Характеристики дуги. Статичні характеристики

Це залежність напруги дуги від струму дуги U_д(I) при постійній її довжині l_д = const чи Е(I), при постійній поперечній швидкості дуги й найбільшій інтенсивності зміни струму, при якій встигають установлюватися теплові баланси й баланси носіїв зарядів для кожного нового значення струму.

Це можливо, якщо струм змінюється дуже повільно. Характеристики U_д(I) для дуг різної довжини подібні за формою, але розташовані тим вище, чим більша довжина дуги l_д (рис.34).

Рис.34. Статичні характеристики U_д(I) для дуг різної довжини

 

Способи впливу на електричні дуги з метою керування ними й гасіння їх засновані на розглянутих властивостях і характеристиках електричних дуг. До них належать:

– подовження стовбура дуги шляхом переміщення електродів, впливом електромагнітних чи електродинамічних сил, впливом на дугу газового потоку;

– підвищення градієнта падіння напруги в дузі – шляхом охолодження стовбура газовим потоком, збільшенням периметра поперечного переріза стовбура дуги;

– застосування середовища з газами підвищеної теплоємності для посилення теплорозсіювання від стовбура дуги;

– інтенсифікація добору тепла від катодної й анодної плям – збільшенням маси, теплопровідності й теплорозсіювання електродів.

Усі ці способи (найчастіше їх комбінація) застосовують у сучасних тягових апаратах.

Дугогасні системи

Для обмеження теплового впливу дуги на деталі апарата, час її гасіння звичайно має не перевищувати 0,1 с. Існує мінімальна відстань між контактами lmin (мм), починаючи з якої створюються необхідні умови для видування дуги з контактів і розтягання її в дугогасному пристрої:

де b – товщина контакту, мм; i_д – струм дуги в кА, i_д = 1÷10 кА; k₁ – залежить від матеріалу контактів (для Cu k₁ = 0,18; для Ag k₁ = 0,85; для W k₁ = 2,0).

Найпростіший спосіб гасіння дуги – механічний розтяг її стовпа. При невеликих струмах (~ до 10 А) дуга розтягується між розбіжними контактами на довжину l і не виходить із міжконтактного проміжку. При значних струмах дуговий стовп видувається нагору під дією сил, що викликані тепловими потоками, чи сил електро-динамічної взаємодії дуги зі струмами в струмоведучих елементах. У таких пристроях виникає й гаситься вільна (відкрита) дуга.

Застосовують також дугогасні ґрати, набрані зі сталевих пластин, на які видувається електрична дуга. Дуга переміщується на сталеві пластини під дією електромагнітних сил (магнітний потік від струму дуги “прагне” пройти шляхом найменшого опору – сталевими ділянками), під дією теплових потоків (нагору) і під впливом сил електродинамічної взаємодії струму дуги зі струмоведучими контактними деталями. Пластини, що розбили стовп дуги на ряд коротких дуг, є для них своєрідними радіаторами, які інтенсивно їх охолоджують. Це викликає сильне зростання опору дуг і їхнє гасіння.

Принцип магнітного дугогасіння передбачає вплив на електричну дугу магнітного поля. Його пристрої порівняно прості, не вимагають додаткових джерел енергії, тому одержали в тягових апаратах широке розповсюдження. Таке дугогасіння мають більшість комутаційних тягових апаратів.

Існують два різновиди магнітного дугогасіння: електромагнітне і

дугогасіння з постійними магнітами. Останнє застосовують рідко, звичайно тільки в тих випадках, коли необхідно виключити вплив індуктивності дугогасної котушки на постійну часу кола. Таке дугогасіння застосовують також у розрядниках.

Принцип дії магнітного гасіння дуги заснований на взаємодії магнітного потоку Ф_д і струму I, що протікає в колі дуги, яку можна розглядати як провідник зі струмом (рис.35).

Сила df_д, що діє на елемент дуги dl_д, де B_д∙sinα – складова вектора індукції в зоні елемента dl_д, нормальна до нього.

Сила F_д, що діє на весь стовбур дуги довжиною l_д:

У першому наближенні індукцію в зоні розташування дуги можна усереднити:

Величину Вдс можна вивести з – під знака інтеграла, а

де L _д – відстань між опорними точками дуги. Таким чином,

Рис.35. Магнітне гасіння дуги

Отримані залежності описують зв'язок дуги з дугогасним потоком, але використовувати їх безпосередньо для визначення довжини дуги, її швидкості та інших показників важко, з огляду на вплив на дугу багатьох факторів і її випадковий характер.

