电器学习题解答

第一章思考题
1.电器发热和冷却的过程遵循什么规律？
遵循指数规律
2.电器发热的允许温升和稳定温升在概念上是否相同？
允许温升是保证电器绝缘不损坏、机械强度没有明显下降的最大温升；稳定温升是电器长期工作达到稳定状态，温度不再升高时的温度。

允许温升要比稳定温升高。

3.在电器中，发热时间常数与冷却时间常数是否相同?在整个发热过程中，发热时间常数
T是否变动？为什么？
⁄，比热容c和综合散热系数K T会发生两者是不同的，在整个发热过程中，T=cm K T A
变化，因此T会发生变化，在发热和冷却过程中数值也就不同。

但在计算时，我们可以认为T是常数。

4.电器在短时工作制下为什么能提高负载能力？短时工作的时间为什么要小于4倍热时
间常数才能提高负载能力？
短时工作制的工作时间小于4倍的热时间常数，在次时间内电器温升不会达到稳定值，只要使电器短时通电末了的温升等于长期工作通电时的稳定温升，就可以进行超载运行，从而提高负载能力。

如果通电时间t=4T,t=0.98τW，接近于稳定温升，就要按长期工作制处理，所以只要在小于4倍热时间常数的情况才能提高负载能力。

5.反复短时工作制为什么能提高负载能力？在同样的TD%下，一个电器的热时间常数大，
另一个热时间常数小，两者的过载能力是否相同？
反复短时工作制是电器在通电和断电交替循环的情况下工作，其中的断电过程能够散热和冷却，它的温升始终不能达到长期工作的稳定温升，因此可以进行超载运行。

在反复短时工作的每个周期t≪T且周期数k→∞时，过载能力只与通电保持率TD%有关，与时间常数无关，所以同样的TD%下，两个电器过载能力相同。

6.导体尺寸一定，通以直流或等效的交流电，在相同的散热环境下，它们的发热温升是否
相同？
发热温升不相同。

通以交流电时，要考虑集肤效应和临近效应产生的附加损耗，因此通以交流电，导体发热温升更大。

7.集肤效应与临近效应的实质是什么？交流电阻为什么比直流电阻要大？
集肤效应是交流电流通过导体时，中心部分产生的感生反电势比外表部分的大，而使导体中心电流密度较小，好像电流都集中在表面一样。

交变电流的这种集肤效应就使得交流电阻的阻值比较大。

临近效应应该是两相邻载流导体间磁场相互作用使得两导体内产生电流分布不均匀。

8.两根矩形母线排叠在一起通以交流电流是否会产生临近效应？如果一根母线通以交流
电流并靠近钢壁是否会产生临近效应？
两根矩形母线排叠在一起，可以认为两者之间无间距，母线或者导磁体连成一条磁通链，就不会有临近效应，一根母线通以交流电流靠近钢壁会产生感应电荷，因此会产生临近效应。

9.扁平母线和同样截面积的圆导线，哪种载流量大？为什么？
扁平母线载流量大。

因为同样的截面，扁平母线的周长比圆导线长，它的散热面积也就大。

10.讨论直流电压线圈和电流线圈当周围介质温度不同时对温升的数值有什么影响？
直流电压线圈是靠自身产生独立的电磁场，他的阻抗本身比较大，而电流线圈主要是由电路提供的，阻抗很小，对电路的影响不大，而环境温度主要影响阻值的大小，所以当
周围介质温度变化时，对电压线圈的组织影响较大，因此对其温升影响也较大。

11. 试分析交流磁系统线圈发热温升。

交流线圈表面温升应如何计算？
对于其表面温升，利用牛顿公式计算，对于交流磁系统要考虑附加损耗，是要乘上一个附加损耗对应的系数。

第二章 思考题
1. 载流导体在导磁体附近为什么会受到力的作用？力的方向如何？运动到何处为止？
因为载流导体产生的磁场使得导磁体带有磁性，导磁体产生的磁场使得载流导体受到点动力的作用，力的方向想着导磁体，运动到导磁体处为止。

