《电器学幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电器学幻灯片（208页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电器学,大连理工大学电气工程系 董恩源,绪论 第一节 电器的用途与分类,电器的定义：在电力系统中，用来对电网、电机及其他设备进行 转换、控制、保护和调节的各种设备的统称。 按职能分：开关电器（如刀开关、高低压断路器等）、控制电器 （继电器、接触器等）、调节电器（起动器、电压调节 器等）。 按电压等级分：高压电器（高压断路器、电抗器、高压互感器 等）、低压电器（低压断路器、接触器、继电器、 刀开关等）。 按元件与系统的关系分：配电电器（断路器、隔离开关、刀开关、 熔断器等）、控制电器（接触器、继电 器、起动器等）。 按操作方式分：手动电器和自动电器。 按使用场合分：工业电器、矿用电器、船用电器、
2、航空航天电器、 牵引电器等。,绪论 第二节 电器在电力系统中的作用,电器在电力系统及电力传输中扮演着不可或缺的重要作用。随着电力系统的容量的不断提高，对电器的需求量及技术需要也越来越高。,G发电机 QF断路器 QS隔离开关 TA电流互感器 FU熔断器 F避雷器 TU升压变压器 TM降压变压器 FR热继电器 KM接触器,绪论 第三节 电力系统对电器的要求、电器的主要参数及正常工作条件,在电力系统中高压与低压区分：凡额定电压为3kV及以上的系统称为高压电力系统;而额定电压为交流1200V及以下和直流1500V及以下的系统称为低压电力系统。 一.电力系统对电器的要求 1)安全可靠的绝缘; 2)必要的
3、载流能力; 3)较高的通断能力; 4)良好的机械性能; 5)必要的电寿命; 6)完善的保护功能。,绪论 第三节 电力系统对电器的要求、电器的主要参数及正常工作条件,二.电器正常工作的条件 1)周围环境温度 高压：户外：-30C+40 C 户内：-5 C+40 C 低压：-5 C+40 C 2)海拔高度 影响耐压、灭弧等 3)相对温度 金属生锈，导致绝缘下降等 4)其他条件 污染、振动、风霜雨雪等,绪论 第四节 电器的发展特点,电器的发展特点： 一.提高电器的技术参数 额定电压、电流、通断能力、可靠性、电寿命等 二.提高电器的经济性能 三.发展和使用新材料、新工艺、半导体应用等 四.加强基础理论
4、和应用新技术的研究 1.电器的发热和电动力理论 2.电接触理论的研究 3.电弧理论 4.电磁机构的研究 5.电器试验技术,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第一节 电器中的基本热源,电器中的基本热源 一.导体通过电流时的能量损耗（当电流流过铜线时一般称为铜损）,当导体中通以交流电时，由于电流在导体内的分布不均匀，将导致其能量损耗增大，主要体现在以下两种效应。 集肤效应：当导线通以交变电流时，越接近导体表面，电流密度值越大，相 位越超前。 邻近效应：当构成回路的二平行导线通过交变电流时，其磁场间的相互作用 会使导线截面内的电流密度分布不均匀。 邻近效应使得电流同向时导体内电流相
5、斥;电流异向时导体内电流 相吸引。 集肤效应和邻近效应也是交流传输引起附加损耗的表现。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第一节 电器中的基本热源,二.非载流铁磁质零部件的损耗（通常称为铁损） 包括磁滞损耗和涡流损耗 铁损与电源的频率、铁磁材料的密度、磁滞损耗系数和涡流损耗系数等有关。 铁损一般可从提供的产品样册中查得。 三.电介质损耗 交变电磁场会在绝缘层内产生电介质损耗,介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（即功率向量角）的余角，简称介损角。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第二节 电器的允许温度和温升,电器中损耗的能量
6、一部分用来加热电器，使之升温;另一部分则散失在周围介质中。温度的升高会使电气绝缘破坏，或使电接触表面发生氧化等化学反应。,表1-1 电气绝缘材料的耐热等级,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第二节 电器的允许温度和温升,温升：电器零部件温度与周围介质温度之差，是用来考核电器质量的指标。 我国规定统一的环境温度为35 C。,部分截流导体的短时允许温度：,热稳定性：电器能够短时承受短路电流的热效应而不致损坏的能力。,表1-2 短路时的短时允许温度,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第三节 电器的散热与综合散热系数,电器的散热形式有三种：热传导，对流和热辐射。,一
7、.热传导 触头的热量主要由触头向外传导，由联接端子、导线等散热。,二.对流 气体或液体流动进行散热。对于电器来说，主要表现在断路器等开关开断后灭弧用。,三.热辐射 真空电器中有一定比例的热辐射。,四.综合散热系数 综合三种散热方式，用综合散热系数KT来表征电器的散热能力。 它表示每1m发热面与周围介质的温差为1K时，向周围介质散出的功率，其单位为W/(mK)。KT：发热体和周围介质的温度对其影响较小。,表1-3 综合散热系数值,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第四节 电器的发热计算与牛顿公式,电器热源的热平衡方程：,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第四节
8、 电器的发热计算与牛顿公式,电器脱离电源后的冷却过程方程解为：,图1-6 等效热路,例1-1 横截面为ab的矩形导体外包一层厚度为,绝缘层热导率为,试做其发热计算。,的绝缘层，其热流方向由内向外，,已知导体单位长度内的功率损耗为p,导体温度为,解: 令导体和绝缘层单位长度上的外表面积为A10及A20，绝缘层外表面的温度为,周围介质温度为,。,按傅立叶定律，绝缘层内温差,=,而按牛顿公式，绝缘层外表面与周围介质间的温差,=,因此，导体与周围介质的温差，即温升为,=,=,p,上式括号内的两项恰为绝缘层的热阻及其向周围介质过渡的热阻。以符号RT表示，有,RT=,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的
9、发热与电动力 第四节 电器的发热计算与牛顿公式,对于线圈相对周围介质的温升以牛顿公式计算，则其等效散热面积为：,直流电磁体的铁心无损耗，故可帮助线圈散热。当线圈直接绕在铁心柱上时，,=2.4；,线圈绕在套于铁心柱上的金属衬套上时，,=1.7；若线圈是以布带绑扎后才套上铁心柱，,则,=0.9。交流电磁铁的铁心有铁损，其线圈要绕在胶木等绝缘材料制成的骨架上，,在套入铁心，以隔绝与铁心间的热交换，故,=0；至于线圈上、下两端的散热作用，在,一般计算时可不予考虑。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第五节 电器的工作制及其发热计算,电器的额定工作制：八小时工作制，不间断工作制，短期工
10、作制和断续周期工作制。 发热计算见相关文献。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第六节 短路时的发热过程和热稳定性,导体在短时间内发热过程可以看作是绝热过程，本节给出导体截面和允许湿度间的关系。,热稳定电流：指在规定的使用条件和性能下、开关电器在接通状态于规定的短暂时间内所能承载的电流。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第六节 短路时的发热过程和热稳定性,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第七节 电器中的电动力,电器中电动力的危害： 损坏电器，破坏绝缘件、结构件等。 电动力的好处： 有利于熄灭电弧等; 应用电动斥力来提高分断速度的。 电动
11、力计算的两种方法： 毕奥萨伐尔定律和安培力公式; 能量公式。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,载有电流i1的导体元dl1处于磁感应强度为B的磁场内时，其电动力为：,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,一,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,一.平行导体间的电动力 无线长; 有线长; 主要是求其回路系数。,式中 Kc仅涉及导体几何参数的积分量，称为回路系数。,当二导体处于同一平面内时，,=,/2,sin,=1,故回路系数为,第一篇 电器的理论基础 第一章
12、电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,二.载流导体互成直角时的电动力,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第八节 载流导体间的相互作用,三.载流导体与铁磁件之间的电动力 按电磁场理论，铁磁件可以认为是在载流体的对称位置放置另一等值电流的载流导体，然后将之看为是两条等长的平行导线间的电动力求解。,四.导体几何参数对电动力的影响 当导体截面的周长与导体间距相比不能忽略不计时，一般要考虑形状系数Kf，则电动力公式变为：,当(a-b)/(b+h)2，可以不考虑Kf，认为其值为1，否则由图1-1
13、3查得形状系数。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第九节 能量平衡法计算电动力,根据虚位移原理，广义电动力：,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第九节 能量平衡法计算电动力,还应考虑线圈互感间产生的电动力（见b图），可查阅相关文献。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十节 交变电流下的电动力,在我国50Hz的交变电流下，计算电动力是必要的。,一.单相系统中的电动力,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十节 交变电流下的电动力,单相交流电动力最大值为,二.三相系统中的电动力,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电
14、动力 第十一节 短路电流下的电动力,一.单相系统短路时的电动力,单相系统短路时的短路电流表达式为：,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十一节 短路电流下的电动力,冲击电流短路后半个周期，短路电流瞬时值最大，称之为冲击电流ich,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十一节 短路电流下的电动力,二.三相系统短路时的电动力,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十一节 短路电流下的电动力,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 第十二节 电器的电动稳定性,电器的动稳定性是指电器能短时耐受短路电流的作用、不致产生永久性形变或遭到机械损伤
15、的能力。常用电器能承受的最大冲击电流的峰值表示。,反馈电流当低压线路产生短路故障时，短路点电压骤降，连接在短路点附近的感应电动机，由于惯性的原因会对短路点反馈电流，这个电流是一个衰减非常快的冲击电流。用icm表示。,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 例题复习,一直流电压线圈绕在套于铁心柱上的金属衬套上，其额定电压Un=24V。线圈的外直径D1=40mm，内直径D2=20mm,高度h=60mm,匝数N=5000。绕组线直径d=0.35mm。线圈内表面的散热情况可看作是外表面的1.7倍，设线圈外表面的综合散热系数KT=12W/(,K),试求线圈的平均温升。（铜的电阻率 : ）,第一篇 电器的理论基础 第一章 电器的发热与电动力 例题复习,第一篇 电器的理论基础 第二章 电接触与电弧理论 第一节 电接触与触头,触头是电器开关中通断和转换电路的重要执行部分。主要包括触头及灭弧部分。,一.触头的分类 连接触头 接触电阻小且稳定，易耐受一定的短路电流电动力。,换接触头 工作
