Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток, помещенных на магнитопроводе: первичной с числом витков w1 и вторичной с числом витков w2.
При измерениях в высоковольтных цепях трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания приборов, присоединенных к вторичным обмоткам. Это достигается за счет электрической изоляции (гальванического разделения) первичной и вторичной обмоток трансформаторов и заземления металлического корпуса и вторичной обмотки. При отсутствии заземления и повреждении изоляции между обмотками вторичная обмотка и подключенные к ней приборы окажутся под высоким потенциалом, что недопустимо.
Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию, так как в его вторичную обмотку включаются приборы с малым сопротивлением. Полное суммарное сопротивление Z=R+jX приборов и подводящих проводов является нагрузкой трансформатора тока.
В зависимости от области применения измерительные трансформаторы тока изготавливаются стационарными, предназначенными для установки на открытых площадках распределительных устройств, станций и подстанций и в закрытых помещениях, и переносными – для использования в лабораториях. Стационарные трансформаторы, как правило, имеют один предел измерения, а переносные – несколько пределов.
Измерительные трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу, потому что ко вторичной обмотке трансформатора подключают приборы с относительно большим внутренним сопротивлением.
По внешнему виду и устройству трансформаторы напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов на небольшие мощности. Лабораторные трансформаторы чаще всего бывают переносными на несколько пределов измерения.
Для трехфазных цепей изготовляются трехфазные трансформаторы напряжения.
2.4 Реле времени
Электромагнитное реле времени состоит из неподвижной части магнитопровода, на котором установлена катушка, и подвижной части магнитной системы с установленными на ней контактами. При отсутствии напряжения на катушке якорь под действием пружины находится в поднятом положении.
Особенностью конструкции реле времени является наличие на магнитопроводе массивной медной трубки (гильзы), которая и обеспечивает выдержку времени реле при отключении его катушки. Рассмотрим этот процесс подробнее. Включение реле происходит, как у обычного электромагнитного реле, подачей напряжения U на катушку после замыкания контакта. Якорь, притягиваясь к сердечнику, осуществляет без выдержки времени переключение контактов.
Выдержка времени обеспечивается за счет замедления возврата якоря в исходное положение. При снятии с катушки напряжения спадающий магнитный поток создает в гильзе вихревые токи, которые, по правилу Ленца, своим магнитным потоком поддерживают основной поток. Другими словами, наличие гильзы замедляет (демпфирует) спадание магнитного потока, а тем самым и перемещение якоря и контактной системы в исходное (отключенное) положение. В соответствии с таким принципом действия электромагнитное реле времени обеспечивает выдержку при размыкании замыкающего контакта и замыкании размыкающего контакта.
Выдержка времени реле регулируется ступенчато путем установки латунной немагнитной прокладки определенной толщины, закрепляемой на якоре (уменьшение толщины прокладки вызывает увеличение выдержки реле и наоборот), или плавно за счет изменения натяжения пружины с помощью гайки. Чем меньше будет затянута пружина, тем больше будет выдержка времени и наоборот.
Выдержка времени может быть получена у электромагнитного реле без установки гильзы путем закорачивания катушки после отключения ее от сети. В этом случае замкнутый контур, образованный катушкой и замыкающим ее контактом, играет роль электромагнитного демпфера. Однако выдержка времени в этом случае получается меньше, чем у реле с гильзой.
2.5 Реле максимального тока
Реле тока, иначе называемые реле максимального тока или максимальным реле, применяются для отключения электродвигателей при превышении их тока сверх допустимого, например, при заклинивании двигателя.
В данных реле использована одна из разновидностей электромагнитных систем, называемая системой с поперечным движением якоря.
Данная система состоит из сердечника с двумя полуобмотками расположенными на его полюсах. Перед полюсами помещен Г-образный стальной якорь, укрепленный на оси. На оси также укреплены возвратная пружина и изолированный от оси контактный мостик.
Начальное и конечное положение якоря ограничивается упорами левым и правым. В обесточенном состоянии реле контактный мостик замыкает правую пару неподвижных контактов, при появлении тока в обмотке реле якорь перемещается в сторону полюсов и мостик замыкает левую пару неподвижных замыкающих контактов.
