Рассматриваются основы теории электрических и электронных аппаратов, описаны устройства и принцип работы аппаратов распределительных устройств высокого и низкого напряжения и аппаратов автоматики, предназначенных для общепромышленных целей, а также электротранспорта и нефтегазового комплекса. Рассмотрены конструкции узлов аппаратов, режимы их работы и эксплуатационные характеристики.
Адресовано в качестве учебного пособия студентам образовательных учреждений высшего и среднего профессионального образования по электротехническим специальностям.
Может быть полезно для специалистов, занимающихся конструированием новых аппаратов, проектированием строительных объектов, производством и эксплуатацией электрических аппаратов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................................................ 7
В1. Назначение и классификация электрических и электронных
аппаратов ........................................................................................................................................ 7
В2. Условия эксплуатации ЭиЭА ................................................................................................ 10
В3. Режимы работы ЭиЭА ........................................................................................................... 11
В4. Основные требования, предъявляемые к ЭиЭА .................................................................. 14
РАЗДЕЛ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ............................................................................ 17
1.1. Физические процессы в электрических аппаратах ............................................................. 17
1.1.1. Нагрев электрических аппаратов .................................................................................. 17
1.1.2. Электромагнитные и индукционные явления в аппаратах ......................................... 39
1.1.3. Работа электрических контактов .................................................................................. 65
1.1.4. Электрическая дуга в электрических аппаратах ......................................................... 91
1.1.5. Электродинамические явления в электрических аппаратах ..................................... 125
1.2. Конструкции коммутационных и защитных аппаратов ................................................... 150
1.2.1. Приводы электрических аппаратов ............................................................................ 150
1.2.2. Аппараты высокого напряжения ................................................................................ 171
1.2.3. Автоматические выключатели .................................................................................... 172
1.2.4. Неавтоматические выключатели и разъединители ................................................... 196
1.2.5. Контакторы и магнитные пускатели .......................................................................... 209
1.2.6. Контактные реле ........................................................................................................... 234
1.2.7. Низковольтные предохранители ................................................................................. 294
1.3. Выбор электрических аппаратов и требования к монтажу и эксплуатации ................... 320
1.3.1. Требования к выбору электрических аппаратов ....................................................... 320
1.3.2. Расчет токов короткого замыкания............................................................................. 323
1.3.3. Выбор высоковольтных аппаратов ............................................................................. 339
1.3.4. Аварийные режимы и повреждения. Способы защиты от них ................................ 341
1.3.5. Выбор автоматических и неавтоматических выключателей .................................... 343
1.3.6. Выбор контакторов и магнитных пускателей ............................................................ 346
1.3.7. Выбор низковольтных предохранителей ................................................................... 347
РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ ............................................................................... 349
2.1. Физические процессы в электронных приборах .............................................................. 349
2.1.1. Электрическая проводимость полупроводников ....................................................... 349
2.1.2. Электрическая проводимость легированного примесного кремния ........................ 353
2.1.3. Идеальный электронно-дырочный переход ............................................................... 360
2.1.4. Вентили с неполным управлением ............................................................................. 366
2.1.5. Вентили с полным управлением ................................................................................. 370
2.1.6. Диоды ............................................................................................................................ 376
2.1.7. Биполярные транзисторы ............................................................................................ 398
2.1.8. Полевые транзисторы .................................................................................................. 429
2.1.9. Тиристоры ..................................................................................................................... 448
2.1.10. Оптоэлектронные приборы ....................................................................................... 458
2.1.11. Силовые блоки ........................................................................................................... 471
2.1.12. Тепловые параметры силовых полупроводниковых приборов .............................. 483
2.1.13. Параметры силовых полупроводниковых приборов по току и напряжению ....... 486
2.2. Неуправляемые выпрямители ............................................................................................. 491
2.2.1. Выбор схемы выпрямителя ......................................................................................... 491
2.2.2. Расчет неуправляемого выпрямителя ......................................................................... 495
2.2.3. Кольцевые и лестничные (многопульсные) схемы выпрямителей .......................... 500
2.2.4. Выпрямители-умножители .......................................................................................... 513
2.3. Управляемые выпрямители................................................................................................. 524
2.3.1. Выбор схемы управляемого выпрямителя ................................................................. 524
2.3.2. Разработка структурной схемы управления выпрямителя ....................................... 526
2.3.3. Расчет силовой части управляемого выпрямителя ................................................... 528
2.4. Однофазные автономные инверторы ................................................................................. 535
2.4.1. Выбор силовой схемы .................................................................................................. 535
2.4.2. Расчет автономного инвертора тока ........................................................................... 537
2.4.3. Расчет автономного инвертора напряжения .............................................................. 542
2.4.4. Расчет автономного резонансного инвертора ............................................................ 549
2.5. Трехфазные автономные инверторы .................................................................................. 554
2.5.1. Трехфазный мостовой автономный инвертор тока ................................................... 554
2.5.2. Трехфазный мостовой автономный инвертор напряжения ...................................... 557
2.5.3. Расчет выходных фильтров автономных инверторов ............................................... 559
2.6. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда
накопительных конденсаторов ........................................................................................... 563
2.6.1. Преобразователи с токоограничивающим дросселем ............................................... 563
2.6.2. Преобразователь с дросселем в цепи переменного тока при питании от источника
синусоидального напряжения .............................................................................................. 567
2.6.3. Преобразователи с реактивными четырехполюсниками .......................................... 580
2.6.4. Системы заряда при питании от источников ограниченной мощности .................. 592
РАЗДЕЛ 3. КОМБИНИРОВАННЫЕ АППАРАТЫ ................................................................. 601
3.1. Контактно-полупроводниковые аппараты ........................................................................ 601
3.1.1. Гибридные коммутационные и защитные контактно-полупроводниковые
аппараты: схемные решения, принцип работы ......................................................... 601
3.1.2. Полупроводниковые аппараты высокого напряжения ............................................. 607
3.1.3. Пример гибридного коммутационного аппарата постоянного тока ........................ 609
3.2. Коммутирующие комбинированные аппараты на основе воздушных
выключателей с предвключаемым резистором ................................................................ 610
3.3. Гибридные герконово-полупроводниковые реле ............................................................. 619
3.4. Параллельное соединение силовых полупроводниковых
приборов в силовых блоках аппаратов ............................................................................. 630
3.5. Последовательное соединение силовых полупроводниковых
приборов в высоковольтных блоках ................................................................................. 638
3.6. Устройства плавного пуска и торможения электродвигателей ...................................... 645
РАЗДЕЛ 4. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ ....................... 649
4.1. Силовые трансформаторы .................................................................................................. 649
4.2. Измерительные трансформаторы ...................................................................................... 667
4.3. Магнитные усилители ........................................................................................................ 673
4.4. Трансформаторы постоянного тока и напряжения .......................................................... 684
4.5. Дроссели .............................................................................................................................. 686
4.6. Резисторы ............................................................................................................................. 693
4.7. Электрические конденсаторы ............................................................................................ 704
Библиографический список ............................................................................................................. 716