1.2.7. Источники теплоты в электрических аппаратах

При протекании тока по электрическому проводнику в нём выделяется мощность , которая для однородного проводника с равномерной плотностью постоянного тока в единицу времени определяется формулой:

, (1.2.27)

где – активное электрическое сопротивление проводника длинойи поперечным сечением ; – удельное электрическое сопротивление материала проводника.

Удельное электрическое сопротивление материала проводника зависит от температуры и в большинстве случаев (до температуры 150 – 200 °С) определяется как:

(1.2.28)

где – удельное сопротивление при температуре 0°С;– температурный коэффициент сопротивления.

При прохождении по проводникам переменного тока начинает сказываться поверхностный эффект и эффект близости. Поверхностным эффектом называется явление неравномерного распределения плотности переменного тока по поперечному сечению одиночного проводника, а эффектом близости – явление неравномерного распределения плотности переменного тока, обусловленное влиянием друг на друга близко расположенных проводников с токами. Неравномерность распределения плотности тока приводит к возникновению дополнительных потерь мощности по сравнению с постоянным током. При этом следует учитывать, что в проводниках из ферромагнитных материалов вышеуказанные явления проявляются значительно сильнее, чем в немагнитных проводниках. Дополнительные потери учитываются коэффициентом поверхностного эффекта и коэффициентом близости , которые зависят от частоты переменного тока, геометрических размеров проводников и расстояний между ними. Значенияиприведены в[3]. Потери мощности при переменном токе будут равны:

. (1.2.29)

В ферромагнитных нетоковедущих частях электрического аппарата, находящихся в переменном магнитном поле, также имеют место источники теплоты. Это обусловлено потерями на перемагничивание и вихревыми токами, возникающими тогда, когда переменный во времени магнитный поток пронизывает ферромагнитные части аппарата. Полные потери в стали магнитопровода на гистерезис и вихревые токи могут быть найдены [3] по формуле:

, (1.2.30)

где – максимальное значение индукции в магнитопроводе;и– коэффициенты потерь от гистерезиса и вихревых токов;– масса магнитопровода;– частота тока. Если магнитопровод выполнен из листовой электротехнической стали (шихтованный магнитопровод), то потери мощности в нём существенно меньше, чем в сплошном стальном магнитопроводе.

В аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниках и ферромагнитных материалах необходимо учитывать потери в изоляции:

(1.2.31)

где – емкость изоляции;– действующее значение напряжения;– тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции.

В электромеханических аппаратах, предназначенных для коммутации электрических цепей, мощным источником теплоты является электрическая дуга. В электромагнитных муфтах, предназначенных для коммутации и передачи механической мощности, потери на трение составляют существенную долю от общих потерь мощности.