电器学复习-知识点总结

电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！电器学复习绪论电器的概念分类工作要求一、概论电器：凡根据外界指定信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电量对象切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备，称为电器。绪论第一节电器的用途与分类电器的定义：在电力系统中，用来对电网、电机及其他设备进行转换、控制、保护和调节的各种设备的统称。按职能分：开关电器（如刀开关、高低压断路器等）、控制电器（继电器、接触器等）、调节电器（起动器、电压调节器等）。按电压等级分：高压电器（高压断路器、电抗器、高压互感器等）、低压电器（低压断路器、接触器、继电器、刀开关等）。按元件与系统的关系分：配电电器（断路器、隔离开关、刀开关、熔断器等）、控制电器（接触器、继电器、起动器等）。按操作方式分：手动电器和自动电器。按使用场合分：工业电器、矿用电器、船用电器、航空航天电器、牵引电器等。一.电力系统对电器的要求1)安全可靠的绝缘;2)必要的载流能力;3)较高的通断能力;4)良好的机械性能;5)必要的电寿命;6)完善的保护功能。二.电器正常工作的条件1)周围环境温度低压：-5˚C－+40˚C高压：户外：-30˚C－+40˚C户内：-5˚C－+40˚C2)海拔高度影响耐压、灭弧等3)相对温度金属生锈，导致绝缘下降等4)其他条件污染、振动、风霜雨雪等电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！第一篇电器的理论基础（主要范畴80%）第一章电器的发热和电动力总结：一、电器的热源；电器的散热方式电器中的基本热源：——导体通过电流时的能量损耗（当电流流过铜线时一般称为铜损;;导体（铜）的阻抗损耗；——非载流铁磁质零部件的损耗（铁损包括磁滞损耗和涡流损耗)交变电磁场在导磁体（铁）中产生的磁滞与涡流损耗——电介质损耗交变电磁场会在绝缘层内产生电介质损耗；；绝缘材料的介质损耗。结果：⑴散失到周围介质；⑵其余用来加热电器。严重后果：温升超过极限允许温升时降低了电器的机械强度和绝缘强度，导致材料老化、寿命降低。电器的散热形式有三种：热传导由质点之间直接作用产生，存在于绝缘的液体、固体、气体中。触头的热量主要由触头向外传导，由联接端子、导线等散热。对流仅存在于流体（液体或气体）中。通过粒子互相移动使热能转移，有自然对流和强迫对流两种方式。热辐射由电磁波传播能量，不需直接接触的传热方式。真空电器中有一定比例的热辐射。二、电器的允许温度和温升；我国规定电器运行场所的环境温度允许温升=-=零部件的温度-周围环境温度温升：电器零部件温度与周围介质温度之差，是用来考核电器质量的指标。我国规定统一的环境温度为35˚C。1、“电器各部件极限允许温升”的定义：电器各部件极限允许温升=极限允许温度-工作环境温度我国标准规定周围空气的温度范围为±40℃2、电器各部件的极限允许温升制定依据：绝缘不损坏；工作寿命不过分降低；机械寿命不降低（材料软化）。三、综合散热系数和发热时间常数综合散热系数KT综合了三种散热方式，表征电器的散热能力。含义：它表示每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.单位为W/(m²•K)。影响因素：介质密度、热导率、粘滞系数、比热容与发热体的几何参数和表面状态等，此外，它还是温度的函数。发热体和周围介质的温度对其影响较小。发热时间常数T：电器在绝热条件下温升达到τs所需时间；在非绝热情况下，温升从0上升到0.632τs所需时间。τs:发热体产生的热量完全散失到周围介质中时的温升。热时间常数——表征温度上升和下降快慢.。T=cm/(KT*A)0电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！热时间常数与发热体的质量和比热成正比，与散热系数和散热面积成反比。四、电器的几种工作制及其特点（了解）四种工作制国标规定：长期工作制；间断长期工作制；反复短时工作制；短时工作制五、.热稳定性和热稳定电流；电动稳定性和电动稳定电流热稳定性：在一定的时间内电器承受短路电流引起的热作用而不致损伤电器的能力。用(Ik)2tk表示热稳定电流：指在规定的使用条件和性能下、开关电器在接通状态于规定的短暂时间内所能承载的电流。电动稳定性：简称动稳定性，是指电器在大电流产生的电动力作用下，有关部分不发生损坏或永久变形，以及触头不因被斥开而发生熔焊甚至烧毁的性能。动稳定电流：在规定的使用和性能条件下，开关电器或其它电器在闭合位置所能承受的电流峰值，用符号idw表示，它主要反映电器承受短路电流电动力作用的能力。六、发热计算的热平衡方程式理想假设下加热时的热平衡方程：假设条件：均匀发热；各参数均匀，且与温度无关TPdtcmdKAdt即：热源发热=发热体的温升+散热极限发热情况：假定电器发热后热量均被电器本身所吸收，此时散热为零.在稳定状态下吸热项为零，短时发热时可不考虑散热项。七、.牛顿公式和傅立叶公式（1）牛顿公式电器表面稳定温升与工作制有关。计算电器表面稳定温升时，一般是将三种散热方式合在一起，用牛顿热计算公式求电器表面的稳定温升值，即：式中，Ps：总散热功率；A：有效散热面积；：发热体温升，＝θ-θ0，θ和θ0是发热体温度和周围环境温度。KT：导体表面综合散热系数，单位w/m2·K。（2）傅里叶公式（热传导的基本定律）确立了热流密度与温度梯度之间的关系。表明沿热流方向单位长度上的温差为1K时在单位时间内通过单位面积的热量。热流密度：单位时间内通过垂直于热流方向单位面积的热量.