Aparate eletrice

8/18/2019 Aparate eletrice

1/35

ARCUL ELECTRIC DE COMUTATIE

Comutaţia , atât la conectare, dar mai ales la deconectare, esteînsoţită de obicei de amorsarea, arderea şi stingerea arcului electric decomutaţie. Dacă viteza de deplasare a contactelor depăşeşte (0,5 !"#m$s% la &oasă tensiune şi respectiv (5 '!0" #m$s% la înaltă tensiune, se poate accepta ipoteza că arcul electric acompaniază doar manevra dedeconectare.

ntervenţia arcului electric la deconectare conduce la solicitări,în principal termice, la nivelul contactelor )* şi al elementelor componente ale camerelor de stingere, dar şi la solicitări dielectrice,

datorate supratensiunilor de comutaţie, ce intervin imediat dupăstingerea arcului electric, regăsite de +apt sub numele de tensiunetranzitorie de restabilire - (/".

3.1. Amorsarea arcului electric de comutaţie

)pariţia arcului electric de comutaţie în +uncţionarea )* cucontacte este asociată de obicei cu desciderea contactelor ladeconectarea circuitelor electrice. )rcul electric de conectare, laînciderea contactelor, se stinge su+icient de repede (dacă viteza dedeplasare a contactelor mobile este su+icient de mare", în mod natural,la atingerea contactelor aparatului electric de comutaţie,#!5%, #!%, #11%,#20%, #2!%.

)morsarea arcului electric la deconectarea circuitelor se poatee3plica apelând la modelul simplu al unui circuit / 4 de curentcontinuu, alimentat de la o sursă de tensiune U , în care contactul al

unui )*C se descide, v. 6ig.2.!.a. *voluţia în timp a rezistenţeicontactului , la deconectare, r(t), poate +i descrisă de o relaţie de+orma 7

( ) ( )α 0

0ttr tr ⋅=

(2.!"

8!


2/35

6ig. 2.!. a" 9cema de deconectare a unui circuit /4 : b" evoluţiarezistenţei de contact r(t" real şi ideal

unde t 0 reprezintă momentul imediat anterior desprinderii pieselor decontact, iar ; un e3ponent supraunitar, v. 6ig. 2.!b, curba reală.


3/35

( )( ) ( )!m/

4,em!!m/

Ati t

+⋅=

⋅+⋅+⋅

= −

(2.5"

alorile reduse ale constantei de timp a circuitului, T , mult maimici decât valoarea (4$/", pe durata regimului tranzitoriu dedeconectare indică o evoluţie scăzătoare, +oarte rapidă în timp, acurentului i(t". Dacă se consideră căderea de tensiune pe contactul al )*C în primul moment al desprinderii pieselor de contact, A (0",rezultă 7

A (0" = r ma3 @ i(0" = m @ A ?? A (2.8"

ast+el încât intensitatea câmpului electric dintre piesele metalice decontact situate la distanţa d , *(0", va +i 7

*(0" =d

U K "0( (2."

cu valori ce depăşesc un timp limita de 2 · !0 # $ cm%, deoarecedistanţa d este practic nulă, ast+el încât se mani+estă spontan+enomenul de autoemisie electronică. Eurtătorii de sarcină ce apar

între piesele de contact, în deplasarea lor orientată sub acţiuneacâmpului electric, asigură amorsarea unei descărcări de tip scânteieelectrică.

Erin bombardarea catodului ('" de către ionii pozitivi dindescărcarea iniţială, temperatura acestuia creşte (local" +oarte mult, putând depăşi +inal 10000 , în zona numită pata catodică -, ast+elîncât în această zonă se mani+estă spontan +enomene de autoemisietermică, +avorizând menţinerea descărcării electrice iniţiale.

Dacă puterea sursei de alimentare a circuitului este destul de

mare, se produce succesiv încălzirea, topirea şi volatilizarea proeminenţelor microscopice ale pieselor metalice de contact, şi în prezenţa vaporilor metalici rezultaţi sunt +avorizate +enomene deionizare termică, ce permit trans+ormarea scânteii electrice iniţiale îndescărcare de tip arc electric, (plasmă termică", această evoluţie avândloc în !0'F #s%.

Scânteia electrică este deci o descărcare de scurtă durată,instabilă, de +ormă arborescentă, de culoare alb'violet, caracterizată prin valori mici ale curentului ce o parcurge şi ale densităţii de curent,

82


4/35


5/35

6ig. 2.1 )rcul electric model cilindric

Eentru a considera aceste +enomene, Gottingam a propus orelaţie de apro3imare a caracteristicii U a( I " de +orma 7

Aa = ;! H

I na

β ! , n < ! (2.!5"

unde 7;! = a! H c! l şi I! = b! H d!l

în care se evidenţiază in+luenţa lungimii coloanei de arc, a!, b!, c! şi d!+iind constante, ce depind în principal de materialul pieselor de

contact.Eentru calculele tenice, )Jrton a propus o e3presie maisimplă 7

Aa = ; H(

I , ; = a H cl , b = b H dl, (2.!8"

în care, pentru piese de contact din cupru, a= 20 #%, = !0 #)%, c= !0 #$cm%, d = 20 #)$cm%, relaţie pre+erată adesea în cele ceurmează.

K apro3imare mai nouă a caracteristicii U a( I " a arcului electricde regim staţionar, valabilă pentru curenţi I cuprinşi între 50 #)% şi!000 #)%, ce pune de asemenea în evidenţă in+luenţa lungimii coloaneide arc, l #cm%, este propusă de /ieder 7

Aa = ; H (IHl" L "2

M

(ln

−

(2.!"

în care 7 ! = 18 #%, " = !,2 #cm% pentru contacte din cupru şi " = !,!#cm% pentru contacte din argint, # = 5B00 #$cm%, $ = ,B

· !0'2

#)%, #20%, #2!%.

85


6/35

3.3 Caracteristici statice $de re%im staţionar& ale arcului electric

/eprezentarea gra+ică a curbelor Ua( I ", corespunzătoare uneiadintre relaţiile (2.!5", (2.!", pentru di+erite lungimi l ale coloanei dearc electric, este dată în 6ig. 2.2. 9e constată că valorile tensiunii dearc, U a, sunt cu atât mai mari, pentru aceleaşi valori ale curentului dearc, I , cu cât lungimea coloanei de arc electric (distanţa dintrecontacte" este mai mare.

6ig.2.2 Caracteristici A(" pentru di+erite lungimi

)ceastă observaţie este e3ploatată mai ales în construcţia )*Cde &oasă tensiune, pentru care întreruperea circuitului se obţine în principal pe seama alungirii coloanei de arc în interiorul camerelor destingere, până când tensiunea necesară pentru mani+estarea acestuiadepăşeşte tensiunea de alimentare a circuitului.

88


7/35

6ig. 2.B Caracteristici A(l" pentru ! şi 1?!


8/35

tensiune current de regim staţionar (statice" di+eră de cele dinamice,ce implică modi+icări rapide ale parametrilor (U a, I sau l de e3emplu".

6ig.2.5 Caracteristicile dinamice ale arcului electric de cc

n 6ig. 2.5 se prezintă caracteristicile dinamice ale arculuielectric de curent continuu, considerând di+erite viteze de creştere saude descreştere ale curentului.

9e constată că în cazul tendinţei de creştere a valorilor

curentului din circuit (di % dt &0", valorile tensiunii necesare pentrumenţinerea descărcării sunt superioare celor de regim staţionar (di % dt = 0", în timp ce în cazul tendinţei de scădere a valorilor curentului dincircuit (di % dt > 0", valorile tensiunii necesare pentru menţinereadescărcării sunt mai mici decât cele corespunzătoare regimuluistaţionar. )cest lucru se e3plică prin +aptul că +enomenele de ionizaretermică, corespunzătoare valorii momentane a curentului din circuit,decurg inerţial, trebuind să +ie compensate pe seama creşterii valoriiintensităţii câmpului electric ' în prima situaţie, în timp ce pentru a

doua situaţie +enomenele de ionizare termică sunt mai intense pentruun anumit timp, e3istând deci un surplus de purtători de sarcină,corespunzător valorii anterioare, mai mari a curentului electric, decimenţinerea arcului electric necesită tensiuni de alimentare mai mici(valori ' mai mici". 9e poate a+irma că tendinţa de scădere acurentului electric din circuit, la deconectarea cu arc electric realizatăde )*C, este oarecum compensată - datorită +ormei caracteristicilor dinamice ale arcului electric de curent continuu, care are tendinţa de a

