 |
3.1 Законы коммутации. Основной закон коммутации. 3.2 Отключение электрической цепи
|
|
|
|
3. 1 Законы коммутации
Переход от одного режима работы электрической цепи к другому происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Так как каждому установившемуся режиму соответствует определенный запас энергии электрических и магнитных полей, переход к новому режиму связан с изменением распределения энергии этих полей.
Первый закон коммутации: в начальный момент коммутации ток в индуктивности остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.
Если обозначить через iL(0–) ток перед началом коммутации, а через iL(0+) ток непосредственно после начала коммутации, то первый закон коммутации запишется так
iL(0–) = iL(0+).
Напряжение на индуктивности может изменяться скачком.
Второй закон коммутации: в начальный момент коммутации напряжение на емкости остается таким же, каким оно было непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.
uC (0–) = uC (0+).
Ток через емкость может изменяться скачком.
Основной закон коммутации
1) коммутируемый фактор (ток, напряжение) не переходит мгновенно к новому значению;
2) при коммутации контуров с индуктивностями и емкостями возникают переходные процессы изменения коммутируемого фактора, который с течением времени приходит к установившемуся значению.
В условиях постоянства параметров цепи (сопротивление, индуктивность, емкость), когда переходные процессы описываются линейными дифференциальными уравнениями, справедлив принцип наложения: результирующий коммутируемый фактор определяется как алгебраическая сумма установившегося фактора и уравнительного фактора, действующего в переходном режиме.
|
|
|
Если параметры цепи непостоянны (нелинейная цепь), принцип наложения неприменим.
3. 2 Отключение электрической цепи
Для электрических аппаратов наиболее трудной и определяющей является стадия отключения цепи.
Всякая цепь с током i, содержащая индуктивность L, обладает запасом электромагнитной энергии
,
которая расходуется в процессе отключения. Она может перейти в электростатическую энергию полей, связанных с коммутирующим элементом.
Любая цепь содержит (в большей или меньшей степени) активную и реактивную, индуктивную и/или емкостную составляющие (емкость и индуктивность токоведущих частей, проводов), поэтому при отключении на ней появляется напряжение Uc, которое определяется из равенства электромагнитной и электростатической энергии
.
Например, при отключаемом токе I0 = 100 A, индуктивности L = 10-2 Гн, емкости C = 10-8 Ф, напряжение Uc составит
.
Следовательно, если электромагнитная энергия цепи полностью преобразовалась в электростатическую энергию полей, то возникают недопустимо большие перенапряжения, которые повредили бы элементы цепи и создали бы непреодолимые трудности при ее отключении.
Условия отключения цепей переменного тока облегчаются тем, что при переходах тока через нулевые значения электромагнитная энергия обращается в нуль.
Образующаяся на контактах электрическая дуга или искра создает токопроводящую связь в цепи до перехода тока через нулевое значение, когда наступает наиболее благоприятные условия для окончательного отключения.
При отключении цепи с током запасенная в ней электромагнитная энергия преобразуется в тепловую энергию электрической дуги или искры, которая отводится в окружающую среду. В этом заключается положительное значение электрических дуг и искр, образующихся на контактах электрического аппарата.
|
|
|
Отрицательный фактор – поскольку дугам и искрам свойственны температуры в тысячи и десятки тысяч градусов, они выжигают контакты и детали электрического аппарата.
Дуга не образуется при малых токах (до единиц ампер), при небольших напряжениях (10…20 В) и любых токах.
Таблица 3. 1. Минимальные токи дугообразования для некоторых материалов
| Материал контактов | Минимальный ток дугообразования, А, при напряжении, В | |||
| Медь | ¾ | 1, 3 | 0, 9 | 0, 5 |
| Серебро | 1, 7 | 1, 0 | 0, 6 | 0, 25 |
| Платина | 4, 0 | 2, 0 | 1, 0 | 0, 5 |
| Золото | 1, 7 | 1, 5 | 0, 5 | 0, 5 |
|
|
|
