2.3. Дугогасительные (деионные) решетки.

Дугогасительная (деионная) решетка (рис.2.7) представляет собой набор медных или стальных пластин, расположенных радиально и изолированных одна от другой в зоне дугогашения. Достигнув этих пластин, дуга разбивается между ними на отдельные, включенные последовательно дуги. При этом катодное и анодное падение напряжения в дуге возрастает пропорционально числу пластин дугогасительной решетки N_р, а напряжение на стволе дуги остается постоянным. Это приводит к увеличению напряжения дуги:

U_дг = (U_к+U_а)N_д +U_ст.

Такое повышение падения напряжения дуги весьма эффективно, особенно при переменном токе. Этому способствует также свойство решетки повышать восстанавливающуюся прочность межконтактного пространства путем ускорения его деионизации. Это свойство усиливается с увеличением числа пластин. Его широко используют в низковольтных аппаратах переменного тока, применяя дугогасительные решетки как основное средство дугогашения.

П ри высоких напряжениях этот способ не так эффективен из-за необходимости иметь большое число пластин. Как правило, U_K+U_а = 26…28 В; поэтому с учетом возможных перенапряжений число пластин может превышать 150 шт. В тяговых аппаратах дугогасительные решетки применяют как вспомогательное средство для того, чтобы "не вы­пустить" дугу из камеры. В условиях ограниченных габаритов это весьма существенно.

Деионная решетка на выхлопном отверстии камеры может вызывать резкое снижение тока, подобное его срезу. Для сглаживания процесса выключения иногда часть пластин шунтируют резистором.

3. Магнитное дугогашение.

Магнитное дугогашение предусматривает воздействие на электрическую дугу магнитного поля. Его устройства сравнительно просты, не требуют дополнительных источников энергии, поэтому получили в тяговых аппаратах широкое распространение. Такое дугогашение имеет большинство коммутационных тяговых аппаратов.

Существуют две разновидности магнитного дугогашения: электромагнитное и дугогашение с постоянными магнитами. Дугогашение с постоянными магнитами применяют редко, обычно только в тех случаях, когда необходимо исключить влияние индуктивности дугогасительной катушки на постоянную времени цепи. На ЭПС такое дугогашение используют только в разрядниках.

Принцип действия магнитного дугогашения основан на взаимо­действии магнитного потока Ф_д, создаваемого дугогасительной катушкой и тока I, протекающего в цепи дуги, которую можно рассматривать как проводник (рис.3.1). Сила df_д, действующая на элемент дуги dl_д равна

df_д = Idl_дВ_дsinα,

где В_д – магнитная индукция.

С ила F_д, действующая на весь ствол дуги длиной L_д

.

Индукцию в зоне дуги можно усреднить:

,

а

.

Таким образом,

F_д = IB_дсL_д.

Полученные зависимости описывают связь дуги с дугогасящим потоком, однако использовать их непосредственно для определения длины дуги, ее скорости и других показателей трудно, учитывая воздействие на дугу многих факторов и ее случайный характер.

3.1. Магнитное дугогашение в аппаратах постоянного тока.

Катушку, создающую магнитный дугогасящий поток, включают последовательно в цепь контактов электрического аппарата. Это обеспечивает ее автоматическое выключение после разрыва аппаратом цепи тока. Магнитодвижущая сила дугогасительной катушки пропорциональна току дуги и числу витков катушки.

Последовательное включение катушки позволяет, не изменяя направления силы, изменять направление тока в аппарате, так как при этом изменяется направление индукции В_д.

В аппаратах с постоянными магнитами, изменяя направление тока в цепи (изменение полярности), требуется также изменить полярность магнитов.

В аппаратах оперативной коммутации при дугогашении ток снижается с начального значения до нуля. Поэтому и сила F_д также снижается, замедляя удлинение дуги.

Р ассмотрим электромагнитную дугогасительную систему контактора (рис.3.2,а). Дугогасительная катушка 1 расположена вблизи неподвижного контакта 2 за верхним рогом. Катушка 1 имеет стальной сердечник 4, охваченный стальными полюсами (щеками) 5, которые непосредственно подводят поток к зоне дугогашения. Обычно в камере 6 закрепляют один из рогов (рог 7), обычно нижний, который электрически надежно соединяют с подвижным контактом 8. Дуга, возникшая между контактами 2 и 8, в дальнейшем перебрасывается на рога 3 и 7 и растягивается на них под воздействием силы F_д.

Индукция В_д создавалась в камере током I₀ еще до размыкания контактов. Она снижается по мере приближения к выхлопному отверстию камеры (рис.3.2,б).

После размыкания контактов ток в цепи начинает падать. Характер его изменения зависит от многих факторов, большинство из которых трудно учесть. Наиболее вероятный характер изменения тока можно описать уравнением

,

где t_д – время горения дуги;

m – коэффициент, зависящий от интенсивности дугогашения.

Зависимость I(х) определяется зависимостью I(t) и характеризует динамическое распределение индукции по ширине камеры В_дд(х). При этом индукция снижается быстрее |dB_дд/dx|>>|dB_д/dx|.

Падающий характер зависимостей В_дд(х) и I(х) вызывает еще более резкое снижение силы F_д(х). Именно это приводит к замедлению удлинения дуги при ее перемещении по дугогасительной камере.

На дугу в камере воздействует также поток раскаленных газов, создающий силу F_a. Он первоначально препятствует продвижению дуги в камере, так как сила F_a направлена против F_д. В дальнейшем характер этого воздействия изменяется, и когда дуга выходит к концам рогов, сила F_a начинает способствовать ее удлинению. Чтобы получить более благоприятное воздействие газов на дугу, желательно располагать дугогасительную камеру так, чтобы ее выхлопное отверстие находилось вверху.