1_inzh-proekt--i-sapr-el-app-

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

Основы проектирования

ИНЖЕНЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И САПР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рабочая программа

Задания на курсовые проекты

Факультет энергетический

Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста:

654500 – электротехника, электромеханика и электротехнологии

180200 – электрические и электронные аппараты

Направление подготовки бакалавра 551300 - электротехника, электромеханика и электротехнологии

Санкт-Петербург

2004

1

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.312.316

Основы проектирования. Инженерное проектирование и САПР электрических аппаратов: Рабочая программа, задания на курсовые работы. –

СПб.: СЗТУ, 2004 – 35 с.

Рабочая программа составлена на основании государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста: 654500 – "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", (специальность 180200 – "Электрические и электронные аппараты" и направлению подготовки бакалавров 551300.

Рассмотрено на заседании кафедры электротехники и электромеханики 1 июля 2004 г., одобрено методической комиссией энергетического факультета 14 сентября 2004 г.

Р е ц е н з е н т ы: кафедра электротехники и электромеханики СЗТУ (заведующий кафедрой В.И. Рябуха, канд. техн. наук, проф.); Н.Н.Дзекцер, канд. техн. наук, директор ИЭЦ-«Контакт»

С о с т а в и т е л и: В.Л. Беляев, д-р техн. наук, проф.; Ю.В. Куклев, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

2

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Электроаппаратостроение относится к одному из наиболее сложных производств. Это связано с большим разнообразием видов, серий и типоисполнений выпускаемых аппаратов, разнообразием используемых в производстве материалов, оснастки и технологических процессов. Для специализированных электроаппаратных заводов характерно наличие мощной инструментальной базы и сильных технологических служб, что объясняется потребностью в большом числе специального инструмента, технологических установок, испытательного оборудования.

Цель изучения дисциплины – получение студентом необходимых для специалиста теоретических и практических знаний по проектированию электрических аппаратов.

Дисциплина ”Инженерное проектирование и САПР электрических аппаратов” базируется на знаниях, полученных при изучении специальных дисциплин по электрическим аппаратам. В процессе изучения дисциплины студент должен выполнить два курсовых проекта, защитить их и сдать зачет и экзамен по дисциплине.

Материал дисциплины используется и при дипломном проектировании. Поэтому его изучение должно сопровождаться большой самостоятельной работой с рекомендованной литературой и периодическими изданиями в области электроаппаратостроения.

2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

ИНЖЕНЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И САПР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

1. Общие вопросы проектирования и САПР электрических аппаратов			2. Проектирование контактных систем, токоведущих частей и дугогасительных устройств			3. Проектирование электромагнитных механизмов			4. Проектирование сильноточных выключателей и разъединителей

3

3.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС

Дисциплина "Инженерное проектирование и САПР электрических аппаратов" соответствует дисциплине цикла СД "Основы проектирования" по ГОС-2000: основные стадии и этапы проектирования; синтез объектов проектирования; принципы построения систем автоматизированного проектирования – САПР; системы проектирования и создания технической проектной документации с помощью компьютеров.

3.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем 162 часа)

3.2.1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И САПР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (12 часов)

[1], с.5…27; [2], c. 11…32

3.2.1.1.Основные задачи и порядок проектирования

Виды электрических аппаратов, классификация узлов и деталей. Условия работы и общие требования к аппаратам, их влияние на выбор основных размеров. Субъект и объект инженерного проектирования. Понятие о САПР и его необходимости. Системное проектирование. Требование стандартов, применяемые материалы. Основные принципы проектирования и конструирования аппаратов. Выбор базовой и производственных конструкций и их проектирование. Использование теории подобия при проектировании серийных аппаратов.

3.2.1.2. Этапы стандартного проектирования. Обоснование и техническое задание проекта

Основные виды работ, выполняемых на стадии эскизного проектирования; выбор направления, определение общих конструктивных форм и кинематика аппарата. Выбор изоляции и изоляционных расстояний. Ориентировочная оценка конструкций основных узлов и всего аппарата, сопоставление их по удельным показателям с существующими. Выполнение технического проекта: выбор оптимального решения, расчеты и конструктивная разработка всех частей и узлов аппарата. Согласование проекта, изготовление и испытание опытного образца. Выполнение рабочего проектирования: вносятся уточнения и изменения в конструкцию всех узлов аппарата, разработка рабочих чертежей всех деталей с максимально возможной унификацией и стандартизацией элементов. Организация серийного производства, методы приемных испытаний электрических аппаратов.

