Вопросы для самоконтроля и задания

1.Сформулируйте теорему Кольрауша.

2.Из каких законов выводится уравнение Хольма – Кольрауша?

3.Как связаны между собой превышение температуры контактной плоскости над температурой границы зоны стягивания и падение напряжения на контакте?

4.Почему при достижении напряжения рекристаллизации на контакте его переходное сопротивление уменьшается?

4.16.Сваривание электрических контактов

Использование контактов в режиме, когда падение напряжения на

контакте Uк не превосходит напряжения рекристаллизации U р , возможно

лишь в слаботочных аппаратах. В аппаратах, рассчитанных на режим короткого замыкания, где токи могут возрастать в десятки раз, условие Uк <U p уже выполняться не будет. При коротком замыкании даже условие

Uк <Uпл может не выполняться. Ведь чтобы эти условия выполнить,

необходимо значительно увеличить силу сжатия контактов, что значительно ускорит их износ. Поэтому в таких аппаратах не исключается расплавление

где удельное электрическое сопротивление ρ и теплоёмкость λ соответствуют температуре плавления материала, а радиус контактной

где p − сила сжатия контактов, Н; Kˆ − эмпирический коэффициент, для медных и латунных контактов он лежит в интервале (1000 ÷ 2000) АН .

Однако в действительности сваривание может происходить при значительно меньших токах по сравнению с токами, вычисленными по (4.70). Это связано с появлением площадок схватывания и явлением холодной

101

сварки. В связи с этим привод контактов рассчитывается так, чтобы при схватывании он обеспечил разрыв контактов.

Кроме всего прочего на проблему сваривания контактов влияют электродинамические силы – контурные силы и силы Двайта. Контурные силы pк – это силы взаимодействия элементов контура тока контактной

системы. А силы Двайта p Д обусловлены явлением стягивания линий тока к

α-пятну, и они всегда отталкивают один контакт от другого. На контакт радиуса r , мм, действует сила Двайта

Коммутационное устройство режущего типа (рис. 4.13) работает следующим образом. Электроды 1 и 6 размещены в углублениях изоляционных пластин 3 и 5, между которыми расположена изоляционная пластина 4 с отверстием 2. Жидкий металл заполняет углубления в пластинах 3 и 5 и отверстие 2. Когда отверстие 2 расположено между углублениями пластин 3 и 5, цепь электродов замкнута. При перемещении пластины 4 в крайнее правое (левое) положение отверстие с заполняющим его металлом

102

находится между изоляционными пластинами, электрическая цепь разрывается.

Электромагнитный ртутный контактор (рис. 4.13) имеет корпус 1, разделенный изоляционной перегородкой 2. В него заливается жидкий металл 3, на поверхности которого плавают полые ферромагнитные плунжеры 4. При подаче напряжения на катушку 5 плунжеры 4 погружаются в жидкий металл, который поднимается вверх и через отверстие 6 замыкает электрическую цепь между точками a и b. Разрыв цепи происходит при снятии напряжения с катушки.

Жидкометаллический коммутационный аппарат «пережимного» типа (рис. 4.15) состоит из: 1 и 4 – электроды; 2 – эластичная оболочка; 3 – подвижный пережимной элемент; 5 – упор; 6 – жидкий металл. Коммутация осуществляется путем пережима оболочки с жидким

Применение жидких металлов (галлий, его сплав с индием и оловом) в качестве контактных элементов позволяет устранить их электрический износ и не требует создания обычной для контактных аппаратов силы нажатия. Однако работа по созданию подвижного жидкометаллического элемента с меньшей химической активностью при контакте с металлом и воздухом ещё достаточно актуальна. Также существует серьёзная проблема борьбы с электродинамическим отбросом при токах короткого замыкания в жидкометаллических контактах.

Вопросы для самоконтроля и задания

1.Как вычислить минимальный ток плавления и ток сваривания?

2.Какие силы следует учитывать при конструировании контактов?

3.Напишите формулу для определения силы Двайта.

4.В чём главное преимущество жидкометаллических контактов?

5.Как работает электромагнитный ртутный контактор?

6.Объясните принцип работы коммутатора режущего типа.

7.Объясните принцип работы коммутатора пережимного типа.

103

Глава 5. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

При коротком замыкании токи в электрических цепях возрастают в десятки раз, а силы магнитного взаимодействия между отдельными токоведущими частями электрических аппаратов – в сотни раз. Эти силы стремятся деформировать (или даже разорвать) как проводники, так и изоляторы, на которых они крепятся.

При конструировании электрических аппаратов следует учитывать эти силы. Их называют электродинамическими усилиями (ЭДУ) [3, с. 4]. Свойство электрического аппарата противостоять ЭДУ, возникающим при коротком замыкании, называется его электродинамической стойкостью. Ниже рассмотрим основные методы расчёта ЭДУ и их практическое применение для различных конструкций электрических аппаратов.

определяется из закона Ампера, который в дифференциальной форме имеет следующий вид [9, с. 141]:

произведенияС. Если проводник имеет длину l, а магнитное поле однородно, то модуль силы Ампера с учётом (4.9) равен

1Жан-Батист Био (Jean-Baptiste Biot; 1774 –1862) — знаменитый французский учёный, физик, геодезист и астроном, член Парижской академии наук (1803).

2Феликс Савар (Félix Savart, 1791 – 1841) — был врачом в Страсбурге (1816), затем преподаватель физики в одном частном учебном заведении в Париже. Хотя он и не был великим ученым, но благодаря своим исследованиям оставил в науке своё имя.

3Пьер-Симон Лаплас (Pierre-Simon de Laplace; 1749 – 1827) — выдающийся французский математик, физик и астроном. Лаплас состоял членом шести Академий наук и Королевских обществ, в том числе Петербургской академии (1802). Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

104

где α − угол между вектором B и направлением тока в проводнике.

Исходя из закона Био – Савара – Лапласа [9, с. 143], вектор магнитной индукции, создаваемый элементом длины проводника dl , по которому течёт

магнитной энергии dWм равно работе магнитной силы Fм по перемещению тела на расстояние dx в направлении этой силы, т.е. dWм = Fмdx . Откуда эта

Вопросы для самоконтроля и задания

самом общем случае?

3.Как определить модуль вектора магнитной индукции B и его направление для прямолинейного проводника с током бесконечной длины?

105