ПЛОСКОСТЯМИ - раздел Философия, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Рассмотрим Простейшие Случаи, Когда Тепловой Поток Ф И Его Плотность Ф0...
Рассмотрим простейшие случаи, когда тепловой поток Ф и его плотность Ф0 не изменяются во времени (стационарное состояние) и в пространстве.
Такой случай может иметь место при наличии стенки толщиной б, ограниченной двумя параллельными плоскостями и разделяющей две среды (жидких или газообразных) с различными температурами (рис. 6.7).
Пусть температура на всем протяжении одной стороны стенки 1 будет больше, чем температура на противоположной стороне. Предполагая, что площадь стенки достаточно велика (теоретически не ограничена), можно предположить, что поверхности с одинаковой температурой (изотермические поверхности) в толще стенки будут представлять собой плоскости, параллельные граничным поверхностям, имеющим постоянные (но различные) температуры на всем протяжении каждой поверхности. При этом естественно, что изменение температуры будет происходить только в направлении нормали к поверхности стенки. Вследствие этого, направляя ось ординат вдоль стенки 1, ось абсцисс — вдоль нормали к поверхности стенки, и заменяя букву п буквой х в равенстве можно написать:
Этому дифференциальному уравнению соответствуют следующие граничные условия:
Решением уравнения будет
(6.50)
Для определения Сх используем условие:
т. е.
Из последнего равенства следует, что температура в стенке изменяется по закону прямой.
Используя условие, получим:
(6.51)
где – падение (перепад) температуры в толще стенки при
данной плотности 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 4T,так как > 0,98;
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. <4T , а время паузы –(когда ток через аппарат не протекает) много больше, т. е. > 4T). 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 Ткрпротекает 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 tкрмаксимальное 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 режим
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 <4Т, то при последующем включении аппарата его нагрев начнется при некотором значении температуры, отличающимся от температуры окружающей среды >0).
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 <4T и <4Т. Графически зависимость тока от времени в повторно-кратковременном режиме представлена на рис.6.9. Сумму назовем временем цикла tц.
Рис.6.8.Кратковременный процесс нагрева
Рис.6.9.Повторно-кратковременный процесс нагрева
В течение первого цикла за время tр1 аппарат нагревается до некоторого превышения температуры , а за время первой паузы tп1произойдет 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 tП2аппарат охладится и в конце второго цикла опять будет иметь место превышение температуры, которое будет больше, чем . Если такие циклы будут периодически повторяться достаточно долго, то в конце концов установится процесс колебания температуры аппарата, так называемый квазиустановившийся режим.
Если в повторно-кратковременном режиме мощность потерь в аппарате в промежутки tр равна Рп.кр, то, очевидно, максимальное превышение температуры в квазиустановившемся режиме будет ниже, чем если бы мощность Рп.кр выделялась бесконечно долго, т.е.
<.ля полного использования материалов в аппарате и для обеспечения надежности его работы должно соблюдаться условие
(6.61)
Рассмотрим п-й цикл при достаточно большом значении числа п квазиустановившегося режима. Для этого цикла справедливы равенства
Подставив, будем иметь
(6.62)
Установившееся превышение температуры при длительном процессе выделения мощности
(6.63)
получим
(6.64)
тогда коэффициент перегрузки по мощности в повторно-кратковременном режиме
(6.65)
а коэффициент перегрузки по току
. (6.66)
При расчетах аппаратов, предназначенных для повторно-кратковременного режима работы, часто используется величина относительной продолжительности включения ПВ%. Она является выраженным в процентах отношением времени работы ко времени всего цикла, т. е.
(6.67)
Для аппаратов, предназначенных к работе в повторно-кратковременном режиме, обычно задается частота включения в час п. Тогда время цикла и время работы аппарата могут быть записаны в виде
(6.68)
где п — заданная частота включений в час, откуда получим выражение коэффициента перегрузки по току
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ... САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
ПЛОСКОСТЯМИ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электромагнитными называются устройства, предназначенные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.