se menţine pentru valori ale tensiunii de alimentare mai mici decât

8O


9/35

cele corespunzătoare regimului staţionar în timp ce la amorsareaarcului electric, ce corespunde tendinţei de creştere a valorilor curentului, valorile tensiunii sunt mai mari decât cele de regim

staţionar. n plus, caracterul inerţial (termic" al descărcării sub +ormăde arc electric se mani+estă la viteze +oarte mari de variaţie alecurentului din circuit, când +enomenele de ionizare termică nu mai poturmări valorile instantanee ale curentului, iar caracteristica U a( I "devine practic o dreaptă.

)rcul electric de curent alternativ se mani+estă ca un continuu proces dinamic datorită variaţiei armonice a tensiunii sursei dealimentare, ce produce amorsări şi strângeri ale descărcării în +iecaresemiperioadă, aşa cum se observă în 6ig . 2.8, ce indică tensiunea de

amorsare, U am, tensiunea de stingere, U st , dar şi pauza de curent, t ,între stingerea arcului pentru o semiperioadă şi reamorsarea acestuia pentru semiperioada următoare.

6ig. 2.8 ariaţia în timp a tensiunii şi a curentului de arc electric în c.a

8F


10/35

6ig 2. Caracteristica dinamică Aa(" a arcului electricde c.a.

Dacă se elimină timpul între curbele ua(t " şi i(t " din 6ig. 2.8, se

obţine caracteristica dinamică ua(i" a arcului electric de curentalternativ, a cărei +ormă este in+luenţată de natura materialuluielectrozilor (a pieselor de contact ale )*C", aşa cum se poate observaîn 6ig. 2..

3.(. articularit"ţi de mani)estare a arcului electric

)rcul electric lung se caracterizează prin aceea că +enomenele

din coloana de arc sunt dominante în raport cu +enomenele ce au loc învecinătatea pieselor de contact, şi deci se acceptă de obicei pentrutensiunea de arc, U a, o relaţie de +orma7

Aa ≅ * @ l (2.2!"

în care se negli&ează căderea de tensiune în zona pieselor de contact, ' +iind intensitatea câmpului electric din coloana de arc de lungime l .

0


11/35

Eentru arcul electric lung de curent alternativ +enomenele ce auloc în coloana de arc înainte şi după trecerea naturală prin zero acurentului sunt esenţiale pentru deconectarea circuitelor cu a&utorul

)*C, şi pot +i descrise de relaţia lui NaJr, ce poate +i dedusăacceptând conductanţa arcului electric, a(t ", ca +iind 7

Pa(t" = ="(

"(

t

t

u

i

a

a Q @ e*

*

0

(2.21"

unde ia(t " este curentul ce parcurge coloana de arc, ua(t " tensiunea dearc, *0 cantitatea de căldură e3istentă iniţial în coloana de arc 7

R0 = S @ p0 (2.22"

+ constanta de timp termică a arcului electric ,0 puterea cedată decoloana de arc mediului ambiant, *(t " cantitatea de căldurăacumulată în coloana de arc 7

( ) ( )∫ ⋅−⋅=t

00aa dt piutR (2.2B"

Nenţionăm +aptul că pentru a descrie comportarea arculuielectric lung, con+orm ipotezei lui Cassie se propune pentru

conductanţa a(t " o e3presie de +orma 7

Pa(t" = Q ( R0 p0 @ t " (2.25"cu 7Pa (S " = 0 (2.28"şi deci 7

S = ,

*

0

0 (2.2"

Considerând relaţia (2.21" şi acceptând ipoteza lui NaJr, prinaplicarea logaritmilor se obţine 7

ln ia(t " ln ua(t " = ln - H*

*

0

(2.2O"

ast+el încât după o derivare, ecuaţia lui NaJr pentru arcul electric lungse scrie7

!


12/35

0

0 paiaa

a

a

a Ru

dtdu

u!

dtdi

i! −⋅=⋅−⋅ (2.2F"

unde s'a considerat relaţia (2.2B".Erin integrarea acestei ecuaţii di+erenţiale se poate regăsi

+orma caracteristicii dinamice a arcului electric de curent alternative,v. 6ig.2.!0, sau, pentru valori mari ale curentului de arc, deci pentruvalori mici ale pauzei de curent, când se poate scrie 7

ia(t" = @ sin T@t (2.B0"

se obţine ecuaţia di+erenţială neliniară de ordinul de tip Uernoulli cede+ineşte variaţia în +uncţie de timp a tensiunii de arc, ua(t" 7

( ) 0u p

tsinutctg!

dtdu 1a

0a

a =⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+−

τ ω

ω ω τ

(2.B!"

care se trans+ormă într'o ecuaţie di+erenţială liniară de ordinul +olosind substituţia 7

ua = z

!, ( )

0 ptsin

ztctg!dtdz

⋅⋅⋅=⋅⋅⋅++

τ ω

ω ω τ

(2.B1"

cu soluţia +inală de +orma 7

ua(t" = ( )

⋅⋅++⋅⋅

−⋅

⋅⋅⋅

11

0

B!t1sin

!

tsin p1

τ ω

ϕ ω

ω

, . = arcctg /@@+ (2.B2"

*voluţia în timp a tensiunii de arc, ua(t ", este in+luenţatăevident de valorile produsului (@+ ", aşa cum se poate urmări în 6ig.2.!0.

1


13/35


14/35

intervine la +recvenţe ridicate ale tensiunii de alimentare, cândacesta se comportă practic liniar, deoarece +enomenele termiceinerţiale din coloana de arc nu mai urmăresc valorile

instantanee ale curentului de arc, iar e+ectele secundare deîntrerupere sunt minime, deşi durata de ardere a arcului electriceste de obicei mai mare : această situaţie corespundeconstrucţiilor de )*C pentru care nu se impun restricţii cu privire la per+ormanţele de +uncţionare la deconectare.

Deşi se acceptă ipoteze simpli+icatoare evidente în +ormulareamodelului matematic ce descrie comportarea arcului electric în regimstaţionar, sau în regim dinamic, concluziile obţinute sunt utile, prin+aptul că evidenţiază in+luenţa di+eriţilor +actori şi posibilităţile de

+olosire a acestor observaţii pentru ameliorarea construcţiei )*C.Di+icultăţi reale intervin în a descrie comportarea zonei de arc electricdupă trecerea prin zero a curentului la o deconectare reuşită.

3.*. Ardere sta!il" +i ardere insta!il" a arcului electric decomutaţie.

Eentru ca )*C să asigure deconectarea circuitelor în care suntincluse, se impune evitarea condiţiilor de mani+estare a arcului electricca descărcare autonomă, prin +avorizarea +enomenelor de deionizare,ast+el încât la un moment dat arderea acestuia devine instabilă, critică -, după care se realizează întreruperea propriuzisă. alorilelimită ale curentului, corespunzătoare unor valori di+erite ale tensiuniide alimentare, pentru care se poate obţine arderea arcului electricdepind de natura materialului pieselor de contact. Erocesele ce au locdi+eră în cazul )* de curent continuu +aţă de )* de curent alternativ,

dar sunt in+luenţate şi de natura circuitului de deconectat, ce de obiceieste inductiv real ( R – 1 ", şi mai rar pur rezistiv, R2 n cazuri specialese poate pune problema deconectării unor circuite capacitive reale, ( R – 3 ", sau ciar a unor circuite ( R – 1 – 3 ", #!5%, #20%, #BB%,#BO%.

3.,. Ardere sta!il" +i insta!il" a arcului electric de comutaţie -n

circuite inductie reale de curent continuu

B


15/35

9e consideră circuitul inductiv real, ( R – 1", de curentcontinuu, 6ig.2.!B, a cărui comportare pe durata procesului tranzitoriu

de deconectare, realizată prin desciderea contactului K al unui )*C,este descrisă de ecuaţia 7

( ) AiAi/ dtdi4 a =+⋅+⋅ i(0" = n =

R

U (2.88"

6ig.2.!B Circuit /'4 real de curent continuu

Eentru o viteză dată a contactelor mobile ale )*C, se vor obţine desigur lungimi critice mai mari în cazul arcului electric decomutaţie pentru circuitele inductive reale +aţă de circuitele pur rezistive, a+irmaţie con+irmată dacă se evaluează energia disipată decoloana de arc electric la deconectare, 4 a.


