Файл: Вопросы к экзамену по предмету Эиэа нагревание проводников постоянным и переменным током, поверхностный эффект, эффект близости.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.04.2024
Просмотров: 49
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
В таком режиме формируется электрический ток Ic=E2RBT внешней цепи и отвечает наибольшей мощности R2max=E24RBT.
Коэффициент полезного действия в таком случае приравнивается нулю: ηc=0. Учитывая все вышеизложенное, согласован режим, при котором: P2P2max=4R2(R+RBT)2=1 и Ic=E2R=1
Режимы электрических цепей в электроэнергетических установках значительно отличаются от согласованного режима и характеризуются токами, которые обуславливают сопротивление приемников R и RBT. В результате этого работа систем на высоком КПД.
Изучение явлений, которые протекают в электрических цепях, упрощается, если происходит их замена на схемы замещения. Эти схемы представлены в виде математических моделей с идеальными элементами. Данные схемы подробно отображают свойства электрической цепи и при соблюдении конкретных условий делают анализ электрического состояния цепей значительно проще. Электрическая цепь с переменным током Практически во всех случаях электрическая энергия производится, перераспределяется и потребляется в виде электрической энергии переменного тока.
Электрические цепи, в которых направление электродвижущей силы, тока и напряжения периодически изменяются по синусоидальному закону, получили название «цепи синусоидального тока». Иногда их называют цепями переменного тока. Для переменного тока выбирается синусоидальная форма, поскольку она обеспечивает экономное производство, распределение, использование и передачу электрической энергии.
Именно переменная форма электрических величин остается неизменной во всех участках цепи. Иными словами, все емкостные и индуктивные элементы, которые входят в состав электрической цепи, не меняют синусоидальной формы напряжения и тока.
Электрические цепи с переменным током, по сравнению с цепями постоянного тока, имеют множество особенностей, которые определяются: в первую очередь тем, что в состав электрических цепей переменного тока входят новые элементы: конденсаторы, трансформаторы, индуктивные катушки; тем, что переменный ток и напряжение в данных элементах порождают переменные магнитные и электрические поля, которые приводят к формированию явления самоиндукции, токов смещения и взаимной индукции.
Все вышеперечисленные особенности оказывают ощутимое воздействие на процессы, протекающие в электрической цепи. Анализ процессов в таких цепях значительно усложняется.
Большое значение для цепи переменного тока играет частота f. От ее значения зависит влияние индуктивностей и емкостей на процессы в электрической цепи.
Особенности цепей переменного тока обуславливают ряд специфических и новых явлений: явление резонанса; сдвиг фаз; возникновение реактивных мощностей.
19. Ток КЗ. Периодическая и апериодическая составляющая.
При наступлении режима КЗ постоянные токовые величины подвергаются существенным изменениям. В самое первое мгновение появляется так называемая апериодическая составляющая тока короткого замыкания, которая достаточно быстро угасает и принимает нулевое значение. Данный временной интервал, когда наблюдаются эти перемены, представляет собой переходный период, определяемый в числовом выражении. Пока аварийное состояние тока не будет отключено, работа электрической сети производится в установившемся режиме короткого замыкания.
Подобное состояние тока возникает в момент короткого замыкания. Его продолжительность и характеристики могут быть разными, в зависимости от многих факторов. Например, при наличии у двигателя демпферной обмотки, апериодическая составляющая тока короткого замыкания будет ниже, чем при ее отсутствии. Вначале возникает сверхпереходный ток, который вначале становится просто переходным, и лишь потом он начинает затухать. Во время двухфазного замыкания, в статоре не появляются скачкообразные изменения тока. В подобных ситуациях, на холостом ходе возникает апериодическая составляющая, параметры которой совпадают с начальной величиной переменной компоненты. Поскольку ток КЗ внутри статора является однофазным, в отдельных случаях появление апериодической компоненты полностью исключается. В двигателях асинхронного типа этот показатель не учитывается, поскольку данные процессы очень быстро затухают. Он не принимается во внимание даже при расчетных вычислениях ударных токов КЗ.
Сама по себе апериодическая компонента не может быть рассмотрена, поскольку она является одной из составных частей тока короткого замыкания. В электрической сети присутствуют сопротивления индуктивного характера, не дающие току мгновенно изменяться в момент появления КЗ. Рост нагрузочного тока проистекает не скачкообразно, а согласно определенных законов, предполагающих переходный период от нормального к аварийному значению. Расчетно-аналитическая работа значительно упрощается, когда ток КЗ во время перехода рассматривается как две составные части – апериодическая и периодическая.
Если в расчетах используются многоконтурные схемы, тогда на апериодическую составляющую не действует экспоненциальный закон временного изменения. Фактически, она выглядит в виде суммы токов, каждый из которых является экспоненциальной временной функцией и угасает в различные интервалы времени. Количество таких компонентов в цепях с активными и индуктивными ветвями, совпадает с численностью независимых контуров. В этом случае апериодические составляющие могут быть вычислены с использованием специальных систем дифференциальных уравнений, учитывающих все активные и индуктивные сопротивления. Методика расчетов во многом зависит от того, как выглядит изначальная схема расчетов, и где расположена рассчитываемое место КЗ.
20. Виды электрического разряда
Разряд электрического тока – это физический процесс, который характеризуется наличием потока заряженных частиц между двумя пространственными областями, имеющими разный потенциал в газовой среде.
Разность потенциалов обеспечивает направленное движение заряда. Если она превышает некоторое пороговое значение, то несамостоятельный разряд переходит в самоподдерживающийся или самостоятельный. Что касается свободных носителей заряда, то в любом газе они всегда присутствуют. Их концентрация, естественно, зависит от ряда внешних факторов и свойств самого газа, но сам факт их наличия является бесспорным. Связано это с существованием таких источников ионизации нейтральных атомов и молекул, как ультрафиолетовые лучи от Солнца, космическое излучение и естественная радиация нашей планеты. Соотношение между разностью потенциалов и концентрацией носителей определяет характер разряда.
