ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА - раздел Философия, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ
При Размыкании Контактов Аппарата, Находящегося В Цепи Посто...
При размыкании контактов аппарата, находящегося в цепи постоянного тока, возникает дуговой разряд. Для гашения возникающей дуги постоянного тока обычно стремятся повысить напряжение на дуге (и ее сопротивление) или путем растяжения дуги, или путем повышения напряженности электрического поля в дуговом столбе, а большей частью — одновременно и тем и другим путями.
Это достигается применением специальных дугогасительных камер в выключающих аппаратах, задача которых состоит в том, чтобы обеспечивать быстрое растяжение дуги и повышение напряжения на ней, с одной стороны, а с другой — ограничивать распространение порождаемого ею пламени и раскаленных газов в приемлемом объеме пространства.
Казалось бы, что идеальным выключателем постоянного тока будет тот, сопротивление межконтактного промежутка в котором может мгновенно возрастать от нуля до бесконечности. Тогда мгновенно прекращалось бы протекание тока по цепи. Однако для реальных цепей постоянного тока, которые всегда содержат индуктивность L, такой выключатель не пригоден. Дело в том, что запасенная в индуктивной цепи электромагнитная энергия должна куда-то израсходоваться в процессе отключения цепи. Она может уйти, например, на заряд емкости С (рис. 8.5), параллельной дуговому промежутку, и существенно повысить напряжение на ней.
В пределе максимально возможное перенапряжение на емкости определится из равенства энергии:
. (8.1)
Для примера возьмем реальные величины:
Тогда
Естественно, что такие большие перенапряжения для низковольтных установок недопустимы. Электрическую цепь следует отключать так, чтобы перенапряжения не превышали тех величин, которые может выдержать без пробоя электрическая изоляция. Такие условия выполняются в рационально сконструированных выключателях с электрической дугой, при гашении которой большая часть электромагнитной энергии цепи превращается в тепловую и рассеивается столбом дуги в окружающую среду. В результате энергия, запасаемая в емкости, и перенапряжения на емкости снижаются. В этом отношении электрическая дуга играет, очевидно, положительную роль.
Рис.8.5.Цепь постоянного тока с электрической дугой.
Для того чтобы уяснить условие угасания дуги в цепи постоянного тока, необходимо сначала выяснить условия стабильного ее горения, На рис. 8.6 показана статическая вольтамперная характеристика дуги Там же приведены величина напряжения источника URи вольтамперная характеристика сопротивления цепи
На рис. 8.5 была изображена электрическая цепь постоянного тока с дугой. Принципиально во всех реальных схемах присутствует емкость С (емкости между токоведущими проводами, проводами и землей и т. д.). Но обычно в процессе горения дуги D через С протекают относительно небольшие токи в сравнении с основным током цепи i, и влияние С обычно не учитывается. Это влияние становится заметным в конце процесса гашения дуги, когда ток i приближается к нулевому значению, а напряжение на дуговом промежутке резко возрастает. При таком допущении общее уравнение баланса напряжений для цепи с дугой будет выглядеть следующим образом:
. (8.2)
В установившемся состоянии при
. (8.3)
Для удобства анализа вместо прямой проведем реостатную или внешнюю характеристику . Это будет прямая (рис. 8.6), исходящая из точки на оси ординат и пересекающая ось абсцисс в точке , где I–установившийся ток в цепи при замкнутом выключателе В, т. е. при UД = 0.
Рис.8.6. Графическая интерпретация условия гашения
дуги постоянного тока
Нетрудно видеть, что прямая пересекает вольтамперную характеристику дуги в точках А и Б. В них соблюдается уравнение (8.3). Однако подлинно устойчивое состояние обеспечивается в точке А, так как при меньшем токе мы должны написать
,
а при токе, большем, чем в точке
.
