電器的發(fā)熱和電動(dòng)力PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電器的發(fā)熱和電動(dòng)力電器的發(fā)熱和電動(dòng)力 電器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生各種損耗，大部分會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其中一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)，另一部分加熱電器的零部件，使其溫度升高。 金屬載流體的溫度超過(guò)某一極限值后，機(jī)械強(qiáng)度明顯下降。如此，輕則發(fā)生形變，影響電器的正常工作，重則使電器損壞，進(jìn)而影響電器所在系統(tǒng)的工作。材料的機(jī)械強(qiáng)度開(kāi)始明顯降低的溫度稱為軟化點(diǎn)，它不僅與材料品種有關(guān)，而且與加熱時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。 第1頁(yè)/共78頁(yè)圖1-1所示為導(dǎo)體材料機(jī)械強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，其中曲線 1為冷拉銅線迅速加熱10秒時(shí)的曲線，曲線2是冷拉銅線緩慢加熱兩小時(shí)的變化規(guī)律。由兩曲線可知，緩慢加熱時(shí)銅的軟化點(diǎn)在100-200C，而迅速

2、加熱時(shí)可達(dá)300C。 )(f這說(shuō)明迅速加熱、發(fā)熱時(shí)間很短時(shí)電器零部件的發(fā)熱溫度極限比緩慢加熱、發(fā)熱持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)要高得多。 第2頁(yè)/共78頁(yè) 因此通常規(guī)定短路故障時(shí)電器零部件的發(fā)熱溫度極限比正常負(fù)載時(shí)要高得多。 溫度升高會(huì)加劇電接觸聯(lián)接表面和周圍大氣中某些氣體間的化學(xué)反應(yīng)，生成氧化膜和其他膜層，會(huì)引起接觸電阻增加，并進(jìn)一步使接觸面溫度再升高，形成惡性循環(huán)。因此，對(duì)電接觸的溫度也必須加以限制。第3頁(yè)/共78頁(yè) 絕緣材料溫度過(guò)高、發(fā)熱持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)迅速老化，縮短使用壽命，甚至使介質(zhì)損耗增加，發(fā)熱更厲害導(dǎo)致其介電強(qiáng)度下降，嚴(yán)重時(shí)引起去穿而損壞。故絕緣材料的極限允許溫度同樣要受到限制。第4頁(yè)/共78頁(yè)

3、 盡管決定電器各類零部件工作性能的是它們的溫度，但考核電器的質(zhì)量時(shí)卻是以溫升作為指標(biāo)。溫升是指零部件溫度與周圍介質(zhì)溫度0之差。0第5頁(yè)/共78頁(yè)校核電器載流體部件的熱穩(wěn)定性電器能夠短時(shí)承受短路電流的熱效應(yīng)而不致?lián)p壞的能力，就是以不超過(guò)溫度極限。電器零部件工作時(shí)的溫度應(yīng)不超過(guò)其規(guī)定的溫度極限，否則會(huì)降低工作可靠性，縮短使用壽命，甚至?xí)龘p而導(dǎo)致嚴(yán)重故障。但各零部件的工作溫度也不應(yīng)過(guò)低，因?yàn)闇囟冗^(guò)低說(shuō)明沒(méi)有充分利用，導(dǎo)致電器體積大、耗材多、成本高。 第6頁(yè)/共78頁(yè)電器的基本熱源:電阻損耗，磁滯和渦流損耗，介質(zhì)損耗。機(jī)械磨擦等產(chǎn)生的熱源，與基本熱源相比是較小的，常常不予考慮。第7頁(yè)/共78頁(yè)1.2

4、.1導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)的能量損耗 根據(jù)楞茨焦耳定律，當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)電流I時(shí)，能量損耗為 RdtIWt02 此公式既適用于直流，也適用于交流（將I理解為交流的有效值）。對(duì)電流和電阻均不變時(shí)，則： 22IRtIW)(Jtsl 第8頁(yè)/共78頁(yè)通常導(dǎo)體電阻隨溫度升高而增加，即： .)1 (20RR式中 R0在0時(shí)的導(dǎo)體電阻() 、電阻溫度系數(shù)第9頁(yè)/共78頁(yè) 當(dāng)導(dǎo)線通以交變電流時(shí)，其中的能量損耗將增大，這是電流在導(dǎo)線內(nèi)分布不均勻所致。因?yàn)榻涣麟娏魍ㄟ^(guò)導(dǎo)體建立交流磁通，導(dǎo)體中心部分匝鏈的磁通較其表而部分多，交變滋通感應(yīng)電勢(shì)和電流用以阻止原電流流通，因而使導(dǎo)體中心部分電流密度減小，導(dǎo)體表面部分電流密度增大，產(chǎn)生

