Генераторные выключатели и комплексы - Определение сил взаимодействия в розеточных контактах

Ниже приведена методика расчета электродинамических сил возникающих в розеточных контактах.

Определение силы взаимодействия между ламелями розеточного контакта (неподвижный контакт) и свечой (подвижный контакт). Подвижный и неподвижный контакты дугогасительного контура генераторного выключателя во многих случаях представляют собой цилиндрическую свечу 1 и многоламельный розеточный контакт 2 (рис 4-11). При отсутствии тока прижатие ламелей розеточного контакта к свече осуществляется силами контактных пружин, одной или двух на каждую ламель в зависимости от длины ламели (на рис. 4-11 эти пружины не показаны).

Рис. 4-11. К расчету розетки

Сила контактной пружины обычно составляет от 80 до 150 Н. Она обеспечивает при номинальном токе ответвление тока через дугогасительный контур выключателя. Когда по ламелям и свече проходит ток, возникают дополнительные силы, стремящиеся прижать ламель к свече. В зависимости от тока они могут оказаться во много раз больше сил контактных пружин. Эти дополнительные силы возникают вследствие взаимодействия токов в ламелях розеточного контакта между собой, а также вследствие взаимодействия тока в каждой ламели с током в свече. Указанные силы направлены по радиусу свечи (от периферии к ее центру) и суммируются с силами контактных пружин. Ниже приводится методика расчета сил взаимодействия, возникающих в розеточном контакте при прохождении тока, разработанная и экспериментально проверенная М. А. Васильевым, В. Н. Лапаевым и Б. А. Шешиным.
Определение сил взаимодействия между ламелями розеточного контакта. Пусть у нас имеется n  ламелей (на рис. 4-11 n=8) длиной, расположенных равномерно по окружности свечи диаметром D. При прохождении тока между каждой парой ламелей возникает сила, стремящаяся притянуть одну ламель к другой, так как токи в ламелях имеют одинаковое направление. Эта сила может быть разложена на две составляющие. Одна из составляющих F12пр направлена по диаметру свечи, по линии 1—О—5 (для ламели 1), т. е. прижимает ламель 1 к свече. На ламель 1 будут действовать такие же составляющие сил и от всех остальных ламелей. Результирующая сила, действующая на ламель 1, будет

Здесь F12пр, F ..................  — проекции сил F13, ...,
.... F12пр на направление 1—О—5.
Если обозначить центральный угол между двумя соседними ламелями через а=360/n, то при n=8 будем иметь

Таким образом, при восьми ламелях

Сила Fр является результирующей силой, действующей на каждую ламель. Она приложена посередине ламели. Ламель обычно имеет две точки соприкосновения со свечой а и б. Тогда контактное нажатие (в ньютонах) в каждой из этих точек,
считая, что сила Fр распределяется равномерно между точками а и б, будет

Общее контактное нажатие (в ньютонах) в каждой из точек а и б при числе ламелей, равном я, будет
(4-1)
где 1,2,..., n — порядковые номера ламелей.
Силы F12, F13, F14, ..., F18 (в ньютонах) определяются по формулам

где a12, а13, ..., а18 — расстояния между центрами ламелей 1—2, 1—3, 1—4, 1—5, 1—6, 1—7 и 1—8; I — амплитуда тока через контакт, А.
При определении сил F12, F13, .... F18 нет надобности определять значения а12, а13, ..., а18. Удобнее выразить эти силы через число ламелей и отношение D/l. Тогда формула (4-1) может быть представлена в виде

где Fл — контактное нажатие в точках а и б, Н; I — амплитуда тока, А; Кл — коэффициент, зависящий от числа ламелей n и отношения D/l; значения Кл приведены в табл. 4-2.
Определение силы взаимодействия между ламелью розеточного контакта и свечой. Обычно длина свечи во много раз больше длины ламели. Поэтому при определении силы взаимодействия между ламелью и свечой можно пользоваться формулой для определения силы взаимодействия между проводником конечной длины и бесконечно длинным проводником (практически свечу можно считать бесконечной, если ее длина равна полутора диаметрам свечи или более, см. рис. 4-12).
Значения коэффициента Кл
Таблица 4-2

По свече проходит ток I (ампер), а по каждой ламели 1/п. Сила (в ньютонах), действующая на каждую ламель, будет

где коэффициент Kсв = φ(D/l):

Сила Fсв представляет собой суммарную нагрузку, действующую на ламель (и пропорциональную площади абвг). Она неравномерно распределена по длине ламели, а именно в точке а сила будет больше, чем в точке б (см. рис. 4-12), т. е.
Fa св ^ Fб св·
Момент (в Н-м), создаваемый силой FCB относительно точки а, определяется формулой

Значения коэффициентов Ка и Кб

Силы Fa св и Fб св  (в ньютонах) будут

Определение суммарной силы в розеточном контакте, обусловленной одновременным действием электродинамических сил между бесконечно длинной свечой и ламелями и между самими ламелями. Суммарная сила (в ньютонах) в точке а, обусловленная электродинамическими силами,
(4-2)
и в точке б
(4-3)
Значения коэффициентов Ка и Кб  приведены в табл. 4-3.
Пример. Определить контактное нажатие, создаваемое электродинамическими силами в шестиламельном розеточном контакте. Диаметр токоведущего стержня D = 30 мм. Длина ламели l=100 мм. Число ламелей n= 6. Амплитуда I=200 000 А.
Расчет. Определяем отношение D\l=30/100=0,3. По табл. 4-3 для D\l= 0,3 находим Ка= 0,5098 и Кб=0,4617. Тогда по формулам (4-2) и (4-3) вычисляем