Лабораторные работы по электротехнике

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, b - 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. 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.

Электрические аппараты непосредственного воздействия Коммутационная аппаратура – устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей – бывает ручного, дистанционного и автоматического управления.

Переключатели Рубильник – простейший аппарат, осуществляющий видимый на глаз разрыв электрической цепи.

Аппараты для коммутации цепей управления Коммутация цепей управления – более частая операция, чем коммутация силовых цепей. Для всех этих операций используют включатели и переключатели различных исполнений, расположенные на панелях, постах, пультах управления. Это одно- и многоцепные аппараты с двумя и более положениями.

Тепловые процессы в электрических аппаратах Источники теплоты в ЭА ЭА являются сложными электротехническими устройствами, содержащими много элементов, один из которых являются проводниками электрических токов, другие – проводниками магнитных потоков, а третьи служат для электрической изоляции. Часть элементов может перемещаться в пространстве, передавая усилия другим узлам и блокам.

Конвекция – распространение теплоты при перемещении объемов жидкостей или газов в пространстве из областей с одной температурой в области с другой температурой. Различают естественную и вынужденную конвекцию. При естественной конвекции движение происходит за счет выталкивающих (Архимедовых) сил, возникающих из-за различных плотностей холодных и горячих частиц жидкости или газа.

Нагрев при кратковременном режиме работы Такой режим характеризуется тем, что при включении температуры его не достигает установившегося значения. После кратковременного нагрева аппарат отключается и его температура падает до значения температуры окружающей среды.


Лабораторные работы по электротехнике