- •Введение
- •1. Роль тепловых явлений в ЭА. Допустимые температуры нагрева.
- •8. Методы решения задач конвективного теплообмена. Теория подобия и критерии подобия в задачах конвективного теплообмена.
- •9. Закономерности теплового излучения.
- •1. Закономерности нестационарного нагрева однородного проводника.
- •3. Нагрев токоведущих систем токами короткого замыкания.
- •4. Термическая стойкость токоведущих систем ЭА.
- •1. Модели стационарных задач нагрева однородного проводника.
- •2. Нагрев плоского изолированного проводника (задача о теплопроводности плоской стенки).
- •3. Задача теплопроводности цилиндрической тепловой стенки.
- •4. Стержневой радиатор: нагрев однородного проводника сосредоточенным источником тепловых потерь.
- •5. Тепловые процессы в цилиндрическом однородном проводнике с внутренним источником тепловых потерь (нагрев катушек).
- •6. Намагничивающие катушки электромагнитных механизмов постоянного тока.
- •Тема 4. Магнитные цепи ЭА.
- •1. Электромагнитный механизм. Основные понятия и определения.
- •2. Основные методы и задачи расчёта магнитных систем.
- •4. Инженерные методы расчёта магнитных проводимостей воздушных зазоров.
- •6. Магнитные сопротивления участков магнитной системы из ферромагнитного материала.
- •7. Классификация магнитных систем.
- •8. Основные дифференциальные уравнения МС.
- •9. Распределение магнитного потока и магнитного напряжения в линейной системе при односторонних нагрузках.
- •12. Инженерные методы расчёта магнитных цепей.
- •1. Рабочий цикл электромагнитного механизма.
- •2. Энергетический баланс электромагнитного механизма постоянного тока.
- •4. Потокосцепление в МС.
- •6. Формула Максвелла.
- •9. Динамические характеристики ЭММ постоянного тока. Время движения.
- •1. Особенности электромагнитных процессов в ЭММ переменного тока.
- •2. Способы снижения пульсации силы.
- •3. Электромагнитное экранирование. Магнитные сопротивления, вносимые экраном в магнитную цепь.
- •4. Особенности расчёта магнитных систем переменного тока.
- •5. Векторная диаграмма МС переменного тока.
- •6. Электрические параметры МС переменного тока. Полная векторная диаграмма МС.
- •1. Магнитные цепи с постоянными магнитами.
- •3. Принцип действия и типы поляризованных механизмов.
- •4. Тяговые характеристики поляризованных ЭММ.
- •1. Основные уравнения электромагнитного поля. Общая характеристика методов решения уравнений поля.
- •3. Квазипотенциальные магнитные поля.
- •5. Основные положения расчёта магнитных полей методом конечных элементов.
- •1. Методы определения величины и направления сил.
- •2. Электродинамические силы взаимодействия двух отрезков с током, расположенных произвольно в одной плоскости.
- •3. Графо-аналитический метод построения эпюры сил. Определение точки приложения равнодействующей.
- •6. Расчёт ЭДУ энергетическим методом.
- •7. ЭДУ в однофазной цепи переменного тока.
- •8. ЭДУ в цепях трёхфазного тока.
- •9. Понятие электродинамической стойкости.
- •10. Индукционно-динамические силы в ЭА.
- •4. Основные закономерности переходного контактного сопротивления.
- •5. Нагрев контактов. Температура контактных площадок.
- •6. Контактное нажатие.
- •2. Основные процессы в газах.
- •3. Распространение упругих возмущений в газах.
- •4. Основные законы движения газовых потоков.
- •5. Уравнение Бернулли для адиабатных потоков.
- •6. Основные закономерности газовых потоков в адиабатных условиях.
- •1. Роль дуги в коммутации электрических цепей.
- •3. Низкотемпературная плазма. Элементарные процессы в плазме. Свойства плазмы.
- •5. Стационарная дуга в неподвижной среде. Статические вольт-амперные характеристики дуги.
- •6. Модели динамической дуги. Динамические вольт-амперные характеристики дуги.
- •7. Электродуговое размыкание электрической цепи постоянного тока.
- •8. Устойчивость дуги в цепи постоянного тока.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U&δ |
|
= Φδ |
Rδ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U&э =U&эр +U&эа ; U&с =U&ср +U&са |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
= |
|
|
2U&э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Φнэ |
|
|
Rδ′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
Õ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
= Φ Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R = Z cos Θ ; |
X = Z sin Θ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
§6. Электрические параметры МС переменного тока. Полная векторная диаграмма МС. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fð |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z Q |
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
à |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2U эл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wк = ωΦ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Φр = Φcos Θ; Φa |
|
= Φsin Θ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
E |
|
|
= |
ω |
w |
Φ |
|
= |
ω |
w |
Φcos Θ = |
ω |
w |
|
|
|
2Iw |
|
cos Θ = |
Iw2ωR |
= |
Iw2ωR |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Z |
к |
к |
R2 |
к |
||||||||||||||||||||
|
р |
|
2 к |
|
р |
|
2 к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
Z 2 |
|
+ X 2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xк |
|
= |
|
w2ωR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ X 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
E |
|
= |
ω |
w |
Φ |
|
= |
ω |
w |
Φsin |
Θ = |
|
ω |
|
w |
|
|
|
|
2Iw |
|
sin Θ = |
Iw2ωX |
= |
Iw2ωX |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Z |
к |
|
к |
R2 |
к |
||||||||||||||||||
|
|
а |
|
2 к |
|
а |
|
2 к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
Z 2 |
|
+ X 2 |
|||||||
Активное наведённое сопротивление, приведённое к первичному току (учитывает дополнитель- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ные потери): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w2ωX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r≈ |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 + X 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rк |
= r≈ + r1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
= ρ lwк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
Sc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U1 = Ir1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I& = |
U&эл |
|
= r |
|
|
|
U&эл |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
эл |
|
|
+ r |
+ jx |
к |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
≈ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fк = Iwк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xк = |
w2ωR |
|
|
R |
= |
w2ω |
cos2 Θ |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
R |
|
|
к |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
+ X 2 |
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
w2 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L = w2 |
|
|
|
|
|
+ |
2 |
|
G |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
3 |
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
δΣ |
|
|
|
|
|
sпр |
|
|
R |
|
|
|
|
Сопротивление катушки без экрана:
70
xк′ = wк2ω R
xк = x′к cos2 Θ
Экран заметно снижает реактивное сопротивление катушки, следовательно, ток в катушке увеличивается.
-Åà |
|
U |
|
-Å |
ýë |
|
|
-Åð
r1 |
j |
F |
Fê |
r= |
|
ð |
I |
zýë |
|
||
|
|
||
|
Q |
|
|
xê |
|
Fà |
|
|
|
F
Åð
Å
Åà
φ – угол сдвига между током и напряжением §7. Расчёт пульсации силы в МС с короткозамкнутым витком.
Fíý
b
Fý
Φ2
p& = нэ 4μ0 Sнэ
− Φнэ2
4μ0 Sнэ
|
|
|
|
|
|
& 2 |
|
|
|
|
& |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
& |
|
|
|
|
Φнэ |
|
|
|
|
Φ |
э |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
2μ0 Sнэσвнэ2 |
|
+ 2μ0 Sэσвэ2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
p |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
σ 2 внэ ≈1; |
σ 2 вэ |
≈1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
& |
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Φнэ |
= Φнэ sin(ωt); Φэ = Φэ sin(ωt − β) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
cos(2ωt)+ |
Φ2э |
|
− |
|
|
Φ2э |
cos(2ωt − 2β)= P |
− P |
cos(2ωt)+ Р |
э |
− Р |
э |
cos(2ωt − 2β) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
4μ0 Sэ |
|
4μ0 Sэ |
|
|
|
|
|
нэ |
нэ |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
& |
= Р − Рп cos(2ωt −α) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Р = Рнэ + Рэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2b |
|
|
|
Ðíý |
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ðý Ðï
γ = π − 2β
Переменная величина силы:
Рп = Рнэ2 + Рэ2 − 2РнэРэ cosγ = Рнэ2 + Рэ2 − 2РнэРэ cos 2β
Для двухфазной магнитной системы:
β = 90°; Pнэ = Рэ ; Рп = 0
71
p(t) |
P |
Pmin |
Pï cos(2wt-a) |
t |
Рmin = Р − Рп |
Коэффициент пульсации:
η = РРп ; 0 < η < 1
n |
n |
РΣ = ∑Pj ; РпΣ = ∑Pпj , |
|
j=1 |
j=1 |
где n – число воздушных промежутков
§8. Основные характеристики системы экранирования. Влияние экрана на характеристики МС. Коэффициент экранирования:
Кэ |
= |
Sэ |
|
|
|
Sп |
|
Sï |
|
|
|
dê |
R'd |
R''d =Rý |
|
|
|
Uý |
|
|
|
|
|
Sý |
|
|
Õý |
|
|
|
tgβ = X э = X э Rδ′′ Rэ
β≈ 70°; tgβ ≈ 3
Хэ = ωrэ
ω μ0 Sэ |
≈ 3 |
||
r |
δ |
к |
|
э |
|
|
Чем меньше воздушный зазор, тем выбранный экран эффективнее.
r |
≈ 0,35 ωμ0 Sэ |
= 0,35 ωμ0 Sп |
|
эопт |
δк |
δк |
|
|
|
Условия для работы МС с экраном в оптимальном режиме: 1)
δк → min
Для более эффективной работы электромагнита поверхности полюсов шлифуются. Обычно:
δк ≈ 0,05мм
2)обеспечение самоустановки одного из элементов МС:
72
На вышеприведённом рисунке справа якорю сообщается дополнительная степень свободы. 3) устранение залипания, вызванного влиянием остаточной индукции Гистерезисные свойства ограничиваются применением дополнительных воздушных зазоров.
