Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Электродинамическая и термическая






устойчивость ЭА

 

При прохождении тока через проводник, находящийся в магнитном поле, возникает электродинамическая сила (ЭДУ), воздействующая на проводник. Кроме этого, проводник вследствие потерь мощности нагревается. Электродинамическое усилие и термическое воздействие на проводник резко увеличивается при возникновении тока КЗ в проводнике.

Ток КЗ возникает в результате приложения несоизмеримо большой мощности к несоизмеримо малому сопротивлению.

 

 

 

Рисунок 1 – Процесс короткого замыкания

 

Ток КЗ состоит из периодической и апериодической составляющей и может быть колебательным затухающим и незатухающим процессом: при Sc = ¥ - незатухающий, при Sc ≠ ¥ - затухающий.

Для проектирования и защиты ЭА весьма важным является продолжительность и характер протекания процесса КЗ.

int

iу, (1)

iat, (2)

iно

 

где iу – мгновенное значение ударного тока КЗ; iно – мгновенное значение тока нормального режима; iаt и iпt - мгновенное значение апериодической и периодической составляющих тока КЗ; kу – ударный коэффициент; I - действующее значение периодического тока КЗ в момент t = 0; Iпt – действующее значение периодического тока КЗ в момент t; I - действующее значение периодического тока КЗ в момент t = ∞.

 

 

Электродинамическая стойкость – способность ЭА сохранять работоспособность и форму после воздействия тока.

Термическая стойкость – способность ЭА не расплавиться во время максимального теплового импульса.

Основные задачи:

- правильно рассчитать величину время электродинамического и термического действия механического тока;

- знать характер действия “~ и -” тока в магнитном поле;

- знать характер противодействия ЭП этим явлениям.

 

Рассмотрим направления ЭДУ при различном расположении проводников.

 

Направление электродинамических усилий:

 

1. i1 i1 F1

 

i2 i2

 

F2

 

Рисунок 2 – Определение направлений ЭДУ

 

Правило «буравчика» и «правило левой руки»: силовые линии входят в ладонь, пальцы – направление тока, оттянутый большой палец – вектор «F».

Дополнительно:

А) Виток

 

 

 

 

Рисунок 3 – Направление ЭДУ для витка

 

ЭДУ направлены на растягивание витка

Б) Цилиндрическая катушка

 

 

Рисунок 4 – Направление ЭДУ для цилиндрической катушки

Совокупность витков: ЭДУ направлены на растягивание витка, а их совокупность в целом сжимает катушку по высоте.

 

Особенности ЭДУ на «~» токе

 

Направление «~» тока меняется синхронно «¦» питающей сети. Также синхронно меняется и направление «F». Для однофазной сети, представленной одним или двумя проводниками все происходит аналогично цепи «-» тока, но возможен механический резонанс в результате совпадения гармонических колебаний тока и «F» цепи «~» тока собственных колебаний деталей ЭА. Поэтому стараются подобрать частоту собственных колебаний деталей ЭА выше двойной частоты колебаний «F» или выполнить токоведущую часть ЭА гибкой. В этом случае перемещение проводников не вызовет сильной деформации деталей ЭА.

В трехфазной цепи «~» тока дополнительно накладывается ужесточение условий работы фазы «В». Учитывая это, стремятся выбрать ЭА по ЭДУ с запасом.

ЭДУ при КЗ и выбор ЭА по паспортным и расчетным данным: iу < iн.дин

 

Нагрев ЭА

«-» ток: нагрев определяется потерями мощности на активном сопротивлении.

, джоуль

i, A; R, Ом; t, сек.

 

«~» ток: как и на «-» токе и дополнительно эффектом близости и поверхностным эффектом.

 

, (3)

где ;

Кд – коэффициент добавочных потерь;

Кп – коэффициент поверхностных потерь;

Кб – коэффициент близости;

Кп и Кб по таблице справочника по ЭА;

Кп = ¦(¦сети, форма проводника и его габариты); Кп­ при ¦с­.

– для усредненного проводника.

Кб = ¦(¦с, γ – проводимость материала, форма и взаимное расположение проводников)

На «~» токе добавляются потери активной мощности в ферромагнитных деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле, за счет возникновения вихревых токов и перемагничивания.

Нагрев ЭА определяется тремя видами теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность определяет тепловое сопротивление Rт материала, из которого выполнен ЭА:

, (4)

 

где S – поверхность ЭА; di – толщина i-тых стенок, через которые проходит тепловой поток; λ i – удельная теплопроводность «i-той» стенки.

Конвекция – это перенос тепла, связанный с перемещением микрообъемов нагретого газа или жидкости. Существует естественная и искусственная конвекция. При искусственной конвекции отвод тепла от нагретого тела производится с помощи искусственной охлаждающей среды. Конвекция характерна коэффициентом теплоотдачи a, который определяется как тепло, снимаемое за 1с с поверхности в 1м2 при разности температур поверхности и охлаждающей среды в 10 С, в Вт/м2 0С.

Тепловое излучение или лучеиспускание – отдача телом тепла за счет излучений: ультрафиолетовых, световых, инфракрасных.

В общем тепловой поток «Ф» равен:

 

, , (5)

 

где kт – удельный обобщенный коэффициент теплоотдачи; S – охлаждаемая поверхность; t0 – превышение температуры тела над температурой охлаждающей среды.

Физический смысл «kт»: мощность, отдаваемая с единицы поверхности охлаждения при повышении температуры в 10С (1 Вт∙ м-20С-1=104 Вт∙ см-20С-1).

Процесс нагрева в расчетных рабочих режимах можно разделить на переходный и установившийся. Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура ЭА не изменяется. При этом характеристики охлаждающей среды остаются тоже неизменными.

Если при включении ЭА температура меняется, то наблюдается переходный процесс. По нагреву ГОСТ 183-74 для электрических машин выделяет 8 режимов, каждый из которых отличается продолжительностью включения «ПВ», числом пусков в час, временем пуска.

При продолжительном режиме работы (S1, ПВ = 100%) можно изобразить следующую картину:

 

 

 

Рисунок 5 – Продолжительный режим работы

 

Температура достигает своего установившегося значения значения при t = 3τ, где τ – постоянная времени нагрева электромашин. На рисунке 5: 1 – кривая нагрева при t0¹ 0, где t0- начальное превышение температуры; 2 – кривая нагрева при t0 = 0; 3 – кривая охлаждения.

 

, с, (6)

где Суд – удельная теплоемкость единицы массы, Вт∙ с/кг∙ 0С; М- масса тела, кг; S- поверхность тела, м2.

,

 

где tв – время включения, с; tр – время работы под нагрузкой, с; tп – время паузы, с;

tр+ tп = tц, где tц – время цикла, с. tв = tц®100% = ПВ ®100%.

Кратковременный режим S2 характерен ПВ < 15%, нагревом и охлаждением по примеру на рисунке 6.

 

 

 

 

Рисунок 6 – Кратковременный режим: 1 – нагрев во время включения; 2 – охлаждение до температуры окружающей среды

 

При повторно-кратковременном режиме S3…S8 идет чередование времени работы и времени паузы. На рисунке 7 приведен один из таких режимов, который называется перемежающимся (S6). Особенностью режима является постоянное включение двигателя, но часть времени двигатель работает под нагрузкой (tр1, tр3), а часть – в режиме холостого хода (tр2). Стандартные ПВ повторно-кратковременных режимов равны 15, 25, 40, 60%. Режимы отличаются друг от друга наличием включений в течение часа, временем пуска, наличием электрического торможения, реверса или другими особенностями. Температура перегрева может достичь установившейся tу в квазистационарном режиме, в котором максимальное и минимальное t в режиме включения и пауз станут близки друг другу. Тогда t®tу.

 

 

 

 

Рисунок 7 – Перемежающийся режим работы

 

При коротком замыкании (КЗ) тепловой расчетный импульс максимален и равен I2∙ tп, где I – периодический ток КЗ в установившемся режиме; tп – приведенное время процесса КЗ, которое зависит от действительного времени t процесса КЗ и соотношения β = I /I, гдеt определяется временем действия релейной защиты, а токи сопротивлением цепи КЗ. При проверке ЭА на термическую стойкость используют сравнение расчетного теплового импульса (Вк) с допустимым по паспортным данным (Вн) для ЭА:

 

I2∙ tп = Вк < Вн = I2нту∙ tнту, (7)

 

где Iнту и tнту – соответственно ток и время номинальной термической устойчивости (по справочнику).


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.011 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал