电器的发热.pptx

第一章 电器的发热,第一节 发热的基本规律,一、散热,1、一杯开水，温度100，冬天冷却得快，还是夏天冷却得快？ 冷却速度多少区别？如何衡量？,固定半衰期,一、散热,1、一杯开水（环境温度 0）,表达式？,规律？,等比,指数,一、散热,1、一杯开水（环境温度 20）,表达式？,一、散热,2、散热速度（温度变化率）与温升,成正比,3、等比、指数、正比 数学意义、例子,3、等比、指数、正比的例子,RC放电问题 电容电压 电量的变化率（电流）,散热问题 温升 散热速度,此外，放射性元素的衰变 折旧 利滚利的利息,二、加热,1、规律,2、稳定,3、例如：电烙铁，220V，稳定温升300 110V，稳定温升? 如果温升从50到175，耗时1分钟。那么，温升从200到250，需要几分钟？温升从0开始，2分钟温升多少？ 画出 110V的温升曲线,第二章 电器的发热,第二节 发热的危害及热源,1、金属：,2、电接触：,3、绝缘材料：,第二节 发热的危害,机械强度下降,软化,极限温度：钢400，铜300，铝200,加速接触面的化学反应,绝缘电阻按指数规律下降,极限温度：棉、丝、纸90，浸渍后105 有机膜120,4、 ,我国规定统一的环境温度为,第二节 发热的危害,35,温升,1、导体：,2、导磁体：,3、绝缘材料：,第二节 电器的基本热源,能量损耗，或焦耳热，也叫铜损,也叫铁损，包括两部分,电介质损耗，高频高压,4、接触摩擦、碰撞、电弧 ,电阻增加：温度及两个效应,第二章 电器的发热,第三节 散热与综合散热系数,散热的三种形式：,金属导电性越好，导热性就越好？为什么？,一、传导,第三节 散热与综合散热系数,导热系数 ： W/(m.K) 教材P11 银425，铜390，铝210，硅胶0.6,例子？,例：户外防水电源(IP67)，铝壳，灌硅胶，厚2cm，输入功率100W，效率88%，散热面积400cm2 。 (1)发热功率？ (2)内部与表面的温差？ (3)效率提高到94%，97%呢？硅胶导热系数0.4-0.9,解：(1)发热功率为12W (2)内外的温差 =PD/(S)=12*0.02/(0.6*0.04)=10K,二、对流,三、辐射,一、传导,第三节 散热与综合散热系数,例子？,例子？,散热器叶片的空气、变压器油,辐射与温度的4次方成正比，电器零部件的温度 只有几百K，辐射可以忽略不计。电弧的温度达到 6000K，辐射明显不能忽略。,与周围介质温差1K，单位面积散发的热功率,四、综合散热系数KT,第三节 散热与综合散热系数,单位：W/(m2.K),例：户外铝壳防水电源，输入功率100W，效率90%，散热面积400cm2 ，稳定温升10K。 (1)综合散热系数 (2)效率提高到95%，稳定温升？,教材P12，典型的综合散热系数的值,如何测定热水器或保温瓶的综合散热系数？,第二章 电器的发热,第四节 发热计算与牛顿公式,1、始终遵循指数衰减规律,热平衡方程(微分方程)决定的： Pdt = cmd + KTAdt 其解为P14，式1-27 加热和散热分别：,第四节 发热计算与牛顿公式,2、稳定温升,牛顿公式,起始终止，指数衰减 发热时间常数,3、例子,开关柜中垂直安放的铝母线尺寸为806mm2，表面涂漆，允许极限温度85，散热系数KT为12.5W/(m2)，电阻率3.7510-8m。 求该铝母线最大长期允许直流电流。 解：直流电流，单母线，不考虑集肤和邻近效应 P = KTA =12.5*(80+6)/1000*2*(85-35)= 107.5(W) R = l/s = 3.7510-8*1/(806*10-6) = 78.125(u) I = sqrt(P/R)=1173(A),第四节 发热计算与牛顿公式,作业：,目的： 研究电器发热功率与稳定温升的关系 研究电器加热和冷却过程温升的变化关系 仪器： 电烙铁、测温仪、调压器、电压电流表 内容： 1、发热功率与稳定温升的关系,实验一 电器发热研究,内容： 1、发热功率与稳定温升的关系,实验一 电器发热研究,2、冷却过程温升的变化 加热到稳定温升（220V），切断电源，每30秒记录温升，描绘温升曲线。 