城軌車(chē)輛電氣設(shè)備檢查維護(hù)之電器的發(fā)熱與電動(dòng)力

3-2電器散熱幾種方式電器工作時(shí)，只要電器溫度高于周?chē)橘|(zhì)及接觸零件的溫度，它便向周?chē)橘|(zhì)散熱。所以發(fā)熱和散熱同時(shí)存在于電器發(fā)熱過(guò)程中。當(dāng)電器產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，電器的溫升維持不變，這時(shí)稱(chēng)電器處于熱穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)的溫升稱(chēng)為穩(wěn)定溫升。若溫升隨著時(shí)間而變化，則稱(chēng)為不穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)。電器的散熱以熱傳導(dǎo)、對(duì)流與輻射三種基本方式進(jìn)行。1熱輻射熱輻射是發(fā)熱體的熱量以電磁波形式傳播能量的過(guò)程。熱輻射可穿越真空和氣體而傳播，但不能透過(guò)固體和液體物質(zhì)。例如：太陽(yáng)散熱就是以輻射的形式傳播能量。2傳導(dǎo)傳導(dǎo)是通過(guò)具有一定內(nèi)部能量的物質(zhì)基本質(zhì)點(diǎn)間的直接相互作用，使能量從一個(gè)質(zhì)點(diǎn)傳遞到另一相鄰質(zhì)點(diǎn)?？梢栽跉怏w、固體、液體中進(jìn)行。例如：鐵鍋中心加熱，熱量傳導(dǎo)到其它部分。3對(duì)流對(duì)流是通過(guò)流體(液體與氣體)的運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量。對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。城軌車(chē)輛上的電氣設(shè)備由于空間有限，一般采用強(qiáng)迫對(duì)流（通過(guò)散熱風(fēng)扇）。3-1、電器發(fā)熱概述

1溫升的概念電器在工作時(shí)由于有電流通過(guò)導(dǎo)體和線(xiàn)圈而產(chǎn)生電阻損耗。這些損耗幾乎全部都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。其中一部分散失到周?chē)橘|(zhì)中，另一部分加熱電器本身，使其溫度升高。電器溫度升高后，其本身溫度與周?chē)h(huán)境溫度之差，稱(chēng)為溫升。電器的溫度超過(guò)某一極限值后，其中金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)明顯下降，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度會(huì)受到破壞。若電器溫度過(guò)高，會(huì)使其使用壽命降低，甚至遭到破壞。

研究電器發(fā)熱散熱意義：對(duì)保證電器正常可靠運(yùn)行及縮小電器體積、節(jié)約原材料、降低成本、延長(zhǎng)使用壽命等具有重要意義。為了保證電器的工作性能及使用壽命，各國(guó)電器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電器各部件的發(fā)熱溫度極限。發(fā)熱溫度極限就是保證電器的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性以及介質(zhì)的絕緣性不受危害的極限溫度。2電器部件及材料的發(fā)熱溫度極限2電器部件及材料的發(fā)熱溫度極限材料和形式發(fā)熱溫度極限紫銅或銅合金觸頭115磷青銅75夾形觸頭刀形開(kāi)關(guān)銅觸頭90鋁質(zhì)導(dǎo)電連接80銅質(zhì)鍍錫軟連接線(xiàn)130鎳鉻電阻絲690允許溫升是發(fā)熱溫度極限與最高環(huán)境溫度的差值。電器的工作環(huán)境直接影響電器的散熱過(guò)程。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高環(huán)境溫度為+40℃(一般為35℃)，即

