3.2. Магнитное дугогашение в аппаратах переменного тока.

Осуществляется легче, чем в аппаратах постоянного тока, и для по­лучения эффективного гашения дуги достаточны меньшие индукции в зоне дугогашения. В этом случае сила, действующая на дугу, непостоянна. Ее мгновенные значения

f_д = ib_дL_д,

где i – мгновенное значение тока дуги;

b_д – мгновенное значение магнитной индукции в зоне дугогашения.

Полагая примерно синусоидальным характер изменения тока и магнитной индукции, можно записать

i = I_asint; b_д = B_дasin(t+α),

где I_a – амплитудное значение тока;

B_дa – амплитудное значение магнитной индукции в зоне дугогашения;

α – угол запаздывания магнитного потока по отношению к току.

Таким образом,

f_д = I_aB_дaL_дsintsin(t+α).

Временная диаграмма (рис.3.3) показывает, что в соответствии с этим уравнением сила f_д изменяется с частотой, соответствующей двойной частоте питания, а в пределах угла фазового сдвига α между током и индукцией она приобретает отрицательное значение. В пределах угла α дуга не выдувается дугогасительной камерой, а втягивается в нее. При высокой подвижности дуги силы, соответствующие отрицательным площадкам диаграммы, задерживают удлинение дуги, а следовательно, и ее гашение. Снизить неблагоприятное воздействие этого явления можно, уменьшив угол магнитного запаздывания, для чего применяют в магнитной системе стали, у которых угол α мал, т.е. трансформаторные стали. Магнитопроводы аппаратов переменного тока необходимо выполнять шихтованными с целью снижения их нагрева.

Обобщенной характеристикой дугогасительных свойств комму­тационного тягового аппарата служит зависимость времени горения дуги от выключаемого тока t_д(I₀) (рис.3.4). При малых отключаемых токах вся МДС идет на создание потоков рассеяния, никаких направленных внешних воздействий на дугу нет и ее можно рассматривать как свободную. В коммутационном аппарате в момент размыкания контактов должна быть обеспечена тепловая ионизация в опорных точках дуги. Для этого необходим ток

,

где r_к – активное сопротивление коммутируемой цепи.

Рис.3.3

Рис.3.4

Если ток окажется меньше, то процесс размыкания сопровождается только искрением. Конечно, картина меняется при предварительной ионизации зоны размыкания, а также при влиянии некоторых других факторов. Экспериментально установлено, что в тяговых аппаратах дуга в цепях даже со сверхнормативными индуктивностями возникает только при токах 6…10 А. При несколько больших токах длина дуги определяется лишь раскрытием контактов. Только в аппаратах, имеющих выхлоп из дугогасительной камеры вверх, дуга несколько растягивается и длина дуги заметно возрастает. Для остальных аппаратов при токах 20…30 А длина дуги меньше критической, т.е. высока вероятность устойчивого горения дуги.

На диаграмме t_д(I₀) этому соответствует уход кривой в беско­нечность. Для правильно спроектированного аппарата нарастание действия дугогасительной системы начинается с (0,07…0,1)I_ном. Для аппаратов с усовершенствованными шихтованными магнитными системами дугогашения заметное действие их начинается уже при токах (0,04…0,05)I_ном. С увеличением тока усиливается магнитное дугогашение, что ускоряет перемещение дуги по рогам и удлиняет ее. Время горения дуги снижается, так как ее длина становится больше критической. Ток, при котором исключается устойчивое горение дуги и время ее горения становится допустимым, называют критическим. При токах, меньших критического, аппарат нельзя использовать для выключения цепи. Критический ток должен быть не более 0,1I_ном и для всех аппаратов не выше 50 А.

При токе, большем I_кр, характер зависимости t_д(I) определяется, с одной стороны, усилением магнитного поля в зоне дугогашения в результате увеличения тока и МДС дугогасительной катушки, что приводит к увеличению силы F_д и удлинению дуги. С другой стороны, перемещаясь по рогам и удлиняясь, дуга все больше отходит от контактов и дугогасительной катушки в зону меньших индукций B_дд. Это ограничивает скорость ее перемещения и удлинения. Влияние указанных факторов на дугу противоположно, что несколько стабилизирует время горения дуги в зоне основных рабо­чих токов аппарата.

По мере приближения ствола дуги к выхлопному отверстию сила F_д резко снижается (см. рис.3.2,б), время t_д нарастает. При правильно спроектированном аппарате в момент, когда длина дуги достигает наибольшей возможной l_д mах в применяемой дугогасительной камере, время ее горения должно быть не больше предельного значения 0,1 с. Это соответствует току I_пр, который называют предельным для аппарата. Предельный ток должен соответствовать условию

,

где U_н – номинальное напряжение коммутируемой цепи;

к_дк – коэффициент, учитывающий индуктивность коммутируемой цепи.

Если имеется опасение, что по условиям работы токи аппарата могут превышать I_пр, на выхлопном отверстии следует устанавливать дугогасительную решетку для того, чтобы вызванное ею резкое повышение падения напряжения погасило дугу.