Содержание. В электрических аппаратах

Р.Я. Кляйн

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ

Часть I

Физические явления

в электрических аппаратах

Рекомендовано в качестве учебного пособия

Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

УДК 621.31(075.8)+621.38(075.8)

ББК 91.264+32.85я73

Кляйн Р.Я.

К52 Электрические и электронные аппараты. Ч I: Физи-

ческие явления в электрических аппаратах: учебное пособие.

/ Р.Я. Кляйн. – Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2010. – 140 с.

Первая часть учебного пособия посвящена основам теории

электрических аппаратов, в которой рассматриваются физические

явления при коммутации и дугогашении, процессы нагрева аппа-

ратов в различных режимах работы, электродинамические и тяго-

вые усилия, динамика электромагнитов, а также методы расчета

магнитных цепей электрических аппаратов.

Настоящее издание дополнено вопросами для самоконтроля и

примерами расчета в каждом разделе, что дает возможность закре-

пить теоретический материал практическими задачами.

Предназначено для студентов направлений 140600-электротех-

ника, электромеханика, электротехнологии и 140200-электроэнер-

гетика очной и заочной форм обучения.

УДК 621.31(075.8)+621.38(075.8)

ББК 91.264+32.85я73

Рецензенты:

Яковенко Н.И. – заведующий кафедрой физики и математики

Брянского сельскохозяйственного института,

доцент, кандидат технических наук

Данекер В.А. – старший научный сотрудник ОАО НПФ

«Геофит», кандидат технических наук

© Кляйн Р.Я., 2010

© Томский политехнический университет, 2010

© Оформление. Издательство Томского

политехнического университет, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ …………………………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………..……………………….5

В1. Определение…………………………………………………..5

В2. Функции электрических аппаратов………………………….5

В3. Классификация электрических аппаратов…………………..6

В4. Вопросы для самоконтроля…………………………………..8

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ....................................................8

1.1. Общие сведения………………………………………………..8

1.2. Переходное сопротивление контакта…………………………9

1.3. Конструкции контактов……………………………………….11

1.4. Режимы работы контактов……………………………………12

1.5. Вопросы для самоконтроля…………………………………...15

1.6. Примеры расчета………………………………………………16

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА И ДУГОГАШЕНИЕ ………………...20

2.1. Процессы ионизации межконтактного промежутка………...20

2.2. Вольтамперные характеристика дуги………………….……..21

2.3. Условия гашения дуги постоянного тока…………………….23

2.4. Перенапряжения при отключении дуги постоянного тока….24

2.5. Особенности гашения дуги переменного тока……………….25

2.6. Способы гашения электрической дуги………………………..27

2.7. Вопросы для самоконтроля……………………………………31

2.8. Примеры расчета……………………………………………….31

3. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

АППАРАТОВ ……………………..…………………………………..34

3.1. Источники тепла в электрических аппаратах………………...34

3.2. Способы передачи тепла……………………………………….35

3.3. Допустимые температуры нагрева электрических аппаратов.37

3.4. Нагревание и охлаждение проводников в продолжительном

режиме……………………………………………..………..…..37

3.5. Нагрев проводника при токе короткого замыкания………….39

3.6. Нагрев проводника в кратковременном режиме……………...41

3.7. Нагрев проводника в повторно-кратковременном режиме….42

3.8. Вопросы для самоконтроля…………………………………….43

3.9. Примеры расчета………………………………………………..44

4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

АППАРАТАХ ……………………………………….…………48

4.1. Общие сведения………………………………………………...48

4.2. Методы расчета ЭДУ…………………………….. ……………49

4.3. ЭДУ, действующие на различные элементы токоведущей

цепи……………………………………………………….…..….51

4.4. Вопросы для самоконтроля…………………………………….56

4.5. Примеры расчета………………….…………………………….58

5. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ……..61

5.1. Общие сведения…………………………………………………61

5.2. Основные законы магнитной цепи…………………………….62

5.3. Схемы замещения магнитной цепи…………………………....64

5.4. Расчет магнитных проводимостей воздушных зазоров………65

5.5. Расчет магнитных цепей постоянного тока……………………68

5.6. Расчет магнитных цепей переменного тока…………………...73

5.7. Расчет магнитных цепей переменного тока с учетом

потерь в стали и короткозамкнутого витка……..……………..78

5.8. Вопросы для самоконтроля……………………………………..79

5.9. Примеры расчета………………………………………………...80

6. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ …...87

6.1. Общие сведения………………………………..………………...87

6.2. Свободная магнитная энергия……………………………….....89

6.3. Кривые возврата………………………………………..………..90

6.4. Старение и стабилизация магнитов…………………………….91

6.5. Вопросы для самоконтроля……………………………………..91

6.6. Примеры расчета………………………………………………...92

7. РАСЧЕТ ТЯГОВЫХ СИЛ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ………………93

7.1. Энергетический баланс электромагнитов постоянного тока…93

7.2. Методы расчета тяговой силы электромагнита…………….....95

7.3. Тяговые характеристики электромагнитов…………………….98

7.4. Тяговые силы электромагнитов переменного тока………….100

7.5. Вибрация якоря однофазных электромагнитов и способы ее

устранения…………………………………………………...….101

7.6. Трехфазный электромагнит……………………………………103

7.7. Механические характеристики электромагнитных

механизмов……………………………………………………...104

7.8. Согласование тяговых и механических характеристик

электромагнитов……………………………………………….105

7.9. Расчет параметров срабатывания и возврата………………...107

7.10. Коэффициент возврата и способы его повышения…………108

7.11. Вопросы для самоконтроля…………………………………..109

7.12. Примеры расчета……………………………………………...110

8. КАТУШКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ …………………113

8.1. Конструкции катушек…………………….……………………113

8.2. Коэффициент заполнения катушки и обмотки………………115

8.3. Параметры катушки……………………………………………117

8.4. Расчет катушек ………………………………………………...118

8.5. Вопросы для самоконтроля……………………………………121

8.6. Примеры расчета……………………………………………….122

9. ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ …………………………….125

9.1. Общие сведения…………………..……………………………125

9.2. Процесс срабатывания электромагнита постоянного тока….126

9.3. Работа электромагнита…………………………….…………..128

9.4. Время движения при включении электромагнита…………...129

9.5. Время срабатывания при отключении электромагнита……..130

9.6. Методы ускорения и замедления электромагнитов…………132

9.7. Вопросы для самоконтроля……………………………………137

9.8. Примеры расчета……………………………………………….137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..….……………………………………..139