Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл эду в эа.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

эду в эа.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Тема 2

Электродинамические усилия в электрических аппаратах
При взаимодействии токов к.з. с магнитным полем других токоведущих частей аппарата создаются электродинамические усилия (ЭДУ). Эти усилия стремятся деформировать как проводники токоведущих частей, так и изоляторы, на которых они крепятся. При номинальных токах эти усилия малы и ими можно пренебречь.

Механическая прочность элементов конструкций электрических аппаратов зависит от значения ЭДУ, его направления, длительности воздействия и крутизны нарастания.

Под электродинамической стойкостью электрических аппаратов понимается способность выдерживать без повреждений и нарушений функционального состояния механические воздействия, создаваемые протекающими через него токами.

^ Количественной характеристикой электродинамической стойкости является ток электродинамической стойкости. Эта величина может либо непосредственно амплитудным значением тока к.з. – ударным током к.з. – iдин, либо кратностью этого тока относительно амплитуды номинального тока

.
^ Механический резонанс
Всякая механическая упругая система имеет собственную частоту колебаний. Частота колебаний системы около своего положения равновесия называется собственной частотой колебания. Скорость их затухания зависит от упругих свойств и массы системы и ее деталей, а также сил трения и не зависит от величины силы, вызывающей колебания. Под действием переменных ЭДУ токоведущие части электроаппаратов испытывают вибрацию.

Совпадение частоты собственных колебаний с частотой изменения ЭДУ называется механическим резонансом, который может быть полным и неполным.

^ Полный резонанс наблюдается при точном совпадении частоты колебаний ЭДУ с частотой собственных колебаний конструкции, и равных положительных и отрицательных амплитуд.

^ Частичный резонанс – при неполном совпадении частот и неравных амплитудах.

Во избежание механического резонанса необходимо, чтобы частоте собственных колебаний отличалась от частоты ЭДУ, причем лучше, когда частота собственных колебаний лежит ниже частоты ЭДУ.

Если частота собственных колебаний шин < 200 Гц, то собственная частота колебаний приближается к частоте ЭДУ (50-100 Гц). При этом значения ЭДУ, действующего на проводники, увеличивается в десятки раз.

При конструировании стремятся исключить возможность резонанса за счет выбора длины свободного пролета шин. Гибкое крепление шин снижает собственную частоту колебаний. Конструкции шин следует выполнять с запасом по механической прочности.
^ Правила левой руки
На основе правила левой руки можно сделать выводы:

- при расположении проводников в одной плоскости ЭДУ расположено в этой же плоскости, а индукция – в плоскости перпендикулярной расположению проводников;

- при одинаковом направлении тока в параллельных проводниках она притягивается друг к другу, а при противоположенном направлении токов в них – отталкиваются друг от друга;

- при непараллельных прямоугольных проводниках необходимо их оси продолжить до пересечения друг с другом. Если в образовавшемся при этом угле ток переходит из одного проводника в другой через вершину угла, то ЭДУ стремится расширить угол, образованный осями проводников. Если же токи в сторонах угла направлены встречно друг другу, т.е. сходятся в вершине угла или расходятся из нее, то ЭДУ стремиться уменьшить угол, а проводники сблизятся.
























Правило. За направление dl принимается направление тока в проводнике (вытянутые четыре кольца). Направление индукции ^ В, создаваемой другим проводником определяется по правилу буравчика (ладонь).

Направление усилия F – по правилу левой руки (большой палец).


,

где В – индукция, i – ток, l – длина проводника,  - угол между векторами dl и В.

Для оценки электродинамической стойкости токоведущих частей в настоящее время используют два метода определения значений ЭДУ.
^ Методы расчета ЭДУ
Для расчета ЭДУ используются два метода.

1. Закон Био-Савара-Лапласа – где ЭДУ определяется как результат взаимодействия проводника с током и магнитного поля по правилу Ампера. Этот метод целесообразно применять в тех случаях, когда рассматриваемый токоведущий контур состоит из проводников более или менее простой по конфигурации.

Этот метод рекомендуется применять тогда, когда индукцию в любой точке проводника можно найти аналитически, используя закон Био-Савара-Лапласа

- ЭДУ.

2. Второй метод (метод энергетического баланса) основан на использовании энергетического баланса системы проводников с током

, ,

где ^ W – электромагнитная энергия; х – возможное перемещение в направлении действия усилия.

Таким образом, усилие F определяется частной производной от электромагнитной энергии данной системы по координате, в направлении которой оно действует. Эта формула получила название энергетической.

Обычно усилие F направлено так, чтобы электромагнитная энергия системы возрастала. Первые два члена определяют энергию независимых контуров, а третий член определяет энергию, обусловленную их магнитной связью.

При расчете ЭДУ взаимодействия контуров системы считаем, что энергия изменяется только в результате изменения взаимного расположения контуров. Энергия, обусловленная их собственностью индуктивностью, считается неизменной. Токи в контурах не зависят от их деформации под действием усилий. Тогда

- ЭДУ.

Энергетический метод удобен, когда известна аналитическая зависимость индуктивности или взаимной индуктивности от геометрических размеров.

Этот метод целесообразно использовать для определения ЭДУ в сложных контурах (между плоскими или цилиндрическими катушками).

Размеры и форма сечения проводников оказывают значительное влияние на ЭДУ.

Электромагнитная энергия кольцевого контура

i,

где  - потокосцепление; Ф – магнитный поток; W – число витков.

