第1講緒論和電器的熱源、溫升、散熱

1、電器原理(Principle of Electrical Apparatus )電氣工程實驗教學(xué)中心電氣工程實驗教學(xué)中心張文義張文義課程要求w 閉卷筆試成績占80%w 實驗成績占10%w 平時成績占10%參考教材w 電器學(xué)：夏天偉、丁明道 w 電器理論基礎(chǔ)：張冠生 w 低壓電器：方鴻發(fā)w 高壓電器原理和應(yīng)用：張節(jié)容w 相關(guān)刊物：低壓電器、高壓電器、繼電器(改名為:電力系統(tǒng)保護(hù)與控制)主要內(nèi)容w 電器的發(fā)熱與電動力、電弧與電接觸、電磁機(jī)構(gòu)等理論基礎(chǔ)。w 低壓電器、高壓電器、組合電器和成套電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要技術(shù)參數(shù)以及有關(guān)的設(shè)計選用方法。課程地位有電的地方就需要電器屬于電機(jī)與電器學(xué)科國

2、內(nèi)設(shè)有電器專業(yè)的高校與家電不同，本課程中的電器屬于強(qiáng)電 第1講內(nèi)容 緒論 電器中的基本熱源 電器的允許溫度和溫升 電器的散熱與綜合散熱系數(shù)緒論電器的定義電器的定義廣義：電氣器具 狹義：根據(jù)外界施加的信號或要求，自動或手動地接通和分?jǐn)嚯娐?，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實現(xiàn)對電路或非電量對象的變換、檢測、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)和傳遞信息用的電氣器具。緒論需要解決的問題需要解決的問題學(xué)什么：電器的發(fā)熱與電動力、電弧與電接觸、電磁機(jī)構(gòu)等理論基礎(chǔ)和低壓電器、高壓電器等具體電器為什么學(xué)：較深入了解電器的理論與應(yīng)用知識，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)怎么學(xué)：理論與實際相結(jié)合 緒論第一節(jié) 電器的用途與分類 用途：變換、

3、檢測、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)和傳遞信息分類：1）按職能區(qū)分，有開關(guān)電器、保護(hù)電器、控制電器和調(diào)節(jié)器。2）按電壓高低和結(jié)構(gòu)工藝區(qū)分，有高壓電器、低壓電器、自動電磁元件、組合電器和成套電器。 3）按元件與系統(tǒng)的關(guān)系區(qū)分，有配電電器、控制電器和弱電電器。4）按操作方式區(qū)分，有手動電器和自動電器。 5）按使用場所和工作條件區(qū)分，有一般工業(yè)用電器、礦用及化工用防爆電器、船用電器、航空及航天用電器和牽引電器等。此外，還有與電子器件相結(jié)合的智能化和機(jī)電一體化電器。 主令電器繼電器接觸器刀開關(guān)熔斷器斷路器緒論第二節(jié) 電器在電力系統(tǒng)中的作用 高壓電網(wǎng)低壓電網(wǎng)緒論第三節(jié) 電力系統(tǒng)對電器的要求、電器 的主要參數(shù)及正常工作

4、條件 Un3kV以上為高壓電器， Un1200V和Un-1500V以下為低壓電器一、對電器的要求及表征這些要求的參數(shù) (1)安全可靠的絕緣 (2)必要的載流能力 (3)較高的通斷能力 (4)良好的機(jī)械性能 (5)必要的電壽命 (6)完善的保護(hù)功能 緒論二、電器的正常工作條件(1)周圍環(huán)境溫度 (2)海拔高度 (3)相對濕度(4)其他條件緒論第四節(jié) 電器的發(fā)展過程和展望 伴隨著電能生產(chǎn)而出現(xiàn)和發(fā)展 電源電器電動機(jī)工作機(jī) 手動電器、自動電器有觸點電器、無觸點電器低壓電器、高壓電器我國的電器工業(yè)從20世紀(jì)50年代開始迅速發(fā)展阿繼、上無八、許繼、正泰、桂林165廠、天水等國際著名擁有電器產(chǎn)品的公司：施

5、奈德、西門子、 羅克韋爾等緒論第五節(jié) 本課程的任務(wù) 學(xué)習(xí)對象：電類專業(yè)中非電器制造專業(yè)任務(wù)：學(xué)習(xí)各種電器的共性問題電器的理論基礎(chǔ)以及工業(yè)上常用的低壓電器和高壓電器的結(jié)構(gòu)及工作原理。通過學(xué)習(xí)本課程應(yīng)達(dá)到下列要求：1) 掌握電器中發(fā)熱和電動力、電接觸和電弧、電磁機(jī)構(gòu)的概念、原理和計算方法。2) 掌握低壓電器和高壓電器的工作原理、結(jié)構(gòu)、選擇及應(yīng)用。 第一篇 電器理論基礎(chǔ)Theory Basis of Electrical Apparatus 工作原理多種多樣，涉及學(xué)科十分寬廣。第一章第一章 電器的發(fā)熱和電動電器的發(fā)熱和電動力力generating heat and electric power of

6、 electrical apparatus 電器的載流系統(tǒng)伴隨著熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)，短路時二者會損壞電器，引起災(zāi)害。 第一節(jié) 電器中的基本熱源Basic heat-source in electrical apparatus 直流：載流體中的能量損耗交流：載流體中的能量損耗、鐵損和電介質(zhì)損耗一、導(dǎo)體通過電流時的能量損耗 第一篇 電器理論基礎(chǔ)tRdtIW02直流時直流時AlR3201交流時交流時集膚效應(yīng)：載流體通交變電流時，越接近導(dǎo)體表面，電流密度值越大，相位越超前。第一篇 電器理論基礎(chǔ) a)電流密度的分布 b)電流相位分布 臨近效應(yīng)：當(dāng)構(gòu)成回路的二平行導(dǎo)線通過交變電流時，其磁場間的相互作用也會

7、使導(dǎo)線截面內(nèi)的電流密度分布不均勻。第一篇 電器理論基礎(chǔ) a)兩電流異向 b)兩電流同向 附加損耗系數(shù)nsaKKK第一篇 電器理論基礎(chǔ)二、非載流鐵磁質(zhì)零部件的損耗鐵損：非載流鐵磁質(zhì)零部件在交變電磁場作用下產(chǎn)生的損耗PFe，包含磁滯損耗Pn和渦流損耗Pe兩部分 enFePPP第一篇 電器理論基礎(chǔ)三、電介質(zhì)損耗 電介質(zhì)損耗 ：在交變電磁場中，絕緣層內(nèi)出現(xiàn)的損耗tan2CUPd第二節(jié) 電器的允許溫度和溫升permitting temperature and temperature rise of electrical apparatus 第一篇 電器理論基礎(chǔ)電器中損耗的能量所轉(zhuǎn)換的熱能=散熱+升溫對導(dǎo)

8、電材料機(jī)械強(qiáng)度方面：電器的極限允許溫度軟化點 電接觸方面：減小膜層和接觸電阻對絕緣材料按耐熱能力分級決定電器各類零部件工作性能的是溫度考核電器質(zhì)量的是溫升 溫升：零部件溫度與周圍介質(zhì)溫度之差第一篇 電器理論基礎(chǔ)35第一篇 電器理論基礎(chǔ)第三節(jié) 電器的散熱與綜合散熱系數(shù) eliminating heat and synthesis eliminating heat coefficient of electrical apparatus 電器的散熱方式：傳導(dǎo)、對流和輻射一、傳導(dǎo) 熱能從物體的一部分向另一部分，或從一物體向與之接觸的另一物體傳遞的現(xiàn)象。 溫差的存在是熱交換的充要條件。 溫度梯度 第一篇

9、 電器理論基礎(chǔ)gradnnn)(lim0熱流密度 AtQq 傳導(dǎo)的基本定律傅立葉定律 gradq熱導(dǎo)率 )1 (0二、對流借液體或氣體粒子的移動傳輸熱能的現(xiàn)象載流體表面的散熱 層流與紊流 第一篇 電器理論基礎(chǔ)1層流區(qū) 2紊流區(qū)AdtKdQc)(0對流散熱第一篇 電器理論基礎(chǔ) 三、輻射 以電磁波轉(zhuǎn)移熱量的現(xiàn)象 能穿越真空傳輸能量 輻射的基本定律斯忒藩-玻耳茲曼定律 電器零部件的輻射散熱小，電弧的輻射散熱大dtTTKdQr)(404四、綜合散熱系數(shù) 綜合散熱系數(shù)KT可考慮三種散熱方式的作用。它在數(shù)值上相當(dāng)于每1m2發(fā)熱面與周圍介質(zhì)的溫差為1K時，向周圍介質(zhì)散出的功率，故其單位為W/(m2K) 第一篇 電器理論基礎(chǔ)