Pemanasan bahagian hidup dengan aliran arus berterusan

Mari kita lihat keadaan asas untuk memanaskan dan menyejukkan peralatan elektrik, menggunakan contoh konduktor homogen yang disejukkan sama rata pada semua sisi.

Jika arus mengalir melalui konduktor pada suhu ambien, maka suhu konduktor secara beransur-ansur meningkat, kerana semua kehilangan tenaga semasa laluan arus ditukar menjadi haba.

Kadar kenaikan suhu konduktor apabila dipanaskan oleh arus bergantung pada nisbah antara jumlah haba yang dihasilkan dan keamatan penyingkirannya, serta pada kapasiti penyerapan haba konduktor.

Jumlah haba yang dijana dalam konduktor untuk masa dt ialah:

di mana I ialah nilai rms arus yang melalui konduktor, dan; Ra ialah rintangan aktif konduktor pada arus ulang alik, ohm; P - kehilangan kuasa, ditukar kepada haba, wm.Sebahagian daripada haba ini pergi untuk memanaskan wayar dan menaikkan suhunya, dan haba yang tinggal dikeluarkan dari permukaan wayar kerana pemindahan haba.

Tenaga yang dibelanjakan untuk memanaskan wayar adalah sama dengan

di mana G ialah berat wayar pembawa arus, kg; c ialah kapasiti haba tentu bahan konduktor, em • sec / kg • gred; Θ — terlalu panas — melebihi suhu konduktor berbanding dengan persekitaran:

v dan vo — konduktor dan suhu ambien, °С.

Tenaga yang dikeluarkan dari permukaan konduktor untuk masa dt akibat pemindahan haba adalah berkadar dengan kenaikan suhu konduktor melebihi suhu ambien:

di mana K ialah jumlah pekali pemindahan haba, dengan mengambil kira semua jenis pemindahan haba, Vm / cm2 ° C; F - permukaan penyejukan konduktor, cm2,

Persamaan imbangan haba untuk masa proses haba sementara boleh ditulis dalam bentuk berikut:

atau

atau

Untuk keadaan biasa, apabila suhu konduktor berubah dalam had yang kecil, boleh diandaikan bahawa R, c, K ialah nilai malar. Di samping itu, perlu diambil kira bahawa sebelum arus dihidupkan, konduktor berada pada suhu ambien, i.e. kenaikan suhu awal konduktor melebihi suhu ambien ialah sifar.

Penyelesaian persamaan pembezaan ini untuk memanaskan konduktor ialah

di mana A ialah pemalar kamiran bergantung kepada keadaan awal.

Pada t = 0 Θ = 0, iaitu pada saat awal wayar yang dipanaskan mempunyai suhu ambien.

Kemudian pada t = 0 kita dapat

Menggantikan nilai pemalar penyepaduan A, kita dapat

Ia berikutan daripada persamaan ini bahawa pemanasan konduktor pembawa arus berlaku sepanjang lengkung eksponen (Rajah 1). Seperti yang anda lihat, dengan perubahan masa, kenaikan suhu wayar menjadi perlahan dan suhu mencapai nilai yang stabil.

Persamaan ini memberikan suhu konduktor pada bila-bila masa t dari permulaan aliran arus.

Nilai superheat keadaan mantap boleh diperolehi jika masa t = ∞ diambil ke dalam persamaan pemanasan

di mana vu ialah suhu pegun permukaan konduktor; Θу — nilai keseimbangan kenaikan suhu konduktor melebihi suhu ambien.

nasi. 1. Lengkung pemanasan dan penyejukan peralatan elektrik: a — perubahan suhu konduktor homogen dengan pemanasan berpanjangan; b — perubahan suhu semasa penyejukan

Berdasarkan persamaan ini, kita boleh menulisnya

Oleh itu, dapat dilihat bahawa apabila keadaan mantap dicapai, semua haba yang dibebaskan dalam konduktor akan dipindahkan ke ruang sekeliling.

