Elektrodynamika aparatów elektrycznych.

Z materiału przedstawionego w monografii wynika, że analiza sił elektrodynamicznych towarzyszyła naukowcom i konstruktorom aparatów elektrycznych od bardzo dawna. Została wykorzystana przy konstruowaniu konkretnych aparatów, np. w przypadku obliczeń dotyczących rozłączników mechanizmowych, kontraktowych przekaźników zmiennozwarciowych czy przekaźników samochodowych. W monografii przedstawiono wiedzę z zakresu sił elektrodynamicznych występujących w aparatach elektrycznych oraz zobrazowano możliwości zastosowania obliczeń i pomiarów wspomaganych komputerowo, zaprezentowano również przykłady praktyczne.

SPIS TRE
CI
Wykaz wa
niejszych oznacze ....................................................................................... 9
1. Wprowadzenie......................................................................................................... 13
2. Siły elektrodynamiczne pochodzce od doprowadze prdu do styków ................. 20
2.1. Wstp .............................................................................................................. 20
2.2. Obliczenia sił elektrodynamicznych w układach torów prdowych
modelowanych odcinkami nieskoczenie cienkimi......................................... 21
2.2.1. Obliczenia sił elektrodynamicznych dla szczególnych przypadków
torów prdowych .................................................................................. 25
2.2.2. Obliczenia sił elektrodynamicznych dla torów prdowych wybranych
łczników.............................................................................................. 33
2.3. Obliczenia sił elektrodynamicznych przy uwzgldnieniu profili torów
prdowych....................................................................................................... 39
2.3.1. Przypadek torów prdowych nieskoczenie długich ............................ 39
2.3.2. Przypadek torów prdowych o skoczonej długoci ............................ 42
2.3.3. Obliczenia sił elektrodynamicznych dla wybranych torów
prdowych o okrelonym profilu.......................................................... 47
3. Siły elektrodynamiczne w zestyku........................................................................... 59
3.1. Siły odrzutu elektrodynamicznego w zestyku zamknitym............................. 59
3.2. Siły elektrodynamiczne w zestyku otwartym .................................................. 65
3.2.1. Siły działajce na łuk, pochodzce od styków i doprowadze
prdu do styków.................................................................................... 65
3.2.1.1. Siły elektrodynamiczne działajce na stop łuku, znajdujc
si na elektrodzie o przekroju prostoktnym ........................... 65
3.2.1.2. Siły elektrodynamiczne działajce na łuk palcy si midzy
dwiema równoległymi elektrodami o przekroju
prostoktnym............................................................................ 74
3.2.2. Siły elektrodynamiczne wynikajce z istnienia własnego pola
magnetycznego łuku.............................................................................. 83
3.2.2.1. Siły elektrodynamiczne wynikajce z istnienia zjawiska
„pincz-efektu”.......................................................................... 83
3.2.2.2. Siły elektrodynamiczne wynikajce z krzywizny
kolumny łuku. ......................................................................... 102
4. Siły elektrodynamiczne wywołujce ruch łuku na ro
kach gaszeniowych ............. 116
4.1. Wstp. ............................................................................................................ 116
4.2. Symulacja ruchu łuku na ro
kach gaszeniowych ........................................... 116
4.2.1. Modele łuku ......................................................................................... 116
4.2.2. Matematyczny opis ruchu łuku ............................................................ 119
4.2.3. Komputerowa symulacja ruchu łuku na elektrodach walcowych ......... 122
4.2.4. Komputerowa symulacja ruchu łuku na elektrodach prostoktnych .... 126
4.3. Eksperymenty weryfikacyjne ......................................................................... 130
5. Analiza pól magnetycznych, sił elektrodynamicznych i trajektorii ruchu
łuku w płytkowych komorach gaszeniowych.......................................................... 139
5.1. Wstp. ............................................................................................................ 139
6
5.2. Obliczenia sił elektrodynamicznych i trajektorii ruchu łuku oparte
o metod
odbi zwierciadlanych .................................................................... 140
5.2.1. Siły elektrodynamiczne przy zblianiu si
łuku
do ferromagnetycznych płytek komory gaszeniowej ........................... 140
5.2.1.1. Płytki prostoktne bez wyci
................................................. 140
5.2.1.2. Płytki prostoktne z wyci
ciem w kształcie klina ................... 142
5.2.1.3. Wyniki pomiarów sił dla płytek prostoktnych bez wyci

i z wyci
ciami w kształcie klina ............................................. 147
5.2.1.4. Trajektoria ruchu łuku w kierunku płytki z wyci
ciem
w kształcie klina ..................................................................... 161
5.2.1.5. Obliczenia dla płytek prostoktnych z wyci
ciem
w kształcie prostokta ............................................................ 164
5.2.1.6. Wyniki pomiarów sił dla płytek prostoktnych bez wyci