В этом случае ЭДУ действует по радиусу, растягивая контур, так как при этом L, , Ф в рассматриваемой системе возрастают.

При двух витках и катушках с разными направлениями токов усилия F направлено так, чтобы отбросить ветки друг от друга, так как потокосцепление увеличивается с ростом расстояниях Х.

Если токи текут в одном направлении, то ветки притягиваются друг к другу.

При взаимодействии как угодно параллельно расположенных проводников разной длины, силы действующие на них одинаковы.

Точки приложения равнодействующих сил не находятся в их середине и определяются графоаналитическим путем.

Круглая и кольцевая форма сечения проводника не влияют на величину ЭДУ, так как магнитные силовые линии вокруг проводников и в этом случае представляют собой окружность и можно считать, что ток сосредоточен в геометрической оси проводника.

На переменном токе имеют место два явления:

- поверхностный эффект;

- эффект близости.

Суть поверхностного эффекта сводится к изменению распределения тока по сечению проводника, не нарушая симметрии его относительно геометрической оси, и, следовательно, не влияет на величину ЭДУ.

Эффект близости приводит к нарушению симметричного распределения тока по сечению, что ведет к изменению величины ЭДУ, увеличивая его при согласных и уменьшая при встречных токах. Это имеет место как в круглых, так и проводниках прямоугольной формы.

При прямоугольной форме сечения проводника его размеры влияют на ЭДУ, так как магнитные силовые линии около проводников являются не окружности, а овалы.

Шина, расположенная плашмя имеет больше ЭДУ, чем при ее расположении на ребро. Хотя прочность выше при размещении шины плашмя.

ЭДУ в катушке направлены так, чтобы ее потокосцепление возрастало. Оно стремиться сжать катушку по высоте и толщине, и увеличить ее средний размер.

ЭДУ возникающее при изменении сечения проводника зависит только от соотношения конечного и петельного радиусов и не зависит от формы перехода в асимметричном проводнике. В месте изменения сечения оно всегда пропорционально величине ln (R / r) и всегда направлено в сторону сечения большего радиуса.

В прямоугольном проводнике постоянного сечения существует ЭДУ, сжимающие его. Эта сила имеет максимум на оси проводника и убывает до нуля на периферии по параболическому закону. Величина этой силы сжимающей, например, круглый проводник

,

где  - плотность тока в проводнике.

В случае твердого проводника сила (ЭДУ) не может изменить его сечение, но может сделать это в случае жидкого или газообразного проводника (эл. дуги).

При прохождении тока по виткам обмоток аппаратов в витках возникают ЭДУ, которые при сильных токах к.з. могут вызывать повреждения обмоток. ЭДУ стремится разорвать виток. Это усилие имеет максимум при r1 = r2,  = 1, где  = r2 / r1.



Сила имеет положительный максимум при  > 1 и отрицательный – при  < 1. Это означает, что при одинаково направленных токах и при  < 1 сила F отрицательна, т.е. сжимает виток, а при  > 1 сила F положительна, т.е. растягивается виток.



Осевые силы, действующие в витках обмотки

При изменении сечения проводника линии тока исправляются. Ток i взаимодействуя с индукцией В создают усилие F, имеющее продольную F2 и поперечную составляющую F1.

Продольная составляющая F2 стремится разорвать место перехода вдоль оси проводника в направлении в сторону большего сечения.



Радиальные силы, действующие в витках обмотки.

ЭДУ на переменном токе изменяется с двойной частотой (по отношению к частоте тока) и состоит из постоянной составляющей ^ F1 и переменной составляющей F2. При к.з. кроме периодической составляющей тока к.з. имеет и апериодическая составляющая.

Максимальное мгновенное значение тока к.з. называется ударным током

,

где I – действующее значение установившегося тока к.з.




На переменном токе в однофазной цепи действующее значение ЭДУ пропорционально квадрату действующего значения тока. Изменения ЭДУ происходит без изменения своего знака

.

При этом максимальное значение ЭДУ при одном и том же токе оказывается в два раза больше, чем на постоянном токе.


На переменном токе ЭДУ имеет постоянную и переменную составляющие. Последнее изменяется с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока. Даже при равных значениях ЭДУ разрушающее действие пульсирующей ЭДУ больше, чем постоянно действующие.

В случае трехфазного тока сила взаимодействия между проводниками зависит от их расположения.

При расположении проводов в одной плоскости максимум силы действует на крайние провода оказываются больше, чем силы действующие на средний провод.

При расположении проводов не в одной плоскости (треугольником)ЭДУ, действующая на каждый провод, будет изменяться не только по величине, но и по направлению. Максимум ЭДУ получится в этом случае, получается равным максимум на среднем проводе при расположении проводов в одной плоскости.

Электродинамические силы при двухфазном к.з. больше, чем при трехфазном, если ударный ток в обоих случаях одинаков. Однако практически ударный ток при двухфазном замыкании всегда меньше, чем при трехфазном. По этому рекомендуется расчет всегда вести на случай трехфазного к.з.

Наибольшее ЭДУ возникает при ударном токе к.з. и уменьшается по мере затухания тока.



Жестко закрепленные токоведу-щие части ЭА полностью принимают на себя воздействие амплитуды тока к.з. и должна рассчитываться по этой амплитуде (по ударному току). При этом некоторая доля энергии ЭДУ расходуется на деформацию крепящих деталей и токоведущая часть при-нимает на себя воздействие ударного тока к.з. не полностью. В данном слу-

чае рекомендуется вести расчет по действующему значению первой полуволны тока.


Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации