Материал: 1943
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
В.Д. Червенчук, А.Л. Иванов
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ СибАДИВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
Учебное пособие
Омск • 2016
УДК 621.3.038(075.8) |
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, |
|||
ББК 31.264я73 |
причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция |
|||
маркировке не подлежит. |
||||
Чер45 |
||||
|
|
|
||
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. В.А. Ощепков (ОмГТУ); канд. техн. наук, доц. А.С. Гуменюк (ОмГТУ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.
Червенчук, Владимир Дмитриевич.
Чер45 Электрические аппараты. Тепловые процессы в электрических аппаратах
[Электронный ресурс] : учебное пособие / В. Д. Червенчук, А.Л. Иванов. – Электрон. дан. −
Омск : СибАДИ, 2016. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r_plus/cgiirbis_64_ft.exe. -
Режим доступа: для авторизованных пользователей.
ISBN 978-5-93204-939-6.
вэлектрических аппаратахСибАДИпри коротком замыкании.
Вконце каждого раздела читателю предлагаются вопросы для контроля усвоенных знаний. автотракторноеиусилийтеплопроводностирасчётадисциплинувнешнейкатушек,1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов
Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome
Редактор Н.И. Косенкова
Техническая подготовка − Т.И. Кукина Издание первое. Дата подписания к использованию 27.12.2016
Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2016
2
Введение
Под электрическими аппаратами понимают всевозможные электротехнические устройства, предназначенные для включения и отключения электрических цепей, контроля их состояния, управления, измерения их параметров, защиты от перегрева и перегорания электрических и неэлектрических объектов [1, 6]. Как правило, любой из таких аппаратов может выполнять не одну, а сразу несколько различных функций. Это существенно затрудняет их классификацию по функциональному признаку.
Можно выделить следующие группы электрических аппаратов по функциональному признаку:
1)Коммутационные аппараты. Они служат для разного рода включений и выключений. Сюда входят электрические ключи, переключатели, силовые выключатели, рубильники.
2)Ограничивающие электрические Иаппараты. К ним относятся
реакторы, которые представляют собой катушки индуктивности,
создающие высокое индуктивное сопротивление при коротком замыкании и ограничивающиеДтем самым ударные токи короткого замыкания, и разрядники (вентильные разрядники и нелинейные ограничители перенапряженийА). ля ограничения напряжений используют также полупроводниковые стабилитроны.
3)Контролирующиебэлектрические аппараты. Они обеспечивают контроль заданных параметров. К ним относятся разного рода реле и датчики.
4)Защитныеиэлектр ческие аппараты. К ним относятся разного рода
предохран тели, о еспечивающие разрыв цепи при возникновении недопустСмых перегрузок.
5)Пускорегул рующ е электрические аппараты. Они обеспечивают управление разного рода электроприводами. К этой группе относятся контакторы, пускатели, реостаты и т.д.
6)Регулирующие электрические аппараты. Аппараты данной группы служат для регулирования заданного (эталонного) параметра системы. Это разного рода стабилитроны.
Электрические аппараты также классифицируют по напряжению: аппараты низкого напряжения (до 1 киловольта) и аппараты высокого напряжения (от 1 киловольта и выше); и по роду тока: аппараты постоянного тока и аппараты переменного тока.
Многие из вышеперечисленных аппаратов разработаны на использовании теории электромагнетизма, на знаниях об электромагнитных явлениях и магнитном взаимодействии. Поэтому начнём их изучение с электромагнитов, которые являются составной частью электромагнитных реле, форсунок, переключателей и т.д.
3
Глава 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
В 1820 году Эрстед1 обнаружил, что действие проводника с током на магнитную стрелку значительно превышает действия на неё магнитного поля Земли. При изменении направления тока на противоположное стрелка таким же образом меняла направление. Тогда же Ампер2 экспериментально обнаружил, что параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а противоположного направления – отталкиваются. Все эти факты наталкивают на мысль, что магнитное поле создаётся движущимися зарядами (электрическим током) и действует также только на движущиеся заряды. Эти открытия привели к изобретению электромагнитов, которые могут обладать гораздо большей магнитной силой по сравнению с магнитной силой природных магнитов.
