Теория строительства от Светланы Ельновой

Главная » Книги и журналы

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 30

2 / 0 -f -2

	Ч


		)00 10



-Ч

тока в дуге с магнитными массами решетки (см. § 2-10). Эти силы (Fz) стремятся втянул, дугу в решетку, когда дуга находится под решеткой, и отталкивают ее (Fj) от краев пластин (к середине) после вхождения дуги в решетку.

Таким образом, электромагнитные силы, возникаюшие в решетке из магнитного материала (стальной), стремятся выравнять 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.

Особенности движения в решетке дуги переменного тока повышенной частоты. При перемешом токе в пластинах решетки наводятся вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля вихревых токов с током дуги приводит к возникновению электромагнитных сил Fj и Fj, направленных противоположно рассмотренным выше силам Fj и F3. При промышленной частоте силы Fj и Р'з малы и ими можно пренебречь. При повышенной частоте значение этих сил возрастает. При определенных условиях они могут превосходить силы F2 и F3 и существенно изменять характер движения дуги. Вмтето того чтобы притягиваться к решетке, как это происходит при Частоте 50 Гн (рис. 6-24, а), дуга будет отталкиваться (рис. 6-24,6). 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).

Характер зависимости сил F2 - F2, действующих на дугу при вхождении в стальную и латунную решетки, от частоты переменного тока показан на рис. 6-24,6. В латунной решетке силы F2 отсутствуют и наведенные вихревые токи всегда отталкивают дугу от решетки (кривая 1). В стальной решетке силы Fj начинают превосходить силы Fj при повышенных частотах (кривая 2).

6-12. БЕЗДУГОВАЯ КОММУТАЦИЯ ЦЕПЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Бездуговая коммутация цепей переменного тока может быть принципиально осуществлена при помощи тиристоров (см. гл. 23). Для аппаратов с очень высокой частотой отключений применение тиристорных выключателей весьма целесообразно. Однако тиристорные выключатели оказываются больших габаритов по сравнению с контактными, допускают меньшие перегрузки, вввду чего они должны выбираться по пусковому току, а не по номинальному току электродвигателя.

Рис. 6-24. Силы, действующие на дугу в решетке при промышленной (а) и повышенной (б) частоте

Кривые f 2 - = / (/) (данные О. Б. Брона) относятся к току / = 1000 А, а - 0,2 см; i = Ш

Для аппаратов с высокой частотой оперативных включений и выключений заслуживает внимания контактная система с тиристорным блоком бездугового отключения (рис. 6-25). Тиристоры Д1 и Д2 включены параллельно

контактам. При разомкнутых контактах К они заперты - ток в цепи отсутствует. При замыкании контактов и возникновении тока в цепи трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 (или другое устройство) через диоды ДЗ и Д4 подают соответственно полярности полуволны отпирающие сигналы на управляющие электроды тиристоров. Однако ток через тиристоры не протекает, так как они шунтированы контактами. В момент размыкания контактов ток переходит в цепь того из тиристоров, направление проводимости которого соответствует полярности тока. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре мало (1,5-2 В на одном тиристоре), и дуга на контактах не возникнет. При переходе тока через нуль проводящий тиристор закроется, а второй не откроется ввиду отсутствия сигнала. Ток в цепи прекратится. Электрическая износостойкость контактов при этом способе гашения сильно возрастает (например, у контакторов серий КТ-64 и КТ-65 - в 10 раз).

Так как тиристоры обтекаются здесь током только в течение полупериода, то они могут выбираться на малые номинальные токи с большими перегрузками. Габариты тиристорного блока оказываются малыми.



л

Рис. 6-25. Схема бездугового отключения

6-13. потоки ПЛАЗМЫ И ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ [7]

Электрическая дуга была открыта В. В. Петровым почти 180 лет тому назад и ныне широко используется в различных областях техники и физического эксперимента, однако многое еще остается в ней невыясненным и спорным. Открываются все новые особенности этого сложного явления. Одной из таких особенностей, привлекшей к себе в последние годы внимание, является наличие в дуге продольных потоков пшзмы (факелы).

Давно было замечено, что в ряде случаев электрическая дуга отклоняется от кратчайшего расстояния между электродами и принимает весьма причудливую форму, ие подвергаясь видимому воздействию внепших сил. При этом из опорных точек дуги исходят быстро перемещающиеся языки пламени.

Электрическая дуга, подобно цилиндрическому проводнику, сжимается собственным магнитным полем (см. § 6-2). Если вдоль оси проводника меняется площадь его сечения, то неодинаковым оказывается и электромагнитное давление внутри проводника. Оно больше в местах сужения и меньше там, где проводник расширяется. В проводнике переменного сечения возникает продольная разность давлений. В твердом проводнике это обьино не приводит к каким-либо перемещениям. Но в газообразной среде, какой является электрическая дуга, эта разность давлений порождает потоки плазмы, исходящие из мест уменьшенных сечений. Такими местами в электрической дуге служат, в частности, приэлектродные области (рис. 6-26). Из них и исходят потоки плазмы (показаны стрелками), которые мы воспринимаем как светящиеся факелы, часто придающие дуге весьма причудливую форму.

