Взаимодействие токов первичной и вторичной обмоток транс­форматора, а также токопроводов вторичного контура контакт­ной машины приводит к возникновению электродинамических усилий, вызывающих механические напряжения в проводниках, изоляции и конструктивных элементах крепления обмоток. Для оценки механической прочности этих элементов необходимо вы­полнить предварительные расчеты электродинамических усилий, имеющих наибольшие значения в случае внезапных коротких замыканий на электродах машины при полном напряжении пи­тающей сети.

Расчеты электродинамических сил, действующих в трансфор­маторах, основаны на известном соотношении, установленном Ампером. Согласно этому соотношению на элемент Д/ (в мет­рах) проводника с током і (в амперах), находящегося в магнит­ном поле с индукцией В (в теслах), действует электромагнит­ная сила ДАэ (в ньютонах), которая определяется по формуле

AF3 = 1А1В sin (iB). (8.10)

Используя это’выражение для определения взаимодействия токов, протекающих по виткам обмоток трансформатора, счи­таем, что sin (iB) = 1, так как практически всегда угол между направлениями тока и индукции равен л/2. В трансформаторах с цилиндрическими катушками Al—h, с дисковыми катушками Д/=/ср, где h и /ср — соответственно толщина набора пакета маг- нитопровода и средняя длина витка катушек, м. Наибольшее

і = ІіЛ/2 Wx Ктк-?—=І^2 w2 Ктм, (8.11)

иМ. к. З к. з

где IiWi и /2ш2— действующие значения МДС взаимодействую­

щих катушек при номинальном режиме; Ктк. з=1+е м’р —

коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую

тока внезапного короткого замыкания; им. к. з, «м. а и им. Р—пол­ное, активное и реактивное напряжения короткого замыкания контактной машины в долях единицы; е=2,718. Для предва­рительных расчетов МОЖНО ПОЛЬЗОВаТЬСЯ КРИВОЙ Ктк. з = =f («м. к. з/пм. р), изображенной на рис. 8.2.

При учете электродинамических сил считается, что индукция в объеме одной из катушек с током 1г создается током h, прохо­дящим по другой катушке, т. е.

в=р0я3=р

где Is=UKr — длина силовой линии потока рассеяния, м (см. рис. 4.7 и 4.8).

Взаимодействие катушек с противоположно направленными токами (рис. 8.3, а) приводит к появлению сил отталкивания ка­тушек друг от друга Вэ. о. При рассмотрении взаимодействия тока с его зеркальным отображением в объеме магнитопровода (рис. 8.3, б) учитываются силы притяжения крайних катушек к магнитопроводу F3. п. На основании изложенного получены со­отношения для расчета следующих электродинамических сил (в ньютонах).

8.2.1. Расчет электродинамических сил для трансформаторов броневого типа с цилиндрическими обмотками (см. рис. 4.8).

1. Суммарная сила, равномерно распределенная по поверх­ностям обмоток, расположенных в зоне окна и обращенных друг к другу, складывается из силы, отталкивающей одну об-

мотку от другой, и силы, притягивающей каждую из этих об­моток к поверхности ярма магнитопровода, т. е.

F3S = F3. о + F3.n = 16л ■ 10-7 (з_у _h_ (g 13)

ИМ. К. 3 /

2. Под действием одной половины этой силы от деформа­ций растяжения лобовой части наружной катушки (в данном случае обмотки II — на рис. 4.8) создаются механические на­пряжения

ю

o = bOF„lqt, (8.14)

где q2 — сечение витка наружной обмотки, мм2. Для медных об­моток о не должно превосходить 60 МПа, для алюминиевых — 20 МПа.

3. Под действием второй половины силы Fas в совокупно­сти с электродинамическими силами, действующими на шины сварочного контура, создаются механические напряжения в стальных шпильках, стягивающих выступающие части кон­тактных колодок трансформатора, приваренных ко вторичному витку, или гибкую часть токопровода. Суммарное сечение стя­гивающих шпилек (в квадратных миллиметрах) определяется из соотношения

£7~э | 9,8/Ср і, Им. к.3 ) V U ~С

где 1Ш — расстояние между крепящими шпильками; С — рас­стояние между центрами «прямого» и «обратного» токопрово — дов или контактных колодок; ар — допустимое напряжение для материала шпильки, МПа. Его значения приведены в табл. 8.1.

8.2.2.Расчет электродинамических сил для трансформаторов броневого типа с чередующимися дисковыми обмотками (рис. 8.4).

1. Осевая сила отталкивания крайней катушки первичной обмотки (катушка № 1 на рис. 8.4), расположенной непосред­ственно около ярма, от диска вторичного витка

Рис. 8.4. К расчету электродинамиче-
ских сил трансформаторов броневого
типа с дисковыми обмотками

f а о к = 8я • 10~7 fcp K1^RK1 х

Ъ0

хГ/иом(1)Ш(1)-^^у. (8.16)

N ИМ. К — 3 /

Здесь /ном(1)^(1) — действующее

значение МДС катушки № 1 при номинальной нагрузке.

Тэ. о.в= 8л — IQ"7 WfRKjL

2. Сила, притягивающая уча­стки крайней катушки (катушки

Здесь /Ном(2)^(2) — МДС катушки № 2 при номинальной на­грузке.

5. Сила притяжения двух прилегающих друг к другу кату­шек (например, катушек № 2 и 3 на рис. 8.4)

fa. п. в = 4я ■ 10-7 (/ном (,)ttfo)) (/ном (3)Ш(3)) . (8.20)

&С V Им. к. з /

6. Суммарная электродинамическая сила, которая в зоне окна изгибает внутреннюю катушку № 2, прилегающую в ка­тушке № 3,

J — (Fа. о. в + fa. п. в) = 8Я • Ю~7 (J*SL**>T Х

*ср к. 3 /

X (Iном (2)^(2)) [(-^ном (2)^(2) 4” 0,5 (/ном (3)^(3))]*

7. Результирующая осевая сила, действующая на крайний диск вторичного витка (например, диски № 2 и 3 на рис. 8.4),

Т’э. Д. К = Рэ. О. К РЭ. П. К {FS. О. В ~Ь Fэ. п. в)* (8.22)

8. Результирующая осевая сила, действующая на любой внутренний диск вторичного витка, к которому прилегают внут­ренние катушки первичной обмотки (например, диск № 2 с ка­тушками № 3 и 4 на рис. 8.4),

Fэ. д. в = Fa. о. В(КЗ) 4“ Fэ. п. в(кз) (Fэ. о. в(к4) ~Ь Fэ. п. в(к4))- (8.23)