电器学原理 教学课件 作者 曹云东 02电器发热计算2.ppt

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1、电器导体的发热1.电器有哪几种基本散热方式？举例说明。2.如果导体的尺寸一定，当该导体通以直流或等效的交流电流，若其散热环境相同，试问上述两种情况下的发热温升是否相同？为什么？3.在计算电器零部件的散热时，通常可忽略热辐射，而计算电弧的散热时则不能忽略热辐射。为什么？4.电器中导体发热时温度的上升速度与哪些因素有关？如果需要降低温度上升速度，需要在哪些方面采取措施？5.何谓电器发热时的热惯性？电器的热惯性与哪些因素有关？思考题§1-3电器中的热传递形式电器散热有三种形式:电器的热损耗将通过上述散热方式散发到周围介质中。1.热传导：由质点之间直接作用产生，存在于

2、金属导体及绝缘的液体、固体和气体中。1）热流量φcd：定义：热流量φcd是指单位时间内通过给定面积S的热量，它与该处的温度梯度gradθ（=dθ/dl）有关。热传导、热对流、热辐射。HOME§1-3电器中的热传递形式2）傅里叶定律：单位时间内通过物体单位面积的热量与该处的温度梯度成正比，即式中:λ—热导率，负号表示热量的传递方向与温度梯度相反，即向温度降低的方向传递。热导率λ是表征物体传热能力的重要参数，它与材料、温度等许多因素有关。多数材料在一定的温度范围内λ与θ近似地成线性关系，即式中:λ0—0℃时的热导率；θ—温度；b—常数。HOME§1-3电器中的热传

3、递形式部分金属和液体的热导率与温度的关素HOME1—铜2—银3—铝4—钨5—铂6—钢7—水8—变压器油§1-3电器中的热传递形式气体的热导率与各种因素间的关系非常复杂，其与气体性质及其状态有关。在100~150℃范围内：空气的热导率：(0.244~0.75)×10-4W/(m·K)SF6的热导率：1.36×10-2W/(m·K)工程上通常采用傅里叶定律的热传导功率Pcd相量形式：HOME§1-3电器中的热传递形式2.热对流仅在流体中存在，其实质是粒子的彼此相对移动而产生热能转移。在流体对流的过程中，常伴随着热传导现象。1)热对流方式①自然对流：②强迫对流：2）

4、应用中小容量电器通常采用自然对流散热;强电流或高频电器中采用强迫对流散热。流体质点因温度升高而上升形成的对流。流体质点在外力作用下被迫流动形成的对流。HOME§1-3电器中的热传递形式3）热对流形式①层流：粒子运动速度较低，运动平稳，平行分层运动。②紊流：粒于运动速度高，形成旋涡式的紊乱运动。发热体附近流体介质的对流HOME§1-3电器中的热传递形式4）热对流散热功率计算单位体积流体介质由对流而散出的功率可用以下矢量关系式表示：式中：c、γ、v—流体的比热容、密度、速度。工程上，自然对流散热通常采用下列简化公式计算：式中：θ、θ0—发热体表面、流体介质的温度；

5、A—冷却表面面积；Kdl—对流散热系数，通常由实验确定。HOME§1-3电器中的热传递形式空气中垂直安放的平板形导体，对流散热系数经验计算公式：空气中水平安放的平板形导，发热面朝上，其对流散热系数：在变压器油中垂直安放的平板导体，其对流散热系数：当发热体冷却面垂直安放时，由于表面温度沿高度的分布不同（下面的温度低，上的温度高），因而沿高度的散热系数也不相同下面的Kdl大，上面的Kdl小。HOME5）热对流的热流量φdl：式中τ：对流时，发热体与流体介质的温差；α：表面传热系数或对流散热系数，W/(m2K)；n：与对流有关的非线性系数，可查表求出。6）热对流时的

6、热阻Rr：§1-3电器中的热传递形式HOME§1-3电器中的热传递形式3.热辐射1）定义热辐射是由电磁波传播能量。HOME§1-3电器中的热传递形式HOME§1-3电器中的热传递形式HOME§1-3电器中的热传递形式热辐射的特点（1）辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递;（2）辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化；（3）一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射热射线。HOME§1-3电器中的热传递形式（4）物体吸收率α：投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比称为该物体的吸收率。（5）物体反射率ρ：从非发光体表面反射的辐射与入射到该表面

7、的总辐射之比，它是表征物体表面反射能力的物理量。绝对黑体的反射率为0，纯白物体的反射率为1，实际物体的反射率介于0与1之间。（6）物体透射率τ：透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体，如玻璃，滤色片等。HOME§1-3电器中的热传递形式2）热辐射功率计算根据斯忒藩—玻耳兹曼定律，物体单位面积的辐射能为式中：σ—斯忒藩—玻耳兹曼常数，σ=5.67×10-8W/(m2·K)；T—发热体表面的温度；T0—接受辐射物体的温度；εf—比辐射率（发射率）。物体表面辐射能力与黑体辐射能力之比，黑体的ε=1。HOME§1-3电器的热传递形式比

8、辐射率(发射率)εf与发热体表面状况及