16/35

unde energia arcului este deci suma între energia +urnizată de sursa dealimentare, 4 s şi energia datorată comutaţiei magnetice inverse, 4 ma6n.9e poate a+irma deci că stingerea arcului electric în circuitele

inductive reale de curent continuu decurge mai di+icil decât încircuitele pur rezistive, şi în plus +aptul că deconectarea este însoţităde supratensiuni la bornele )*C 7

A (ta 4'/ " = A H dtdi4⋅ ? A (2.!"


17/35

6ig.2.!8 9tabilitatea arcului electric de curent continuu

Considerând de asemenea curba 4dt

di=+(i", ca di+erenţa între

valorile de+inite de primele două curbe, se constată că punctul )corespunde arderii arcului electric într'un regim staţionar instabil, întimp ce punctul U corespunde arderii arcului electric într'un regimstaţionar stabil, deoarece în acest caz, micile perturbaţii ale valorilor curentului în &urul valorii I /, +iresc mai mare decât I 7, sunt compensatede circuit, în sensul revenirii la valoarea stabilă I /.

3.' rincipii +i dispo/itie de stin%ere a arcului electric decomutaţie -n )uncţionarea AE

Construcţia )*C se caracterizează prin e3istenţa unor

ansambluri specializate, numite camere de stin6ere, în interiorul


18/35

cărora are loc amorsarea, arderea şi stingerea arcului electric decomutaţie. Construcţia acestora trebuie să răspundă unor cerinţespeci+ice, legate de per+ormanţele )*C, şi anume 7

- energia disipată de coloana de arc în interiorul camerei destingere să +ie minimă :- timpul de ardere al arcului electric de comutaţie să +ie cât

mai scurt :- uzura elementelor active, ce intervin în procesul de stingere

al arcului electric de comutaţie să +ie minimă :- supratensiunile de comutaţie să +ie cât mai reduse :- e+ectele secundare (acustice, optice etc.", legate de procesul

de deconectare, să +ie cât mai reduse.

Cele mai importante procedee ce stau la baza construcţieicamerelor de stingere ale )* sunt 7

- alungirea mecanică a coloanei de arc electric de comutaţie :- utilizarea grilelor metalice ce +ragmentează coloana de arc

electric :- su+la&ul cu +luide :- su+la&ul magnetic :- utilizarea +enomenului de e3pandare :- utilizarea materialelor gazogene :- utilizarea materialelor granuloase :- comutaţia în 968 :- comutaţia în aer comprimat :- comutaţia în vid- comutaţia +ără arc electric. Alungirea mecanică a coloanei de arc electric de comutaţie,

se realizează obişnuit prin deplasarea pieselor mobile de contact, dar trebuie considerată şi tendinţa ascensională naturală a coloanei de arc,

ast+el încât lungimea reală a arcului electric de comutaţie depăşeştedistanţa dintre piesele de contact ale )*C.

O


19/35

a" b"6ig.2. F. Cu privire la alungirea coloanei de arc electric în

+uncţionarea )*C

Erin alungirea coloanei de arc electric de comutaţie, tensiuneanecesară pentru menţinerea descărcării electrice creşte, curentul dincircuit scade, asigurându'se deconectarea circuitului.

An e+ect +avorabil similar se obţine şi în cazul utilizării0 ruperii du!le -, când viteza de deplasare, v, a traversei contactelor mobile asigură o viteză de alungire a arcului electric de comutaţie devaloare 2·v.


20/35

)celaşi e+ect, în cazul ruperii duble, necesită o viteză dedeplasare a traversei contactelor mobile, presupusă de masă /·m, egală

cu (8 % 1", deci o energie cinetică 7

( )0c

1

!c *1!

