电器的电动力.doc

电器的电动力电器的电动力.txt和英俊的男人握握手，和深刻的男人谈谈心，和成功的男人多交流，和普通的男人过日子。 本文由ywl8162011贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电器中 第二章 电器中的电动力计算 1 目 录 I. 电器中的电动力现象 II. 电器的电动稳定性 III. 电动力方向 IV. 典型导体电动力计算 V. 单相正弦交流下的电动力 VI. 三相正弦交流下的电动力 VII.载流导体与导磁体间的电动力 2 I. 电器中的电动力现象 电器中的电动力现象 当导体中流过电流时，电流产生磁场， 当导体中流过电流时，电流产生磁场，磁 场中载流导体受到力的作用， 场中载流导体受到力的作用，因此载流导体 间就会产生电动力。 间就会产生电动力。电动力是电流的最基本 和最明显的效应之一。 和最明显的效应之一。 3 电动力的大小和方向 与电流的种类、 与电流的种类、大小和方向有关 电流经过的回路形状、回路的相互位置、 电流经过的回路形状、回路的相互位置、回 路间介质 导体截面形状等有关。 导体截面形状等有关。 4 电动力的危害 可使得母线排弯曲 支撑绝缘子折断 在某些情况下使整个开关设备报废. 在某些情况下使整个开关设备报废. 5 因为电动力与电流瞬时值的平方成正比， 因为电动力与电流瞬时值的平方成正比， 可以想见短路电流产生的电动力效应将更加 严重，更具有破坏性。 严重，更具有破坏性。 作用在单位长度的导 体上或开断装置触头上的电动力可能会超过 几千牛 几千牛。 6 为了满足电动力的要求， 为了满足电动力的要求，变电所及其附属设 备的设计有两种方案。 备的设计有两种方案。方案一是系统的所有 元件都要能够承受如此大的电动力； 元件都要能够承受如此大的电动力；方案二 是对电流路径进行巧妙设计达到电动力补偿 的效果。 的效果。 7 电动力的利用 利用电动力熄灭电弧， 利用电动力熄灭电弧，磁吹灭弧 快速限流开关就是利用电动力的斥力使得短 路时动静触头在很大的电动斥力作用下快速 分开。 分开。在电流还未上升到最大值时就分断电 路。 8 接触器的触头回路， 接触器的触头回路，设计时也要考虑电动力的作 用。 3TB与3TF系列接触器触头回路比较 与 系列接触器触头回路比较 接通时 9 分断时 10 灭弧时 11 本章将要介绍一些最简单和最常用情况的电动 力计算的实用方法， 力计算的实用方法，这些情况在开关设备中经常会 遇到。对于较为复杂结构的电动力计算， 遇到。对于较为复杂结构的电动力计算，可采用计 算机软件进行分析。 算机软件进行分析。 12 II 电器的电动稳定性 电器能承受短路电流电动力的作用而不 致破坏或产生永久变形的能力称为电器的电 动稳定性。对于触头来说，短路电流通过时 触头不应被被电动力斥开和产生熔焊。 电器的电动稳定性常用电器能承受的最 大冲击电流的峰值来表示，也有用此峰值电 流与额定电流的比值来表示。国家标准对各 类电器的电动稳定性指标都有具体的规定。 13 III 电动力方向 我们首先针对一些最简单和最常用的情况了解 一下电动力的方向。 如图所示的Y和 Y两平行导体，其电动 力满足“同向相吸， 异向相斥”的原理。 当其电流iy和iy同向时， 其电动力指向另一导 体，当电流方向相反 时，电动力指向则背 离另一导体。 14 如图所示 的两个导体 呈垂直布置 时，导体上 所受的电动 力倾向于使 该导体中电 流的方向与 另一导体中 电流方向相 同。 15 16 17 一旦我们知道第一个导体对第二个导体的作用 力，那么我们就可通过作用力与反作用力的关系知 道第二个导体对第一个导体的力， 道第二个导体对第一个导体的力，当它受到斥力时 它也施加一个斥力， 它也施加一个斥力，当它受到拉力时它也施加一个 拉力。 拉力。 18 IV 典型导体电动力计算 作用在导体上的力是电流与磁场相互作用的 结果。事实上电流的单位安培就是由两根平 行导线通过同向电流而引起的吸力来定义的， 1安培就是当通过这个电流时相距1米远的两 根导线产生的吸引力为210-7N/m。 19 毕奥沙伐尔定律 当载有电流I的导体在磁场B(l)中时，在元长 度dl一段导体上所受的电动力为dF=IdlB 0 2 B= I1dl r0 / r 4 I-导体中的电流 B- dl处的磁感应强度矢量 dl-导体元长度矢量，取向与电流方向相同。 20 导体上受到的电动力可由毕奥沙伐定律来计算， 电动力等于 F 0 i1 i2 ( 4 10 ?7 ) i1 i2 ? 