РАСЧЕТ дугогасительных устройств

Процессы дугогашения различных аппаратов отличаются существенным образом, в связи с чем дугогашение рассматривается отдельно для аппаратов на небольшие токи и напряжения (реле и т.д.), аппаратов на напряжение до 1000 В, высоковольтных аппаратов.

Здесь рассматриваются вопросы проектирования дугогасительных систем низкого напряжения. Вопросы проектирования высоковольтных дугогасительных систем изложены в [26].

Расчетные параметры дугогасительных устройств для аппаратов до 1000 В следующие.

1. Число разрывов цепи тока.

2. Раствор коммутирующих контактов.

3. Предельная длина дуги.

4. Ширина (внутренняя) камеры (щели) в месте расположения контактов.

5. Ширина продольной щели камеры в месте гашения дуги.

6. Величина рабочего воздушного зазора между пластинами-полюсами системы электромагнитного дутья.

7. Размеры сердечника и пластин-полюсов системы электромагнитного дутья.

8. Число витков дугогасительной катушки.

9. Число пластин дугогасительной решетки.

Проектирование дугогасительной системы заключается в обеспечении следующих требований.

1. Заданная коммутационная способность.

2. Минимально возможное время горения дуги.

3. Отсутствие недопустимых перенапряжений.

4. Минимальные размеры дугогасительного устройства.

5. Минимальный выброс пламени и ионизированных газов, минимальные световой и звуковой эффекты.

Так как некоторые требования противоречивы (например, уменьшение времени горения дуги приводит к увеличению перенапряжения), необходимо отыскивать оптимальное решение.

Порядок расчета дугогасительных систем постоянного тока следующий.

1. По заданному значению отключаемого напряжения, равного максимальному напряжению источника питания, при нескольких значениях отключаемого тока (от минимально возможного до предельно допустимого) определяется критическая длина дуги и раствор контактов.

2. При принятых параметрах и конструкции дугогасительной системы определяется время гашения дуги при нескольких значениях отключаемого тока.

3. Определяется максимальное перенапряжение.

4. При выполнении требований, предъявляемых к дугогасительной системе, расчет прекращается. Если требования не выполняются, предпринимаются меры по повышению эффективности дугогашения и расчет повторяется.

Порядок расчета дугогасительных систем переменного тока следующий.

1. Определение раствора контактов.

2. Определение числа разрывов при гашение свободной открытой дуги при первом переходе тока через ноль или числа пластин в системах с дугогасительной решеткой при апериодическом характере восстановления напряжения.

3. Проверка выполнения условия апериодичности.

4. Если условие апериодичности не выполняется, расчет производится для колебательного характера восстановления напряжения.

5. Время гашения (для систем с дугогасительной решеткой).

6. Определение размеров камеры (для систем с дугогасительной решеткой).

При гашении дуги переменного тока в камере с продольной щелью в поперечном магнитном поле порядок расчета следующий.

1. Выбор вида дугогасительной камеры (числа разрывов цепи, ширины щели, ориентировочных длины и сечения рогов).

2. Определение индуктивности и собственной частоты отключаемой цепи.

3. Определение критического тока.

4. Выбор конструктивных форм и размеров элементов дугогасительной магнитной системы.

5. Определение средней скорости движения дуги.

6. Расчет диаметра дуги.

7. Установление характера восстановления напряжения.

8. Расчет времени горения дуги.

9. Определение размеров камеры.

РАСЧЕТ электромагнитов

Электромагнит характеризуется следующими параметрами.

1. Конструктивная форма.

2. Род тока, номинальные значения напряжения (тока) и частоты.

3. Режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и др.).

4. Потребляемая мощность.

5. Развиваемая сила и ход или тяговая характеристика.

6. Класс нагревостойкости изоляции.

7. Параметры срабатывания (притягивания) и отпускания (напряжение, ток, время).

8. Износостойкость.

9. Масса и габаритные размеры.

10. Стоимость.

Различают прямую и обратную задачи проектирования электромагнита.

При прямой задаче по заданной тяговой характеристике определяются конструктивная форма и размеры магнитопровода и катушки.

Обратная задача заключается в поверочном расчете электромагнита.

При решении прямой задачи расчеты выполняются в следующем порядке.

1. Выбор конструктивной формы электромагнита.

2. Выбор материала магнитопровода.

3. Выбор магнитной индукции, коэффициента выпучивания и рассеяния.

4. Определение основных размеров и параметров электромагнита.

5. Разработка эскиза.

Основой поверочного расчета электромагнита постоянного тока является эскиз электромагнита с размерами, разработанный в процессе проектирования.

При этом рекомендуется следующий порядок расчета.

1. Составление схемы замещения магнитной цепи.

2. Расчет магнитных проводимостей участков магнитной цепи (воздушного зазора, промежутков проводимости потоков рассеяния, суммарной) и их производных.

3. Расчет коэффициентов рассеяния.

4. Расчет магнитных сопротивлений ферромагнитных участков.

5. Определение необходимого рабочего потока в воздушном зазоре (используется энергетическая формула).

6. Расчет магнитного потока на участках магнитной цепи и намагничивающей силы.

7. Расчет и построение тяговых характеристик.

8. Расчет параметров катушки.

9. Тепловой расчет катушки электромагнита.

10. Корректировка размеров электромагнита (при необходимости). При чрезмерной температуре нагрева катушки электромагнита размеры следует увеличить, при заниженной – уменьшить.