3、加热过程温升的变化 常温下，加工作电压220V，每30秒记录温升，描绘温升曲线。 4、计算电络铁的综合散热系数 5、思考题：如何使电络铁的工作温度稳定在240？ 调电压、导通角、 通电持续率、 面积（双金）、恒温架,开关柜中垂直安放的铝母线尺寸为806mm2，表面涂漆，允许极限温度85，散热系数KT为12.5W/(m2)，电阻率3.7510-8m。 求该铝母线最大长期允许直流电流。 解： P = KTA =12.5*(80+6)/1000*2*(85-35)= 107.5(W) R = l/s = 3.7510-8*1/(806*10-6) = 78.125(u) I = sqrt(P/R)=1173(A),若母线每次只通电6秒，问该工作制下最大允许电流。（发热时间常数600秒） 若母线每次通电工作6秒，间断48秒，问该工作制下最大允许直流电流。,第五节 工作制与发热计算,开关柜中的铝母线尺寸最大长期允许直流电流1200A，发热时间常数600秒，达到稳定温升大约需要30-50分钟。,若母线每次只通电6秒，问该工作制下最大允许电流。 若母线每次通电6秒，间断48秒，问该工作制下最大允许电流。,第五节 工作制与发热计算,(1)大允许电流 I，P；最大长期允许电流 I，P；工作时间t1,短时工作制,(2) 工作时间t1，间断时间t2，最大温升max，最小温升min,反复工作制 断续工作制,八小时 不间断 短时 断续（反复）,第五节 工作制与发热计算,有哪几种工作制？有何特征？如何计算发热？,长期,t1 4 t1 4 t1 4，t2 4,过载系数,八小时 不间断 短时 断续（反复）,第五节 工作制与发热计算,有哪几种工作制？有何特征？如何计算发热？,长期,负载因数 通电持续率,第五节 工作制与发热计算,例：开关柜中垂直安故的铝母线尺寸为806mm2，最大长期允许直流电流为1200A。已知铝母线的散热系数KT为12.5W/(m2) ， 铝的电阻率3.7510-8m ，铝的密度2.7103kg/m3，铝的比热容0.88103 J/(kg)。 (1)求该铝母线的热时间常数。 (2)若铝母线通电4秒，间断60秒，问该工作制下最大允许直流电流。,解： (1) T = cm/(KTA) = 0.88*103*80*6*10-6*2.7*103/(12.5*86*10-3*2) = 530(秒) (2) ni = sqrt(4+60)/4) = 4 I = 1200*4 = 4800(A),作业,第二章 电器的发热,第六节 短路发热过程与热稳定性,1、短路的发热特点 短路电流远大于额定电流，10倍以上 短路故障保护，0.5秒，1秒、2秒，5秒，10秒 视为绝热过程，热稳定性(导线/熔丝),第六节 短路发热过程与热稳定性,2、短路的热稳定性,图解法,第六节 短路发热过程与热稳定性,第六节 短路发热过程与热稳定性,例： 某变电站低压侧的短路电流I=21.4kA，铝母线截面积A=60*6mm2。短路保护动作时间为0.6秒，断路器分断时间为0.1秒。母线正常工作温度0 =55。试校核其热稳定性。,解： 0 =55，根据A值曲线，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) 根据A值曲线， SC =100，小于允许的温度200， 因此，该铝母线的热稳定性合格。,第六节 短路发热过程与热稳定性,短路的热稳定性的经验值 短路状态下（绝热）允许的电流密度经验值（kA/cm2）,小结,1、电器发热的危害 电器发热的利用 2、我国规定环境温度 3、发热计算为什么用温升 4、电器的热源 5、发热规律（热平衡） 6、发热规律（过程） 7、导热系数 8、导热系数越大，温差越大还是越小？ 热阻率、热阻、热压、热流 9、综合散热系数 10、稳定温升（牛顿）,小结,11、加热过程的温度变化（从环境温度开始） 12、加热过程的温度变化（从某温升开始） 13、冷却过程的温度变化（