Реле данного типа могут быть использованы как на переменном, так и на постоянном токе.
2.6 Контактор
Контактор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для частных дистанционных коммутаций силовых цепей двигателей. Контакторы различаются: по роду тока коммутируемой цепи (постоянного и переменного токов); по количеству главных контактов(одно-, двух- и многополюсные); по роду тока цепи катушки (с управлением от постоянного и переменного токов); по номинальным току и напряжению коммутируемых цепей; по конструктивному исполнению и другим признакам.
Магнитные системы контакторов постоянного и переменного токов отличаются: в контакторах постоянного тока сердечник цельный, а в контакторах переменного тока набран и листов электротехнической стали.
В контакторах переменного тока для предотвращения вибрации якоря под действием переменного магнитного потока в магнитной системе предусматривается короткозамкнутый виток из медного провода, надеваемый на одну из частей магнитопровода.
2.7 Автоматический выключатель
Это комплексные многоцелевые аппараты, которые могут обеспечивать как ручное включение и отключение двигателей, так и их защиту от сверхтоков и перегрузок. Для выполнения этих функций автомат, в общем случае, имеет контактную систему, замыкание и размыкание которой осуществляется вручную с помощью рукоятки или кнопки.
Контролируемый ток протекает через контакт автомата, нагреватель теплового реле, катушку реле максимального тока. При коротком замыкании в контролируемой цепи сердечник максимального реле втягивается в катушку и толкателем воздействует на рычаг. Последний поворачивается по часовой стрелке и приподнимает защелку. Освобождается рычаг и под действием пружины контакты автомата размыкаются.
Аналогичным образом происходит отключение автомата при перегрузке цепи, когда ток в ней больше номинального (расчетного), но меньше тока короткого замыкания. В этом случае ток, проходя по нагревателю теплового реле, вызывает нагрев биметаллической пластины. В результате этого свободный конец пластины поднимается вверх и через рычаг воздействует на расцепитель, вызывая этим отключение контактов автомата.
Часто в автоматах применяют тепловые расцепители без нагревателя, в этом случае контролируемый ток пропускается непосредственно через биметаллическую пластину. В маломощных автоматах такой расцепитель может выполнять функции и элемента максимальной токовой защиты.
2.8 Устройство защитного отключения
Как видно из названия, устройства защитного отключения (УЗО) отключают участок электрической сети, если на нем произойдет касание человеком токоведущих частей электроустановки или возникнет ток утечки через изоляцию, который может привести к развитию загорания.
По способу технической реализации УЗО разделяются на два типа:
электромеханические, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для срабатывания УЗО, является сигнал, на который реагируют устройства – ток утечки, иначе называемый дифференциальным током; электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. Механизм этих УЗО для срабатывания нуждается в энергии, получаемой от контролируемой сети или от внешнего источника.
В момент прикосновения человека к токоведущим частям или к корпусу электрооборудования, находящемуся под напряжением, по проводнику через УЗО, кроме тока нагрузки, протекает дополнительный ток – ток утечки, или дифференциальный (разностный) ток.
Неравенство токов в фазном проводнике и в нейтральном проводнике приводит к возникновению во вторичной обмотке трансформатора дифференциального тока.
При превышении этим током тока уставки порогового элемента последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм, который размыкает электрическую цепь, и защищаемая электроустановка обесточивается.
2.9 Электротепловое реле
Электротепловые реле надежно защищают двигатели от небольших, но устойчивых перегрузок. Основными частями реле являются нагревательный элемент и биметаллическая пластинка. Нагревательный элемент последовательно включается в силовую цепь двигателя. При протекании по нему тока, величина которого превышает величину номинального тока двигателя на 10-20%, выделяется тепло, которого оказывается достаточно для того, чтобы биметаллическая пластинка, разгибаясь, освободила рычаг. Это приводит к размыканию контактов цепи управления. В первоначальное положение рычаг возвращается после нажатия на кнопку возврата.
2.10 Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Асинхронные электродвигатели являются основными электродвигателями для приведения в действие производственных машин и механизмов. В технике наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели.
Асинхронный трехфазный электродвигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка, выполненная из изолированного провода и состоящая из трех отдельных обмоток фаз, оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120 градусов. Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником, в зависимости от значения подводимого напряжения.