Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektronických...

Elektrotechnická fakulta

Katedra výkonových elektronických systémov

Elektrické prístroje

1. Výpočet elektrodynamických síl

Školský rok: 2007/2008

2.Opis merania

Teoretický Rozbor:

Pracujeme v programe FEMM do ktorého si zakreslime dva vodiče (program pracuje v 2D prostredí).Zakreslime si aj okrajové hranice. Po zakreslení si zadefinujeme prostredie v ktorom sa vodič nachádza (vnašom prípade vzduch) a taktiež zadefinujeme vodiče (J- vypočítame zo zadaného vzorca). Pri výpočtochsily ktorú sme získali sme zanedbávali silu v osi x Fx a silu Fy sme sme vynásobili číslom 0,43 pretožeprogram FEMM pracuje len s dĺžkou vodiča 1 m a my sme mali zadanú dĺžku 430mm. Výpočty sme spravilipre všetky prúdy a taktiež aj vzájomné vzdialenosti oboch vodičov.

3.Tabuľka

a(mm)/I(A) 100 300 700 12005 0,035 0,32 1,75 5,15

10 0,029 0,27 1,46 4,2815 0,026 0,23 1,25 3,6720 0,022 0,2 1,09 3,2

a(mm)/I(A) 100 300 700 1200

5 0,043 0,382 2,082 6,118 KT=0,25K=0,988

10 0,032 0,287 1,56 4,6 KT=0,38K=0,977

15 0,022 0,2 1,085 3,2 KT=0,4K=0,966

20 0,017 0,155 0,845 2,5 KT=0,42K=0,955

4.Výpočet

- -

- -æ ö æ ö= = = ®ç ÷ ç ÷+ +è ø è ø

æ ö æ ö= + - = + - =ç ÷ ç ÷è ø è ø

= = =

= = =

2 2

7 71 2

15 40,1719 0,4

60 4

15 151 1 0,966

430 430

2 2.430.10 300.300.10 0,4.0,966 0,2

15100

416666,60,06.0,004

T

T

a bK f

h b

a aK

l l

lF i i K K N

aI

JS

5.Záver

Meraním sme mali zistiť ktorá z metód je presnejšia. Zistili sme ,že metóda konečných prvkov je presnejšiaako analytická metóda. Pretože pri analytickej metóde sme určovali koeficient tvaru z grafu a toto bolo nienepresne odmerané.




2. Meranie na kontaktoch


2.Opis merania:Elektrické kontakty sú kovové súčiastky, ktoré vytvárajú a vypínajú elektrické obvody. Kontakty sa vyrábajú buď zčistých prvkov, kompozitov, alebo zliatin pripravených konvenčnými zlievarenskými metódami alebo pomocouvýrobných procesov práškovej metalurgie.Teplota tavenia materiálu elektrického kontaktu by mala byť dostatočne vysoká, aby nedošlo k lokálnemu poškodeniupri vzniku iskry – tzv. iskrová erózia

3.Schema zapojenia

4.Tabulky pre Cu

PreAg

I=0,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 75 70 66 62 54 53 51 46,9 46,4 46,3Rs (Ω) 0,15 0,14 0,132 0,124 0,108 0,106 0,102 0,0938 0,0928 0,0926Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=1Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 115 105 97 93 92,5 92,2 91,7 91,3 91 91Rs (Ω) 0,115 0,105 0,097 0,093 0,0925 0,0922 0,0917 0,0913 0,091 0,091Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=1,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 160 155 153 148 143 142 138 138 137 137Rs (Ω) 0,107 0,103 0,102 0,097 0,095 0,095 0,092 0,092 0,091 0,91Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=2Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 240 200 200 196 188 188 186 185 184 184Rs (Ω) 0,12 0,1 0,1 0,098 0,094 0,094 0,093 0,0925 0,092 0,092Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=2,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 310 260 254 250 245 239 238 232 230 229Rs (Ω) 0,124 0,104 0,102 0,100 0,098 0,096 0,095 0,093 0,092 0,092Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=3Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 330 310 310 307 295 292 285 281 277 277Rs (Ω) 0,11 0,103 0,103 0,102 0,098 0,097 0,095 0,094 0,092 0,092Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=3,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 380 377 360 351 337 335 334 331 325 325Rs (Ω) 0,109 0,108 0,103 0,100 0,096 0,096 0,095 0,095 0,093 0,093Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=4Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 470 440 400 383 381 380 377 376 373 373Rs (Ω) 0,118 0,11 0,1 0,096 0,095 0,095 0,094 0,094 0,093 0,093Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=4,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 450 470 468 440 438 436 433 428 422 422Rs (Ω) 0,1 0,104 0,104 0,098 0,097 0,097 0,096 0,095 0,094 0,094Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 0,1863 0,2844 4,805 9,9 20,006 30,303

I=5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 520 516 507 495 487 484 481 478 474 474Rs (Ω) 0,104 0,103 0,101 0,099 0,097 0,097 0,096 0,096 0,095 0,095Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

Cd015

I=0,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 44 43,8 43,4 43,5 43,6 43,5 43,3 43,1 43 43Rs (Ω) 0,088 0,088 0,0868 0,087 0,0872 0,087 0,0866 0,0862 0,086 0,086Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=1Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 92 87 86,5 86,6 86,4 86,3 86,1 85,8 85,7 85,7Rs (Ω) 0,092 0,087 0,0865 0,087 0,0864 0,0863 0,0861 0,0858 0,0857 0,0857Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=1,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 133 131,5 130,7 129,8 129,7 129,6 129,4 129,3 129,1 129,1Rs (Ω) 0,067 0,066 0,0654 0,065 0,0649 0,0648 0,0647 0,0647 0,0646 0,0646Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=2Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 180 178 175 174,9 174 173,9 173,9 173,9 173,4 173,4Rs (Ω) 0,09 0,089 0,0875 0,0875 0,087 0,087 0,087 0,087 0,0867 0,0867Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=2,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 260 230 223 221 221 221 220 220 219 219Rs (Ω) 0,104 0,092 0,089 0,0884 0,0884 0,0884 0,88 0,88 0,0876 0,0876Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=3A

m (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 275 273 271 270 270 270 270 270 270 270Rs (Ω) 0,092 0,091 0,0903 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

I=3,5Am (g) 10 20 40 90 190 290 490 990 2040 3090

U (mV) 351 341 341 342 341 340 340 340 342 343Rs (Ω) 0,1 0,0974 0,0974 0,0977 0,0974 0,0971 0,0971 0,0971 0,0977 0,098Fk (N) 0,0402 0,0804 0,1607 0,362 0,764 1,166 1,97 3,981 8,202 12,424Fg (N) 0,098 0,196 0,392 0,883 1,863 2,844 4,805 9,709 20,006 30,303

4.Výpočet

2

1

0,1150,115

10,01.9,80665 0,098

0,098.0,6850,0402

0,28

S

g

gk

UR

IF mg N

F lF N

l

= = = W

= = =

= = =

5.Grafy

Pre Cu

Pre AgCd015

6.Záver

Meranim sme mali zistiť, ktorý zo skúšaných materiálov je vhodnejší na výrobu kontaktov. Zistili sme ževhodnejší materiál je AgCd015 lebo ma pri rovnakých podmienkach mal menší stykový odpor ako to bolopri Cu.




3.Meranie V-A char. el. oblúka


2.Opis meraniaEl. oblúk je výboj horiaci v plyne schopný samostatnej činnosti ľubovoľnú dobu, pokiaľ neprerušíme vhodnýmzásahom do jeho mechanizmu.

Hl. znaky el. oblúka sú

· Hustota prúdu katódovej škvrny sa rovná radovo desiatkam megaamperom na meter štvorcový· Male elektródové úbytky napätia· Male napätie medzi elektródami vzhľadom k napätiu zdroja· Veľký prúd prechádzajúci oblúkom (zvyčajné viac ako 1A)· Intezivne vyžarovanie svetla z výbojovej plazmy a elektród

3.Zadanie merania

· Odmerajte statickú V-A char. el. oblúka medzi uhlíkovými elektródami a graficky znázorníte· Vypočítajte statickú V-A char. el. oblúka pre uhlíkové a medene elektródy a graficky znázorníte

