第1讲绪论和电器的热源、温升、散热

1、2022-4-29电器原理(Principle of Electrical Apparatus )电气工程实验教学中心电气工程实验教学中心张文义张文义2022-4-29课程要求w 闭卷笔试成绩占80%w 实验成绩占10%w 平时成绩占10%2022-4-29参考教材w 电器学：夏天伟、丁明道 w 电器理论基础：张冠生 w 低压电器：方鸿发w 高压电器原理和应用：张节容w 相关刊物：低压电器、高压电器、继电器(改名为:电力系统保护与控制)2022-4-29主要内容w 电器的发热与电动力、电弧与电接触、电磁机构等理论基础。w 低压电器、高压电器、组合电器和成套电器的基本结构、工作原理、主要技术参数

2、以及有关的设计选用方法。2022-4-29课程地位有电的地方就需要电器属于电机与电器学科国内设有电器专业的高校与家电不同，本课程中的电器属于强电 2022-4-29第1讲内容 绪论 电器中的基本热源 电器的允许温度和温升 电器的散热与综合散热系数2022-4-29绪论电器的定义电器的定义广义：电气器具 狭义：根据外界施加的信号或要求，自动或手动地接通和分断电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电量对象的变换、检测、控制、保护、调节和传递信息用的电气器具。2022-4-29绪论需要解决的问题需要解决的问题学什么：电器的发热与电动力、电弧与电接触、电磁机构等理论基础和低压电器、高压电器等

3、具体电器为什么学：较深入了解电器的理论与应用知识，为今后的学习和工作奠定基础怎么学：理论与实际相结合 2022-4-29绪论第一节 电器的用途与分类 用途：变换、检测、控制、保护、调节和传递信息分类：1）按职能区分，有开关电器、保护电器、控制电器和调节器。2）按电压高低和结构工艺区分，有高压电器、低压电器、自动电磁元件、组合电器和成套电器。 3）按元件与系统的关系区分，有配电电器、控制电器和弱电电器。4）按操作方式区分，有手动电器和自动电器。 5）按使用场所和工作条件区分，有一般工业用电器、矿用及化工用防爆电器、船用电器、航空及航天用电器和牵引电器等。此外，还有与电子器件相结合的智能化和机电一

4、体化电器。 2022-4-29主令电器2022-4-29继电器2022-4-29接触器2022-4-29刀开关2022-4-29熔断器2022-4-29断路器2022-4-29绪论第二节 电器在电力系统中的作用 高压电网低压电网2022-4-29绪论第三节 电力系统对电器的要求、电器 的主要参数及正常工作条件 Un3kV以上为高压电器， Un1200V和Un-1500V以下为低压电器一、对电器的要求及表征这些要求的参数 w安全可靠的绝缘 w必要的载流能力 w较高的通断能力 w良好的机械性能 w必要的电寿命 (1)完善的保护功能 2022-4-29绪论二、电器的正常工作条件w周围环境温度 w海拔

5、高度 w相对湿度(1)其他条件2022-4-29绪论第四节 电器的发展过程和展望 伴随着电能生产而出现和发展 电源电器电动机工作机 手动电器、自动电器有触点电器、无触点电器低压电器、高压电器我国的电器工业从20世纪50年代开始迅速发展阿继、上无八、许继、正泰、桂林165厂、天水等国际著名拥有电器产品的公司：施奈德、西门子、 罗克韦尔等2022-4-29绪论第五节 本课程的任务 学习对象：电类专业中非电器制造专业任务：学习各种电器的共性问题电器的理论基础以及工业上常用的低压电器和高压电器的结构及工作原理。通过学习本课程应达到下列要求：1) 掌握电器中发热和电动力、电接触和电弧、电磁机构的概念、原

6、理和计算方法。2) 掌握低压电器和高压电器的工作原理、结构、选择及应用。 2022-4-29第一篇 电器理论基础Theory Basis of Electrical Apparatus 工作原理多种多样，涉及学科十分宽广。第一章第一章 电器的发热和电动电器的发热和电动力力generating heat and electric power of electrical apparatus 电器的载流系统伴随着热效应和电动力效应，短路时二者会损坏电器，引起灾害。 第一节 电器中的基本热源Basic heat-source in electrical apparatus 直流：载流体中的能量损耗交流

7、：载流体中的能量损耗、铁损和电介质损耗2022-4-29一、导体通过电流时的能量损耗 第一篇 电器理论基础tRdtIW02直流时直流时AlR32012022-4-29交流时交流时集肤效应：载流体通交变电流时，越接近导体表面，电流密度值越大，相位越超前。第一篇 电器理论基础 a)电流密度的分布 b)电流相位分布 2022-4-29临近效应：当构成回路的二平行导线通过交变电流时，其磁场间的相互作用也会使导线截面内的电流密度分布不均匀。第一篇 电器理论基础 a)两电流异向 b)两电流同向 附加损耗系数nsaKKK2022-4-29第一篇 电器理论基础二、非载流铁磁质零部件的损耗铁损：非载流铁磁质零部

8、件在交变电磁场作用下产生的损耗PFe，包含磁滞损耗Pn和涡流损耗Pe两部分 enFePPP2022-4-29第一篇 电器理论基础三、电介质损耗 电介质损耗 ：在交变电磁场中，绝缘层内出现的损耗tan2CUPd2022-4-29第二节 电器的允许温度和温升permitting temperature and temperature rise of electrical apparatus 第一篇 电器理论基础电器中损耗的能量所转换的热能=散热+升温对导电材料机械强度方面：电器的极限允许温度软化点 电接触方面：减小膜层和接触电阻2022-4-29对绝缘材料按耐热能力分级决定电器各类零部件工作性能的

9、是温度考核电器质量的是温升 温升：零部件温度与周围介质温度之差第一篇 电器理论基础352022-4-29第一篇 电器理论基础第三节 电器的散热与综合散热系数 eliminating heat and synthesis eliminating heat coefficient of electrical apparatus 电器的散热方式：传导、对流和辐射一、传导 热能从物体的一部分向另一部分，或从一物体向与之接触的另一物体传递的现象。 温差的存在是热交换的充要条件。 2022-4-29温度梯度 第一篇 电器理论基础gradnnn)(lim0热流密度 AtQq 传导的基本定律傅立叶定律 gradq热导率 )1 (02022-4-29二、对流借液体或气体粒子的移动传输热能的现象载流体表面的散热 层流与紊流 第一篇 电器理论基础1层流区 2紊流区AdtKdQc)(0对流散热2022-4-29第一篇 电器理论基础 三、辐射 以电磁波转移热量的现象 能穿越真空传输能量 辐射的基本定律斯忒藩-玻耳兹曼定律 电器零部件的辐射散热小，电弧的辐射散热大dtTTKdQr)(4042022-4-29四、综合散热系数 综合散热系数KT可考虑三种散热方式的作用。它在数值上相当于每1m2发热面与周围介质的温差为1K时，向周围介质散出的功率，故其单位为W/(m2K) 第一篇