Proces vypínání ve vakuovém vypínači probíhá následovně. V okamžiku, kdy se kontakty rozcházejí, plocha jejich kontaktu se zmenšuje, proudová hustota se prudce zvyšuje a kov kontaktů se taví a odpařuje ve vakuu. V tomto případě je mezi kontakty vytvořen vodivý můstek, který se skládá z kovových par z elektrod. Rozsvítí se tzv. vakuový oblouk, který zhasne při prvním přechodu proudu nulou. Elektrická síla vakua je obnovena velmi rychle, protože nízká hustota plynu ve spínací baňce určuje výjimečně vysokou rychlost difúze elektrických nábojů z válce oblouku. Již 10 μs po průchodu proudu nulou dosáhne elektrická síla vakua své plné hodnoty 100 MV/m. Pokud se do této doby ukáže, že kontaktní řešení je dostatečné pro to, aby elektrická pevnost mezikontaktní mezery byla větší než zotavovací napětí, oblouk zcela zhasne. V opačném případě se mezera znovu rozpadne a oblouk se znovu zapálí.
Když vakuový spínač vypne nízké proudy (několik ampérů nebo desítek ampérů), může dojít k předčasnému poklesu proudu na nulu dříve, než proud přirozeně překročí nulu (proudové přerušení), což se vysvětluje velmi rychlou deionizací mezikontaktní mezery . Výpadek proudu je stejně jako u ostatních spínačů doprovázen přepětím.
Pro spolehlivou činnost vakuového vypínače a zvýšení jeho životnosti je velmi důležitá odolnost proti opotřebení kontaktů, které se rozstřikují při hoření oblouku. Pokud je kontaktní kov rozstřikován velmi silně, může se vytvořit takové množství kovových par, že zhasnutí oblouku nebude možné. Zkušenosti ukázaly, že nejsilnější rozprašování je pozorováno u kontaktů vyrobených z mosazi a mědi. Žáruvzdorné kovy, jako je wolfram nebo molybden, jsou atomizovány relativně málo. Jak se spínaný proud zvyšuje, rozprašování kontaktního kovu se zvyšuje a rychleji, než se zvyšuje proud.
Pro zvýšení vypínací schopnosti vakuového vypínače je tedy nutné použít pro kontakty nejvíce žáruvzdorné materiály.
Na druhé straně zvýšení žáruvzdornosti kontaktů zvyšuje vypínací proud, což nepříznivě ovlivňuje výpadky a způsobuje nebezpečná přepětí. Nejvyšší vypínací proud se vyskytuje u wolframových kontaktů a je 2,5krát menší u měděných kontaktů.
V důsledku toho jsou pro spolehlivý provoz vakuových vypínačů zapotřebí speciální materiály, které poskytují spínání vysokým proudem a mají nízký vypínací proud. Bohužel neexistují kovy, které by současně vyhovovaly oběma požadavkům, a proto se hojně používá wolfram a molybden, které umožňují vypínací proudy nad 4 – 5 kA, i když v tomto případě vznikají velké vypínací proudy.
Moderní vakuové vypínače jsou určeny k vypínání proudů v rozsahu od 1,0 do 8,0 kA při napětí 3 – 20 kV. Zhášecí komora vakuového vypínače je uzavřená vakuová nádoba z kovu a skla, ve které je udržováno vakuum 10 -4 Pa. Tělo kamery může být vyrobeno nejen ze skla, ale i z jiných izolačních materiálů, které jsou vakuově svařeny s kovem.
Uvnitř pouzdra jsou dva kontakty – pohyblivý, spojený s pouzdrem pomocí vlnovce, a pevný. Zdvih kontaktu je pouze 10 – 15 mm. Životnost kamery (zdroje) je velmi dlouhá – 100 – 250 tisíc operací. U některých typů kamer je zdrojem až 2 miliony spínacích operací.
2. Indukční, kanálové a kelímkové pece, návrh, výpočet činného a celkového výkonu.
Podle zařízení kanálová pec připomíná konstrukci výkonového snižovacího transformátoru, jehož primárním vinutím je induktor a sekundárním vinutím je roztavený kov ve formě uzavřeného kanálu.
Indukční kanálová pec (obr. 5.5) se skládá z vyložené vany 1, vyloženého krytu 2, tří nebo šesti indukčních jednotek 3. Indukční jednotka obsahuje induktor – 4, magnetický obvod 5, spodní kámen 6, tavicí kanál 7.
Kanál může být kulatý, obdélníkový nebo oválný. Plášť pece je vyroben z ocelového plechu, pec má obslužná dvířka a odtokovou vložku. Pec je vybavena naklápěcím mechanismem pro vypouštění kovu. Vyzdívka pece je z žárovzdorných cihel. Induktor je vyroben z měděných trubek, při vysokých výkonech (více než 250 kW) jsou trubky chlazeny vodou. K výrobě induktoru se používají trubky kulatých nebo obdélníkových průřezů, stejně jako trubky speciálního profilu se zesílenou stranou směrem ven – směrem ke kanálu s kovem.
Pod vlivem emf vzniká v kanálu s kovem střídavý proud, který kov zahřívá. Tepelná energie uvolněná v kovu vlivem proudu je určena výrazem: Q=I2 2 r2τ,
kde r2– aktivní odpor kovu v kanálu. Ohm; τ – doba průtoku proudu I2 prostřednictvím kanálu.
Činný výkon pece potřebný k roztavení kovu o hmotnosti Gm, během času τ pl, určeno vzorcem: P1 =Gm Сuh/τ plηP,
kde Cuh – entalpie kovu při licí teplotě, W. h/kg;
ηП – celková účinnost pece převzatá z tabulek sestavených z praxe provozu pecí.
