大工 电器学作业题及答案2013 - 图文

第一次作业

1.1 电器中有哪些热源？它们各有何特点？

答： 载流体中产生的热源有：载体能量损耗、铁损和电介质损耗。

（1）导体通过电流时会有损耗，称为载流体能量损耗，其公式为：错误！未找到引用源。Rdt

(2)非载流铁磁部件的损耗，也成铁损，是在导体通以交变电流，铁磁体中会出现磁滞损耗和涡流损耗

（3）电介质损耗是指绝缘体在交变磁场中产生的损耗。

1.2 散热方式有几种？它们各有何特点才？ 答：散热方式主要有以下三种：

（1）热传导：热传导是指热能从温度不均匀物体的高温端传向低温端，或者是两个温度不同的物体相互接触时，热能由高温物体传向低温物体的过程。它是电器散热的重要途径之一。

（2）对流：对流是指在液体或者气体粒子中移动传输热能的现象。它与热传导是并存的。

（3）热辐射：热辐射是指热量传递以电磁波转移来实现的现象称为热辐射。

：（1）单位长度导体外表面积：A10?2?(0.1?1?0.01?1)?0.22m2；

单位长度绝缘层外表面积：A20?2?(0.102?1?0.012?1)?0.228m2； 绝缘层内的温差： ?1??2?P????A?102.5?100?0.001?0.997?C

1.14?0.22根据牛顿公式，绝缘层外表面与周围介质之间的温差满足：

?2??0?P;其中KT?9.2??1?0.009???2??0??;??kT?A20?把KT代入上式中，求得?2??0?72.23C；KT?15.18W?m2??C?

；则可知温升为：

???1??0?0.997?72.23?73.23?C?1????0?73.23?35?108.23C?

（2）对于热等级为B级的绝缘材料，其极限温度为130?C，则此时：

K

TW??9.2???1+0.009??2??0???9.2??1?0.009?(130?35)??17.066m2??C;则：Pmax???2??0??KT?A20?369.65W 又单位长度的电阻为：R??可知Imax?11??1.7?10?8?1.7?10?5?； CUs0.01?0.1PmaxR?369.653?4.663?10A。 ?51.7?10解：线圈外表面积：A0??D1h?3.14?40?10?3?60?10?3?7.536?10?3m2；

线圈内侧表面积：Ai??D2h?3.14?0.02?0.06?3.768?10?3m2：

等效散热面积：A?A0??Ai?7.536?10?3?1.7?3.768?10?3?1.394?10?2m2； 绕组线长度为：l??DN???D12?D22?N?518.1m；

2绕组线的截面积为：S???找到引用源。

d?3.14?4?0.33?10?3?4?4.275?10?8m2错误！未

则可知绕组线的电阻为：R???由此得：P?Unl518.1?1.7?10?8??109.044?； S8.55?10?8362??11.89W； R109.044则线圈的平均温升是：??

P11.89??71.07K。 ?2?A12?1.394?10KT1．17一载流体长1m，其中通有I=20kA电流，若此导体平行于相距50mm

的一无限大钢板，求导体上的电动力。

解：将导线与钢板间的作用力等效化简，利用镜像法，化为两有限长导体间

的作用力。

此时有；l1?l2?1m;a?2?0.05?0.1m；

kc??20l2?a2?a?a12?0.12?0.1?2??18.1;

0.1则作用于导体上的电动力为：

?F?

4??10?732??I??18.1??20?10??724N4?kc4?

2解：由于铜母线为有限长，且有l1?l2?l?1m；

l2?a2?a0.12?12?0.1?2??18.1； kc?2a0.1?C?4??10?7?6； ??18.1?1.81?10k4?c4?022又已知单相交流短路冲击电流为40KA，则最大电动力为：

?63?3.24C?3.24?1.81?10?40?10???9383.04N FmaxIM 当母线可以看做一个横梁时：

弯曲轴线的断面系数W=b*h2 /6=8.53*10-7 ;

则知两导线间最大应力为：错误！未找到引用源。9.163*107 Pa<13.7*107 Pa; 所以动稳定性合格；

diLUdt第二次作业 EB2.8 试分析直流电弧的熄灭条件。

答：对于直流电弧，如果电弧电流为

A0i零那么直流电弧就熄灭。直流电弧稳定燃烧时的工作点称为稳定燃弧点。直流电弧的熄灭条件为电弧电流为零。为此，可以使电路的u-iR曲线在电弧特性曲线之上，或者制造电弧电流过零点。

