Исследование переходных процессов в электроприводах с линейной механической характеристикой

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ                                        УНИВЕРСИТЕТ

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Энергетический факультет

 

 

Кафедра «Электрических систем»

 

 

 

Отчет по производственной практике

 

Исследование переходных процессов в электроприводах с линейной механической характеристикой.

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                    Специальность: 140604

                                                                                              Шифр: 110573

                                                                                               Выполнил: Купцов О.В.                                                                                                                                                                  

                                                                                      Проверил: 

 

 

Москва 2014

Электродинамические силы в электрических аппаратах.

3. а) Опишите метод расчета электродинамических сил, основанный на методе энергетического баланса.

   б) Определите силу, разрывающую круговой виток круглого сечения. По витку протекает ток 10кА. Средний диаметр витка 5см, диаметр поперечного сечения витка 0,5см.

   а) При КЗ в сети через токоведущую часть аппарата могут проходить токи, в десятки раз превышающие номинальный ток. Эти токи, взаимодействуя с магнитным полем, создают электродинамические силы, которые стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, на которых они крепятся.

Метод расчета основанный на использовании энергетического баланса системы проводников с током: Если пренебречь электростатической энергией системы и принять, что при деформации токоведущих контуров или при их перемещении под действием э.д.у. токи во всех контурах остаются неизменными, то силу можно найти по уравнению

,

где:

W - электромагнитная энергия;

X - возможное перемещение в направлении действия силы.

Электромагнитная энергия системы обусловлена как энергией магнитного поля каждого изолированного контура, так и энергией, определяемой магнитной связью между контурами, и для двух взаимосвязанных контуров равна:

,

где:

 и  - индуктивности контуров;

 и  - токи, протекающие в них;

М - взаимная индуктивность.

Первые два члена уравнения определяют энергию независимых контуров, а третий член дает энергию, обусловленную их магнитной связью.

Уравнение дает возможность рассчитать как силы, действующие в .изолированном контуре, так и силу взаимодействия контура со всеми остальными.

Для определения сил внутри одного независимого контура пользуемся уравнением

При расчете силы взаимодействия контуров мы считаем, что энергия изменяется только в результате изменения взаимного расположения контуров. При этом энергия, обусловленная собственной индуктивностью, считается неизменной. В данном случае, сила взаимодействия между контурами равна

.

Энергетический метод удобен, когда известна аналитическая зависимость индуктивности или взаимной индуктивности от геометрических размеров.

  б) Определяем силу, разрывающую круговой виток круглого сечения по формуле:

 

 

Нагрев электрических аппаратов.

3. Определите, во сколько раз сопротивление будет больше на переменном токе с частотой 400Гц , чем на постоянном токе у медного проводника круглого сечения диаметром 5мм и длинною 100м. Проводник расположен на расстоянии (по осям) 10мм от такого же проводника.

ρмеди =0,017 Ом*/м=1,7*Ом/м.

Рассчитаем площадь поперечного сечения круглого проводника:

S=

Рассчитаем сопротивление проводника при постоянном токе:

=

Определяем сопротивление проводника при переменном токе на расстояние 10мм по осям от такого же проводника:

= *

 

Используем график кривых рис. 2-1 на стр. 35 учебника «Электрические аппараты» А.Ф. Чунихин изд.2 1975г. для определения коэффициента потерь для проводника круглого сечения вызванных поверхностным эффектом:

где   = 67953

тогда .

Используем график кривых рис. 2-3 на стр. 36 учебника «Электрические аппараты» А.Ф. Чунихин изд.2 1975г. для определения коэффициента потерь для проводника круглого сечения вызванных эффектом близости :

где  ;

тогда

из этого следует:

=1,04*1=1,04

тогда

= *=1,04=0,09048 Ом.

Определяем во сколько раз сопротивление проводника будет больше на переменном токе, чем на постоянном:

/ =0,09048/=1,04

 

Электрические контакты

3. Определите, расплавятся ли свежезачищенные серебряные контакты полусфера-полусфера, если через них пропустить в замкнутом состоянии ток 100А. Сила сжатия контактов 1Н.

