Перемещение дуги под воздействием магнитного поля

 

Электрическая дуга является своеобразным проводником с током, который может взаимодействовать с магнитным полем. Сила взаимодействия между током дуги и маг­нитным полем перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье. ДУ с магнитным дутьем показано на рис. 2.4. Магнитное поле создается катушкой 1, включенной последовательно с коммутируемой цепью. Внутри катушки 1 размещен сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде пластин 4. Между катушкой и сердечником размещается изоляционный цилиндр 2. При протекании тока по катушке создается магнитное поле, направление которого указано крестиками.

 

Рис. 2.4 - ДУ с последовательной катушкой.

 

Ток протекает от входного контакта 5 по катушке 1, замкнутым контактам 6 и гибкой связи 7 ко второму выходному контакту аппарата. При размыкании контактов 6 между ними возникает сначала жидкий металлический мостик, а затем дуга 8. Под действием магнитного поля катушки возникает сила Р, которая перемещает дугу в керамическую камеру 9. Си­ла, действующая на единицу длины дуги,

Р = IВ,

где В — индукция магнитного поля катушки в месте распо­ложения дуги. Можно считать, что индукция В = I и, сле­довательно, P = k . Эта сила перемещает дугу сначала в воздухе, а потом в узкой щели дугогасительной камеры и расходуется на преодоление аэродинамического сопротив­ления воздуха и силы трения дуги о стенки щели.

Магнитное поле может быть создано и параллельной катушкой, включенной на напряжение источника. В этом случае индукция не зависит от тока в дуге и сила пропорциональна этому току

P= BI I

На рис. 2.5 показаны зависимости силы Р, действующей на дугу, и длительности горения дуги от отключаемого тока в относительных единицах I / . Сила, действующая на дугу при последовательной катушке, пропорциональна квадрату тока и изображается кривой 1. Зависимость при параллельной катушке описывается прямой 2. Положим, что при I / = 1' эти силы равны.

 

Рис. 2.5 - Характеристики последовательного и параллельного магнитного дутья.

 

В кривой (I / ) имеются две характерные области. В области время t_R растет с увеличением тока, в области 11 — падает. В области І сила Р мала и гашение дуги происходит за счет ее удлинения расходящимся подвижным контактом.

Чем больше ток, тем больше требуется длина дуги для ее гашения и тем больше время гашения. В области ІІ, как только контакты разомкнутся, с помощью ЭДУ дуга заводится в камеру и быстро гаснет. Наибольшая длительность горения дуги имеет место при I =5А.

Из рис. 2.5 видно, что при малых токах сила, действующая на дугу при последовательной катушке, меньше, чем при параллельной. Поэтому длительность горения дуги при последовательной катушке (кривая 3) больше, чем при параллельной (кривая 4). 3a счет увеличения МДС катушки максимум кривой 4 может быть снижен.

Достоинства ДУ с последовательной катушкой:

1. При токах свыше 100 А магнитное поле быстро сдвигает дугу с рабочих поверхностей контактов, чем обеспечивается их малый износ. Система хорошо работает в области больших токов.

2. При изменении направления тока меняет знак и магнитное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет своего направления. Система работает при любом направлении тока.

3. Поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Падение напряжения на катушке составляет доли вольта.

Наряду с достоинствами ДУ имеют и недостатки. Это недостаточно надежное гашение дуги при малых токах (5—7 А), большая затрата меди на катушку, нагрев кон­тактов за счет тепла в дугогасительной катушке.

Несмотря на эти недостатки, благодаря высокой надежности при гашении номинальных и больших токов ДУ с по­следовательной катушкой получили преимущественное рас­пространение.

ДУ с параллельной катушкой обладают следующими недостатками:

1. Направление электродинамической силы, действующей на дугу, зависит от полярности тока. При изменении направления тока меняется направление движения дуги и контактор становится неработоспособным.

2. При КЗ возможно снижение напряжения на источнике, питающем катушку. В результате процесс гашения дуги идет неэффективно.

В связи с указанными недостатками ДУ с параллельной катушкой напряжения применяются только при отключении небольших токов (5 - 10 А).

Воздействовать на дугу можно и магнитным полем постоянного магнита. При этом, отсутствуют затраты энергии на создание магнитного поля; резко сокращается расход меди на контактор; отсутствует подогрев контактов от катушки, как это имеет место в ДУ системы с последовательной катушкой. По сравнению с ДУ с параллельной катушкой ДУ с постоянным магнитом обладает высокой надежностью и может использоваться при любых значениях тока. За счет конструктивных мер ДУ с постоянным магнитом можно сделать работоспособным при любом направлении тока. Характеристики такого ДУ аналогичны характеристикам ДУ с параллельной катушкой.

Дугогасительные устройства с магнитным дутьем и ке­рамической дугогасительной камерой применяются также и ваппаратах переменного тока.

В ДУ с последовательной катушкой сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату тока. Поэтому и при переменном токе на дугу действует сила, неизменная по направлению. Среднее значение силы получается таким же, как и при постоянном токе, при условии, что постоянный ток равен действующему значению переменного тока. Указанные соотношения справедливы, когда потери в магнитной системе катушки дутья отсутствуют и поток по фазе совпадает с током. Несмотря на эффективность устройства, оно применяется только в контакторах с тяжелым режимом работы при числе включений в час более 600.

Недостатком этих устройств является наличие потерь в стали магнитной системы дугогашения, что ведет к повышению температуры контактов, и возможность возникновения больших перенапряжений при принудительном обрыве тока (до естественного нуля).

Параллельные катушки в ДУ переменного тока не при­меняются из-за того, что сила, действующая на дугу, меняет свой знак, так как поток, создаваемый магнитной системой дугогашения, сдвинут по фазе относительно отключаемого тока.

ДУ переменного тока с последовательной катушкой и ке­рамической дугогасительной камерой применяются в вы­соковольтных выключателях напряжением не выше 10 кВ.