В нейтральны
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для магнитных цепей электрических аппаратов применяются самые разнообразные магнитномягкие материалы, от правильного выбора которых во многом зависит качество конструкции электриче
ПРОМЕЖУТКОВ
Для магнитных систем электрических аппаратов, когда учитываются потоки рассеяния и полные потоки воздушного зазора, существенным является определение магнитных проводимостей воздушных путей — пр
Для случая полюс — плоскость
Линии индукции, выходящие из боковых граней, занимают весь объем вокруг полюса и имеют сложную форму (рис.2.1). Поле в результате этого, как уже указывалось, получается не плоскопараллельным. В это
Б. Полюса цилиндрической формы
Для электрических аппаратов широко применяются магнитные системы с цилиндрическими полюсами. Опыт показывает, что боковая удельная проводимость между цилиндрическими полюсами зависит от величины д
Полюс — плоскость по координате z
Для плоскопараллельного поля суммарный поток с правой половины торца полюса и грани в (рис.) можно определить как
ПРОСТЫХ ОБЪЕМНЫХ ФИГУР ПОЛЯ
Расчет проводимостей воздушного зазора методом суммирования простых объемных фигур поля, предложенный Ротерсом, на практике получил достаточно широкое распространение. Однако сущест
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ АППАРАТОВ
а) Магнитная цепь аппарата, основные законы. Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение и как элемент привода аппаратов (контакторы, пускатели, реле, автоматы, вык
ПОСТОЯННОГО ТОКА
а.) Расчет потоков рассеивания и индуктивности катушки без учета сопротивления стали. Для электромагнитов, у которых катушка располагается на стержне, поток рассеяния связ
МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Магнитные цепи на переменном токе обладают следующими особенностями.
1. Ток в катушке электромагнита зависит главным образом от ее индуктивного сопротивления.
2. Магнитное сопрот
КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
В результате расчета магнитной цепи определяется поток в катушке и ее н. с. Катушка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемую н. с, а с др
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материал
СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1,а). После включения цепи напряжение источ
ДИНАМИКА И ВРЕМЯ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Время срабатывания. До сих пор мы рассматривали только статические характеристики электромагнитов, когда в их обмотке проходит неизменный ток, причем якорь либо неподвижен, л
МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
а) Общие сведения.Для создания постоянного магнитного поля в целом ряде электрических аппаратов используются постоянные магниты, которые изготавливаются из магнитно-твердых мат
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АППАРАТОВ
Электродинамические силы, возникающие в токоведущих частях аппаратов, стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, с помощью которых эти проводники укреплены к заземленным частям
ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
Как показывают наблюдения, чем выше температура, воздействию которой подвергаются изоляционные материалы, входящие в конструкции аппаратов, тем быстрее ухудшаются их механические и электрические к
ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
Короткое замыкание в электроустановках сопровождается протеканием по проводникам токов, значительно превышающих токи нормального рабочего режима. Так как длительность протекания токов короткого за
ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ТЕПЛООБМЕНА
При наличии разницы температур в теле в нем происходит процесс выравнивания температур из-за потока тепла от мест с более высокой температурой к местам с более низкой температурой.
По ана
ОТДАЧИ ТЕПЛА С НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (ЖИДКОСТИ, ГАЗУ)
В электротехнической практике весьма часто приходится рассчитывать превышение температуры наружной поверхности относительно температуры ж
ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:
1.С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса конт
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размыкается электрическая цепь. Электрический разряд, возникающий при размыкании к
ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При размыкании контактов аппарата, находящегося в цепи постоянного тока, возникает дуговой разряд. Для гашения возникающей дуги постоянного тока обычно стремятся повысить напряжени
УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ ДУГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Дуга переменного тока обычно гасится легче, чем дуга постоянного тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственно свести к нулю ток цепи путем непрерывного увеличения
А. Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника
Открытая дуга переменного тока в моменты перехода тока через нуль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вследствие перехода
Б. Дуга переменного тока в условиях активной деионизации
Если столб дуги переменного тока подвергается интенсивной деионизации, то в этом случае механизм гашения дуги существенно меняется по сравнению с предыдущим (открытая дуга в цепи вы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Бесконтактными электроаппаратами называют устройства, предназначенные для включения, выключения или переключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва цепи.
