Например, у Шнайдера есть более дорогие автоматы Acti 9 и дешевые Easy 9. Так вот, у бюджетника Easy 9 окно срабатывания (при тепловом перегреве) более широкое, а у Acti 9 выдержано гораздо точнее.характеристики срабатывания автоматов

Даже конструкция теплушки немного отличается.разница в конструкции автоматов acti 9 и Easy 9

Эти затраты и временные рамки на доведение порогов срабатывания под идеальные значения, в конечном итоге и образуют другую ценовую категорию.

Где-то эти миллисекунды может и сыграют свою роль, но в домашних условиях какая вам разница?

Какой автомат покупать?

Самое главное что вы должны запомнить – все эти линейки от бюджетной до премиум серии одинаково хорошо срабатывают при КЗ и надежно защищают вашу эл.проводку. А значит и смысла переплачивать здесь никакого нет.какой автомат лучше для дома и квартиры

Не нужно стремиться за сверхнадежностью и сверхбезопасностью там, где она вовсе и не нужна. Большинству мастеров и менеджеров в магазинах выгоднее всучить вам как можно более дорогое изделие.

При этом каждый будет нагонять свои страхи про “безопасность”, на чистом глазу утверждая, что только такой автомат спасет вас на 100% и никакой другой. Не верьте этому, производители не выпускали бы более дешевые механизмы с намного худшими показателями качества, так как просто побоялись бы нарваться на тысячи судебных исков от грамотных потребителей.

Выход из строя в 90% случаев происходит вследствие человеческого фактора (не дожал или пережал контакт, использовал алюминиевый провод и т.п.).

подгоревший контакт сверху автоматического выключателя
неправильное подключение гребенчатой шинки под автомат

После сборки каждый автомат (дешевый и дорогой) проходит несколько этапов проверки. Бракованные изделия, имеющие отклонения от номинальных показателей, в любом случае отсеиваются.

Поэтому для своей квартиры можете смело брать автоматы самой бюджетной линейки любого зарекомендовавшего себя бренда. Это будет гораздо дешевле, а служить автоматы будут также, как и дорогие.

Статьи по теме

Автоматы электрические разновидности — Всё о электрике

Виды автоматических выключателей — какие бывают автоматы

Автоматическими выключателями называются устройства, задача которых состоит в защите электрической линии от воздействия мощного тока, способного вызвать перегрев кабеля с дальнейшим оплавлением изоляционного слоя и возгоранием. Возрастание силы тока может быть вызвано слишком большой нагрузкой, что происходит при превышении суммарной мощностью устройств той величины, которую кабель может выдержать по своему сечению – в этом случае отключение автомата происходит не сразу, а после того, как провод нагреется до определенного уровня. При КЗ ток возрастает многократно в течение доли секунды, и устройство тут же реагирует на него, мгновенно прекращая подачу электричества в цепь. В этом материале мы расскажем, какими бывают типы автоматических выключателей и их характеристики.

Автоматические защитные выключатели: классификация и различия

Помимо устройств защитного отключения, которые не используются по отдельности, есть 3 типа автоматов защиты сети. Они работают с нагрузками разной величины и отличаются между собой по своей конструкции. К ним относятся:

  • Модульные АВ. Эти устройства монтируются в бытовых сетях, в которых протекают токи незначительной величины. Обычно имеют 1 или 2 полюса и ширину, кратную 1,75 см.

  • Литые выключатели. Они предназначены для работы в промышленных сетях, с токами до 1 кА. Выполнены в литом корпусе, из-за чего и получили свое название.
  • Воздушные электрические автоматы. Эти устройства могут иметь 3 или 4 полюса и выдерживают силу тока до 6,3 кА. Используются в электрических цепях с установками высокой мощности.

Существует еще одна разновидность автоматов для защиты электросети – дифференциальные. Мы не рассматриваем их отдельно, поскольку такие устройства представляют собой обычные автоматические выключатели, в состав которых входит УЗО.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.

Наличие этих опций значительно увеличивает стоимость аппарата.

Количество полюсов

Как уже было сказано, автомат защиты сети имеет полюса – от одного до четырех.

Подобрать для цепи устройство по их числу совсем несложно, достаточно лишь знать, где используются различные типы АВ:

  • Однополюсники устанавливают для защиты линий, в которые включены розетки и осветительные приборы. Они монтируются на фазный провод, не захватывая нулевого.
  • Двухполюсник нужно включать в цепь, к которой подсоединена бытовая техника с достаточно высокой мощностью (бойлеры, стиральные машинки, электрические плиты).
  • Трехполюсники монтируются в сетях полупромышленного масшатаба, к которым могут подключаться такие устройства, как скважинные насосы или оборудование автомастерской.
  • Четырехполюсные АВ позволяют защитить от КЗ и перегрузок электропроводку с четырьмя кабелями.

Применение автоматов различной полюсности – на следующем видео:

Характеристики автоматических выключателей

Существует еще одна классификация автоматов – по их характеристикам. Этот показатель обозначает степень чувствительности защитного прибора к превышению величины номинального тока. Соответствующая маркировка покажет, насколько быстро в случае возрастания тока среагирует устройство. Одни типы АВ срабатывают моментально, в то время как другим на это понадобится определенное время.

Существует следующая маркировка устройств по их чувствительности:

  • A. Выключатели этого типа наиболее чувствительны и на повышение нагрузки реагируют мгновенно. В бытовые сети их практически не устанавливают, защищая с их помощью цепи, в которые включено высокоточное оборудование.
  • B. Эти автоматы срабатывают при возрастании тока с незначительной задержкой. Обычно они включаются в линии с дорогостоящими бытовыми приборами (жидкокристаллические телевизоры, компьютеры и другие).
  • C. Такие аппараты – самые распространенные в бытовых сетях. Отключение их происходит не сразу после повышения силы тока, а через некоторое время, что дает возможность ее нормализации при незначительном перепаде.
  • D. Чувствительность этих приборов к возрастанию тока самая низкая из всех перечисленных типов. Их чаще всего устанавливают в щитках на подходе линии к зданию. Они обеспечивают подстраховку квартирных автоматов, и если те по какой-то причине не срабатывают, отключают общую сеть.

Особенности подбора автоматов

Некоторые люди думают, что самый надежный автоматический выключатель – это тот, который может выдерживать наибольший ток, а значит, именно он может обеспечить максимальную защиту цепи. Исходя из этой логики, к любой сети можно подключать автомат воздушного типа, и все проблемы будут решены. Однако это совсем не так.

Для защиты цепей с различными параметрами надо устанавливать аппараты с соответствующими возможностями.

Ошибки в подборе АВ чреваты неприятными последствиями. Если подсоединить к обычной бытовой цепи защитный аппарат, рассчитанный на высокую мощность, то он не будет обесточивать цепь, даже когда величина тока значительно превысит ту, которую может выдержать кабель. Изоляционный слой нагреется, затем начнет плавиться, но отключения не произойдет. Дело в том, что сила тока, разрушительная для кабеля, не превысит номинал АВ, и устройство «посчитает», что аварийной ситуации не было. Лишь когда расплавленная изоляция вызовет короткое замыкание, автомат отключится, но к тому времени может уже начаться пожар.

Приведем таблицу, в которой указаны номиналы автоматов для различных электросетей.

