《电器学》丁明道 编著 课后练习题答案

《电器学》夏天伟丁明道编著课后习题解答

1.1电器中有哪些热源？它们各有什么特点？

答：电器中的载流系统通过直流时，载流导体中损耗的能量便是电器的唯一热源。

通过交流时，热源包括：导体通过电流时的能量损耗、非载流铁磁质零部件的损耗（铁损包括涡流损耗和磁滞损耗）、电介质损耗。

交变电流导致铜损增大，这是电流在到体内分布不均匀所致。集肤效应和邻近效应会带来附加损耗。

铁损只在交变电流下才会出现。

电介质损耗：介质损耗角与绝缘材料的品种、规格、温度、环境状况及处理工艺有关。

1.2 散热方式有几种？各有什么特点？

答：热传导、对流、热辐射。

热传导是借助分子热运动实现的，是固态物质传热的主要方式。

对流总是与热传导并存，只是对流在直接毗邻发热体表面处才具有较大意义。

热辐射具有二重性：将热能转换为辐射能，再将辐射能转换为热能，可以穿越真空传输能量。

1.3为什么决定电器零部件工作性能的是其温度，而考核质量的指标确却是其温升？

答：电器运行场所的环境温度因地而异，故只能人为地规定一个统一的环境温度，据此再规定允许的温升，以便考核。

1.4在整个发热过程中，发热时间常数和综合散热系数是否改变？为什么？

答：一般来说，是改变的。但是在计算中，为了方便起见，假定功率P为恒值，综合散热系数也是均匀的，并且与温度无关，因此发热时间常数也是恒定的。

1.15 交变电流下的电动力有何特点？

交流电动力特点：

1、单相：

1）是脉动的单方向的电动力

2）单相稳态交流电动力以两倍电流频率在零和峰值间变化。

3）最大的电动力发生在最大的短路电流时刻，当ψ＝φ－π/2时，电流的非周期分量最大，可能出现的总电流、电动力最大。

4）单相系统最大暂态电动力是稳态时的3.24 倍。交流单相短路最大电动力极限可达稳态最大电动力的4倍。

2、三相：

1）三相稳态交流电动力当导体作直列布置时中间相导体受力最大，并以两倍电流频率在正、负峰值间变化，力的峰值为单相稳态最大力的0.866倍

2）三相交流短路电动力同样是中间相导体受力最大，力的正、负峰值为单相稳态最大力的2.8倍。

1.16 三相短路时，各项导线所受电动力是否相同？

不同。三相交流对称短路时，中间B相所受的最大电动力是A、B、C三相导体中各项所受最大电动力之最。力的正、负峰值为单相稳态最大力的2.8倍。

2.2电接触和触头是同一概念么？

答：否。赖以保证电流流通的到体检的联系称为电接触，是一种物理现象。

通过相互接触以实现导电的具体物件称为电触头（简称触头），它是接触时接通电路、操作时因其相对运动而断开或闭合电路的两个或两个以上的导体。

2.3触头有哪几个基本参数？

答：开距、超程、初压力、终压力。

2.4触头大体上分为几类？对它们各有什么基本要求？

答：大体上分为连接触头和换接触头。

对连接触头的要求：在其所在装置的使用期限内，应能完整无损地长期通过正常工作电流和短时通过规定的故障电流。电阻应当不大且稳定，既能耐受周围介质的作用，又能耐受温度变化引起的形变和通过短路电流时所产生的电动力此二者的机械作用。

对换接触头的要求：电阻小而稳定，并且耐电弧、抗熔焊和电侵蚀。

2.5触头的分断过程是怎样的？

答：由于超程的存在，触头开始分断时，电路并没有断开，仅仅是动触头朝着与静触头分离的方向运动。这时，超程和接触压力都逐渐减小，接触点也减小。及至极限状态、仅剩一个点接触是，接触面积减至最小，电流密度非常巨大，故电阻和温升剧增。以致触头虽仍闭合，但接触处的金属已处于熔融状态。此后，动触头继续运动，终于脱离，但动静触头间并未形成间隙，而由熔融的液态金属桥所维系着。液态金属的电阻率远大于固体金属的，故金属桥内热量高度集中，使其温度达到材料的沸点，并随即发生爆炸形式的金属桥断裂过程，触头间隙也形成了。

