I. Рабочая программа и методические указания Раздел 1. Общие сведения Тема 1. Электродинамическая стойкость аппаратов

[1], c. 31-41, 42-46, 48-57

Методы расчета электродинамических усилий. Силы между параллельными проводниками; силы взаимодействия между двумя круговыми витками, расположенными соосно; силы, разрывающие круговой виток; силы взаимодействия между двумя цилиндрическими катушками, расположенными рядом; силы втягивания дуги в стальную решетку. Электродинамические усилия в однофазных и трехфазных цепях на переменном токе при симметричном токе К.З. и при наличии апериодической составляющей тока. Электродинамическая стойкость. Механический резонанс.

Методические указания

Студент должен хорошо знать два метода расчета электродинамических сил: метод, в котором сила определяется с помощью закона Био-Савара-Лапласа, и метод, основанный на энергетическом балансе системы. Необходимо помнить основные формулы этих двух методов.

По литературным данным студент должен уметь рассчитывать силу взаимодействия между параллельными проводниками с учетом размеров их поперечных сечений между двумя круговыми витками, расположенными соосно; силу взаимодействия между двумя цилиндрическими катушками, расположенными рядом; силы втягивания дуги в стальную решетку. Студент должен разобраться в расчете электродинамических сил однофазных и трехфазных цепей переменного тока, особенно при наличии апериодической составляющей тока. Усвоить понятие ударного коэффициента и электродинамической стойкости, а также иметь понятие о механическом резонансе.

Вопросы для самопроверки и примеры

1. Опишите метод расчета электродинамического усилия с использованием закона Био-Савара-Лапласа ([1], c. 31-33). Определите силу взаимодействия между двумя бесконечно тонкими проводниками с током 20 кА длиной 1 м, расположенными параллельно на расстоянии 0,1м ([1], с. 36).

2. Определите силу взаимодействия между двумя шинами прямоугольного сечения с учетом размеров поперечного сечения ([1], с. 38). Ширина сечения 2 см, высота 10 см. Расстояние между осями 5 см, ток через каждую шину 3000 ампер, длина шин 1 м.

3. Опишите метод расчета электродинамических сил, основанный на использовании энергетического баланса ([1], c. 33-34). Определите силу, разрывающую круговой виток круглого сечения. По витку протекает ток 10,0 кА. Средний диаметр витка 5 см, диаметр поперечного сечения витка 0,5 см ([1], с. 43-44).

4. Определите силу взаимодействия между двумя одинаковыми круговыми витками, расположенными соосно ([1], с. 45). Расстояние между витками 10 см, диаметр каждого из витков 20 см. Ток в каждом из витков 10,00 кА. Покажите направление силы взаимодействия ([1], с. 43).

5. Определите силу взаимодействия между двумя цилиндрическими катушками, расположенными рядом ([1], с. 45). Высота каждой катушки 10 см, средний диаметр 20 см, расстояние между осями катушек 30 см. Число витков одной катушки – 1000, другой – 2000. Ток первой катушки 100 А, второй – 50 А.

6. Построить кривую изменения силы втягивания в стальную решетку с симметричными пазами клиновидного сечения в зависимости от положения дуги в решетке ([1], с. 47). Ширина симметричного паза на входе 5 см, длина паза (ход дуги) 7 см. Толщина решетки (активная длина дуги) – 10 см. Ток дуги – 300 ампер. Магнитным сопротивлением стали пластин, рассеянием и выпучиванием магнитного потока можно пренебречь.

7. Определите амплитуду, среднее значение силы и нарисуйте осциллограмму изменения силы взаимодействия между двумя проводниками, по которым перетекает переменный ток промышленной частоты ([1], с. 49-50). Амплитудное значение тока 100.0 А, расстояние между проводниками 5 см, длина 1 м.

8. Рассчитайте наибольшее значение силы взаимодействия двух параллельных шин длиной 1 м, расположенных на расстоянии 5 см, друг от друга, при включении их в цепь переменного тока промышленной частоты на существующее короткое замыкание ([1], с. 50-52). Амплитудное значение тока короткого замыкания 10,0 кА.

9. Определить амплитуду силы, действующей в трехфазной сети на средний провод (три провода расположены на расстоянии 10 см друг от друга в одной плоскости). Амплитуда тока 1000 А. Длина проводов 5 м. Размеры поперечного сечения проводов можно не учитывать ([1], c. 50-52). Апериодической составляющей нет.

10. Определить максимально возможную амплитуду силы, действующей на провод средней фазы трехфазной сети при включении ее на короткое замыкание. Три провода находятся в одной плоскости, расстояние между ними 10 см, длина проводов 5 м. Амплитуда периодической составляющей трехфазного тока короткого замыкания 10,0 кА. Размеры поперечного сечения проводов можно не учитывать ([1], c. 54-55). Апериодическая составляющая есть. K_d=1,8.

11. Что такое электродинамическая стойкость и механический резонанс? ([1], c. 31, 55).