1、Fundamentals of Electrical Apparatuses海南大學機電工程學院教學講義海南大學機電工程學院教學講義20152016學年第一學期學年第一學期電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化2013級級張玲張玲 ling_電器的定義電器的定義用于用于接通接通或或斷開斷開電路電路斷續或連續改變電路參數實現對電路或非電對象斷續或連續改變電路參數實現對電路或非電對象切換切換、控制控制、保護保護、檢測檢測、變換變換和和調節調節的電氣設備（的電氣設備（Equipments)電器的分類電器的分類交流、直流電器交流、直流電器高壓、低壓電器高壓、低壓電器工業、農用、航空、船用、礦用電器工業、

2、農用、航空、船用、礦用電器控制電器、保護電器、切換電器、限制電器、變換電器控制電器、保護電器、切換電器、限制電器、變換電器典型電器典型電器繼電器：繼電器：Relay （電磁式、半導體、數字）電磁式、半導體、數字）接觸器：接觸器：Contactor斷路器：斷路器：Circuit Breaker熔斷器：熔斷器：Fuse隔離開關：隔離開關： Disconnector限流器：限流器：Current Limiter互感器：互感器：Transformer（PT、CT）典型電器的結構原理典型電器的結構原理從控制角度來看：從控制角度來看：輸入部分輸出部分輸入部分輸出部分從結構角度來看：從結構角度來看：感測器官

3、執行器官感測器官執行器官輸入信號輸入信號感測器官感測器官機構機構執行器官執行器官輸出信號輸出信號電流電流電壓電壓線圈線圈雙金屬片雙金屬片電磁電磁彈簧彈簧觸頭觸頭滅弧室滅弧室分閘分閘合閘合閘舉例舉例第第1章章 緒論緒論第第2章章 電器的發熱理論電器的發熱理論第第3章章 電器的電動力理論電器的電動力理論第第4章章 電器的電接觸理論電器的電接觸理論第第5章章 電器的電弧理論電器的電弧理論第第6章章 電器的電磁機構理論電器的電磁機構理論2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計

4、算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結熱源熱源渦流損耗渦流損耗磁滯損耗磁滯損耗電阻（焦耳）損耗電阻（焦耳）損耗電流通過導體產生電流通過導體產生介質損耗介質損耗交流電器導體中產生交流電器導體中產生交流電器鐵磁體中產生交流電器鐵磁體中產生交流電器絕緣體中產生交流電器絕緣體中產生電阻損耗（焦耳損耗）電阻損耗（焦耳損耗）電流通過導體所產生的能量損耗電流通過導體所產生的能量損耗電阻電阻電流電流質量質量2fPRK I P :功率（功率（W） I :電流電流 （A） R :電阻（電阻（W W） Kf : 附加損耗系數附加損

5、耗系數 :電阻率（電阻率（ W Wm ） l :導體長度導體長度 （m） A :導體截面積（導體截面積（m2） J :電流密度（電流密度（A/m2） m : 導體的質量（導體的質量（kg） :密度（密度（kg/m3）lRAIJAmlA2fK J mP電阻率電阻率201+ 0 0 : 導體導體0 C時的電阻率（時的電阻率（W Wm） 、 ：電阻溫度系數：電阻溫度系數 ： 導體的溫度導體的溫度（ C）導體的電阻率與溫度之間的關系導體的電阻率與溫度之間的關系o100 C當溫度當溫度 ，忽略，忽略 的高次項，則的高次項，則fjlKK K Kj :集膚系數集膚系數 Kl :鄰近系數鄰近系數附加損耗系數附

6、加損耗系數01+2r集（趨）膚效應集（趨）膚效應導體內部電流交鏈的磁通不同導體內部電流交鏈的磁通不同12導體外部僅交鏈：導體外部僅交鏈： 2導體內部交鏈：導體內部交鏈： 1 2集（趨）膚效應集（趨）膚效應導體內部電流交鏈的磁通不同導體內部電流交鏈的磁通不同交變磁通產生的反電勢不同交變磁通產生的反電勢不同導體中電流分布不同導體中電流分布不同2r12rrJ(r)0 :電阻率（電阻率（W Wm） f :電流頻率（電流頻率（Hz） m m :磁導率（磁導率（H/m）透入深度透入深度/ 2bfm電流頻率越高，集膚效應越強；電流頻率越高，集膚效應越強；導體材料的導磁率越高，集膚效應越強；導體材料的導磁率越