Электромагаихное давление является весьма важной, но не единственной причиной возшкновения продольных потоков плазмы. При определеншж условиях существенную роль начинают играть и тепловые процессы.

Потоки.плазмы возникают только в том случае, если ток в дуге достигнет некоторого определенного уровня, и наблюдаются при расстояниях между электродами свыше 1 мм. Они появляются не сразу после возникновения дуги, а с некоторым отставанием, достигающим 1-2 мкс.

Потоки плазмы возникают как на аноде, так и на катоде, д1 на электродах из разных (любых) материалов (они особенно велики на жидких электродах), в разных газовых средах, в дугах высокого и низкого давления. Они появляются не только у электродов, а при любом искусственном (рис. 6-26, а) изменении площади сечения дуги (при соприкосновении с изоляционной или металлической перегородкой, при вхождении в узкую щель и т.п.).

Потоки плазмы имеют вид резко очерченных пучков (факелов) и по своей яркости значительно превосходят другие части дуги. рис. 6-26. Схемы возникновения потоков плаз-Они очень подвижны и часто мы [7]

меняют свою форму и местоположение, сохраняя общие очертания

в течение 20- 30 мс. Они неоднородны по структуре. В их центральной части обнаруживается область наиболее яркого свечения - ядро потока, которое окружено плазмой, имен?щей более низкую температуру и более слабое свечение.

Потоки плазмы направлены перпендикулярно к поверхности тех электродов, из которых они неходят, и распространяются прямолинейно, если на них не действуют внешние факторы. Они имеют более высокую температуру и проводимость, чем другие части ствола дуги. Поэтому во многих случаях ствол дуги разделяется на ркие потоки плазмы и менее яркую часть ствола Д, опирающуюся на эти потоки (рис. 6-26).

Имея более высокую температуру и проводимость, потоки плазмы являются концентрированными носителями энергии. Условия горения и гашения электрической дуги в значительной мере зависят от направления плазменных потоков. Если они направлены навстречу друг другу, например так, как на рис. 6-26,6, то вся их энергия выделяется в дуговом промежутке (плазменнйй диск ЛД) и условия гашения затрудняются. Наоборот, если потоки плазмы выносят энергию из дугового промежутка (см. рис. 6-26, в), то условия гашения дуги облегчаются.

Выше (См. § 6-2) рассмотрено движение дуги в поперечном, продольном и радиальном магнитном поле. В настоящее время к указанным трем основным формам движения дуги добавляется еще четвертая. Она обусловлета воздействием на дугу ее собственного вихревого магнитного поля, которое сжимает дугу и вызывает появление в ней продольных потоков плазмы. Если движение дуги в поперечном, продольном и радиальном магнитном поле связано с перемещением ее в пространстве, то воздействие собственного вихревого поля вызывает движение плазмы в самой дуге,

Выше дуга рассматривалась как некоторое цельное образование - шнур, ее движение под действием внешних магнитных тюлей уподоблялось переме-р^цк! легко деформируемого проводника с током. Обнаружение потоков плазмы вносит изменения и уточнения в эти представления. Приходится считаться с движением плазмы внутри дугового шнура. Это движение имеет общий характер. Оно существует как в неподвижно горящей дуге, так и при всех формах ее движения в магнитном поле и позволяет более полно объяснить не вполне понятные ранее явления.

Поперечное магнитное поле отклоняет потоки плазмы, как это показано иа рис. 6-26, г. Прерывистый характер движения дуги здесь связан с потоками плазмы, изменение формы которых способствует образованию новых опорных пятен дуги. Движение дуги в продольном магнитном поле сопряжено с появлением двух потоков плазмы - анодного и катодного, вращающихся вокруг оси системы и завивающихся в спираль. В радиальном магнитном поле вращение дуги вокруг ее собственной оси связано с появлением потоков, внутри которых частицы плазмы движутся по спиралям. Оси этих Спиралей совпадакэт с ОСЬЮ ствола дуги. С потоками плазмы приходится считаться при разработке дугогасительных устройств.

ГЛАВА 7

Расчет магнитных цепей

Рис 7-1. Магнитная цепь

7-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Магнитной цепью называют совокупность детален, в том числе и воздушных зазоров, через которые замыкается магнитный поток. Магнитная цепь (рис. 7-1) состоит из магнитопровода (с подвижной 1 и неподвижной 4 частями), источника магнитодвижушей силы (МДС) - катушки 3 и воздушных зазоров 2. При замкнутых магнитопроводах воздушный зазор может отсутствовать (рис. 7-1,6).

Магнитные цепи быва- \ н

ют неразветвленные, когда магнитный поток замыкается последовательно по всем участкам магнитопровода (рис. 7-1, а), и разветвленные, когда магнитный поток замыкается по нескольким параллельным магнитопроводам(рис. 7-1, б).

