Файл: Вид работы Курсовая работа Название дисциплины Электрические и электронные аппараты Тема Электродинамические усилия, действующие в электрических аппаратах причины возникновения, характер и методика расчета.doc

Основные данные о работе

Версия шаблона	3.1
Вид работы	Курсовая работа
Название дисциплины	Электрические и электронные аппараты
Тема	Электродинамические усилия, действующие в электрических аппаратах: причины возникновения, характер и методика расчета
Фамилия студента	Батков
Имя студента	Кирилл
Отчество студента	Евгеньевич
№ контракта

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………3

Основная часть………………………………………………………...…….…..…5

1 Теоретические аспекты электродинамических усилий, действующих в электрических аппаратах………………………………………………………………....5

2 Методика расчета электродинамических сил в электрических аппаратах…………………………………………………………………………………12

3 Электродинамические силы при переменном токе...........................................21

Заключение …………………………………………….………………………….25

Глоссарий …………………………………………….………………………...…26

Список использованных источников……………….………………………..….28

Приложение А……………………………………….…………………..………..29

Введение

Электродинамические усилия – это усилия, возникающие в токопроводящих элементах под воздействием магнитного поля при прохождении по ним электрического тока.

При нормальных эксплуатационных условиях электродинамические силы, как правило, малы и не вызывают каких-либо деформаций, а тем более поломок деталей в аппаратах.

Однако при коротких замыканиях эти силы достигают весьма больших значений и могут вызвать деформацию или разрушение не только отдельных деталей, но и всего аппарата. Это обстоятельство требует проведения расчета аппарата (или отдельных его узлов) на электродинамическую устойчивость, т.е. на способность выдержать без повреждений прохождение наибольшего возможного в эксплуатационных условиях (или заданного) тока короткого замыкания. Такой

---

расчет тем более необходим ввиду того, что с целью получения минимальных габаритов в аппаратах стремятся располагать токоведущие части как можно ближе друг к другу.

Так как переменный ток при отсутствии апериодической составляющей отличается от постоянного изменением силы тока и направлением изменяющихся по синусоидальному закону, то и электродинамическая сила будет иметь переменное значение.

Для системы из нескольких обтекаемых током проводников можно всегда представить, что любой из этих проводников расположен в магнитном поле, созданном токами других проводников, и соответствующим образом взаимодействует с этим полем, т. е. между проводниками, охваченными общим магнитным потоком, всегда возникают механические силы. Эти силы называются электродинамическими.

Аналогичные силы возникают между проводником, обтекаемым током, и ферромагнитной массой.
Целью данной курсовой работы является исследование электродинамических усилий, действующих в электрических аппаратах: причины возникновения, характер и методика расчета.

В соответствии с выделенной целью в работе были поставлены следующие задачи:

Раскрыть теоретические аспекты электродинамических усилий, действующих в электрических аппаратах.

Показать методику расчета электродинамических усилий, действующих в электрических аппаратах.

Рассмотреть электродинамические силы при переменном токе.

Основная часть

1 Теоретические аспекты электродинамических усилий, действующих в электрических аппаратах

Электрические и электронные аппараты осуществляют управление потоком энергии от источника к потребителю. Они применяются в системах производства и распределения электрической энергии, в системах электроснабжения всех видов производства, в том числе и в системах электроснабжения электрического транспорта. Электрические и электронные аппараты наряду с электрическими машинами являются основными средствами электрификации и автоматизации. Стоимость их нередко оказывается соизмеримой со стоимостью управляемых ими электрических машин и оборудования или даже превышает ее.

Электрические и электронные аппараты предназначены для:

– управления режимами работы электрических цепей;

---

– защиты электрических цепей;

– регулирования параметров электрических цепей.

В зависимости от назначения аппараты можно разделить на следующие группы.

1. Коммутационные аппараты, осуществляющие переключения в цепях. Это рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Характерным для этой группы является относительно редкое их включение и отключение.

2. Ограничивающие аппараты предназначены для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники).

3. Пускорегулирующие аппараты предназначены для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или других потребителей электрической энергии. Это контроллеры, контакторы, пускатели, резисторы, реостаты. Для этой группы характерны частые включения и отключения.

4. Контролирующие аппараты осуществляют контроль электрических или не электрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. В реле, при плавном изменение входной (контролируемой) величины, входной сигнал изменяется скачком. Датчики преобразуют непрерывное изменение входной величины в непрерывное изменение какой либо электрической выходной величины.

5. Аппараты для измерений изолируют цепи первичной коммутации (главного тока) от цепей измерительных и защитных приборов. Они преобразуют измеряемую величину до стандартного значения, удобного для измерений. Это трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, делители напряжения.