7、高，集膚效應越強；導體的電阻率越高，集膚效應越弱。導體的電阻率越高，集膚效應越弱。集（趨）膚效應集（趨）膚效應2r12rrJ(r)0集膚系數集膚系數2jAAfKp bpm A :導體截面積（導體截面積（m2） p :導體周長（導體周長（m） b :透入深度（透入深度（m） f :電流頻率（電流頻率（Hz） :電阻率（電阻率（ W Wm ） m m : 磁導率（磁導率（H/m）集膚效應的應用集膚效應的應用電磁場屏蔽電磁場屏蔽空心導線空心導線鋼芯鋁絞線鋼芯鋁絞線表面淬火表面淬火鄰近效應鄰近效應xxJ(x)J(x)ii12電流同向電流同向 1 2 同向同向xxJ(x)J(x)ii12電流反向電流反向

8、 1 2 反向反向在電抗器和變壓器的發熱計算中需要特別注意在電抗器和變壓器的發熱計算中需要特別注意渦流（渦流（eddy current）損耗損耗 d0dBt d0dBt渦流的應用渦流的應用渦流加熱渦流加熱斥力機構斥力機構電動斥力電動斥力磁滯（磁滯（magnetic hysteresis）損耗損耗鐵磁材料在交變磁場的作用下反復磁化時，內部的磁疇鐵磁材料在交變磁場的作用下反復磁化時，內部的磁疇不停地往返倒轉，磁疇之間不停地互相磨擦而消耗能量，不停地往返倒轉，磁疇之間不停地互相磨擦而消耗能量，引起的損耗。引起的損耗。+ Hm- HmHBBr磁滯回線磁滯回線- Hc剩余磁感應強度剩余磁感應強度矯頑力矯

9、頑力介質損耗介質損耗電介質中的帶電質點在電介質中的帶電質點在交變電場交變電場的作用下，往復的移動的作用下，往復的移動和重新排列，而質點來回移動需要克服質點間的相互作和重新排列，而質點來回移動需要克服質點間的相互作用力，即分子之間的內摩擦力，由此造成的能量損耗稱用力，即分子之間的內摩擦力，由此造成的能量損耗稱為介質損耗。為介質損耗。與與電場強度電場強度和和頻率頻率有關有關介質損耗角介質損耗角（tand d）表征介質損耗的大小表征介質損耗的大小:電介質內流電介質內流過的電流向量和電壓向量之間的夾角的余角過的電流向量和電壓向量之間的夾角的余角2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器

10、的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結熱傳遞（熱傳遞（Thermal transportation）高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體傳導傳導Conduction對流對流Convection輻射輻射Radiation熱傳導熱傳導傅里葉定律：傅里葉定律：單位時間內通過物體單位面積的熱量與該單位時間內通過物體單位面積的熱量與該處的溫度梯度成正比。處的溫度梯度成正比。q 1 1 2 2q負號表示熱量的傳遞方負

11、號表示熱量的傳遞方向與溫度梯度相反，即向與溫度梯度相反，即向溫度降低的方向傳遞向溫度降低的方向傳遞 : 能流密度（能流密度（J/(m2/s)） : 熱導率熱導率 （W/(K.m)）q熱導率與材料、溫度等因素有關熱導率與材料、溫度等因素有關銀（銀（418.6） 銅（銅（393.5） 鋁（鋁（211.9）熱對流熱對流僅在僅在流體流體（液體和氣體）中存在，常伴隨著熱傳導（液體和氣體）中存在，常伴隨著熱傳導有有層流層流（Laminar) 和和紊流紊流 (Turbulence) 兩種形式兩種形式對流的方式：對流的方式：自然對流自然對流和和強迫對流強迫對流自然對流換熱公式：自然對流換熱公式：0()dldl

12、PKA Pdl:功率（功率（W）Kdl :對流換熱系數對流換熱系數 （W/(m2.K)） :發熱體表面溫度（發熱體表面溫度（K） 0 0 :流體介質溫度（流體介質溫度（K）A:冷卻表面積冷卻表面積（m2）熱輻射熱輻射由電磁波傳播能量的方式由電磁波傳播能量的方式斯忒藩斯忒藩-玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律2144()fsfPTT Pfs:單位面積的輻射功率（單位面積的輻射功率（W/m2） :斯忒藩斯忒藩-玻爾茲曼系數玻爾茲曼系數 （5.6710-8 W/m2/K4） f:發射率發射率T T2 2:發熱體表面溫度（發熱體表面溫度（K）T T1 1:接收輻射物體的溫度（接收輻射物體的溫度（K）高溫物體高溫

13、物體低溫物體低溫物體傳導傳導Conduction對流對流Convection輻射輻射Radiationq 0()dldlPKA4421()fsfTPT2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結發熱發熱耗熱耗熱導體導體散發散發加熱升溫加熱升溫熱平衡熱平衡導體、鐵磁體導體、鐵磁體絕緣體絕緣體焦耳損耗焦耳損耗渦流、磁滯損耗渦流、磁滯損耗介質損耗介質損耗周

14、圍介質周圍介質設備設備 電器溫度過高的影響電器溫度過高的影響絕緣材料的絕緣材料的絕緣強度絕緣強度明顯下降明顯下降金屬材料的金屬材料的機械強度機械強度顯著降低（顯著降低（長時與短時發熱不同長時與短時發熱不同）加速觸頭材料等的加速觸頭材料等的氧化氧化、發生、發生熔焊熔焊等等溫度溫度 Uj / Uj0瓷的擊穿電壓與溫度的關系瓷的擊穿電壓與溫度的關系銅的機械強度與溫度的關系銅的機械強度與溫度的關系極限允許溫升極限允許溫升(Temperature rise )定義定義電器極限允許溫度與工作環境溫度之差電器極限允許溫度與工作環境溫度之差0我國標準規定周圍空氣的溫度范圍為我國標準規定周圍空氣的溫度范圍為40

15、制定依據制定依據保證電器的絕緣不致因溫度過高而損壞，或使工作壽保證電器的絕緣不致因溫度過高而損壞，或使工作壽命過分降低；命過分降低；導體和結構部分不致因溫度過高而降低其機械性能。導體和結構部分不致因溫度過高而降低其機械性能。2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結工程上工程上常把三種散熱（傳導、對流、輻射）合并考慮，用常把三種散熱（傳導、對流、輻

16、射）合并考慮，用牛牛頓公式頓公式計算計算sTPK A Ps:總散熱功率（總散熱功率（W）A A :有效有效散熱面積散熱面積 （m2） :發熱體發熱體溫升溫升（K） = - 0 （ ：發熱體溫度；發熱體溫度； 0 ：周圍介質溫度周圍介質溫度）K Kt:綜合散熱系數（綜合散熱系數（W/m2/K）電器中電器中線圈線圈的綜合散熱系數公式的綜合散熱系數公式當散熱面積為當散熱面積為A=(1100)10-4m2時時 當散熱面積為當散熱面積為A=(0.010.05) m2時時 340460.001150TKA340230.01150TKA2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3

17、電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結典型發熱部件典型發熱部件導體導體觸頭觸頭線圈線圈裸導體裸導體外包絕緣層的導體外包絕緣層的導體空心線圈空心線圈帶有鐵心的線圈帶有鐵心的線圈外包絕緣層的均勻截面導體外包絕緣層的均勻截面導體裸導體熱導率大裸導體熱導率大表面與內部溫度基本相同表面與內部溫度基本相同絕緣層熱導率小絕緣層熱導率小產生較大溫度降落產生較大溫度降落“場場”問題問題“路路”化化 外包絕緣層的均勻截面導體外包絕緣層

18、的均勻截面導體單位時間傳導的熱量？單位時間傳導的熱量？傅里葉定律傅里葉定律q 負號表示熱量的傳遞方負號表示熱量的傳遞方向與溫度梯度相反，即向與溫度梯度相反，即向溫度降低的方向傳遞向溫度降低的方向傳遞 : 能流密度（能流密度（J/m2/s)） : 熱導率熱導率 （W/K/m）q平板厚度平板厚度:l截面積：截面積：A熱導率：熱導率： 溫度差：溫度差： 1 1 2 2 Al 1 2“場場”問題問題“路路”化化 外包絕緣層的均勻截面導體外包絕緣層的均勻截面導體單位時間單位時間傳導的熱量？傳導的熱量？PqAl熱阻：熱阻：1TlRAq 平板厚度平板厚度:l截面積：截面積：A熱導率：熱導率： 溫度差：溫度差