Приведем список этих видов, а затем подробнее охарактеризуем каждый из них. Итак, все разряды в газовых средах принято разделять на следующие: тлеющий; искровой; дуговой; коронный. Физически они отличаются друг от друга лишь мощностью (плотностью тока) и, как следствие, температурой, а также характером их проявления во времени. Во всех случаях речь идет о переносе положительного заряда (катионы) к катоду (область низкого потенциала) и отрицательного заряда (анионы, электроны) к аноду (зона высокого потенциала).
Коронный и тлеющий разряды особой опасности не представляют для человека, поскольку они характеризуются низкими токами (миллиамперы). Два других из вышеназванных разрядов являются смертельно опасными в случае прямого контакта с ними.
Электрическая дуга представляет собой электрический разряд в среде (воздух, вакуум, элегаз, трансформаторное масло) с большим током, низким напряжением, высокой температурой. Это явление как электрическое, так и тепловое. Может возникать между двумя контактами при их размыкании.
В начале горения дуги преобладают процессы ионизации, когда дуга устойчива, то процессы ионизации и деионизации происходят одинаково часто, как-только процессы деионизации начинают преобладать над процессами ионизации - дуга гаснет.
термоэлектронная эмиссия - электроны отрываются от раскаленной поверхности катодного пятна;
автоэлектронная эмиссия - электроны вырываются с поверхности из-за высокой напряженности электрического поля.
ионизация толчком - электрон вылетает с достаточной скоростью и в пути сталкивается с нейтральной частицей, в результате образуется электрон и ион.
термическая ионизация - основной вид ионизации, поддерживает дугу после её зажигания. Температура дуги может достигать тысяч кельвинов, а в такой среде увеличивается число частиц и их скорости, что способствует активным процессам ионизации.
рекомбинация - образование нейтральных частиц из противоположно заряженных при взаимодействии
диффузия - положительно заряженные частицы отправляются “за борт”, из-за действия электрического поля дуги от середины к границе
Бывают ситуации, когда при размыкании контактов дуга не загорается, тогда говорят о безыскровом разрыве. Такое возможно при малых значениях тока и напряжения, или при отключении в момент, когда значение тока проходит через ноль. Дуга может возникать как при постоянном токе-напряжении, так и при переменном. Начнем рассмотрение с постоянки:
Анодная и катодная области - размер=10-4см; суммарное падение напряжения=15-30В; напряженность=105-106В/см; в катодной области происходит процесс ударной ионизации из-за высокой напряженности, образовавшиеся в результате ионизации электроны и ионы образуют плазму дуги, которая обладает высокой проводимостью, данная область отвечает за разжигание дуги.
Ствол дуги - падение напряжения пропорционально длине дуги; плотность тока порядка 10кА на см2, за счет чего и температура порядка 6000К и выше. В данной области дуги происходят процессы термоионизации, данная область отвечает за поддержание горения.
ВАХ дугового разряда постоянного тока
Эта кривая соответствует кривой 3 на самом верхнем рисунке. Тут есть: Uз - напряжение зажигания и Uг - напряжение гашения
Если ток уменьшить от Io до 0 мгновенно, то получится прямая, которая лежит снизу. Эти кривые характеризуют дуговой промежуток как проводник, показывают какое напряжение нужно приложить, чтобы создать в промежутке дугу. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо, чтобы процессы деионизации преобладали над процессами ионизации. Сопротивление дуги можно определить из ВАХ дуги, активное, независимо от рода тока, переменная величина, падает с ростом тока. Если разорвать цепь амперметра под нагрузкой, то тоже можно увидеть дугу.
21. Условия гашения дуги постоянного тока
Физические основы горения дуги. При размыкании контактов электрического аппарата вследствие ионизации пространства между ними возникает электрическая дуга. Промежуток между контактами при этом остается проводящим и прохождение тока по цепи не прекращается. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых в дуговом промежутке при всех значениях тока от начального до нулевого процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации.
Коммутирующие свойства аппарата описывает его ВАХ, представляющая собой зависимость напряжения на дуге от тока. U=i·Rд. С ростом тока i увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация и падает эл. сопротивление дуги Rд. При увеличении тока сопротивление дуги уменьшается так резко, что напряжение на ней падает, несмотря на рост тока ВАХ дуги, снятая при медленном изменении тока, называется статической. Вольт-амперные характеристики полученные при быстром изменении тока до нуля, называются динамическими.
Она зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов, параметров среды и условий охлаждения. Напряжение на дуге uД можно рассматривать как сумму околоэлектродных падений напряжения uэ и падения напряжения в столбе дуги u Д = uэ + Епl
где Еп — напряженность электрического поля в столбе дуги; l — длина столба дуги.
Величина Еп зависит от тока и условий горения дуги. Статические ВАХ дуги изображены на рис. Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая ВАХ. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Еи и ВАХ поднимается .
Охлаждение дуги существенно влияет на ВАХ. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем большая мощность от нее отводится. При этом должна возрасти мощность, выделяемая дугой. Поскольку при заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге, то ВАХ поднимается, что широко используется в ДУ.
Напряжение Uг, при котором дуга гаснет, называют напряжением гашения. Оно всегда меньше напряжения зажигания вследствие повышения температуры контактов и увеличения проводимости межконтактного промежутка. Чем больше скорость снижения тока, тем меньше напряжение гашения дуги в момент прекращения тока.
Условия гашения дуги постоянного тока зависят не только от ее вольт-амперной характеристики, но и от параметров электрической цепи (напряжение, ток, сопротивление и индуктивность), которую включают и отключают контакты аппарата. Для гашения дуги необходимо, чтобы количество энергии, подводимой к дуге, было меньше количества тепла, отводимого от нее. При отключении цепи с большой индуктивностью выделяемую в дуге электромагнитную энергию необходимо отвести охлаждением. В связи с этим, чем больше индуктивность цепи и отключаемый ток, тем труднее отключить цепь.
22. Коммутационные перенапряжения при отключении токов КЗи пусковых токов в сетях ВН.
В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.
Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например - расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напряжение.
Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.
Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.