基于以上思想，熄灭直流电弧的方法有如下几种方法： （1） 拉长电弧或者实施人工冷却，一般采取增大纵向触头间隙和磁场吹弧等方

法。

（2） 增大近极区电压降，一般采取在灭弧室设置若干垂直于电弧的栅片来增大

近极区电压降。

（3） 增大弧柱电场强度，一般采用增大气体

图1直流电弧伏安特性曲线

介质压强，增大电弧

与介质之间的相对运动速度等方法。 （4）分段式灭弧

（5）人为制造过零点。采用自激振荡和转移原理来制造人为过零点。

（附注：图1是直流电弧的伏安特性曲线和U-iR特性。两条曲线的交点是A、B。两个交点就是直流电弧出现直流电弧的工作点。其中B点是稳定燃弧点）。

u2.9 试分析交流电弧的熄灭条件，并阐

述介质恢复过程和电压恢复过程。

1(uif)2(uif)3(uhf)答：交流电弧的熄弧过程包括两个过程：介质恢复过程和弧隙电压过程。交流电弧熄灭与否取决于电弧电流过零之后介质恢复过程是否超过电压恢复过程。因而交流电弧的熄灭条件是在零休期间，弧隙的输入能量始终小于输出能0t量，无热积累；在电流过零后，恢复电压又不足以将已形成的弧隙介质击穿。

（1介质恢复过程

（1） 近极区介质恢复过程

电弧电流过零之后，弧隙两端的电极立即改变极性。在新的近阴极区内，由于正离子的移动速度远远小于电子的移动速度。所以在电极改变极性之后，电子立即离开而朝新阳极移动。使得新阴极表面产生了部分正离子，以至于在新阴极上面难以产生持续的电子流。同时电流过零之后的温度已降低到热电离温度以下，也难以借热发射提供持续的电子流。因而电流过零之后再过0.1-1us之后，便可在近阴极区获得了150-250V的介质强度。

（2） 弧柱区的介质恢复过程

电弧电流自然过零前后的数十微秒内，电流已近乎为零，故这段时间被称为零休时间。由于热惯性的影响，零休期间电弧电阻Rh不是无穷大，而是因灭弧强度不同呈现不同量值。当电源仍向弧隙输送能量。当后者小于电弧散出的能量时，弧隙内温度降低，消电离作用增强，弧隙电阻不断增大，直至无穷大，从而电弧熄灭。反之，若弧隙取自电源的能量大于其散出的能量，剩余电流不断增

大，电弧电阻将迅速减小，电弧将重新燃烧。

（2弧隙电压恢复过程 电弧电流过零之后，弧隙电压将由零或反向的电弧电压上升到此时的电源电压。这一电压上升过程称为电压恢复过程，此过程中弧隙电压称为恢复电压。

恢复电压包含两种分量：稳态分量和暂态分量。稳态分量又由直流电压和工频电压组成。暂态分量只出现在电弧电流过零之后的几百微秒之内。

电压恢复过程与电路参数有关。

分断阻性电路时，电弧电流与电源电压U同相，恢复电压只有稳态电压，没有暂态分类，只有稳态分量。

分断感性电路，电弧电流过零时，电源电流大约达到复制，因而弧隙电压将由零跃升到u的幅值，然后按照工频电压变化，故恢复电压常常含有暂态分量。

分断电容性负载，电弧电流超前于电压，当电弧过零时电压是幅值。电容C被充到电源电压U的幅值。电弧熄灭后，C将保持该电压。恢复电压在电流过零后其值为零。然后随着u变化逐渐增大。当u到达反向的幅值时，恢复电压到达幅值的两倍，不含暂态分离，其稳态分量为直流电压与工频电压之和。

（附注：如图2所示，当介质恢复速度（曲线1）始终超过电压恢复速度，则交流电弧不会重燃。当介质恢复速度在某些时候（曲线2）小于电压恢复速度时，电弧将会重燃。）

2.26

解：（1）采用matlab绘图；

22020018016014012010080X: 25.86Y: 90.68u-iR曲线电弧特性曲线 0510152025303540 经分析，稳定燃弧点应该是第二个点，所以稳定燃弧电流为26.39A；

（2）利用曲线拟合，临界u-iR曲线为y=-19.8x+220；将会与直流电弧伏安特性曲线相切，因而需要串入的电阻R=19.8-5=14.8Ω；

22020018016014012010080 0X: 7.218Y: 77.08y=220-19.8x临界u-iR特性曲线电弧特性曲线510152025303540

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