Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Туровский Я. Техническая электродинамика

.pdf
Скачиваний:
100
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
16.82 Mб
Скачать

При

k^d >

2 можно

принять

sh k2d

ch k2d ^>

eKd

, т. е.

I ch a2 d \ ^

 

e M . Следовательно, / з ш ^

>JsU , когда е м

< 2 с ' и

ktd<la2c'

**2,Ь

+-3,0.

 

Хотя

действительная

граница между двумя средами

выражена менее отчетливо, чем предполагалось

при вы­

воде этих зависимостей, из (6-67) можно сделать важ­ ный практический вывод, заключающийся в том, что до сих пор, пока толщина слоя, нагретого до температуры выше точки Кюри, меньше двух эквивалентных глубин проникновения волны б2=б8оо°с (точнее Й<бг1п2с'), наибольшая плотность, а следовательно, и наибольшее количество выделенного тепла концентрируются не на поверхности закаливаемого изделия, а на границе меж­ ду нагретым и холодным слоями. Это позволяет избе­ жать пережигания поверхностного слоя даже при силь­

ных полях.

 

 

 

Из анализа

(2-94) и

(2-98)

 

 

 

 

со

о =

т/2/(шцу)

и H, =

^=r^e~tt'du

 

 

 

и

вытекает [Л. 4-2], что в начале нагрева тепловая волна проникает в металл на глубину, почти в 100 раз мень­ шую, чем электрическая волна. Глубина проникновения тепловой волны, на которой амплитуда тепловой волны уменьшается в е раз, составляет в сантиметрах:

 

для

меди

«

0,7 l/t:

1

 

 

 

 

 

_

(6-68)

 

для

стали 8 r F e

=

(0,l

• 0,3)|/"f ,

(

где

i — время

распространения

волны в секундах (боль­

шие

значения

относятся

к

худшим сортам

стали).

6-9. КОРОТКИЕ СЕТИ

В электротермии, в мощных трансформаторах энерге­ тических распределительных станций и т. п. одним из основных вопросов является расчет сопротивления ко­ ротких сетей, несущих большие токи, и их воздействия на стальные элементы конструкции.

340

С о п р о т и в л е н и я . Активное сопротивление корот­ ких сетей при переменном токе рассчитывают по фор­ муле

£'пер = knkzRn0CT,

(6-69)

где Рпост — сопротивление при постоянном токе; kn коэффициент вытеснения тока (рис. 6-16—6-18); / — ча­ стота тока; #ioo — активное сопротивление проводника длиной 100 мм при по-

стоянном

токе;

kz

— ко­

 

Л

 

 

эффициент увеличения со­

 

 

 

 

противления

в

результате

ив

 

 

 

эффекта

близости

(рис.

 

 

 

6-19—6-21).

 

 

 

 

 

 

 

Индуктивность

 

двух

 

 

 

 

 

 

 

 

проводников,

по

которым

1,2

 

 

 

протекают противополож­

ко

 

 

 

но направленные

токи, и

о

too

zoo

300

трех проводников

с трех­

Рис. 6-16, Коэффициент

вытес­

фазным

током

тем

мень­

нения

тока

kn круглого про­

ше, чем

ближе

они

распо­

водника [Л.

10-3].

 

ложены друг к другу. Ин­ дуктивность контура, состоящего из параллельных

проводников, несущих одинаковые токи, может быть уменьшена путем увеличения расстояния между отдель­ ными проводниками. Индуктивность одного проводника

2,0.

Рис. 6-17. Коэффициент вытеснения тока kn трубчатого проводника [Л. 10-3].

341

длиной / и с эквивалентным радиусом г

выражается

формулой [Л. 6-3]

 

* = - * К " ^ - ' ) - Н г ]

(6-70)

где ц— магнитная проницаемость материала проводни­ ка; в случае круглого проводника с действительным ра­ диусом R принимаем r^0J8R, а в случае прямоуголь­ ного сечения rza0,22(b + h).

100 200 300

Ш

500

600

700 800

Рис. 6-18. Коэффициент вытеснения тока kn прямо­ угольного проводника [Л. 10-3].

Взаимная индуктивность М двух параллельных про­ водников, расположенных друг от друга на расстоянии

^ = i ^ o ( l n ^ - l ) .

(6-71)

При несимметричной системе трехфазных проводни­ ков имеем ОыфЬъзФОы. При равномерной транспози­ ции можно принять среднее значение

М =4-(Ж12 + Mi3 + Mtl) = -Lъ(]п

- l ) ,

где iy =

VDltDuDn.

 

342

П е р е р а с п р е д е л е н и е

м о щ н о с т и .

В резуль­

тате

неравенства взаимных

индуктивностей

отдельных

фаз

12фМ23=^=М31),

в случае несимметричного рас­

положения шин (рис. 4-31,а) появляется передача мощ­ ности от одной из крайний фаз (так называемой «мерт­ вой») во вторую крайнюю фазу (называемую иногда «дикой» фазой).

Рис.

6-19.

Коэффициент близости прямоугольных

шин

kz

[Л.

10-3].

343

Индуктивность L и активное сопротивление R отдель­ ных фаз (вместе с приемником и питающим трансфор­ матором) обычно для всех фаз одинаковы. Следователь­

но, для напряжений отдельных фаз имеем уравнения:

U,=(R

 

+

j«L)/,

+ juMj,

 

+

jnMjs

 

)

O^iR

 

+ WL

 

+ ivMj^imMJt

 

(6-72)

U3

=

(R - f jmL) /, +

jmMJ1

 

+ /со/И,J'2 .

J

Если токи в шинах образуют трехфазную

симметрич­

ную систему,

то

 

 

и

а

 

= -

1

 

 

 

 

 

+

/ j

 

/ 3

 

 

112 -f-

 

 

/2 =

asix,

=

я/,,

где

а —

 

 

 

 

/3/2

 

 

2

 

 

 

/2 - УУЗ/2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая,

что

Mik=Mu

 

и

а 3 :

 

 

можно систему на-

пряжений представить

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

# . = [ Я + i < * (*< +

я 2

м 1

2 +

 

 

/',;

(6-73)

f>s =

^

+

i<»^ +

a 2

A l 3 1

+ a M

2 S ) ] / s

.

l>, =

[R +

/«, (L +

a2M2t

+

а/И

1 2 )] / 2

;

 

В случае симметричного распределения проводников или при транспозиции проводников линии с равными

расстояниями можно

при­

нять

M&=M23=M3i=M,

и

все

три

напряжения

полу­

чаются

равными.

 

 

ZOO

600

О

100

200

300

 

 

 

Рис. 6-20.

Коэффициент

близости

Рис.

6-21.

Коэффициент

круглых

шин [Л. 10-3].

 

близости трубчатых

шин

 

 

 

[Л. 10-3].

 

 

344

В несимметричной системе (рис. 4-31,а) имеем

Ма=

= М2 3 >Мз1Вводя обозначения Mi2 = M23 = M и

Af3 i =

= M~2N, (6-73) можно представить в виде

 

(У, =

[(R + coiV|A3) -'г /со { L

- M + N)]

=

+

Ж ) ] / , ;

(6-74)

О, = [(R -

юЛГКЗ) + /со (L -

М + Ы)\ Д.

Из этих уравнений следует, что при симметричных токах падения напряжений на отдельных фазах не оди­ наковые. Поэтому если приемник симметричный, а его сопротивления соизмеримы с сопротивлениями линии, то с целью получения симметричной системы токов следует подвести в начале линии несимметричную систему фаз­ ных напряжений, и наоборот: при симметричной систе­

ме

фазных напряжений в начале линии система

токов

не

будет симметричной.

 

 

Из (6-74) вытекает, что результирующее активное

сопротивление первой фазы больше, а третьей

фазы

меньше действительного активного сопротивления R на

CDJV

" j / З . Активная мощность, соответствующая

этому

превышению, переносится из третьей фазы в первую за счет трансформаторной связи, появившейся в результа­ те асимметрии линии. Чем больше мощность установки,

тем

меньше

обычно симметричное

сопротивление сети,

и, следовательно, тем больше доля

переносимой

мощно­

сти

между

фазами и тем больше

асимметрия

нагрузки

фаз.

 

 

 

 

Явление

это необходимо учитывать при проектиро­

вании коротких сетей с большими токами. При несим­

метричной системе, как

на рис. 4-31,а, добавочное со­

противление асимметрии

выражается

формулой [Л. 6-3]

 

 

/?'=mJVVr 3=l,2l ie /a>/4«.

(6-74а)

 

Например, для

металлургической

печи

мощностью

7,5 M B - А с током 40 000 А, частотой 50 Гц при токопод-

водящих

проводах

длиной 10 м мощность, переносимая

из

одной

крайней

фазы

в другую, при симметрии токов

составляет:

 

 

 

 

 

 

P'==/?'/" = l,2l£!.7m/»

=

 

=

1,2 4п-10-? .10.314-400002 = 605-105 Вт =

605 кВт.