11vm1

* ⋅=⋅⋅

=$3.33&

Erincipalul dezavanta& al )*C de &oasă tensiune ce +olosescalungirea mecanică a coloanei de arc electric pentru deconectareacircuitelor, îl reprezintă dimensiunile de gabarit mari ale camerelor destingere. )cest dezavanta& poate +i diminuat prin utilizarea unor

materiale izolatoare şi termorezistente ce asigură trasee su+icent delungi ale coloanei de arc electric de comutaţie pentru înălţimi mai miciale camerelor de stingere, sau ciar laminarea - coloanei de arc, încamere de stingere înguste, ce +avorizează stingerea sa aşa cum este prezentat mai &os.

Netode de reducere a dimensiunilor camerelor de stingere

Utilizarea suflajului cu fluide asupra coloanei arcului electric decomutaţie apelează de obicei la su+la&ul transversal, ce +avorizează+enomene de deionizare prin di+uzie şi +acilitează desigur deconectarea circuitului, căci realizează în acelaşi timp şi alungirea

coloanei de arc. )tunci când su+la&ul transversal se realizează cu

O0


21/35

licide, viteza acestora, de dorit cât mai mare, şi calităţile dielectricede+inesc construcţia camerei de stingere, cu unul sau mai multe canalede su+la&, în cazul uleiului de trans+ormator de e3emplu viteza limită

+iind de (10 B0" #m$s%.

Erincipiul su+la&ului cu +luide

*+ecte +avorabile s'au pus în evidenţă şi prin utilizareasu+la&ului a3ial, ce intervine e+icient ciar în zona petei catodice, ast+elîncât numeroase construcţii actuale de )*C, mai ales de înaltătensiune, utilizează su+la&ul mi3t (transversal şi a3ial".

O!


22/35

Utilizarea suflajului magnetic, pentru construcţia camerelor destingere ale )*C este larg răspândită atât pentru )* de &oasă tensiunecât şi pentru cele de înaltă tensiune.


23/35

create prin prezenţa în zona camerei de stingere a unui câmpmagnetic, de inducţie magnetică 9, orientat convenabil +aţă de direcţiacoloanei de arc, de obicei perpendicular, pentru ca această interacţiune

să +ie ma3imă. Câmpul magnetic de inducţie 9, de obicei !0'1 #%, poate +i asigurat +ie de o bobină de su+la& magnetic, parcursă ciar decurentul de deconectat, +ie de o bobină de tensiune alimentată de la osursă separată, +ie de un magnet permanent. Krientarea corectă acâmpului magnetic de su+la& în raport cu curentul de întrerupt, asigurădeplasarea în sens convenabil a arcului electric de comutaţie, cătree3teriorul )*C.

i%. 3.1. rincipiul su)laului ma%netic6orţa electrodinamică : , ce acţionează asupra coloanei de arc

electric de lungime l , parcursă de curentul I şi amplasată într'un câmpmagnetic de inducţie 9, orientat perpendicular pe direcţia a3ială acoloanei de arc, este 7

: = 9 · I · l (2.22"An e3emplu +recvent +olosit în construcţia camerelor de

stingere ale )*C de &oasă tensiune este ilustrat în 6ig. 2.!0, unde bobina de su+la&, ! , este parcursă ciar de curentul de întrerupt,amplasată pe miezul +eromagnetic 1, şi ataşată de obicei contactului+i3, 2. )rcul electric de comutaţie, B, se mani+estă între contactul +i3 2

şi contactul mobil 5, iar piesele polare +eromagnetice, 8, asigură

O2


24/35

orientarea convenabilă a inducţiei magnetice 9 în raport cu curentul I .9emnalăm +aptul că aceste piese polare sunt dimensionate ast+el încâtla de+ecte de tip scurtcircuit să se asigure saturaţia lor magnetică, ce

asigură limitarea uzurii pieselor de contact la deconectare. 6orţaelectrodinamică, : , asigură alungirea coloanei de arc electric în sensulindicat în desen, şi la depăşirea lungimii critice a acesteia se obţinedeconectarea circuitului. )ceste camere de stingere sunt amplasate deobicei la partea superioară a )*C, pentru a cumula e+ectul su+la&uluimagnetic cu tendinţa ascensională naturală a coloanei de arc.

