ВВЕДЕНИЕ
§ 1. 1. Назначение электрических аппаратов
Электрический аппарат — это устройство, управляющее электрическими потребителями и источниками питания, а также устройство, использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами. Таким образом, хотя электрические аппараты и не выполняют непосредственно рабочих функций агрегата, но тем не менее являются чрезвычайно важными и неотъемлемыми частями данного устройства, от которых в чрезвычайно большой степени зависит правильная, точная и надежная работа исполнительной части устройства. Поэтому отделять электрический аппарат от всего устройства, представлять его как самостоятельную единицу можно только условно. При конструировании аппарата и его расчете ни в коем случае нельзя забывать об условиях и требованиях, предъявляемых к нему работой всего устройства.
Поскольку главной функцией электрического аппарата является управление, а последнее связано с изменением режимов работы всего устройства, то очевидно, что работа электрического аппарата неразрывно связана с переходными процессами, которые и служат важнейшим основанием для расчета и конструирования. Таким образом, например, и режим короткого замыкания, сопровождающийся обычно весьма большими токами, может считаться эксплуатационным и расчетным режимом электрического аппарата, поскольку аппарат должен кратковременно выдерживать его, хотя суммарное время такого режима за весь срок службы аппарата может быть чрезвычайно малым. Исходя из назначения электрического аппарата, к нему предъявляются следующие основные требования:
- надежность, точность, стабильность и четкость в работе — аппарат в течение определенного срока службы не должен давать отказов, не должен менять своих параметров и регулировки, должен с достаточной быстротой реагировать на внешние сигналы;
- достаточная термическая и электродинамическая устойчивость — аппарат должен без повреждений переносить кратковременные токовые перегрузки аварийных режимов;
- достаточный уровень изоляции частей, находящихся под напряжением — аппарат должен без повреждений переносить возникающие при работе устройства перенапряжения, несмотря на возможное загрязнение изоляции и ее старение;
- наименьшие габариты и масса, наименьшие расход энергии для своей работы и стоимость.
§1.2. Основные принципы конструирования
Основная задача конструирования аппарата [Л. 15] заключается в том, чтобы обеспечить повышение его качества при одновременном снижении себестоимости, т. е. обеспечить создание конструкции с высокими технико-экономическими показателями, состоящей из оптимального количества наиболее простых в изготовлении и сборке деталей наименьших массы и габаритов, но ни в коем случае не в ущерб эксплуатационной надежности. Исходя из этой задачи и вытекают основные принципы конструирования:
- Прогрессивность — достижение более высоких параметров, характеризующих аппарат, техническое совершенство конструкции, наибольшее соответствие ее заданным требованиям.
- Конструктивность — достижение предельно возможной простоты и целесообразности деталей аппарата, максимальной компактности и минимальных массы и габаритов, рационального размещения узлов и деталей, обеспечивающего простоту сборки и эксплуатации, применение нормализованных узлов и деталей.
- Технологичность — обеспечение простоты изготовления и сборки деталей, узлов и аппарата в целом; использование по возможности существующей технологии производства.
- Экономичность — высокая экономическая эффективность в изготовлении и эксплуатации аппарата, получение минимальной себестоимости при изготовлении аппарата и минимальных расходов при эксплуатации.
- Надежность — безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации, повышение четкости работы как в нормальных, так и в аварийных режимах, простота и безопасность монтажа и обслуживания, увеличение в реальных пределах срока службы аппарата.
- Серийность — создание конструкции, на базе которой можно было бы выпускать целый ряд аналогичных аппаратов такого же назначения, но с другими основными параметрами, характеризующими данный аппарат, с максимальным использованием узлов и деталей базового аппарата.
- Гармоничность — соблюдение соразмерности основных узлов конструкции, внимание к ее внешнему виду, эстетическое оформление аппарата.
Из изложенного совершенно ясно, что все принципы конструирования неразрывно связаны между собой и взаимно дополняют друг друга. Хорошее конструктивное решение неизбежно влияет и на увеличение надежности и на улучшение технологичности и экономичности аппарата, подразумевает его серийность.
Основные пути к решению задачи создания совершенной конструкции электрического аппарата можно разбить на четыре направления:
- применение новых, более совершенных материалов, появляющихся в промышленности, в том числе применение новых синтетических изоляционных материалов;
- внедрение материалов, еще недостаточно распространенных, хотя и недефицитных;
- технологические мероприятия, например применение методов точного литья, штамповки и др., позволяющих получать весьма сложные детали без дальнейшей обработки или объединять несколько деталей в одну;
- конструктивные мероприятия, например;
а) внедрение профилей как для конструктивных, так и для токоведущих деталей (последнее особенно важно на переменном токе);
б) применение литой и прессованной изоляции вместо слоистой, требующей большой затраты труда;
в) искусственное воздушное и даже водяное охлаждение для аппаратов большой мощности, что позволяет для одного и того же аппарата повысить номинальный ток в три — пять раз;
г) использование электродинамического эффекта для компенсации сил отталкивания в контактах или, наоборот, для убыстрения процесса отключения;
д) максимальная стандартизация и унификация как отдельных деталей конструкции, так и целых узлов.
При использовании новых материалов в конструкции необходимо иметь в виду, что в начальный период освоения таких материалов их цена, как правило, достаточно высока. Но это ни в коем случае не должно служить тормозом для внедрения новых материалов, так как их стоимость по мере увеличения потребления обязательно снижается.