 

 

 

 

 

 

345

1,0

 

 

 

 

 

 

Т о к и , и н д у к т и р о ­

 

 

 

 

 

 

в а н н ы е в с т а л ь н ы х

0,8

 

 

 

 

 

с т е н к а х

[Л.

 

4-2].

Как

 

 

 

2

 

при индукционном

нагре­

0,6

 

 

 

 

 

V

 

I —

 

ве, так и при проектиро­

 

 

 

 

 

 

вании

 

шинных

соедине­

 

 

 

 

 

 

ний

необходимо

 

знать

 

£_

 

 

 

распределение

индуктиро­

 

 

 

 

ванных

вихревых

токов

в

0,2

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

расположенных

 

 

вблизи

 

 

 

 

 

 

шин массивных

металли­

 

 

 

 

 

 

ческих

 

поверхностях.

В

 

 

 

 

 

 

случае

 

бесконечно

длин­

Рис. 6-22. Распределение поверх­

ной уединенной

шины от­

ностной плотности тока в беско­

ношение

плотности

тока

нечной

металлической

поверхно­

в

плите

к плотности

тока

сти, над

которой

на

расстоянии

a = const расположена

лента

с то­

в шине можно

определить

ком различной ширины 2g [Л. 4-2].

поформуле

из

[Л.

4-2]:

 

 

 

J х,действ

l^s/ . s,действв

 

 

 

 

 

 

 

 

(6-75

где / ж , Д

е й с т в плотность

тока

в

плите;

 

^ . д е й с т в

=

= Is/(2g8s)

—плотность

тока

в шине при допущении, что

толщина

шины

равна эквивалентной

глубине

 

проникно-

0,8 '(H)

a/g=0,2S;c/g =0,25

 

/

 

0,6

I—

 

о,*

X

1

 

s. t;1

0,2.

9,25

1;

Рис. 6-23. Распределение

поверхностной плотности тока

в массивной плите при двух токоведущих лентах, распо­ ложенных друг возле друга на расстоянии а от плиты, с токами противоположного знака (Л. 4-2].

346

вения

волны 6S = V 2/(o>nw*) (2-94);

h — ток в шине;

F=(a/g,

x/g)—функция

геометрических пропорций си­

стемы

(рис. 6-22).

 

 

Согласно [Л. 4-2],

если ширина

ленты превышает

в 8—10 раз расстояния ленты от плиты, почти весь ток

сосредоточивается в части

^

 

 

 

 

 

 

 

 

плиты,

 

расположенной

' 1

 

 

 

 

 

 

 

 

под

токоведущей

лентой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная

плотность

 

вих­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ревых токов в плите

мало

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отличается

при

этом

от

 

 

 

 

 

 

 

 

 

линейной

плотности

 

тока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

ленте.

На

основании

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 6-22 можно, поль­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зуясь принципом

наложе­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния,

определить

распре­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деления

плотностей

 

тока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

двух

лент,

несущих

 

оди­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наковые

токи

в

противо­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

положных

направлениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 6-23 и 6-24).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

[Л. 6-7] были приве­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дены

эмпирические

фор­

Рис. 6-24. Распределение поверх­

мулы для потерь

мощно­

ностной

плотности

тока

в

мас­

сти в массивной

стальной

сивной

плите

при

двух

лентах,

плите,

вызванные

уеди­

расположенных

одна над

другой,

с токами противоположного знака

ненной шиной, параллель­

[Л.

4-2].

 

 

 

 

 

 

 

ной плите, и несущей

ток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частотой 60 Гц. Формулы эти после их пересчета

на ме­

трическую систему дают потери мощности

в

ваттах

на

метр (вдоль шины) в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р = 1 1 9 / 1 ' 9

при расстоянии

от плиты 8,5 см; \

 

 

•Р =

 

111/ 1 , 8 4 при расстоянии

от

плиты

17,4

см; I

(6-76)

Р =

95,5/1 -8

при

расстоянии

от

плиты

38,8

см. I

 

 

В случае, когда стальная плита экранировалась алю­ миниевым листом толщиной 6,4 мм, потери мощности при частоте 60 Гц в ваттах на метр составляли:

Р =

13,4/2 '0 3

при расстоянии

от

плиты

 

8,5 см;

 

Р =

11 , б / 2 ' 0 3

при расстоянии

от

плиты

9,8 см;

(6-77)

Р — 6,7/1 '9 8

при расстоянии

от

плиты

22,5 см.

 

347

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ТЕЛАХ

7-1. АППРОКСИМАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАМАГНИЧИВАНИЯ

А п п р о к с и м а ц и е й кривой

намагничивания

называют

аналитическое приближение

характеристики

намагничи­

вания, найденной эмпирически. Так как кривая, снятая экспериментально, содержит всегда конечное число то­ чек, ее аппроксимация всегда связана с вопросом интер­ поляции. При этом можно пользоваться известной интер­

поляционной формулой Лагранжа, но более

удобной

является

интерполяционная

формула

Ньютона

[Л. 7-1]:

У (•*) — Уа +

Д(/о {х - х0)

+

Д2 у0 (х -

х0){х

-

 

+...

 

••• + Д Х

С* -

— хЛ ... (х -

*„_,),

 

(7-1)

где 0, г/о), и

у{),

2, у2)

 

п,

уп) — координаты

заданных точек, тогда как соответствующие

разности

tyi

=

+1— Уг)/(^г + г X*)

(/ =

0, 1, ..., П — 1);

А2Уг =(Дг/г -+ 1

~ АУг)1(Хг+1

-

Xt) (i =

0, 1,

 

п — 2)\

Если, например, для кривой магнитной

проницаемо­

сти конструкционной

стали

(кривая 3, рис. 1-19)

извест­

ны четыре точки: 0

— 0,2Т,

дог=640), (Bi = 0,5r, р,1 г =

= 950),

(02=0,8 7\ ц 2 г = 1 0 6 0 ) ,

( В 3 = 1 , 4 Г ,

^ = 5 0 0 ) , то

составляя

таблицу

0,2

 

640

 

 

 

 

 

Уо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДУо

 

0,5

 

950

1 033

— 1110

*)

Ух

Д2</о

 

 

 

 

 

д ч =

 

 

1 060

367

-

1 445

%%

У2

Д2 #,

0,8

 

 

 

 

Д(/2

 

 

 

 

— 934

 

 

 

 

Уз

 

 

1,4

 

500

 

 

 

 

получаем многочлен (7-1)

 

 

 

 

 

 

 

ц г ( 5 ) = 6 4 0 + 1 033(5—0,2) — 1 110(5—0,2) (В—0,5) +

 

 

+ 279(В—0,2) —0,5) (5—0,8)

=

 

 

 

= 279(1,95 + 4,925—2, 48В2 —В3 ).

 

(7-2)

348

Таким образом, мы получим

параболическое прибли­

жение с помощью

многочлена

n-й

степени

у(х)=ао

+

+ aix+ ...

пхп.

 

1) каждую функ­

Согласно

теореме Вейерштрасса:

цию пространства

С < а , Ь> можно в интервале < а ,

Ь>

аппроксимировать

с помощью алгебраических

многочле­

нов; 2) каждую непрерывную функцию с периодом 2я можно аппроксимировать с любой точностью с помощью тригонометрических многочленов [Л. 7-1].

К функции, аппроксимирующей характеристику на­ магничивания, представляются следующие требования: она должна давать возможно более точное приближе­ ние; в случае, когда функция используется в операциях дифференцирования, ее производная dy/dx = f(x) также должна быть возможно более точным приближением; функция эта не должна приводить к слишком сложным расчетам и формулам; функция не должна содержать слишком большого количества постоянных.

В соответствии с этими указаниями на практике ча­ сто отказываются от точных приближений, использую­ щих сложные многочлены, в пользу более простых функ­ ций, точность и математическая форма которых зависят от определенных требований и расчетных возможностей. Так, например, в пределах индукций 0—1 Т для конст­ рукционной стали можно получить лучшую и более удоб­

ную

аппроксимацию ввиде

[ir{B) = l 100sin(1,965 + 0,2),

чем с помощью многочлена

(7-2).

В

теории электрических

машин применяют иногда

так называемую «нормальную» характеристику намагни­ чивания (табл. 7-1), являющуюся некоторой средней кривой многих действительных характеристик. Ее выра­ жают в относительных единицах, причем за единицу э. д. с. принимают номинальное напряжение, а за еди­

ницу тока — соответствующий

этому значению намагни-

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

7-1

„Нормальная"

характеристика намагничивания

E = f(i)

и ее

производная dE/di

= f (i)

[Л. 7-5]

 

 

 

 

 

 

0

0,5

1,0

1.5

2,0

2,5

3,0

3,5

Е

0

0,58

1,0

1,2

1,3

1,4

1,45

1,5

dE/di

1,22

1,044

0,616

0,248

0,187

0,15

0,11

 

 

 

 

 

 

 

 

349

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