热导率：八、热稳定性和电动稳定性的校核————此类计算qgrad/qQAt0(1)电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！电器的热稳定性:在一定的时间内电器承受短路电流引起的热作用而不致损伤电器的能力。短路电流通过导体的温升特点：短路时，电流通过的时间短，一般tk0.05T。在这么短的时间内，热功率没有向绝缘层及周围介质扩散，相当于绝热的情况，导体的允许温升可比正常运行的时候高。一、热稳定性校核：校核手段：短路电流下导体的热计算比较末端温度Sc,若其比允许温升低，则热稳定性为合格；否则，不合格。二、电动力稳定性校核：1、定义：指电器能承受短路电流电动力的作用而不致破坏或产生永久变形的能力。对触头而言，是指短路电流通过时触头不应被电动力斥开和产生熔焊。2、表示方式：电器的电动稳定性常用电器能承受的最大冲击电流的峰值，或峰值电流与额定电流的比值表示。确定短路形式，计算短路电动力：1一般是根据三相短路电流来校核电器的电动稳定性；但因短路电流的周期分量有效值相电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！同时，单相短路电动力最大，故使用电器者也应考虑短路最严重的情况来选择电器。在考虑电动稳定性时还要注意避免受力部件的机械共振。2现代电力系统考虑二相或三相短路情况。三相短路电流：二相短路电流：其中，E是线电压值。所以，即有：3使用电器的部门选择电器时，应要求：电器的动稳定电流（峰值耐受电流）大于三相短路冲击电流。4为防止导体因其固有振荡频率与电动力作用频率相等而导致机械共振，应使其固有频率低于电动力的作用频率。校核步骤校核的步骤：例如对载流导体。1)首先计算导体受到的电动力F；2)根据计算的电动力，计算导体的最大弯矩Mw、抗弯矩W；3)计算应力σ；4)根据材料的允许的应力进行校验，不满足必须进行修正。铜的应力：，铝的应力：27/107.13mN27/1086.6mNMw＝F×ll－绝缘子间导体的跨距；b、h－导体的宽、高；6/2hbwσ＝Mw/w§2-6电器的电动稳定性九、电动力的两种计算方法电动力：载流导体（有电流通过的导体）在磁场中所受到的磁场对电流的作用力。（1）、毕奥－萨伐尔定律：载流导线上任一电流元Idl在真空中任意一点P处产生的磁感应强度dB可表示为:式中u0——真空磁导率，=410－7（H／m）r——dl2到M点间的距离——l2与r间小于90o的夹角对导体L全长积分，就得到载流导体L在M点的B值将B代入计算电动力F的公式，可得载流导体在载流导体的磁场中所受的电动力F12：02sin4IdLdBrllrddBBsinL4I20cKii210411112sinldlBiFsinsin412221210llrdldlii''33()dEiXX''3''223ii''22()dEiXX(3)(2)21.153mmFF电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！式中Kc——仅涉及导体几何参数的积分量，称为回路系数。当二导体处于同一平面内时，一.两平行导体间的电动力(•主要是求其回路系数)•无线长;•有线长;二.两垂直导体间的电动力•无线长：•有线长：（2）、能量平衡法(能量守恒)：1、原理：外部电源提供的磁场使导体受电动力作用在某一方向产生元位移。当外电源提供能量变为零时，此导体所做的功应等于系统储能的变化，即，为导体在F作用下产生元位移时导体系统储能的变化。2、导体电动力计算：任一回路内，电动力F对导体所作的功等于该回路中所储存磁能的变化，即MW——磁场能量；必须注意广义坐标b，在不同的计算情况要考虑实际的坐标求取载流线自身的力时：b取线匝半径求二载流线匝间作用力时：b取匝间距离只有一回路时磁能对磁链的导数:磁链与磁通的关系:则电动力：两个磁耦合的载流导体系统中，设其中流过的电流为i1、i2，则：若某导体产生元位移时且导体系统中的电流不变，则导体受电动力为：与毕奥－沙伐尔定律比较，显然利用该公式进行电动力求解时，更为简便，不需要知道导体的位置、形状、长度等。缺点：在计算电动力时，必须先知道不同回路的自感、互感等，有局限性。导体几何参数对电动力的影响当导体截面的周长与导体间距相比不能忽略不计时，一般要考虑形状系数Kf，则电动力公式变为：当(a-b)/(b+h)2，可以不考虑Kf，认为其值为1。bFWbM/2MdWidNLi222ididLFdbdb212222112121iMiiLiLWXMiiXLiXLiXWF2122212121211212200sinllcdldlKr21sinalKc/21)0,(221222121bllaaalaSSDDKc4101rlInKcODBDOCACODADOCBCInKcfcKKiiF2104电器学资料湖大电气院电自0910班yuehonglu整理来源：ppt，书，网络。故为个人观点，可能存在错误与不足，仅供参考！十、.交流电流下的电动力的特点短路电流下的电动力的特点★交流电动力计算方法与直流相同。短路电流下的电动力1、单相：（1）是脉动的单方向的电动力（2）单相稳态交流电动力以两倍电流频率在零和峰值间变化。（3）最大的电动力发生在最大的短路电流时刻，当ψ＝φ－π/2时，电流的非周期分量最大，可能出现的总电流、电动力最大。（4）单相系统最大暂态电动力是稳态时的3.24倍。交流单相短路最大电动力极限可达稳态最大电动力的4倍。2、三相：（1）三相稳态交流电动力当导体作直列布置时中间相导体受力最大，并以两倍电流频率在正、负峰值间变化，力的峰值为单相稳态最大力的0.866倍。（2）三相交流短路电动力同样是中间相导体受力最大，力的正、负峰值为单相稳态最大力的2.8倍。a、各相所受电动力均是交变的，其频率为电流频率的2