允許溫升＝發(fā)熱溫度極限－40℃3允許溫升3.3長(zhǎng)期工作制時(shí)電器的發(fā)熱長(zhǎng)期工作制是指電器通電后連續(xù)工作到發(fā)熱穩(wěn)定，此時(shí)溫升達(dá)到穩(wěn)定值。其特點(diǎn)是電器損耗所產(chǎn)生的熱量全部散發(fā)到周?chē)橘|(zhì)中。圖1長(zhǎng)期工作制時(shí)發(fā)熱與冷卻曲線(xiàn)由上分析可得以下幾點(diǎn)：(1)導(dǎo)體的溫升是隨時(shí)間的增長(zhǎng)按指數(shù)曲線(xiàn)上升的。開(kāi)始上升速度較快，隨著的增大上升速度逐漸減慢，直到穩(wěn)定溫升，此時(shí)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。(2)穩(wěn)定溫升與起始溫升無(wú)關(guān)，它由P/(KT*S)決定。當(dāng)散熱面積和散熱條件已確定時(shí)(S與一定)正比于發(fā)熱功率P，或正比于電流的平方，電流愈大，穩(wěn)定溫升值也就愈大。電器的額定電流值就是根據(jù)長(zhǎng)期發(fā)熱時(shí)的最大溫升不超過(guò)允許溫升來(lái)確定的。(3)時(shí)間常數(shù)T決定于導(dǎo)體總的熱容量與其散熱情況之比。其值是由電器本身的物理參數(shù)決定的，與發(fā)熱功率(電流)無(wú)關(guān)。總之，T值越大，表示達(dá)到穩(wěn)定溫升所需的時(shí)間越長(zhǎng)。(4)理論上講，ｔ＝∞時(shí)，溫升達(dá)到穩(wěn)定值。實(shí)際上接近穩(wěn)定溫升所需的時(shí)間并不需要無(wú)限長(zhǎng)。當(dāng)ｔ＝4T時(shí),即可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定值。3-5間斷工作制電器的發(fā)熱間斷工作制是指電器在通電和斷電周期循環(huán)下的工作過(guò)程。通電時(shí)間內(nèi)溫度未達(dá)到穩(wěn)定值，斷電后又不能冷卻到周?chē)橘|(zhì)溫度。多次重復(fù)通電后，電器可能達(dá)到穩(wěn)定溫升。我們可以看出間斷工作制的過(guò)載倍數(shù)與工作周期t及發(fā)熱時(shí)間t1有關(guān)，t越大或t1越小，過(guò)載倍數(shù)就越大。在電器標(biāo)準(zhǔn)中常用通電持續(xù)率TD來(lái)表示間斷工作制的負(fù)荷輕重程度通電持續(xù)率：TD=(t1/t)*100％,即工作時(shí)間t1與工作周期t之比的百分?jǐn)?shù)，顯然TD值愈大，說(shuō)明工作時(shí)間愈長(zhǎng)，任務(wù)愈繁重，過(guò)載系數(shù)就愈小。3-4短時(shí)工作制電器的發(fā)熱電器的短時(shí)工作制是指電器通電時(shí)間很短，溫升未達(dá)到穩(wěn)定就停止工作，并且下一次工作要等到電器冷卻到周?chē)橘|(zhì)溫度。例如機(jī)車(chē)主斷路器中的分、合閘電磁鐵即屬于短時(shí)工作制情況，它分別僅在分、合閘時(shí)短時(shí)通電，分、合閘結(jié)束時(shí)就斷電。短時(shí)工作制的發(fā)熱和冷卻曲線(xiàn)如圖2中曲線(xiàn)1、2所示。圖2短時(shí)工作制時(shí)的發(fā)熱、冷卻曲線(xiàn)設(shè)短時(shí)工作發(fā)熱功率為Pd,工作電流為Id,發(fā)熱時(shí)間為td,Pe為額定功率，Ie為額定電流，有：Pd/Pe=T/td由以上分析可得出以下幾點(diǎn)：(1)某電器在長(zhǎng)期工作制下工作時(shí)，其穩(wěn)定溫升達(dá)到允許溫升。該電器若用于短時(shí)工作制時(shí)，允許超載運(yùn)行。這樣可使電器得到充分作用。(2)該電器在短時(shí)工作制下，其功率(或電流)的過(guò)載倍數(shù)與發(fā)熱時(shí)間td及時(shí)間常數(shù)T有關(guān)。T越大,td越小，過(guò)載倍數(shù)則越高。3-6電動(dòng)力的概念及判斷方法載流導(dǎo)體電動(dòng)力概念電動(dòng)力：載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，載流導(dǎo)體間相互也會(huì)受到力的作用，這種力稱(chēng)為電動(dòng)力?？衫玫囊幻妫喝珉妱?dòng)機(jī)的原理就是利用它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。危害的一面：在電器中，造成觸頭的熔化或熔焊，影響觸頭的正常工作。有時(shí)在強(qiáng)大短路電流所形成的電動(dòng)力下，使電器發(fā)生誤動(dòng)作或使導(dǎo)體機(jī)械變形，甚至損壞。利用電動(dòng)力的磁吹原理1－磁吹線(xiàn)圈；2－磁吹鐵芯；3－導(dǎo)弧角；4－電弧；5－鐵夾板；6－動(dòng)觸頭；7－靜觸頭2載流電動(dòng)力方向判別電動(dòng)力的方向判斷可用左手定則或磁通管側(cè)壓力原理來(lái)進(jìn)行。例如圖所示情況3-7電動(dòng)穩(wěn)定性電動(dòng)力計(jì)算基礎(chǔ)當(dāng)長(zhǎng)為L(zhǎng)并通有電流I的導(dǎo)體垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的均勻磁場(chǎng)中，導(dǎo)體的電動(dòng)力F為：F=BIL若導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向成β夾角，則導(dǎo)體的電動(dòng)力為：F=BILsinβ電動(dòng)穩(wěn)定性電動(dòng)穩(wěn)定性指大電流通過(guò)電器時(shí)，在電動(dòng)力作用下，電器有關(guān)部件不產(chǎn)生損壞或永久變形的性能。通過(guò)的最大電流一般以最大沖擊電流峰值表示。3-8觸頭電動(dòng)力觸頭閉合通過(guò)電流時(shí)，在觸頭間有電動(dòng)力存在。這是因?yàn)橛|頭表面不管加工怎樣平整，從微觀(guān)上看仍然是凹凸不平的，如圖所示。由于接觸面積遠(yuǎn)小于觸頭表面積，電流線(xiàn)在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生收縮，由此而引起觸頭間的電動(dòng)斥力。閉合的隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭間存在電動(dòng)斥力，當(dāng)電流很大時(shí)電動(dòng)力可將觸頭間接觸壓力減小，甚至引起觸頭的機(jī)械形