5、所謂集膚效應(yīng)。 它使導(dǎo)體的有效截面減少，使等效電阻值增大。第10頁(yè)/共78頁(yè) 集膚效應(yīng)的強(qiáng)弱可用集膚效應(yīng)系數(shù)來(lái)衡量。集膚效應(yīng)系數(shù)可按下式計(jì)算：fPSKj2式中 S 、P導(dǎo)線的截面積及其周長(zhǎng)； f 交變電流的頻率； 、 導(dǎo)線材料的電阻率和磁導(dǎo)率。 導(dǎo)體集膚效應(yīng)越強(qiáng)，有效截面積越小，等效電阻越大，集膚效應(yīng)系數(shù)也越大。集膚效應(yīng)系數(shù)恒大于1。第11頁(yè)/共78頁(yè) 當(dāng)兩導(dǎo)體平行且靠得較近時(shí)，導(dǎo)體中的交流電流建立的交流磁通彼此耦合，使導(dǎo)體截面中的電流分布不均，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應(yīng)。 (a)兩導(dǎo)體電流方向相反 (b)兩導(dǎo)體電流方向相同第12頁(yè)/共78頁(yè) 交流附加損耗系數(shù)是集膚效應(yīng)系數(shù)與鄰近效應(yīng)系數(shù)的乘積，即：

6、ljfKKK 集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使電流分布不均，導(dǎo)體有效截面積減小，有效電阻增大。因此 ，附加損耗系數(shù)Kf總是大于1。第13頁(yè)/共78頁(yè) 非載流鐵磁質(zhì)零部件在交變電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的損耗稱為鐵損PFe，它包含磁滯損耗Pn，和渦流損耗Pe,兩部分，即enFePPP第14頁(yè)/共78頁(yè))1()100(6 . 1TBVBfKPmmnn)1()100(2TBVBfKPmmnnVBfKPmee2)100(式中 f 電源頻率； Bm鐵磁件中磁感應(yīng)的幅值； 鐵磁材料的密度； V鐵磁質(zhì)零部件的體積， Kn、Ke 磁質(zhì)損耗系數(shù)和渦流損耗系數(shù)，其值與鐵磁材料的品種規(guī)格有關(guān)， 準(zhǔn)確計(jì)算鐵損是非常復(fù)雜的，通常進(jìn)行近似估算

7、。 第15頁(yè)/共78頁(yè)電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下的損耗功率Pd為：tgfCUPd22式中 C 電介質(zhì)的電容 U施加在電介質(zhì)上的電壓 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角與絕緣材料的品種規(guī)格、溫度、環(huán)境狀況以及處理工藝等有關(guān)。值一般在10-310-4 之間。 第16頁(yè)/共78頁(yè) 在低壓電器中電壓U很低，電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度不大，電介質(zhì)損耗很小，通常不考慮。 在高壓電器中，電壓U很高，電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，必須考慮電介質(zhì)損耗及其產(chǎn)生的熱量，以免引起過(guò)熱而使絕緣老化加速，甚至引起熱擊穿而損壞。第17頁(yè)/共78頁(yè) 電器中損耗的能量轉(zhuǎn)換為熱能后，有一部分散失到周圍的介質(zhì)中。 電器的散熱方式有熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。 熱

8、計(jì)算的目的是充分利用材料而又不使電器及其零部件過(guò)熱。既要減少損耗和發(fā)熱，又要增強(qiáng)散熱。 第18頁(yè)/共78頁(yè)1.3.1 熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 熱傳導(dǎo)是發(fā)熱體的熱量由較熱部分向較冷部分傳播；或由發(fā)熱體向與它接觸的物體傳播。 熱傳導(dǎo)是固體傳熱的主要方式，也可在氣體和液體中進(jìn)行，熱量是借助于原子和分子的擴(kuò)散以及彈性波的作用，在物體的質(zhì)點(diǎn)間傳播。溫差的存在是熱交換的充要條件。 第19頁(yè)/共78頁(yè)n兩等溫線的溫差與等溫線間距之比的極限稱為溫度梯度，即graddndnn)(0lim根據(jù)傅立葉定律，dt時(shí)間沿等溫面S的法向n經(jīng)熱傳導(dǎo)傳播的熱量dQ與該面積S及溫度梯度成正比，即： dtSgraddQ傳熱系數(shù)或熱導(dǎo)率