Если же устройство будет рассчитано на меньшую мощность, чем та, которую может выдержать линия и которой обладают подключенные приборы, цепь не сможет нормально работать. При включении аппаратуры АВ будет постоянно выбивать, а в конечном итоге под воздействием больших токов он выйдет из строя из-за «залипших» контактов.

Наглядно про типы автоматических выключателей на видео:

Заключение

Автоматический выключатель, характеристики и виды которого мы рассмотрели в этой статье, является очень важным устройством, которое обеспечивает защиту электрической линии от повреждений мощными токами. Эксплуатация сетей, не защищенных автоматами, запрещена Правилами устройства электроустановок. Самое главное – правильно подобрать тип АВ, который подойдет для конкретной сети.

Технические характеристики и принцип действия электрических автоматов

Автоматические выключатели – это устройства, через которые линия электропитания обеспечивается защитой от негативного воздействия мощного тока, что может спровоцировать перегрев проводов, оплавление изоляции и воспламенение.

Зачем нужны автоматические выключатели

Существует множество причин, по которым ток в сети может превысить нормальные показатели. В основном это происходит из-за чрезмерной нагрузки, когда суммарная мощность подключенных приборов превышает величину, которую может выдержать сечение кабеля. В этом случае автомат выключается не сразу, а только после того как температура провода достигнет установленного уровня.

Если в сети происходит короткое замыкание, это приводит к многократному увеличению мощности тока в мгновение, поэтому автоматический выключатель сразу реагирует на ситуацию и блокирует подачу электроэнергии.

Какими бывают автоматы

Существует три категории, к которым может относиться автомат защиты сети. Каждая из них предназначена для конкретной нагрузки, а отличия между видами заключаются в особенностях используемой конструкции.

  • Модульные устройства чаще всего можно встретить в бытовых сетях, подключенных к сети электроснабжения с незначительными токами. В преимущественном большинстве случаев отличаются наличием одного или двух полюсов.
  • Литые используются в промышленных сетях, где мощность тока достигает 1000 А. Свое название получили потому, что основной их особенностью является использование литого корпуса.
  • Воздушные выключатели могут иметь до четырех полюсов, имея возможность выдерживать ток силой до 6300 А. В связи с этим их устанавливают только в электрические цепи, к которым подключаются высокомощные установки.

Также существуют дифференциальные автоматы, это обычные выключатели, имеющие УЗО в своей конструкции.

Расцепители и их разновидности

Расцепитель – это ключевой элемент любого автоматического выключателя. Несет в себе функцию блокировки электропитания, если величина тока превышает допустимое значение. При этом существует две разновидности таких устройств, которыми может быть оснащен автомат-выключатель – тепловые или электромагнитные.

Последние отличаются тем, что с их помощью достигается почти мгновенное срабатывание защитной системы, и участок сразу обесточивается, как только фиксируется возникновение короткого замыкания. В конструкцию входит катушка с сердечником, который под воздействием сильного тока втягивается внутрь, из-за чего постоянно срабатывает отключающий элемент.

В качестве дополнительного прибора часто устанавливаются нулевые расцепители, которые отключают автоматический выключатель, если напряжение имеет показатель ниже допустимого предела.

Встречаются приборы дистанционного типа, которые не только блокируют, но и возвращают подачу энергии без необходимости самостоятельно подходить к электрощиту. Однако эти опции существенно увеличивают общую цену оборудования.

Отличие автоматов по количеству полюсов

Комплектация автоматических выключателей предусматривают наличие до четырех полюсов. Чтобы приобрести подходящий прибор, достаточно разобраться в видах электрических автоматов, назначении и характеристиках каждого и них:

  • Один полюс. Предназначены для безопасности в электросети, обеспечивающей питанием обычные розетки и освещение в доме. Устанавливаются на фазный провод, исключая захват нулевого.
  • Два полюса. Подключаются к цепи, которой обеспечивается питание бытовых приборов, отличающейся высоким потреблением энергии. В эту категорию входят электроплиты, стиральные машины и другие.
  • Три полюса. Устанавливаются в полупромышленные сети, которые обеспечивают питанием мощные устройства наподобие скважинных насосов или установок для автомобильной мастерской.
  • Четыре полюса. Обеспечивают безопасность сети от перегрузок и коротких замыканий, позволяя подключать к ней сразу четыре кабеля.

Устройства выбираются только в зависимости от области их применения.

Параметры автоматических выключателей

Характеристики автоматических выключателей – это еще один показатель, по которому они отличаются друг от друга. В первую очередь мастера обращают внимание, насколько защитное оборудование чувствительно к перепадам тока. Достаточно посмотреть соответствующую маркировку, чтобы понять, как устройство будет реагировать на возрастание силы тока. Одни сразу отключают доступ к питанию, в то время как другие срабатывают с задержкой.

В зависимости от чувствительности меняется и маркировка:

  • А. Самые чувствительные и эффективные устройства, которые мгновенно отключают электроснабжение, как только фиксируется повышенная нагрузка. Их не используют в бытовых сетях. Основной сферой применения являются цепи, обеспечивающие питанием высокоточное оборудование.
  • В. Когда фиксируется превышение током номинального значения силы, автомат отключает питание с небольшой задержкой. В преимущественном большинстве случаев сферой применения этих приборов являются линии, в которые подключается дорогая бытовая техника.
  • С. Наиболее популярный вариант автоматов для бытового применения. Когда таким оборудованием регистрируется превышение силы тока, они не сразу отключают электропитание, а с некоторой задержкой. Благодаря этому, если перепад является незначительным, нагрузка может нормализоваться сама, не требуя принудительного отключения всего помещения.
  • D. Имеют самую низкую чувствительность, из-за чего основной сферой их применения являются электрощиты, находящиеся на подходе к зданию. Другими словами, этими щитами обеспечивается своеобразная подстраховка квартирных устройств: если последние по каким-то причинам не срабатывают после обнаружения критической ситуации, общая сеть отключается этими приборами.

Также существуют специальные автоматы для сетей с нагрузкой выше 1000 вольт. Такие автоматические выключатели представляют собой сложное оборудование, которое производится по индивидуальному заказу под нужный класс напряжения. В большинстве случаев монтируют на трансформаторных подстанциях. Они должны быть надежными, безопасными, удобными в эксплуатации, быстро реагировать на возникающие аварии и быть относительно бесшумными во время работы.

Как выбрать автоматический выключатель

Есть мнение, что самый надежный вариант автоматического выключателя – это устройство, которое может выдержать максимальную нагрузку и обеспечить помещение максимально эффективной защитой. Если следовать такой логике, можно использовать в любых сетях воздушные автоматы, и таким образом избавить себя от большинства проблем, но на практике дело обстоит несколько иначе. В зависимости от параметров конкретной цепи будет зависеть и тип выключателя, который лучше в нее установить. Если ошибиться в выборе автоматического выключателя, в конечном итоге это может обернуться крайне негативно.

Если к обыкновенной бытовой сети электроснабжения будет подключен прибор, который рассчитан на работу в условиях повышенных мощностей, он не будет выключать питание даже тогда, когда сила тока будет существенно превышать все допустимые нормы. При этом температура изоляционного слоя значительно возрастет и станет разрушительной для кабеля, но номинальные показатели выключателя не будут превышены, поэтому автомат будет воспринимать такую ситуацию как рядовую. Отключение произойдет только после того, как вследствие плавления изоляции в сети произойдет короткое замыкание, но эта ситуация уже чревата пожаром.

