城轨车辆电气设备检查维护之电器的发热与电动力

3-2电器散热几种方式电器工作时，只要电器温度高于周围介质及接触零件的温度，它便向周围介质散热。所以发热和散热同时存在于电器发热过程中。当电器产生的热量与散失的热量相平衡时，电器的温升维持不变，这时称电器处于热稳定状态。此时的温升称为稳定温升。若温升随着时间而变化，则称为不稳定发热状态。电器的散热以热传导、对流与辐射三种基本方式进行。1热辐射热辐射是发热体的热量以电磁波形式传播能量的过程。热辐射可穿越真空和气体而传播，但不能透过固体和液体物质。例如：太阳散热就是以辐射的形式传播能量。2传导传导是通过具有一定内部能量的物质基本质点间的直接相互作用，使能量从一个质点传递到另一相邻质点。可以在气体、固体、液体中进行。例如：铁锅中心加热，热量传导到其它部分。3对流对流是通过流体(液体与气体)的运动而传递热量。对流分为自然对流和强迫对流。城轨车辆上的电气设备由于空间有限，一般采用强迫对流（通过散热风扇）。3-1、电器发热概述

1温升的概念电器在工作时由于有电流通过导体和线圈而产生电阻损耗。这些损耗几乎全部都转变为热能。其中一部分散失到周围介质中，另一部分加热电器本身，使其温度升高。电器温度升高后，其本身温度与周围环境温度之差，称为温升。电器的温度超过某一极限值后，其中金属材料的机械强度会明显下降，绝缘材料的绝缘强度会受到破坏。若电器温度过高，会使其使用寿命降低，甚至遭到破坏。

研究电器发热散热意义：对保证电器正常可靠运行及缩小电器体积、节约原材料、降低成本、延长使用寿命等具有重要意义。为了保证电器的工作性能及使用寿命，各国电器技术标准都规定了电器各部件的发热温度极限。发热温度极限就是保证电器的机械强度、导电、导磁性以及介质的绝缘性不受危害的极限温度。2电器部件及材料的发热温度极限2电器部件及材料的发热温度极限材料和形式发热温度极限紫铜或铜合金触头115磷青铜75夹形触头刀形开关铜触头90铝质导电连接80铜质镀锡软连接线130镍铬电阻丝690允许温升是发热温度极限与最高环境温度的差值。电器的工作环境直接影响电器的散热过程。我国国家标准规定最高环境温度为+40℃(一般为35℃)，即

允许温升＝发热温度极限－40℃3允许温升3.3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。图1长期工作制时发热与冷却曲线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。(2)稳定温升与起始温升无关，它由P/(KT*S)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。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。当ｔ＝4T时,即可认为达到稳定值。3-5间断工作制电器的发热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。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t1有关，t越大或t1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：TD=(t1/t)*100％,即工作时间t1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。3-4短时工作制电器的发热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2中曲线1、2所示。图2短时工作制时的发热、冷却曲线设短时工作发热功率为Pd,工作电流为Id,发热时间为td,Pe为额定功率，Ie为额定电流，有：Pd/Pe=T/td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td及时间常数T有关。T越大,td越小，过载倍数则越高。3-6电动力的概念及判断方法载流导体电动力概念电动力：载流导体处在磁场中会受到力的作用，载流导体间相互也会受到力的作用，这种力称为电动力。可利用的一面：如电动机的原理就是利用它将电能转换为机械能。危害的一面：在电器中，造成触头的熔化或熔焊，影响触头的正常工作。有时在强大短路电流所形成的电动力下，使电器发生误动作或使导体机械变形，甚至损坏。利用电动力的磁吹原理1－磁吹线圈；2－磁吹铁芯；3－导弧角；4－电弧；5－铁夹板；6－动触头；7－静触头2载流电动力方向判别电动力的方向判断可用左手定则或磁通管侧压力原理来进行。例如图所示情况3-7电动稳定性电动力计算基础当长为L并通有电流I的导体垂直置于磁感应强度B的均匀磁场中，导体的电动力F为：F=BIL若导体与磁感应强度B的方向成β夹角，则导体的电动力为：F=BILsinβ电动稳定性电动稳定性指大电流通过电器时，在电动力作用下，电器有关部件不产生损坏或永久变形的性能。通过的最大电流一般以最大冲击电流峰值表示。3-8触头电动力触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观上看仍然是凹凸不平的，如图所示。由于接触面积远小于触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由此而引起触头间的电动斥力。闭合的隔离开关动静触头间存在电动斥力，当电流很大时电动力可将触头间接触压力减小，甚至引起触头的机械形