- •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.
f |
|
|
|
|
|
fóä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
i |
|
= J |
|
−π ωτ |
|
уд ωt =π |
e |
|
+1 |
||
|
|
m |
|
|
|
|
iуд = J m Ka , |
|
где Ка – коэффициент амплитуды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ka |
= e |
ωτ |
+1 ≈1,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iуд |
= 2,55I =1,8J m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
уд |
|
= F |
|
K 2 |
≈ 3,24F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
a |
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Наличие свободной составляющей увеличивает ударное значение силы более чем в 3 раза. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
§8. ЭДУ в цепях трёхфазного тока. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
A. Параллельное расположение проводников без апериодической составляющей. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
(t)= J |
|
sin(ωt); i |
|
|
|
(t)= J |
|
|
|
|
ωt |
− |
2π |
|
; i |
|
(t)= J |
|
|
|
|
ωt + |
2π |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
m |
В |
m |
sin |
|
3 |
|
С |
m |
sin |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
à |
|
|
|
|
|
à |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
À |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
Ñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-15Å |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75Å |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fA (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fB (t) |
|
|
|
fC (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wt |
|
|
|
|
wt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
f |
|
(t)= f |
|
(t)+ f |
|
(t) |
= |
μ |
0 |
i |
|
i |
|
|
2l |
+ |
μ |
0 |
i |
|
i |
|
|
2l |
= |
μ |
0 |
J 2 |
2l |
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
2π |
|
+ |
1 |
|
|
|
|
+ |
2π |
|||||||||||||
A |
AB |
AC |
|
|
B |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
sin(ωt) sin ωt |
|
|
|
|
sin(ωt) sin ωt |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4π |
|
|
A |
|
a |
|
4π |
|
|
A |
|
2a |
|
4π |
m |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f A (t)= FϕA (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Функция φА(t) имеет два экстремума в пределах полупериода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
При ωt1 |
= −15°: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f A (ωt1 )= F 0,055 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
При ωt2 |
= 75°: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f A (ωt2 )= −F 0,805 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
Рассматриваемая сила знакопеременна, т.е. есть и отталкивающая и притягивающая силы. Сила |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отталкивания меньше, чем соответствующая сила для цепей однофазного тока. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
f |
|
(t)= |
f |
|
(t)+ f |
|
(t)= |
μ |
|
|
i |
|
i |
|
2l |
+ |
μ |
|
|
i |
|
i |
|
|
2l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ωt − |
2π |
|
|
|
|
ωt − |
2π |
|
ωt + |
2π |
||||||||||||||
|
|
В |
AB |
ВC |
|
|
0 |
В |
А |
|
|
|
0 |
|
C |
|
|
= F sin(ωt) sin |
|
|
|
+ sin |
|
sin |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4π |
|
|
a |
|
4π |
|
В |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fВ (t)= FϕВ (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При ωt1 = −15°:
fВ (ωt1 )= −F 0,866
При ωt2 = 75°:
fВ (ωt2 )= F 0,866 fВ (t)= f AС (t)+ fCВ (t)
B. Проводники располагаются в вершинах правильного треугольника.
A
B fBC
C |
fBA |
fB |
|
При ωt1 = −15°:
fВ (ωt1 )= −F 0,866
При ωt2 = 75°:
fВ (ωt2 )= F 0,866
При таком расположении сила, действующая на все три проводника знакопеременна. Такое расположение наименее эффективно, но компактно.
C. Учёт апериодической составляющей.
i = iсв + iв
iсвА = аJ m e− tτ ; iсвB = bJ m e− tτ iуд = J m Ka
Ток iуд одинаков для всех трёх фаз и приводит к завышению значений сил:
F(75°)= Ka2 J m 0,866
Максимальные значения токов Jm выбираются из условия трёхфазного короткого замыкания.
§9. Понятие электродинамической стойкости.