Если допустимая мощность автомата, наоборот, не будет достигать той, которую выдерживает линия электропитания, нормальной работы цепи добиться практически невозможно. После подключения нескольких приборов электричество сразу выбьет, в итоге из-за постоянного воздействия большого тока он сломается по причине «залипания» контактов.

Автоматический выключатель – это крайне важное устройство, обеспечивающие защиту электроснабжения от риска повреждения под воздействием мощного тока. Работа сетей, в которых не стоят автоматы, запрещена в соответствии с Правилами устройства электроустановок. В связи с этим остается только правильно выбрать тип выключателя, который будет обеспечивать надежную защиту сети.

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:
  • Пожаров.
  • Ударов человека током.
  • Неисправностей электропроводки.
Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность
Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:
  • Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
  • На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
  • На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов
Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

{SOURCE}

Типы автоматов электрических — Всё о электрике

Виды автоматических выключателей — какие бывают автоматы

Автоматическими выключателями называются устройства, задача которых состоит в защите электрической линии от воздействия мощного тока, способного вызвать перегрев кабеля с дальнейшим оплавлением изоляционного слоя и возгоранием. Возрастание силы тока может быть вызвано слишком большой нагрузкой, что происходит при превышении суммарной мощностью устройств той величины, которую кабель может выдержать по своему сечению – в этом случае отключение автомата происходит не сразу, а после того, как провод нагреется до определенного уровня. При КЗ ток возрастает многократно в течение доли секунды, и устройство тут же реагирует на него, мгновенно прекращая подачу электричества в цепь. В этом материале мы расскажем, какими бывают типы автоматических выключателей и их характеристики.

Автоматические защитные выключатели: классификация и различия

Помимо устройств защитного отключения, которые не используются по отдельности, есть 3 типа автоматов защиты сети. Они работают с нагрузками разной величины и отличаются между собой по своей конструкции. К ним относятся:

  • Модульные АВ. Эти устройства монтируются в бытовых сетях, в которых протекают токи незначительной величины. Обычно имеют 1 или 2 полюса и ширину, кратную 1,75 см.

  • Литые выключатели. Они предназначены для работы в промышленных сетях, с токами до 1 кА. Выполнены в литом корпусе, из-за чего и получили свое название.
  • Воздушные электрические автоматы. Эти устройства могут иметь 3 или 4 полюса и выдерживают силу тока до 6,3 кА. Используются в электрических цепях с установками высокой мощности.

Существует еще одна разновидность автоматов для защиты электросети – дифференциальные. Мы не рассматриваем их отдельно, поскольку такие устройства представляют собой обычные автоматические выключатели, в состав которых входит УЗО.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.

Наличие этих опций значительно увеличивает стоимость аппарата.

Количество полюсов

Как уже было сказано, автомат защиты сети имеет полюса – от одного до четырех.

Подобрать для цепи устройство по их числу совсем несложно, достаточно лишь знать, где используются различные типы АВ:

  • Однополюсники устанавливают для защиты линий, в которые включены розетки и осветительные приборы. Они монтируются на фазный провод, не захватывая нулевого.
  • Двухполюсник нужно включать в цепь, к которой подсоединена бытовая техника с достаточно высокой мощностью (бойлеры, стиральные машинки, электрические плиты).
  • Трехполюсники монтируются в сетях полупромышленного масшатаба, к которым могут подключаться такие устройства, как скважинные насосы или оборудование автомастерской.
  • Четырехполюсные АВ позволяют защитить от КЗ и перегрузок электропроводку с четырьмя кабелями.

Применение автоматов различной полюсности – на следующем видео:

Характеристики автоматических выключателей

Существует еще одна классификация автоматов – по их характеристикам. Этот показатель обозначает степень чувствительности защитного прибора к превышению величины номинального тока. Соответствующая маркировка покажет, насколько быстро в случае возрастания тока среагирует устройство. Одни типы АВ срабатывают моментально, в то время как другим на это понадобится определенное время.

Существует следующая маркировка устройств по их чувствительности:

  • A. Выключатели этого типа наиболее чувствительны и на повышение нагрузки реагируют мгновенно. В бытовые сети их практически не устанавливают, защищая с их помощью цепи, в которые включено высокоточное оборудование.
  • B. Эти автоматы срабатывают при возрастании тока с незначительной задержкой. Обычно они включаются в линии с дорогостоящими бытовыми приборами (жидкокристаллические телевизоры, компьютеры и другие).
  • C. Такие аппараты – самые распространенные в бытовых сетях. Отключение их происходит не сразу после повышения силы тока, а через некоторое время, что дает возможность ее нормализации при незначительном перепаде.
  • D. Чувствительность этих приборов к возрастанию тока самая низкая из всех перечисленных типов. Их чаще всего устанавливают в щитках на подходе линии к зданию. Они обеспечивают подстраховку квартирных автоматов, и если те по какой-то причине не срабатывают, отключают общую сеть.

Особенности подбора автоматов

Некоторые люди думают, что самый надежный автоматический выключатель – это тот, который может выдерживать наибольший ток, а значит, именно он может обеспечить максимальную защиту цепи. Исходя из этой логики, к любой сети можно подключать автомат воздушного типа, и все проблемы будут решены. Однако это совсем не так.

Для защиты цепей с различными параметрами надо устанавливать аппараты с соответствующими возможностями.

Ошибки в подборе АВ чреваты неприятными последствиями. Если подсоединить к обычной бытовой цепи защитный аппарат, рассчитанный на высокую мощность, то он не будет обесточивать цепь, даже когда величина тока значительно превысит ту, которую может выдержать кабель. Изоляционный слой нагреется, затем начнет плавиться, но отключения не произойдет. Дело в том, что сила тока, разрушительная для кабеля, не превысит номинал АВ, и устройство «посчитает», что аварийной ситуации не было. Лишь когда расплавленная изоляция вызовет короткое замыкание, автомат отключится, но к тому времени может уже начаться пожар.

Приведем таблицу, в которой указаны номиналы автоматов для различных электросетей.

Если же устройство будет рассчитано на меньшую мощность, чем та, которую может выдержать линия и которой обладают подключенные приборы, цепь не сможет нормально работать. При включении аппаратуры АВ будет постоянно выбивать, а в конечном итоге под воздействием больших токов он выйдет из строя из-за «залипших» контактов.

Наглядно про типы автоматических выключателей на видео:

Заключение

Автоматический выключатель, характеристики и виды которого мы рассмотрели в этой статье, является очень важным устройством, которое обеспечивает защиту электрической линии от повреждений мощными токами. Эксплуатация сетей, не защищенных автоматами, запрещена Правилами устройства электроустановок. Самое главное – правильно подобрать тип АВ, который подойдет для конкретной сети.

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:
  • Пожаров.
  • Ударов человека током.
  • Неисправностей электропроводки.
Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность
Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:
  • Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
  • На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
  • На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов
Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

Типы автоматов электрических. Какой тип автомата выбрать?

Электричество очень полезное и вместе с тем опасное изобретение. Помимо прямого воздействия тока на человека, существует еще и большая вероятность возгорания при несоблюдении подключения электропроводки. Объясняется это тем, что электрический ток, проходя через проводник, нагревает его, и особенно высокие температуры возникают в местах с плохим контактом или же при коротком замыкании. Для предотвращения таких ситуаций применяются автоматы.

Что такое автоматические выключатели?