Внутренние перенапряжения возникают в электрических системах в результате коммутаций.
Коммутации могут быть оперативными(плановыми), например:
а) включение и отключение ненагруженных линий;
б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;
в) отключение конденсаторных батарей.
Однако чаще внутренние перенапряжения возникают при аварийных коммутациях в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики.
К аварийным коммутациям можно отнести:
а) отключение выключателями короткого замыкания;
б) автоматическое повторное включение линий;
в) внезапный сброс нагрузки и др.
Внутренние перенапряжения обычно проявляются в виде колебаний. Всякая электрическая система обладает колебательными свойствами, однако в нормальном режиме работы эти колебательные свойства обычно не проявляются. Колебательные свойства электрической системы, могущие вызвать появление перенапряжений, проявляются при нарушении баланса между генерируемой и поглощаемой энергией. Причиной нарушения баланса может явиться внезапное отключение элементов, способных поглощать энергию (активной нагрузки, сосредоточенных и распределенных сопротивлений и проводимостей схемы).
Если параметры колебательного контура соответствуют резонансным или близки к ним, то возникают резонансные перенапряжения - перенапряжения установившегося режима. В системе с элементами, имеющими линейные характеристики может возникнуть линейный резонанс. Если же элементы электрической сети имеют нелинейный характер (ненагруженные трансформаторы, реакторы), то возникает нелинейный феррорезонанс. Резонансным перенапряжениям предшествует переходный режим - коммутационные перенапряжения.В том случае, если условия в колебательном контуре электрической сети далеки от резонансных, то внутренние перенапряжения при коммутациях имеют только переходный характер, т.е. являются коммутационными.
Внутренние перенапряжения характеризуются: кратностью
, (1)
формой кривой перенапряжения, позволяющей определить воздействия на изоляцию и составом оборудования электрической сети, подверженного действия данного вида перенапряжения.
Ударный коэффициент перенапряжений: 
,
коэффициент установившегося режима:
Þ kпер = kуд kуст.
Перечисленные характеристики имеют большой статистический разброс, так как их значения зависят от большого числа факторов, в том числе имеющих случайный характер.
Амплитуда допустимых перенапряжений на изоляции высоковольтных электрических машин определяется по следующей формуле:
U
=
U
,
(2)
где U - номинальное напряжение, U - допустимое напряжение.
Допустимая кратность перенапряжений на изоляции машин составляет не более 2,6 - 2,9 по отношению к номинальному фазному напряжению и 2,2 - 2,4 по отношению к максимальному фазному рабочему напряжению.
U
U , (3 )
где 
- коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6 - 35 ;
k
- коэффициент кумулятивности.
24. Гашение дуги в дугогасительной решетке, эл.дуга в решетке из немагнитного и магнитного материалов.
Быстро движущаяся дуга встречает существенное аэродинамическое сопротивление при вхождении в решетку. Дойдя до нижнего края пластин, дуга замедляет свою скорость или вовсе останавливается. Аэродинамическое сопротивление (в первом приближении пропорциональное квадрату скорости) падает, и дуга начинает проникать в решетку. Степень снижения скорости дуги или время ее остановки у нижнего края пластин зависят от формы пластин, расстояния между ними, сил, движущих дугу, и общей конструкции решетки. Так, решетка схемы 3 (рис. 6-22, в) имеет преимущества перед другими схемами: условия вхождения дуги в решетку здесь более благоприятны.
В решетку, выполненную по схемам 1, 2, 3, дуга всегда входит. Внешние силы могут только сократить время остановки дуги у нижнего края пластин. В решетке по схеме 4 опорные точки дуги не могут проникать в область, занятую решеткой, дуга здесь не всегда входит в решетку. Длительная остановка дуги у нижнего края пластин приводит к их выгоранию.
Расстояния между пластинами решетки желательно делать весьма малыми. Чем большее число пластин удается поместить на единицу длины, тем компактнее получается дугогасительное устройство. Расстояние между пластинами ограничивается возможностью появления между ними металлического перешейка и их сплавлением. Стальные пластины ближе чем на 2мм располагать нельзя. Второе ограничение сближению пластин ставят условия вхождения дуги в решетку. Чем гуще решетка, тем труднее дуге проникать в нее.
Электрическая дуга в решетке из немагнитного материала.Движение электрической дуги в решетке из немагнитного материала и силы, действующие на дугу, схематично изображены на рис. 6-23, а. На возникшую между контактами электрическую дугу действуют электродинамические силы F0 контура тока. Эти силы, а при наличии внешнего магнитного поля и сила взаимодействия тока в дуге с этим полем загоняют дугу в решетку. Силы F0 продолжают существовать в течение всего времени нахождения дуги в решетке.
Рис. 6-23. (а) Силы, действующие на дугу в решетке из немагнитного материала
Проникая в решетку, дуга разбивается на ряд коротких дуг. Она перестает двигаться как нечто целое. Каждая из коротких дуг приобретает возможность двигаться самостоятельно. Некоторые из них могут продвинуться вперед, некоторые могут отстать. Как только это произойдет (а произойдет это обязательно), в контурах тока по решетке возникнут местные силы F1, стремящиеся задержать движение отставших дуг и ускорить движение дуг, выдвинувшихся вперед. На одних участках дуги будет действовать сила F0 – F1, на других F0 + F1. В результате одни дуги в решетке сильно продвинутся вперед, другие отстанут или даже получат обратное движение.
При малых токах силы F0 малы, и при решетке из немагнитного материала дуга не всегда проникает в решетку и будет гореть под решеткой. При больших токах дуга быстро пройдет через решетку и будет гореть над решеткой.
Электрическая дуга в решетке из магнитного материала.Движение дуги в решетке из магнитного материала и силы, действующие при этом на дугу, схематично изображены на рис. 6-23,6. Силы F0 и F1 действуют так же, как в решетке из немагнитного материала, к ним добавляются силы взаимодействия тока в дуге с магнитными массами решетки (см. § 2-10). Эти силы (F2) стремятся втянуть дугу в решетку, когда дуга находится под решеткой, и отталкивают ее (F3) от краев пластин (к середине) после вхождения дуги в решетку.