9、 第20頁(yè)/共78頁(yè) 由于熱量是向溫度降低的方向擴(kuò)散，而溫度梯度則是指向溫度升高的方向，故上式有一負(fù)號(hào)。單位時(shí)間通過(guò)等溫面S的熱量稱為熱流，用表示，則SgraddtdQ在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于熱流方向單位面積的熱量稱為熱流密度，用0表示即graddtdQS10第21頁(yè)/共78頁(yè)熱導(dǎo)率表示物體的傳熱能力，其單位為)(0CmW。它相當(dāng)于沿?zé)崃鞣较騿挝婚L(zhǎng)度上的溫差為1時(shí)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量。一般來(lái)說(shuō)，熱導(dǎo)率會(huì)隨溫度而變化：)1 (00式中 發(fā)熱體溫度為0時(shí)的熱導(dǎo)率； 發(fā)熱體的溫度； 熱傳導(dǎo)溫度系數(shù)。第22頁(yè)/共78頁(yè)熱導(dǎo)率與物體材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、容積、重量、溫度、壓力、濕度等許多因素有關(guān)，其

10、值范圍很廣，銀為425、銅為390、鋁為210、黃銅為85、某些氣體為0.006。金屬的傳熱系數(shù)最大，非金屬次之，液體和氣體最小。第23頁(yè)/共78頁(yè)例：厚度為的無(wú)窮大單板的熱傳導(dǎo)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位等溫面的熱流密度0為： dxddnddtdQS10確定。積分常數(shù)，由邊界條件式中上式移項(xiàng)積分得：C0Cx0212，代入上式得：時(shí)，當(dāng) x 第24頁(yè)/共78頁(yè)在無(wú)窮大平面的簡(jiǎn)單情況下，溫度沿厚度的變化是線性的。通過(guò)S面的熱流=0S， TRSSS021RT為熱阻，上式說(shuō)明熱計(jì)算可采用等值熱路圖來(lái)進(jìn)行，它與電路圖相似。假設(shè)無(wú)窮大平板由多塊厚度不等的平板疊成，則等值熱路圖中的總熱阻為各板熱阻的串聯(lián)，則總熱阻為

11、：KiiiiiKiiTTSRRi11第25頁(yè)/共78頁(yè)電參數(shù)熱參數(shù)電量 熱量 電流 熱流 電流密度 熱流密度 電導(dǎo)率 熱導(dǎo)率 電位差 溫差 歐姆定律 熱流歐姆定律 均質(zhì)等截面導(dǎo)體電阻 均質(zhì)平板 1dQSdtn 1rdQSdtn 1dQISdtn TdQISdtn 1IJSn 0Sn 112U12USIURlTSR lRS1TRS第26頁(yè)/共78頁(yè)1.3.2 對(duì)流 對(duì)流是藉流體（氣體或液體）的運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量，熱量的轉(zhuǎn)移和流體本身轉(zhuǎn)移結(jié)合在一起。 根據(jù)流體流動(dòng)的原因，對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。 第27頁(yè)/共78頁(yè)計(jì)算對(duì)流散熱通常采用下列經(jīng)驗(yàn)公式： SdtSdtdQ)(0 對(duì)流散熱系數(shù) 對(duì)流散熱過(guò)

