第二章-电器中的电动力计算()

1、Liaoning Technical University辽宁工程技术大学电器理论基础电器理论基础Fundamentals of Electrical Apparatus电气与控制工程学院王智勇2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算2 电器理论基础电器理论基础n绪论绪论 电力系统简介电力系统简介n第一章第一章 电器导体的发热计算电器导体的发热计算n第二章第二章 电器中的电动力计算电器中的电动力计算n第三章第三章 电弧的基本特性电弧的基本特性n第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理n第五章第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原

2、理n第六章第六章 电接触理论电接触理论n第七章第七章 电磁系统电磁系统2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算3第二章第二章 电器中的电动力计算电器中的电动力计算教学目的与要求教学目的与要求： 掌握电动力计算的基本方法，熟悉典型导体系统的电动力计算，掌握电器在正弦交流电作用下的电动力计算，掌握电器的电动稳定性和动稳定电流，了解载流导体与导磁体间的电动力。了解电器中的电动力所带来的危害，以及如何利用电动力。教学重点与难点：教学重点与难点： 电动力计算的基本方法能量平衡法与毕奥-沙伐尔定律；三相正弦交流下的电动力计算；短路电流作用下电器的电动稳定性和动稳定电流2021-

3、11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算4第二章第二章 电器中的电动力计算电器中的电动力计算教学基本内容教学基本内容： 电器中的电动力现象。 计算电动力的基本方法和公式。 典型导体系统的电动力计算。 单相正弦交流下的电动力。 三相正弦交流下的电动力。 载流导体与导磁体间的电动力。 电器的电动稳定性。2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算5第二章第二章 电器中电动力计算电器中电动力计算2-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象2-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式2-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动

4、力计算2-4 单相正弦交流下的电动力单相正弦交流下的电动力2-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力2-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力2-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算62-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象电动力(Electric Force)l载流导体之间因磁场而受到力的作用电动力的危害l机械冲击l产生危害电弧l熔焊电动力的应用l限流断路器触点速断l驱动电弧l电磁炮、电磁弹射2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算72-1 电器中的电动力现象电器中

5、的电动力现象影响电动力的因素l电流的种类、大小、方向l回路形状、相对位置、介质l导体截面形状等从抑制和应用的角度来看，须对电动力作定量计算2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算8第二章第二章 电器中电动力计算电器中电动力计算2-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象2-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式2-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算2-4 单相正弦交流下的电动力单相正弦交流下的电动力2-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力2-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力2-7 电

6、器的电动稳定性电器的电动稳定性2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算92-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式电动力计算的常用方法l毕奥-沙伐尔定律l能量平衡法二者本质相同，但对具体问题各有方便之处。2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算102-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式毕奥-沙伐尔定律dl的取向与I相同洛伦兹力（Lorenz）为B与dl的夹角ldF 的方向由左手法则确定2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算112-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力

7、的基本方法和公式毕奥-沙伐尔定律l假设B 为另一电流为 I 的载流导体 l 产生毕奥-沙伐尔定律2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算122-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式毕奥-沙伐尔定律代入代入积分积分2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算132-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式能量平衡原理（虚位移法）（虚功法）F？解解 力平衡法虚位移法解解 2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算142-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式能量平衡原

8、理（虚位移法）（虚功法）l导体系统中，导体产生位移所作的功等于系统贮能（磁能）的变化x：广义坐标l两个磁耦合的载流导体系统中，储能为l若某导体产生虚位移dx 时，电流不变l已知系统的L和M，即可确定电动力2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算152-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式能量平衡原理（虚位移法）（虚功法） I1=0 I2=0 I10 ；I2 0L1，L2与x变化无关2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算16第二章第二章 电器中电动力计算电器中电动力计算2-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象2-2

9、 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式2-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算2-4 单相正弦交流下的电动力单相正弦交流下的电动力2-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力2-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力2-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算172-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算导体回路对电动力的影响l两无限细导体 l1，l2，分别通过电流 I1，I2：B与dx之间的夹角B：I2在dx处产生的磁感应强度毕奥-沙