Это специально сконструированные аппараты, основная задача которых — защита проводки от оплавления. В целом автоматы не спасут от поражения электрическим током и не защитят технику. Они созданы для предотвращения перегрева.

Методика их работы основана на размыкании электрической цепи в нескольких случаях:

  • короткое замыкание;
  • превышение силы тока, текущей по проводнику для этого не предназначенного.

Как правило, автомат устанавливается на вводе, то есть защищает следующий за ним участок цепи. Так как для разведения к различным типам устройств применяется разная проводка, то, значит, и приборы защиты должны уметь срабатывать при разных токах.

С виду может показаться, что достаточно установить просто самый мощный автомат и нет проблем. Однако, это не так. Ток большой силы, на который не сработал прибор защиты, может перегреть проводку и, как следствие, стать причиной пожара.

Установка автоматов малой мощности будет каждый раз разрывать цепь, как только к сети будут подключены два или более мощных потребителя.

Из чего состоит автомат?

Обычный автомат состоит из следующих элементов:

  • Ручка взвода. С помощью неё можно произвести включение автомата после его срабатывания или же отключить, чтобы обесточить цепь.
  • Механизм включения.
  • Контакты. Обеспечивают соединение и разрыв цепи.
  • Клеммы. Подключаются к защищаемой сети.
  • Механизм, срабатывающий по условию. Например, биметаллическая тепловая пластина.
  • Во многих моделях может присутствовать регулировочный винт, для корректировки номинального значения силы тока.
  • Дугогасительный механизм. Присутствует на каждом из полюсов прибора. Представляет собой небольшую камеру, в которой размещены омедненные пластины. На них дуга гасится и сходит на нет.

В зависимости от производителя, модели и назначения, автоматы могут оснащаться дополнительными механизмами и устройствами.

Устройство механизма отключения

В автоматах имеется элемент, производящий разрыв электрической цепи при критических значениях тока. Их принцип работы может быть основан на разных технологиях:

  • Электромагнитные приборы. Отличаются большой скоростью реакции на короткое замыкание. При действии токов недопустимой величины срабатывает катушка с сердечником, который, в свою очередь, отключает цепь.
  • Тепловые. Основной элемент такого механизма — биметаллическая пластина, которая начинает деформироваться под нагрузкой токов большой силы. Выгибаясь, оказывает физическое воздействие на элемент, разрывающий цепь. Примерно по такой же схеме работает электрический чайник, который способен отключаться сам при закипании воды в нем.
  • Существуют также и полупроводниковые системы размыкания цепи. Но в бытовых сетях используются они крайне редко.

Типы автоматов по значениям тока

Различаются приборы по характеру срабатывания на излишне высокое значение тока. Существуют 3 наиболее популярных типа автоматов — B, C, D. Каждая литера означает коэффициент чувствительности прибора. Например, автомат типа D имеет значение от 10 до 20 xln. Как это понимать? Очень просто — чтобы понять диапазон, при котором способен сработать автомат, нужно умножить цифру рядом с литерой на значение. То есть прибор с маркировкой D30 будет отключаться при 30*10. 30*20 или от 300 А до 600 А. Но такие автоматы используются в основном в местах с потребителями, которые имеют большие пусковые токи, например, электродвигатели.

Автомат типа B имеет значение от 3 до 5 xln. Стало быть, маркировка B16 означает срабатывание при токах от 48 до 80А.

Но самый распространённый тип автоматов — С. Используется практически в каждом доме. Его характеристики — от 5 до 10 xln.

Условные обозначения

Разные типы автоматов маркируются по-своему для быстрой идентификации и выбора нужного для конкретной цепи или её участка. Как правило, все производители придерживаются одного механизма, который позволяет унифицировать изделия под многие отрасли и регионы. Разберём подробнее нанесённые на автомат знаки и цифры:

  • Бренд. Обычно в верхней части автомата ставится логотип производителя. Практически все они стилизованы определенным образом и имеют свой фирменный цвет, поэтому выбрать изделие своей любимой компании будет несложно.
  • Окошко индикатора. Показывает текущее состояние контактов. Если возникла неисправность в автомате, то по нему можно определить есть ли напряжение в сети.
  • Тип автомата. Как уже описывалось выше, означает характеристику отключения при токах, значительно превышающих номинальный. Чаще в быту используются C и чуть реже B. Отличия типов электрических автоматов B и C не так существенны;
  • Номинальный ток. Показывает значение силы тока, который может выдержать длительную нагрузку.
  • Номинальное напряжение. Очень часто данный показатель имеет два значения, написанных через «слэш». Первый — для однофазной сети, второй — для трехфазной. Как правило, в России используется напряжение в 220 В.
  • Предельный ток выключения. Означает максимально допустимый ток короткого замыкания, при котором автомат отключится без выхода из строя.
  • Класс токоограничения. Выражается в одной цифре или же отсутствует совсем. В последнем случае принято считать номер класса 1. Данная характеристика означает время, на которое ограничивается ток короткого замыкания.
  • Схема. На автомате можно встретить даже схему подключения контактов с их обозначениями. Находится она практически всегда в верхней правой части.

Таким образом, взглянув на фронтальную часть автомата, можно сразу установить, к какому типа тока он предназначен и на что способен.

Какой тип автомата выбрать?

При выборе защитного прибора все же одной из главных характеристик считается именно номинальный ток. Для этого нужно определить, какую силу тока требует совокупность всех устройств потребителей в доме.

А так как электричество течёт по проводам, то от его сечения зависит необходимая для нагревания сила тока.

Наличие полюсов также играет немаловажную роль. Чаще всего применяется такая практика:

  • Один полюс. Цепи с приборами освещения и розетками, к которым будут подключаться простые приборы.
  • Два полюса. Применяется для защиты проводки, проведённой к электроплитам, стиральным машинкам, отопительным приборам, водонагревателям. Также может устанавливаться в качестве защиты между щитом и помещением.
  • Три полюса. Используется преимущественно в трехфазных цепях. Это актуально для промышленных или же околопромышленных помещений. Небольшие мастерские, производства и им подобные.

Тактика установки автоматов происходит от большего к меньшему. То есть сначала монтируется, например, двухполюсной, затем однополюсной. Далее идут устройства с мощностью, уменьшающейся на каждом шаге.

Несколько советов по выбору автомата

  • При выборе стоит ориентироваться не на электроприборы, а на проводку, так как именно её будут защищать автоматические выключатели. Если она старая, то рекомендуется заменить её, чтобы можно было использовать наиболее оптимальный вариант автомата.
  • Для таких помещений, как гараж, или на время проведения ремонтных работ стоит выбрать автомат с номинальным током побольше, так как различные станки или сварочные аппараты имеют довольно большие показатели силы тока.
  • Имеет смысл комплектовать весь набор защитных механизмов от одного и того же производителя. Это поможет избежать несоответствия номинальных токов между приборами.
  • Приобретать автоматы лучше в специализированных магазинах. Так можно избежать покупки некачественной подделки, которая может привести к плачевным последствиям.

Заключение

Какой бы простой ни казалась разводка цепи по помещению, всегда нужно помнить о безопасности. Использование автоматов в значительной степени помогает избежать перегрева и, как следствие, её возгорания.