Рассмотрение опасности разрушения при протекании аварийных токов. Механические воздействия зависят от:
1)величины нагрузки;
2)направления действия нагрузки;
3)продолжительности воздействия;
4)скорости нарастания нагрузки до предельных значений.
При анализе влияния ЭДУ все силы рассматриваются как статические. Электродинамическая стойкость – это способность конструкции противостоять механическим
силам, возникающим при протекании по токоведущей системе предельно допустимых значений токов. Электродинамическая стойкость – это качественная характеристика.
Fдопмех = σдопSc ,
где σдоп – допустимое механическое напряжение
Fдопмех ≥ FЭДУ
Ток динамической стойкости Iдс – это числовой показатель механической стойкости.
Iдс ≥ Iно ,
где Iно – номинальный ток отключения, являющийся характеристикой любого ЭА и задаваемый при проектировании.
σдоп = σф +σп ,
где σф – механическое напряжение взаимодействия пакета шин;
107
σф – механическое напряжение взаимодействия между фазами.
Для опорных изоляторов наиболее существенна изгибающая нагрузка.
Необходимо учитывать знакопеременность сил и влияние резонанса. Конструкцию выполняют так, чтобы система была защищена от резонанса.
§10. Индукционно-динамические силы в ЭА.
Устройства, которые используют индукционно-динамические силы ИДС, называют индукцион- но-динамическими механизмами ИДМ.
|
индуктор |
|
|
|
F |
È |
|
Fè |
i1 |
i |
F |
|
2 |
|
|
õ |
|
Вкачестве ключа чаще всего используется п/п ключ.
A. Источник И – это источник переменного тока с частотой 50 Гц. В этом случае возникает не-
прерывно действующая сила.
Индукционно-динамические механизмы в измерительных цепях применяются в качестве измерительного органа.
B.Источник – заряженный конденсатор. В этом случае индукционно-динамический механизм является устройством импульсного принципа действия, и перемещение частей ЭА происходит за предельно короткое время
|
|
|
|
M |
U0 |
+ |
r1 |
|
r2 |
C |
L |
L |
||
|
- |
i1 |
1 |
2 |
|
|
|
i2 |
Fи = ∂Wм
∂х
Wм = 12 L1i12 + 12 L2i22 + Mi1i2
L , L |
2 |
= const ; M = M |
0 |
e−αx = var |
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
F |
|
= i i |
|
∂M |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 ∂х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
и |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
di |
|
|
|
|
|
di |
2 |
|
|
1 t |
||||
U0 |
= i1r1 + L1 |
1 |
+ M |
|
|
|
+ |
|
|
∫0 i1dt |
|||||||||
dt |
|
dt |
|
C |
|||||||||||||||
|
|
0 = i r |
+ L |
|
di2 |
+ M |
di1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
dt |
dt |
||||||||||||||
|
|
|
2 2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Начальные условия:
i1 (0) = 0 ; i2 (0) = 0
Вторичная обмотка обычно принимается в виде массивного диска, т.е.: w2 =1 ; r2 ≈ 0
di2 |
= − |
M |
|
di1 |
|
dt |
L2 dt |
||||
|
i2 = − M i1 +C ; C = 0 L2
108
|
|
|
|
M |
2 |
|
|
|
|
|
1 |
t |
|
|
|
di1 |
|
1 |
t |
U0 |
= i1r1 |
|
− |
|
di1 |
+ |
∫i1dt |
= i1r1 |
+ Lэ |
+ |
∫i1dt |
||||||||
+ L1 |
L2 |
|
dt |
|
C |
dt |
C |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
L |
э |
= |
L − |
M 2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
L2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U0 |
+ |
|
|
|
|
|
|
r1 |
L |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
i1 |
ý |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
= J |
0 |
e−δt sin(ωt) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
0 |
= |
U0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ωLэ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ω = |
|
ω02 −δ 2 |
, |
|
|
|
|
|
где ω0 – собственная частота колебательного контура; δ – декремент затухания
Формула Томсона:
F |
= −J 2 e−2δ t sin 2 |
(ωt) |
M |
|
|||
и |
0 |
|
L2 |
|
|
|
|
|
ω |
0 |
= |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
LэС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ = |
r1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
2Lэ |
|
i2 |
= − M J0 e−δt sin(ωt) |
|||||
|
|
|
L2 |
|
|
|
|
∂M |
= J 2 |
M 02 |
α e−2(δ t+α x) sin 2 (ωt)= Ae−2(δ t+α x) sin 2 (ωt) |
||||
∂x |
|
0 |
L2 |
|
|
||
Fè |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<1 ìñ |
t |
Сила носит ударный (одноимпульсный) характер.
Величина частоты ω задаётся подбором параметров цепи: М, Lэ, α, С. Обычно:
f = |
ω |
= (2 ÷3)кГц |
|||||||
2π |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Индукционно-динамическая сила, чаще всего, составляет сотни килоньютонов, поэтому пренеб- |
|||||||||
регают временем трогания. |
|
|
|
|
|
||||
Динамические характеристики. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
di |
|
1 t |
||
U0 = i1r1 + Lэ |
1 |
+ |
|
∫0 i1dt , |
|||||
dt |
C |
||||||||
m |
dv |
= F , |
F = 0 |
||||||
|
|||||||||
|
dt |
и |
c |
||||||
|
|
|
|
|
|
109
Fè |
|
x |
|
|
|
v |
|
|
|
|
t |
S ' |
|
|
|
j |
|
|
|
Dt |
t1 |
tñð |
t |
1 |
|
|
|
1 t j |
1 |
|
|
v j = m ∫0 Fиdt = m S j |
|
||
v |
= 1 t1 |
F dt |
|
1 |
m ∫0 |
и |
|
|
|
|
|
|
v = dx |
|
|
|
dt |
|
|
|
t j |
|
|
x j |
= ∫vdt = S' j |
|
|
|
0 |
|
|
При t [0;t1 ] кривая x = f (t) носит нелинейный характер, а при t [t1 ;+∞] – линейный характер. |
|||
По характеристикам срабатывания ИДМ наиболее быстродействующие. |
Тема 10. Основы теории контактных соединений
§1. Основные параметры, термины и понятия теории контактных соединений. Понятие контакта намного шире, чем рассматривается в теории ЭА. Функции контактных соединений КС:
1)замыкание электрической цепи;
2)размыкание электрической цепи;
3)удержание электрической цепи в замкнутом состоянии под токовой нагрузкой. Контакт – это конструктивный узел ЭА.
Контактный узел включает:
1)неподвижный контакт;
2)подвижный контакт, перемещающийся при работе контакта.
Контакты бывают соединительные, находящиеся всегда в замкнутом положении, и коммутирующие контакты.
По ГОСТ 8024-90 контакт – это совокупность токоведущих частей аппарата, предназначенных для установления непрерывности электрической цепи, когда они соприкасаются и, которые вследствие их взаимного перемещения во время коммутационной операции размыкают или замыкают цепь или сохраняют непрерывность цепи в случае скользящих или шарнирных соединений.
Общая особенность всех контактов – нарушение однородности электрической цепи.
l
S
r1
r2
разрез
r2 > r1
Переходное контактное сопротивление:
rк = r2 − r1
Нарушение однородности приводит к локальному росту сопротивления.
110
Fê
окислые пл¸нки
Fê
Линии тока равномерно распределены по сечению проводника, а в линии стыка – стягиваются. Среда воздействует на материалы и на их поверхности образуются окислые плёнки. Факторы в месте стыка, обуславливающие неоднородности:
1)сужение;
2)окисление (все плёнки являются изолирующими материалами, т.е. обладают высоким удельным сопротивлением).
Благородные металлы (золото, платина) не окисляются и применяются в тех случаях, когда нежелательно окисление поверхностей.
