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1、电 器 学（第3版）,机械工业出版社出版,制作者: 贺湘琰 李 靖 黄家麟 罗小丽 李晓慧 吴举秀,第 1 篇 电器原理,学习要点： 第1章 电器的电动力 第2章 电器的发热 第3章 电弧的产生与熄灭 第4章 电接触 第5章 电磁铁的磁路计算 第6章 电磁铁的特性与设计方法,第2章 电器的发热,2.1 概述,电器的发热现象，将会出现以下损耗： 1）载流体的导体损耗【交、直流电路】 导体通过电流产生电阻损耗：铜耗 PCU可变 2）铁损（磁滞、涡流） 【交变磁场】 铁耗PFE不变 3）绝缘体的介质损耗【交变电场】 介质损耗P,第2章 电器的发热,1）机械强度降低变形 2）促进氧化等化学反应氧化物的
2、电阻较大，发热增加形成 恶性循环 3）长期的持续温升的影响 绝缘性降低电阻随温度上升指数下降 长期高温下，绝缘材料的老化经常发生，且不可逆 4）软化点 材料的机械强度明显下降的温度 如钢铁熔点约1000C，但软化温度只需约500 C 5）耐热等级（表21） 树脂类的物质比较耐热 目前的干式变压器、电抗器多采用酚醛树脂等材料,电器的发热现象，如果超过最高允许温度，会产生以下危害：,耐热等级（表21）,第2章 电器的发热,2.1.1 制定电器最高温度和极限允许温升的原则： 1） 材料的机械强度及绝缘能力不受损害。 2） 电接触性能可靠。 2.1.2 电器最高温度和极限允许温升（表2-2. 2-3）
3、 一类是电器长期运行的最高允许温度和极限允许温升。 一类是电器在短时通过短路电流时，其载流导体在短时发热条 件下的最高允许温度。,2.1.3 电器散热的基本方式,定义：热能在质点间的传递；物体的温度升高后，凡与其 相接触的零部件的温度也会升高，凡依靠物体之间的直接 接触或在物体内部各部分之间的传导热量，统称为热传导。 在固体，液体，气体中存在。 本质：质点间的直接作用（电子、分子等的热运动） 热能从物体的一部分向另一部分传递 热能从一物体向与之接触的另一物体传递 范围： 所有物质 固体物质的主要传热方式 金属热传导过程借助自由电子，比其它物质传热快 充要条件：存在温差,1、 电器散热的基本方式
4、热传导,2.1.3 电器散热的基本方式,（2-2）,1、 电器散热的基本方式热传导,热传导中的热导率,热传导中的热导率,1） 金属的热导率最大，非金属次之，液体又次之，气体最小。 2） 气体的热导率与各种因素的关系较复杂。 3） 电传导与热传导的对应：,2.1.3 电器散热的基本方式,定义：粒子的相对移动而产生的热能转移；发热体置于气体或液体中，靠近发热体的流体质点因温度的升高而向上升起，该处就由较 冷的质点来补充，这个过程为对流。 本质：高温区粒子密度比低温区低，使得粒子产生移动，而导致热 能的转移。 范围：流体气体、液体 关系：传导和对流并存 影响因素： 粒子运动的本质和状态 介质的物理性
5、质 发热体的几何参数和状态,2、 电器散热的基本方式 对流,2.1.3 电器散热的基本方式,2、 电器散热的基本方式 对流,2.1.3 电器散热的基本方式,2、 电器散热的基本方式 对流,2.1.3 电器散热的基本方式,定义：热能转换为辐射能，以辐射波的形式传播出去，透过空气或真空到达其他物体后，辐射波转化为热能而被吸收。以电磁波形式转移热量； 二重性本质：热能辐射能热能 范围：所有物质 特点：热辐射能穿越真空传输能量 无线电能传输,3、电器散热的基本方式辐射,2.1.3 电器散热的基本方式,2.1.3 电器散热的基本方式,1）固体零件：热传导 2）真空：热辐射 3）薄流体层：热传导，热辐射，
6、不能自由对流 4）能自由对流的流体的内部：对流 5）固体表面和流体间： 流体介质为气体：对流和辐射 流体介质为油时：对流,4、电器实际散热情况,2.1.3 电器散热的基本方式,5、牛顿公式,例21：镍铬丝绕于瓷质圆柱上，其散热面积为 ， 当通过电流 ，温升为 若电阻为 求综 合表面散热系数？,应用举例,2.2 电器热计算的基本原理导体升温曲线,热计算的基本原理能量平衡原理,热源发热 = 发热体的温升+散热,注意： 全解1（t=0,=0）： 全解2（t=0,=0）：,2.2 电器热计算的基本原理导体升温曲线,均质导体热量增加的温升曲线,2.2 电器热计算的基本原理导体升温曲线,温升按指数曲线上升
7、，在开始的阶段温升随时间变化较快，以后逐渐减慢。最终达到稳定温升 。 即为热稳定状态下的牛顿公式，导体产生的热量与散失的热量相平衡，导体本身温度不再升高。,应用举例,例22 空心螺线管用铜线饶制，质量为 ， 比热容 为 ，当电流为 ， 稳定温升 为 ，热电阻为 ，求热时间常数 为多少？ 若 请写出温升方程式。提示：,解：,2.2 电器热计算的基本原理导体冷却曲线,均质导体热量降低的温升曲线,2.2 电器热计算的基本原理导体冷却曲线,当电源切断后，导体不再产生热量，计算如下：,2.3 不同工作制下电器的热计算,2.3.1 长期工作制 电器的导电回路通以稳定电流， 当 ， 已接近稳定温升：,注意：
8、电器工作于长期工作制，其发热功率有变化，如：导体接触处被氧化，产生氧化膜，或灰尘堆积，产生硫化膜等，各种原因使接触处的接触电阻增大，发热加剧，所以在长期工作时电器的极限允许温升应相应取低些。,2.3 不同工作制下电器的热计算,2.3.2 八小时工作制 电器的导电通路以稳定电流 通电时间足够长时达到热 平衡，但 小时必须分断。,2.3.3 短时工作制 有载时间和空载时间相交替，且前者比后者较短的工作制；电器 导电回路通以稳定电流 ，,2.3 不同工作制下电器的热计算,1、通电时间 通电时间不足以使电器达到热平衡 2、断电时间 导体冷却恢复到周围环境温度。 3、以上的分析电器的利用率不高，对短时工
9、作制的电器 可允许短时电流 可允许短时过载,2.3 不同工作制下电器的热计算,2.3.3 短时工作制,2.3 不同工作制下电器的热计算,2.3.4,反复短时工作制断续周期工作制,电器的导电回路通以稳定电流，通电时间 与不通电时间 有一定的比值，二者循环交替， 例如：机床的自动走刀过程或轧钢重复生产， 不过经过多次循环后，电器的温升在一个范围内摆动，其上限 为 ，为长期工作制的稳定温升。,2.3 不同工作制下电器的热计算,2.3.4,反复短时工作制断续周期工作制温升曲线,2.4 交流短路电流下电器的热计算,1）热稳定性：在短路故障未消除前，电器必须能承受短路电流的热效应而不致损坏的 能力称为电器的热稳定性。 2）绝热升温：在短路期间，电器的温升远低稳定温升，其散热能力很差，电器不向外散热，称为绝对升温。,第二章 结束,