D
Экранируют большую часть сечения.
Ðmin |
|
|
|
0 |
Êýîïò |
1 |
Ê |
|
|
|
ý |
Кэопт ≈ 0,75 ÷0,85 |
Экраны должны быть одинаковы.
Ð |
ÌÑ ñ ÊÇÂ |
I |
ÌÑ áåç ÊÇÂ
|
|
|
|
|
ÌÑ ñ ÊÇÂ |
|
|
|
|
|
ÌÑ áåç ÊÇÂ |
|
dê |
dí |
d |
dê |
dí d |
§9. Динамические свойства ЭММ переменного тока. Влияние фазы включения. |
|||||
1. |
Быстродействующие ЭММ: |
tср |
= (2 ÷50)мс |
|
|
|
|
|
|||
2. |
ЭММ нормального быстродействия: |
|
|
|
|
|
|
tср = (100 ÷500)мс |
|
||
3. |
ЭММ замедленного срабатывания: |
= (0,7 ÷15)с |
|
||
|
|
tср |
|
||
где β – начальная фаза включения |
u(t)=U m sin(ωt + β), |
|
|||
|
|
+ dψ |
|
||
|
|
u(t)= ir |
|
||
|
|
|
|
dt |
|
u(t) |
u(t) |
b |
wt |
|
wt |
b=0 |
Определение начальной фазы включения по опытно снятой кривой:
73
|
|
|
uí |
Um |
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U m sin(ωt + β)= ir + dψ |
|
|
|
|
|||
|
|
ψ = const ; Φср |
dt |
|
|
|
|
||
|
|
= const |
|
|
|
|
|||
ψ = wкΦср ; i = |
F |
F |
= |
ψ |
= |
wкΦср |
|||
|
к ; ψ = Li = |
L к ; i |
L |
L |
|||||
|
|
|
wк |
wк |
|
|
|||
U |
|
sin(ωt + β)= wкr Φ + w |
dΦ |
|
|
||||
|
m |
|
|
L |
к |
dt |
|
|
|
|
|
|
|
Φ(t)= Φсв + Φвын |
|
|
|
|
a) β = 0 :
u(t)=U m sin(ωt)
Φвын = −Φm cos(ωt); Φсв = Се−τt Φ(t)= Се−τt − Φm cos(ωt)
τ = Lr
При t = 0 :
Φ = 0 ; C = Φm
Φ(t)= Φm е−τt − Φm cos(ωt)
Fm |
F(t) |
|
|
Fòð |
Fñâ |
|
|
tòð |
u(t) |
-Fm |
Fâûí |
|
=2Fm |
tтр < 5мс
Обычно при β = 0 ЭММ относятся к быстродействующим.
b) β = π2 :
U m cos(ωt)= wLкr Φ + wк ddtΦ
Φ(t)= Φсв + Φвын
Φвын = Φm sin(ωt); Φсв = Се−τt Φ(t)= Се−τt + Φm sin(ωt)
При t = 0 :
Φ = 0 ; C = 0 ; Φсв = 0
Φ(t)= Φm sin(ωt)
74
Fòð |
F(t) |
tòð |
u(t) |
tòð |
|
b
Для ЭММ переменного тока свойственна естественная форсировка. §10. Сопоставление ЭММ переменного тока и ЭММ постоянного тока. 1. В ЭММ переменного тока тяговая характеристика жёсткая.
Ð
1
2
3
Ðñ
d
1 – тяговая характеристика ЭММ постоянного тока; 2, 3 – тяговые характеристики переменного тока
2.Важно учитывать возможные механические нагрузки. Для ЭММ переменного тока согласование происходит для конечного положения, а для ЭММ постоянного тока – по начальной точке.
Для кривой 3 в промежуточном положении происходит застрявание.
I
dê dïð dí d
При воздушном зазоре δпр возникает повышенное значение тока. 3. Динамическая стойкость.
Для включённого состояния должен быть ограниченный силовой фактор.
DÐ1 |
DÐ2 |
75