ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ГАШЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

При неисправностях (пробой изоляции, внутреннее замыкание и т. п.) в обмотках электрических машин необходимо как можно быстрее погасить магнитное поле возбуждения машины. Чем быстрее исчезнет магнитное поле, тем меньшими будут повреждения. Эту задачу осуществляют выключатели гашения магнитного поля, отключая обмотку возбуждения от источника питания. Однако непосредственное ее отключение недопустимо. Вследствие большой индуктивности обмотки при обрыве тока на ее зажимах возникает чрезвычайно большое напряжение, способное вызвать нарушение (пробой) изоляции самой обмотки.

Широкое распространение получил способ гашения поля путем разрядки обмотки возбуждения на постоянный или переменный резистор. Применяемые в этом случае выключатели (рис. 16-13, а) имеют две пары контактов – замыкающие 3 и размыкающие 4. Контакты коммутируют с перекрытием. При включении замыкающими контактами подключаются к источнику питания (возбудителю 2) обмотка возбуждения 1 и разрядный резистор R_p, а размыкающими контактами через очень небольшое время (сотые доли секунды) отключается цепь разрядного резистора. Питание получает только обмотка возбуждения L. При отключении (аварийном или оперативном) работа контактов осуществляется в обратном порядке. Сперва подключается к обмотке возбуждения разрядный резистор, а затем обмотка возбуждения, шунтированная разрядным резистором, отключается от источника питания. Происходит разряд обмотки возбуждения на подключенный к ней резистор. Процесс гашения поля (тока) при постоянном значении сопротивления резистора показан кривыми I₁ и U₁ на рис. 16-13.

При рассмотренном способе время гашения поля оказывается относительно большим. Сокращение длительности гашения может быть достигнуто за счет увеличения сопротивления разрядного резистора. Однако здесь быстро достигается предел. Максимальное напряжение U_rnax на обмотке возбуждения в первый момент равно I_оR_p, где I_о – ток в обмотке возбуждения в момент начала гашения, a R_p – сопротивление резистора. Необходимо, чтобы это напряжение не превосходило допустимого по условиям прочности изоляции значения U_из, откуда сопротивление разрядного резистора не может превосходить значения

следовательно, время гашения поля не может быть снижено ниже определенного значения.

Применение резисторов с нелинейным сопротивлением, а также других способов (относительно сложных) не дает оптимального решения.

Оптимальным является такой процесс гашения поля, при котором ток в обмотке возбуждения падает прямолинейно от I_о до нуля, а напряжение на обмотке поддерживается постоянным в течение всего времени гашения поля. Осуществить такой процесс удалось, использовав электрическую дугу в качестве нелинейного сопротивления [5]. Здесь ток и напряжение при гашении поля изменяются по прямым I₂ и U₀ (рис. 16-13), время гашения равно 0,17 Т вместо 0,77 Т при гашении на разрядный резистор.

Предложенный способ гашения поля [5] основан на том, что падение напряжения на короткой дуге (длина 2 – 3мм) между двумя металлическими пластинами остается практически постоянным при изменении тока в широких пределах. Так, при токе свыше 50 А напряжение на каждой короткой дуге при медных пластинах составляет 28 – 32 В.

Рис. 16-13. Схемы выключателей и процессы гашения поля

На рис. 16-13, б приведена схема выключателя, в котором разрядный резистор заменен дугогасительной решеткой 5, подключенной параллельно контактам 4. Во включенном положении выключателя, как и ранее, контакты 3 замкнуты, а контакты 4 разомкнуты. При отключении контакты 4 замыкаются, контакты 3 размыкаются (как и ранее), а затем контакты 4 вновь размыкаются. Возникающая на них электрическая дуга загоняется магнитным полем в дугогасительную решетку, где она горит во время всего процесса гашения поля. Напряжение на решетке остается постоянным и равно

где U_к – напряжение на короткой дуге между двумя пластинами решетки; п – число последовательно включенных дуг.

Резистор 6 пришлось ввести для исключения короткого замыкания на время, когда одновременно замкнуты контакты 3 и 4 в ходе отключения выключателя. Сопротивление ограничивающего резистора 6 много меньше сопротивления разрядного резистора, однако при этом наличие резистора б несколько снижает эффективность рассмотренного способа гашения поля.

При одновременном погасании дуги во всех промежутках дугогасительной решетки в момент, когда ток стремится к нулю (погасание дуги на одном промежутке ведет к погасанию всей дуги), на решетке возникает высокое напряжение, могущее привести к пробою изоляции обмотки. Для исключения этого явления параллельно решетке включен резистор 7 с относительно большим сопротивлением. Резистор разбит на части, каждая из которых имеет разное сопротивление и шунтирует определенную группу (секцию) пластин решетки. Одна группа пластин не шунтирована. Такая схема обеспечивает разновременное погасание дуги в секциях (в нешунтированной – в последнюю очередь), что позволяет ограничить перенапряжения допустимым значением.

Выключатель по схеме рис. 16-13, б имел сложную кинематику и требовал дополнительного ограничивающего резистора 6, который, как указывалось, несколько снижал эффективность гашения. Та же идея была осуществлена в выключателе гашения поля (рис. 16-13, в) с обычной для автоматических выключателей кинематикой. Выключатель имеет основные 3 и дугогасительные 8 контакты, шунтированные дугогасительной решеткой. Первыми размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные, на которых возникает электрическая дуга. Внешним магнитным полем дуга загоняется в решетку 5, где она и гаснет. Гашение поля идет по прямым I₂ и U₂. Резистор 7 служит для той же цели. Резистор 6 отсутствует.

В этом выключателе дугогасительная решетка при гашении поля включена последовательно с обмоткой возбуждения в отличие от предыдущего, где она была включена параллельно. При параллельном включении решетки напряжение на обмотке

и число пластин решетки

где R_B – сопротивление обмотки возбуждения.