Таким образом, электромагнитные силы, возникающие в решетке из магнитного материала (стальной), стремятся выровнять скорости движения отдельных дуг. Эти силы способствуют вхождению дуги в решетку и препятствуют выходу ее из решетки. При малых токах дуга не останавливается под решеткой, как это происходило при решетке из немагнитного материала. Указанные свойства стальных пластин сильно способствовали широкому распространению устройств с дугогасительными решетками. Применение стальных пластин вместо медных или латунных, кроме того, удешевляет конструкцию.
Рис. 6-23. (б) Силы, действующие на дугу в решетке из магнитного материала
Особенности движения в решетке дуги переменного тока повышенной частоты.При переменном, токе в пластинах решетки наводятся вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля вихревых токов с током дуги приводит к возникновению электромагнитных сил F’2 и F'3, направленных противоположно рассмотренным выше силам F2 и F3. При промышленной частоте силы F'2 и F'3 малы и ими можно пренебречь. При повышенной частоте значение этих сил возрастает. При определенных условиях они могут превосходить силы F2 и F3 существенно изменять характер движения дуги. Вместо того чтобы притягиваться к решетке, как это происходит при частоте 50 Гц (рис. 6-24, а), дуга будет отталкиваться (рис. 6-24, б). Траектория дуги будет направлена не от края к центру, как при 50 Гц, а от центра к краю (А и В — начальные точки траектории дуги).
Рис. 6-24. Силы, действующие на дугу в решетке при промышленной (а) и повышенной
(б) частоте.
Кривые F2 – F'2 = f (f) (данные О. Б. Брона) относятся к току I = 1000 А; а – 0,2 см; μ = 10
Характер зависимости сил F2 – F'2, действующих на дугу при вхождении в стальную и латунную решетки, от частоты переменного тока показан на рис. 6-24, в. В латунной решетке силы F2 отсутствуют и наведенные вихревые токи всегда отталкивают дугу от решетки (кривая 1). В стальной решетке силы F'2 начинают превосходить силы F2 при повышенных частотах (кривая 2).
25. Электромагнит постоянного тока. Закон изменения тока при включении и отключении.
На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками. В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.
В большинстве конструкций совпадение якорей по осям обеспечивается с помощью центрирующего узла, представляющего собой вал из немагнитных материалов. Один конец данного вала жестко закрепляется в осевом отверстии первого якоря и имеет возможность перемещаться вдоль. Другой конец вала устанавливается в осевое отверстие второго якоря с применением подшипников скольжения. Данная конструкция недостаточно надежна, поскольку существует возможность заклинивания свободного конца вала из-за попадания посторонних предметов. Эту проблему решают электромагниты постоянного тока, применяемые в центрирующем узле и обеспечивающие надежную работу вала при заклинивании одного из его концов.
При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:
Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ
тока”) будет вдвое меньше, чем в аналогичном на постоянном токе. То есть железо более эффективно используется в ЭМ на постоянном токе (“ЭМ = тока”)
Вес. Если же заданными константами являются сила тяги и ход якоря, то для получения электромагнита переменного тока потребуется вдвое больше железа и размеров, чем для ЭМ постоянного тока
Реактивная мощность. Если необходимо уменьшить потребляемую мощность “ЭМ = тока”, то достаточно увеличить его размеры. В случае же с “ЭМ
тока” потребляемая при пуске реактивная мощность не может быть уменьшена путем увеличения размеров ЭМ
Вихревые токи. В случае с “ЭМ
тока” магнитопроводы выполняют шихтованными и разрезными для уменьшения влияния вихревых токов. Само же наличие потерь на вихревые токи и перемагничивание вызывает увеличение потребления электроэнергии и лишний нагрев. В случае же с “ЭМ = тока” данный пункт отсутствует
Быстродействие. Если взять ЭМ постоянного и переменного тока, то вторые будут более быстродействующие. Однако для “ЭМ = тока” внедряют специальные меры, которые могут сделать их более быстродействующими. При этом “ЭМ = тока” будут потреблять меньше энергии
Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ
тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.
Анодная и катодная области - размер=10-4см; суммарное падение напряжения=15-30В; напряженность=105-106В/см; в катодной области происходит процесс ударной ионизации из-за высокой напряженности, образовавшиеся в результате ионизации электроны и ионы образуют плазму дуги, которая обладает высокой проводимостью, данная область отвечает за разжигание дуги.
Ствол дуги - падение напряжения пропорционально длине дуги; плотность тока порядка 10кА на см2, за счет чего и температура порядка 6000К и выше. В данной области дуги происходят процессы термоионизации, данная область отвечает за поддержание горения.
ВАХ дугового разряда постоянного тока
Эта кривая соответствует кривой 3 на самом верхнем рисунке. Тут есть: Uз - напряжение зажигания и Uг - напряжение гашения
Если ток уменьшить от Io до 0 мгновенно, то получится прямая, которая лежит снизу. Эти кривые характеризуют дуговой промежуток как проводник, показывают какое напряжение нужно приложить, чтобы создать в промежутке дугу. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо, чтобы процессы деионизации преобладали над процессами ионизации. Сопротивление дуги можно определить из ВАХ дуги, активное, независимо от рода тока, переменная величина, падает с ростом тока. Если разорвать цепь амперметра под нагрузкой, то тоже можно увидеть дугу.
21. Условия гашения дуги постоянного тока
Физические основы горения дуги. При размыкании контактов электрического аппарата вследствие ионизации пространства между ними возникает электрическая дуга. Промежуток между контактами при этом остается проводящим и прохождение тока по цепи не прекращается. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых в дуговом промежутке при всех значениях тока от начального до нулевого процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации.
Коммутирующие свойства аппарата описывает его ВАХ, представляющая собой зависимость напряжения на дуге от тока. U=i·Rд. С ростом тока i увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация и падает эл. сопротивление дуги Rд. При увеличении тока сопротивление дуги уменьшается так резко, что напряжение на ней падает, несмотря на рост тока ВАХ дуги, снятая при медленном изменении тока, называется статической. Вольт-амперные характеристики полученные при быстром изменении тока до нуля, называются динамическими.