19、： 1 1 2 2PAl1PlATPR Al“場場”問題問題“路路”化化 外包絕緣層的均勻截面導體外包絕緣層的均勻截面導體歐姆定律歐姆定律k kUAl導體長度導體長度:l截面積：截面積：A電導率：電導率：k k電位差：電位差：U1NUUIlRAk電阻：電阻：1NlRAk“場場”問題問題“路路”化化 外包絕緣層的均勻截面導體外包絕緣層的均勻截面導體電路和熱路的對應關系電路和熱路的對應關系熱導率：熱導率： 電導率：電導率：k k 熱阻：熱阻： 電阻：電阻：溫度差：溫度差： 電位差：電位差：U熱流：熱流：P電流：電流：I 熱路熱路電路電路1NlRAk1TlRAk kUAl Al外包絕緣層的均勻截面導

20、體外包絕緣層的均勻截面導體TPR在一定的在一定的P 作用下，若已知作用下，若已知RT，則可計算則可計算 單位長度導體絕緣層的熱阻單位長度導體絕緣層的熱阻1TlRA2112rrdrr211ln2rr211ln2rPr1111ln2niTiiirRr n層絕緣層層絕緣層? 空心線圈空心線圈對細高線圈對細高線圈忽略兩端散熱忽略兩端散熱只考慮徑向的傳熱和散熱只考慮徑向的傳熱和散熱線圈內、外表面溫升較低線圈內、外表面溫升較低內部內部某一處某一處溫升最高溫升最高空心線圈空心線圈P0:線圈線圈單位體積單位體積產生的功率（產生的功率（W/m3） :線圈的熱導率（線圈的熱導率（W/K/m）熱平衡關系熱平衡關系2

21、022ddmrrlprrl:mrr202d2dmrrlprrl:mrrq : 能流密度（能流密度（J/m2/s)） : 熱導率熱導率 （W/K/m）q空心線圈空心線圈:mrr202dd2mrrlprrl :mrr2022ddmrrlprlr20d2dnnmmrmrrprrr20d2dwwmmrrmrprrr 空心線圈空心線圈20d2dwwmmrrmrprrr 20d2dnnmmrmrrprrr2220ln22wmwmwmmprrrrr2220ln22mmnmnmnprrrrr空心線圈空心線圈2220ln22wmmwwmmprrrrr2220ln22mmmmnnnprrrrr(1)(2)未知量未

22、知量1: w2: n3: m4:rm最關心哪個量最關心哪個量? 空心線圈空心線圈在線圈表面的熱平衡關系在線圈表面的熱平衡關系:nrr:wrr2202wwTwmwpKrrr(3)2202nmTnnnpKrrr(4)sTPK A2220ln22wmmwwmmprrrrr2220ln22mmmmnnnprrrrr(1)(2)空心線圈空心線圈2202wwTwmwprr Kr2202nmnnTnpKrrr(3)(4)空心線圈空心線圈2220ln22wmmwwmmprrrrr2220ln22mmmmnnnprrrrr(1)(2)(1)(2)2220ln22wnwnwmnprrrrr(5)空心線圈空心線圈(

23、3)(4)2202wmwTwwprrr K2202mnnTnnprrr K(3)(4)2202wnwTwwnTnnprrr Kr K2202wTwnwnwTnnnTnpr KrrKr K(6)2220ln22wnnwwnmprrrrr(5)空心線圈空心線圈2202wTwwnTnnnTnnwpr KrrKr K(6)(6)(5)2222020ln222wnwnwnTnTnnnwTwnTwmnprrprrrr KKrr Kr Kr(7)空心線圈空心線圈2222020ln222wnwnwnTnTnnnwTwnTwmnprrprrrr KKrr Kr Kr(7)2202wwTwmwprr Kr(3)(

24、7)(3)2212111lnwnwnTwTnmwTw wTn nnrrrrKKrrK rK rr變截面導體變截面導體導體常會因需要而設置變截面，如熔斷器的熔片等。導體常會因需要而設置變截面，如熔斷器的熔片等。中間收細的變截面導體模型中間收細的變截面導體模型變截面導體變截面導體粗截面部分長度無限延伸粗截面部分長度無限延伸忽略徑向溫度變化忽略徑向溫度變化只考慮軸向溫度分布只考慮軸向溫度分布收細部分很短收細部分很短可假定為等溫體可假定為等溫體dx變截面導體變截面導體研究粗導體中離原點（截面過渡處）研究粗導體中離原點（截面過渡處）x 處、厚為處、厚為dx 薄層薄層的的熱平衡熱平衡。dx dxPdxPd

25、kPdgPdPg:dx 薄層導體的發熱功率（薄層導體的發熱功率（W）dPx :傳入傳入dx 薄層的功率（薄層的功率（W）dPx+dx : 傳出傳出dx 薄層的功率（薄層的功率（W）dPk :由由dx 薄層側表面散失的的功率（薄層側表面散失的的功率（W）變截面導體變截面導體dxPdx dxPdkPdgPdxxxddPAdxx dxx dxddPAdx 222/qIAJq:單位體積的功率損耗（單位體積的功率損耗（W/m3） :電阻率（電阻率（W.W.m）J:電流密度（電流密度（A/A/m2 2）ddgPqA xddktPK pxp:側表面側表面單位長度單位長度的散熱面積，即截面周長（的散熱面積，即

26、截面周長（m）變截面導體變截面導體dxPdx dxPdkPdgPdx熱平衡熱平衡流入熱功率流入熱功率+導體發熱功率導體發熱功率=傳出熱功率傳出熱功率+側表面散熱側表面散熱xgxdxkdPdPdPdP變截面導體變截面導體xxddPAdxx dxx dxddPAdx ddgPqA xddktPK pxxgxdxkdPdPdPdP解解wmxwe m: x=0 處的溫升處的溫升 w: x= 處的穩定溫升處的穩定溫升 2wTTqAIK pK pATaK pA222/qIAJ? 變截面導體變截面導體細導體（等溫體）的熱平衡細導體（等溫體）的熱平衡導體發熱功率導體發熱功率= 傳出熱功率傳出熱功率+ 側表面散

27、熱側表面散熱11 11 1d2dTmq AlK plAx d()dmwAAxxwmwe變截面導體變截面導體11 11 12()Tmmwq AlK p lA11 11 122wmTq Ala Aa AK p l 解解變截面導體變截面導體wmxwe11 11 122wmTq Ala Aa AK p l TaK pA軸向溫升分布為一指數曲線軸向溫升分布為一指數曲線收細處溫升最高收細處溫升最高遠處與均勻導體溫升相等遠處與均勻導體溫升相等2wTTqAIK pK pA變截面導體變截面導體階梯形變截面導體階梯形變截面導體: 分別對粗、細導體列熱平衡方程，求分別對粗、細導體列熱平衡方程，求解可得軸向溫升分布解

28、可得軸向溫升分布2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結電器有四種電器有四種工作制工作制長期長期工作制工作制八小時八小時工作制工作制短時短時工作制工作制反復短時反復短時工作制工作制 根據根據熱平衡熱平衡原理原理 TPdtK A dtcmddt 時間內的時間內的總發熱量總發熱量dt:時間間隔（時間間隔（s） P:總發熱功率（總發熱功率（W）K Kt

29、:綜合散熱系數（綜合散熱系數（W/m2/K）A A :有效散熱面積有效散熱面積 （m2） :發熱體發熱體溫升溫升（K） = - 0 （ ：發熱體溫度；發熱體溫度； 0 ：周圍介質溫度）周圍介質溫度）c:比熱（比熱（J/kg/K）m:質量（質量（kg）d :溫升變化量（溫升變化量（K）dt 時間內的時間內的總散熱量總散熱量dt 時間內的時間內的溫度升高溫度升高d 時所吸收的熱量時所吸收的熱量發熱發熱散熱散熱升溫升溫 長期工作制長期工作制工作時間通常工作時間通常 8小時小時dddTP tK AtcmddTTtcmPK AK A一階常系數線性微分方程一階常系數線性微分方程:TPK At d0wtPK

30、 A w:電器經過無限長時間后的電器經過無限長時間后的穩定溫升穩定溫升（K）TcmK ATT T:電器的熱時間常數（電器的熱時間常數（s） 長期工作制長期工作制ddTTtcmPK AK AwtPK ATcmTK AddwTt 長期工作制長期工作制ddwTt00wtt 01t Tt Twee w:電器經過無限長時間后的電器經過無限長時間后的穩定溫升穩定溫升（K） 0:電器開始通電時的電器開始通電時的起始溫升起始溫升（K） 長期工作制長期工作制01t Tt Twee000.632()w0w01t Tt Twee 0=0時時1t Twe 長期工作制長期工作制00w 長期工作制長期工作制1t Twe0