В рассматриваемом контуре (см. рис.8.5) величина может компенсироваться только за счет э. д. с. самоиндукции (см. соотношение 8.2), т. е. . При этом слева от точки А , а следовательно, и , должны быть положительными. Справа же от точки А, следовательно, и , должны быть отрицательными. Это возможно только в том случае, когда слева от точки А ток возрастает, а справа — убывает. В точке Б это условие равновесия не обеспечивается, так как справа от нее ток возрастает (переходит в точку А), а слева - убывает (дуга угасает), точка Б характеризует собой неустойчивое равновесие.
Таким образом, если разомкнуть цепь при токе I и при этом на контактах установится дуга с напряжением Uл(полагаем, что дуга сразу достигает определенной длины, которой соответствует характеристика UД = f(i), нанесенная на рис. 8.6), то ток спадет со значения I до и дуга при этом будет устойчиво гореть.
Для обеспечения условий гашения дуги после размыкания контактов необходимо, чтобы вольтамперная характеристика дуги оказалась выше внешней характеристики цепи, т. е. прямой
когда не будет пересечения этих кривых и не возникнет точка А. В этом случае ток в цепи со значения I будет убывать до нуля. Во всем диапазоне изменения тока от I до 0 будет сохранено условие
. (8.4)
Весьма эффективным средством,повышающим дугогасящие свойствааппарата и снижающим перенапряжения при отключении цепей постоянного тока, являются шунтирование дугового промежутка активным сопротивлением r (рис. 8.7).
На рис. 8.8 дано построение, позволяющее сделать заключение об эффективности шунтирования дугового промежутка сопротивлением r. Шунтирующее сопротивление r находится под тем же напряжением Uд, что и дуга. Ток в цепи, текущий через индуктивность L и сопротивление R, разветвляется на ток дуги и ток шунта, при этом всегда остается справедливым равенство
Для оценки условий гашения дуги необходимо построить зависимость напряжения на дуге от общего тока, т. е. UA = f(i), чтобы судить, как ориентируется кривая напряжения по отношению к реостатной характеристике цепи Uи — iR = f(i). Из рис. 8.8 можно видеть, что (без шунта) кривая напряжения на дуге проходит вблизи прямой почти касаясь ее. Условия гашения дуги здесь соблюдаются, но они близки к предельным, так как даже небольшое понижение характеристики дуги привело бы к устойчивой дуге. Кроме того, пик напряжения на дуге в конце гашения весьма велик, а так же высоко значение , т. е. напряжение на индуктивности
.
Если же мы подключаем к дуговому промежутку сопротивление r, имеющее вольтамперную характеристику в виде прямой общий ток в цепи iдолжен складываться из токов дуги и шунта, т. е.
Рис. 8.7. Электрическая цепь постоянного тока с дугой, шунтированной активным сопротивлением
Кривая напряжения на дуге в функции общего тока 2 (рис. 8.8) лежит существенно выше, чем кривая напряжения на дуге без шунта 1. Таким образом, процесс гашения происходит значительно быстрее, и наибольший пик напряжения на дуге будет . В этот момент дуга гаснет. После этого ток продолжает убывать до моментапересечения прямых (iro). Этот ток остается в цепи. Он равен
.
Для полного разрыва цепи ток iroнеобходимо отключить дополнительным контактом К (рис. 8.5). В этом состоит недостаток метода шунтирования, так как он несколько усложняет коммутационный аппарат.
Аналогичных результатов можно достичь, прибегая к шунтированию индуктивности цепи или всей нагрузки. Однако этот метод имеет недостаток, потому что при включенной цепи через шунт будет непрерывно протекать ток и в нем возникнут значительные потери. При сопоставлении рассмотренных методов можно заключить, что более рациональным является применение шунтов на выключателях.
Как уже было сказано, критическим можно назвать такой режим, когда характеристика UA= f(i) делается касательной к внешней характеристике цепи. Длину дуги, при которой наступает такой режим, называют критической. При длине, большей критической, дуга всегда гасится, а при меньшей — возможно устойчивое ее горение.
Рис.8.8. Построение вольтамперной характеристики при шунтировании дуги активным сопротивлением
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электромагнитными называются устройства, предназначенные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.
