电器的发热计算

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1、第一讲电器发热计算电器的允许温升电器中的热源电器中的热传递形式电器发热计算与牛顿公式各种工作制形式下的电器热计算短路电流下的电器热计算和热稳定性电器典型部件稳定温升的分布电器的发热计算教学目的与要求：掌握电器的温升及电器中热源的主要来源，熟悉电器的热传递形式；掌握电器发热计算的基本方法。教学重点与难点：电器温升与温度的不同，电器中的热源主要来自三个方面：电阻损耗；涡流与磁滞损耗；介质损耗。教学基本内容：1、电器的允许温升；2、电器中的热源；3、电器中的热传递形式。4、电器发热计算的基本方法电器的发热计算据统计，2006年12月21日至2007年11月30日，武汉市

2、共发生火灾5111起，其中电器引发的火灾2310起，占总数的45.20％。§1-1电器的允许温升一、三种损耗及其影响二、电器各部件的极限允许温升三、电器极限允许温升四、我国标准规定的电气绝缘材料的极限温升1-1电器的允许温升§1-1电器的允许温升一、三种损耗及其影响1、三种损耗：载流体中的能量损耗损耗、交变电磁场在导磁体（铁）中产生的磁滞与涡流损耗和绝缘材料的介质损耗。结果：⑴散失到周围介质；⑵其余用来加热电器。2、严重后果：温升超过极限允许温升时降低了电器的机械强度和绝缘强度，导致材料老化、寿命降低。结论：研究意义重大。1-1电器的允许温升1-1电器的允许温升材

3、料的温度超过一定极限后，其击穿电压明显下降，图l-2为瓷的击穿电压与温度的关系。1-1电器的允许温升1-1电器的允许温升二、电器各部件的极限允许温升：1、“电器各部件极限允许温升”的定义：电器各部件极限允许温升=极限允许温度-工作环境温度2、电器各部件的极限允许温升制定依据：绝缘不损坏；工作寿命不过分降低；机械寿命不降低（材料软化）。1-1电器的允许温升三、电器极限允许温升（按相关国家温升试验标准进行测量）：1、电器中裸导体的极限允许温升应小于材料软化点（机械性能显著下降即软化）；2、对绝缘材料和外包绝缘的导体：其极限允许温升的大小由绝缘材料的老化和击穿特性决定。

4、1-1电器的允许温升四、我国标准规定的电气绝缘材料的极限温度：1-2电器中的热源产生热源的三个主要方面：电阻（含接触电阻）损耗、交流电器导磁材料的涡流和磁滞损耗，以及交流电器绝缘材料的介质损耗。一、电阻损耗二、铁磁损耗三、介质损耗1-2电器中的热源一、电阻损耗：也称焦耳损耗。1、计算公式：P=KfI2R式中，Kf:考虑集肤效应和邻近效应的附加损耗系数，数值大小为Kf=Ks*Kn(Ks为邻近系数，Kn为集肤系数)；R:电阻，100℃以内时，R=ρ0(1+αθ)*l/A。2.焦耳定律直流时电阻的计算其中实际中常常用简化了的二项公式工程计算式1－5注意常用的铜和铝电阻计

5、算的误差情况(P7)1-2电器中的热源3、集肤效应：交变磁通在导体内产生反电势，中心部分的反电势值比外表部分的大，导致导体中心的电流密度比外表部分小。集肤效应的大小用电磁波在导体中的渗入深度b表示1-2电器中的热源渗入深度b的大小为：b＝式中，ρ：电阻率；f：频率；μ：磁导率。由于b越小，集肤效应就越强。由上式可知，当频率f越高时，渗入系数b越小，则集肤效应越强。集肤效应和集肤系数集肤效应（图1－1）电流在导体截面的不均匀分布本质：交变磁通在导体内感生反电势，阻止原电流的流通电磁波在导体的渗入深度b（式1－7的由来）集肤系数常通过查图表获得集肤系数一些结论：

6、越靠近表面电流密度越大集肤效应还要考虑到截面形状的影响集肤效应系数Ks>＝11-2电器中的热源集肤系数Kj的查表求解：（1）圆截面导体：先求100m长导体的直流电阻R100-，再求，查图1-4，得Kj。1-2电器中的热源（2）矩形截面导体的Kj值查表1-2得。其中,ke§1-2电器中的热源4、邻近效应：由于相邻载流导体间磁场的相互作用，使两导体内产生电流发布不均匀的现象。邻近效应与相邻载流导体内电流流向有关。本质：导线之间的相互影响使各自的电流密度不均影响因素：电流频率、导线间距、截面形状和尺寸等5.附加损耗系数Kf通过交变电流和通过直流电流时产生的损耗之比Kf=

7、KsKn其中，集肤效应：Ks，临近效应:Kn综合考虑集肤效应和临近效应二、铁磁损耗：电器中的载流导体在附近的铁磁零件中产生交变磁通，从而在铁磁体中产生涡流和磁滞损耗。1-2电器中的热源源铁损：非载流铁磁部件在交变电磁场作用下产生的的损耗铁(磁)损(耗)＝磁滞损耗＋涡流损耗式（1－8）～（1－10）损耗与f成正比例工程上一般通过试验确定查手册求取三、介质损耗：绝缘材料在交变电场中的损耗与电场强度E和频率f成比例，高压电器一般要考虑此损耗。其大小为：式中p：介质损耗功率；f：电场交变频率；C：介质的电容；U：外加电压；tanδ：绝缘材料重要特征之一，与温度、材料、工艺

8、等有关。δ