i z wyci
ciami w kształcie prostokta.................................... .168
5.2.1.7. Trajektoria ruchu łuku w kierunku płytki z wyci
ciem
w kształcie prostokta ............................................................ 174
5.2.2. Siły elektrodynamiczne i trajektorie ruchu łuku palcego si
mi
dzy
ferromagnetycznymi płytkami komory gaszeniowej............................. 176
5.2.2.1. Obliczenia dla płytek w kształcie klina.................................... 176
5.2.2.2. Obliczenia dla płytek prostoktnych........................................ 178
5.3. Obliczanie sił elektrodynamicznych i trajektorii ruchu łuku oparte
o metody elementów skoczonych i brzegowych ........................................... 183
5.3.1. Model obliczeniowy.............................................................................. 183
5.3.2. Obliczanie sił działajcych na łuk oraz wyznaczanie trajektorii
ruchu łuku metod elementów skoczonych ......................................... 185
5.3.3. Obliczenia sił działajcych na łuk oraz wyznaczenie trajektorii
ruchu łuku metod elementów brzegowych........................................... 187
5.3.4. Trajektorie ruchu łuku na ferromagnetycznych płytkach
gaszeniowych z wyci
ciami o wybranych kształtach ............................ 190
6. Zastosowanie analizy sił elektrodynamicznych do oblicze układu stykowo-
gaszeniowego łcznika mechanizmowego.............................................................. 198
6.1. Wprowadzenie................................................................................................. 198
6.2. Obliczenia pocztkowego i granicznego prdu sczepienia.............................. 199
6.3. Siły wyst
pujce w torze prdowym łcznika ................................................. 200
6.4. Analiza sił elektrodynamicznych działajcych na łuk ..................................... 205
6.5. Podsumowanie................................................................................................. 207
7. Elektromagnesy. ..................................................................................................... 209
7.1. Wprowadzenie................................................................................................. 209
7.2. Obliczanie sił nap
dowych elektromagnesów ................................................. 210
7.2.1. Obliczanie elektromagnesów prdu stałego........................................... 213
7.2.1.1. Wst
p. ...................................................................................... 213
7.2.1.2. Wyznaczenie punktów statycznej charakterystyki
nap
dowej elektromagnesu...................................................... 218
7.2.1.3. Wyznaczanie niezb
dnej wartoci siły magnetomotorycznej ... 222
7.2.1.4. Konstruktorskie metody wyznaczania sił nap
dowych............. 223
7.2.2. Obliczanie elektromagnesów prdu przemiennego .....................................232
7.2.2.1. Wprowadzenie................................................................................232
7
7.2.2.2. Metoda schematu zastpczego elektromagnesu........................ 235
7.2.2.3. Metoda charakterystyk eksperymentalnych .............................. 242
7.2.2.4. Obliczenia statycznych charakterystyk napdowych
elektromagnesów za pomoc pakietu Maxwell ........................ 245
7.2.3. Obliczanie dynamicznych sił napdowych elektromagnesów
prdu przemiennego....................................................................................254
7.2.3.1. Symulacja procesu załczania stycznika za pomoc pakietów
Maxwell i MathCad.......................................................................254
7.2.3.2. Symulacja procesu załczania stycznika za pomoc
pakietu Flux. ............................................................................ 258
7.2.4. Komputerowy system pomiarowy do weryfikacji wyników oblicze
parametrów dynamicznych styczników ................................................. 269
7.2.4.1. Układ pomiarowy i metodyka bada ...................................... 269
7.2.4.2. Program komputerowy do wykonywania pomiarów
i sterowania nimi...................................................................... 272
7.2.4.3. Wyniki pomiarów.................................................................... 272
7.2.5. Porównanie wyników oblicze i pomiarów parametrów dynamicznych
styczników.............................................................................................. 275
7.3. Nowe prace zwizane z modelowaniem elektromagnesów napdowych
łczników ........................................................................................................ 282
8. Wybrane nowe konstrukcje aparatów, w których wykorzystano
działanie sił elektrodynamicznych.......................................................................... 284
8.1. Ograniczniki prdu z ciekłym metalem........................................................... 284
8.1.1. Wstp.................................................................................................... 284
8.1.2. Budowa i zasada działania ogranicznika z ciekłym metalem
poruszajcym si midzy równoległymi elektrodami ........................... 285
8.1.3. Ograniczenie prdu oparte o wykorzystanie zjawiska „pincz-efektu”.. 287
8.2. Ultraszybkie wyłczniki ograniczajce............................................................ 290
LITERATURA ............................................................................................................ 294
SUMMARY..................................................................................................................30