文档介绍：第十二章电器的发热与电动力
重点:电器发热的原因
电器在不同工作制下发状态的特点
难点:影响散热功率的因素
电器在短时工作制时的过载倍数
第一节概述
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。
电器温度升高后,其本身温度与周围环境温度之差,称为温升。
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。
由此可见,研究电器的发热问题,对保证电器正常可靠的运行及缩小电器体积、节约原材料、降低成本、增长使用寿命等方面具有重要意义。
电器的发热与散热是一个极其复杂的过程,影响它的因素很多,很难建立一个包括一切影响因素的热过程解析公式。因此,电器的热计算只能是近似的,但经过大量实验校核后,对于不同的具体条件,应用一些经验数据也可以得到比较准确的结果。近些年来,运用计算机采用温度场计算方法可以提高计算的准确度。
所谓最高允许温度,就是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。
我国国家标准规定最高环境温度为十40℃,从最高允许温度减去最高环境温度即为允许温升值。
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:
P=I2R
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人应为交流电阻。
此损耗将转变为热能。正常状态时,其中一部分散发到周围介质中去,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。
对于铁磁体在交变磁通的作均下测会在铁磁零件中产生相当大的涡流。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。一般来说这个损耗不大。但如果制造不当;如材料较差、铁片较厚或片间绝缘不好,则涡流损耗就比较大。
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。对于电场强度较小的低压电器而言,介质损耗小到实际上可以忽略不计。但在高压电器中,由于电压高,介质中的电场强度大,必须考虑介质损耗并计算介质的发热。