10、伐尔定律2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算182-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算导体回路对电动力的影响回路因数与导体回路的形状、长度、布置等因素有关对于复杂回路，回路因数的计算困难可通过实验确定回路因数电动力实际上是一种分布力回路因数2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算192-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算导体回路对电动力的影响l对于有限长直导线2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算202-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典

11、型导体系统的电动力计算导体回路对电动力的影响l两平行无限长直线导体lL长度导体段的回路因数l总电动力l电动力分布（单位长度上所受电动力）l电动力方向？ 同向相吸，异向相斥2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算212-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算导体回路对电动力的影响l两平行有限长直线导体l若l1 = l2 = l，且齐头布置l有限长导体电动力分布不再均匀，导体l1上力的分布无限长直导线d2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算452-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力lB相导体所受电动力

12、三相交流稳态下的电动力2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算462-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力lC相导体所受电动力三相交流稳态下的电动力2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算472-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流稳态下的电动力ABCABCABCl结论：三相直列布置的导体系统中，B相所受电动力最大，机械强度校核以B相为准。2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算482-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流稳态下的电动力l三相直列布置的导体系统

13、中，3相受力不均匀2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算492-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流稳态下的电动力l三相导体作等边三角形布置2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算502-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流暂态下的电动力l三相系统发生对称短路时的电流单相短路电流单相短路电流2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算512-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流暂态下的电动力l三相导体直列布置，所受电动力分别为2021-11-21第二章电

14、器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算522-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流暂态下的电动力l电力系统中，R/L的平均值约为22.311s-1lA,C相导体受到的最大电动斥力为-2.65F0发生在=?-105，t=lB相导体受到的最大电动力为2.8F0发生在=?-45，t=2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算532-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力三相交流暂态下的电动力l三相导体作等边三角形布置，若lA相导体最大电动力发生在=?-902021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算542-5 三相正弦

15、交流下的电动力三相正弦交流下的电动力总结l单相稳态l单相短路l三相稳态l三相短路中间相中间相其他相其他相中间相中间相其他相其他相2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算55第二章第二章 电器中电动力计算电器中电动力计算2-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象2-2 计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式2-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算2-4 单相正弦交流下的电动力单相正弦交流下的电动力2-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力2-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力2-7 电器的电动

16、稳定性电器的电动稳定性2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算562-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力计算方法l解析法 适用于结构简单的情况l有限元（Finite element）法l积分方程（Integral equation）法 能处理任意形状场域、多介质、复杂交界面等情况 计算场域需要扩大，计算量大 是大多数工程电磁场软件所采用的方法 基于毕奥萨伐定律 不需离散整个场域2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算57第二章第二章 电器中电动力计算电器中电动力计算2-1 电器中的电动力现象电器中的电动力现象2-2

17、计算电动力的基本方法和公式计算电动力的基本方法和公式2-3 电器中典型导体系统的电动力计算电器中典型导体系统的电动力计算2-4 单相正弦交流下的电动力单相正弦交流下的电动力2-5 三相正弦交流下的电动力三相正弦交流下的电动力2-6 载流导体与导磁体间的电动力载流导体与导磁体间的电动力2-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算582-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性电器的电动稳定性l电器能安全地承受短路电流电动力的作用而不致破坏或产生永久变形的能力l对触头：不应斥开、熔焊l常用电器能承受的最大冲击电流的峰值来表示2021-11

18、-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算592-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性三相交流系统的短路形式l单相短路（中性点不接地系统发生的单相接地短路）2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算602-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性三相交流系统的短路形式l单相短路（中性点不接地系统发生的单相接地短路） 中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的 倍 单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的3倍 运行可靠性高：发生单相故障时，电力网的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行一段时间。但运行时间不能太长，以免另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。 绝缘投资大：单相故障时，非故障相对地电压升为相电压的倍，为确保设备的绝缘安全，系统相对地绝缘按线电压设计，中性点绝缘按相电压设计。2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算612-7 电器的电动稳定性电器的电动稳定性三相交流系统的短路形式l单相短路（中性点不接地系统发生的单相接地短路） 中性点不接地系统的适用范围单相接地电流小于30A的310kV电力网；单相接地电流小于10A的35kV电力网。2021-11-21第二章电器中的电动力计算第二章电器中的电动力计算