Основная часть магнитных линий индукции разомкнутой магнитной цепи замыкается через главный (рабочий) воздушный зазор 5, образуя рабочий поток Og. Этот поток связывает подвижную часть электромагнита (якорь) с неподвижной, на которой размешается источник МДС (катушка).

Линии индукции, которые замыкаются, минуя рабочий зазор, образуют поток рассеяния Фр. Эти потоки возникают между любыми точками магнитопровода, имеющими различный магнитный потенциал.

Расчет магнитных цепей преследует одну из двух задач: либо определение МДС, необходимой для создания заданного магнитного потока в рабочем зазоре, либо определение значения потока в рабочем зазоре по заданной МДС. Ниже приводятся основные законы и положения расчета магнитных цепей.

Магнитная цепь характеризуется следующими параметрами: магнитным потоком Ф в веберах (Вб); магнитной индукцией В = Ф/s в теслах (Тл); напряженностью магнитного поля Я в амперах на метр (А/м); магнитной проницаемостью ц = В/Н в генри на метр (Гн/м); Цо = 4л 10 з 1,25 10 *Гн/м; магнитодвижущей силой F = iw в амперах; магнитной проводимостью Л в генри (Ги).

Закон полного тока. МДС вдоль замкнутого контура равна полному току, охватываемому этим контуром:

§H,dl = lw = F. (7-1)

Закон Ома для магнитной цепи. Магнитная цепь состоит из участков ферромагнитных материалов и воздушных зазоров. Каждый из участков оказывает некоторое сопротивление прохождению магнитного потока. Сопротивление участка ферромагнитного материала

где /-длина участка; - сечение участка магнитопровода; ц -магнитная проницаемость.

Сопротивление воздушных зазоров

= (7-3)

где 5 - длина зазора; Sg - сечение зазора; Цо - магнитная проницаемость для воздуха.

Аналогично закону Ома для электрической цепи можно написать закон Ома для магнитной цепи: общий поток замкнутой магнитной цепи Ф равен МДС F, умноженной на магнитную проводимость всей цепи Л, т.е.

Ф= I =

= FA. (7-4)

Первый закон Кирхгофа. Сумма магнитных потоков, сходящихся и расходящихся в каком-либо узле, равна нулю:

1Ф. = 0. (7-5)

Второй закон Кирхгофа. Для всякого замкнутого пути сумма падений магнитных потенциалов на отдельных участках магнитной цепи равна сумме МДС тех витков или обмоток, через которые проходит рассматриваемая линия:

1ФЛ,= 1.- (7-6)

7-2. ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Магнитопроводы. В качестве материала магнитопроводов используют сталь и ее сплавы. Для электромагнитных систем применяют так называемые магнитомягкие материалы, обладающие узкой петлей гистерезиса и высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы характеризуются кривой намагничивания, представляющей собой зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля.

Для постоянных магнитов применяют магнитотвердые материалы, обладающие широкой петлей гистерезиса и малой магнитной проницаемостью.

Воздушные зазоры. При расчете магнитной цепи необходимо определить проводимость воздушного зазора, прямо пропорциональную сечению объема, по которому проходит магнитный поток, и обратно пропорциональную длине зазора.

Для сравнительно простых форм полюсов проводимость воздушных зазоров может быть вычислена аналитически. Например, для полюсов (рие. 7-2) при малом воздушном зазоре между ними и при параллельно идущих магнитных линиях

Л = Hos/5, (7-7)

где S - сечение воздушного зазора; 5 - его длина.

Рнс. 7-2. К определению проводимости воздушных зазоров

Для полюсов по рис. 7-2, а Л = [iob/b, а для полюсов по рис. 7-2, б Л = Цос^/(45).

В действительности даже для этого простого случая определение прово-диморти представляет некоторую трудность. В воздушном зазоре магнитные линии будут выпучиваться (рис. 7-2, в). Сечение проводящего воздушного зазора s будет несколько больше сечения полюса s, и действительная проводимость будет большей, чем подсчитанная по уравнению (7-7). При относительно простых формах полюсов выпучивание магнитных линий удается учесть поправочным коэффициентом.

Считают, что = {а + х){Ь + у). Например, проводимость Между полюсами (рис. 7-2, в) будет

,.[0)(,Ш1у (7-8)

Поправочные коэффициенты 0,307/п учитывают выпучивание магнитных линий в зазоре.

Для полюсов более сложньгх форм аналитические выражения отсутствуют, проводимости зазоров могут быть рассчитаны либо графическим методом, либо методом разбивки поля на простейшие фигуры.

Графический метод основан на построении картины магнитного поля с последующей разбивкой его на элементарные трубки. Этот метод точен, но сложен и трудоемок. Его обычно применяют для расчета сложных случаев.

Наиболее широко используется метод разбивки поля на простые фигуры. Этот метод дает достаточную для практики точность. Заключается он в следующем: магнитное поле в воздушном зазоре разбивается на ряд простейших геометрических фигур, для которых известны аналитические выражения проводимостей (табл. 7-1).

Таблица 7-1

Геометрическая форма

Проводимость

Параллельные плоскости:

Параллельные плоскости: Л = Цо