12、程很復(fù)雜，影響它的因素又很多，故值一般以實(shí)驗(yàn)方式確定，亦可借經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。第28頁(yè)/共78頁(yè) 熱輻射是發(fā)熱體的熱量以電磁波的形式轉(zhuǎn)移的過(guò)程。 熱輻射能穿越真空和氣體而傳遞熱量，但不能透過(guò)固體和液體物質(zhì)。熱輻射以紅外線傳遞的熱量為最大；可見(jiàn)光電磁波傳遞的熱量為最小。第29頁(yè)/共78頁(yè)根據(jù)斯蒂芬一波爾茨蔓定律，當(dāng)發(fā)熱體輻射表面面積比吸收輻射熱的受熱體表面面積小得多時(shí)，發(fā)熱體單位表面面積的熱輻射功率為： )/)(1067. 524048mWTTP式中 熱輻射系數(shù)，或物體的黑度，其值在 01 之間；T 、 T0 輻射面和受熱體的熱力學(xué)溫度。由于熱輻射能量是與輻射面熱力學(xué)溫度T的四次方成比例，電弧溫度可

13、達(dá)成千上萬(wàn) K ，故其熱輻射不容忽視。第30頁(yè)/共78頁(yè)1.3.4綜合散熱系數(shù)與牛頓公式 發(fā)熱體雖然同時(shí)以熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射三種方式散熱，但分開(kāi)來(lái)計(jì)算卻頗不便。因此，電器發(fā)熱計(jì)算習(xí)慣上是以綜合散熱系數(shù) KT 來(lái)綜合考慮三種散熱方式的作用。 它在數(shù)值上相當(dāng)于單位面積的發(fā)熱面與周圍介質(zhì)的溫差為1 時(shí)，向周圍介質(zhì)散出的功率，故其單位為 W /(m2.)。 影響綜合散熱系數(shù)的因素很多，諸如介質(zhì)的密度、熱導(dǎo)率、粘滯系數(shù)、比熱容與發(fā)熱體的幾何參數(shù)和表面狀態(tài)等，此外，它還是溫升的函數(shù)。第31頁(yè)/共78頁(yè)2(/)TKW mC表面性質(zhì)備注直徑16cm水平筒棒913直徑小者取大數(shù)紫銅扁平母線69以窄邊豎立涂覆絕

14、緣漆的鑄鐵或鋼表面1014浸于油箱內(nèi)的磁質(zhì)圓柱50150紙質(zhì)絕緣線圈1012.52536在油中疊片束1012.57090在油中線圈或帶狀秉銅（或銅鎳合金）制螺旋電阻20垂直放置，散熱面為導(dǎo)體總面積垂直管狀燒釉電阻20散熱面為外表面螺旋狀鑄鐵電阻1013散熱面為全部螺旋表面第32頁(yè)/共78頁(yè)當(dāng)綜合考慮熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射散熱的熱計(jì)算時(shí)，可以采用牛頓熱計(jì)算公式，即：)(WSKPT式中 KT綜合散熱系數(shù)(W /m2.), S表面散熱面積（m2），溫升（）。第33頁(yè)/共78頁(yè)14電器的發(fā)熱計(jì)算電器的發(fā)熱計(jì)算是有內(nèi)部熱源時(shí)的發(fā)熱計(jì)算。 在計(jì)算時(shí)假定：導(dǎo)體通過(guò)電流產(chǎn)生的損耗P恒定不變，導(dǎo)體各處溫度相同，且比

15、熱容c和表面綜合數(shù)熱系數(shù)KT為常數(shù)，不隨溫度升高而變化。發(fā)熱體的質(zhì)量為m，散熱面積為S。根據(jù)能量守恒定律載流導(dǎo)體在dt時(shí)間內(nèi)的損耗為Pdt， 它所產(chǎn)生的熱量一部分用來(lái)加熱導(dǎo)體，使其溫度升高d的熱量為cmd ；另一部分熱量KTSdt通過(guò)表面散發(fā)到周圍介質(zhì)中，則得： 第34頁(yè)/共78頁(yè))(JdtSKcmdPdtT其通解為：)(/1CeCSKPTtTT發(fā)熱時(shí)間常數(shù)(s)，cmSKTT C1積分常數(shù),由初始條件確定 當(dāng)t=0時(shí)，=0，得SKPCT1)1 (/TtTeSKP第35頁(yè)/共78頁(yè)顯然，當(dāng)t時(shí)，溫升將達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值 SKPTw上式是計(jì)算穩(wěn)態(tài)溫升的牛頓公式，它是發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量完全散失到周圍介質(zhì)中

16、時(shí)的溫升。若電器接通電源時(shí)已有初始溫升0，即當(dāng)t=0時(shí)，=0，得wTSKPC001第36頁(yè)/共78頁(yè))1 (/0TtwTtee可繪制均勻體發(fā)熱時(shí)其溫升與時(shí)間的關(guān)系 發(fā)熱過(guò)程 1：0=0 2：00 可求得發(fā)熱時(shí)間常數(shù)0twdtdT這就是說(shuō)，在坐標(biāo)原點(diǎn)作曲線 (t)的切線與水平線w相交，其交點(diǎn)的橫坐標(biāo)便等于發(fā)熱時(shí)間常數(shù)T 第37頁(yè)/共78頁(yè)其表示的物理意義是： 電器在絕熱條件下溫升達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升w所需的時(shí)間。不難證明，當(dāng)經(jīng)過(guò)T時(shí)間，發(fā)熱體溫升上升到穩(wěn)態(tài)溫升的63 . 2 %。當(dāng)經(jīng)過(guò)5T后可以認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升，其誤差不大于1。 第38頁(yè)/共78頁(yè)電器脫離電源后就開(kāi)始冷卻。當(dāng)切斷電源后，P=0，故式（

17、1-24）將變?yōu)?dtSKcmdT0上式移項(xiàng)后積分得：)(/2CeCTt （1-33）由于t=0時(shí)，=w，故積分常數(shù) C2=w。因此，冷卻過(guò)程的方程為TtTTtweSKPe/（1-34）第39頁(yè)/共78頁(yè)1.5 電器的發(fā)熱工作制國(guó)標(biāo)GB290082規(guī)定電器的額定工作制有：八小時(shí)工作制、不間斷工作制、短時(shí)工作制、斷續(xù)周期工作制和周期工作制。從電器發(fā)熱與冷卻的觀點(diǎn)可將發(fā)熱工作制分為長(zhǎng)期工作制（通電時(shí)間t5T）、短時(shí)工作制（通電時(shí)間t15T，斷電時(shí)間t25T）和反復(fù)短時(shí)工作制（通電和斷電時(shí)間都小于5T）。第40頁(yè)/共78頁(yè)1.5.1 長(zhǎng)期工作制()wTPCK S 八小時(shí)工作制、不間斷工作制都屬于長(zhǎng)期

18、工作制。它們的通電時(shí)間大于5T，發(fā)熱均能達(dá)到穩(wěn)定溫升。這時(shí)電器的發(fā)熱和散熱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，損耗所產(chǎn)生的熱量全部散到周圍介質(zhì)中，可按牛頓公式計(jì)算其散熱表面的穩(wěn)態(tài)溫升： 該穩(wěn)態(tài)溫升應(yīng)小于電器正常工作的極限允許溫升。第41頁(yè)/共78頁(yè)1.5.2 短時(shí)工作制 電器的短時(shí)工作制是指通電時(shí)間很短，溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而斷電時(shí)間很長(zhǎng)，冷卻可達(dá)到周圍介質(zhì)溫度。例如斷路器的合閘操作電磁鐵屬于短時(shí)工作制，它僅在合閘時(shí)短時(shí)通電，合閘結(jié)束時(shí)就斷電。第42頁(yè)/共78頁(yè)nInIsinSPn為了充分利用電器，在長(zhǎng)期工作制下通以額定電流IN的穩(wěn)定溫升應(yīng)達(dá)到極限允許溫升p。此電器工作在短時(shí)工作制下時(shí)，在通電時(shí)間t1內(nèi)通以短時(shí)制電流

19、Id也應(yīng)達(dá)到極限允許溫升p，隨后立即斷電降溫，并降低到周圍介質(zhì)的溫度,如圖1-5所示。顯然，短時(shí)工作制的電流Id 、功率Pd將比長(zhǎng)期工作制的電流 、功率Pn大得多。電流Id與之比稱為電流過(guò)載倍數(shù)功率Pd與Pn之比稱為功率過(guò)載倍數(shù)第43頁(yè)/共78頁(yè)圖1-5 短時(shí)工作制時(shí)的溫升曲線 短時(shí)工作制的載流體通過(guò)的電流Id為niIns若長(zhǎng)期通以此電流，穩(wěn)態(tài)溫升將是 pTnissSKRIns2)(但通電時(shí)間僅為Tt41而此時(shí)的溫升又應(yīng)小于或等于允許極限溫升p SKRIeTnTtssp21)1 (1第44頁(yè)/共78頁(yè)短時(shí)工作制時(shí)的功率過(guò)載系數(shù) 得電流過(guò)載系數(shù) Ttiens111TtPenS111若Tt 1，將

20、Tte1按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)后，由于可忽略高次項(xiàng)，故有： 1tTnsi1tTnSP顯然，電流過(guò)載倍數(shù)1sin，功率過(guò)載倍數(shù)1spn。第45頁(yè)/共78頁(yè)1.5.3 反復(fù)短時(shí)工作制反復(fù)短時(shí)工作制是指通電和斷電周期性地不斷循環(huán)的工作制。 pmaxfInI在保證不超過(guò)電器極限允許溫升p的條件下，即電器反復(fù)短時(shí)工作制的功率Pf、電流較長(zhǎng)期工作制的Pn、電流可取得大一些。 第46頁(yè)/共78頁(yè)1.6 短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程 電路中的短路狀態(tài)雖歷時(shí)甚短，一般僅十分之幾秒，但載流導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)損耗大，發(fā)熱溫升快、溫度高，可能釀成嚴(yán)重災(zāi)害。若短路時(shí)間Ttcs05. 0，絕熱過(guò)程的發(fā)熱方程為Ttccss/cs為長(zhǎng)期通以短路

21、電流時(shí)的穩(wěn)態(tài)溫升，其值按牛頓公示為SKRITSsCs2第47頁(yè)/共78頁(yè)由于短路電流作用時(shí)間非常短電器可承受較高的溫度，且熱計(jì)算可不考慮散熱，全部損耗都用來(lái)加熱電器 cmdPdt cmdRdtICS2dldSdcdSdldtdSjcs/)(2 0020AAdcdtjsctscscsc第48頁(yè)/共78頁(yè)若已知c間的關(guān)系，而起始溫度0又已給定，函數(shù)0A和scA均可求得，且可用曲線表示。第49頁(yè)/共78頁(yè)可用于進(jìn)行下列計(jì)算：1）根據(jù)已知的短路電流，起始溫度和短路持續(xù)時(shí)間，較核已知截面積的載流體的最高溫度是否超過(guò)表1-2規(guī)定的允許溫度。2）根據(jù)已知的短路電流，起始溫度和短路持續(xù)時(shí)間和材料的允許溫度，確

22、定載流體應(yīng)有的截面積。 計(jì)算后的cs如果小于短路時(shí)極限允許溫度，則說(shuō)明電器具有熱穩(wěn)定性。第50頁(yè)/共78頁(yè)實(shí)用上是以熱穩(wěn)定電流衡量電器的熱穩(wěn)定性。所謂熱穩(wěn)定電流是指在規(guī)定的使用條件和性能下，開(kāi)關(guān)電器在接通狀態(tài)于規(guī)定的短暫時(shí)間內(nèi)所能承載的電流。電器的熱穩(wěn)定性以熱穩(wěn)定電流的平方值與短路持續(xù)時(shí)間之積表示。習(xí)慣上以短路持續(xù)時(shí)間為1、5、10s時(shí)的熱穩(wěn)定電流表示電器的熱穩(wěn)定性，按熱效應(yīng)相等的原則，三種電流間存在下列關(guān)系： 10512102521III第51頁(yè)/共78頁(yè)17電器中的電動(dòng)力 載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，載流導(dǎo)體系統(tǒng)間相互也會(huì)受到力的作用，這種力稱為電動(dòng)力。 電器的載流件,諸如觸頭,母線

23、,繞組線匝和電連接板等,彼此間均有電動(dòng)力作用。此外，動(dòng)觸頭與靜觸頭間、電弧與鐵磁體之間等都有電動(dòng)力的作用。 電動(dòng)力與電流的平方成正比。在正常工作條件下,這些電動(dòng)力都不大,不致?lián)p壞電器.但出現(xiàn)短路故障時(shí),情況就很嚴(yán)重了. 第52頁(yè)/共78頁(yè)害處：1、但巨大短路電流下的電動(dòng)力會(huì)使導(dǎo)體機(jī)械變形，甚至損壞。2、電器動(dòng)觸頭和靜觸頭間的電動(dòng)斥力過(guò)大會(huì)使接觸壓力減小，接觸電阻增大，觸頭接觸處嚴(yán)重發(fā)熱，甚至熔焊。好處： 另一方面電動(dòng)力是非常有益的，例如電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)式儀表、電器的磁吹滅弧裝置、電動(dòng)斥力式直流快速斷路器、交流限流式斷路器等等。第53頁(yè)/共78頁(yè)1.8 電動(dòng)力的計(jì)算1.8.1 用比奧沙瓦定律計(jì)算電動(dòng)

24、力比奧沙瓦定律: dB=(0/4)(Idlr/ r2) 電流I通過(guò)之長(zhǎng)度dl在其附近某點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB與Idlr成正比,與dl到某點(diǎn)的距離r的平方成反比。第54頁(yè)/共78頁(yè) 如圖為在同一平面上的兩根載流導(dǎo)體。根據(jù)比奧沙瓦定律，導(dǎo)體l2的元長(zhǎng)dy在導(dǎo)體l1的x處建立的磁感應(yīng)強(qiáng)度dBx為：20204rrdyIdBx 則載流導(dǎo)體2在x處建立得磁感應(yīng)強(qiáng)度為：2020204lxrrdyIB第55頁(yè)/共78頁(yè))cos(cos4sin4sin41220200220212dIddIdyrIl的方向?yàn)閺募埫娉蚣埫妫?，xB0rxBxB的方向垂直于dy與構(gòu)成的平面（在圖中的值為： xB其中：ydctg；

25、2sinddyd r sinddy與 0r之間的夾角。 1l中所受到的電動(dòng)力dF為： 根據(jù)安培定律，載流導(dǎo)體 的元長(zhǎng)dx在磁場(chǎng) xB1IxBdFdx式中 1I通過(guò)導(dǎo)體 1l的電流（A） 第56頁(yè)/共78頁(yè) dF=I1dx. Bxsin 為dx與Bx間的夾角 作用于載流導(dǎo)體l1上的電動(dòng)力F為： 根據(jù)兩載流導(dǎo)體的相互位置，即可求出載流導(dǎo)體間相互作用的電動(dòng)力。第57頁(yè)/共78頁(yè) 載流導(dǎo)體系統(tǒng)中貯存著磁場(chǎng)能量。設(shè)在磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體在電動(dòng)力作用下有虛位移dx，則電動(dòng)力所作的功Fdx等于導(dǎo)體系統(tǒng)中磁場(chǎng)能量的變化dW。兩個(gè)相互電磁耦合導(dǎo)電回路的磁場(chǎng)能量為：dxdWF )(212121222211JiMiiLi

26、LW第58頁(yè)/共78頁(yè) 利用上述公式求解電動(dòng)力，必須求出載流回路的自感系數(shù)L和互感系數(shù)M。舉例如下：圓形線匝間的電動(dòng)力第59頁(yè)/共78頁(yè)式中負(fù)號(hào)表示互感M隨兩圓線匝間距離h增大而減小。 電動(dòng)力Fh的方向取決于兩線匝中的電流流通方向。第60頁(yè)/共78頁(yè)19 交變電流下的電動(dòng)力我國(guó)工程上應(yīng)用的交變電流是以 50Hz 的頻率按正弦規(guī)律隨時(shí)間變化的電流。既然電流是隨時(shí)間變化的，作用在通過(guò)交變電流的導(dǎo)體上的電動(dòng)力也將隨時(shí)間而變化。 191 單相系統(tǒng)中的電動(dòng)力兩平行載流導(dǎo)體通過(guò)單相電流時(shí)，作用在導(dǎo)體上的電動(dòng)力為：2CiF 式中C與空氣導(dǎo)磁率及導(dǎo)體幾何參數(shù)有關(guān)的常數(shù)。第61頁(yè)/共78頁(yè)設(shè)導(dǎo)體通過(guò)單相正弦電流

27、：tIimsin兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力為:222222cos)2cos2121(22cos1)sin(FFtCICItFtCItICCiFmmm上式表明：交流單相系統(tǒng)中的電動(dòng)力是由恒定分量與交變分量?jī)刹糠謽?gòu)成，它是單方向作用的，并以 2 倍電流頻率變化。 第62頁(yè)/共78頁(yè)第63頁(yè)/共78頁(yè)192 三相系統(tǒng)的電動(dòng)力圖1-12示出了三相導(dǎo)體平行布置在同一平面上。 )120sin()120sin(sinomComBmAtIitIitIi第64頁(yè)/共78頁(yè)令三相電流為同向，當(dāng)三相導(dǎo)體平行并列時(shí)，作用于任一邊緣相導(dǎo)體上的電動(dòng)力為中間相及另一邊緣相導(dǎo)體中電流對(duì)其作用之和。但邊緣相導(dǎo)體間的距離是它們與中間相

28、導(dǎo)體距離的 兩倍 ，故兩邊緣相導(dǎo)體中電流間的相互作用力僅為它們與中間相導(dǎo)體中電流間的相互作用力的一半。據(jù)此，有： )5 . 0(/CBACABAAiiCiFFF)120sin(5 . 0)120sin(sin2oomtttCI)30sin(sin808. 02omttCI第65頁(yè)/共78頁(yè))(/CABCBABBiiCiFFF)120sin()sin120sin(2oomtttCI)1502cos(866. 02omtCI電動(dòng)力FA在t=75及t=165處分別有最大值及最小值)3(maxAF808. 0808. 02mCI0F)3(minAF055. 0055. 02mCI0F第66頁(yè)/共78頁(yè)

29、電動(dòng)力FB在t=75及t=165處分別有最大值及最小值)3(maxBF866. 0866. 02mCI0F )3(minBF866. 0866. 02mCI0F 至于 C 相導(dǎo)體所受電動(dòng)力的最大值和最小值的幅度均與 A 相的相同，只是出現(xiàn)的相位相反而已。第67頁(yè)/共78頁(yè)根據(jù)上面的分析可以得出兩點(diǎn)結(jié)論： （1）作用于中間相（ B 相）導(dǎo)體上的電動(dòng)力其最大值與最小值幅度一樣，均比邊緣相導(dǎo)體所受電動(dòng)力的最大值大 7 % ；作用在邊緣相導(dǎo)體上的電動(dòng)力，其最大值和最小值相差十余倍之多。 （2）若電流幅值相等，且二導(dǎo)線間距亦相等，單相系統(tǒng)導(dǎo)線所受電動(dòng)力比三相系統(tǒng)的大。第68頁(yè)/共78頁(yè)110 短路電流下

30、的電動(dòng)力電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)導(dǎo)體的短路電流將產(chǎn)生一個(gè)可能危害導(dǎo)體的巨大電動(dòng)力。1101單相系統(tǒng)短路時(shí)的電動(dòng)力單相系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流除含正弦周期分量外，尚含非周期分量。前者亦稱穩(wěn)定分量，它取決于系統(tǒng)短路時(shí)的電阻；后者亦稱暫態(tài)分量或衰減分量，它主要覺(jué)得于發(fā)生短路時(shí)電源電壓的相位。 第69頁(yè)/共78頁(yè)當(dāng)發(fā)生單項(xiàng)短路故障時(shí)，短路電流為： )sin()sin(iietIiTtm2t第70頁(yè)/共78頁(yè)此時(shí)有最大電動(dòng)力 0222224. 324. 3)8 . 1 ()(FCIICIKCCiFmmmim圖1-14示出了電動(dòng)力的變化規(guī)律。它在電流的兩個(gè)半波中不相同。一個(gè)半波中電動(dòng)力大，另一個(gè)半波中電動(dòng)力小。當(dāng)非周期分量電流完全衰減后，兩個(gè)半波中的電動(dòng)力相等。 第71頁(yè)/共78頁(yè)1102三相系統(tǒng)短路時(shí)的電動(dòng)力以并列于同一平面內(nèi)的平行三相導(dǎo)體為例。)120sin()120sin()120sin()120sin()sin()sin(/TtoomBTtoomBTtmAetIietIietIi根據(jù)前面的分析，可知發(fā)生三相短路時(shí)，以中間一相導(dǎo)體所受電動(dòng)力為最大。則三相短路時(shí)電動(dòng)力的最大值為022)3(max8 . 28 . 2)8 . 1 (866. 0FCIICFmmsc第72頁(yè)/共78頁(yè) 電器的電動(dòng)穩(wěn)定性是指電器具有在最大短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力作用下，不致遭受損壞的能力。通常從電動(dòng)穩(wěn)定