31、.632w0.98w接近穩定溫升接近穩定溫升 長期工作制長期工作制若發熱全被吸收，散熱為零，即若發熱全被吸收，散熱為零，即絕熱過程絕熱過程dddTP tK Atcmd0TK AtddPtcmt =T 時時PTcmttPcmPcmK AK Aw00w 長期工作制絕熱情況長期工作制絕熱情況絕熱溫升曲線絕熱溫升曲線絕熱條件下絕熱條件下 達到達到 w 所需時間恰好為所需時間恰好為T01T2T3T4T5Tt00w01T2T3T4T5Tt00w 熱時間常數熱時間常數T 的物理意義的物理意義 電器在絕熱條件下溫升達到電器在絕熱條件下溫升達到 w 所需的時間所需的時間T01T2T3T4T5Tt00w01T2T

32、3T4T5Tt00w 熱時間常數熱時間常數T 的物理意義的物理意義 電器在絕熱條件下溫升達到電器在絕熱條件下溫升達到 w 所需的時間所需的時間0.632w在非絕熱情況下，溫升從零上升到在非絕熱情況下，溫升從零上升到0.632 w所需的時間所需的時間 熱時間常數熱時間常數T 的物理意義的物理意義wtPK AwtPK A電器的穩定溫升與初始溫升無關電器的穩定溫升與初始溫升無關熱時間常數表征溫升上升的快慢熱時間常數表征溫升上升的快慢01T2T3T4T5Tt00w01T2T3T4T5Tt00w0.632w 000.632()w0w01T2T3T4T5Tt00w01T2T3T4T5Tt00w發熱曲線發熱

33、曲線已知發熱曲線，求熱時間常數已知發熱曲線，求熱時間常數T 的作圖法的作圖法如果真是絕熱情況，發熱過程會怎樣？如果真是絕熱情況，發熱過程會怎樣？? 切線切線T00w電器的電器的熱慣性熱慣性溫升不能隨時間瞬時變化的現象稱為電器的溫升不能隨時間瞬時變化的現象稱為電器的熱慣性熱慣性熱時間常數熱時間常數T 是代表熱慣性大小的主要參量是代表熱慣性大小的主要參量TcmTK A比熱比熱 c 和質量和質量 m 越大，則時間常數越大越大，則時間常數越大綜合散熱系數綜合散熱系數 Kt 和散熱面積和散熱面積 A 越小，則時間常數越大越小，則時間常數越大 長期工作制長期工作制切斷電源，溫升下降，則熱平衡方程變為切斷電

34、源，溫升下降，則熱平衡方程變為冷卻方程冷卻方程dddTP tK Atcmd0P t dd0TK Atcmwt Te解解 發熱曲線發熱曲線冷卻曲線冷卻曲線冷卻曲線是發熱曲線的冷卻曲線是發熱曲線的鏡像鏡像發熱曲線發熱曲線冷卻曲線冷卻曲線 長期工作制長期工作制通電或斷電時間超過通電或斷電時間超過4T 時，電器的熱過程已基本達到穩定。時，電器的熱過程已基本達到穩定。通電（或斷電）時間超過通電（或斷電）時間超過4T，即可按長期工作制考慮，不必即可按長期工作制考慮，不必要求工作時間大于要求工作時間大于8小時小時。長期工作制下發熱計算公式長期工作制下發熱計算公式TwPK A,wTPtKA 短時工作制短時工作

35、制工作時間工作時間 Pc）只要溫升不超過長期通電時的穩定溫升即可只要溫升不超過長期通電時的穩定溫升即可t短時通電時間短時通電時間dwcwdcPdP00w? tdwcwdcPdP 短時工作制短時工作制使短時發熱的溫升使短時發熱的溫升 d 小于長時發熱的穩定溫升小于長時發熱的穩定溫升 wc1t Tdwdwce d:對應于短時通電時間對應于短時通電時間t 末的短時溫升末的短時溫升 wd:對應于短時工作功率對應于短時工作功率Pd下的電器穩定溫升下的電器穩定溫升 wc:對應于長期工作功率對應于長期工作功率Pc下的電器穩定溫升下的電器穩定溫升 短時工作制短時工作制wdwc使短時發熱的溫升使短時發熱的溫升