Серебро окисляется, но окислые плёнки серебра практически не влияют на электропроводность, поэтому серебро наиболее часто применяется в качестве материала контактов в силовом электрооборудовании.
При длительном соединении контактов они могут разрываться.
Надёжная работа контактов обеспечивается сжатием их с силой Fк. Плёнки под действием этих сил разрушаются и возникают зоны непосредственного контактирования.
При сближении контактов величина напряжённости электрического поля может достичь значения, при котором образуется электрическая дуга, расплавляющая металл. Это явление называется фритингом.
Переходное контактное сопротивление:
rк = rс + rп ,
где rс – сопротивление сужения;
rп – сопротивление, обусловленное окислением
Переходное сопротивление – это величина нестабильная.
Для хорошей эксплуатации контактов необходимо раз в сутки производить замыкание контактов. При движении контактов происходит скольжение и окислые плёнки играют роль смазки. Стремиться к устранению окислых плёнок в электрических контактах не нужно, т.к. контакт без
шероховатости уже не является собственно контактом по определению. §2. Основные характеристики и параметры контактных соединений. 1. Номинальный ток, определяющий конструкцию узла ЭА
Iн Рк = rк Iн2 ϑдоп
Для контактов температураϑдоп очень важный параметр. Величина температурыϑдоп указана в
ГОСТ.
2. Номинальное напряжение Uном, входящее в нормализованный ряд:
220, 380, 1000, 3000, 6000, 10000, 35000, …В
Номинальное напряжение задаёт величину расстояния между контактами.
3.Ток термической стойкости Iтс – это ток, при протекании которого за время термической стойкости не произойдёт разрушения токоведущих частей ЭА.
Для контактных соединений ток термической стойкости – это такое значение тока, которое не приводит к расплавлению контактов и их свариванию. При сваривании контактов размыкание невозможно осуществить.
111
4.Ток динамической стойкости – это ток, при котором силы сужения остаются меньше контактных сил. Превышение сил сужения над контактными силами приводит к свариванию контактов.
5.Время надёжной работы (коммутационная износостойкость) tнр
Коммутационный аппарат должен выполнять определённое число операций за определённое
время.
tнр = Nt ,
где N – число циклов; t – единица времени Выделяют:
1)оперативные циклы Nопер (включение/отключение при рабочих токах);
2)аварийные циклы Nав (включение/отключение при аварийных токах)
Для ЭА низкого напряжения число оперативных циклов достигает значений десятков миллионов, а аварийные циклы не рассматриваются.
Для ЭА высокого напряжения число оперативных циклов доходит до 2000 циклов, а число аварийных циклов до 10.
Для обеспечения параметров применяют конструктивные меры:
1)выбор формы контактов:
a)форма контактируемых поверхностей:
•сферический контакт:
Число точек контактирования:
n=1
•линейный контакт – соприкосновение двух цилиндров или цилиндра и плоскости:
nmin = 2
•плоскостной контакт – соединение плоскостей
nmin = 3
b) форма контактируемых тел:
•рычажный (пальцевый) контакт
•мостиковый контакт
112
контактные серебряные накладки
•розеточный контакт
система ламелей
Каждая ламель образует два линейных контакта с двумя расчётными точками, а n ламелей – 4n контактных точек. На предельных токах используется до 40 ламелей.
•торцевый контакт
система лепестков
Сколько лепестков столько и контактных точек.
Торцевые контакты широко применяются в вакуумных выключателях.
•щёточный контакт (переход к многоточечности)
•скользящий контакт
2)материалы и размеры
Материал должен быть пластичен и мягок для уменьшения переходного сопротивления. Электрическая дуга изнашивает контактные материалы, следовательно, необходимо применение
дугостойких материалов (материалов с повышенной твёрдостью, например, вольфрама). Электрическая дуга всегда горит в контактах в парах металлов, т.е. нужно применять материалы,
противостоящие дуге.
