6 Восстанавливающееся напряжение uвн но контактах эа при отключении переменного тока.

В общем случае отключаемую цепь  т. в первый момент времени можно представить схемой замещения (рис3.8)

U₀ – мгновенное значение ЭДС источника энергии отключаемой цепи в момент погасания дуги, называемое мгновенным возвращающимся напряжением.

R и L – акт. сопр. и индуктивность отключаемой цепи.

R_ш – сопр. межконтактного промежутка после погасания дуги, называемое остаточным сопр-ем дугового канала.

С – приведённая к контактам ЭА ёмкость обмоток источника энергии, приёмника, соед. проводов и самих контактов.

Решение этой схемы отн-но напряжения на контактах показывает, что процесс восстановления напряжения на них может быть апериодическим и колебательным.

Наиб. тяжёлые условия возникают при колебат. процессе.

При этом:

, – коэф-т. затухания перех проц.

– собственная частота отключаемой цепи.

. f₀ =3…100 кГц – в низковольтных цепях. В высоковольтных ниже, но всё равно намного больше, чем 50 Гц. Поэтому в схеме показан источник постоянного напряжения, т.к. в процессе гашения дуги напряжение сети практически неизменно.

Пренебрегаем U­_Г, т.е. U­_Г=0 ,т.е. напряжение изменяется по затухающей косинусоиде (рис 3.9)

При . мс =10 мкс.

контакты за это время не успевают разойтись так, чтобы . Это достигается только в 3 переход через 0 (рис 3.6).

.

Восстанавливающееся напряжение хар-ся 2-мя параметрами:

1. Коэф-т превышения амплитуды восстанавливающегося напряжения

.

т.е. когда L и С и R0, тогда f  и К_а2.

Этот случай хар-н. для для цепей высокого напряжения и для случая отключеня КЗ.

Когда L и С и R, тогда f  и К_а1. Этот случай хар-н. для для цепей низкого напряжения.

К_а=1,5…2,0 для цепей ВН.

К_а=1,1…1,5 для цепей НН.

2. Средняя скорость нарастанияU_ВН (рис 3.10)

Скорость нарастания вост. напр. определяется прежде всего параметрами отключаемой цепи, к-е определяют угол _Н (R и L) и f₀. а также от напряжения сети. Если L=0, то _Н=0 (рис 3.11).

Отключение активной цепи  т. – наиболее лёгкий случай.

Индуктивная цепь: _Н=90º . Отключение цепи облегчается, если снизить .

Способы снижения скорости нарастания восстанавливающегося напряжения:

Напряжение на контактах = напряжению на конденсаторе в схеме замещения  :

1. Чем С > в схеме замещения, тем медленнее заряжается к-р. . Поэтому С увеличивают, включая параллельно контактам реальный к-р.(используется для цепей НН).

2. R_ш  С заряжается медленнее. Для этого параллельно контактам включают высокоомный резистор (для ВН).

При некоторых условиях периодич. процесс перейдёт в апериодический. На границе перехода ω₀=0 , т.е. — критический случай.

1). – сопротивление цепи. .

Для надежности берут R_ш < R_ш.кр.

2). .

7. Гибридные коммутационные эа переменного и постоянного тока. Преимущества, электрическая схема и принцип действия.

КЭА с комбинированной контактно-полупроводниковой системой называются гибридными. Здесь стремятся совместить преимущества контактной системы, а именно: низкие потери мощности, высокую перегрузочную способность, с преимуществами полупроводниковых приборов, а именно способностью бездугового отключения цепи.

Принцип действия ГКЭА рассмотрим на примере работы полюса контактора серии МК (см. рис 3.19)

Здесь главные контакты (ГК) шунтированы тиристорным блоком, который состоит из тиристоров VS1 и VS2. управление тиристорами ведётся от напряжения дуги, возникшей на ГК. При включенном положении весь ток идёт через ГК, тиристоры в это время выключены. При отключении в первый момент времени возникает дуга. Если направление тока в МРК совпадает с направлением, указанным на рис. 3.19, то включается VS1 под действием напряжения на верхней дуге. Длительность перехода тока определяется индуктивностью контура ГК – тиристоры, который делают малоиндуктивным.

