Электрические аппараты
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?ости теплового потока.
Рис.6.7. К расчету теплопередачи через плоскую стенку
Формулу (6.51) пишут иначе, учитывая, что
(6.52)
Следует обратить внимание на аналогию уравнений соответствующим уравнениям для электрических явлений,
Закон Ома для теплового потока
(6.53)
Закон Ома для однородного проводника
(6.54)
Тепловое сопротивление стенки
(6.55)
Видно, что между явлениями электрического тока в проводниках и явлениями теплового потока существует далеко идущая аналогия, которой часто пользуются для упрощения решения различных задач по теплопередаче. В частности, для решения задач по нагреву электрических машин и аппаратов весьма удобным оказывается применение понятия о сопротивлении тепловому потоку.
Режимы нагрева электрических аппаратов
Кратковременный и повторно-кратковременный режимы нагрева
Температура аппарата или отдельных его частей в процессе нагрева (или охлаждения) определяется отношением времени нагрева к постоянной времени нагрева аппарата или отдельной его части.
Уравнение процесса нагрева при отдаче тепла в окружающую среду по закону Ньютона имеет следующий вид
(6.56)
Теоретически время достижения установившегося превышения температуры бесконечно, но если задаться точностью 2%, то при этом можно считать, что для достижения установившегося превышения температуры время нагрева должно быть больше, чем AT,так как
Если время нагрева t<4T, то, очевидно, температура аппарата не достигнет установившегося значения.
Аналогично при охлаждении аппарата, если время охлаждения аппарата (ток через аппарат не протекает) больше 4T, то можно считать, что за такой промежуток времени температура аппарата станет равной температуре окружающей среды.
Часто встречаются такие режимы работы аппаратуры, когда время, в течение которого аппарат включен (время нагрева) меньше, чем время, необходимое для нагрева до установившейся температуры, т. е., а время паузы t- (когда ток через аппарат не протекает) много больше, т. е.
Подобный режим работы аппарата называется кратковременным.
Очевидно, что при кратковременном режиме работы допустимая величина тока может быть принята большей, чем при длительном режиме.
Пусть известны допустимое превышение температуры аппарата ТДОП, длительно допустимый ток Iдл.доп или длительно допустимая мощность потерь PДЛ.ДОП и постоянная времени нагрева аппарата Т. Пусть через аппарат в кратковременном режиме за время Ткр протекает некоторый ток Iкр. Току Iкр соответствует мощность потерь Ркр. Если бы ток Iкр протекал достаточно долго, то в соответствии с уравнением (6.56) превышение температуры аппарата установилось бы равным (рис.6.8):
(6.57)
При времени протекания tкр максимальное превышение температуры окажется равным
(6.58)
В качестве условия мы примем, что это максимальное превышение температуры в кратковременном режиме не должно превзойти установившегося значения в длительном режиме, т. е.
(6.59)
то, подставляя , получим
(6.60)
Откуда коэффициент допустимой перегрузки по мощности в кратковременном режиме
Если принять в простейшем случае, что мощность потерь пропорциональна квадрату тока, то коэффициент перегрузки по току в кратковременном режиме
Рис.6.8. Кратковременный процесс нагрева
При конструировании аппаратов, специально предназначенных для кратковременного режима работы, надо стремиться к увеличению его постоянной времени нагрева Т, так как при этом растет коэффициент перегрузки по току и по мощности. Увеличение постоянной времени Т, как правило, достигается увеличением теплоемкости аппарата.
Если время бестоковой паузы недостаточно для полного остывания аппарата, т.е. если то при последующем включении аппарата его нагрев начнется при некотором значении температуры, отличающимся от температуры окружающей среды
Рис.6.9.Повторно-кратковременный процесс нагрева
Существует ряд аппаратов, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме. В этом режиме циклы нагрева и охлаждения аппарата строго чередуются. Обозначим время работы аппарата в одном цикле (время протекания тока) tр, а время бестоковой паузы tп. Пусть графически зависимость тока от времени в повторно-кратковременном режиме представлена на рис.6.9. Сумму назовем временем цикла tц.
В течение первого цикла за время tр1 аппарат нагревается до некоторого превышения температуры , а за время первой паузы tп1 произойдет его охлаждение до . Во втором цикле нагрев аппарата начнется при= и за время tр2 будет достигнуто превышение температуры , но так как то >. За время второй паузы tn2 аппарат охладится и в к