4.3. Нагрев аппаратов при коротком замыкании

В электрических аппаратах токи к.з. могут в 10-20 раз превышать токи длительного режима. Для уменьшения температуры проводников длительность прохождения тока к.з. ограничивается защитными средствами до 4-5 с, поэтому допустимая температура проводников при к.з. в 2-4 раза больше, чем при длительном режиме. Так, для медных проводников с изоляцией класса А эта температура равна 250 С. Поскольку длительность к.з. существенно меньше постоянной времени нагрева токоведущей цепи, составляющей минуты, можно считать, что процесс нагрева адиабатический и что все тепло расходуется на повышение температуры проводника. В этом случае энергетический баланс проводника с сопротивлением R и с массой m выражается уравнением

.

Можно считать, что вся энергия идет на нагрев проводника, тогда

.

В реальных условиях при высоких температурах имеет место изменение сопротивления проводника R и его удельной теплоемкости с. Для упрощения расчетов эти значения принимают для нагретого проводника. Нагрев при к.з. происходит, практически, по прямой линии (рис.6).

5. Электромагнитные механизмы

5.1. Основные сведения и классификация

Составной частью многих электрических аппаратов являются электромагнитные системы, выполненные обычно в виде электромагнитных механизмов или устройств.

Электромагнитный механизм – это электромагнитная система, подвижная часть которой совершает полезную работу при перемещении. Причем это перемещение происходит вследствие изменения или перераспределения магнитного потока (электромагниты, электромагнитные муфты и др.).

Электромагнитным устройством называют электромагнитную систему, в обмотках которой при изменении и распределении магнитного потока изменяется величина тока и напряжения (силовые измерительные трансформаторы, дроссели, магнитные усилители и др.).

Следовательно, электромагнитные механизмы предназначены для преобразования магнитной энергии в механическую.

Электромагнитные механизмы классифицируются следующим образом:

 по способу действия – удерживающие, притягивающие;

 по тепловому режиму работы – механизмы длительного, кратковременного и повторно-кратковременного режима;

 по току – постоянного и переменного тока;

 по конструкции магнитопровода – с замкнутым магнитопроводом, с разомкнутым магнитопроводом;

 по способу включения катушки – с параллельной катушкой, с последовательной катушкой.

К электромагнитным механизмам предъявляются следующие требования. Катушка электромагнита должна: обеспечивать включение электромагнитного механизма в худших условиях (нагретом состоянии и при пониженном напряжении); не перегреваться во всех режимах; быть минимальной по размеру и технологичной; механически прочной; иметь соответствующий класс изоляции согласно условиям эксплуатации.

При расчете электромагнита должны быть определены: сопротивление, число витков и диаметр провода.

5.2. Основные части и конструкции электромагнитных механизмов

Основными элементами электромагнитной системы являются одна или несколько обмоток и магнитная цепь.

В трансформаторах (рис.7, а) одна обмотка служит для создания магнитного потока, который пересекает другую обмотку и индуктирует в ней э.д.с. В магнитных усилителях (рис.7, б) изменение тока в обмотке 1 приводит к изменению сопротивления обмотки 2 и, как следствие, величины тока в обмотке 2. В электромагнитных устройствах магнитная цепь 3 обычно не имеет воздушного зазора и выполняется либо в виде тороида (рис.7, а), либо имеет специальную форму в результате набора из отдельных пластин (рис.7, б).

В электромагнитных механизмах (рис.8) магнитная цепь имеет подвижную часть (якорь 1). При перемещении якорь совершает полезную работу и притягивается к сердечнику 2. Ярмо 3 – не-подвижная часть магнитной цепи, соединяющая сердечник и якорь или несколько сердечников;  – расстояние между якорем и сердечником, называется рабочим воздушным зазором.

Создаваемый обмоткой полный магнитный поток состоит из: потока Ф – рабочий магнитный поток, который проходит вдоль всей магнитной цепи лишь частично и замыкается по воздуху через расположенные поблизости детали конструкции; потока Ф_s – поток рассеяния, который с увеличением воздушного зазора и повышением насыщения магнитной цепи увеличивается; потока Ф_ – главный рабочий поток, который проходит через рабочий воздушный зазор  (именно этот поток обусловливает возникновение механических сил, вызывающих перемещение якоря).

По конструкции катушка может быть каркасная или бескаркасная, наматываться на съемный шаблон.

Сердечник и ярмо электромагнита, образующие магнитопровод, выполняются из магнитомягких материалов с узкой петлей гистерезиса и высокой магнитной проницаемостью ().