{SOURCE}

Проводящий материал и изоляционный материал

Введение в конструкцию электрических машин:

Электрические материалы, используемые в производстве всех коммерческих машин, можно в общих чертах разделить на три группы:

(i) Проводка

(ii) Изоляция

(iii) Магнитный материал.

Конструкция электрических машин и оборудования во многом зависит от качества этих материалов.Использование материалов низкого качества обычно приводит к громоздкому и дорогостоящему оборудованию.

Проводящий материал:

Используемые токопроводящие материалы: медь и алюминий. Используемые изоляционные материалы: хлопок, шелк, дерево, слюда из бумажной резины, асбест, полиэтилен, ПВХ, бакелит и т. Д. Эти материалы классифицируются в зависимости от их термостойкости. В качестве магнитных материалов используются кремнистая сталь и никелево-железные сплавы. В различных электрических машинах в основном используются следующие марки кремнистой стали:

E 11 , E 12 , E 21 , E 31 , E 41 , E 42 , E 43 , E 310 , E 320 , E 330

Буквы E обозначают кремнистую сталь электротехнического качества.Первая цифра указывает процентное содержание кремния в стали.

1. Низкий процент.

2. Средний процент.

3. Процент выше среднего.

4. Высокий процент.

Вторая цифра показывает удельные потери в стали при 50 Гц

1. Нормальный.

2. Среднее.

3. Низкий.

На третьей цифре 0 означает, что сталь холоднокатаная с ориентированным зерном.

Проводящий материал> Сравнение меди и алюминия:

Старший № Характеристики Медь Алюминий (во много раз больше меди)
1. Удельное сопротивление (Ом / мм 2 / м) при 20 0 C 0,017241 1,624
2. Удельный вес (кг / мм 2 / км) 8,89 0,304
3. Теплопроводность (Вт / м 3 / 0 C) 350 0,571
4. Удельная теплоемкость (Дж / кг / 0 C) 389 2,333

Свойства / характеристики проводящего материала:

От
Старший № Проводящий материал

Удельное сопротивление (Ом-м) при

20 0 C x 10 -8

Темп.Кофф. сопротивления в при 0 C20 0 C x 10 -4 Плотность кг / м 3 1900-2300 Температура плавления 0 C
1. Серебро 1,6 40 10500 960
2. Медь (отожженная) 1.7241 39,3 8890 1083
3. Медь (жесткая вытяжка) 1.777 39,3 8890 1083
4. Алюминий (отожженный) 2,8 40,3 2703 660
5. Алюминий (жестко вытянутый) 2,8264 40,3 2703 660
6. Вольфрам 5,50 50 2703 3300
7. Латунь 7,0 15-20 18800
8. Никель 10,5 40 8400 до 8700 1450
9. Олово 11,5 46 8850 232
10. Свинец 21 41 7300 327
11. Сталь углеродистая (до 0,4% углерода) от 10 до 14 от 40 до 50 11400 1350
12. Сталь углеродистая (высокоуглеродистая) от 15 до 45 от 2 до 40 7800
13. Кремниевая сталь (3,5% Si) от 50 до 60
14. Манганин 48 0,5 7700 102
15. Константан 52 от 0,25 до 0,5 8400
16. Нихром 100 4,4 8900 1538
17. Железо (литое) от 75 до 98 8150 1530
18. Углерод от 400 до 1200 (-) 12 до (-) 60 7800 3450

Изоляционные материалы:

Изоляционные материалы используются в электрических машинах для изоляции токоведущих частей.Он должен обеспечивать «гальваническую развязку» от компонентов машины при различных потенциалах. Основное требование к хорошему изоляционному материалу:

(i) Высокая диэлектрическая прочность,

(ii) Высокое сопротивление изоляции,

(iii) Низкие диэлектрические потери,

(iv) Хорошая механическая прочность,

(v) Хорошая теплопроводность,

(vi) Высокая термическая стабильность,

(vii) Хорошая обрабатываемость для массового производства.

Кроме того, они должны быть легкодоступными и экономически выгодными.

.

Электроприводы — основы электрических машин

  • Моторное действие
  • Майкл Фарадей показал, что прохождение тока через проводник, свободно подвешенный в фиксированном магнитном поле, создает силу, которая заставляет проводник двигаться через это поле.
    И наоборот, если ограничен проводник, а не магнит, то магнит, создающий поле, будет перемещаться относительно проводника.

    В более общем смысле сила, создаваемая током, известная теперь как сила Лоренца, действует между проводником тока и магнитным полем или магнитом, создающим поле.

    Величина силы, действующей на проводник, определяется выражением:

    F = BLI

    Где F — сила, действующая на проводник, L — длина проводника, а I — ток, протекающий по проводнику

  • Действие генератора
  • Фарадей также показал, что верно и обратное: перемещение проводника через магнитное поле или перемещение магнитного поля относительно проводника вызывает протекание тока в проводнике.

    Величина создаваемой таким образом ЭДС определяется как:

    E = BLv

    Где E — ЭДС генератора (или обратная ЭДС в двигателе), а v — скорость проводника через поле

  • Альтернативное моторное действие (интерактивные поля)
  • Другая форма движущей силы, которая не зависит от силы Лоренца и протекания электрического тока, в принципе может быть получена из чисто притягивающей (или отталкивающей) магнитной силы, действующей на магнит или на магниточувствительные материалы, такие как как железо, когда их помещают в поле другого магнита.Примером может служить движение стрелки компаса в присутствии магнита. Однако на практике по крайней мере один магнит, создающий поле, должен быть электромагнитом, чтобы получить необходимый контроль магнитного поля для достижения устойчивого движения, а также практических уровней крутящего момента.

    Бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели зависят от этого явления, известного как «реактивный момент», поскольку в роторе не протекают электрические токи. Вращательное движение достигается путем последовательной подачи импульсов полюсами статора для создания вращающегося магнитного поля, которое увлекает за собой движущийся магнит.

    В асинхронных двигателях переменного тока вращающееся поле получается другим способом, и основное действие двигателя зависит от силы Лоренца, однако синхронные двигатели переменного тока имеют элементы магнитного ротора, которые вращаются синхронно с вращающимся полем, как в бесщеточном двигателе постоянного тока. .

    • Момент сопротивления
    • Крутящий момент создается за счет реакции между магнитными полями.Рассмотрим небольшой стержневой магнит в поле другого большего магнита, такого как зазор между полюсами магнита для подковы или одной из пар полюсов электродвигателя. (См. Схему реактивного двигателя). Когда стержневой магнит выровнен с полюсами большого магнита, его поле будет соответствовать внешнему полю. Это положение равновесия, и стержень не будет испытывать никаких усилий, чтобы переместить его. Однако, если стержень не совмещен с полюсами, либо повернут, либо смещен, он будет испытывать силу, возвращающую его в соответствие с внешним полем.В случае бокового смещения сила уменьшается с увеличением расстояния, но в случае вращения сила увеличивается, достигая максимума, когда стержень находится под прямым углом к ​​внешнему полю. Другими словами, крутящий момент на магните является максимальным, когда поля ортогональны, и нулевым, когда поля выровнены.

      • Яркие полюса
      • Двигатели, зависящие от реактивного момента, обычно имеют «выступающие полюса» — полюса, которые выступают наружу.Это делается для того, чтобы сконцентрировать поток в дискретных угловых секторах, чтобы максимизировать и сфокусировать выравнивающую силу между полями.