4

3.2.1.3. Системы автоматизированного проектирования САПР

Виды САПР, цикл САПР, требования и свойства. Структура САПР, техническое обеспечение, характеристика элементов технического обеспечения. Программное обеспечение САПР. Пакеты прикладных программ. Языки САПР. Информационное обеспечение САПР. Эффективность САПР.

Вопросы для самопроверки

1.Каковы общие требования к конструкции аппарата?

2.Перечислите основные современные тенденции и направления проектирования аппаратов.

3.Опишите основные этапы проектирования нового аппарата.

4.Перечислите основные исходные данные, которые приводятся в задании на проектирование.

5.Назовите основные разделы пояснительной записки к проекту электрического аппарата.

6.Каковы основные экономические показатели новой конструкции?

7.Как производится выбор и расчет электрической изоляции низковольтных и высоковольтных аппаратов?

8.В чем заключается САПР электрических аппаратов?

3.2.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ, ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ (50 часов)

[1], с.65…160; [2], с.33…200, 373…448

3.2.2.1. Требования, предъявляемые к размыкающимся контактам

Основные конструктивные формы и типы размыкающихся контактов и их выбор. Требования к контактным материалам, их выбор. Расчет сил нажатия, переходного сопротивления и падения напряжения в контактах. Расчет провала, износа контактов. Мероприятия по уменьшению износа при включении и отключении электрических цепей. Неразмыкаемые контактные соединения. Выбор материала, определение сил нажатия, переходного сопротивления. Их конструктивные формы.

3.2.2.2. Проектирование токоведущего контура и дугогасительных систем

Расчет сечения токоведущего контура электрических аппаратов. Расчет нагрева его элементов при различных режимах работы. Нормы нагрева токоведущих частей в различных режимах работы аппарата.

Термическая стойкость токоведущих частей аппарата. Виды и конструкции дугогасительных камер аппаратов низкого и высокого напряжения. Методы повышения отключающей способности аппаратов. Расчет и проектирование устройств дугогашения электрических аппаратов.

5

3.2.2.3. Электродинамические силы между элементами токоведущего контура

Расчет электродинамических сил. Электромагнитные компенсаторы. Электродинамическая стойкость аппарата. Определение тока сваривания контактов. Выбор и проектирование катушек аппаратов автоматики и управления в зависимости от режима работы и условий эксплуатации. Расчет катушек постоянного и переменного токов. Расчет потребляемой мощности в обмотке и потерь энергии в магнитопроводе. Нагрев и охлаждение катушек при различных режимах работы. Проектирование элементов катушек: каркасов, выводов, внутренней и наружной изоляции, испытание катушек.

Вопросы для самопроверки

1.Приведите основное уравнение зависимости между силой контактного нажатия и его сопротивлением.

2.Приведите основное выражение, связывающее температуру нагрева контактов с падением напряжения в них.

3.Каковы основные требования к контактам коммутационных аппаратов?

4.Перечислите основные материалы, применяемые для контактов коммутационных аппаратов низкого напряжения.

5.Назовите основные типы конструкций контактов реле и контакторов.

6.Назовите основные способы дугогашения в контакторах и дайте их сравнительную оценку.

7.Дайте определения основных параметров контактных систем.

8.Дайте сравнительную оценку дугогасительных систем аппаратов низкого напряжения.

9.Каковы способы борьбы с электродинамическим отбросом контактов при токах короткого замыкания?

10.Опишите методику выбора размеров токоведущих частей по допустимым температурам при номинальном режиме и при коротких замыканиях.