Celkový výkon dodávaný do induktoru je určen výrazem
kde já1 indukční proud; cosφ – přirozený kosinus fí pece.
Činný výkon uvolněný v kanálu je určen výrazem:
kde PEP – elektrické ztráty v induktoru, W. Elektrické ztráty induktoru se skládají ze ztrát v mědi Pм a ztráty v indukční oceli Pс:
Ztráty v mědi a oceli induktoru jsou určeny výrazy:
kde r je aktivní odpor induktoru. Ohm; Rс – měrné ztráty v oceli, W/kg; Gc – hmotnost magnetického obvodu induktoru, kg. Síla proudu v kanálu je určena výrazem
Při vypouštění kovu zůstává jeho část v peci, aby nedošlo k zamrznutí ICP. Pokud se všechen tekutý kov vylije z pece a je vložena studená šachta, nedojde k roztavení, protože sekundární okruh bude otevřený. Nemožnost úplného odvodnění kovu komplikuje přechod z jedné třídy na druhou, protože je nutné provést několik mezipromývacích tavenin. Interakce indukčního proudu s proudem protékajícím kovem (kanálem) pece způsobuje elektrodynamické síly, které mísí kov.
Působením proudu v kanálu s magnetickým tokem vytvořeným stejným proudem vzniká tlakový efekt, projevující se tlakovou silou působící na tekutý kov. V silných magnetických polích jsou síly tak velké, že mohou stlačit kov v kanálu a zastavit tok proudu. Síla stlačení je vyrovnána statickým tlakem kovového sloupce uvnitř a vně kanálu. Na začátku tavení je tlak kovového sloupce v kanálu nízký, takže tavení začíná při nízkých proudech. Jak se kov taví, zvyšuje se tlak v kovovém sloupci a zvyšuje se také indukční proud. Pro regulaci proudového výkonu induktoru jsou IKP vybaveny vícestupňovými transformátory elektrické pece.
Litina, měď, hliník, zinek, mosaz, bronz a další kovy se taví v IKP. ICP se vyrábí s kapacitou od 0,4 do 160 tun tekutého kovu. Kromě IKP s vertikálním kanálem se vyrábí také pece s horizontálním kanálem. Mají větší odolnost obložení vany a kanálu.
Indukční kelímkové pece
| Indukční kelímková pec (obr. 5.8) se skládá z kelímku 1, induktoru 2, vyloženého krytu 3, pláště 4, roztaveného kovu 5. Princip činnosti indukční kelímkové pece (ITI) je založen na absorpci elektromagnetického energie materiálem náboje. Rozložení energie v náplni závisí na frekvenci proudu, geometrických vztazích mezi průměrem kelímku a průměrem induktoru, rozměrech a elektrických vlastnostech vsázky. |  |
Nerovnoměrné rozložení energie po průřezu vsázky urychluje ohřev a tavení vsázky.
Energie se koncentruje v jednotlivých vrstvách přiléhajících ke stěnám kelímku, což způsobuje jejich rychlé tání. Vzhledem k tomu, že při změně teploty se mění jak geometrické rozměry kousků taveného kovu k sobě navzájem, tak i jejich magnetická permeabilita a elektrický odpor, je aktuální frekvence vybrána z podmínek optimálního režimu tavení, při kterém dochází k tavení. proces probíhá rychleji.
IHP se podle frekvence zdroje dělí na: a) průmyslové frekvenční pece; b) středofrekvenční pece (150-12000 Hz) poháněné strojními a tyristorovými frekvenčními měniči; c) vysokofrekvenční pece (66 kHz nebo více) poháněné trubkovými a polovodičovými generátory.
Absence kanálu zjednodušuje konstrukci pece, umožňuje úplné odvodnění kovu a usnadňuje kontrolu a opravu vyzdívky. ITP se rozšířily v metalurgii speciálních ocelí a slitin. Absence koncentrovaných zdrojů tepla a elektrod obsahujících uhlík umožňuje vyrábět oceli a slitiny s vysokým stupněm čistoty uhlíku a plynu. Elektrodynamický pohyb kovu zajišťuje výrobu homogenní slitiny o daném chemickém složení. Strusky jsou však v ITP neúčinné, protože jsou zahřívány kovem. ITP se vyrábí o kapacitě 0 – 06 tun tekutého kovu.
Výkon, který je třeba dodat induktoru, aby roztavil kov o hmotnosti GM a přehřátí taveniny na konečnou teplotu tMK, je určen vzorcem
kde Ppatro – užitečný výkon potřebný pro ohřev, tavení vsázky a přehřívání taveniny, W; ΣРMP – celkové tepelné ztráty pece, W.
Celkové tepelné ztráty pece se skládají z tepelných ztrát stěnami, pod víkem kelímku a tepelných ztrát sáláním, způsob jejich výpočtu je popsán v [6].
Užitečná síla je určena výrazem
kam smikron – teplota tání kovu, °C; tШ – počáteční teplota nabíjení; °C; Sш – měrná tepelná kapacita vsázky, Wh/kg*°C; Sж – měrná tepelná kapacita tekuté taveniny, Wh/kg*°C; λMP – latentní teplo tání, Wh/kg.
Celkový výkon dodaný do induktoru je určen výrazem (5.20), činný výkon uvolněný v kelímku je určen výrazem (5.21). Činný výkon P1 lze také určit podle výrazu
kde ηЭ,ηМ – elektrická a tepelná účinnost pece.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