金属桥刚断裂时，间隙内充满着空气或其他介质及金属蒸汽，他们均具有绝缘性质。于是，电流被瞬时截断，并产生过电压，将介质和金属蒸汽击穿，使电流以火花放电乃至电弧的形式重新在间隙中流通。此后，随着动触头不断离开静触头以及各种熄弧因素作用，电弧终将转化为非自持放电并最终熄灭，使整个触头间隙称为绝缘体，触头分断结束。

2.6何为电离和消电离？他们各有哪几种形式？

答：电离：电子获得足以脱离原子核束缚的能量，它便逸出成为自由电子而失去电子的原子成为正离子。

电离有表面发射和空间电离两种形式。

表面发射发生于金属电极表面：热发射、场致发射、光发射、二次电子发射。

空间电离发生在触头间隙：光电离、碰撞电离、热电离。

消电离：电离气体中的带电粒子自身消失或失去电荷而转化为中性粒子的现象。

消电离：复合和扩散。

2.7电弧的本质是什么？电弧电压和电场是怎样分布的？

答：电弧是生成于气体中的炽热电流、是高温气体中的离子化放电通道，是充满电离过程和消电离过程的热电统一体。

电弧电压：两近极区压降基本不变。弧柱区内电场强度近乎恒值。

2.8试分析直流电弧的熄灭条件。

答：熄灭直流电弧，必须消除稳定燃弧点。

常采用以下措施来达到熄弧的条件

1）拉长电弧或对其实行人工冷却

2）增大近极区电压降

3）增大弧柱电场强度E

2.9试分析交流电弧的熄灭条件，并阐述介质恢复过程和电压恢复过程。

答：交流电弧的熄灭条件：在零休期间，弧隙的输入能量恒小于输出能量，因而无热积累；在电流过零后，恢复电压又不足以将已形成的弧隙介质击穿。

介质恢复过程：

近极区：

1)、电弧电流过零后弧隙两端的电极立即改变极性，(新近阴极表面，仅留下少量正离子。)

2)、这样以致无法形成场致发射

3)、由于电流过零，温度低亦难以产生热发射。4)、在极短的时间内形成了150~250V的介质强度。

弧柱区：分为热击穿和电击穿两个阶段。

若弧隙取自电源的能量大于其散发出的能量,将迅速减小，剩余电流不断增大，使电弧重新燃烧.——热击穿

当弧隙两端的电压足够高时，仍可能将弧隙内的高温气体击穿，重新燃弧。——电击穿。电压恢复过程：电弧电流过零后，弧隙两端的电压将由零或反向的电弧电压上升到此时的电源电压。这一电压上升的过程成为电压恢复过程，此过程中的弧隙电压称为恢复电压。

2.10为什么熄灭电感性电路中的电弧要困难些？

答：因熄灭电弧的最佳时机为零休期间，而此时，电压最大，易于发生击穿，发生电弧击穿弧隙介质。

2.11何谓近阴极效应？它对熄灭哪一种电弧更有意义

答：电弧电流过零后弧隙两端的电极立即改变极性。在新的近阴极区内外，电子运动速度为正离子的成千倍，故它们于刚改变极性时即迅速离开而移向新的阳极，使此处仅留下正离子。同时，新阴极正是原来的阳极，附近正离子并不多，以致难以在新阴极表面产生场致发射以提供持续的电子流。另外，新阴极在电流过零前后的温度已降至热电离温度以下，亦难以借热发射提供持续的电子流。因此，电流过零后只需经过0.1~1 ，即可在近阴极区获得150~250V的介质强度。出现于近阴极区的这种现象称为近阴极效应。

对于熄灭低压交流电弧更有意义。

2.12 试通过电弧的电压方程分析各种灭弧装置的作用？

灭弧装置

（1）、灭弧装置

1．简单开断；2．磁吹灭弧装置；

3．纵缝灭弧装置；4．绝缘栅片灭弧装置；

5．金属栅片灭弧装: 6．固体产气灭弧装置，

7．石英砂灭弧装置；8．变压器油灭弧装置；

9．压缩空气灭弧装置:10．SF6灭弧装置；

11．真空灭弧装置。