6. Регулирующие аппараты предназначены для регулирования заданного параметра по определенному, наперед заданному закону.

На электроподвижном составе (электровозах, трамваях, троллейбусах, вагонах метро) применяются аппараты специального исполнения, так называемые тяговые аппараты. В зависимости от основных функций тяговые аппараты относят к силовым, вспомогательным цепям и цепям управления.

В силовые и вспомогательные цепи преимущественно входят исполнительные аппараты систем управления. Это токоприемники и заземлительные устройства, соединяющие электрические цепи ЭПС с КС и через колесные пары с рельсами; коммутационные аппараты для группирования машин при пуске и торможении; резисторы и реакторы, применяемые для регулирования в этих режимах; аппараты прямой защиты

---

, непосредственно воздействующие на защищаемую цепь (например, автоматические выключатели); аппараты косвенной защиты, работающие как датчики определенных величин.

Аппараты цепей управления имеют преимущественно распорядительно- информативное назначение в системе управления ЭПС. Это контроллеры, непосредственно управляющие движением ЭПС; кнопочные выключатели, управляющие отдельными аппаратами; автоматические регуляторы электрических и неэлектрических величин; блокировки различных видов, обеспечивающие правильную последовательность срабатывания аппаратов.

Токоведущие части электрического оборудования и распределительных устройств, при протекании по ним тока, подвергаются электродинамическим усилиям. Такие усилия, как известно, действуют на каждый проводник с током, находящийся в магнитном поле.

Величины этих усилий для элементов распределительных устройств и аппаратов, имеющих простую конфигурацию, могут быть определены на основании закона Био — Савара:

где (H, l) — угол, образуемый направлением тока и направлением магнитного поля; при параллельных проводниках составляет 90°.

Если два параллельных проводника обтекаются током и проводник с током i1 находится в магнитном поле тока i2 с напряженностью H=0,2•i2/a то величина усилия, действующего между ними, будет равна

где i1 и i2 — токи первого и второго проводников, а;

а — расстояние между осями проводников, см;

l — длина проводника, см.

Сила, действующая между проводниками, притягивает их друг к другу при одинаковом направлении тока в них и отталкивает при различных направлениях.

Наибольшая величина этих электродинамических усилий определяется максимальным возможным током короткого замыкания, т. е. ударным током короткого замыкания iy.

Поэтому начальный момент короткого замыкания (t=0,01 сек) является наиболее опасным с точки зрения величины динамических усилий.

При прохождении через выключатель сквозного тока короткого замыкания или при включении на существующее в сети короткое замыкание отдельные его части—вводы, токоведущие стержни, траверсы, штанги и др., а также соответствующие шины и ошиновка — подвергаются внезапной механической нагрузке, носящей характер удара.

---

В современных мощных электрических системах при напряжениях 6—20 кв ударные токи короткого замыкания могут достигать значений до 200—300 ка и более, а электродинамические усилия при этом достигают нескольких тонн на один пролет сборных шин (или шинопроводов) длиной 1—1,5 м.

В таких условиях недостаточная механическая прочность того или иного элемента электрического оборудования может послужить причиной дальнейшего развития аварии и вызвать серьезные разрушения в распределительном устройстве. Поэтому для надежной работы всякой электрической установки все ее элементы должны обладать электродинамической устойчивостью (надлежащей механической прочностью), т. е. противостоять воздействиям при коротких замыканиях.

При определении электродинамических усилий по приведенной выше формуле исходят из условия, что ток протекает по оси круглых проводников, диаметр которых не оказывает влияния на величину усилий. Следует заметить, что размеры и форма сечения проводников при больших расстояниях между ними не оказывают сколько-нибудь заметного влияния на величину электродинамических усилий.

Если же проводники имеют форму прямоугольных полос и расположены на небольшом расстоянии друг от друга, когда расстояние в свету меньше периметра полосы, то размеры их сечения могут оказать существенное влияние на электродинамические усилия.

Это влияние поперечных размеров проводника при расчетах учитывается при помощи коэффициента формы.



Если токоведущие проводники принадлежат к одной цепи и i1 = i2 = iу то наибольшая сила взаимодействия будет равна

При различных других простых и сложных формах проводников удобнее пользоваться принципом приращения электромагнитной энергия и зависимостями, вытекающими из него.

Такие простые зависимости могут быть получены из рассмотрения двух взаимодействующих контуров L1 и L2, обтекаемых токами i1 и i2. Запас электромагнитной энергии для этих контуров будет следующий:

Если в результате взаимодействия токов i1 и i2 контур системы деформируется под действием электродинамических сил в каком-либо направлении на величину dx, то работа, произведенная при этом силой поля Fx, будет равна приращению запаса электромагнитной энергии системы на величину dW:

---