4.Schema zapojenia

A

V

.. OBLOBL OBL

OBL

C D lU A B l

I+

= + +

A[V] B[V/m] C[VA] D[VA/m]C+vduch 40 1 200 20 10 000

Cu+vzduch 17 2 000 22 18 000

5.Tabuľka

l=1mm

l=2mmIOBL[A] C 24 20 18 14 8UOBL[V] C 18 19 22 26 27

UOBLVYP [V]C 44,07 44,4 44,6 45,26 47,4

UOBLVYP [V]Cu 23,42 23,9 24,22 25,14 28,25

l=3mmIOBL[A] C 24 22 10UOBL[V] C 19 20 28

UOBLVYP [V]C 45,68 45,87 48,6

UOBLVYP [V]Cu 26,16 26,45 30,6

l=4mmIOBL[A] C 21 18 16 8UOBL[V] C 20 22 23 30

UOBLVYP [V]C 47,66 48,13 48,55 52,3

UOBLVYP [V]Cu 29,48 30,22 30,88 36,75

l=5mmIOBL[A] C 24 20 18 14 8UOBL[V] C 22 23 24 25 31,5

UOBLVYP [V]C 48,92 49,5 49,89 51 54,75

UOBLVYP [V]Cu 31,67 32,6 33,22 35 41

l=6mmIOBL[A] C 24 22 20 18 104 8UOBL[V] C 23 23 24 25 27 33

UOBLVYP [V]C 50,53 50,84 51,2 51,64 52,91 57,2

UOBLVYP [V]Cu 34,42 34,9 35,5 36,22 38,3 45,25

IOBL[A] C 24 22 20 18 10UOBL[v] C 17 18 19 21 24,8

UOBLVYP [A]C 42,45 42,57 42,7 42,87 44,2

UOBLVYP [A]Cu 20,7 20,8 21 21,22 23

4.Výpočet

.. OBLOBL OBL

OBL

C D lU A B l

I+

= + +

pre C+vzduch lOBL=1mm

33 20 10000.1.1040 1200.1.10 42,45

24OBLU V

-- += + + =

Pre Cu+vzduch lOBL =1mm

33 22 18000.1.1017 2000.1.10 23,42

24OBLU V

-- += + + =

5.Grafy

6.Záver:

Meranie nebolo veľmi presne pretože sme nemohli presne odmerať vzdialenosť hrotov. Vzdialenosť hrotov sazväčšovala aj počas horenia oblúka. A to spôsobovalo nepresnosť merania.




4.Meranie vypínacej char. ističa


Zadanie:

- Zmerajte funkčnosť nadprúdovej spustevybraných ističov pomocou tzv. sekundovej skúšky, stanovte zaver či nadprúdová spust vyhovuje

- Na vybraných ističoch zmerajtevypínacie charakteristiku a porovnajte ju s katalógovou charakteristikou danou výrobcoma zhodnoťte či zodpovedá stanoveným vypínacím krivkám

Schéma zapojenia:

Súpis:

- S241A, C4, 230V/400, 6000- RI51, B6, 230V/400, 10 000- S183-S, K3A, 400, 4500

Tabuľky:

Istič C4 – I=2,25.4=9A, t=40,8s

Istič B6 - I=2,25.6=13,5A, t=45,65s

Istič K3A - I=2,25.3=6,75A, t=24,6s

Istič 25M - I=2,25.25=56,25A, t=12,63s

OSC

A

C4:

I[A] 25 23 21 20 18,4 17 15,4 14 12,7 11 10 9t[s] 5,09 6,65 7,7 7,76 8,5 9,91 11,35 12,07 14,28 20,69 24,48 40,8

K3A:

Im[A] 76 60 56 48 42t[ms] 8,8 13,2 14 15,6 36,8

Grafy:

Zaver:

V prvej časti sme mali zmerať funkčnosť nadprúdovej spuste pomocou tzv. sekundovej skúšky. Meranímsme zistili, že nadprúdová spust vyhovuje pri všetkých meraných ističoch nakoľko je splnená podmienkaI=2,25.IN v čaše menšom ako 60s.

Im[A] 64 52t[ms] 14,8 11,6

I[A] 21 12,2 8,8 6,7t[s] 3,95 11,06 8,65 24,6




5.Meranie vypínacej char. poistky


Zadanie:- Odmerajte vypínaciu charakteristiku tavného elementu poistky vyrobeného z medi ak chladiace médium

je : -vzduch-kremičitý piesok

Namerane hodnoty vyneste do grafu I=f(t) a zo získanej charakteristiky určte krajný prúd I1 poistky IN

I1 – najvyššia hodnota prúdu pri ktorej poistka ešte nevypne, býva 1,3 až 2 násobok menovitého prúdu

IN- taká hodnota prúdu, ktorý tečie poistkou ešte bez toho aby sa teplota poistky zvýšila na d dovolenúhodnotu

Rozdelenie

Podľa charakteristiky:

· Pomalé – na istenie motorov· Rýchle – na istenie vedení· Pomalorychle – na spínanie väčších induktívnych záťaži· Veľmi rýchle – istenie polovodičoch systémov· Zotrvačné – na istenie rozvodných sietí NN

Podľa vyhotovenia:

· Otvorene· Rúrkové· Závitové· Výkonové

Podľa druhu hasenia:

· Vzduchové· Kremičitý piesok· Tuhe plynotvorne· Tekuté plynotvorne

Schéma zapojenia:

OSC

A

Tabuľky:

Chladene vzduchom

Chladene kremičitým pieskom

I[A] 56,6 63,6 60,8 58 55,2 51 40,7 34 32,8 29,4 25 24 23 22

t[s] 100.10-

3 96.10-3136.10-

3 152.10-3 212.10-3 292.10-3 516.10-3 980.10-3 680.10-3 3,51 5,94 10,94 82 156

Zaver:

Účelom tohto merania bolo zistiť charakteristiky poistiek v ktorých bolo použité ako hasivo kremičitýpiesok a vzduch. Z tohto sme určili hodnotu krajného prúdu ktorého hodnota je 15,6A.