36、d 小于長時發熱的穩定溫升小于長時發熱的穩定溫升 wcdpcPpPdipcIppI1t Tdwdwce功率過載系數功率過載系數電流過載系數電流過載系數TwPK A11t Te 短時工作制短時工作制若短時工作時間遠小于熱時間常數若短時工作時間遠小于熱時間常數 （t T ）11dwdpt TcwcPpPedipcIppI/1.t TteT pTptiTpt過載能力過載能力與熱時間常數成正比與熱時間常數成正比與工作時間成反比與工作時間成反比 反復短時工作制反復短時工作制通電斷電交替循環，通電和斷電時間均通電斷電交替循環，通電和斷電時間均4T1122kkt1 1:通電時間通電時間t2 2:斷電時間斷電

37、時間t:工作周期（工作周期（t = t1+ t2）? 反復短時工作制反復短時工作制Pf:反復短時工作的功率反復短時工作的功率 wf:功率功率Pf 對應的對應的穩定溫升穩定溫升01t Twt Tee1122kk 0w 反復短時工作制反復短時工作制Pf:反復短時工作的功率反復短時工作的功率 wf:功率功率Pf 對應的對應的穩定溫升穩定溫升wt Te1122kk發熱曲線發熱曲線冷卻曲線冷卻曲線 反復短時工作制反復短時工作制Pf:反復短時工作的功率反復短時工作的功率 wf:功率功率Pf 對應的對應的穩定溫升穩定溫升第第1個周期個周期1/1(1)tTwfe升溫：升溫：212/11(1)tTtTtTwfe

38、ee降溫：降溫：1122kk01t Twt Teewt Te 反復短時工作制反復短時工作制第第1個周期個周期1/1(1)tTwfe升溫：升溫：12/1(1)tTtTwfee降溫：降溫：第第2個周期個周期11/21(1)tTtTwfee升溫：升溫：2/22tTe降溫：降溫：1112/()/(1)(1)tTtTttTwfwfeee112/()/(1) 1tTttTwfee1122kk01t Twt Teewt Te 反復短時工作制反復短時工作制第第2個周期個周期112/()/2(1) 1tTttTwfee升溫：升溫：2/22tTe降溫：降溫：第第k個周期個周期1121212/()/2()/(1)(

39、)/(1) 1tTttTttTkttTkwfeeee升溫：升溫：2/tTkke降溫：降溫：12112()/()/1(1)1k ttTtTwfttTeee 反復短時工作制反復短時工作制第第k個周期個周期12112()/()/1(1)1k ttTt TkwfttTeee升溫：升溫：2/tTkke降溫：降溫：功率過載系數功率過載系數wtPK A第第k個周期的溫升個周期的溫升 k長期工作長期工作Pc 對應的穩定溫升對應的穩定溫升 wc=fwfwfpcwckPPP12112()/()/1111ttTtTk ttTeee1122kk? 反復短時工作制反復短時工作制功率過載系數功率過載系數12112()/(

40、)/1111ttTptTk ttTePee若若t T，且且 k 11 (1)11 01 (1)ptTPtT11T tt Ttt電流過載系數電流過載系數1/ipPPt t 反復短時工作制反復短時工作制功率過載系數功率過載系數電流過載系數電流過載系數1ptPt1/iPt t電器標準中通常用電器標準中通常用通電持續率通電持續率TD%表示反復短時工作制表示反復短時工作制的的繁重程度繁重程度1TD%tt功率過載系數功率過載系數電流過載系數電流過載系數1/(TD%)pP 1/(TD%)iP 2-1 電器的發熱現象電器的發熱現象2-2 電器的散熱電器的散熱2-3 電器的允許溫升電器的允許溫升2-4 電器的穩

41、定溫升計算電器的穩定溫升計算2-5 典型電器的溫升計算典型電器的溫升計算2-6 不同工作制下電器的溫升不同工作制下電器的溫升2-7 電器的熱穩定性電器的熱穩定性2-9 小結小結電器的熱穩定性電器的熱穩定性在一定時間內，電器承受在一定時間內，電器承受短路電流短路電流引起的熱作用而不至損傷引起的熱作用而不至損傷電器的能力電器的能力 短路電流通過導體時發熱的特點短路電流通過導體時發熱的特點時間短（如：短路時間時間短（如：短路時間 tk0.005T）可按可按絕熱絕熱(adiabatic)條件對待條件對待導體允許溫度高（如：銅導體為導體允許溫度高（如：銅導體為300）需考慮電阻率隨溫度的變化需考慮電阻率隨溫度的變化短路時導體的熱計算短路時導體的熱計算201ddfklK Itc AlA絕熱：絕熱：焦耳發熱全部用于升