第一章電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算演示文稿

第一章電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有48頁\編輯于星期五優(yōu)選第一章電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算ppt現(xiàn)在是2頁\一共有48頁\編輯于星期五第一講電器發(fā)熱計(jì)算第二講電器的電動(dòng)力計(jì)算第三講電弧的基本特性

第四講交流電弧的熄滅原理

第五講開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理

第六講電接觸理論

第七講電磁鐵的磁路計(jì)算

第八講氣隙磁導(dǎo)的計(jì)算

第九講磁路計(jì)算

第十講電磁系統(tǒng)的吸力計(jì)算與靜特性

教學(xué)計(jì)劃現(xiàn)在是3頁\一共有48頁\編輯于星期五電器的允許溫升電器中的熱源電器中的熱傳遞形式電器表面的溫升計(jì)算公式各種工作制形式下的電器熱計(jì)算短路電流下的電器熱計(jì)算和熱穩(wěn)定性電器典型部件穩(wěn)定溫升的分布

電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算

現(xiàn)在是4頁\一共有48頁\編輯于星期五教學(xué)目的與要求：

掌握電器的溫升及電器中熱源的主要來源，熟悉電器的熱傳遞形式。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：

電器溫升與溫度的不同，電器中的熱源主要來自三個(gè)方面：電阻損耗；渦流與磁滯損耗；介質(zhì)損耗。教學(xué)基本內(nèi)容：

1、電器的允許溫升；2、電器中的熱源；3、電器中的熱傳遞形式。

電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算

現(xiàn)在是5頁\一共有48頁\編輯于星期五

電器導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年12月21日至2007年11月30日，武漢市共發(fā)生火災(zāi)5111起，其中電器引發(fā)的火災(zāi)2310起，占總數(shù)的45.20％?，F(xiàn)在是6頁\一共有48頁\編輯于星期五§1-1電器的允許溫升一、三種損耗及其影響二、電器各部件的極限允許溫升

三、電器極限允許溫升四、我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣絕緣材料的極限溫升1-1電器的允許溫升現(xiàn)在是7頁\一共有48頁\編輯于星期五§1-1電器的允許溫升1、三種損耗：導(dǎo)體（銅）的阻抗損耗、交變電磁場在導(dǎo)磁體（鐵）中產(chǎn)生的磁滯與渦流損耗和絕緣材料的介質(zhì)損耗。

結(jié)果：⑴散失到周圍介質(zhì)；⑵其余用來加熱電器。

2、嚴(yán)重后果：溫升超過極限允許溫升時(shí)降低了電器的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣強(qiáng)度，導(dǎo)致材料老化、壽命降低。結(jié)論：研究意義重大。1-1電器的允許溫升現(xiàn)在是8頁\一共有48頁\編輯于星期五1-1電器的允許溫升現(xiàn)在是9頁\一共有48頁\編輯于星期五材料的溫度超過一定極限后，其擊穿電壓明顯下降，圖l-2為瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系。1-1電器的允許溫升現(xiàn)在是10頁\一共有48頁\編輯于星期五1-1電器的允許溫升二、電器各部件的極限允許溫升：

1、“電器各部件極限允許溫升”的定義：電器各部件極限允許溫升=極限允許溫度-工作環(huán)境溫度

2、電器各部件的極限允許溫升制定依據(jù)：絕緣不損壞；工作壽命不過分降低；機(jī)械壽命不降低（材料軟化）。現(xiàn)在是11頁\一共有48頁\編輯于星期五1-1電器的允許溫升三、電器極限允許溫升（按相關(guān)國家溫升試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量）：1、電器中裸導(dǎo)體的極限允許溫升應(yīng)小于材料軟化點(diǎn)（機(jī)械性能顯著下降即軟化）；2、對絕緣材料和外包絕緣的導(dǎo)體：其極限允許溫升的大小由絕緣材料的老化和擊穿特性決定?，F(xiàn)在是12頁\一共有48頁\編輯于星期五1-1電器的允許溫升四、我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣絕緣材料的極限溫度：現(xiàn)在是13頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源

產(chǎn)生熱源的三個(gè)主要方面：電阻（含接觸電阻）損耗、交流電器導(dǎo)磁材料的渦流和磁滯損耗，以及交流電器絕緣材料的介質(zhì)損耗。一、電阻損耗

二、鐵磁損耗

三、介質(zhì)損耗

現(xiàn)在是14頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源

一、電阻損耗：也稱焦耳損耗。

1、計(jì)算公式：

P=KfI2RKf:考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的附加損耗系數(shù)，數(shù)值大小為Kf=Kl*Kj