7 i1 i 2 = = = 2 10 N ? m l d 2d 2d 式中：F电动力N；l导体长度m； 式中：F电动力N；l导体长度m； d导体之间距离 电流A； 导体之间距离m；i1和i2电流 ； ； 0磁导率常数，0410-7Wb/Am。 磁导率常数， Wb/Am。 21 从上述方程可知，两个导体间的电动力与导 体中的电流i1和i2成正比，与磁导率常数成正比， 还与导体间的几何位置所决定的常数成正比。正 如前面所提到的，复杂几何形状的电动力计算需 要在计算机的帮助下才能完成。 一个导体上受到的总电动力可以用导体上每一 部分受到的力进行叠加得到，当然这每一部分的 力并不单独存在，用每一段的力进行叠加只是为 计算带来方便，在计算时要注意构成电流回路的 每一段导体都要考虑到，不要遗漏。 母线排的电动力计算是开关设备中最典型并且 相对简单的情况，下面我们就此进行分析。 22 1.平行导体 平行导体 当导体截面为圆形， 当导体截面为圆形，且导体长度为无限长的情 况下，毕奥 况下，毕奥沙伐定律可直接用于计算平行导体间 的电动力。 的电动力。公式适用的条件是导体的长度与导体间 距离的比大于10，在这种情况下计算误差小于10%， 距离的比大于 ，在这种情况下计算误差小于 ， 可以满足工程上确定导体强度的需要。 可以满足工程上确定导体强度的需要。 对于导体长度为有限长的情况下， 对于导体长度为有限长的情况下，可采用 Frick给出的公式： 给出的公式： 给出的公式 i1 i2 F = 2 10 A l N d 7 23 1 A= 2l 4d 2 + (l + 2 x) 2 ? 4d 2 + (l ? 2 x) 2 系数A还示于下图中，图中右上角的方框中示出导体的 l和x以及它们之间距离d的关系。 24 截面为矩形的导体电动力计算公式与圆截面导体一样， 只是公式中要乘上一个截面因子K。形状因子中要考虑导体 的宽度、厚度和导体间距离，并且要考虑电流并不一定集中 在导体中心。由Dwight计算得到的截面因子K示于下图中， 由图中可以看出当(d-h)/(h+b)2时，导体形状引起的误差已 经很小，可以不考虑截面因子的影响。 25 1.导体间有夹角 导体间有夹角 当第一个导体与第二个导体呈垂直布置， 当第一个导体与第二个导体呈垂直布置，第二个 导体在距离转弯点为y处所受到的总电动力为 导体在距离转弯点为 处所受到的总电动力为 F = 110 ?7 i1 i2 A N / m l 式中： 式中： 2 2 y ? l + l + y0 A = ln ? y0 ? l + l 2 + y 2 ? l第一导体的长度 y第二导体的长度 26 ? ? ? y0对于圆截面导体为0.779乘以导体半径，对于 矩形截面导体为0.224乘以(a+b)，a和b为矩形 截面尺寸。 导体长度不同时的系数A示于下图中。 27 V 单相正弦交流下的电动力 1.单相交流稳态下的电动力 F = 0 I1 I 2 k h k c 0 k h kc = C 4 F = Ci1i2 4 i1 = i2 i = 2 I sin t 2 2 2 F = Ci = CI ? CI cos 2t = F? + F 单相交流稳态下的电动力最小值为0，最大值为2CI2, 以该值为基准，分析其他情况下最大电动力。令 2 F0 = 2CI 28 2.单相交流暂态下的电动力 i = 2 I sin t + ? ?） sin( ? ? )e （ ? R ? t L F = 2CI 2 sin t + ? ?） sin( ? ? )e （ ? R ? t L 2 当电流最大时，电动斥力也达到，最大值为3.24F0 29 VI 三相正弦交流下的电动力 1.三相交流稳态下的电动力 i A = 2 I sin t iB = 2 I sin(t ? 120 ) 0 iC = 2 I sin(t ? 2400 ) FA = C1i AiB + C2i AiC 1 C2 = C1 2 A相电动力最大电动斥力为0.808F0，最大电动吸力为 0.808F0。 30 B相交流稳态下的电动力 FB = C1i AiB ? C3iB iC C3 = C1 B相电动力最大电动斥力为0.866F0，最大电动吸力为 0.866F0。 B相最大电动力为A相得1.07倍，机械强度校核时应以 B相为准。 C相与A相对称，所受电动力情况相同，只是时刻不 同 31 2.三相交流暂态下的电动力 三相对称短路时，A、C相最大电动斥力为 2.65F0，B相最大电动斥力与最大吸力均为 2.8F0。 可见短路电流相同时，单相短路电动力最大。 但是三相短路电流一般比