Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


При длительном режиме работы




 

При работе электрических аппаратов имеют место потери электроэнергии в виде тепла, которые расходуются на нагрев электрических аппаратов и рассеиваются в окружающей среде.

В результате нагрева электрических аппаратов происходит их старение. При недопустимых значениях нагрева происходит преждевременный выход из строя не только отдельных элементов, но и аппаратов в целом.

Например, при превышении допустимой температуры лишь на 80С срок службы изоляции сокращается в 2 раза. При увеличении температуры от 100 до 2500С прочность меди снижается на 40%.

Поэтому для того, чтобы электрический аппарат отработал свои нормативные часы, необходимо обеспечить его допустимый тепловой режим работы.

В аппаратах постоянного тока нагрев происходит в основном за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи.

Энергия W, Дж, выделяющаяся в проводнике, определяется по формуле

W = 2 , (1.1)

где i – ток, А;

R – сопротивление проводника, Ом;

t – длительность протекания тока, с.

Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.

При переменном токе сопротивление проводника R~ определяется зависимостью

, (1.2)

где R = - сопротивление при постоянном токе;

k доб - коэффициент добавочных потерь из-за вышеотмеченных эффектов.

Результатом поверхностного эффекта является неравномерность плотности тока по сечению проводника. Переменный ток, протекая по проводнику, создает переменное магнитное поле, которое пронизывает проводник, наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС создает вихревые токи, которые геометрически складываются с основным магнитным потоком. В результате наибольшая плотность будет на поверхности проводника. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных поверхностным эффектом, принято обозначать kn, он всегда больше единицы (kn > 1).

Эффект близости заключается во взаимном влиянии магнитных полей проводников на ток, протекающий по этим проводникам. В результате ток по сечению проводников распределяется неравномерно. Отношение активного сопротивления проводника R~, находящегося в магнитном поле других проводников, к сопротивлению уединенного проводника R~уед, называется коэффициентом близости.

= . (1.3)

Как и в случае с поверхностным эффектом коэффициент близости усиливается с частотой тока и электрической проводимостью материала.

k зависит как от формы проводника, так и взаимного расположения и направления токов в них. Коэффициент близости К может быть и меньше единицы.

В трехфазных системах влияние соседних фаз значительно сложнее, чем в однофазных. Однако здесь имеет место минимальное расстояние между фазами, при котором эффект близости практически можно не учитывать. Так, при цилиндрических проводах k = 1, если расстояние между фазами более 6d, где d – диаметр провода. Для прямоугольных шин в трехфазной системе k = 1,0, если расстояние между шинами 3h, где h – наибольший размер поперечного сечения шины.

С учетом (1.2) и (1.3) получим

. (1.3)

Как следует из вышесказанного, поверхностный эффект и эффект близости существенно влияют на сопротивление проводников, а следовательно, и величину потерь в этих проводниках.

Потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях аппаратов возникают в аппаратах, работающих в цепях переменного тока.

В цепях переменного тока, где имеются ферромагнитные элементы, имеют место активные потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях, т.к. переменный магнитный поток, пересекая ферромагнитные детали, наводит вихревые токи, которые и являются причиной потерь. Направление вихревых токов таково, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно основному полю. По этой причине магнитный поток по сечению распределяется неравномерно, и магнитная индукция максимальна на поверхности стержня.

Распределение магнитной индукции B и плотности тока Y в ферромагнитном стержне показано на рис. 1.1.

Глубина проникновения a (м) электромагнитной волны в тело стержня и удельная мощность потерь Pуд (Вт/см2) определяются по формулам:



= ;

= 2 , (1.5)

где - удельное электрическое сопротивление материала стержня, Ом·м;

- круговая частота изменения потока с -1;

- абсолютная магнитная проницаемость материала стержня, Гн/м;

- МДС на единицу длины стержня, А/см;

- частота, Гц;

- индукция, Тл.

