Возникновение и действие электродинамических сил

В токоведущей системе ЭА, состоящей из нескольких токоведущих частей, образуются магнитные поля от этих частей при протекании по ним токов.

На элемент проводника элементарной длины dl₁ с токомi₁, находящийся в магнитном поле с индукцией В, согласно закону Ампера действует механическая сила

dF=Bi₁dl₁sinβ,

где β - угол между направлением тока i₁ в элементе проводника и вектором индукции В. На весь проводник длиной l₁ действует сила

.

Силу F называют электродинамической силой. Эта сила распределена по длине проводника. Точка приложения силы зависит от конфигурации проводника, от характера распределения магнитного поля (индукции В) вдоль проводника и не зависит от силы токаi₁.

Если магнитное поле, создано другим соседним проводником с токомi₂, и оба проводника находятся в воздушной среде, то сила F, действующая на весь проводник, определяется в соответствии с законом Био-Савара-Лапласа по выражению [6]:

,

где μ₀ – магнитная проницаемость воздуха; k_к – коэффициент контура, значение которого зависит от геометрических размеров проводников, их взаимного расположения и не зависит от токов i₁ и i₂. Например, для параллельных проводников малого сечения и одинаковой длины l₁=l₂=l:

,

где a – расстояние между проводниками. При однонаправленных токах в проводниках они притягиваются друг к другу под действием электродинамической силы; при разнонаправленных токах они отталкиваются друг от друга (направление действия электродинамической силы определяется по «правилу левой руки»).

Электродинамическая сила возникает также в одиночном контуре с током, у которого нет внешнего (созданного другими элементами аппарата) магнитного поля. В любом случае электродинамическая сила возникает в местах, где искривляются линии электрического тока. Например, в замкнутом контуре витка с током электродинамическая сила своим действием стремится привести виток к форме окружности, разорвать виток, расположить провод витка по прямой линии. В некоторых случаях электродинамическая сила, вызванная достаточно большим током, протекающим по коммутирующему контакту, способна разомкнуть контакт.

При переменном токе электродинамическая сила пульсирует, изменяясь с частотой, в два раза большей частоты тока. Максимальное значение электродинамической силы оказывается в два раза большим, чем при постоянном токе той же силы (сравниваем по действующему значению переменного тока). Соответственно, разрушающее действие пульсирующей силы больше, чем постоянно действующей силы.

При больших токах, особенно при токах короткого замыкания электродинамические силы, возникающие в токоведущей системе ЭА, опасны для аппарата. Следует отметить, что при переменном токе, в зависимости от момента короткого замыкания, первая амплитуда ударного тока короткого замыкания i_{уд.макс.} может существенно превосходить амплитудное значение установившегося тока короткого замыкания (до 1,8 раза). Максимальная величина электродинамической силы может достигать значения

.

Это означает, что при переменном токе, в случае возникновения короткого замыкания, электродинамическая сила может быть почти в 6,5 раза больше, чем при постоянном токе с тем же установившемся значением I.