Осно
ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЕ СХЕМЫ МУС
Однополупериодная схема (рис. 10.6) практически не применяется из-за следующих недостатков:
1.Для ограничения наведенных в обмотке управления токов необходим балластный дроссель, наличие к
Статические параметры
а) Крутизна характеристики управления.Для МУС характерна зависимость выходного напряжения Up только от
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для зашиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ. Основными элементами предохранителя являются плавкая в
НАГРЕВ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чт
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме. Предохранители на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4
ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случ
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА
Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А. Число главных контактов колеблется от одного до пяти. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Наиболее широко
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Реле – это электрический аппарат, в котором при плавном изменении входной (управляющей) величины происходит скачкообразное изменение выходной (управляемой) величины. Причём, хотя бы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В схемах защиты и автоматики часто требуется выдержка времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость в
Работу.
Принцип электромагнитного замедления рассмотрен выше. Конструкция реле с таким замедлением типа РЭВ-800 (рис.14.11)содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с немагнитн
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЛЕ
а) Общие сведения. Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, чувствительности, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые
РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
УСТРОЙСТВА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (БКРПУ)
а) Общие сведения.На основе тиристоров возможно осуществление следующих операций:
1) включение и отключение э
ТИРИСТОРНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
На рис. 16.4 показан один из вариантов схемы бесконтактного — тиристорного пускателя. Силовой блок Б1 содержит силовые тиристоры VS1—VS3 и диоды VD1—VD3, рассчита
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для регулирования частоты вращения, вращающего момента на валу, для соединения и разъединения ведущего и ведомого валов применяются электрические аппараты в виде муфт с электрическим управлением.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
а) Принципдействия. Простейшая конструкция электромагнитной фрикционной муфты представлена на рис. 14.3. Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по контактным кольца
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФЕРРОПОРОШКОВЫЕ МУФТЫ
В ферропорошковой муфте барабанного типа (рис. 17.5) ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается э
ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МУФТЫ
Возможны два варианта исполнения гистерезисных муфт: в первом — магнитное поле индуктора создается обмоткой, во втором — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контак
Ограничители напряжения.
Назначение и классификация электрических аппаратов высокого напряжения
Электрические аппараты высокого напряжения (АВН) используются в электроэнергетических системах (объединенных и
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие науки и техники, научно-технические исследования предполагают развитие и совершенствование методов проектирования и расчета существующих, а также разработку новых электриче
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
на всем протяжении одной стороны стенки 1 будет больше, чем температура 
на противоположной стороне. Предполагая, что площадь стенки достаточно велика (теоретически не ограничена), можно предположить, что поверхности с одинаковой температурой (изотермические поверхности) в толще стенки будут представлять собой плоскости, параллельные граничным поверхностям, имеющим постоянные (но различные) температуры на всем протяжении каждой поверхности. При этом естественно, что изменение температуры будет происходить только в направлении нормали к поверхности стенки. Вследствие этого, направляя ось ординат вдоль стенки 1, ось абсцисс — вдоль нормали к поверхности стенки, и заменяя букву п буквой х в равенстве можно написать:
(6.50)
(6.51)
– падение (перепад) температуры в толще стенки при
данной плотности теплового потока.
(6.52)
. (6.53)
. (6.54)
,
. (6.55)
(6.56)
должно быть больше, чем 4T,так как 
> 0,98;
<4T , а время паузы 
–(когда ток через аппарат не протекает) много больше, т. е. 
> 4T). Подобный режим работы аппарата называется кратковременным.
(6.57)
(6.58)
(6.59)
(6.60)
<4Т, то при последующем включении аппарата его нагрев начнется при некотором значении температуры, отличающимся от температуры окружающей среды 
>0).
<4T и 
назовем временем цикла tц.
, а за время первой паузы tп1 произойдет его охлаждение до 
. Во втором цикле нагрев аппарата начнется при
= 
, но так как 
>
то
<
.ля полного использования материалов в аппарате и для обеспечения надежности его работы должно соблюдаться условие
(6.61)
(6.62)
(6.63)
(6.64)
тогда коэффициент перегрузки по мощности в повторно-кратковременном режиме
(6.65)
. (6.66)
(6.67)
(6.68)
(6.69)
Новости и инфо для студентов