Дуга постоянного токаи условия ее гашения

Статическая вольтамперная характеристика

Статическая ВАХ – это зависимость напряжения на дуге u_Д от тока дуги i_Д, полученная при медленном изменении тока (рис. 28). Эта характеристика не линейна – с увеличением тока дуги увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, но при этом сопротивление дуги падает значительнее увеличения тока.

Чем больше длина дуги l, тем выше ВАХ. Охлаждение дуги существенно влияет на ВАХ, чем оно интенсивнее тем выше ВАХ.

Условия горения и гашения дуги постоянного тока

Пренебрегая ёмкостью, электрическая цепь с дугой постоянного тока, приведена на рис. 29.

Уравнение напряжений этой цепи

(57)

Это уравнение нелинейно из–за нелинейности ВАХ дуги, поэтому решим его графически при заданной ВАХ.

Вначале производится построение луча линейной части , а затем вычерчивается ВАХ дуги (рис. 30).

При устойчиво горящей дуге di/dt = 0, что выполняется в точках A и B при соответствующих токах I_A, I_B. Однако в точке B устойчивое горение дуги, а в точке А неустойчивое.

При токе I_A, если станет (случайно) i_Д < I_A, то будет U_Д > U – i_ДR, а  – отрицательна, поэтому ток будет уменьшаться и дуга погаснет. Если станет i_Д > I_A, то U_Д < U – i_ДR, в цепи будет избыточное напряжение, поэтому ток возрастёт до значения I_B. Если станет i_Д > I_B, то U_Д > U – i_ДR, а  – отрицательна, поэтому ток в цепи уменьшится до значения I_B. Таким образом точка В является точкой устойчивого горения дуги.

Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока выполнялось условие гашения

                                (58)

то есть ВАХ дуги должна быть выше прямой U – i_ДR и не пересекаться с ней. Это достигается охлаждением и удлинением дуги с помощью дугогасительных устройств.

Энергия выделяемая в дуге при гашении

В реальных условиях ток при отключении цепи может изменяться достаточно быстро. ВАХ дуги при быстром изменении тока называется динамической, которая может иметь участки с отрицательными сопротивлениями.

Процесс отключения цепи постоянного тока с индуктивностью при гашении дуги приближённо приведён на рис. 31.

На рисунке показано: I_К – ток через контакты до их размыкания, в момент t = 0 контакты размыкаются и дуга горит в течение времени t_Д, U – напряжение на контактах после гашения дуги,

 – величина перенапряжения.

Для определения энергии выделяемой в дуге за время гашения умножим составляющие (57) на  

Проинтегрируем это выражение в пределах от 0 до t_Д, а второе слагаемое правой части в пределах от I_К до 0, в результате получим

              (59)

Таким образом в дуге выделяется вся энергия источника питания за вычетом потерь в активном сопротивлении и вся электромагнитная энергия, запасённая в индуктивности. Если в отключаемой цепи большая индуктивность, то её энергия в дуге составляет 80 – 90 %.

ЛЕКЦИЯ №10

Тема 1.6 ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

1.6.1 Назначение и применение электромагнитов, методы расчета.

1.6.2 Основные положения теории магнитных цепей.

1.6.3 Сила тяги, статическая тяговая характеристика, механическая характеристика контактора.

1.6.4 Сила тяги электромагнита переменного тока. Короткозамкнутый виток.

6 ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ [1,3,5,6]

Назначение и применение электромагнитов,

Методы расчета

Электромагнит предназначен для создания механической (тяговой) силы притяжения между стальными полюсами за счет магнитного потока, создаваемого обмоткой с током. Очень часто электромагниты применяются как приводные элементы в электрических аппаратах: контакторы, реле, автоматы, электромагнитные муфты и т. д.

Строгое решение задач по расчету электромагнитов получают на основе теории электромагнитного поля. Существуют методы расчета

 двух и трех мерных полей с применением ЭВМ (метод конечных элементов

и др.).

Однако в приближенных расчетах применяют методы, базирующиеся на теории магнитных цепей, где применяют схемы замещения подобные электрическим схемам. Решение задач сводят к простейшим формулам, которые получают на основе экспериментов и являются весьма приближенными, могут применяться только при некоторых допущениях для определённой магнитной цепи. Но они дают представление о физике процессов в электромагните.