    • Крутящий момент от вращающихся полей
    • В двигателях, которые зависят от вращающихся полей, таких как асинхронные двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели, мгновенный крутящий момент на роторе зависит от его углового положения по отношению к угловому положению магнитной волны.Хотя магнитная волна пытается подтянуть полюса ротора в соответствии с магнитным потоком, всегда будут инерция и потери, сдерживающие ротор.

      • Клинья
      • Из-за трения, сопротивления воздуха и других потерь ротор асинхронного двигателя вращается с меньшей скоростью, чем вращающееся поле, что приводит к угловому смещению между вращающейся магнитной волной и вращающимся полем, связанным с полюсами ротора.Разница между скоростью магнитной волны и скоростью ротора называется «скольжением», а крутящий момент двигателя пропорционален скольжению.

      • Угол крутящего момента
      • Даже в синхронных двигателях, в которых ротор вращается с той же скоростью, что и магнитная волна, из-за потерь, указанных выше, полюса ротора никогда не достигнут полного совпадения с пиками магнитной волны, и все равно будет смещение между вращающаяся магнитная волна и вращающееся поле.Иначе бы не было крутящего момента. Это смещение называется «углом крутящего момента». Крутящий момент двигателя равен нулю, когда угол крутящего момента равен нулю, и максимален, когда угол крутящего момента равен 90 градусам. Если угол крутящего момента превышает 90 градусов, ротор выйдет из синхронизма и остановится.

  • Электрические машины
    Большинство продаваемых сегодня электрических машин (двигателей и генераторов) по-прежнему основаны на силе Лоренца, и их принцип работы можно продемонстрировать на примере ниже, в котором однооборотная катушка, по которой проходит электрический ток, вращается в магнитном поле между двумя полюсами. магнита.
  • Basic Electrical Machine

    Для многооборотных катушек эффективный ток составляет NI (ампер-витков), где N — количество витков в катушке.

    Если на катушку подается ток, машина действует как двигатель. Если катушка вращается механически, в катушке индуцируется ток, и машина, таким образом, действует как генератор.

    Во вращающихся машинах вращающийся элемент называется ротором или якорем, а неподвижный элемент — статором.

  • Действие и реакция
  • На практике эффекты двигателя и генератора имеют место одновременно.

    Прохождение тока через проводник в магнитном поле заставляет проводник перемещаться через поле, но как только проводник начинает движение, он становится генератором, создающим ток через проводник в направлении, противоположном приложенному току. Таким образом, движение проводника создает «обратную ЭДС», которая противодействует приложенной ЭДС.

    И наоборот, перемещение проводника через поле вызывает прохождение тока через проводник, который, в свою очередь, создает силу на проводнике, противодействующую приложенной силе.

    Фактический ток, протекающий в проводнике, определяется по формуле:

    I = (V — E)

    Р

    Где В, — приложенное напряжение, E — обратная ЭДС и R — сопротивление проводника (якоря двигателя)..

  • Уравнение ЭДС
  • Исходя из вышесказанного, обратная ЭДС в электродвигателе равна приложенному напряжению за вычетом падения напряжения на якоре.

    E = V — RI

    Это известно как «Уравнение ЭДС двигателя».

    Падение напряжения на аматуре RI иногда называют Net Voltage

    .

  • Уравнение мощности
  • Умножение напряжения на ток якоря для получения мощности дает следующее соотношение:

    P = EI = VI — I 2 R

    Это показывает, что механическая мощность, передаваемая двигателем, равна обратной ЭДС, умноженной на ток якоря, ИЛИ электрическая мощность, подаваемая на двигатель, за вычетом потерь I 2 R в обмотках.(Без учета потерь на трение).

    Это известно как «Уравнение мощности двигателя».

  • Рабочее равновесие под нагрузкой
  • Эффекты «Действие и реакция», описанные выше, обеспечивают важный автоматический механизм саморегулирующейся обратной связи в двигателях постоянного и переменного тока для адаптации к изменениям приложенной нагрузки. По мере увеличения нагрузки на двигатель он имеет тенденцию замедляться, уменьшая обратную ЭДС.Это, в свою очередь, позволяет протекать большему току, создавая больший крутящий момент, чтобы приспособиться к возросшей нагрузке, пока не будет достигнута точка баланса или равновесия. Таким образом, двигатель установит скорость, соответствующую требуемому крутящему моменту. См. Также раздел «Управление мощностью» ниже.

  • Магнитные поля
    Магнитное поле двигателя создается статором, и в приведенном выше примере статор представляет собой постоянный магнит, однако в большинстве электрических машин магнитное поле создается электромагнитным путем с помощью катушек, намотанных вокруг полюсов статора.Обмотки статора также называют обмотками возбуждения, а двигатель называется «возбужденным от возбуждения».
    Ротор обычно наматывается на железный сердечник, чтобы повысить эффективность магнитной цепи машины.
    • Магнитные цепи
      В случае электрических машин магнитная цепь — это путь магнитного потока через корпус статора, через воздушный зазор, через ротор и обратно через воздушный зазор в статор.Длина l этого пути известна как средняя длина магнитного пути MMPL
      Магнитные цепи предназначены для создания максимально возможного магнитного потока и его концентрации в воздушном зазоре между ротором и статором, через который движутся катушки. Поток Φ измеряется в Webers
      . Плотность потока B измеряется в теслах и определяется как магнитный поток Φ на единицу площади A .Таким образом, B = Φ / A , где A — это площадь, через которую проходит поток.
    • Magnetic Circuit of 2 Pole Motor Rotor


      Из приведенных выше уравнений видно, что крутящий момент, создаваемый электродвигателем, или ЭДС, создаваемая генератором, прямо пропорциональны плотности магнитного потока B в области, окружающей движущиеся электрические проводники, а для эффективных машин B должно быть как можно выше.

    • Магнитодвижущая сила (MMF)
      Магнитный поток, возникающий в магнитной цепи, пропорционален создаваемой магнитодвижущей силе (МДС). Для электромагнита MMF — это эффективный ток в намагничивающей катушке, измеренный в амперах витков NI , и, как указано выше, это фактический ток в I , умноженный на количество витков N в катушке.
      Таким образом, MMF = NI = Φ X R , где R — это реактивное сопротивление магнитной цепи.Сопротивление — это внутреннее сопротивление материала магнитной цепи возникновению магнитного потока через него. (Для железа сопротивление очень низкое. Для воздуха очень высокое)
      Это уравнение для потока в магнитных цепях аналогично закону Ома для тока в электрических цепях, в котором:
      ЭДС = I X R , где R — сопротивление электрической цепи.
      Поскольку сопротивление воздушного зазора между статором и ротором очень велико, воздушный зазор должен быть как можно меньше, чтобы свести к минимуму количество ампер-витков, необходимых для создания желаемой плотности магнитного потока.
    • Магнитная сила (H) также называется Сила магнитного поля
    • Напряженность магнитного поля H соответствует MMF на единицу длины в магнитной цепи. Таким образом:

      H = NI

      л

      Магнитодвижущая сила является причиной магнитного поля, магнитная сила — следствием.

    • Плотность потока (B) и Магнитная проницаемость )
    • Для однородных полей плотность потока, связанная с магнитной силой, пропорциональна напряженности поля и определяется выражением:

      B = µ 0 µ r H

      где

      µ 0 известна как магнитная постоянная или проницаемость свободного пространства.

      µ r — относительная проницаемость магнитного материала.