В нейтральны
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для магнитных цепей электрических аппаратов применяются самые разнообразные магнитномягкие материалы, от правильного выбора которых во многом зависит качество конструкции электриче
ПРОМЕЖУТКОВ
Для магнитных систем электрических аппаратов, когда учитываются потоки рассеяния и полные потоки воздушного зазора, существенным является определение магнитных проводимостей воздушных путей — пр
Для случая полюс — плоскость
Линии индукции, выходящие из боковых граней, занимают весь объем вокруг полюса и имеют сложную форму (рис.2.1). Поле в результате этого, как уже указывалось, получается не плоскопараллельным. В это
Б. Полюса цилиндрической формы
Для электрических аппаратов широко применяются магнитные системы с цилиндрическими полюсами. Опыт показывает, что боковая удельная проводимость между цилиндрическими полюсами зависит от величины д
Полюс — плоскость по координате z
Для плоскопараллельного поля суммарный поток с правой половины торца полюса и грани в (рис.) можно определить как
ПРОСТЫХ ОБЪЕМНЫХ ФИГУР ПОЛЯ
Расчет проводимостей воздушного зазора методом суммирования простых объемных фигур поля, предложенный Ротерсом, на практике получил достаточно широкое распространение. Однако сущест
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ АППАРАТОВ
а) Магнитная цепь аппарата, основные законы. Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение и как элемент привода аппаратов (контакторы, пускатели, реле, автоматы, вык
ПОСТОЯННОГО ТОКА
а.) Расчет потоков рассеивания и индуктивности катушки без учета сопротивления стали. Для электромагнитов, у которых катушка располагается на стержне, поток рассеяния связ
МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Магнитные цепи на переменном токе обладают следующими особенностями.
1. Ток в катушке электромагнита зависит главным образом от ее индуктивного сопротивления.
2. Магнитное сопрот
КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
В результате расчета магнитной цепи определяется поток в катушке и ее н. с. Катушка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемую н. с, а с др
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материал
СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1,а). После включения цепи напряжение источ
ДИНАМИКА И ВРЕМЯ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Время срабатывания. До сих пор мы рассматривали только статические характеристики электромагнитов, когда в их обмотке проходит неизменный ток, причем якорь либо неподвижен, л
МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
а) Общие сведения.Для создания постоянного магнитного поля в целом ряде электрических аппаратов используются постоянные магниты, которые изготавливаются из магнитно-твердых мат
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АППАРАТОВ
Электродинамические силы, возникающие в токоведущих частях аппаратов, стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, с помощью которых эти проводники укреплены к заземленным частям
ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
Как показывают наблюдения, чем выше температура, воздействию которой подвергаются изоляционные материалы, входящие в конструкции аппаратов, тем быстрее ухудшаются их механические и электрические к
ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
Короткое замыкание в электроустановках сопровождается протеканием по проводникам токов, значительно превышающих токи нормального рабочего режима. Так как длительность протекания токов короткого за
ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ТЕПЛООБМЕНА
При наличии разницы температур в теле в нем происходит процесс выравнивания температур из-за потока тепла от мест с более высокой температурой к местам с более низкой температурой.
По ана
ОТДАЧИ ТЕПЛА С НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (ЖИДКОСТИ, ГАЗУ)
В электротехнической практике весьма часто приходится рассчитывать превышение температуры наружной поверхности относительно температуры ж
ПЛОСКОСТЯМИ
Рассмотрим простейшие случаи, когда тепловой поток Ф и его плотность Ф0 не изменяются во времени (стационарное состояние) и в пространстве.
Такой случай может иметь место при на
ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:
1.С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса конт
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размыкается электрическая цепь. Электрический разряд, возникающий при размыкании к
УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ ДУГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Дуга переменного тока обычно гасится легче, чем дуга постоянного тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственно свести к нулю ток цепи путем непрерывного увеличения
А. Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника
Открытая дуга переменного тока в моменты перехода тока через нуль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вследствие перехода
Б. Дуга переменного тока в условиях активной деионизации
Если столб дуги переменного тока подвергается интенсивной деионизации, то в этом случае механизм гашения дуги существенно меняется по сравнению с предыдущим (открытая дуга в цепи вы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Бесконтактными электроаппаратами называют устройства, предназначенные для включения, выключения или переключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва цепи.
