БЕЗДУГОВАЯ КОММУТАЦИЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Бездуговая коммутация цепей переменного тока может быть принципиально осуществлена при помощи тиристоров (см. гл. 23). Для аппаратов с очень высокой частотой отключений применение тиристорных выключателей весьма целесообразно. Однако тиристорные выключатели оказываются больших габаритов по сравнению с контактными, допускают меньшие перегрузки, ввиду чего они должны выбираться по пусковому току, а не по номинальному току электродвигателя.


Рис. 6-25. Схема бездугового отключения

Для аппаратов с высокой частотой оперативных включений и выключений заслуживает внимания контактная система с тиристорным блоком бездугового отключения (рис. 6-25). Тиристоры Д1 и Д2 включены параллельно контактам. При разомкнутых контактах К они заперты – ток в цепи отсутствует. При замыкании контактов и возникновении тока в цепи трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 (или другое устройство) через диоды Д3 и Д4 подают соответственно полярности полуволны отпирающие сигналы на управляющие электроды тиристоров. Однако ток через тиристоры не протекает, так как они шунтированы контактами. В момент размыкания контактов ток переходит в цепь того из тиристоров, направление проводимости которого соответствует полярности тока. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре мало (1,5 – 2В на одном тиристоре), и дуга на контактах не возникнет. При переходе тока через нуль проводящий тиристор закроется, а второй не откроется ввиду отсутствия сигнала. Ток в цепи прекратится. Электрическая износостойкость контактов при этом способе гашения сильно возрастает (например, у контакторов серий КТ-64 и КТ-65 – в 10 раз).

Так как тиристоры обтекаются здесь током только в течение полупериода, то они могут выбираться на малые номинальные токи с большими перегрузками. Габариты тиристорного блока оказываются малыми.

6-13. ПОТОКИ ПЛАЗМЫ И ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ [7]

Электрическая дуга была открыта В. В. Петровым почти 180 лет тому назад и ныне широко используется в различных областях техники и физического эксперимента, однако многое еще остается в ней невыясненным и спорным. Открываются все новые особенности этого сложного явления. Одной из таких особенностей, привлекшей к себе в последние годы внимание, является наличие в дуге продольных потоков плазмы (факелы).

Давно было замечено, что в ряде случаев электрическая дуга отклоняется от кратчайшего расстояния между электродами и принимает весьма причудливую форму, не подвергаясь видимому воздействию внешних сил. При этом из опорных точек дуги исходят быстро перемещающиеся языки пламени.

Электрическая дуга, подобно цилиндрическому проводнику, сжимается собственным магнитным полем (см. § 6-2). Если вдоль оси проводника меняется площадь его сечения, то неодинаковым оказывается и электромагнитное давление внутри проводника. Оно больше в местах сужения и меньше там, где проводник расширяется. В проводнике переменного сечения возникает продольная разность давлений. В твердом проводнике это обычно не приводит к каким-либо перемещениям. Но в газообразной среде, какой является электрическая дуга, эта разность давлений порождает потоки плазмы, исходящие из мест уменьшенных сечений. Такими местами в электрической дуге служат, в частности, приэлектродные области (рис. 6-26). Из них и исходят потоки плазмы (показаны стрелками), которые мы воспринимаем как светящиеся факелы, часто придающие дуге весьма причудливую форму.

Электромагнитное давление является весьма важной, но не единственной причиной возникновения продольных потоков плазмы. При определенных условиях существенную роль начинают играть и тепловые процессы.

Потоки плазмы возникают только в том случае, если ток в дуге достигнет некоторого определенного уровня, и наблюдаются при расстояниях между электродами свыше 1мм. Они появляются не сразу после возникновения дуги, а с некоторым отставанием, достигающим 1 – 2 мкс.

Потоки плазмы возникают как на аноде, так и на катоде, на электродах из разных (любых) материалов (они особенно велики на жидких электродах), в разных газовых средах, в дугах высокого я низкого давления. Они появляются не только у электродов, а при любом искусственном (рис. 6-26, а) изменении площади сечения дуги (при соприкосновении с изоляционной или металлической перегородкой, при вхождении в узкую щель и т. п.).

Рис. 2-26. Схемы возникновения потоков плазмы [7]

Потоки плазмы имеют вид резко очерченных пучков (факелов) и по своей яркости значительно превосходят другие части дуги. Они очень подвижны и часто меняют свою форму и местоположение, сохраняя общие очертания в течение 20 – 30 мс. Они неоднородны по структуре. В их центральной части обнаруживается область наиболее яркого свечения – ядро потока, которое окружено плазмой, имеющей более низкую температуру и более слабое свечение.

Потоки плазмы направлены перпендикулярно к поверхности тех электродов, яз которых они исходят, и распространяются прямолинейно, если на них не действуют внешние факторы. Они имеют более высокую температуру и проводимость, чем другие части ствола дуги. Поэтому во многих случаях ствол дуги разделяется на яркие потоки плазмы и менее яркую часть ствола Д, опирающуюся на эти потоки (рис. 6-26).

Имея более высокую температуру и проводимость, потоки плазмы являются концентрированными носителями энергии. Условия горения и гашения электрической дуги в значительной мере зависят от направления плазменных потоков. Если они направлены навстречу друг другу, например так, как на рис. 6-26, б, то вся их энергия выделяется в дуговом промежутке (плазменный диск ПД) и условия гашения затрудняются. Наоборот, если потоки плазмы выносят энергию из дугового промежутка (см. рис. 6-26, в), то условия гашения дуги облегчаются.

Выше (см. § 6-2) рассмотрено движение дуги в поперечном, продольном и радиальном магнитном поле. В настоящее время к указанным трем основным формам движения дуги добавляется еще четвертая. Она обусловлена воздействием на дугу ее собственного вихревого магнитного поля, которое сжимает дугу и вызывает появление в ней продольных потоков плазмы. Если движение дуги в поперечном, продольном и радиальном магнитном поле связано с перемещением ее в пространстве, то воздействие собственного вихревого поля вызывает движение плазмы в самой дуге.

Выше дуга рассматривалась как некоторое цельное образование — шнур, ее движение под действием внешних магнитных полей уподоблялось перемещению легко деформируемого проводника с током. Обнаружение потоков плазмы вносит изменения и уточнения в эти представления. Приходится считаться с движением плазмы внутри дугового шнура. Это движение имеет общий характер. 0но существует как в неподвижно горящей дуге, так и при всех формах ее движения в магнитном поле и позволяет более полно объяснить не вполне понятные ранее явления.

Поперечное магнитное поле отклоняет потоки плазмы, как это показано на рис. 6-26,г. Прерывистый характер движения дуги здесь связан с потоками плазмы, изменение формы которых способствует образованию новых опорных пятен дуги. Движение дуги в продольном магнитном поле сопряжено с появлением двух потоков плазмы – анодного и катодного, вращающихся вокруг оси системы и завивающихся в спираль. В радиальном магнитном поле вращение дуги вокруг ее собственной оси связано с появлением потоков, внутри которых частицы плазмы движутся по спиралям. Оси этих спиралей совпадают с осью ствола дуги. С потоками плазмы приходится считаться при разработке дугогасительных устройств.

ГЛАВА 7. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