Рис. 1.1. Распределение магнитной индукции В и плотности тока Y в ферромагнитном стержне

Из (1.5) видно, что чем меньше и выше и , тем сильнее эффект вытеснения потока, следовательно, больше потери.

Полные потери в стальном магнитопроводе определяются по формуле

= , (1.6)

где - максимальное значение магнитной индукции в магнитопроводе, Тл;

и - коэффициенты потерь от гистерезиса и вихревых токов;

- масса магнитопровода, кг;

- частота тока, Гц.

Для применяемых в электрических аппаратах трансформаторных сталей: = 1,9 - 2,6, = 0,4 - 1,2.

Для уменьшения потерь в магнитопроводе электроаппаратов они выполняются шихтованными из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0,2 - 0,5 мм.

Для уменьшения потерь в массивных ферромагнитных деталях предусматриваются следующие меры:

· увеличивают расстояние от проводника с током до ферромагнитных деталей;

· на пути магнитного потока вводится немагнитный зазор;

· при номинальных токах выше 1000 А конструкционные детали изготавливаются из немагнитных материалов (латунь, немагнитный чугун, алюминиевые сплавы и др.).

Следует отметить, что в аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниках и ферромагнитных материалах учитывают также потери в изоляции проводов и изолирующих деталях

= , (1.7)

где - емкость изоляции, ;

- действующее значение напряжения, ;

- тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции.

Изоляция аппарата нагревается как за счет этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.

Режимы нагрева аппаратов

Различают установившийся режим нагрева и нагрев аппаратов в переходных режимах.

Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура частей аппарата не изменяется. Температура считается установившейся, если за 1 ч нагрева она возрастет не более чем на 1°С. В установившемся режиме все выделяющееся тепло отдается в окружающее пространство.

Переходный процесс при нагреве и охлаждении электрического аппарата представляет собой зависимость изменения превышения температуры аппарата над температурой окружающей среды во времени.

Тепло, выделяющееся в аппарате, частично отдается в окружающее пространство, частично идет на повышение его температуры.

Количество тепла, отдаваемого в окружающее пространство, определяется с помощью уравнения теплового баланса:

, (1.8)

где - мощность тепловых потерь в теле, Вт;

С=с×М - теплоемкость тела, Вт×с,

- удельная теплоемкость единицы массы, Вт*с/(кг*0С);

- масса тела, кг;

- изменение температуры тела;

- коэффициент теплообмена (является сложной функцией температуры и других физических параметров);

- площадь охлаждения, м2.

- превышение температуры аппарата над температурой окружающей среды .

Если P=const, то решение уравнения (1.8) имеет вид

= (1.9)

где - превышение температуры в начале процесса (t=0);

- установившееся превышение температуры, ;

Т – постоянная времени нагрева, T = .

Зависимости показаны на рис. 1.2, где кривые 1 и 2 соответствуют нагреву при =0 (кривая 2) и при , отличном от нуля, (кривая 1).

Зависимость при отключении аппарата (кривая 3) изменяется в соответствии с выражением

, (1.10)

 

Рис. 1.2. Переходный процесс нагрева и охлаждения

 

Лекция №2





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

  1. AT : химич. Природа, строение, свойства, механизм специфического взаимодействия с АГ
  2. AVC достигают макс. величины при этом объеме
  3. Aбстрактные классы, используемые при работе с коллекциями
  4. E) может быть необъективным, сохраняя беспристрастность
  5. E) Способ взаимосвязанной деятельности педагога и учащихся, при помощи которого достигается усвоение знаний, умений и навыков, развитие познавательных процессов, личных качеств учащихся.
  6. Else write('не принадлежит')
  7. else write('не принадлежит')
  8. Gerund переводится на русский язык существительным, деепричастием, инфинитивом или целым предложением.
  9. I. Общие обязанности машиниста перед приёмкой состава в депо.
  10. I. Понятие и система криминалистического исследования оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения.
  11. I. Предприятия крупного рогатого скота
  12. I. Прием и отправление поездов




Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 488; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2021 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.02 с.) Главная | Обратная связь