3.2.2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

МЕХАНИЗМОВ (32 часа)

[2], с.243…372; [4], [5], [6], [8], [11], [13], [16]

3.2.3.1. Магнитные, проводниковые материалы. Конструктивные формы магнитных систем

Определение оптимальных значений индукции в воздушном зазоре и марки стали для магнитопроводов при различных режимах. Определение размеров магнитопровода и обмотки по заданным силе притяжения и зазору. Проектирование элементов магнитопровода. Постоянные магниты и их применение в аппаратах. Проектирование электромагнитных механизмов с

6

постоянными магнитами. Повышение износостойкости электромагнитных механизмов.

3.2.3.2. Проектирование электромеханических аппаратов автоматики (ЭМАА)

Выбор конструктивной схемы, конструктивных размеров. Основные требования к механизмам ЭМАА. Виды механизмов. Построение и расчет характеристик. Определение сил, моментов, времени срабатывания, коэффициентов возврата. Поляризованные электромагниты. Последовательность их проектирования. Виды электромагнитов. Анализ конструкций САПР электромагнитов.

Проектирование герконов и аппаратов на их основе. Реле на герконах. Последовательность проектирования и САПР реле на герконах.

Проектирование индукционных механизмов. Конструкции индукционных реле. Проектирование их магнитных систем. Расчет вращающихся и тормозных моментов на заданные параметры.

3.2.3.3. Проектирование электрических аппаратов управления и защиты ЭАУЗ

Классификация ЭАУЗ. Основные параметры при проектировании. Расчет характеристик, коэффициентов возврата и запаса.

Конструкции контакторов и пускателей, их анализ. Проектирование кинематических систем контакторов, пускателей.

Особенности проектирования автоматических выключателей. Анализ кинематических систем автоматов и разновидностей механизмов свободного расцепления. Особенности их расчета и проектирования. Конструкции предохранителей. Тепловые режимы предохранителей.

Их проектирование на заданные защитные характеристики.

Вопросы для самопроверки

1.Укажите последовательность проектирования и расчета электромагнитных механизмов. Назовите основные вопросы, решаемые на каждом этапе.

2.Изложите порядок построения механической характеристики, назовите её особенности для системы с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами.

3.Что такое конструктивный фактор? В чем заключается его связь с экономическим использованием материалов аппарата? Какое он оказывает влияние на выбор оптимальных параметров и размеров электромагнита?

4.Какова методика предварительного расчета электромагнитных механизмов постоянного тока, основанная на использовании конструктивного фактора?

7

5. Расскажите о методике расчета статической тяговой характеристики электромагнита постоянного тока клапанного типа для магнитопроводов П- и Ш-образной формы.

6. Что такое коэффициент возврата?

3.2.4.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

ИРАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ ( 32 часа)

[3], [7], [9], [10]

3.2.4.1. Основные типы сильноточных выключателей. Выбор конструкции

Общий порядок проектирования низковольтных и высоковольтных выключателей. Проектирование контактных систем. Приводные механизмы выключателей. Расчет механических характеристик. Естественное и искуственное охлаждение токоведущих систем выключателей. Особенности проектирования низковольтных выключателей, а также воздушных, автогазовых и электромагнитных высоковольтных выключателей.

Проектирование элементов масляных выключателей: приводного механизма, дугогасительных устройств.

Проектирование элементов воздушных выключателей: дугогасительных устройств, контактных систем.

Расчет процесса восстановления электрической прочности дугового промежутка в масляных и воздушных выключателях высокого напряжения.

3.2.4.2. Проектирование разъединителей высокого напряжения

Разновидность разъединителей наружной и внутренней установки. Особенности их проектирования, конструктивные формы. Схемы и конструкции приводных механизмов разъединителей и их проектирование. Тепловой расчет токоведущих систем. Особенности проектирования изоляции.

Вопросы для самопроверки

1. Изложите основные требования к изоляции электрических аппаратов высокого напряжения.

2. Каков порядок расчета общей изоляции аппаратов?

3.Приведите эскиз масляного бакового и воздушного с отделителем выключателей и укажите изоляционные промежутки, которые следует определить.

4.Как проверить выбранные изоляционные промежутки на соответствие их ГОСТ по микроразрядному и импульсному напряжениям?

