文档介绍：第十二章电器的发热与电动力
第一节电器的发热与散热
第二节不同工作制下电器的发热
第三节短路时电器的发热及电器的热稳定性
第四节载流导体的电动力及电动稳定性
第一节电器的发热与散热
一、概述
有触点电器是由导电材料、导磁材料、绝缘材料等组成的
电器在工作时由于有电流通过导体和线圈而产生电阻损耗。
如果电器工作于交流电路,则由于交变电磁场的作用,在铁
磁体内产生涡流和磁滞损耗。在绝缘体内产生介质损耗。所有
这些损耗几乎全部都转变为热能。其中一部分散失到周围介质
当中,另一部分加热电器本身,使其温度升高。
温升---电器温度升高后,其本身温度与周围环境温度之
差。
电器的温度超过一定范围以后,其中的金属材料的机械强
度会下降,绝缘材料的绝缘强度会受到破坏。若电器温度过
高,会使其使用寿命降低,甚至遭到破坏。反之,电器工作时
的温度也不宜过低,因为电器工作时温度太低,说明材料没有
得到充分利用,经济性差,相对的体积大、重量重。
发热温度极限---保证电器的机械强度、导电、导磁性以及
介质的绝缘性不受危害的极限温度。
国家标准规定最高环境温度为十40℃。
允许温升---发热温度极限-40℃。
第一节电器的发热与散热
第一节电器的发热与散热
二、电器的发热
电器工作时,电流通过导电部分将产生电阻损耗。载流导体单位时间的功率损耗为:
式中 P ——电阻损耗功率;( W )
I ——通过导体的电流;( A )
R——导体电阻。(Ω)
当导体中流过交变电流时,考虑集肤和邻近效应时,应为交流电阻。
第一节电器的发热与散热
电阻损耗将转变为热能。正常状态时,一部分散发到周围介质中,另一部分使导体的温度升高,形成温升。如果发热时间极短(如短路时的发热),由于来不及散热,可认为损耗功率全部用来加热导体,提高导体的温升。此时可得出能量平衡公式为 Pt=Gcτ
式中 P——电阻损耗功率(W);
t——发热时间(s)
G——导体重量(kg)
c——导体的比热(W·s/(kg·℃);
τ——导体的温升(℃)。
上式可用于计算短路电流导体的温升。
铁磁体在交变磁通的作用下,会在铁磁零件中产生一定的
涡流。这是因为铁的导磁率很高,而磁通变化速度又快,因而
产生相应的电动势和涡流损耗。同时,磁通的方向和数值变化
使铁磁材料反复磁化,产生磁滞损耗。磁滞与涡流损耗可以导
致铁质零件发热。
第一节电器的发热与散热
绝缘介质中的介质损耗一般与电场强度及频率有关。电
场强度和频率愈高则介质损耗也愈大。
三、电器的散热
电器工作时,只要电器温度高于周围介质及接触零件的温度,它便向周围介质散热。所以发热和散热同时存在于电器发热过程中。
当电器产生的热量与散失的热量相平衡时,电器的温升维持不变,称为热稳定状态。此时的温升称为稳定温升。若温升随时间而变化测称为不稳定发热状态。
电器的散热以传导、对流与辐射三种基本方式进行
第一节电器的发热与散热
第一节电器的发热与散热
在一定表面情况和周围介质条件下,把三种散热方式综合起来,用综合散热系数KT考虑散热,这就是通常采用的牛顿公式 P=KTSτ
式中 P——散热功率(W);
KT——综合散热系数;
S——有效散热面积(m2);
τ——发热体的温升。
散热功率和温升及有效散热面积成正比,温升越高,有效散热面积越大,则散热功率越大。综合散热系数是指温度升高1℃,发热体单位发散到周围介质的功率。
第二节不同工作制下电器的发热
电器在使用过程中,由于工作任务的要求不同,其工作时间的长短也不同。从电器发热和冷却的观点一般将电器的工作状况分为长期工作制、间断长期工作制、八小时工作制及间断工作制(反复短时工作制)几种。
第二节不同工作制下电器的发热
一、长期工作制时电器的发热
长期工作制是指电器通电后连续工作到发热稳定,此时
温升达到稳定值。其特点是电器损耗所产生的热量全部散发
到周围介质中。当发热未达到稳定前,这个热量一部分用于
升高导体的温度,另一部分散发到周围介质中去。根据能量
平衡原理,得能量平衡公式为
Pdt=cGdτ十KTSτdt
式中 Pdt--在 dt时间内电器总的发热量
KTSτdt--在 dt时间内电器的散热量
cGdτ--加热电器本身的热量