(Kl為鄰近系數(shù)，Kj為集膚系數(shù))；R:電阻，100℃以內(nèi)時(shí)，R=ρ0(1+αθ)*l/A?，F(xiàn)在是15頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源2、集膚效應(yīng)：交變磁通在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生反電勢，中心部分的反電勢值比外表部分的大，導(dǎo)致導(dǎo)體中心的電流密度比外表部分小。集膚效應(yīng)的大小用電磁波在導(dǎo)體中的滲入深度b表示現(xiàn)在是16頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源滲入深度b的大小為：b＝

式中，ρ：電阻率；f：頻率；μ：磁導(dǎo)率。由于b越小，集膚效應(yīng)就越強(qiáng)。由上式可知，當(dāng)頻率f越高時(shí)，滲入系數(shù)

b越小，則集膚效應(yīng)越強(qiáng)。現(xiàn)在是17頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源

3、集膚系數(shù)Kj：式中，A：導(dǎo)體截面積；P：導(dǎo)體周長。由此式知，f越高，集膚效應(yīng)越強(qiáng)。現(xiàn)在是18頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源4、集膚系數(shù)Kj的查表求解：

（1）圓截面導(dǎo)體：先求100m長導(dǎo)體的直流電阻R100-，再求，查圖1-4，得Kj?，F(xiàn)在是19頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源（2）矩形截面導(dǎo)體的Kj值查表1-2得。其中,ke現(xiàn)在是20頁\一共有48頁\編輯于星期五§1-2電器中的熱源5、鄰近效應(yīng)：由于相鄰載流導(dǎo)體間磁場的相互作用，使兩導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流發(fā)布不均勻的現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)與相鄰載流導(dǎo)體內(nèi)電流流向有關(guān)。（1）電流同向：相鄰側(cè)感應(yīng)的反電勢大些，故電流密度小些；（2）電流反向：相鄰側(cè)感應(yīng)的反電勢小些，故電流密度大些，圖1-5。

現(xiàn)在是21頁\一共有48頁\編輯于星期五1-2電器中的熱源現(xiàn)在是22頁\一共有48頁\編輯于星期五

二、鐵磁損耗：

電器中的載流導(dǎo)體在附近的鐵磁零件中產(chǎn)生交變磁通，從而在鐵磁體中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗。1-2電器中的熱源現(xiàn)在是23頁\一共有48頁\編輯于星期五2估算實(shí)心鋼導(dǎo)體損耗曲線。

圖中，I：流過鋼導(dǎo)體的電流，P：導(dǎo)體截面周長，A：外表面積，f：電流頻率，Pm：鋼導(dǎo)體損耗。

1-2電器中的熱源現(xiàn)在是24頁\一共有48頁\編輯于星期五三、介質(zhì)損耗：絕緣材料在交變電場中的損耗與電場強(qiáng)度E和頻率f成比例，高壓電器一般要考慮此損耗。其大小為：

式中p：介質(zhì)損耗功率；f：電場交變頻率；

C：介質(zhì)的電容；U：外加電壓；

tanδ：絕緣材料重要特征之一，與溫度、材料、工藝等有關(guān)。δ：介質(zhì)損耗角；tanδ大時(shí)，介質(zhì)損耗也大。1-2電器中的熱源現(xiàn)在是25頁\一共有48頁\編輯于星期五電器散熱有三種形式，即熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。電器的熱損耗由它們散失到周圍。一、熱傳導(dǎo)：由質(zhì)點(diǎn)之間直接作用產(chǎn)生，存在于絕緣的液體、固體、氣體中。1、熱流量φcd：

a、定義：熱流量φcd是指單位時(shí)間內(nèi)通過給定面積Ｓ的熱量，它與該處的溫度梯度gradθ（=dθ/dl）有關(guān)。1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是26頁\一共有48頁\編輯于星期五

b、計(jì)算公式為：

式中

λ：材料熱導(dǎo)率，單位w/(m×k)，是0度時(shí)的熱導(dǎo)率。

λ越大，物體的熱傳導(dǎo)能量越強(qiáng)，且有“λ金屬>λ非金屬>λ液>λ氣”。2、熱傳導(dǎo)功率：

式中

div：向量，矢量；

λ：熱導(dǎo)率，λ=

，見圖1-8“金屬和液體的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系”。圖b）變壓器油的λ極低。1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是27頁\一共有48頁\編輯于星期五1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是28頁\一共有48頁\編輯于星期五二、熱對流：只存在于流體中。通過粒子互相移動(dòng)使熱能轉(zhuǎn)移，有自然對流和強(qiáng)迫對流兩種方式。

1、定義：自然對流：流體質(zhì)點(diǎn)因溫度升高而上升形成的對流；

強(qiáng)迫對流：質(zhì)點(diǎn)在外力作用下被迫流動(dòng)形成的對流；

2、熱對流時(shí)，熱流量φdl的計(jì)算：

式中τ：對流時(shí)，發(fā)熱體與流體介質(zhì)的溫差；

α：稱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或?qū)α魃嵯禂?shù)，W/(m2K)；

n：與對流有關(guān)的非線性系數(shù)。可查表求出。1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是29頁\一共有48頁\編輯于星期五1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是30頁\一共有48頁\編輯于星期五三、熱輻射：由電磁波傳播能量，不需直接接觸的傳熱方式。

1、熱輻射的方式：

熱能（發(fā)熱）→（轉(zhuǎn)變?yōu)椋椛淠埽▽?shí)質(zhì)是一種電磁波）→（轉(zhuǎn)變?yōu)椋鸁崮埽ū晃眨?/p>

2、熱輻射時(shí)，單位面積上的熱發(fā)射功率φfs計(jì)算：式中：發(fā)射率；θ：發(fā)熱體表面熱力學(xué)溫度，K；θ0：受熱體的絕對溫度，K。

1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是31頁\一共有48頁\編輯于星期五3、絕對黑體、絕對白體與灰色體：

①“絕對黑體”：對輻射波全吸收、不反射的物體。因其缺乏大量熱能，故其發(fā)射（即本身熱輻射）沒有,吸收能力最強(qiáng)，=1；

②“絕對白體”：對輻射波全反射、不吸收的物體，因其本身含有大量熱能，故其發(fā)射能力最強(qiáng)，吸收能力沒有，＝０

③“灰色體”：相對處于中間狀態(tài)的物體。

1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是32頁\一共有48頁\編輯于星期五

4、由熱輻射散失的功率：式中，T1、T2：受熱體、發(fā)熱體的表面溫度。

結(jié)論：由于電器輻射功率較小，電器散熱通?？紤]的方式是：熱傳導(dǎo)和熱對流。

1-3電器的熱傳遞形式現(xiàn)在是33頁\一共有48頁\編輯于星期五牛頓公式

電器表面穩(wěn)定溫升與工作制有關(guān)。計(jì)算電器表面穩(wěn)定溫升時(shí)，一般是將三種散熱方式合在一起，用牛頓熱計(jì)算公式求電器表面的穩(wěn)定溫升值，即：

式中，Ps：總散熱功率；A：有效散熱面積；：發(fā)熱體溫升，＝θ-θ0，θ0是周圍環(huán)境溫度。KT：導(dǎo)體表面綜合散熱系數(shù)，單位w/m2·K。1-4電器表面穩(wěn)定溫升計(jì)算方法現(xiàn)在是34頁\一共有48頁\編輯于星期五1-4電器表面穩(wěn)定溫升計(jì)算方法現(xiàn)在是35頁\一共有48頁\編輯于星期五對于電器中的線圈，綜合散熱系數(shù)公式為：當(dāng)散熱面積為A=(1~100)×10-4m2時(shí)，

當(dāng)散熱面積為A=(0.01~0.05)m2時(shí)， KT=23[1+0.05(θ-θ0)]/式中θ、θ0的單位為℃；A的單位為m2。

1-4電器表面穩(wěn)定溫升計(jì)算方法現(xiàn)在是36頁\一共有48頁\編輯于星期五國標(biāo)規(guī)定電器有四種工作制

長期工作制間斷長期工作制反復(fù)短時(shí)工作制短時(shí)工作制

1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是37頁\一共有48頁\編輯于星期五一、長期工作制：

當(dāng)t=0，τ=τ0；t=∞，τ=τw=P/KT·A時(shí)，溫升發(fā)熱計(jì)算公式為：(下圖曲線1)

式中，T：電器發(fā)熱時(shí)間常數(shù)；τ0：起始溫升；τw：穩(wěn)定溫升。特別地，當(dāng)t=0，τ＝0時(shí)，有：(通式，下圖曲線2)。

1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是38頁\一共有48頁\編輯于星期五圖1-10電器發(fā)熱和冷卻過程曲線（三條發(fā)熱、一條冷卻3）。1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是39頁\一共有48頁\編輯于星期五二、短時(shí)工作制：

1、一次通電時(shí)間短于4T(熱時(shí)間常數(shù))；

2、因電器溫升達(dá)不到穩(wěn)定溫升τw，為充分利用電器耐熱性能，可將電流值增大，前提是電器（工作、實(shí)際）溫升值與長期工作制下的穩(wěn)定溫升相等。1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是40頁\一共有48頁\編輯于星期五

3、圖1-11短時(shí)工作熱計(jì)算曲線圖，t是通電總時(shí)間。1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是41頁\一共有48頁\編輯于星期五三、反復(fù)短時(shí)工作制：

1、電器通電和斷電交替進(jìn)行，其時(shí)間短于4T；

2、圖1-12反復(fù)短時(shí)工作下的溫升曲線。圖中，t1：通電時(shí)間；t2：斷電時(shí)間，t1+t2＝t，稱為工作周期。1-5不同工作制下的熱計(jì)算與零部件穩(wěn)升分布現(xiàn)在是42頁\一共有48頁\編輯于星期五反復(fù)短時(shí)工作制升溫過程21-