2. 试用能量平衡法求两平行齐头布置导体间的点动力，导体长L ，距离a ，且L ≫a ，并
与毕奥-沙伐尔定律计算的结果进行比较。

用能量平衡法：
F =
ðw ðx =12I 12ðL 1ðx +12I 22ðL 2ðx +I 1I 2ðM ðx
L1,L2与x 变化无关
∴F =I 1I 2ðM ðx M =μ04πa ∫dL 1∫dL 2=L 20
L 10μ04πa L 2 ðM ðx =μ0L 2πa
∴F =
μ0LI 1I 22πa
用毕奥-沙伐尔定律：
k 1,2=2l d [√1+(d l )2−d l
] l ≫d
∴k 1,2=
2l d F =μ04πI 1I 2k 1,2=μ0LI 1I 22πa 二者结果相同
3. 载流导体常采用矩形母线，试分析平面布置宽边相对和窄边相对时的点动力和电动稳
定性。

当两导体相隔空间c 小于截面周长时，k c 接近于1，此时宽边或窄边相对，点动力大小相同。

当c 大于截面周长时，x y ⁄较小，kc 也较小，点动力较小，而抗弯矩W =
bℎ26=xy 26比窄边相对时大，允许应力σ=M W 就小（M 相同），电动稳定性较好；反之窄边相对，点动
力较大，电动稳定性较差。

4. 二矩形母线叠在一起，通以同向电流，文母线上是否作用点动力？
从宏观上来看，两母线叠在一起，没有间距，可以看作一根，因此不会产生点动力。

补充题
1. 试作画并解释直流电弧的动静福安特性
静伏安特性，见课本P76图3-19，由图易看出，当I h 增大时，U h 减小，及电弧电阻R ℎ=U ℎI ℎ⁄随I h 的增大而减小，以原因在于当I h 增大时，输入电弧的功率U ℎ∙I ℎ增加，弧柱温度升高，R h 减小。

动伏安特性，间课本P78图3-20，由于弧柱的温度和直径具有热惯性，I h 增大（或减小）
时，R h 来不及减小（或增大），使得U h 大于（或小于）新稳态时的值。

而当dI ℎd t
⁄=∞时，弧柱的温度和直径保持不变，即R h 不变，此时的特性曲线就变成一条过零的直线。

所以动态伏安特性随着I h 变化的速度不同可以有无数条曲线。

2. 试作画并解释气体放电曲线。

并解释何谓自持放电？何谓非自持放电？
气体放电曲线见课本P62图3-5，对于气体放电过程，可以分为非自持放电阶段（O -A -B -C 区）和自持放电阶段（C -D -E -F 区）两阶段。

在OA 区，由于间隙中的电场强度过小，I 随U 的下降而减小；在AB 区，间隙中的电场强度不足以产生高电场发射和电场电离，带点粒子仅由外界因素产生，且能全部到达阳极，所以I 大小与U 几乎无关；在BC 区，间隙中的电场强度较大，自由电子可以产生电场电离，产生的正离子在阴极又可以产生二次发射，发射的电子继续电离，所以I 随U 的升高而增大。

U 上升至C 点后，进入自持放电阶段，在电场电离作用下，气体先进入辉光放电区DE ，U 随I 的增加而下降，当I 增加到EF 区时，放电形式就转为弧光放电，此时主要是是热电离。

非自持放电：间隙中的自由电子是由外加因素产生的，出去外加因素，间隙中就没有自由电子存在，就不能导电。

自持放电：由电子通过电场电离产生离子，再由正离子通过二次发射产生电子这一往复作用维持间隙的放电。

3. 何谓长弧？何谓短弧？何谓长弧灭弧法？何谓短弧灭弧法？试详细叙述。

当Uh 主要由弧柱区压降决定时，就叫长弧；而当Uh 主要由近极区压降决定时，就叫短弧。

长弧灭弧法是通过增加弧柱区电压使Uh 增大，再熄灭，可以通过增大弧柱电场强度、增大弧柱长度来实现。

短弧灭弧法是通过增加近极区压降使Uh 增大，再熄灭，可以用金属栅片将电弧隔成许多短弧来实现。

4. 试解释巴申曲线
当l=const 时3，P 变大（或减小）会产生两种结果
1) 带电粒子数碰撞几率增加（或减小）→游离因素增加（或减小）→Ujc 减小（或
增大）
2) 带点粒子的动能减小（或增大）→Ujc 增大（或减小）。

当在极小值右边时，2）
是决定因素，所以Ujc 会增加。

反之，1）就占决定因素，同样使得Ujc 增大。

当P=const 时，临界点左边，l 增加，Ujc 减小；临界点右边，l 增加，Ujc 增大。