Идеально подходящего материала не существует. Группы контактных материалов:
a)металлы (медь, серебро, золото, платина);
b)сплавы, широко применяемые в вакуумных выключателях, обеспечивая низкий уровень среза тока.
Срез тока – это мгновенный обрыв тока.
c)металлокомпозиты (твёрдые растворы), например, СОК (серебро – 85%, оксид кадмия – 15%);
d)контактная металлокерамика, основой которой является губчатая структура из тугоплавкого материала (например, вольфрама) с заполнением пустот пластичным материалом (например, серебром или медью);
e)жидкометаллические контакты с применением ртути или набора металлов (индий – 25%, галлий – 62% , олово – 13%) с низким значением температуры плавления. Жидкий металл должен содержаться в замкнутом объёме.
Размеры зависят от величины тока.
3)перекат и проскальзывание – это кинематические характеристики контактных соединений, обеспечивающие работоспособность контактов из окисляемых материалов. Предусматривается дополнительная ось. При перекате и проскальзывании обеспечивается разделение точек
113
начального и конечного положений, что защищает материал контакта от разрушения, и происходит самоочистка контактов, т.е. удаление окислых плёнок.
À0
À
Î2
Î1
Разделение контактов на главные и дугогасительные.
ÃÊ
ÄÊ
При включении сначала замыкаются дугогасительный контакт ДК, а затем при отсутствии электрической дуги главный контакт ГК. Во включённом состоянии весь ток протекает через главные контакты. При отключении сначала размыкается главный контакт, а затем – дугогасительный контакт.
4) начальный (раствор) и остаточный (провал) ход контакта Раствор х – это наименьшее расстояние между контактными поверхностями полностью разомк-
нутых контактов.
õ
y
область износа
Î1 |
Î1 |
Провал y – это расстояние, которое проходит подвижный контакт с положения первого соприкосновения с неподвижным до полной остановки, определяемой конструкцией контактного соединения, если отсутствует неподвижный контакт. Это основная мера, обеспечивающая работоспособность изношенных контактов.
5)контактное нажатие Fк, которое обеспечивает заданное значение электрических параметров. Обычно контактное нажатие задаётся автономными устройствами (пружинами).
Fê |
|
Fêêîí |
|
Fкрасч |
|
Fêíà÷ |
|
y |
x |
114 |
|
При разомкнутых контактах контактное нажатие отсутствует.
Сила, сжимающая контакты, нарастает скачком за счёт начального положения пружины в напряжённом состоянии.
Стабильная работа контактов обеспечивается подбором соответствующих вышеописанных конструктивных мер.
§3. Термоэлектрические эффекты в контактах. 1. Джоулевы потери:
Р= I 2 rк
2.Эффект Томсона – это явление выделения или поглощения энергии в частях проводника, расположенного в температурном градиенте.
T1 |
T2 >T1 |
T3 >T2 |
i
W1 |
W2 |
W3 |
Избыток энергии:
Q =W2 −W3
QТ = Р = КТ I T ,
где КТ – коэффициент Томсона При обратном направлении тока происходит поглощение энергии.
Вконтактах возможен перенос вещества.
3.Эффект Пельтье – это эффект изменения энергии электронов, при переходе его через точку контактирования разных материалов
Cu |
Fe |
i |
e - |
e - |
|
W1 +DQ |
W2 (-DQ) |
W2 > W1
Внутренняя энергия в разных материалах различна.
Возможно либо поглощение энергии материалом, либо выделение её во внешнюю среду в зависимости от направления тока.
Q = K П I = KЗТI ,
где КП – коэффициент Пельтье; КЗ – коэффициент Зеебека (коэффициент термоЭДС); Т – абсолютная температура
Эффект Пельтье позволяет измерить температуру тела. ТермоЭДС:
ЕТ = КЗТ
4.Эффект Колера – это проявление туннельного эффекта на адгезионных плёнках. Адгезионные плёнки – это газовые плёнки, адсорбирующиеся на поверхности.
115