1.1. Магнитное поле и магнитодвижущая сила
Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция – вектор B, который имеет направление, показываемое северным
концом магнитной стрелки в данном магнитном поле. Модуль магнитной |
||||||||||
индукции равен [9, с. 140] |
|
А |
|
И |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
б |
Fmax |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
BД= |
, |
(1.1) |
||
|
|
и |
|
|
I |
l |
|
|||
где Fmax − максимальная сила действия магнитного поля на проводник |
||||||||||
длины l с током I. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Единицей |
змерен я |
|
этой характеристики магнитного поля |
в СИ |
||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|||
является тесла3 |
1 |
Н |
=1Тл |
. Направления этого вектора в каждой точке |
||||||
|
|
А м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
поля сливаются в силовые линии. Густота силовых линий определяется
магнитным потоком Φ = B ×n S = BS cos α по всему сечению магнитопровода (аналогия с потоком воды в трубе, который характеризуется расходом через сечение S ). Измеряется магнитный поток в веберах [1Вб=
=1Тл м2 ].
1Ганс Христиан Эрстед ( Hans Christian Ørsted, 1777—1851) - датский физик. С 1815 г. постоянный секретарь Датского королевского общества.
2Андре Мари Ампер (1775 – 1836) – французский физик, математик, химик, член Парижской АН (1814), иностранный член Петербургской АН (1830).
3Единица измерения плотности магнитного потока (магнитной индукции) названа в честь сербского физика и изобретателя Николы Теслы (1856 – 1943).
4
Влияние среды, где имеется магнитный поток, оценивается вектором |
||||||||||||
напряжённости |
H = |
B |
|
(измеряется в |
единицах |
А |
), где |
µ − |
||||
µ µ0 |
м |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
−7 Гн |
|
|||||
относительная |
магнитная |
проницаемость |
среды, |
μ0 |
= 4π 10 |
− |
||||||
|
м |
|||||||||||
абсолютная магнитная проницаемость вакуума (и воздуха). |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
Для ферромагнетиков |
µ >>1 . Она |
показывает, |
во |
сколько |
раз |
|||||||
ферромагнитный сердечник усиливает магнитное поле B |
, создаваемое током |
|||||||||||
I . Ферромагнитные материалы легко намагничиваются, поэтому магнитная индукция в магнитопроводе значительно больше, чем в окружающей среде.
При постоянном электрическом токе I направление потока Φ неизменно – это будет магнитная цепь с постоянной магнитодвижущей силой (МДС) – аналогия ЭДС. Природные магниты также являются
источником такого магнитного потока. |
И |
|
||
При переменном электрическом токе |
i |
направление потока |
Φ |
|
меняется – это будет магнитная цепь с переменной МДС.
На магнитные цепи, как и на электрические, распространяются понятия: узел, ветвь, контур.
Для магнитного поля также справедлив принцип суперпозиции, из которого следует, что при наличии нескольких источников магнитного поля
результирующая магнитная индукция равна векторной сумме магнитных |
|
индукций полей, которые создаютсяДкаждым из этих источников в |
|
отдельности: B = B1 + B2 +... + Bn. |
|
Сила, с которой магн тноеАполе B действует на проводник с током I, |
|
называется силой Ампера. Она определяется из закона Ампера, который в |
|
б |
|
дифференциальной форме меет следующий вид: |
|
и dFA = I[dl , B]. |
(1.1а) |
Здесь направление вектора dFA определяется по правилу векторного |
|
произведения. Если проводник имеет длину l, а магнитное поле однородно, |
|||
то модуль силыСАмпера равен |
FA = IBl sinα, |
(1.2) |
|
где α − угол между вектором B |
|||
и направлением тока в проводнике. |
|
||
Силу ампера можно определить по правилу левой руки (рис. 1.1):
Расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току (по направлению от плюса к минусу), тогда отставленный в сторону большой палец
покажет направление силы FA.
5