《电器学原理 教学课件 ppt 作者 曹云东 02电器发热计算1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电器学原理 教学课件 ppt 作者 曹云东 02电器发热计算1（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,电器表面的温升计算公式,电器中的热源,第2章 电器导体的发热计算,各种工作制形式下的电器热计算,电器典型部件稳定温升的分布,短路电流下的电器热计算和热稳定性,本 章 内 容,电器的允许温升,电器中的热传递形式,电器导体的发热,1. 何为电器发热的允许温升？ 2. 电器发热的允许温升和稳定温升在概念上是否相同? 3. 电器的温升与哪些因素有关？在何种条件下，电器将达到其稳态温升？ 4. 举例说明可能引起电器发热的主要热源。 5. 集肤效应与邻近效应的实质是什么?交流电阻为什么比直流电阻要大? 6. 在中高频应用领域中，如果电流较大，通常采用多股导线，而不是单股同截面导线。请解释其原因。 7.
2、扁平的母线和同样截面的圆导线，哪种载流量大？为什么？,HOME,1. 电器工作时发热的原因 1) 电阻损耗 电流通过导体并在导体中产生能量损耗； 2) 铁磁损耗 对于交流线路，在交变磁场作用下，铁磁体内产生涡流和磁滞损耗； 3) 介质损耗 对于交流线路，在交变电场作用下，绝缘体内产生介质损耗。,2-1 电器的允许温升,加热电器,散失到周围介质中,损耗,HOME,2. 电器发热的危害 电器的各种损耗,电器的零部件温度升高,电器中的金属材料和绝缘材料的温度超过一定极限值时，其机械强度和绝缘强度将明显降低。,电器的性能指标降低；,电器的使用寿命降低；,严重时，烧毁电器。,电器的零部件材料老化；,2-
3、1 电器的允许温升,HOME,2-1 电器的允许温升,1) 金属材料 当金属材料的温度高达一定数值以后，其机械强度会显著降低。,0,100,200,300,400,500,600,60,80,100,120,40,金属材料机械强度与温度的关系,长期加热,短时加热,HOME,2-1 电器的允许温升,不同金属材料的机械特性随温度变化不尽相同。,O,100,200,300,400,500,600,60,80,100,120,40,图2-1 金属材料机械强度与温度的关系,硬拉铝,青铜,钢,电解铜,铜,HOME,1-1 电器的允许温升,2) 绝缘材料 绝缘材料的绝缘特性（例如击穿电压、材料老化等）易受温
4、度影响，当绝缘材料的温度超过一定极限后，其击穿电压明显下降。因此，绝缘材料的极限允许温度将取决于绝缘材料的老化和击穿特性。,图1-2 瓷的击穿电压与温度的关系,O,20,40,60,80,100,120,140,160,25,50,75,100,125,HOME,1-1 电器的允许温升,3) 触头材料 除考虑机械强度外，还要考虑氧化和其他问题 电接触。 3.发热计算的目的 1) 研究各种工作状态下的发热，保证这些部分最高温度不超过规定的极限允许温度，以保证电器工作的可靠性； 2) 缩小体积、减轻重量、节约原材料等。,HOME,1-1 电器的允许温升,4. 电器的极限允许温升 为了保证电器工作的
5、可靠性及一定的使用寿命，IEC和GB对电器各部分的极限允许温升都有明确的规定。 电器各部分的极限允许温升为其极限允许温度与工作环境温度之差。 周围环境温度的高低直接影响到电器的散热情况。我国标准规定周围空气的温度范围为40。,HOME,1-1 电器的允许温升,5. 制定电器各部分极限允许温升的依据 1) 保证电器的绝缘不致因 T 过高而损坏，或使工作寿命过分降低； 2) 导体和结构部分不致因T过高而降低其。 3) 对于短路电流下电器各部分的短时发热允许温升，我国标准尚未作统一规定。 一般要求： 1) 油中的裸导体 250； 2) 不和有机绝缘材料或油接触的Cu或黄Cu部件 300； 3) 铝在
