Эду в электрическом контакте.

В эл.контакте при переходе тока из одного полуконтакта в другой происходит резкое искривление линий тока – они стягиваются к небольшой площадке контактирования. Ток, взаимодействуя с индукцией, создает усилие, имеющее продольную и поперечную составляющие.

Продольная составляющая стремиться разомкнуть контакты и направлена в сторону большого сечения.

При номинальном токе сила отброса контактов невелика. При токе К3, эта сила, пропорциональна квадрату тока, достигает больших значений. Для того, чтобы при токах К3 один контакт не отбрасывался от другого и не сваривались, контактное нажатие должно быть больше силы отброса при ударном значении тока, что достигается применением соответствующих контактных пружин.

Силы втягивания дуги в стальную решетку

При приближении проводника с током к ферромагнитной стенке магнитная проводимость, а следовательно, и магнитный поток увеличиваются. Эл.магнитная энергия системы возрастает .

На проводник действует усилие, притягивающее его к стенке

Аналогичные силы возникают между эл.дугой и ферромагнитными пластичными дугогасительной решетки. Эти силы затягивают дугу на пластины, что обеспечивает ее гашение за счет интенсивного отвода тепла в пластины.

ЭДУ при переменном токе.

Обобщенную зависимость от тока для ЭДУ можно представить в виде , если i₁=i₂, то , где к – коэффициент контура.

Пусть ток не имеет апериодической составляющей и изменяется по закону

При одинаковом направлении тока проводники притягиваются с усилием:

где Р_m= - максимальное значение силы. Таким образом, усилие имеет постоянную составляющую и переменную составляющую двойной частоты (рис.1)

Рисунок 1. ЭДУ при синусоидальном токе.

Среднее значение усилия за период Т

где I – действующее значение тока.

В однофазной системе произведение токов взаимодействующих проводников не меняет знака. Поэтому изменение усилий во времени при переменном токе в однофазной цепи происходит без изменения своего знака. Если имеется апериодическая составляющая, то результирующий ток в цепи изменяется по закону . Через время ток в цепи достигает наибольшего значения, которое называется ударным

,

где к_уд – ударный коэффициент

При наличии апериодической составляющей тока, ЭДУ изменяется по закону.

Наибольшее значение принимает в момент , которое равно . Для трехфазной системы характерным является изменение знака ЭДУ.

Если проводники трехфазной системы расположены в одной плоскости, то максимальная сила действует на среднюю фазу.

1.4 Нагрев эл.аппаратов

Общие сведения

При повышении температуры происходит ускоренное старение изоляции проводников и уменьшение их механической прочности. Например, срок службы изоляции при возрастании длительной температуры всего лишь на 8^°С выше номинальной сокращается в 2 раза.

При увеличении температуры от 100° до 250°С механическая прочность меди снижается на 40 %. Эти процессы осложняются тем, что при К3, когда температура может достигнуть 200-300°С, на токоведущие детали воздействуют большие ЭДУ. Поэтому во всех возможных режимах работы температура изоляции и токоведущих частей не должна превосходить допустимых значений.

Тепловое расширение используется в эл.тепловых реле.

Второе направление использование тепловых явлений в аппаратах это перегорание плавкой вставки предохранителя при определенном значении тока.

Без образования дуги в контактных коммутационных аппаратах нельзя отключить цепь постоянного тока. Иначе возникли бы недопустимо высокие перенапряжения, которые постоянно пробивали бы изоляцию цепи. Дуга преобразует запасенную в цепи эл.магнитную энергию в тепловую, рассеиваемую в окружающую среду.

В аппаратах переменного тока эл.дуга также играет положительную роль: она создает токопроводящую связь в цепи от момента размыкания контактов до перехода тока через нуль. Эл.магнитная энергия цепи становится равной нулю и создается благоприятные условия отключения тока.

Активные потери энергии в аппаратах.

Потери в токоведущих частях. В аппаратах постоянного тока нагрев происходит за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи. Энергия, выделяющая в проводнике , где i – ток в цепи; R – активное сопротивление проводника; t – длительность протекания тока.

Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из–за поверхностного эффекта и эффекта близости.

При переменном токе R_~=R_К_доб, где R_ - сопротивление при постоянном токе; К_доб – коэффициент добавочных потерь, вызванных поверхностным эффектом и эффектом близости.

Поверхностный эффект. Переменный ток проводника, создает переменное магнитное поле, которое наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС вытесняет ток к поверхности проводника, в результате наибольшая плотность тока наблюдается на поверхности проводника. Внутренняя часть проводника большого сечения не используется. Чем больше частота тока и меньше удельное сопротивление проводника, тем больше коэффициент добавочных потерь К_п, обусловленных поверхностным эффектом.

Эффект близости. Магнитное поле соседнего проводника наводит в нем ЭДС, в результате ток по сечению распределяется неравномерно. Коэффициент близости К_δ зависит от формы, взаимного расположения проводников и направления токов них. Коэффициент добавочных потерь К_доб.=К_п*К_δ.

В проводниках из ферромагнитного материала (сталь) поверхностный эффект резко увеличивается. Поэтому такие материалы редко применяются для изготовления токоведущих элементов.

Потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях.

Переменный магнитный поток наводит в них вихревые токи, которые могут нагреть детали до высоких температур. Кроме потерь от вихревых токов возникает дополнительные потери на перемагничивание материала за счет гистерезиса. Для уменьшения потерь в магнитопроводах они выполняются шихтованными из листов эл.технической стали толщиной 0,2÷0,5 мм, тщательно изолированных друг от друга. Для уменьшения потерь в массивных ферромагнитных деталях применяют ряд специальных мер.

Способность аппарата выдерживать кратковременное тепловое действие тока К3 без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью. Термическая стойкость характеризуется током термической стойкости.

Поскольку ток термической стойкости зависит от длительности его прохождения, термическая стойкость относится к определенному времени, обычно 1; 3; 5 и 10 с в зависимости от параметров аппарата. Связь между токами термической стойкости для различных времен выражается равенством