Находим переходное сопротивление контактов:

Rп = ;

Коэффициент берем на на стр. 71 учебника «Электрические аппараты» А.Ф. Чунихин изд.2 1975г

=1,58*

Тогда Rп = = ,Ом

Подставляем Rп в формулу

I* Rп Uк..доп ;

где Uк..доп берем из табл. 3-1 на стр. 77 учебника «Электрические аппараты» А.Ф. Чунихин изд.2 1975г

100*

0,0158

Согласно табл.3-1 стр. 77 учебника «Электрические аппараты» А.Ф. Чунихин изд.2 1975г в нашем случае контакты не расплавятся так как при таком падении напряжении температура в зоне контактов не достигает  точки плавления материала. 

 

Электрическая дуга.

3. Укажите на статической вольтамперной характеристике дуги постоянного тока точки ее устойчивого и неустойчивого горения. Покажите, как влияет изменение активного сопротивления цепи на положение этих точек.

Рассмотрим баланс напряжений в цепи (рис. 4-3, а) при дуге, имеющей неизменную длину:

 

д                                         (4-6)

 

     Очевидно, что  стационарным режимом будет такой, при котором ток в цепи не  меняется, т. е. di/dt=0.

      На рис. 4-3,б совместно с вольт-амперной  характеристикой дуги построена наклонная прямая U—iR.

      Для тока i отрезок аb в масштабе чертежа равен напряжению на дуге, отрезок cd — падению напряжения на резисторе R и отрезок bc соответствует Ldi/dt. Очевидно, что в точках 1 и 2 Ldi/dt=0. В этих точках возможен стационарный режим. Рассмотрим более подробно равновесие напряжений вблизи этих точек. Если по каким-либо причинам напряжение источника питания снизится, то точка равновесного состояния перейдет в 2', при этом величина тока уменьшится до значения i2', определяемого пересечением вольт-амперной характеристики с прямой U'—iR. Пусть теперь напряжение источника восстановится до прежней величины U.

     Для тока i2' отрезок U—iR>uд, поэтому в этой точке            L di/dt>0. Таким образом, при токе i2' на индуктивности возникает положительное напряжение Ldi/dt, которое увеличивает ток (производная положительна у растущей  во  времени   величины).

   Процесс будет  продолжаться до тех пор, пока  напряжение L di/dt не станет равным нулю, т. е. мы попадем в точку 2.

   Пусть по каким-либо  причинам, например из-за роста напряжения источника, ток станет равным i2''> I2-Если напряжение вернется к старому значению, то возникает напряжение L di/dt<0. При этом ток i2''будет уменьшаться, пока не станет равным току I2. Точка 2 является точкой устойчивого равновесия: при выходе из нее возникают процессы, которые возвращают состояние цепи снова в эту точку.

   Теперь рассмотрим  процесс изменения тока около  точки 1. Пусть ток в цепи стал равным i1'<I1 Очевидно, в этом случае возникнет напряжение Ldi/dt<0, и ток в цепи будет убывать до тех пор, пока дуга не погаснет. Если ток в цепи стал равным i1' > I1 , то возникнет напряжение L di/dt положительного знака. Ток будет возрастать до значения I2.

   Таким образом, точка 1 является точкой неустойчивого равновесия: при выходе из нее ток в цепи либо становится I2, либо дуга гаснет и ток становится равным   нулю.

 

Это возможно либо за счет поднятия вольт-амперной характеристики, либо за счет увеличения сопротивления цепи.

Вольт-амперная характеристика дуги может быть поднята за счет увеличения длины дуги, .интенсивного охлаждения, повышения давления среды, в которой горит дуга.

При замкнутых контактах дуга отсутствует, и ток в цепи равен IK=U/R. При разведении контактов между ними возникнет дуга с током I2.Если длина дуги и напряжение источника неизменны, то при увеличении сопротивления ток в цепи будет уменьшаться, принимая значения i3, i4, iкр (рис 4-4). При дальнейшем возрастании сопротивления соблюдается неравенство                д >U-- iR,                                    (4-7)

т. е. создаются условия для гашения дуги.

Токи и сопротивления, при которых наступают условия для гашения, называются критическими.

Если при неизменном значении тока цепи Iк увеличить напряжение питания U или при неизменном значении напряжения U увеличить ток цепи Iк, то прямая U — iR будет проходить выше. Тогда для соблюдения условий гашения дуги (4-7) необходимо поднять вольт-амперную характеристику дуги.

Таким образом, с ростом отключаемого тока и напряжения источника условия отключения утяжеляются.

Анализ рис. 4-4 показывает, что за счет изменения сопротивления R можно снять статическую характеристику только при токах до Iкр. Для того чтобы снять эту зависимость при меньших токах, необходимо увеличить напряжение источника питания.

 

Электромагнитные механизмы

3. Определить амплитудное значение магнитного потока в магнитопроводе электромагнита переменного тока промышленной частоты, если ток и напряжение катушки намагничивания соответственно равны 10А и 127В. Катушка выполнена из медного провода диаметром 0,6мм и числом витков 1000. Средняя длина витка равна 15см.

ρмеди =0,017 Ом*/м=1,7*Ом/м.

Рассчитаем площадь поперечного сечения круглого проводника:

S=

Рассчитаем сопротивление проводника при постоянном токе:

l=w*lвитка=1000*15=15000см=150м

=

Рассчитаем амплитудное значение магнитного потока:

Фm = = = 0,00057,Вб

 

Контакторы и магнитные пускатели.

3. Принцип действия магнитного дутья в дугогасительных устройствах контакторов постоянного тока.Приведите достоинства и недостатки параллельной и последовательной катушек магнитного дутья.

Дугогасительные системы построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле гашения в подавляющем большинстве конструкций возбуждается последовательной дугогасительной катушкой. 

Электрическая дуга является своеобразным проводником с током, который может взаимодействовать с магнитным полем. Сила взаимодействия между током дуги и магнитным полем перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье. ДУ с магнитным дутьем показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Дугогасительное устройство с последовательной катушкой.

Магнитное поле, создается катушкой 1, включенной последовательно с коммутируемой цепью. Внутри катушки 1 размещен сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде пластин 4. Между катушкой и сердечником размещается изоляционный цилиндр 2. При протекании тока по катушке создается магнитное поле, направление которого указано крестиками. Ток протекает от входного контакта 5 по катушке 1, замкнутым контактам 6 и гибкой связи 7 ко второму выходному контакту аппарата. При размыкании контактов 6 между ними возникает сначала жидкометаллический мостик, а затем электрическая дуга 8.

Под действием магнитного поля катушки возникает сила, которая перемещает дугу в керамическую камеру 9.

Достоинства ДУ с последовательной катушкой:

-  при токах свыше 100 А магнитное поле быстро сдвигает дугу с рабочих поверхностей контактов, чем обеспечивается их малый износ. Система хорошо работает в области больших токов;

-  при изменении направления тока меняет знак и магнитное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет своего направления. Система работает при любом направлении тока;

-  поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Падение напряжения на катушке составляет доли вольта.

Наряду с достоинствами, такие ДУ имеют и недостатки. Это недостаточно надежное гашение дуги при малых токах (5…7 А), большая затрата меди на катушку, нагрев контактов за счет тепла в дугогасительной катушке.

Несмотря на эти недостатки, благодаря высокой надежности при гашении номинальных и больших токов, ДУ с последовательной катушкой получили преимущественное распространение.

В параллельной системе катушка магнитного дутья подключается к независимому источнику питания. Магнитная индукция, создаваемая системой, постоянна и не зависит от отключаемого тока.

Поскольку в области малых токов катушка напряжения действует более эффективно, чем катушка тока, при одной и той же длительности горения дуги требуется меньшая м.д.с., что дает экономию. Однако катушки напряжения имеют и ряд существенных недостатков:

- направление электродинамической  сылы, действующей на дугу, зависит  от полярности тока. При изменении  направления тока дуга меняет  направление своего движения. Контактор  не может работать при перемене  полярности тока.