В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ
Электродинамические силы в электрических аппаратах
ЛЕКЦИЯ №5
3.1 Основные понятия: электродинамическая устойчивость, методы расчета элетродинамических сил.
3.2 Электродинамические силы между параллельными проводниками (первый метод).
3.3 Электродинамические силы между параллельными проводниками (2-ой метод расчета).
3.4 Электродинамические силы при переменном токе.
3.1 Основные понятия: электродинамическая устойчивость,
В нормальном режиме эксплуатации электродинамические усилия невелики. Однако при коротком замыкании в сети по токоведущим частям электрического аппарата протекают токи в десятки раз превышающие номинальные. Эти токи создают ЭДУ, которые могут вызвать деформацию проводников и изоляторов.
Под электродинамической устойчивостью электрического аппарата понимается его способность противостоять электродинамическим силам, возникающим при больших токах короткого замыкания.
В большинстве случаев (для шинопроводов, автоматов и др.) для электрических аппаратов в справочниках указывается ток динамической устойчивости. I ДУ – это максимальный ток, который способен выдержать данный аппарат. Многие аппараты подлежат обязательной проверке на динамическую устойчивость
где I КЗ max – ударный ток КЗ.
При расчете электродинамических сил используются два основных метода. Первый метод основан на законе Ампера.
Закон Ампера
Элементарный проводник с током i, расположенный в магнитном поле с индукцией (рис. 8), создаваемой другими проводниками, испытывает силу , которая равна
(26)
Направление индукции находится по правилу буравчика, а направление силы – по правилу левой руки (рис. 9). Зная направления индукции и силы, а также угол β между векторами и закон Ампера в скалярной форме
(27)
Для определения полной силы F, действующей на проводник длиной l, необходимо просуммировать силы, действующие на все его элементы
(28)
В случае любого расположения проводников в одной плоскости β = 900, sinβ = 1, тогда сила определяется по формуле
(29)
Второй метод основан на использовании энергетического баланса системы проводников с током.
Сила равна частной производной от электромагнитной энергии W данной системы по координате x, в направлении которой действует сила
(30)
Этот метод применяется когда известны аналитические зависимости индуктивностей и взаимоиндуктивностей контуров от их геометрических размеров.
Энергия одного контура
(31)
Энергия двух контуров с различными токами
(32)
где M – взаимная индуктивность контуров.
Для одного контура электродинамическая сила будет
(33)