Она зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов, параметров среды и условий охлаждения. Напряжение на дуге uД можно рассматривать как сумму околоэлектродных падений напряжения uэ и падения напряжения в столбе дуги u Д = uэ + Епl
где Еп — напряженность электрического поля в столбе дуги; l — длина столба дуги.
Величина Еп зависит от тока и условий горения дуги. Статические ВАХ дуги изображены на рис. Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая ВАХ. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Еи и ВАХ поднимается .
Охлаждение дуги существенно влияет на ВАХ. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем большая мощность от нее отводится. При этом должна возрасти мощность, выделяемая дугой. Поскольку при заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге, то ВАХ поднимается, что широко используется в ДУ.
Напряжение Uг, при котором дуга гаснет, называют напряжением гашения. Оно всегда меньше напряжения зажигания вследствие повышения температуры контактов и увеличения проводимости межконтактного промежутка. Чем больше скорость снижения тока, тем меньше напряжение гашения дуги в момент прекращения тока.
Условия гашения дуги постоянного тока зависят не только от ее вольт-амперной характеристики, но и от параметров электрической цепи (напряжение, ток, сопротивление и индуктивность), которую включают и отключают контакты аппарата. Для гашения дуги необходимо, чтобы количество энергии, подводимой к дуге, было меньше количества тепла, отводимого от нее. При отключении цепи с большой индуктивностью выделяемую в дуге электромагнитную энергию необходимо отвести охлаждением. В связи с этим, чем больше индуктивность цепи и отключаемый ток, тем труднее отключить цепь.
22. Коммутационные перенапряжения при отключении токов КЗи пусковых токов в сетях ВН.
В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.
Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например - расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напряжение.
Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.
Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.
Внутренние перенапряжения возникают в электрических системах в результате коммутаций.
Коммутации могут быть оперативными(плановыми), например:
а) включение и отключение ненагруженных линий;
б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;
в) отключение конденсаторных батарей.
Однако чаще внутренние перенапряжения возникают при аварийных коммутациях в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики.
К аварийным коммутациям можно отнести:
а) отключение выключателями короткого замыкания;
б) автоматическое повторное включение линий;
в) внезапный сброс нагрузки и др.
Внутренние перенапряжения обычно проявляются в виде колебаний. Всякая электрическая система обладает колебательными свойствами, однако в нормальном режиме работы эти колебательные свойства обычно не проявляются. Колебательные свойства электрической системы, могущие вызвать появление перенапряжений, проявляются при нарушении баланса между генерируемой и поглощаемой энергией. Причиной нарушения баланса может явиться внезапное отключение элементов, способных поглощать энергию (активной нагрузки, сосредоточенных и распределенных сопротивлений и проводимостей схемы).
Если параметры колебательного контура соответствуют резонансным или близки к ним, то возникают резонансные перенапряжения - перенапряжения установившегося режима. В системе с элементами, имеющими линейные характеристики может возникнуть линейный резонанс. Если же элементы электрической сети имеют нелинейный характер (ненагруженные трансформаторы, реакторы), то возникает нелинейный феррорезонанс. Резонансным перенапряжениям предшествует переходный режим - коммутационные перенапряжения.В том случае, если условия в колебательном контуре электрической сети далеки от резонансных, то внутренние перенапряжения при коммутациях имеют только переходный характер, т.е. являются коммутационными.
Внутренние перенапряжения характеризуются: кратностью
, (1)
формой кривой перенапряжения, позволяющей определить воздействия на изоляцию и составом оборудования электрической сети, подверженного действия данного вида перенапряжения.
Ударный коэффициент перенапряжений: ,
коэффициент установившегося режима: Þ kпер = kуд kуст.
Перечисленные характеристики имеют большой статистический разброс, так как их значения зависят от большого числа факторов, в том числе имеющих случайный характер.
Амплитуда допустимых перенапряжений на изоляции высоковольтных электрических машин определяется по следующей формуле:
U = U , (2)
где U - номинальное напряжение, U - допустимое напряжение.
Допустимая кратность перенапряжений на изоляции машин составляет не более 2,6 - 2,9 по отношению к номинальному фазному напряжению и 2,2 - 2,4 по отношению к максимальному фазному рабочему напряжению.
U U , (3 )
где - коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6 - 35 ;
k - коэффициент кумулятивности.
24. Гашение дуги в дугогасительной решетке, эл.дуга в решетке из немагнитного и магнитного материалов.
Быстро движущаяся дуга встречает существенное аэродинамическое сопротивление при вхождении в решетку. Дойдя до нижнего края пластин, дуга замедляет свою скорость или вовсе останавливается. Аэродинамическое сопротивление (в первом приближении пропорциональное квадрату скорости) падает, и дуга начинает проникать в решетку. Степень снижения скорости дуги или время ее остановки у нижнего края пластин зависят от формы пластин, расстояния между ними, сил, движущих дугу, и общей конструкции решетки. Так, решетка схемы 3 (рис. 6-22, в) имеет преимущества перед другими схемами: условия вхождения дуги в решетку здесь более благоприятны.
В решетку, выполненную по схемам 1, 2, 3, дуга всегда входит. Внешние силы могут только сократить время остановки дуги у нижнего края пластин. В решетке по схеме 4 опорные точки дуги не могут проникать в область, занятую решеткой, дуга здесь не всегда входит в решетку. Длительная остановка дуги у нижнего края пластин приводит к их выгоранию.
Расстояния между пластинами решетки желательно делать весьма малыми. Чем большее число пластин удается поместить на единицу длины, тем компактнее получается дугогасительное устройство. Расстояние между пластинами ограничивается возможностью появления между ними металлического перешейка и их сплавлением. Стальные пластины ближе чем на 2мм располагать нельзя. Второе ограничение сближению пластин ставят условия вхождения дуги в решетку. Чем гуще решетка, тем труднее дуге проникать в нее.