IEF[A] 60,8 60,8 45,3 41,3 37,9 35,6 32,2 28,8 25,5 20,9 18 17

t[s] 62.10-

362.10-

3284.10-

3350.10-

3400.10-

3520.10-

3690.10-

3900.10-

3 1,1 2,4 10,8 480




7.Meranie ideálneho zotaveného napätia


Zadanie:

Odmerajte zotavene napätie na daných RLC prvkoch obvodu, z nameraných hodnôt vypočítajte parametrezotaveného napätia:

- Rezonančnej frekvencie- Strmost- Prekmit

Nameraný priebeh overte simuláciou. Zo simulovaných priebehov stanovte rezonančnú frekvenciu, strmosťa prekmit a porovnajte ich s nameranými hodnotami.

Schéma zapojenia:

2max max

21max sin

1 12. . 4.

k kr

m

U URf sL C C t U a

gp

= - = =

OSC

Tabuľky:

UEF t1max Ukmax α R L CLmin 91,5V 141µs 152,5V 2,06ms 1450Ω 1,678H 14,68nFLmax 91,5V 300µs 116,3V 5,36ms 10500Ω 6,32H 3,7nF

u=129,4.sin(ωt+α)

3min 30

3max 30

.2,06.10 0,64610.10

.5,36.10 1,6810.10

pa

pa

-

-

= =

= =

2max max

21max sin

1 12. . 4.

k kr

m

U URf sL C C t U a

gp

= - = =

Lmin

fr[Hz] s[V/s] γMerane 1011,719 1,084.106 104,528

Simulovane 1000 3.105 107,46

Lmax

fr[Hz] s[V/s] γMerane 1029 3,9.105 30,65

Simulovane 1020,41 4,24.105 55,67

Graf:

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

t[s]

Uk

[V]

Záver: daným meraním sme si mali overiť hodnoty zistené meraním za pomoci simulácie. Hodnoty získanésimuláciou boli trochu odlišné od nameraných hodnôt čo bolo spôsobené najmä spôsobom zistenia hodnôt z grafuv programe MATLB.




6. Zapínacie a vypínacie procesy


1. Úloha:

Vypočítajte tvar a veľkosť prúdu v nasledujúcom obvode pri zopnutí kontaktu.

Rovnice pre výpočet:

Striedavé napájanie

α=0

CU=220V

R=0,9Ω

C=2mF

( )

( )20

2202

220

1

pitsinUuVU

VU

CiRudtidtiC

iRu

mm

==+××=®×=

=

××-=×××+×= òò

aaaw

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

t[s]

I

[A]

Jednosmerne napájanie

α=pi/2

2. Úloha:


0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

t[s]

I

[A]

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45I

[A]

t[s]

R L

I=?A

U=220V

R=0,9Ω

L=0,7H

Rovnice pre výpočet:


α=0

( )

( )20

2202

220

pitsinUuVU

VU

dtLRiuidtdiLiRu

mm

==+××=®×=

=

-=×+×= ò

aaaw

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

t[s]

I

[A]


α=pi/2

3. Úloha:

Vypočítajte tvar a veľkosť napätia v nasledujúcom obvode pri vypnutí kontaktu.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

50

100

150

200

250

t[s]

I

[A]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

t[s]

I

[A]

C


( )tsinUuVUVU

dtudt

duCRu

CLudti

CdtdiLiRu

mm

cc

c

××=®×=

=

×÷ø

öçè

æ-××-×

×=××+×+×= ò òò

w2302

230

11

22000

2 1

10e-910e-9

2000

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

t[s]

Uk

[V]


4000

200

8000

5

10e-610e-6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350

50

100

150

200

250

300

350

400

t[s]

uk

[V]

4. Úloha:


U=220V

R=0,9Ω

L=0,7HC

( )aw +××=®×==

×××

-×-=××+×+×= òò

tsinUuVU

VU

dtiCRdt

diRL

Ruidti

CdtdiLiRu

mm 2202

220

11


α=0


t[s]

I

[A]

t[s]

I

[A]

α=pi/2

Záver

Odsimulovali sme tvar priebehu prúdu a napätia v obvode. Sledovali sme stav pri zopnutí a vypnutí obvodu.Simuláciu sme vykonali pre zapojenie RLC obvodu. Jednotlivé simulácie sme robili pre jednosmernea striedavé napájanie obvodu. Pri vypínaní sme určovali hodnoty prvkov RLC pre jednotlivé typypriebehov. Odsimulovane priebehy sú zhodne s teóriou.

t[s]

I

[A]

Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektronických...

Documents

Transcript of Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektronických...