Характеристика основных типов электрических аппаратов

Многолинейное изображение -  это когда каждая  электрическая цепь изображается отдельной линией и элементы - отдельным УГО.

Однолинейное  изображение - в этом случае цепи,  выполняющие одинаковые функции изображаются одной линией,  а одинаковые элементы в цепях - одним УГО.

Однолинейные изображения  рекомендуются для упрощения  начертания схемы с большим числом линий связи.

 

 

 

6.Основы теории электрических аппаратов.

Физическое силовое воздействие  в электрических  аппаратах  основано на силе Лоренца. Эта сила, которая  оказывает магнитное поле на движущиеся в нем электрические заряд.

F = q [ ]

Поскольку электрический  заряд в проводниках связан с  кристаллической решеткой, то это  силовое воздействие передается на весь  провод.  И  для случая с проводниками эта сила называется силой Ампера.

dF = I [ ]

d -  вектор числено равный элементу проводника и направленный в ту же сторону, что и вектор плоскости тока.

Направление вектора индуктивности B определяется по правилу буравчика.

 

 

Направление силы определяется по правилу левой руки. Вектор входит в ладонь, четыре  пальца направлены  вдоль тока, большой отогнутый палец покажет направление силы .

 

 

 

 

 

Какое силовое  воздействие  оказывает первый проводник на второй проводник:

а) Определяем направление  .

б) Определение направления  силы.  проводники притягиваются.

Эти силы действуют в электрических  аппаратах всегда,  но в аварийном  режиме, когда возникают большие  токи и большие магнитные потоки эти силы могут достигать таких  значений,  что способны изменить геометрию проводника, т.е.  разрушить  электрический аппарат.  Способность  электрических аппаратов противостоять  ЭДУ  (электродинамические  усилия)   называется электродинамической стойкостью.

Данная характеристика  приводится  в   технических   характеристиках электрических  аппаратов в виде квадрата амплитуды  тока iу².  В процессе проектирования каждый аппарат рассчитывается на ЭДУ.

 

 

 

7.Нагрев электрических аппаратов.

Источники тепловой энергии в электрических аппаратах:

1)Нагрев проводников с  током, обычно он называется  нагревом методом электрического  сопротивления.

W_Q = I² _* R _* t - закон Джоуля - Ленца.

Закон Джоуля - Ленца гласит,  что в любом теле,  обладающем электрическим сопротивлением,  выделяется тепловая энергия   пропорциональная квадрату тока,  сопротивления электрического  тела и времени протекания тока.

     На постоянном  токе  -  R₌ = r _*

     На переменном  токе - R_»  = R₌  *  K_Д 

К_Д =  К_П  *  К_Б

 К_Д - Коэффициент добавочных потерь.

 К_П  -коэффициент поверхностного эффекта

 К_Б - коэффициент близости.

Данная энергия  идет на нагрев самого аппарата (токоведущих  частей), нагрев прилегающих материалов и нагрев окружающей среды по законам  теплопередачи (теплопроводности, конвекции  и теплового излучения).

2)Энергия,  выделяющаяся  в  деталях  их  ферромагнитных  материалов (в нетоковедущих частях).

 1.Магнитопроводы,  предназначенные  для  усиления  магнитного поля, создаваемого проводником с током.

Причина нагрева:

Рассмотрим элемент магнитопровода.

При прохождении переменного  магнитного потока по  магнитопроводу  в  нем  появляется  ЭДС согласно закону  электромагнитной индукции:

e =

Под действием этой ЭДС  появляется ток, который называется вихревым, такого направления при  котором создаваемые им магнитные  потоки  противодействуют изменению  основного магнитного потока (правило  Ленца).

При протекании вихревых токов  по магнитопроводу, согласно закону Джоуля – Ленца, происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

Для уменьшения потерь данного  вида, магнитопроводы выполняются шифтованными из пластин электротехнической стали  толщиной 0,2 ¸ 0,5 мм,  тщательно изолированных друг от друга. Этим самым исключается контур протекания вихревого тока.   

Потери  на гистерезис - это энергия, затраченная на поворот доменов.

Полные потери в магнитопроводе вычисляются по формуле:

P_Ж =

P_Ж - мощность железа

K_T = 1,9 ¸ 2,6  -  коэффициент потерь на гистерезис ;   

K_В = 0,4 ¸ 1,2  - коэффициент потерь на вихревые токи;

f  - частота сети;

Bm - амплитуда вектора  магнитной индукции;

G_T - масса магнитопровода [кг].

2. Потери в конструкциях  аппарата.

Выделение энергии в стали  происходит по той же схеме, что и  в магнитопроводе.

Для снижения потерь используются следующие мероприятия:

а ) Введение немагнитных  зазоров на пути магнитного потока.

б ) За счет надевания на стальные конструкции коротко замкнутого витка с малым активным сопротивлением.  При этом в  нем  индуцируется  ЭДС, протекает ток,  от  которого  возникают  магнитные потоки,  направленные встречно основному.

в )При токах выше 1000 А  не должно быть стальных деталей,  а  все детали должны быть изготовлены  из немагнитных материалов (алюминий,  бронза, немагнитные чугуны, пластмассы).

3)Выделение энергии в  диэлектрике.

Изоляция моделируется следующей  схемой замещения :

С - ёмкость изоляции ; tg(d) = 0,005 ¸ 0,0001

Появление дефектов  в  отдельных местах изоляции (при этом снижается tg 7s 0) возникает местное  тепловое выделения, которые способны вызвать тепловой пробой изоляции (изоляция обугливается и становится проводящей).

4)Другие виды источников  теплоты в электрических аппаратах: 

а)Энергия выделяемая в  электрических дугах. У коммутационных аппаратов особенно при частых включениях, отключениях.

б) При  трении между собой  отдельных элементов электрических  аппаратов.

Нагрев электрических  аппаратов вызывает ускоренное старение  изоляции и повышает скорость окисления  электрических контактов,  что  в конечном итоге снижает срок службы электрического аппарата.

 

 

Уравнение теплового  баланса при нагреве  однородного  проводника во времени при продолжительном  режиме работы.

 

Тепловая энергия, выделяемая в проводнике с током может  быть разделена на две составляющие:

1.Нагрев самого проводника

2.Нагрев окружающей среды.

 Уравнение теплового  баланса в дифференциальной форме  :

 

                ( * )

 

С  - удельная теплоемкость [Дж/кг´град]

G  - масса проводника [кг]

F  - поверхность проводника, т.е. поверхность теплоотдачи  [M²]

Кт - коэффициент теплоотдачи [Вт/м² ´град]

Коэффициент теплоотдачи  определяет то количество теплоты, которое  отдается за 1с всеми видами теплопередачи  с  1м²  теплоотдающей поверхности при разности температуры нагретого тела и окружающего пространства в 1°С

Кт = 10  ¸ 16 на воздухе

Кт = 25 ¸ 100  в масле.

 

 

8.Вывод.

Из исследованного мною материала  я узнал все требования предъявляемые к электрическим аппаратам (надежность, безопасность, долговечность, ремонтопригодность) и их конструктивные особенности.

 

8.Литература.

http://gendocs.ru/