Электрическая дуга в решетке из немагнитного материала.Движение электрической дуги в решетке из немагнитного материала и силы, действующие на дугу, схематично изображены на рис. 6-23, а. На возникшую между контактами электрическую дугу действуют электродинамические силы F0 контура тока. Эти силы, а при наличии внешнего магнитного поля и сила взаимодействия тока в дуге с этим полем загоняют дугу в решетку. Силы F0 продолжают существовать в течение всего времени нахождения дуги в решетке.
Рис. 6-23. (а) Силы, действующие на дугу в решетке из немагнитного материала
Проникая в решетку, дуга разбивается на ряд коротких дуг. Она перестает двигаться как нечто целое. Каждая из коротких дуг приобретает возможность двигаться самостоятельно. Некоторые из них могут продвинуться вперед, некоторые могут отстать. Как только это произойдет (а произойдет это обязательно), в контурах тока по решетке возникнут местные силы F1, стремящиеся задержать движение отставших дуг и ускорить движение дуг, выдвинувшихся вперед. На одних участках дуги будет действовать сила F0 – F1, на других F0 + F1. В результате одни дуги в решетке сильно продвинутся вперед, другие отстанут или даже получат обратное движение.
При малых токах силы F0 малы, и при решетке из немагнитного материала дуга не всегда проникает в решетку и будет гореть под решеткой. При больших токах дуга быстро пройдет через решетку и будет гореть над решеткой.
Электрическая дуга в решетке из магнитного материала.Движение дуги в решетке из магнитного материала и силы, действующие при этом на дугу, схематично изображены на рис. 6-23,6. Силы F0 и F1 действуют так же, как в решетке из немагнитного материала, к ним добавляются силы взаимодействия тока в дуге с магнитными массами решетки (см. § 2-10). Эти силы (F2) стремятся втянуть дугу в решетку, когда дуга находится под решеткой, и отталкивают ее (F3) от краев пластин (к середине) после вхождения дуги в решетку.
Таким образом, электромагнитные силы, возникающие в решетке из магнитного материала (стальной), стремятся выровнять скорости движения отдельных дуг. Эти силы способствуют вхождению дуги в решетку и препятствуют выходу ее из решетки. При малых токах дуга не останавливается под решеткой, как это происходило при решетке из немагнитного материала. Указанные свойства стальных пластин сильно способствовали широкому распространению устройств с дугогасительными решетками. Применение стальных пластин вместо медных или латунных, кроме того, удешевляет конструкцию.
Рис. 6-23. (б) Силы, действующие на дугу в решетке из магнитного материала
Особенности движения в решетке дуги переменного тока повышенной частоты.При переменном, токе в пластинах решетки наводятся вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля вихревых токов с током дуги приводит к возникновению электромагнитных сил F’2 и F'3, направленных противоположно рассмотренным выше силам F2 и F3. При промышленной частоте силы F'2 и F'3 малы и ими можно пренебречь. При повышенной частоте значение этих сил возрастает. При определенных условиях они могут превосходить силы F2 и F3 существенно изменять характер движения дуги. Вместо того чтобы притягиваться к решетке, как это происходит при частоте 50 Гц (рис. 6-24, а), дуга будет отталкиваться (рис. 6-24, б). Траектория дуги будет направлена не от края к центру, как при 50 Гц, а от центра к краю (А и В — начальные точки траектории дуги).
Рис. 6-24. Силы, действующие на дугу в решетке при промышленной (а) и повышенной
(б) частоте.
Кривые F2 – F'2 = f (f) (данные О. Б. Брона) относятся к току I = 1000 А; а – 0,2 см; μ = 10
Характер зависимости сил F2 – F'2, действующих на дугу при вхождении в стальную и латунную решетки, от частоты переменного тока показан на рис. 6-24, в. В латунной решетке силы F2 отсутствуют и наведенные вихревые токи всегда отталкивают дугу от решетки (кривая 1). В стальной решетке силы F'2 начинают превосходить силы F2 при повышенных частотах (кривая 2).
25. Электромагнит постоянного тока. Закон изменения тока при включении и отключении.
На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками. В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.
В большинстве конструкций совпадение якорей по осям обеспечивается с помощью центрирующего узла, представляющего собой вал из немагнитных материалов. Один конец данного вала жестко закрепляется в осевом отверстии первого якоря и имеет возможность перемещаться вдоль. Другой конец вала устанавливается в осевое отверстие второго якоря с применением подшипников скольжения. Данная конструкция недостаточно надежна, поскольку существует возможность заклинивания свободного конца вала из-за попадания посторонних предметов. Эту проблему решают электромагниты постоянного тока, применяемые в центрирующем узле и обеспечивающие надежную работу вала при заклинивании одного из его концов.
При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:
Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ
тока”) будет вдвое меньше, чем в аналогичном на постоянном токе. То есть железо более эффективно используется в ЭМ на постоянном токе (“ЭМ = тока”)
Вес. Если же заданными константами являются сила тяги и ход якоря, то для получения электромагнита переменного тока потребуется вдвое больше железа и размеров, чем для ЭМ постоянного тока
Реактивная мощность. Если необходимо уменьшить потребляемую мощность “ЭМ = тока”, то достаточно увеличить его размеры. В случае же с “ЭМ
тока” потребляемая при пуске реактивная мощность не может быть уменьшена путем увеличения размеров ЭМАнодная и катодная области - размер=10-4см; суммарное падение напряжения=15-30В; напряженность=105-106В/см; в катодной области происходит процесс ударной ионизации из-за высокой напряженности, образовавшиеся в результате ионизации электроны и ионы образуют плазму дуги, которая обладает высокой проводимостью, данная область отвечает за разжигание дуги.
Ствол дуги - падение напряжения пропорционально длине дуги; плотность тока порядка 10кА на см2, за счет чего и температура порядка 6000К и выше. В данной области дуги происходят процессы термоионизации, данная область отвечает за поддержание горения.
ВАХ дугового разряда постоянного тока
Эта кривая соответствует кривой 3 на самом верхнем рисунке. Тут есть: Uз - напряжение зажигания и Uг - напряжение гашения
Если ток уменьшить от Io до 0 мгновенно, то получится прямая, которая лежит снизу. Эти кривые характеризуют дуговой промежуток как проводник, показывают какое напряжение нужно приложить, чтобы создать в промежутке дугу. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо, чтобы процессы деионизации преобладали над процессами ионизации. Сопротивление дуги можно определить из ВАХ дуги, активное, независимо от рода тока, переменная величина, падает с ростом тока. Если разорвать цепь амперметра под нагрузкой, то тоже можно увидеть дугу.
21. Условия гашения дуги постоянного тока
Физические основы горения дуги. При размыкании контактов электрического аппарата вследствие ионизации пространства между ними возникает электрическая дуга. Промежуток между контактами при этом остается проводящим и прохождение тока по цепи не прекращается. Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых в дуговом промежутке при всех значениях тока от начального до нулевого процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации.
Коммутирующие свойства аппарата описывает его ВАХ, представляющая собой зависимость напряжения на дуге от тока. U=i·Rд. С ростом тока i увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация и падает эл. сопротивление дуги Rд. При увеличении тока сопротивление дуги уменьшается так резко, что напряжение на ней падает, несмотря на рост тока ВАХ дуги, снятая при медленном изменении тока, называется статической. Вольт-амперные характеристики полученные при быстром изменении тока до нуля, называются динамическими.
Она зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов, параметров среды и условий охлаждения. Напряжение на дуге uД можно рассматривать как сумму околоэлектродных падений напряжения uэ и падения напряжения в столбе дуги u Д = uэ + Епl
где Еп — напряженность электрического поля в столбе дуги; l — длина столба дуги.
Величина Еп зависит от тока и условий горения дуги. Статические ВАХ дуги изображены на рис. Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая ВАХ. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Еи и ВАХ поднимается .
Охлаждение дуги существенно влияет на ВАХ. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем большая мощность от нее отводится. При этом должна возрасти мощность, выделяемая дугой. Поскольку при заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге, то ВАХ поднимается, что широко используется в ДУ.
Напряжение Uг, при котором дуга гаснет, называют напряжением гашения. Оно всегда меньше напряжения зажигания вследствие повышения температуры контактов и увеличения проводимости межконтактного промежутка. Чем больше скорость снижения тока, тем меньше напряжение гашения дуги в момент прекращения тока.
Условия гашения дуги постоянного тока зависят не только от ее вольт-амперной характеристики, но и от параметров электрической цепи (напряжение, ток, сопротивление и индуктивность), которую включают и отключают контакты аппарата. Для гашения дуги необходимо, чтобы количество энергии, подводимой к дуге, было меньше количества тепла, отводимого от нее. При отключении цепи с большой индуктивностью выделяемую в дуге электромагнитную энергию необходимо отвести охлаждением. В связи с этим, чем больше индуктивность цепи и отключаемый ток, тем труднее отключить цепь.
22. Коммутационные перенапряжения при отключении токов КЗи пусковых токов в сетях ВН.
В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.
Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например - расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напряжение.
Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.
Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.
Внутренние перенапряжения возникают в электрических системах в результате коммутаций.
Коммутации могут быть оперативными(плановыми), например:
а) включение и отключение ненагруженных линий;
б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;
в) отключение конденсаторных батарей.
Однако чаще внутренние перенапряжения возникают при аварийных коммутациях в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики.
К аварийным коммутациям можно отнести:
а) отключение выключателями короткого замыкания;
б) автоматическое повторное включение линий;
в) внезапный сброс нагрузки и др.
Внутренние перенапряжения обычно проявляются в виде колебаний. Всякая электрическая система обладает колебательными свойствами, однако в нормальном режиме работы эти колебательные свойства обычно не проявляются. Колебательные свойства электрической системы, могущие вызвать появление перенапряжений, проявляются при нарушении баланса между генерируемой и поглощаемой энергией. Причиной нарушения баланса может явиться внезапное отключение элементов, способных поглощать энергию (активной нагрузки, сосредоточенных и распределенных сопротивлений и проводимостей схемы).
Если параметры колебательного контура соответствуют резонансным или близки к ним, то возникают резонансные перенапряжения - перенапряжения установившегося режима. В системе с элементами, имеющими линейные характеристики может возникнуть линейный резонанс. Если же элементы электрической сети имеют нелинейный характер (ненагруженные трансформаторы, реакторы), то возникает нелинейный феррорезонанс. Резонансным перенапряжениям предшествует переходный режим - коммутационные перенапряжения.В том случае, если условия в колебательном контуре электрической сети далеки от резонансных, то внутренние перенапряжения при коммутациях имеют только переходный характер, т.е. являются коммутационными.
Внутренние перенапряжения характеризуются: кратностью
, (1)формой кривой перенапряжения, позволяющей определить воздействия на изоляцию и составом оборудования электрической сети, подверженного действия данного вида перенапряжения.
Ударный коэффициент перенапряжений:
,коэффициент установившегося режима:
Þ kпер = kуд kуст.Перечисленные характеристики имеют большой статистический разброс, так как их значения зависят от большого числа факторов, в том числе имеющих случайный характер.
Амплитуда допустимых перенапряжений на изоляции высоковольтных электрических машин определяется по следующей формуле:
U
= U , (2)где U
- номинальное напряжение, U - допустимое напряжение.Допустимая кратность перенапряжений на изоляции машин составляет не более 2,6 - 2,9 по отношению к номинальному фазному напряжению и 2,2 - 2,4 по отношению к максимальному фазному рабочему напряжению.
U
U , (3 )где
- коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6 - 35 ;k
- коэффициент кумулятивности.24. Гашение дуги в дугогасительной решетке, эл.дуга в решетке из немагнитного и магнитного материалов.