Выводы: 1) Время горения дуги составляет малую часть полупериода, что резко снижает износ контактов. 2) Длительность протекания тока через тиристор не превышает полупериода. В таком режиме тиристор допускает нагрузку однополупериодным импульсным током синусоидальной формы длительностью 10 мс с амплитудой, превышающей значение среднего (классификационного) тока в 8 – 10 раз. Это позволяет создавать ГЭА, способные коммутировать не только номинальные токи, но и ток перегрузки. Гибридные контакторы применяются для тяжёлого режима работы с частотой коммутации не менее 1200 вкл/час.

Гибридные коммутационные ЭА постоянного тока. Преимущества, электрическая схема и принцип действия. (рис 3,20)

КЭА с комбинированной контактно-полупроводниковой системой называются гибридными. Здесь стремятся совместить преимущества контактной системы, а именно: низкие потери мощности, высокую перегрузочную способность, с преимуществами полупроводниковых приборов, а именно способностью бездугового отключения цепи.

Проблема износа контактов особенно остро стоит в КЭА постоянного тока. С другой стороны в настоящее время созданы мощные силовые транзисторы (IGBT), которые позволили создавать гибридные КЭА постоянного тока. На рис. 3.20 показана схема такого КЭА. Силовые контакты в нём шунтированы полевым транзистором. Здесь базовый ток биполярной структуры управляется полевой структурой, при этом полевая структура обеспечивает высокое , а биполярная структура обеспечивает низкие потери мощности в открытом состоянии.

8. Электродинамические усилия(ЭДУ) в ЭА. Методы расчёта ЭДУ.Методика расчёта электродинамической силы, действующей на проводник с током, расположенном в прямоугольном пазу из ферромагнитного материала.

При работе электрических аппаратов (ЭА) в токоведущих контурах протекают токи, которые создают магнитные поля. Взаимодействие тока с магнитным полем приводит к возникновению механических сил, которые получили название электродинамических усилий (ЭДУ). При работе ЭА в номинальном режиме ЭДУ невелики, и ими обычно пренебрегают. Однако в процессе эксплуатации может возникнуть режим КЗ, когда ток в 20 - 30 и более, раз превышает номинальный. При этом ЭДУ возрастают в 400 - 900 и более, раз и могут деформировать токоведущие части и изоляторы, на которых они крепятся. ЭА разрушаются, что может привести к серьёзной аварии. Поэтому необходимо уметь качественно и количественно оценивать ЭДУ для правильного выбора и конструирования ЭА.ЭДУ используют для создания различных устройств, например быстродействующих электродинамических приводов ЭА.

Первый метод основан на применении формулы Ампера и закона Био-Савара-Лапласа. Согласно формуле Ампера, на элементарный проводник dl с током I, расположенный в магнитном поле с индукцией B, действует электродинамическое усилие: , где за направление вектора принимается направление тока I в проводнике dl; направление вектора определяется правилом левой руки.

Абсолютное значение этого усилия определяется выражением ,

где - угол между векторами и .

Второй метод расчёта ЭДУ основан на применении энергетической формулы для электромагнитной силы, полученной из энергетического баланса контура с током или системы контуров с токами: , где - магнитная энергия контура;

- магнитный поток контура либо катушки;

- индуктивность контура либо катушки.

Магнитная энергия системы из двух контуров:

Р асчёт проводится методом, основанным на применении энергетической формулы для электромагнитной силы.

Направление силы таково, что она стремится втянуть проводник в паз. ,

Где – магнитная энергия контура,

– индуктивность,

– проводимость, так как магнитная система ненасыщенна, то учитывается только проводимость воздушного зазора.

Так как W=1, то