電器的發(fā)熱

1、第一章 電器的發(fā)熱,第一節(jié) 發(fā)熱的基本規(guī)律,一、散熱,1、一杯開(kāi)水，溫度100℃，冬天冷卻得快，還是夏天冷卻得快？冷卻速度多少區(qū)別？如何衡量？,固定半衰期,一、散熱,1、一杯開(kāi)水（環(huán)境溫度 0℃）,表達(dá)式？,規(guī)律？,等比,指數(shù),一、散熱,1、一杯開(kāi)水（環(huán)境溫度 20℃）,表達(dá)式？,一、散熱,2、散熱速度（溫度變化率）與溫升,成正比,3、等比、指數(shù)、正比 數(shù)學(xué)意義、例子,3、等比、指數(shù)、正比的例子,RC放電問(wèn)題

2、電容電壓 電量的變化率（電流）,散熱問(wèn)題 溫升 散熱速度,此外，放射性元素的衰變 折舊 利滾利的利息,二、加熱,1、規(guī)律,2、穩(wěn)定,3、例如：電烙鐵，220V，穩(wěn)定溫升300℃110V，穩(wěn)定溫升?如果溫升從50℃到175℃，耗時(shí)1分鐘。那么，溫升從200℃到250℃，需要幾分鐘？溫升從0℃開(kāi)始，2分鐘溫升多少？畫(huà)出 110V的溫升曲線,第二章 電器的發(fā)熱,第二

3、節(jié) 發(fā)熱的危害及熱源,1、金屬：,2、電接觸：,3、絕緣材料：,第二節(jié) 發(fā)熱的危害,機(jī)械強(qiáng)度下降,軟化,極限溫度：鋼400℃，銅300℃，鋁200℃,加速接觸面的化學(xué)反應(yīng),絕緣電阻按指數(shù)規(guī)律下降,極限溫度：棉、絲、紙90℃，浸漬后105℃ 有機(jī)膜120℃,4、 ......,我國(guó)規(guī)定統(tǒng)一的環(huán)境溫度為,第二節(jié) 發(fā)熱的危害,35℃,溫升,1、導(dǎo)體：,2、導(dǎo)磁體：,3、絕緣材料：,第二節(jié) 電器的基本熱源

4、,能量損耗，或焦耳熱，也叫銅損,也叫鐵損，包括兩部分,電介質(zhì)損耗，高頻高壓,4、接觸摩擦、碰撞、電弧 ......,電阻增加：溫度及兩個(gè)效應(yīng),第二章 電器的發(fā)熱,第三節(jié) 散熱與綜合散熱系數(shù),散熱的三種形式：,金屬導(dǎo)電性越好，導(dǎo)熱性就越好？為什么？,一、傳導(dǎo),第三節(jié) 散熱與綜合散熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù) λ： W/(m.K) 教材P11 銀425，銅390，鋁210，硅膠0.6,例子？,例：戶外防水電源(IP67)，鋁

5、殼，灌硅膠，厚2cm，輸入功率100W，效率88%，散熱面積400cm2 。 (1)發(fā)熱功率？ (2)內(nèi)部與表面的溫差？ (3)效率提高到94%，97%呢？硅膠導(dǎo)熱系數(shù)0.4-0.9,解：(1)發(fā)熱功率為12W(2)內(nèi)外的溫差 ?θ=PD/(λS)=12*0.02/(0.6*0.04)=10K,二、對(duì)流,三、輻射,一、傳導(dǎo),第三節(jié) 散熱與綜合散熱系數(shù),例子？,例子？,散熱器葉片的空氣、變壓器油,輻射與溫度的4次方成正比，

6、電器零部件的溫度只有幾百K，輻射可以忽略不計(jì)。電弧的溫度達(dá)到6000K，輻射明顯不能忽略。,與周圍介質(zhì)溫差1K，單位面積散發(fā)的熱功率,四、綜合散熱系數(shù)KT,第三節(jié) 散熱與綜合散熱系數(shù),單位：W/(m2.K),例：戶外鋁殼防水電源，輸入功率100W，效率90%，散熱面積400cm2 ，穩(wěn)定溫升10K。 (1)綜合散熱系數(shù) (2)效率提高到95%，穩(wěn)定溫升？,教材P12，典型的綜合散熱系數(shù)的值,如何測(cè)定熱水器或保溫瓶的綜合散熱

7、系數(shù)？,第二章 電器的發(fā)熱,第四節(jié) 發(fā)熱計(jì)算與牛頓公式,1、始終遵循指數(shù)衰減規(guī)律,熱平衡方程(微分方程)決定的：Pdt = cmdτ + KTAτdt其解為P14，式1-27加熱和散熱分別：,第四節(jié) 發(fā)熱計(jì)算與牛頓公式,2、穩(wěn)定溫升,牛頓公式,起始→終止，指數(shù)衰減發(fā)熱時(shí)間常數(shù),3、例子,開(kāi)關(guān)柜中垂直安放的鋁母線尺寸為80×6mm2，表面涂漆，允許極限溫度85℃，散熱系數(shù)KT為12.5W/(m2·℃)，電

8、阻率ρ＝3.75×10-8Ω·m。求該鋁母線最大長(zhǎng)期允許直流電流。解：直流電流，單母線，不考慮集膚和鄰近效應(yīng)P = KTAτ =12.5*(80+6)/1000*2*(85-35)= 107.5(W)R = ρl/s = 3.75×10-8*1/(80×6*10-6) = 78.125(uΩ)I = sqrt(P/R)=1173(A),第四節(jié) 發(fā)熱計(jì)算與牛頓公式,作業(yè)：,目的：

9、 研究電器發(fā)熱功率與穩(wěn)定溫升的關(guān)系 研究電器加熱和冷卻過(guò)程溫升的變化關(guān)系儀器： 電烙鐵、測(cè)溫儀、調(diào)壓器、電壓電流表內(nèi)容：1、發(fā)熱功率與穩(wěn)定溫升的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)一 電器發(fā)熱研究,內(nèi)容：1、發(fā)熱功率與穩(wěn)定溫升的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)一 電器發(fā)熱研究,2、冷卻過(guò)程溫升的變化 加熱到穩(wěn)定溫升（220V），切斷電源，每30秒記錄溫升，描繪溫升曲線。3、加熱過(guò)程溫升的變化 常溫下，加工作

10、電壓220V，每30秒記錄溫升，描繪溫升曲線。4、計(jì)算電絡(luò)鐵的綜合散熱系數(shù)5、思考題：如何使電絡(luò)鐵的工作溫度穩(wěn)定在240℃？ 調(diào)電壓、導(dǎo)通角、 通電持續(xù)率、 面積（雙金）、恒溫架,開(kāi)關(guān)柜中垂直安放的鋁母線尺寸為80×6mm2，表面涂漆，允許極限溫度85℃，散熱系數(shù)KT為12.5W/(m2

11、83;℃)，電阻率ρ＝3.75×10-8Ω·m。求該鋁母線最大長(zhǎng)期允許直流電流。解：P = KTAτ =12.5*(80+6)/1000*2*(85-35)= 107.5(W)R = ρl/s = 3.75×10-8*1/(80×6*10-6) = 78.125(uΩ)I = sqrt(P/R)=1173(A),若母線每次只通電6秒，問(wèn)該工作制下最大允許電流。（發(fā)熱時(shí)間常數(shù)600秒）若

12、母線每次通電工作6秒，間斷48秒，問(wèn)該工作制下最大允許直流電流。,第五節(jié) 工作制與發(fā)熱計(jì)算,開(kāi)關(guān)柜中的鋁母線尺寸最大長(zhǎng)期允許直流電流1200A，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)600秒，達(dá)到穩(wěn)定溫升大約需要30-50分鐘。,若母線每次只通電6秒，問(wèn)該工作制下最大允許電流。若母線每次通電6秒，間斷48秒，問(wèn)該工作制下最大允許電流。,第五節(jié) 工作制與發(fā)熱計(jì)算,,(1)大允許電流 I’，P’；最大長(zhǎng)期允許電流 I，P；工作時(shí)間t1,短時(shí)工作制,,(2)

13、工作時(shí)間t1，間斷時(shí)間t2，最大溫升τmax，最小溫升τmin,反復(fù)工作制斷續(xù)工作制,八小時(shí)不間斷短時(shí)斷續(xù)（反復(fù)）,第五節(jié) 工作制與發(fā)熱計(jì)算,有哪幾種工作制？有何特征？如何計(jì)算發(fā)熱？,},長(zhǎng)期,t1 >> 4Τt1 > 4Τt1 < 4Τ，t2 < 4Τ,},過(guò)載系數(shù),八小時(shí)不間斷短時(shí)斷續(xù)（反復(fù)）,第五節(jié) 工作制與發(fā)熱計(jì)算,有哪幾種工作制？有何特征？如何計(jì)算發(fā)熱？,},長(zhǎng)期,{,

14、{,負(fù)載因數(shù)通電持續(xù)率,第五節(jié) 工作制與發(fā)熱計(jì)算,例：開(kāi)關(guān)柜中垂直安故的鋁母線尺寸為80×6mm2，最大長(zhǎng)期允許直流電流為1200A。已知鋁母線的散熱系數(shù)KT為12.5W/(m2·℃) ， 鋁的電阻率ρ＝3.75×10-8Ω·m ，鋁的密度2.7×103kg/m3，鋁的比熱容0.88×103 J/(kg℃)。(1)求該鋁母線的熱時(shí)間常數(shù)。(2)若鋁母線通電4秒

15、，間斷60秒，問(wèn)該工作制下最大允許直流電流。,解：(1) T = cm/(KTA)= 0.88*10^3*80*6*10^-6*2.7*10^3/(12.5*86*10^-3*2)= 530(秒)(2) ni = sqrt((4+60)/4) = 4 I = 1200*4 = 4800(A),作業(yè),第二章 電器的發(fā)熱,第六節(jié) 短路發(fā)熱過(guò)程與熱穩(wěn)定性,1、短路的發(fā)熱特點(diǎn) 短路電流遠(yuǎn)大于額定電流，1

16、0倍以上 短路故障保護(hù)，0.5秒，1秒、2秒，5秒，10秒 視為絕熱過(guò)程，熱穩(wěn)定性(導(dǎo)線/熔絲),第六節(jié) 短路發(fā)熱過(guò)程與熱穩(wěn)定性,2、短路的熱穩(wěn)定性,圖解法,第六節(jié) 短路發(fā)熱過(guò)程與熱穩(wěn)定性,第六節(jié) 短路發(fā)熱過(guò)程與熱穩(wěn)定性,例： 某變電站低壓側(cè)的短路電流I∞=21.4kA，鋁母線截面積A=60*6mm2。短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.6秒，斷路器分?jǐn)鄷r(shí)間為0.1秒。母線正常工作溫度θ0 =55℃。試校核其熱穩(wěn)定性。,

17、解： θ0 =55℃，根據(jù)[A]值曲線，得[A0]=0.45*104A2s/mm4[Asc]= [A0] + (I∞/A)2*tsc = 0.45*104 + (21400/360)2*(0.6+0.1+0.05)=0.715 *104 (A2s/mm4)根據(jù)[A]值曲線， θSC =100℃，小于允許的溫度200℃，因此，該鋁母線的熱穩(wěn)定性合格。,第六節(jié) 短路發(fā)熱過(guò)程與熱穩(wěn)定性,短路的熱穩(wěn)定性的經(jīng)驗(yàn)值短路狀態(tài)下（絕熱

18、）允許的電流密度經(jīng)驗(yàn)值（kA/cm2）,小結(jié),1、電器發(fā)熱的危害 電器發(fā)熱的利用2、我國(guó)規(guī)定環(huán)境溫度3、發(fā)熱計(jì)算為什么用溫升4、電器的熱源5、發(fā)熱規(guī)律（熱平衡）6、發(fā)熱規(guī)律（過(guò)程）7、導(dǎo)熱系數(shù)8、導(dǎo)熱系數(shù)越大，溫差越大還是越小？ 熱阻率、熱阻、熱壓、熱流9、綜合散熱系數(shù)10、穩(wěn)定溫升（牛頓）,小結(jié),11、加熱過(guò)程的溫度變化（從環(huán)境溫度開(kāi)始）12、加熱過(guò)程的溫度變化（從某溫升開(kāi)始）13、冷卻