Осно
ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЕ СХЕМЫ МУС
Однополупериодная схема (рис. 10.6) практически не применяется из-за следующих недостатков:
1.Для ограничения наведенных в обмотке управления токов необходим балластный дроссель, наличие к
Статические параметры
а) Крутизна характеристики управления.Для МУС характерна зависимость выходного напряжения Up только от
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для зашиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ. Основными элементами предохранителя являются плавкая в
НАГРЕВ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чт
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме. Предохранители на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4
ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случ
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА
Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А. Число главных контактов колеблется от одного до пяти. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Наиболее широко
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Реле – это электрический аппарат, в котором при плавном изменении входной (управляющей) величины происходит скачкообразное изменение выходной (управляемой) величины. Причём, хотя бы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В схемах защиты и автоматики часто требуется выдержка времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость в
Работу.
Принцип электромагнитного замедления рассмотрен выше. Конструкция реле с таким замедлением типа РЭВ-800 (рис.14.11)содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с немагнитн
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЛЕ
а) Общие сведения. Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, чувствительности, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые
РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
УСТРОЙСТВА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (БКРПУ)
а) Общие сведения.На основе тиристоров возможно осуществление следующих операций:
1) включение и отключение э
ТИРИСТОРНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
На рис. 16.4 показан один из вариантов схемы бесконтактного — тиристорного пускателя. Силовой блок Б1 содержит силовые тиристоры VS1—VS3 и диоды VD1—VD3, рассчита
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для регулирования частоты вращения, вращающего момента на валу, для соединения и разъединения ведущего и ведомого валов применяются электрические аппараты в виде муфт с электрическим управлением.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
а) Принципдействия. Простейшая конструкция электромагнитной фрикционной муфты представлена на рис. 14.3. Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по контактным кольца
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФЕРРОПОРОШКОВЫЕ МУФТЫ
В ферропорошковой муфте барабанного типа (рис. 17.5) ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается э
ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МУФТЫ
Возможны два варианта исполнения гистерезисных муфт: в первом — магнитное поле индуктора создается обмоткой, во втором — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контак
Ограничители напряжения.
Назначение и классификация электрических аппаратов высокого напряжения
Электрические аппараты высокого напряжения (АВН) используются в электроэнергетических системах (объединенных и
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие науки и техники, научно-технические исследования предполагают развитие и совершенствование методов проектирования и расчета существующих, а также разработку новых электриче
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
. (8.1)
Там же приведены величина напряжения источника UR и вольтамперная характеристика сопротивления цепи 
. (8.2)
. (8.3)
проведем реостатную или внешнюю характеристику 
. Это будет прямая (рис. 8.6), исходящая из точки 
на оси ординат и пересекающая ось абсцисс в точке 
, где I–установившийся ток в цепи при замкнутом выключателе В, т. е. при UД = 0.
в точках А и Б. В них соблюдается уравнение (8.3). Однако подлинно устойчивое состояние обеспечивается в точке А, так как при меньшем токе мы должны написать
,
.
может компенсироваться только за счет э. д. с. самоиндукции (см. соотношение 8.2), т. е. 
. При этом слева от точки А 
, а следовательно, и 
, должны быть положительными. Справа же от точки А, 
и дуга при этом будет устойчиво гореть.
. (8.4)
, т. е. напряжение на индуктивности
.
Если же мы подключаем к дуговому промежутку сопротивление r, имеющее вольтамперную характеристику в виде прямой общий ток в цепи iдолжен складываться из токов дуги и шунта, т. е.
. В этот момент дуга гаснет. После этого ток продолжает убывать до моментапересечения прямых (iro). Этот ток остается в цепи. Он равен
.
Новости и инфо для студентов