5.Назовите основные элементы, из которых состоит механическая часть масляного выключателя.

8

6.Перечислите требования к механической части масляных выключателей.

7.Изложите методику выбора усилий отключающих пружин и порядок расчета механических характеристик процесса отключения.

8.Объясните принцип действия масляных буферов. Какие факторы определяют закон изменения тормозящей силы?

9.Перечислите основные виды дугогасительных устройств масляных выключателей и поясните принцип их работы.

10.Изложите методику расчетов мощности, энергии дуги и процесса газообразования.

11.Как производится расчет давления в баке при отключении короткого замыкания и как рассчитать отверстия предохранительного клапана?

12.Каковы основные требования к контактно-поршневому механизму воздушного выключателя?

13.Какова методика определения необходимого объема резервуара сжатого воздуха по заданному сбросу давления за один цикл?

14.В чем заключается сущность термодинамического эффекта и как он зависит от мощности дуги, давления сжатого воздуха и сечения сопла?

15.Опишите ход процесса восстановления электрической прочности межконтактного промежутка во времени .

16.В чем заключаются принципы действия основных типов клапанов, используемых в качестве главных в воздушных выключателях?

17.Дайте сравнительную оценку клапанов дифференциального и прямого действия с точки зрения быстродействия.

18.Почему необходимо управлять главным клапаном через цепочку последовательных клапанов?

19.Чем вызвана необходимость вентиляции внутренних полостей изоляторов воздушных выключателей и в чем состоит принцип действия дроссельных клапанов?

20.Перечислите методы очистки сжатого воздуха.

21.Изобразите схему установки для получения сжатого воздуха с термодинамическим методом осушки.

22.Какие существуют типы разъединителей?

3.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ(32 часа)

1.	Общие вопросы проектирования и САПР электрических
аппаратов		8 часов
2.	Проектирование контактных систем, токоведущих частей и
дугогасительных устройств		8 -"-
3.	Проектирование электромагнитных устройств	8 -"-
4.	Проектирование сильноточных выключателей
и разъединителей		8 -"-

9

3.4.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

(40 часов)
1. Этапы стандартного проектирования. Выбор оптимального
решения, расчеты и конструктивная разработка всех частей аппарата.	8	часов
2. Структура САПР. Программное обеспечение САПР.
Информационное обеспечение САПР	8	-"-
3. Расчет параметров контактной системы. Проектирование
дугогасительных устройств электрических аппаратов	8 -"-
4. Проектирование электромагнитных механизмов. Выбор и
проектирование катушек аппаратов	8	-"-
5. Выбор конструкции сильноточных выключателей.
Проектирование низковольтных и высоковольтных выключателей	8	-"-

4. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной:

1.Проектирование электрических аппаратов /Под ред. Г.Н.Александрова.

–Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 449 с.

2.Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов.-М.: Энергия, 1971. – 560 с.

3.Беляев В.Л. Многоамперные электрические аппараты постоянного тока. –СПб.: СЗТУ, 2003. – 315 с.

Дополнительный:

4.Основы теории электрических аппаратов /Под ред. И.С.Таева.-М.:

Высш. школа, 1987. – 352 с.

5.Электромеханические аппараты автоматики /Под ред. Б.К.Буля и др. –

М.: Высш. школа, 1988. – 303 с.

6.Виттенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. –Л.: Энергия, 1975.

413 с.

7.Брон О.Б. Электрические аппараты с водяным охлаждением. –Л.:

Энергия, 1967. – 264 с.

8.Ступель Ф.А. Расчет и конструирование электромагнитных реле –М.: Госэнергоиздат, 1950 – 332 с.

9.Афанасьев В.В., Якунин Э.Н. Разъединители. –Л.: Энергия, 1979.-216 с.

10. Электрические аппараты высокого напряжения /Под ред. Г.Н. Александрова. –Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 343 с.

11.Таев И. С. Электрические аппараты управления.-М.: Высш. школа, 1984. – 243 с.

12.Никитенко А.Г. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов. –М.: Высш.школа, 1983. – 192 с.

13.Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. –М.: Энергия, 1974. - 392 с.

10