电器理论基础 教学课件 作者 许志红 第2章_电器的发热理论.ppt

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1、第2章电器的发热理论福州大学许志红苏晶晶第2章电器的发热理论2.1电器的发热现象2.2电器的散热2.3电器的允许温升2.4电器的稳定温升计算2.5典型电器的温升计算2.6不同工作制下电器的温升2.7电器的热稳定性电器发热的来源在于内部的能量损耗，降低电器工作温度的主要途径就是设法减小损耗。2.1电器的发热现象电阻损耗：电器的热源磁滞、涡流损耗：电阻可以是导体的金属电阻，也可以是导体连接处的接触电阻。交变磁通在铁心中产生的附加损耗。介质损耗：交变电磁场在绝缘体内产生的损耗。摩擦、碰撞损耗：联动机构部分在运行过程中产生的损耗。电弧损耗：电弧温度极高

2、，是一个不可忽视的热源。电流通过导体所产生的能量损耗称为电阻损耗（或称焦耳损耗）1、电阻损耗——计算公式1、电阻损耗——计算公式1、电阻损耗——趋肤效应透肤深度趋肤损耗系数集肤效应的大小可以用电磁波在导体内部渗入深度b来表示：1、电阻损耗——趋肤损耗系数的求解根据公式导体直径、电阻率及电源频率。计算参数，再查图2-3，可得趋肤损耗系数Kj。①圆截面导体：1、电阻损耗——趋肤损耗系数的求解矩形截面导体的趋肤损耗系数可参考课本表2-1。其中20℃时矩形截面导体的趋肤损耗系数②矩形截面导体：两个相邻载流导体间磁场相互作用使两导体内产生电流分布不均匀的现象。1、

3、电阻损耗——邻近效应邻近效应与相邻载流导体内电流流向有关。对圆截面导体：邻近效应系数Klj，可查表2-3得到。其中系数Kx为1、电阻损耗——邻近损耗系数的求解式中，d——导体的直径；l——两导体中心线之间的距离。导体通过的电流为交流，则交变磁通在铁磁体内产生涡流和磁滞损耗。减小铁磁损耗常采用的措施：①采用导磁性能好的铁磁材料；②采用永磁材料；③采用非磁性间隙；④采用短路圈等。2、磁滞、涡流损耗实线—片厚0.5mm，虚线—片厚0.35mm2、磁滞、涡流损耗——例图实心钢导体损耗曲线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

4、耗。交变电场中的介质损耗为3、介质损耗理论上工程上，采用经验公式3、介质损耗——tanδ计算电器中连接部分在工作过程中会产生机械摩擦和碰撞，由此产生的损耗形成电器工作中的热源。机械碰撞越大，电器的机械寿命越低。4、摩擦、碰撞损耗5、电弧发热有触点电器在工作过程中，当执行接通任务时，产生的触头之间的弹跳，将产生电弧和火花；执行分断任务时，也会在触头间产生严重的电弧燃烧现象电弧为高温游离气体，其产生大量的热量。2.2电器的散热电器散热有三种形式，即热传导、热对流和热辐射。电器的热损耗由它们散失到周围。热传递方式定义传递介质热传导质点间的直接传递固态、液态和气

5、态热对流粒子间的相对运动液态和气态热辐射通过电磁波传播气态热传导现象的实质是质点间的直接作用，把能量从一个质点传递到另一个相邻质点。传递介质：绝缘的液体、固体、气体热传导是固态物质传热的主要方式，温差的存在是热交换的必要条件！1、散热方式——热传导分析热传导现象必须用到著名的傅里叶定律: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，负号表示热量传递的方向与温度梯度相反，即向着温度降低的方向传递。1、散热方式——热传导本质是通过粒子互相移动而产生热能转移，对流常伴有热传导现象。传递介质：液体、气体对流方式自然对流：强迫对流

6、：流体质点因温度升高而上升形成的对流；质点在外力作用下被迫流动形成的对流；1、散热方式——热对流由电磁波传播能量，不需直接接触的传热方式。传递介质：气体热辐射应具备发射物体、辐射的传播空间以及处于辐射路径上吸收辐射热的物体。热传导、热对流在传热途径中需要存在温度差的物体；辐射传热可以在真空中1、散热方式——热辐射在一定温度范围内多数材料的λ与θ近似呈线性关系，即2、热传导的计算方法热导率范围甚大，银为425，铜为390。，铝为210，黄铜为85，某些气体为：0.006。以图2-7为例进行热传导计算，尺寸如图所示，P代表整个物体的热流。由式（2-10）可得

7、2、热传导的计算方法—分析面积为APδθ1θ2图2-7物质热传导示意（θ1＞θ2）热传导与电传导的对比关系热传导公式与欧姆定律相比，极为相似。欧姆定律热传导与电传导的对比关系如下表热传导温度τ热流P热阻RT热导率λτ=PRT热源电传导电压U电流I电阻R电导率σU=IR电源2、热传导的计算方法——外包绝缘层导体圆筒截面右图，热传导率λ，设导体长度为l。半径为r处厚度为dr的圆筒的热阻为长圆筒热阻为r1r2λ=∞λττ1τ0τ2O2、热传导的计算方法——外包绝缘层导体若内外壁的温度为θ1与θ2，则通过外表面散出的热流P为绝缘层总热阻3、热对流的计算方法牛顿

8、提出了热流密度与固体壁面温度和流体温度的温度差之间的关系，即对流散热的热阻3、热