Быстро движущаяся дуга встречает существенное аэродинамическое сопротивление при вхождении в решетку. Дойдя до нижнего края пластин, дуга замедляет свою скорость или вовсе останавливается. Аэродинамическое сопротивление (в первом приближении пропорциональное квадрату скорости) падает, и дуга начинает проникать в решетку. Степень снижения скорости дуги или время ее остановки у нижнего края пластин зависят от формы пластин, расстояния между ними, сил, движущих дугу, и общей конструкции решетки. Так, решетка схемы 3 (рис. 6-22, в) имеет преимущества перед другими схемами: условия вхождения дуги в решетку здесь более благоприятны.
В решетку, выполненную по схемам 1, 2, 3, дуга всегда входит. Внешние силы могут только сократить время остановки дуги у нижнего края пластин. В решетке по схеме 4 опорные точки дуги не могут проникать в область, занятую решеткой, дуга здесь не всегда входит в решетку. Длительная остановка дуги у нижнего края пластин приводит к их выгоранию.
Расстояния между пластинами решетки желательно делать весьма малыми. Чем большее число пластин удается поместить на единицу длины, тем компактнее получается дугогасительное устройство. Расстояние между пластинами ограничивается возможностью появления между ними металлического перешейка и их сплавлением. Стальные пластины ближе чем на 2мм располагать нельзя. Второе ограничение сближению пластин ставят условия вхождения дуги в решетку. Чем гуще решетка, тем труднее дуге проникать в нее.
Электрическая дуга в решетке из немагнитного материала.Движение электрической дуги в решетке из немагнитного материала и силы, действующие на дугу, схематично изображены на рис. 6-23, а. На возникшую между контактами электрическую дугу действуют электродинамические силы F0 контура тока. Эти силы, а при наличии внешнего магнитного поля и сила взаимодействия тока в дуге с этим полем загоняют дугу в решетку. Силы F0 продолжают существовать в течение всего времени нахождения дуги в решетке.
Рис. 6-23. (а) Силы, действующие на дугу в решетке из немагнитного материала
Проникая в решетку, дуга разбивается на ряд коротких дуг. Она перестает двигаться как нечто целое. Каждая из коротких дуг приобретает возможность двигаться самостоятельно. Некоторые из них могут продвинуться вперед, некоторые могут отстать. Как только это произойдет (а произойдет это обязательно), в контурах тока по решетке возникнут местные силы F1, стремящиеся задержать движение отставших дуг и ускорить движение дуг, выдвинувшихся вперед. На одних участках дуги будет действовать сила F0 – F1, на других F0 + F1. В результате одни дуги в решетке сильно продвинутся вперед, другие отстанут или даже получат обратное движение.
При малых токах силы F0 малы, и при решетке из немагнитного материала дуга не всегда проникает в решетку и будет гореть под решеткой. При больших токах дуга быстро пройдет через решетку и будет гореть над решеткой.
Электрическая дуга в решетке из магнитного материала.Движение дуги в решетке из магнитного материала и силы, действующие при этом на дугу, схематично изображены на рис. 6-23,6. Силы F0 и F1 действуют так же, как в решетке из немагнитного материала, к ним добавляются силы взаимодействия тока в дуге с магнитными массами решетки (см. § 2-10). Эти силы (F2) стремятся втянуть дугу в решетку, когда дуга находится под решеткой, и отталкивают ее (F3) от краев пластин (к середине) после вхождения дуги в решетку.
Таким образом, электромагнитные силы, возникающие в решетке из магнитного материала (стальной), стремятся выровнять скорости движения отдельных дуг. Эти силы способствуют вхождению дуги в решетку и препятствуют выходу ее из решетки. При малых токах дуга не останавливается под решеткой, как это происходило при решетке из немагнитного материала. Указанные свойства стальных пластин сильно способствовали широкому распространению устройств с дугогасительными решетками. Применение стальных пластин вместо медных или латунных, кроме того, удешевляет конструкцию.
Рис. 6-23. (б) Силы, действующие на дугу в решетке из магнитного материала
Особенности движения в решетке дуги переменного тока повышенной частоты.При переменном, токе в пластинах решетки наводятся вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля вихревых токов с током дуги приводит к возникновению электромагнитных сил F’2 и F'3, направленных противоположно рассмотренным выше силам F2 и F3. При промышленной частоте силы F'2 и F'3 малы и ими можно пренебречь. При повышенной частоте значение этих сил возрастает. При определенных условиях они могут превосходить силы F2 и F3 существенно изменять характер движения дуги. Вместо того чтобы притягиваться к решетке, как это происходит при частоте 50 Гц (рис. 6-24, а), дуга будет отталкиваться (рис. 6-24, б). Траектория дуги будет направлена не от края к центру, как при 50 Гц, а от центра к краю (А и В — начальные точки траектории дуги).
Рис. 6-24. Силы, действующие на дугу в решетке при промышленной (а) и повышенной
(б) частоте.
Кривые F2 – F'2 = f (f) (данные О. Б. Брона) относятся к току I = 1000 А; а – 0,2 см; μ = 10
Характер зависимости сил F2 – F'2, действующих на дугу при вхождении в стальную и латунную решетки, от частоты переменного тока показан на рис. 6-24, в. В латунной решетке силы F2 отсутствуют и наведенные вихревые токи всегда отталкивают дугу от решетки (кривая 1). В стальной решетке силы F'2 начинают превосходить силы F2 при повышенных частотах (кривая 2).
25. Электромагнит постоянного тока. Закон изменения тока при включении и отключении.
На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками. В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.
В большинстве конструкций совпадение якорей по осям обеспечивается с помощью центрирующего узла, представляющего собой вал из немагнитных материалов. Один конец данного вала жестко закрепляется в осевом отверстии первого якоря и имеет возможность перемещаться вдоль. Другой конец вала устанавливается в осевое отверстие второго якоря с применением подшипников скольжения. Данная конструкция недостаточно надежна, поскольку существует возможность заклинивания свободного конца вала из-за попадания посторонних предметов. Эту проблему решают электромагниты постоянного тока, применяемые в центрирующем узле и обеспечивающие надежную работу вала при заклинивании одного из его концов.
При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:
Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ
Вихревые токи. В случае с “ЭМ