11. Расчет времени срабатывания и отпускания.

12. Определение коэффициента возврата.

Поверочный расчет электромагнита переменного тока с катушкой напряжения производится в следующей последовательности.

1. Составление схемы замещения магнитной цепи.

2. Расчет магнитных проводимостей участков магнитной цепи (воздушного зазора, промежутков проводимости потоков рассеяния, суммарной) и их производных.

3. Расчет коэффициентов рассеяния при отпущенном якоре без учета сопротивления экрана.

4. Определение величины магнитного потока и индукции.

5. Расчет числа витков обмотки.

6. Определение величины магнитного потока в воздушном зазоре с учетом экрана при притянутом якоре.

7. Расчет электромагнитных экранов.

8. Расчет коэффициентов рассеяния при притянутом якоре.

9. Расчет намагничивающей силы при притянутом якоре.

10. Расчет параметров обмотки.

11. Тепловой расчет обмотки.

12. Корректировка размеров электромагнита (при необходимости).

13. Расчет и построение тяговых характеристик.

14. Построение векторных диаграмм.

15. Определение времени срабатывания и отпускания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Буль Б.К. Основы теории электрических аппаратов / Б.К. Буль и др.; под ред. Г.В. Буткевича. – М.: Высш. шк., 1970. – 599 с.

2. Буткевич Г.В Задачник по электрическим аппаратам: учебное пособие / Буткевич Г.В, Дегтярь В.Г., Сливинская А.Г. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1987. – 232 с.

3. Виттенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. – Л.: Энергия, 1975. – 413 с.

4. Гордон А.В. Электромагниты постоянного тока / А.В. Гордон, А.Г. Сливинская. – М.: Энергоиздат, 1972. – 446 с.

5. Грачёв А.С. Электрические аппараты: руководство по решению задач проектирования электрических аппаратов / Мар. гос. ун-т; А.С. Грачёв. – Йошкар-Ола, 2009. – 111 с.

6. Елкин В.Д. Электрические аппараты / В.Д. Елкин, Т.В. Елкина. – Минск : Дизайн-ПРО, 2003. – 76 с.

7. Жукова Г.А. Курсовое проектирование по низковольтным электрическим аппаратам / Г.А. Жукова, В.П. Жуков: Учеб. пособие – М.: Высш. шк., 2006. – 160 с.

8. Кляйн Р.Я. Электрические и электронные аппараты: учебное пособие. Ч. I: Физические явления в электрических аппаратах / Кляйн Р.Я. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2000. – 97 с.

9. Коновалов, О.А. Электрические и электронные аппараты : учеб. пособие / О.А. Коновалов, А.В. Пяталов. – Комсомольск-на-Амуре, 2003. – 145 с.

10. Литовченко В.В., Чумоватов А.И. Тяговые электрические аппараты: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрооборудование электроподвижного состава», раздел «Тяговые электрические аппараты». – М.: МИИТ, 2003. – 63 с.

11. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. – М.: Энергия, 1974. – 392 с.

12. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и переменного токов / М.А. Любчик. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 223 с.

13. Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока / М.А. Любчик. – М.: Энергия, 1968. – 150 с.

14. Никитенко А.Г. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов. – М.: Высш.школа, 1983. – 192 с.

15. Основы теории электрических аппаратов / под ред. И.С. Таева. – М.: Высшая школа, 1987. – 352 с.

16. Проектирование электрических аппаратов / Под ред. Г.Н. Александрова. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 449 с.

17. Сахаров, П.В. Проектирование электрических аппаратов / П.В. Сахаров. – М.: Энергия, 1971. – 558 с.

18. Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов электрических аппаратов / Б.С. Сотсков. – М.: Энергия, 1965. – 574 с.

19. Ступель Ф.А. Расчет и конструирование электромагнитных реле – М.: Госэнергоиздат, 1950 – 332 с.

20. Таев И.С. Основы теории электрических аппаратов / И.С. Таев. – М.: Высш. шк., 1987. – 351 с.

21. Таев И.С. Электрические аппараты управления. – М.: Высш. школа, 1984. – 247 с.

22. Усатенко, С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД / С.Т. Усатенко и др. – М. : Изд-во Стандартов, 1989. – 324 с.

23. Фоков К.И. Электрические аппараты: метод. пособие к выполнению курсового проекта для специальности 1004 / К.И. Фоков. – Хабаровск : ДВГАПС, 1995. – 35 с.

24. Чунихин А.А. Электрические аппараты. Общий курс: учебник для вузов / Чунихин А.А. – 4-е изд., стер. – М.: Альянс, 2008. – 720 с.

25. Шеховцов В.П. справочное пособие по элетрооборудованию и элетроснабжению / В.П.Шехоцов. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. – 136 с.

26. Электрические аппараты высокого напряжения /Под ред. Г.Н. Александрова. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 343 с.

27. Электрические аппараты. Учебник для вузов/ под ред. Ю.К. Розанова – 2-ое изд., испр. и доп. – М.: Иформэлектро. 2001. – 420 с.

28. Электрические и электронные аппараты: учебник для вузов / под ред. Ю.К. Розанова. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 752 c.

29. Электромеханические аппараты автоматики / Под ред. Б.К.Буля и др. – М.: Высш. школа, 1988. – 303 с.

30. Электромеханические аппараты: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Е. Г. Акимов и др.; под ред. А.Г.Годжелло, Ю.К.Розанова. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 352 с.