6、任何情况下都不应超过 200； 4) 固定接触连接部分的发热其他部分载流导体的发热； 5) 电器主触头的温度 200，弧触头不熔焊。,HOME,1-1 电器的允许温升,我国标准规定的电气绝缘材料的极限温度,HOME,1-2 电器中的热源,电器中的热源主要来自三个方面： (1)电流通过导体产生的电阻损耗； (2) 交流电器铁磁体内产生的涡流、磁滞损耗； (3) 交流电器绝缘体内产生的介质损耗。 1. 电阻损耗 1) 电流通过导体所产生的能量损耗: 式中：Kf 附加损耗系数 。 考虑交变电流集肤效应和邻近效应对电阻影响的系数。,HOME,1-2 电器中的热源,2) 附加损耗 当导体中通过交变电流时
7、，因集肤效应和邻近效应而产生的电阻附加损耗。 附加损耗系数 Kf 为集肤系数 Kj 和邻近系数 Kl 之积 Kf = Kj Kl (1) 集肤效应 现象及产生原因： 交变电流通过导体产生集肤效应使导体内部电流分布不均匀 的情形。,HOME,1-2 电器中的热源,HOME,集肤效应影响下导体内部电流密度分布,1-2 电器中的热源,式中： 导体的电阻率； 导体材料的磁导率； f电源频率。 集肤系数Kj可用下式计算：,集肤效应的大小可用电磁波在导体内渗入的深度b表示,式中：A 导体的截面积； p导体的周长。,HOME,1-2 电器中的热源,集肤系数 Kj的查表求解： 圆截面导体：先求100m长导体的
8、直流电阻R100-， 再求 最后查图，求得Kj 。,HOME,圆截面导体集肤系数Kj与参数,的关系,0,100,300,200,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,Kj,1-2 电器中的热源,(2) 邻近效应 定义：两相邻载流导体间磁场的相互作用使两导体内产生电流分布不均匀的现象。 产生原因：如两相邻导体中的电流方向相反，则一导体在另一导体相邻侧产生的磁场比非相邻侧的大，相邻侧感应的反电势也比非相邻侧的大，故相邻侧的电流密度比非相邻测的小；若两导体电流方向相同，相邻侧电流密度必比非相邻侧的大。 影响因素：邻近效应系数Kl与导体尺寸和相隔距离有关。,HOME,1-2 电器中的热源,对
9、圆截面导体：邻近效应系数Kl，查表1-3。,HOME,式中： l 是导体中心线距离，d 是导体直径。,其中系数,1-2 电器中的热源,2. 铁磁损耗 电器中的载流导体有时要从铁磁零件附近通过。由于铁的磁导率高，磁通将通过铁磁零件而成闭路。如果导体通过的电流为交流，则交变磁通在铁磁体内产生涡流和磁滞损耗。,HOME,B,i,1-2 电器中的热源,HOME,i,i,i,B,B,B,0,0.5,1.0,1.5,1,2,3,4,硅钢片单位质量铁磁损耗与磁感应强度的关系,D31,D42,实线: 厚0.5mm, 虚线: 厚0.35mm,1-2 电器中的热源,3. 介质损耗 1) 绝缘材料中的介质损耗与电场
10、强度及频率有关。电场强度越大和频率越高，则介质损耗也越大。 2) 交变电扬中的介质损耗为,式中：f 电场交变频率； C 介质的电容； U 外加电压； 介质损耗角。,HOME,1-2 电器中的热源,tan是绝缘材料的重要特性之一。tan大的材料，介质损耗也大。 理论上tan按下式计算：,式中：Ri 绝缘电阻； XC 容抗，XC=1/C。 tan与温度、材料、工艺等许多因素有关，常用经验公式计算,式中：a、b 系数； 介质温度，单位为； m对应于介质损耗最小的温度，一般为2050。 低压电器中介质损耗通常很小，可以忽略不计，但在高压电器中这种损耗应该考虑（例如，电容套管常因介质损耗发热而击穿）。,HOME,
