Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Омский государственный университет

путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ДУГИ В КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДО 1000 В
Отчет по лабораторной работе № 1

по дисциплине «Основы проектирования коммутационных аппаратов и измерительных средств»

ИНМВ.600101.000

Студент гр.42М

М. А. Вергай


Руководитель –

доцент кафедры ЭЖТ

В. Л. Незевак

Омск 2022

Ц е л ь р а б о т ы: изучить характер изменения напряжения постоянного тока в дугогасительной камере с продольной щелью в поперечном магнитном поле. По полученным результатам моделирования построить вольтамперную характеристику дуги, сделать выводы.
1 Краткие теоретические сведения
1.1 Причины возникновения электрической дуги
Процесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваются переходное сопротивление, плотность тока и температура – начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высокой температуры увеличивается скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода.

В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение. Поскольку при этом расстояние между контактами мало, возникает электрическое поле высокой напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации.

---

Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При этом отрицательно заряженные частицы, в первую очередь электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и молекулы газов, лишенные одного или нескольких электронов, – положительно заряженные частицы – в противоположном направлении (к катоду). Проводимость плазмы близка к проводимости металлов.

В результате прохождения большого тока в стволе дуги возникает высокая температура, приводящая к термоионизации – процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где горит дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Интенсивная термоионизация поддерживает высокую проводимость плазмы, поэтому падение напряжения по длине дуги невелико.

В электрической дуге непрерывно протекают два процесса: кроме ионизации, также деионизация атомов и молекул. Последняя происходит в основном путем диффузии, то есть переноса заряженных частиц в окружающую среду, и рекомбинации электронов и положительно заряженных ионов, которые воссоединяются в нейтральные частицы с отдачей энергии, затраченной на их распад. При этом происходит теплоотвод в окружающую среду.

Таким образом, можно различить три стадии рассматриваемого процесса: зажигание дуги, когда вследствие ударной ионизации и эмиссии электронов с катода начинается дуговой разряд и интенсивность ионизации выше, чем деионизации, устойчивое горение дуги, поддерживаемое термоионизацией в стволе дуги, когда интенсивность ионизации и деионизации одинакова, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.
1.2 Способы гашения дуги в коммутационных электрических аппаратах
Гашение дуги постоянного тока в камере с продольной щелью в поперечном магнитном поле применяется в том случае, когда погасить дугу механическим растягиванием или за счет электродинамических усилий, возникающих вследствие взаимодействия магнитного поля тока, протекающего по деталям токоведущего контура и дуги, не удается. Камеры с продольными щелями и поперечным магнитным полем применяются в контакторах, контроллерах и реже в автоматических выключателях.

---

Перемещение электрической дуги в воздушной среде приводит к интенсивной деионизации ствола дуги в связи с усилением охлаждения дуги, возрастанием диффузии заряженных частиц из области горения дуги в окружающее пространство и повышением давления внутри дуги в результате уменьшения диаметра ее ствола.

Эффективность каждого из перечисленных факторов, увеличивающих градиент напряжения в дуге, возрастает с повышением скорости ее перемещения. Электрическая дуга перемещается под воздействием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия дуги с внешним магнитным полем. Способ дугогашения с использованием внешнего магнитного поля называется магнитным дутьем.

Внешнее магнитное поле для перемещения электрической дуги в низковольтных аппаратах может быть получено при помощи:

1) электромагнитов с катушкой, включаемой последовательно с контактами, между которыми возникает электрическая дуга;

2) электромагнитов с катушкой, включаемой на напряжение сети;

3) постоянных магнитов.

Наиболее широкое распространение получила последовательная дугогасительная катушка.

На рисунке 1 показан принцип действия дугогасительного устройства на основе магнитного дутья. Устройство состоит из катушки 1, включенной последовательно с размыкаемыми контактами, ферромагнитного сердечника 2 и двух ферромагнитных пластин 3. Катушка выполнена в виде нескольких витков медной шины большого сечения. Пластины 3 плотно примыкают к сердечнику 2 и располагаются по обе стороны от контактов.


Рисунок 1 – Действие магнитного дутья на электрическую дугу
При протекании тока дуги по катушке ее магнитодвижущая сила (МДС) создает в сердечнике магнитный поток Ф, который выводится из сердечника при помощи пластин 3 в область горения электрической дуги между размыкающимися контактами. Взаимодействие тока дуги с потоком Ф приводит к возникновению электродинамической силы F_ЭДУ, действующей на дугу, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием этой силы дуга растягивается, охлаждается и гаснет.

Основными достоинствами этого способа возбуждения магнитного поля гашения является надежность и независимость направления силы, действующей на дугу, от направления тока. Изменение направления тока в цепи вызывает и изменение направления поля, создаваемого катушкой. При этом направление силы, действующей на дугу, остается неизменным.

---

2 Исходные данные
Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные

Параметр	Iд	νд		lд	dд
Значения	20 – 30	2 – 3	0,4 – 0,6	0,2 – 0,3	0,7

Так как , исходное выражение:
(1)
где – длина дуги;

σ_щ – длина щели выдува дуги;

– сила тока;

– скорость распространения дуги.
3 Расчетная часть
Рассчитаем ВАХ дуги при различной величине тока, для следующих значений параметров:
А;

;

;

.
Результаты расчета представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Результаты расчетов напряжения U_д, В при различных токах I_д, А

Id	20	22	24	26	28	30
Ud	6,762	6,501	6,281	6,087	5,915	5,763

ВАХ дуги приведена на рисунке 2.


Рисунок 2 – ВАХ при различных значениях тока
Рассчитаем ВАХ дуги при различной длине щели выдува

---

, для следующих значений параметров:
А;

;

;

.
Результаты расчета представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Результаты расчетов напряжения U_д при различных токах I_д и длинах щели выдува дуги

, А щ, мм	20	22	24	26	28	30
0,4	6,945	6,695	6,481	6,294	6,131	5,986
0,6	6,762	6,503	6,280	6,086	5,914	5,762

ВАХ дуги приведена на рисунке 3.


Рисунок 3 – ВАХ при различных длинах щели выдува дуги
Вывод: с увеличением длины щели выдува напряжение электрической дуги уменьшается, что положительно сказывается на процессе её гашения.
Рассчитаем ВАХ дуги при различной длине дуги, для следующих значений параметров:
А;

;

;

.
Результаты расчета представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Результаты расчетов U_д при различных токах I_д и длинах дуги l_д

Iд, А lд, мм	20	22	24	26	28	30
0,2	4,508	4,335	4,187	4,057	3,943	3,841
0,3	6,762	6,503	6,280	6,086	5,914	5,762

---

Смотрите также файлы

• Методическое пособие для бакалавров Москва 2012 2 удк 517 Рецензент д ф. м н., проф. Макин А. С. Пономарев А. В.pdf

• Лабораторная работа 1 дисциплина Информационные технологии в сфере транспортного бизнеса и логистики.docx

• Красавица зима 1 класс.docx

• Сферификация и желефикация.pptx

• 4 курс 8 семестр Задание оформить электронное портфолио воспитателя выпускника гапоу Читинский педагогический колледж.docx