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

_c_ж и продольную dF_пр. Продольная составляющая, называемая электродинамической силой сужения, стремится разорвать проводник в месте изменения сечения и направлена от меньшего сечения к большему.

Для проводника круглого сечения полная сила, действующая по оси проводника

(16)
Для некруглого сечения выражение (16) приобретает вид

, (17)
где S₁ и S₂ – большое и малое поперечное сечение проводника.

Из формул (16) и (17) следует, что продольная электродинамическая сила сужения зависит от соотношения величин большого и малого сечений проводника и не зависит от длины и формы перехода от одного сечения к другому, а также от направления тока.

Электродинамические силы при наличие в контуре ферромагнитных деталей

Так как магнитный поток проводника с током стремится замкнуться по ферромагнитной детали, имеющей малое магнитное сопротивление, то магнитное поле между проводником с током и ферромагнитной деталью ослаблено, а сила всегда направлена в сторону ослабленного магнитного поля. Определить эту силу можно, если заменить воздействие ферромагнитной детали симметрично расположенным таким же проводником (применить его зеркальное изображение). Следовательно, электродинамическую силу взаимодействия между проводником с током и ферромагнитной деталью можно определить как силу взаимодействия между двумя параллельными проводниками, расположенными под некоторым углом, если ферромагнитная деталь расположена под этим углом к проводнику, с одинаковыми токами одного направления.

Таким образом, в общем виде сила взаимодействия

и фактическое ее значение определяется в каждом случае соответствующим значением k_k.

3 Электродинамические силы при переменном токе

Приведенные выше уравнения справедливы и для переменного тока, но в этом случае сила будет изменяться во времени (но не в пространстве) по определенному закону. Для расчетов аппаратов на электродинамическую стойкость важно знать максимальное значение этой силы.

Рассмотрим однофазную систему переменного тока. Ток изменяется по закону

, где

I_т – амплитудное значение. Тогда, учитывая, что sin²t=(1-cos2t)/2, мгновенное значение электродинамической силы между отдельными частями проводника

(18)
Из формулы (18) следует, что в однофазной цепи электродинамическая сила состоит из двух составляющих (рис. 5.): постоянной, не изменяющейся во времени

Рис.5. Электродинамические силы в однофазной системе переменного тока

,
где I_д– действующее значение переменного тока с амплитудным значением I_т и переменной, изменяющейся во времени

с удвоенной частотой переменного тока i.

Амплитуда переменной составляющей

равна по значению постоянной составляющей

.

Результирующая сила

пульсирует с двойной частотой по сравнению с частотой тока, от нуля до максимального значения не изменяя знака. Максимальное значение этой силы

. Отсюда следует, что при переменном однофазном токе максимальное значение электродинамической силы при одном и том же действующем значении тока оказывается в два раза большим, чем при постоянном.

В отличие от постоянного тока, при котором максимальное значение тока короткого замыкания равно его установившемуся значению, при переменном токе в зависимости от момента короткого замыкания первая амплитуда ударного

тока может существенно превосходить амплитудное значение установившегося тока короткого замыкания

, (19)
где

- ударный коэффициент (нормируемое, применяемое в расчетах значение = 1,8); I – действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания.

Таким образом, в однофазных аппаратах в качестве расчетной, принимается электродинамическая сила при

(20)
Рассмотрим трехфазную систему переменного тока из трех параллельных проводников лежащих в одной плоскости (рис. 6.).

Рис.6. Электродинамические силы в однофазной системе переменного тока
Из графиков на рис. 6 видно, что сила, действующая на средний проводник, больше сил действующих на крайние проводники. Сумма сил, действующих в трехфазной системе при симметричном расположении проводников, в любой момент времени равна нулю.

Для трехфазного аппарата за расчетный ток берется

, (21)
где

- амплитуда периодической составляющей трехфазного коротко замыкания.

Расчет электродинамической устойчивости проводится для средней фазы, испытывающей наибольшее значение сил

₍₂₂₎
где

- действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания.

Заключение

В заключение данной работы можно сделать вывод:

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 коммутационных аппаратах по токоведущим элементам, представляющим собой проводники различной конфигурации, протекают электрические токи, которые создают вокруг проводников магнитные поля. Магнитное поле в каждой точке характеризуется вектором магнитной индукции В и напряженностью магнитного поля Н, которые связаны соотношением.

Таким образом, сделаем вывод, что 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.

Глоссарий

№ п/п	Понятие	Определение
1	Электродинамические усилия	усилия, возникающие в токопроводящих элементах под воздействием магнитного поля при прохождении по ним электрического тока.
2	Механическая сила	это мера механического воздействия на данное тело со стороны какого-либо другого тела или поля.
3	Короткое замыкание	электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала
4	Магнитное поле	поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения
5	Проводник	вещества, проводящие электрический ток
6	Вектор магнитной индукции	силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью.
7	Переменный ток	электрический ток, который с течением времени изменяется по величине, обычно и по направлению в электрической цепи.
8	Электродинамическая устойчивость аппарата	способность электрического аппарата работать без повреждений, выдерживая электродинамические усилия, возникающие в нём в результате взаимодействия магнитных полей, создаваемых токопроводящими частями аппарата, и определяемых исходя из самых тяжёлых условий, возможных при его эксплуатации (обычно при коротком замыкании ).
9	Закон Био–Савара.	Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.
10	Электромагнитная энергия	— термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле

Список использованных источников

1	Александров Г.Н., Борисов В.В., Иванов В.Л. и др. Теория электрических аппаратов / подред. Г.Н. Александрова. М.: Высш. шк., 1985.
2	Беспалов, В.Я. Электрические машины: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец.. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 320 c.
3	Брускин, Д.Э. Электрические машины Ч.1. / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвост. - М.: Альянс, 2016. - 319 c.
4	Ванурин, В.Н. Электрические машины: Учебник / В.Н. Ванурин. - СПб.: Лань, 2016. - 304 c.
5	Епифанов, А.П. Электрические машины: Учебник / А.П. Епифанов, Г.А. Епифанов. - СПб.: Лань, 2017. - 300 c.
6	Копылов И.П. Электрические машины: учебник для вузов / И.П. Копылов. – М.: Высшая школа, 2006.
7	Кацман, М.М. Электрические машины: Учебник / М.М. Кацман. - М.: Academia, 2017. - 320 c.
8	Основы теории электрических аппаратов / Под ред. Г.В. Буткевича. – М.: Высшая школа, 1970.
9	Тае в И.С., Буль Б. К., Годжелло А. Г. и др. Основы теории электрических аппаратов / подред. И.С. Таева. М.: Высш. шк.,1987.
10	Холявский Г. Б. Расчет электродинамических усилий в электрических аппаратах. М.: Энергия, 1971. 156 с.
11	Чунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1988.
12	Электрические и электронные аппараты. В 2 томах. Том 1. Электромеханические аппараты; - , 2010. - 352 c.