Сторінка 6 з 21
Підвищена проти норми щільність струму небезпечна. Пояснимо суть справи наступним прикладом. Нехай через послідовно з'єднані три шматка дроту однакової довжини, але з різними перетинами 10,4 і 1 мм * проходить струм I = 40 А. Через різних перетинів щільності струму J
I / S різні; вони становлять відповідно 4, 10 і 40 А / мм 2. А як видно з формули Р = JI, втрати потужності Р пропорційні плотностям струму. У нашому прикладі вони відносяться як 1: 2,5: 10. Іншими словами, провід перетином 10 мм 2 злегка нагріється. Температура дроти перетином 4 мм 2 досягне допустимої, приблизно 60 С. Ізоляція проводів перерізом 1 мм 2 просто згорить.
Природно виникають питання: а) чи застосовують навмисно підвищені щільності струму, а якщо застосовують, то з якою метою? б) які необхідні заходи, щоб підвищена щільність струму не виявилася згубною для ізоляції? в) чи є непередбачені причини підвищення щільності струму?
* Для настановних проводів в каталогах приводять перетину в квадратних міліметрах, а для обмотувальних проводів - діаметри в міліметрах. Перетин і діаметр пов'язані співвідношенням 5 = nd2 / 4.
Щільність струму навмисно підвищують, щоб зменшити розміри виробів, в яких електромагнітна енергія перетворюється в механічну. Такими виробами є електромагніти та електродвигуни. Магнітний поток1 - найважливіший параметр, що визначає їх роботу, пропорційний магніторушійної силі (МДС). Але значення МДС дорівнює добутку числа витків електромагніту на силу струму, що проходить через його обмотку. Отже, одну і ту ж МДС можна отримати при різних поєднаннях числа витків і сили струму, наприклад 500 витків і 2 А; 200 витків і 5 А; 10 витків і 100 А і т.д.
Звідси випливає важливий висновок: зменшити розміри електромагніта можна, зменшивши число його витоків при тому ж перерізі обмоточного провода2. Але в цьому випадку в стільки ж разів доведеться збільшити струм. При більшому струмі і тому ж перерізі щільність струму збільшується, в чому легко переконатися, виконавши вправу 16.
Вправа 16. Електромагніт може бути включений необмежено довго, не перегріваючись, при наступних даних: перетин обмотувального дроту 0,5 мм (діаметр приблизно 0,65 мм), число витків k> i = 800, сила струму 1 \ = 1,5 А . При цих умовах МДС дорівнює 800- 1,5 = 1200 а, а щільність струму = 1,5. 0,5 = 3 А / мм 2. Припустимо далі, що електромагніт включають рідко, короткочасно і перерви між включеннями достатні для охолодження обмотки. Значить, щільність струму можна підвищити наприклад в 5 разів і, зменшивши число витків, відповідно зменшити розміри електромагніта.
Відповісти на питання: 1. Скільки витків w2 повинен мати даний електромагніт? 2. Чи може вправа 1 служити ілюстрацією даного питання?
Відповіді. 1. За умовою Ji = 5-Л = 5-3 = 15 А / мм. Сила струму /, щільність струму J і перетин S пов'язані залежністю J = I / S, звідки I = JS. У нашому випадку / 2 = J ^ S = 15 * 0,5 = 7,5 А. За умовою МДС = = 1200 А повинна залишитися незмінною. Тому, ділячи 1200 А на 7,5 А, отримуємо 160 витків. Ясно, що обмотка з 160 витків значно компактніше.
2. Безумовно.
Щоб при підвищеній щільності струму вони не перегрілися, потрібно або використовувати його в умовах рідкісних і короткочасних включень, або відключати, як тільки температура ізоляції, підвищуючись, досягне допустимої, а перед наступним включенням витримати паузу.
Виконання цих умов визначається вказується в паспорті виробу відносною тривалістю включення ПВ:
де tp - час роботи; t0 - тривалість паузи (відключення); t ц - час циклу, тобто сума часів роботи і паузи.
Якщо в якомусь випадку дано тільки / р (невідомо t0)> той час циклу приймають / ц = 10 хв. Виконуючи вправу 17, розглянемо два типових випадку і оцінимо їх результати.
Вправа 17. З л у ч а й А. Нехай tp = 2 хв, / с = 6 хв. Тоді / ц = 2 + 6 = 8 хв, а ПВ = 2. 8 * 100% = 25%. Випадок Б. Нехай / р = = 2 хв, Гц = 10хв, ПВ = 2. 10 * 100% = 20%.
Порівнюючи обидва випадки, бачимо, що при повній визначеності (випадок А), коли відомі tp і / 0, значення ПВ вийшло більшим, ніж в разі Б.
Відповісти на питання: 1. Чи не небезпечно використовувати результати випадку Б? 2. В умовах експлуатації фактичне ПВ, наприклад 40%, більше паспортного, наприклад 25%. До яких наслідків призведе перевищення ПВ і коли вони виявляться? 3. Припустимо пі застосовувати виріб,
якщо паспортне ПВ, наприклад 60%, більше фактичного, наприклад 25%? 4. На виробі ПВ взагалі не позначено, чи є в цьому якийсь сенс чи це просто недогляд, помилка?
Відповіді. 1. Менше значення ПВ зобов'язує застосовувати виріб в більш сприятливих умовах і, отже, не є небезпечним.
Якщо фактичне ПВ більше паспортного, то термін служби виробу скоротиться. Але виявиться помилка не відразу, а, може бути, через кілька років.
Припустимо, але не економічно.
Якщо ПВ не позначено, отже, продукт розроблено на тривалий режим.
Апарати з підвищеною щільністю струму захищають від неприпустимо тривалого включення. По-перше, нх автоматично відключають, як тільки справа зроблена. Так, наприклад, до складу якого електромагніт приводу масляного вимикача автоматично відключається після завершення його включення допоміжними контактами (блок-контактами). По-друге, передбачають захист, що обмежує тривалість включення. Найпоширеніший спосіб обмеження тривалості включення розглянуто вище, у вправі 1.
Підвищення щільності струму - це перевантаження. Але бувають неминучі перевантаження, наприклад перевантаження пусковими струмами електродвигунів. Однак вони не є небезпечними, якщо двигуни обрані правильно, тобто виходячи з реальних умов експлуатації (див. нижче про номінальних режимах електродвигунів). Однак не виключені перевантаження непередбачені. Розглянемо приклади.
У житлових будинках ніщо не перешкоджає мешканцям користуватися більш потужними лампами або включати побутові електроприлади потужністю більшою, ніж та, на яку розрахована мережу, - такий випадок і заходи, що запобігають перевантаження, розглянуті вище, у вправі 10.
Незадовільний стан приводяться механізмів: перекоси, погана центровка, неправильні зазори, незадовільна мастило і т.п. - викликає важкі і затяжні пуски, які завжди пов'язані зі значними струмовими перевантаженнями. Вони нерідко призводять до передчасного пошкодження двигунів.
Причини згоряння двигунів шукають в чому завгодно, тільки не в механічної частини. Досить, однак, виміряти струм ненагруженного двигуна, і якщо виявиться, що він занадто великий, значить, потрібно привести в порядок механічну частину. На жаль, електрики часто недооцінюють необхідність ретельного змісту механічної частини не тільки приводиться технологічного механізму, а й електричного обладнання.