1 Електродинамічні зусилля в електричних апаратах. Методи розрахунку зусиль та їх напрямку.

Електродинамічні зусилля в електричних апаратах. В аварійних режимах роботи в ЕА протікають великі струми. При взаємодії цих струмів з МП інших струмоведучих систем апарата виникають ЕДЗ. Ці зусилля намагаються деформувати як провідники струмоведучих систем так і ізолятори, на яких вони кріпляться. Зусилля залежать від струму, форми, розмірів та взаємного розташування елементів струмоведучих систем цього полюса та інших полюсів, але і від розподілення струму за перерізом елемента, обумовленим поверхневим ефектом та ефектом близькості.

Методи розрахунку ЕДЗ. Існують два методи розрахунку ЕДЗ. У першому методі ЕДЗ визначається як результат взаємодії провідника зі струмом і магнітним полем за правилом Ампера.

Другий метод базується на використанні енергетичного балансу системи провідників зі струмом. Якщо нехтувати електростатичною енергією системи та прийняти, що при деформації струмоведучих контурів або їх переміщення під дією ЕДЗ стуми в них незмінні. Тоді зусилля можна знайти за рівнянням:

F = – зусилля = частинній похідній від електромагнітної енергії даної системи за координатами, у напрямку якої воно діє.

Електромагнітна енергія системи обумовлена як енергією МП кожного ізольованого контура так і енергією, обумовлено магнітним зв’язком між контурами.

Для двох взаємозв’язаних контурів:

L₁, L₂ – індуктивності ізольованих контурів;

І₁, І₂ – струми, що протікають в контурах;

М – взаємоіндукція контурів.

Перші дві складові рівняння визначають енергію незалежних контурів, друга – енергію їх взаємодії.

Це рівняння дозволяє розрахувати як зусилля, що діють в ізолювальному контурі, так і зусилля взаємодії.

Другий метод зручно використовувати, коли відома аналітична залежність індуктивності або взаємної індуктивності від геометричних розмірів.

Напрям дії ЕДЗ. При визначенні напрямку за першим методом враховується індукція., утворена усіма іншими провідниками за винятком того провідника, для якого він знаходиться.

Якщо ЕДЗ визначається за другим методом, то в позитивному напрямку зусилля відповідає зростання енергії системи. Т.ч. зусилля спрямоване так, щоб електромагнітна енергія зростала.

2 Поясніть появу електродинамічних зусиль у місці зміни перерізу провідника та наявності феромагнітних матеріалів

При зміні поперечного перерізу провідника виникає викривлення ліній струму. Струм і взаємодіючи з індукцією В створює зусилля F. Так як сила завжди нормальна до ліній струму, то вона нахилена у бік більшого перерізу. Цю силу можна розкласти на дві складові: поперечну F₁ та повздовжню F₂. Повздовжня складова – електродинамічна сила збудження. Вона намагається розірвати провідник у місці зміни перерізу і завжди спрямована від меншого перерізу до більшого.

Поздовжня сила збудження залежить від співвідношення величин більшого та меншого перерізу провідника і не залежить від довжини та форми переходу і напрямку струму.

ЕДЗ при наявності у контурі феромагнітних частин При наближенні провідника зі струмом до феромагнітної стінки з нескінченно великою магнітною проникністю МП збільшується, при цьому електромагнітна енергія системи зростає. Отже на провідник зі струмом діє сила, яка притягує його до феромагнітної стінки. Це явище виконується в дугогасильних гратках апаратів низької напруги.