6ig. 2.!!7 Cu privire la su+la&ul magnetic cu bobine serie sau paralel

Dacă se ţine seama că prin utilizarea bobinei de su+la& serie, parcurse ciar de curentul de întrerupt, inducţia magnetică 9 va +idesigur proporţională cu acesta7

Us = s @ (2.2B"

şi deci +orţa electrodinamică în această situaţie, : s, pentru o lungimeconstantă a coloanei de arc, se poate scrie sub +orma 7

6s = ! @1

(2.25a" 9imilar, în cazul în care câmpul magnetic de inducţie 9 se

realizează cu a&utorul unei bobine, alimentate de la o sursă de tensiuneconstantă, sau pe seama unui magnet permanent, valoarea +orţeielectrodinamice ce acţionează asupra coloanei de arc presupusă delungime constantă, : ,, este dată de e3presia 7

6 p = 1 @ (2.25b"

OB


25/35

Dacă se reprezintă gra+ic curbele corespunzătoare relaţiilor +orţelor, v. 6ig.2.!!, se constată că bobina de su+la& serie se dovedeştemai e+icientă pentru valori mari ale curentului, de e3emplu curenţi de

de+ect.

2.5 Calculul preliminar al camerelor de stingere cu su+la& magnetic

Camerele destingere cu su+la& magnetic sunt pre+erate în cazul)* de comutaţie de curent continuu cu mişcare de rotaţie acontactelor mobile. Erincipalele părţi componente ale unei asemeneacamere de stingere sunt prezentate în 6ig.2.!1.

6ig.2.!1 Camera de stingere cu su+la& magnetic

!' contact +i31' contact mobil2' coloana de arcB' bobina de su+la&5' miez +erromagnetic8' piese polare

O5


26/35

Calculul camerelor de stingerepresupune determinarea dimensiunilor de gabarit (Gs, b!, !, Ds"

4ăţimea Ms a camerei de stingere ţine seama de lăţimea b a

căilor de current şi a contactelor aparatului, determinându'se curelaţia7

(2.28"

Gumărul de spire al bobinei de su+la&, Gs, se determinăconsiderând legea circuitului magnetic7

Gs = WXMs (2.2"

unde este curentul care parcurge bobina de su+la&, impunându'se+uncţionarea sigură la valori7

= (0.8'0"n #)% (2.2O"

W= (!.B'!." reprezintă +actorul de dispersie magnetică, Ms este lăţimeacamerii de stingere, X este intensitatea câmpului magnetic de su+la&(500'O500" ()$m".

9e obţine7

(2.2F"/ezultatul obţinut din calcul se apro3imează cu întregul

imediat superior. 4ungimea ls acamerei de stingere se poate estima cu relaţia7

(2.B1"unde Mc este distanţa între contactele aparatului în poziţia descis,veri+icându'se condiţia7

min,csigc Q δ≥δ Q sig= !.5'2 (2.B2"

alorile minime necesare, mincd putându'se evalua +olosindcurbele date în 6ig.2.!2.

O8


27/35

6ig.2.!2. Curbele Mcmin (" pentru camerele de stingere cu su+la& magnetic

Eentru a de+ini înălţimea camerei de stingere se impunecalculul lungimii coloanei de arc, la, obţinându'se7

arcla( "

1δc( "

1

2 (2.BB"

4ungimea arcului electric se poate apro3ima, în cazul circuitelor rezistive, cu a&utorul relaţiilor7

la 8.5 !0 2

. Aintr . arc( "

!

2.

,nr int A"5.!!.!(A −=

, (2.B8"

narc "8.05.0( −=

inând seama de valorile intensităţii campului electric in lungul coloanei

de arc în prezenţa su+la&ului magnetic 7 (10 80"# $ %a ' ; cm= ¸

4ungimea arcului electric se poate calcula eventual şi cu relaţia 7

O

s=(!.!'!.5"arc (3.45)


28/35

int # % < K r aa

U U l cm

' -

-

= (2.BF"

unde (10 20"# % < K U ; - = ¸ reprezintă căderea de tensiune pe piesele de

contact între care se mani+estă arcul electric.