      К сожалению, зависимость становится нелинейной по мере увеличения плотности магнитного потока и насыщения магнитного материала. Затем поток, создаваемый увеличением магнитного поля, уменьшается и выравнивается, а относительная проницаемость µ r стремится к 0.

    • Насыщенность
    • Magnetic Flux Density BH Curve

      Из вышеизложенного видно, что увеличение MMF (ампер-витков) в магнитной цепи увеличивает поток, проходящий через цепь, но существует ограничение на плотность потока, которая может быть создана в магнитных материалах, таких как железо, когда материал называется быть насыщенным.Выше этой точки требуется все больше и больше MMF для создания все меньшего и меньшего потока. Другими словами, сопротивление резко возрастает при насыщении материала.

      Для максимальной эффективности электрические машины обычно рассчитаны на работу чуть ниже точки насыщения.

    • Магнитные полюса
      Электрические машины могут иметь несколько пар полюсов. Многополюсные машины обычно обеспечивают более эффективные магнитные цепи и более плавные характеристики крутящего момента.

  • Коммутация
  • Соединение с подвижной катушкой в ​​базовой машине, показанной выше, осуществляется с помощью угольных щеток, установленных на паре контактных колец, по одному на каждом конце катушки.

    Если машина используется в качестве генератора, направление генерируемого тока будет меняться каждые полцикла, поскольку плечо катушки последовательно проходит через противоположные полюса.Если требуется однонаправленный ток, контактные кольца разъединяются и соединяются между собой так, что в каждом полупериоде ток снимается с чередующихся плеч катушки. Этот простой механизм переключения называется коммутатором.

    Точно так же, когда машина используется в качестве двигателя постоянного тока, коммутатор переключает напряжение питания постоянного тока на чередующиеся плечи катушки каждый полупериод для достижения однонаправленного вращения.

    Таким образом, во всех машинах постоянного тока с фазным ротором, как в двигателях, так и в генераторах, ток в обмотках ротора является переменным, и именно коммутатор обеспечивает соответствующий вход или выход постоянного тока.Однако есть некоторые заметные исключения. Первые в мире двигатели и генераторы, изобретенные Фарадеем, были униполярными или униполярными машинами, в проводниках которых протекал однонаправленный ток. Двигатель Фарадея был лабораторным диковинным предметом, не имеющим практического применения, но его так называемая динамо-машина «Диск Фарадея» могла генерировать полезный ток.

    На протяжении более 100 лет механическая коммутация была единственным практическим способом переключения направления тока, однако с 1970-х годов наличие мощных полупроводников сделало возможной электронную коммутацию.

    В машинах переменного тока можно избежать сложностей коммутации, поскольку ток может индуцироваться в обмотках ротора за счет действия трансформатора с обмотками статора, устраняя необходимость в прямых соединениях между линией питания и вращающимися обмотками. См. Асинхронные двигатели.


    Поскольку коммутатор по сути является механическим переключателем, быстро замыкающим и размыкающим сильноточную цепь, переключатель склонен к искрообразованию и возникновению радиочастотных помех (RFI), которые могут нарушить работу других электронных схем, находящихся поблизости.

    В очень больших двигателях склонность к искрообразованию можно снизить путем добавления «межполюсных» или «коммутирующих полюсов», узких вспомогательных обмоток на полпути между основными полюсами статора. Они соединены последовательно с обмотками ротора и создают MMF, равную и противоположную MMF ротора, так что эффективный магнитный поток между главными полюсами равен нулю. Коммутация предназначена для того, чтобы происходить в момент, когда ток проходит через ноль между отрицательным и положительным полупериодами, и это происходит, когда ротор находится посередине между основными полюсами.За счет нейтрализации потока в этой области снижается вероятность искрения.

  • Evolution
  • Самые ранние электрические машины зависели от постоянных магнитов для создания магнитного поля, однако лучшие магнитные материалы, доступные в то время, были способны создавать только очень слабые поля, что ограничивало потенциальные применения машин до лабораторных демонстраций. В конце концов стало понятно, что гораздо более сильные магнитные поля могут быть созданы с помощью электромагнитов, питаемых от приложенного или генерируемого сетевого напряжения.Это позволило построить гораздо более мощные машины, дающие возможность разработки практических приложений. Достижения в области магнитных материалов привели к созданию гораздо более мощных постоянных магнитов, позволяющих использовать их в практических машинах, упрощая машиностроение за счет исключения одного набора обмоток. В то же время многие функции, такие как энкодеры, тахогенераторы, термовыключатели, тормоза и вентиляторы, встроены в машины. См. Также Контроллеры

    .
  • Момент
  • Вообще говоря, крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален потребляемому им току, а также потоку в воздушном зазоре.

    T = K 1 I B

  • Скорость
    • Двигатели постоянного тока
    • В двигателях постоянного тока скорость вращения пропорциональна приложенному напряжению, и нормальный метод управления скоростью заключается в изменении входного напряжения.

      N = K 2 V

      Б

      Однако скорость также обратно пропорциональна потоку в воздушном зазоре.Это означает, что скорость увеличивается по мере уменьшения магнитного потока, создаваемого катушками возбуждения. Теоретически скорость может стремиться к бесконечности, если ток в катушке возбуждения будет удален, хотя двигатель, скорее всего, будет разрушен до того, как это произойдет. На практике ограниченное увеличение скорости может быть достигнуто за счет контролируемого уменьшения тока возбуждения. Но обратите внимание на приведенное выше уравнение крутящего момента, что уменьшение тока возбуждения также снижает крутящий момент. Этот метод управления скоростью называется « Ослабление поля »

    • Двигатели переменного тока
    • В двигателях переменного тока скорость пропорциональна частоте приложенного напряжения и обратно пропорциональна количеству магнитных полюсов.

      N = K 3 f

      П

  • Характеристики крутящего момента — скорости
  • Двигатели постоянного тока

    развивают максимальный крутящий момент при нулевой скорости или когда они остановлены (когда они потребляют максимальный ток), и крутящий момент линейно падает с увеличением скорости, достигая нуля, когда обратное напряжение, создаваемое вращающимися катушками в магнитном поле ( обратная ЭДС) равна приложенному напряжению.

    Для двигателей переменного тока пусковой момент при нулевой скорости может составлять примерно от 70% до 90% от максимального значения, возрастая до пика при увеличении скорости, а затем резко снижаясь до нуля, когда двигатель приближается к синхронной скорости. См. Примечание о синхронных двигателях.

    (Характеристики крутящего момента электродвигателей отличаются от двигателей внутреннего сгорания, крутящий момент которых очень низкий на низких скоростях, обычно останавливается ниже 800 об / мин, но увеличивается с увеличением скорости до пика при падении примерно 80% максимальной скорости. отключается лишь незначительно при достижении максимальной скорости.)

  • Начальный
  • Некоторые конструкции двигателей не являются самозапускающимися в своей базовой конфигурации, но они обычно включают конструктивные изменения, позволяющие самозапускаться, чтобы пользователь мог не осознавать проблему.

  • Электроэнергетика
  • Выходная мощность двигателя прямо пропорциональна его скорости.
    В выходная мощность P в Ваттах определяется по формуле:

    P = ωT

    Где ω — скорость в радианах в секунду, а T — крутящий момент в Ньютон-метрах

    ИЛИ

    P = 2π NT = NT

    60 9.55

    Где N — скорость в оборотах в минуту (об / мин)

    ПРИМЕЧАНИЕ : Это соотношение показывает, что для заданной мощности скорость уменьшается по мере увеличения нагрузки или крутящего момента и наоборот. Это в некотором смысле эквивалентно тому, что происходит в механической коробке передач, и соответствует рабочему равновесию, упомянутому выше.

  • Максимальная мощность
  • Максимальная мощность, которую может выдержать двигатель, определяется его максимально допустимой температурой.Пропускная способность может быть увеличена за счет использования материалов, способных выдерживать более высокие температуры, в частности, для изоляции обмоток, или путем обеспечения принудительного охлаждения, которое снижает температуру двигателя при заданном потреблении тока.

  • Угловая мощность
  • Угловая мощность — это альтернативный способ определения мощности двигателя, который некоторые люди считают полезным для сравнения машин.

    Motor - Torques vs Speed Graph

    Это просто произведение максимального крутящего момента двигателя и максимальной скорости, которую он может достичь.Поскольку максимальный крутящий момент редко, если вообще возникает, возникает одновременно с максимальной скоростью, фактическая передаваемая мощность машины всегда будет меньше угловой мощности.

    В двигателях постоянного тока предел коммутации устанавливается способностью сегментов коммутатора и щеток выдерживать высокие напряжения (ограничение скорости) и большие токи (ограничение крутящего момента).

    Отметим также, что при высоких напряжениях и токах может потребоваться принудительное охлаждение.

  • Охлаждение
  • Допустимая мощность электрической машины ограничена максимально допустимой температурой ее обмоток.

    Для двигателей большей мощности требуются более высокие магнитные поля, и ток, необходимый для обеспечения более высокой плотности магнитного потока, линейно увеличивается с размером двигателя. Однако площадь поперечного сечения медного кабеля, необходимая для протекания тока, увеличивается пропорционально квадрату тока.

    Допустимая мощность может быть увеличена за счет использования изоляции, которая может выдерживать более высокие температуры, или путем обеспечения принудительного охлаждения для отвода тепла от обмоток. Принудительное охлаждение обычно не требуется для машин с дробной мощностью, но более мощные встроенные двигатели в лошадиных силах обычно имеют встроенный охлаждающий вентилятор, который нагнетает воздух через машину.Принудительное воздушное охлаждение может быть эффективным в машинах мощностью до 50 мегаватт, но более крупные машины с номинальной мощностью в несколько мегаватт, используемые в электроэнергетике, должны прибегать к жидкостному охлаждению, при котором хладагент циркулирует по полым проводникам. Рабочей жидкостью может быть вода, но в самых больших машинах используется водород из-за его малого веса и высокой теплоемкости.

  • Зубчатая передача
  • Для заданного крутящего момента мощность двигателя пропорциональна скорости.Таким образом, низкооборотные двигатели будут обеспечивать очень низкую мощность. Приложения, требующие высокого крутящего момента на низких скоростях, потребуют очень больших токов и непрактично больших двигателей. Для таких применений лучше подходят более высокоскоростные двигатели с зубчатыми передачами для снижения скорости и увеличения крутящего момента.

  • Размер
  • Размер двигателя определяется крутящим моментом, который он должен передать. Для аналогичных двигателей с аналогичными системами охлаждения крутящий момент двигателя пропорционален объему ротора и, следовательно, общему объему двигателя.

  • КПД
  • Как отмечалось выше, для заданного крутящего момента мощность двигателя пропорциональна скорости, тогда как электрические потери и потери на ветер имеют тенденцию быть примерно постоянными и возрастают относительно медленно. Таким образом, КПД двигателя увеличивается с увеличением скорости.

    КПД также зависит от размера двигателя, поскольку резистивные потери имеют тенденцию быть пропорционально намного выше в устройствах меньшего размера, чем в машинах большего размера, которые могут быть разработаны с более эффективными магнитными цепями.

  • Зубчатые
  • Зубчатость — это резкая, неравномерная угловая скорость ротора машины, особенно заметная на низких скоростях в двигателях с небольшим количеством полюсов. Это происходит потому, что ротор имеет тенденцию ускоряться по мере приближения к полюсам статора и замедляться, когда он выходит из полюсов. Это также заметно при использовании импульсного постоянного тока, если частота сигнала питания слишком мала. Проблема может быть уменьшена за счет использования перекошенных обмоток ротора, а также увеличения числа полюсов в двигателе.

  • Убытки
    Потери снижают эффективность машины и обычно приводят к нежелательному нагреву.
    • Потери меди
      Это тепловые потери I 2 R из-за протекающего в обмотках тока. Потери в меди варьируются в зависимости от тока и, следовательно, нагрузки на машину. Потери в железе и другие потери обычно относительно постоянны.
      • Сопротивление обмотки статора
      • Сопротивление обмотки ротора
    • Потери железа
      Это потери, возникающие в магнитной цепи.
      • Насыщенность
      • Это расточительное использование энергии, связанное с использованием материалов с плотностью потока выше точки насыщения.

      • Гистерезис потери
        Это энергия, необходимая для намагничивания и размагничивания железа в магнитной цепи в каждом машинном цикле. Поскольку потери за цикл фиксированы, они будут увеличиваться в соответствии с частотой. См. Дополнительную информацию о гистерезисе. Для уменьшения этих потерь были разработаны специальные стали с низким гистерезисом.
      • Потери на вихревые токи
        Эти потери возникают из-за нежелательных циркулирующих токов, которые индуцируются в железе магнитной цепи машины. по машинным обмоткам.Их можно свести к минимуму за счет использования в магнитных цепях ламинированного железа вместо твердого железа. Изолирующий оксидный слой на слоях препятствует протеканию вихревого тока между слоями.
    • Утечка флюса
    • В практических магнитных цепях не всегда возможно сконцентрировать весь магнитный поток там, где это необходимо для оптимальной магнитной связи и максимального обмена энергией между ротором и статором.Следовательно, часть приложенной энергии теряется.

    • Ветер / трение
    • Это механические потери, вызванные сопротивлением движению ротора.

    • Коэффициент мощности
    • Асинхронный двигатель выглядит в линии питания как большой индуктор, и, следовательно, линейный ток отстает от приложенного напряжения. Тогда эффективная мощность двигателя составит VAcosΦ , где V, — приложенное напряжение, A, — протекающий ток и Φ — фазовый угол, на который ток отстает от напряжения.

      CosΦ известен как коэффициент мощности. Когда Φ = 0, ток находится в фазе с напряжением, cosΦ = 1 и потери мощности отсутствуют. Когда Φ = 1, ток отстает от напряжения на 90 °, cosΦ = 0, и на нагрузку не будет подаваться эффективная мощность. Коэффициент (1 — cosΦ ) представляет дополнительную мощность, которую машина должна потреблять от источника, чтобы обеспечить свою номинальную мощность.

    Как отмечалось выше, из-за реакции системы на приложенную силу все вращающиеся машины одновременно действуют как двигатели и генераторы.В обоих случаях действуют одни и те же электромагнитные силы, и одни и те же уравнения представляют поведение машин в обоих случаях.

    Как и в случае с двигателями, вышеупомянутые принципы могут применяться по-разному. См. Несколько практических примеров в разделе «Генераторы».

    См. Описания и приложения некоторых из самых распространенных из многих типов электрических машин и приводов, доступных сегодня

    .

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о