电器学第一章 电器导体的发热计算1.ppt

第一篇 电器的发热与电动力 第一章 电器导体的发热计算 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。 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。 §1-1 电器的允许温升 3. 制定电器各部分极限允许温升的依据：保证电器的绝缘不致因温度过高而损坏，或使工作寿命过分降低，导体和结构部分不致因温度过高而降低其机械性能。 4. 电器温度超过极限允许温度，会产生以下危害： (1) 影响物理、力学性能。当金属材料的温度高达一定数值以后，其机械强度就会显著降低，见图1-1，机械强度开始显著下降时的温度称为材料的软化点。 §1-2 电器中的热源 集肤系数Kj大小的确定 （1）圆截面导体：先求长100m导体的直流电阻R100-，再求 ，查图1-4，得Kj 。 2. 热对流时，热流量φdl的计算： 式中τ： 对流时，发热体与流体介质的温差； α：称表面传热系数或对流散热系数，W/(m2· K)； n： 与对流有关的非线性系数。可查表求出。 3. 热对流时的热阻Rr 结论：Rr与温差τ之间是非线性关系。 对流越厉害，τ越大，Rr越小，反之可解释线圈某处的温升最高（τm）。 4. 单位体积流体介质由对流而散失的功率： 式中，c、γ、v：分别为流体的比热容、密度、速度。 三、热辐射：（主要对于电弧而言） 由电磁波传播能量，不需直接接触的传热方式。 1. 热辐射的方式： 热能（发热）→（转变为）→辐射能（实质是一种电磁波）→（转变为）→热能（被吸收） 2. 热辐射时，单位面积上的热发射功率φfs计算： 式中 ：发射率，见表1-5；θ：发热体表面热力学温度，K； θ0：受热体的绝对温度，K。 3. 绝对黑体、绝对白体与灰色体： (1)“绝对黑体”：对辐射波全吸收、不反射的物体。因其含有大量热能，故其发射（即本身热辐射）和吸收能力最强，发射率 =1； (2)“绝对白体”：对辐射波全反射、不吸收的物体，因其本身缺乏大量热能，故其发射能力最强，发射率 =０ (3)“灰色体”：相对处于中间状态的物体。 4. 由热辐射散失的单位面积上的功率： 式中，T1、T2：受热体、发热体的表面温度。 结论：由于电器辐射功率较小，电器散热通常考虑的方式是热传导和热对流。 § 1-4 电器表面稳定温升计算 --牛顿公式 三种散热方式可以单独存在也可以同时存在，三种方式散出的热功率均与散热面积成正比，与温度差有关，故可以综合考虑三种散热方式散出的热功率。 式中 Ps： 总散热功率[W]； A：有效散热面积[m2]； τ： 发热体温升， KT ：导体表面综合散热系数[W/(m2·℃)] ，实验数据参见表1-6。 指外箱侧表面的KT 15~18 具有平板外箱的油变阻器 12 指螺旋全部表面的KT 10~13 螺旋状生铁电阻 11 指丝状导线的全部表面的KT 10~14 由康铜或铜镍合金丝或带所缠线圈制成的成型电阻元件 10 指不考虑槽时的圆柱体外表面的KT 23 有槽瓷柱体上具有镍铬或康铜丝所缠的线圈 9 指管状物外表面的KT 20 垂直管状烧釉电阻 8 KT相当于导线的总表面 20 康铜或铜镍合金（丝状或带状）所制的螺旋，垂直放置 7 置于油内 10~12.5 70~90 叠片束 6 置于油内 10~12.5 25~36 用纸绝缘的线圈 5 50~150 瓷质圆柱体浸于油箱中 4 10~14 复以绝缘漆的生铁或钢表面 3 6~9 紫铜扁平母线，以狭边直立 2 较大的数值是针对较小的直径 9~13 水平圆筒棒，直径1~6cm 1 注 KT [W/(m2K)] 表面及其特征 对于电器中的线圈，综合散热系数公式为： 当散热面积为A=(1～100)×10-4 m2时， 当散热面积为A=(0.01～0.05) m2时， 式中 θ、θ0的单位为℃；A的单位为m2。 §1-5 不同工作制下电器的热计算 国标规定电器有四种工作制 长期工作制 八小时工作制 短时工作制 反复短时工作制