Котушку, що створює магнітний дугогасний потік, включають послідовно в коло контактів комутаційного апарата. Це забезпечує її автоматичне вимикання після розриву апаратом електричного кола струму. МДС дугогасної котушки пропорційна струму дуги Q_д = іw.

Послідовне включення котушки дозволяє, не змінюючи напрямок сили F _д, змінювати напрямок струму в апараті, тому що при цьому змінюється напрямок індукції В _д з метою впливу на дугу в потрібному напрямку для забезпечення дугогасіння.

В апаратах із постійними магнітами, змінюючи напрямок струму в колі, потрібно також змінити полярність магнітів, що викликає труднощі виконання. Таку систему називають розімкнутою.

У сучасних апаратах гасіння дуги при відключенні кола здійснюється в дугогасних пристроях, завданням яких є загасити дугу в малому обсязі (бажано замкнутому) за малий час, при малому зносі частин апаратів, при заданих перенапругах, малих звукових і світлових ефектах.

Значно поширені (особливо в низьковольтних апаратах) дугогасні пристрої, камери яких мають поздовжні щілини. Поздовжньою називають щілину, вісь якої збігається за напрямком із віссю стовбура дуги. У таких камерах основний вплив здійснюють на стовбур дуги. Охолодження стовбура дуги (добір енергії) відбувається за рахунок руху дуги через нерухоме повітря й охолоджуючої дії стінок камери. Явища в електродах (їх всього два) тут можна враховувати в змінному струмі й напрузі нижче 220 В. Рух дуги в пристроях із подовжніми щілинами відбувається за рахунок взаємодії струму дуги зі створюваним зовнішнім магнітним полем і полем контуру струму.

На рис.36 схематично зображені характерні форми поздовжніх щілин камер дугогасних пристроїв. У верхній частині камери між точками 1 і 2 є одна пряма поздовжня щілина 3 із площинорівно-біжних стінок, у камері на рис. 36б – декілька прямих рівнобіжних щілин, аналогічні щілини – у камері на рис.36а. Декілька рівнобіжних щілин застосовують при відключенні великих струмів. Однак рівнобіжні дуги існують недовго. Вони дуже хитливі, і всі, крім однієї, останньої, швидко згасають. Умови гасіння дуги, що залишилася, такі самі, які у камері з однією щілиною.

 

 

Рис.36. Різновиди дугових камер

 

На рис.36в наведено камеру з однією поздовжньою щілиною 3, якій надана звивиста форма. При такій формі є можливим у камері невеликих розмірів помістити довгу дугу. Крім того, наявність ребер сприяє підвищенню напруги на дузі. Саме ці особливості обумовлю-ють ті переваги розглянутої камери, що забезпечують їй широке застосування.

Поздовжня щілина з рядом ребер і розширень 4, за рахунок яких відбувається зростання поздовжнього градієнта напруги, зображена на рис.36г.

Камера (рис.36д) має комбіновану зиґзаґоподібну щілину 3 з місцевими розширеннями 4. У такій щілині, очевидно, мають сполуча-тися всі достоїнства зиґзаґоподібної щілини з перевагами, які дають місцеві розширення. За особливостями руху електричної дуги в поз-довжніх щілинах розрізняють щілини широкі й вузькі. Широкою називають щілину (рис.37а), ширина якої значно більша діаметра дуги, вузькою – щілину (рис.37б), ширина якої менша діаметра дуги чи близька до нього.

Оскільки діаметр дуги залежить від струму, швидкості руху дуги й умов охолодження, то для одних умов щілина буде широкою, для інших – вузькою. У широких щілинах рух дуги мало стиснутий стінками, переріз її стовбура недеформований. Якісно всі явища тут відбуваються так само, як і у відкрито палаючій дузі. Наявність стінок вносить тільки деякі кількісні зміни до закономірностей, властивих відкритій дузі.

У вузьких щілинах рух дуги сильно стиснутий, переріз стовбура дуги деформований, умови охолодження різко змінені. Усе це призводить до виникнення ряду нових явищ, що якісно й кількісно відрізняються від тих, які відбуваються у відкритій дузі.

 

 

Рис.37. Щілини дуги

 

Питання до самоперевірки

1. Проаналізуйте умови виникнення електричної дуги при розмиканні електричних контактів.

2. Дайте визначення електричної дуги.

3. Що являє собою стовбур електричної дуги?

4. Проаналізуйте статичну характеристику електричної дуги при

різних її довжинах.

5. Проаналізуйте способи впливу на електричну дугу з метою керування або гасіння.

6. Принцип магнітного гасіння дуги в тягових електричних апаратах.

7. Які різновиди магнітного гасіння дуги існують у тягових електричних апаратах?

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: