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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电气 > 《牵引电器检测与维修》 > 第1章 电器的发热与电动力

第2节 不同工作制下电器的发热

电器在使用过程中,由于工作任务的要求不同,其工作时间的长短也不同。如供电系统中的一些开关,只要不出现故障和必要的检修,它就一直处于工作状态,而机车上控制空气压缩机的电器则处于一种断续工作状况。由于工作时间长短不同,故电器的发热及冷却状况也不同,从电器发热与冷却的观点我们一般将电器的工作状况分为长期工作制、间断长期工作制(八小时工作制)、短时工作制及间断工作制(反复短时工作制)几种。

一、长期工作制时电器的发热

长期工作制是指电器通电后连续工作到发热稳定,此时温升达到稳定值。其特点是电器损耗所产生的热量全部散发到周围介质中。当发热未达到稳定前,这个热量一部分用于升高导体的温度,另一部分散发到周围介质中去。根据能量平衡原理,得能量平衡公式为

式中       

通过计算可得:

  

不难看出,这是一条上升的指数曲线,如图1-1中曲线2所示。

当t→∞时,电器的温升达到稳定值,称为稳定温升

电器各部分的稳定温升不应超过允许温升。式(1-6)中是一个常数,我们称之为电器的热时间常数(简称时间常数),以T表示

由上分析可得以下几点:

(1)导体的温升是随时间的增长按指数曲线上升的。开始上升速度较快,随着的增大上升速度逐渐减慢,直到稳定温升,此时达到热稳定状态。其原因是由于散热功率和温升成正比所致。

(2)稳定温升与起始温升无关,它由P/KTS决定。当散热面积和散热条件已确定时(S与一定),正比于发热功率P,或正比于电流的平方,电流愈大,稳定温升值也就愈大。如要限制最大温升,在散热条件不变的情况下,实际上就是限制通过的最大电流。因此,电器的额定电流值就是根据长期发热时的最大温升不超过允许温升来确定的。

(3)时间常数T决定于导体总的热容量与其散热情况之比。其值是由电器本身的物理参数决定的,与发热功率(电流)无关。

总之,T值越大,表示达到稳定温升所需的时间越长。

(4)理论上讲,t=∞时,温升达到稳定值。实际上接近稳定温升所需的时间并不需要无限长。从图1-1中可以看出;当t=4T时,,这时温升即可认为达到稳定值。由于T与电流无关,故对同一电器,通以不同电流,虽其值不等,但达到的时间是相等的。

间断长期工作制(八小时工作制)也属于长期工作制。在电器规定的工作时间内温升早已达到稳定值,但超过8h之后必须断电源,分断后可以清除触头的氧化物及尘垢。电器触头工作于间断长期工作制时,其允许温升可以比长期工作制时取的略高一些。

二、短时工作制及过载系数

电器的短时工作制是指电器通电时间很短,温升未达到稳定就停止工作,并且下一次工作要等到电器冷却到周围介质温度。例如机车主断路器中的分、合闸电磁铁即属于短时工作制情况,它分别仅在分、合闸时短时通电,分、合闸结束时就断电。

短时工作制的发热和冷却曲线如图1-2中曲线1、2所示。

由以上分析可得出以下几点:

(1)某电器在长期工作制下工作时,其稳定温升达到允许温升。该电器若用于短时工作制时,允许超载运行。这样可使电器得到充分作用。

(2)该电器在短时工作制下,其功率(或电流)的过载倍数与发热时间及时间常数T有关。T越大,越小,过载倍数则越高。

三、间断工作制(反复短时工作制)

间断工作制是指电器在通电和断电周期循环下的工作过程。通电时间内温度未达到稳定值,断电后又不能冷却到周围介质温度。多次重复通电后,电器可能达到稳定温升。例如,SS3型电力机车上控制伺服电机的接触器及CJ8Z型接触器的起动线圈均按间断工作制考虑。

图1-3 间断工作制的发热曲线

图1-3说明了间断工作制的发热过程,以t1表示通电发热时间,t2表示断电冷却时间。t=t1+t2称为工作周期。通过分析可得其功率过载倍数、电流过载倍数分别为

由上我们可以看出间断工作制的过载倍数与工作周期t及发热时间有关,t越大或越小,过载倍数就越大。

在电器标准中常用通电持续率TD%来表示间断工作制的负荷轻重程度,通电持续率的定义是

即工作时间与工作周期t之比的百分数,显然TD%值愈大,说明工作时间愈长,任务愈繁重,过载系数就愈小。