iteza de deplasare a coloanei de arc sub acţiunea câmpului magnetic de

su+la& se poate determina cu relaţia7

3.( orţe electrodinamice -n ecin"tatea pereţilor +i ni+elor)eroma%netice

Construcţia )*, de dorit cât mai compactă, asambleazăelementele componente în carcase adesea metalice, sau ciar +eromagnetice. )ceasta conduce pe de o parte la creşterea solicitărilor electrodinamice datorită gabaritului redus, dar şi la intervenţia unor solicitări suplimentare, datorate prezenţei pereţilor şi nişelor +eromagnetice.

i%.3.1'4 orţe electrodinamice -n ecin"tatea pereţilor)eroma%netici

OO


29/35


30/35

6 = x

4 ma6

∂

∂(2.5B"

unde energia magnetică, Vmag, este 7

1!Vmag ⋅Φ⋅=

(2.55"

iar +lu3ul magnetic, Φ 7

δ µ 3l0 ⋅⋅⋅

=Φ (2.58"

ast+el încât +inal rezultă 7

δ µ l

1!6 10 ⋅⋅⋅= (2.5"

+orţa 6 +iind orientată către interiorul nişei.

n cazul unor căi de curent plasate în interiorul unor nişetriungiulare, v. 6ig.2.!8, realizate din material +eromagnetic, dedescidere ma3imă M0, de adâncime şi de lungime l , la adâncimea 3în interiorul nişei, unde desciderea acesteia este desigur M3 7

M3 = M0 =

x= −(2.5O"

F0


31/35

6ig .B.!87 6orţe electrodinamice în cazul nişelor triungiulare

Considerând +orţa electrodinamică, orientată către interiorulnişei, 63, depinzând de poziţia 3 a conductorului, dată de o relaţie de+orma 7

3

103 l

1!6

δ µ ⋅⋅⋅= (2.5F"

se obţine +inal 7

3l

1!6

0

103

−⋅⋅⋅⋅=

δ µ (2.80"

deci valori crescătoare ale +orţei 63 pe măsură ce conductorulavansează în interiorul nişei. )ceastă observaţie este e3ploatată înconstrucţia camerelor de stingere ale )* de c.a. cu nişe triungiulare,v . 6ig. 2.!, cu ungiul ; având valori de 80[ ' F0[, cu +anta de lăţime b, comparabilă cu diametrul coloanei arcului electric de comutaţie, d a,şi cu înălţimea ce corespunde întreruperii pentru o durată egală cu osemiperioadă a curentului alternativ (0,0! s".

F!


32/35

6ig. 2.!7 Prilă metalică cu e+ect de nişă asupra coloanei de arc

alorile crescătoare ale +orţei electrodinamice 63 compenseazăîn aceste situaţii, pentru valori reduse ale curentului nominal al )*,rezistenţa aerodinamică ce se opune evoluţiei ascendente a arculuielectric de comutaţie pentru a asigura întreruperea circuitului.

2. Calculul preliminar al camerelor de stingere cu grile metalice

Utilizarea 6rilelor metalice ce +ragmentează coloana de arc electric decomutaţie, intervine di+erit în cazul )*C de curent continuu +aţă de)*C de curent alternativ.

F1


33/35

6ig. 2.!O7 Prile metalice pentru realizarea camerelor de stingere ale)*C


34/35

contact, iar grosimea acestora, de ordinul (!'2" mm, depinde în principal de valorile curentului de întrerupt.


35/35

n cazul în care aparatul utilizează principiul ruperii duble relaţia(2.8B" se scrie 7

(2.85" Gumărul grilelor metalice în cazul ruperii simple, n 6 , este desigur 7

n 6 = n s >!iar în cazul ruperii duble rezultă n 6 ?7

(2.88"valorile de calcul apro3imându'se cu întregul imediat superior.

Dimensiunile grilei metalice prezentate în 6ig.2.!O se potcalcula cu relaţiile7

- lăţimea placuţei b p =b H (B'!0" #mm%- lăţimea +antei (mm" !,0 b r + = este comparabilă cu

grosimea coloanei de arc.- ; = (80o'F0o" în cazul curenţilor de valori mici.

n cazul )* de comutaţie de &oasă tensiune de curenţi n> 1B00) s'au dovedit su+iciente ma3imum !0 grile metalice de grosime !'1

mm şi distanţa între plăcuţe de (1'!0" mm.

Aparate eletrice

Documents

Transcript of Aparate eletrice