發(fā)電機(jī)的電流電動(dòng)力分析

 

因?yàn)橥ㄓ须娏鞯膶?dǎo)體在發(fā)電機(jī)周圍要形成磁場(chǎng)，而處于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體要受到機(jī)械力的作用，所以兩個(gè)載流導(dǎo)體之間也同樣存在機(jī)械力的作用，這種由于電流的存在而產(chǎn)生的力通常稱為電動(dòng)力。

 

1、兩導(dǎo)體間的點(diǎn)動(dòng)力。

兩平行直線導(dǎo)體，導(dǎo)體a中通過的電流I₁在導(dǎo)體b處產(chǎn)生磁場(chǎng)，其強(qiáng)度為，的大小正比于導(dǎo)體a中的電流I₁值，即BaI₁，磁場(chǎng)的方向可用右手螺旋定則來確定。處于磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體b受到電動(dòng)力F的作用，磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力方向可用左手定則來判定，而F的大小正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和導(dǎo)體b中的電流。同理可知，處于載流導(dǎo)體b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體a同樣受到電動(dòng)力F的作用。a、b兩導(dǎo)體的電動(dòng)力可簡單表示為

F=CI₁I₂(7-1)

式中F——每相導(dǎo)體上所受的點(diǎn)動(dòng)力；

C——單位電流的電動(dòng)力，決定于導(dǎo)體的回路形式、導(dǎo)體長度及相互間的位置；

I₁I₂——導(dǎo)體中所通過的電流值。

在電器結(jié)構(gòu)中的載流導(dǎo)體間，如圖7-2所示的兩平行或垂直的直流載流導(dǎo)體、兩同軸線且平行放置的載流線圈、環(huán)形或U形回路等，都有電動(dòng)力的相互作用。

 

在式（7-1）中，如I₁=I₂=I₃，則

F=CI²（7-2）

由式（7-2）可知，導(dǎo)體間相互作用的電動(dòng)力F不僅與通過導(dǎo)體的電流有關(guān)，也與電器的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。但力F與電流I的平方成正比，因此電流大小對(duì)電動(dòng)力的影響是主要的。

 

2、觸頭間的電動(dòng)力

當(dāng)電流通過觸頭的接觸點(diǎn)時(shí)，由于電流線在接觸面附近發(fā)生收縮，在觸頭間會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)動(dòng)力，這是一種電流自身磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)力，如圖7-3所示。如果把電流線看作載流元導(dǎo)體，各元導(dǎo)體所受電動(dòng)力F垂直于電流線，將電動(dòng)力F分解成水平方向分力F_x和垂直方向分力F_y，因電流線分布對(duì)稱，則水平方向分力相抵消，接觸面兩側(cè)垂直方向分力相加，且其合力方向相反，這就是觸頭間的電動(dòng)斥力。

根據(jù)觸頭接觸面附近電流的收縮區(qū)電流——電位場(chǎng)的理論分析，觸頭間的電動(dòng)斥力F_d與觸頭電流I的平方成正比，當(dāng)短路故障電流通過觸頭時(shí)，在觸頭間產(chǎn)生很大的電動(dòng)斥力，當(dāng)電動(dòng)斥力大于觸頭壓力時(shí)，就會(huì)使觸頭斥開而產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致觸頭的嚴(yán)重?zé)龘p或發(fā)生觸頭熔焊，甚至整合電器遭到破壞，以致擴(kuò)大短路事故。

 

3、交流電流時(shí)的電動(dòng)力

式（7-2）同樣適用于交流電，設(shè)導(dǎo)體系統(tǒng)中通有相位相同的單相正弦電流時(shí)的電流

式中I_M——交流正弦電流的幅值。

由式（7-4）可知，單相交流正弦電流的電動(dòng)力由兩部分所組成：一部分為恒定分量F’，也是交流電動(dòng)力的平均值；另一部分是交變分量F”，它以兩倍電源的頻率而變化。單相交流電流時(shí)電動(dòng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖7-4所示。從圖7-4可見，電動(dòng)力的最大值為恒定分量的兩邊，即

F_max=2F’=CI²_m

電動(dòng)力的最小值為

F_min=0

電動(dòng)力的作用方向不變。

當(dāng)發(fā)生單相短路時(shí)，短路電流的過渡過程中常包括周期分量和非周期分量兩部分，周期分量的大小和回路的功率因素角、短路瞬間電壓的相位角有關(guān)。設(shè)短路前電流為零.

Z——電路阻抗；

Ф——電流滯后電壓的相角；

R——電路電阻；

L——電路電感；

I_m——短路電流周期分量的幅值。

第一項(xiàng)為周期分量即穩(wěn)態(tài)分量，第二項(xiàng)為非周期分量即暫態(tài)分量。圖7-5給出了單相短路電流隨時(shí)間的變化規(guī)律。

 

與此相應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)力隨時(shí)間的變化曲線如圖所示?？芍?，電動(dòng)力的方向不變，而電動(dòng)力的數(shù)值是變化的，可將電動(dòng)力隨時(shí)間的變化曲線分為兩列半波，一列半波有逐漸減小的峰值；另一列半波有逐漸增大的峰值。當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)定值后，短路電流中非周期分量即完全消失，此時(shí)電動(dòng)力的兩列半波的峰值也趨于相等.

電器結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)以電動(dòng)力的最大值來參考，因此，允許通過的最大峰值電流是短時(shí)耐受電流能力試驗(yàn)的一項(xiàng)主要參數(shù)指標(biāo)，稱為峰值耐受電流，這一電流一般相當(dāng)于短路電流第一個(gè)周波的峰值。

 

在三相交流電流系統(tǒng)中，如果各相的負(fù)載相同就，即在負(fù)載對(duì)稱的情況下，則各相電流也必然是正弦對(duì)稱三相電流，即各相電流的幅值相等而相位互差120°。三相電力系統(tǒng)的短路形式有多重，其短路電流值及電動(dòng)力也均不相同。在三相對(duì)稱短路時(shí)，由于各相電流的相位不同，各相短路電流交替改變其大小和方向，三相導(dǎo)體之間的電動(dòng)力要由電流瞬時(shí)值的大小和方向來決定，在同一短路電流值下，單相短路的電動(dòng)力大于三相短路的電動(dòng)力。這是因?yàn)樵趩蜗喽搪窌r(shí)，兩相位導(dǎo)體中同時(shí)出現(xiàn)短路電流的最大峰值，所以電動(dòng)力最大；而三相對(duì)稱短路時(shí)，在三相導(dǎo)體系統(tǒng)中不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)短路電流的最大峰值，

 

三極開關(guān)電器在進(jìn)行三相交流短時(shí)耐受電流能力試驗(yàn)時(shí)，除各相的第一周期峰值電流不相同以外，如果第一個(gè)周期最大峰值電流是出現(xiàn)在三相的中間相或是出現(xiàn)在三相的邊相（任一邊相），其綜合電動(dòng)力也將不同。根據(jù)計(jì)算分析可知，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)周期最大峰值電流出現(xiàn)在中間相時(shí)將在此開關(guān)極上產(chǎn)生最大的電動(dòng)力、它比第一個(gè)周期最大峰值電流出現(xiàn)在邊相上時(shí)的電動(dòng)力更大。但也必須指出，這時(shí)試品更合理的做法應(yīng)是，采用選相合閘開關(guān)把最大峰值電流輪流地加在每極上依次考核。

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