Memasukkannya ke dalam persamaan pemanasan asas dan menandakan dengan T = Gc / KF, kita mendapat persamaan yang sama dalam bentuk yang lebih mudah:

Nilai T = Gc / KF dipanggil pemalar masa pemanasan dan merupakan nisbah keupayaan menyerap haba badan kepada keupayaan pemindahan habanya. Ini bergantung pada saiz, permukaan dan sifat wayar atau badan dan tidak bergantung pada masa dan suhu.

Bagi konduktor atau radas tertentu, nilai ini mencirikan masa untuk mencapai mod pemanasan pegun dan diambil sebagai skala untuk mengukur masa dalam rajah pemanasan.

Walaupun ia mengikuti daripada persamaan pemanasan bahawa keadaan mantap berlaku selepas masa yang lama tidak tentu, dalam amalan masa untuk mencapai suhu keadaan mantap diambil sama dengan (3-4) • T, kerana dalam kes ini suhu pemanasan melebihi 98% daripada nilai akhir Θy.

Pemalar masa pemanasan untuk struktur pembawa arus mudah boleh dikira dengan mudah, dan untuk radas dan mesin ia ditentukan oleh ujian haba dan pembinaan grafik seterusnya. Pemalar masa pemanasan ditakrifkan sebagai OT subtangen yang diplot pada lengkung pemanasan, dan OT tangen itu sendiri kepada lengkung (dari asalan) mencirikan kenaikan suhu konduktor tanpa adanya pemindahan haba.

Pada ketumpatan arus tinggi dan pemanasan sengit, pemalar pemanasan dikira menggunakan ungkapan lanjutan:

Jika kita mengandaikan bahawa proses pemanasan konduktor berlaku tanpa pemindahan haba ke ruang sekeliling, maka persamaan pemanasan akan mempunyai bentuk berikut:

dan suhu superheat akan meningkat secara linear mengikut kadar masa:

Jika t = T digantikan dalam persamaan terakhir, maka dapat dilihat bahawa untuk tempoh yang sama dengan pemalar masa pemanasan T = Gc / KF, konduktor dipanaskan pada suhu yang ditetapkan Θу = I2Ra / KF, jika pemindahan haba berlaku tidak berlaku pada masa ini.

Pemalar pemanasan untuk peralatan elektrik berbeza dari beberapa minit untuk bas hingga beberapa jam untuk transformer dan penjana kuasa tinggi.

Jadual 1 menunjukkan pemalar masa pemanasan untuk beberapa saiz tayar biasa.

Apabila arus dimatikan, bekalan tenaga ke wayar berhenti, iaitu, Pdt = 0, oleh itu, bermula dari saat mematikan arus, wayar akan sejuk.

Persamaan pemanasan asas untuk kes ini adalah seperti berikut:

Jadual 1. Pemalar masa pemanasan bar bas kuprum dan aluminium

Bahagian tayar, mm *

Pemalar pemanasan, min

untuk madu

untuk aluminium

25×3

7,3

5,8

50×6

14,0

11,0

100×10

20,0

15,8

Jika penyejukan konduktor atau peralatan bermula dengan suhu superheat tertentu Θy, maka penyelesaian persamaan ini akan memberikan perubahan suhu dengan masa dalam bentuk berikut:

Seperti yang dapat dilihat dari rajah. 1b, lengkung penyejukan adalah lengkung pemanasan yang sama tetapi dengan cembung ke bawah (ke arah paksi absis).

Pemalar masa pemanasan juga boleh ditentukan daripada lengkung penyejukan sebagai nilai subtangen yang sepadan dengan setiap titik pada lengkung itu.

Syarat-syarat yang dipertimbangkan di atas untuk memanaskan konduktor homogen dengan arus elektrik ke tahap tertentu digunakan pada pelbagai peralatan elektrik untuk penilaian umum tentang proses pemanasan. Bagi wayar pembawa semasa peranti, bas dan bar bas, serta bahagian lain yang serupa, kesimpulan yang diperoleh membolehkan kami membuat pengiraan praktikal yang diperlukan.