第十二章 电器的发热与电动力
? 重点,电器发热的原因
电器在不同工作制下发状态的特点
? 难点,影响散热功率的因素
电器在短时工作制时的过载倍数
第一节 概 述
? 有触点电器是由导电材料, 导磁材料,
绝缘材料等组成的 。 电器在工作时由于
有电流通过导体和线圈而产生电阻损耗 。
如果电器工作于交流电路, 则由于交变
电磁场的作用, 在铁磁体内产生涡流和
磁滞损耗 。 在绝缘体内产生介质损耗 。
所有这些损耗几乎全部都转变为热能 。
其中一部分散失到周围介质当中, 另一
部分加热电器本身, 使其温度升高 。
? 电器温度升高后, 其本身温度与周围环
境温度之差, 称为温升 。
? 电器的温度超过一定范围以后，其中
的金属材料的机械强度会下降，绝缘材
料的绝缘强度会受到破坏。若电器温度
过高，会使其使用寿命降低，甚至遭到
破坏。反之，电器工作时的温度也不宜
过低，因为电器工作时温度太低，说明
材料没有得到充分利用，经济性差。相
对的体积大、重量重。
? 由此可见, 研究电器的发热问题, 对保证电
器正常可靠的运行及缩小电器体积, 节约原材
料, 降低成本, 增长使用寿命等方面具有重要
意义 。
? 电器的发热与散热是一个极其复杂的过程，
影响它的因素很多，很难建立一个包括一切影
响因素的热过程解析公式。因此，电器的热计
算只能是近似的，但经过大量实验校核后，对
于不同的具体条件，应用一些经验数据也可以
得到比较准确的结果。近些年来，运用计算机
采用温度场计算方法可以提高计算的准确度。
? 所谓最高允许温度, 就是保证电器的机
械强度, 导电, 导磁性以及介质的绝缘性
不受危害的极限温度 。
? 我国国家标准规定最高环境温度为十
40℃, 从最高允许温度减去最高环境温度
即为允许温升值 。
二、电器的发热
电器工作时, 电流通过导电部分将产生
电阻损耗 。 载流导体单位时间的功率损
耗为：
P=I2R
式中 P—— 电阻损耗功率 （ W） ；
I—— 通过导体的电流 （ A）
R—— 导体电阻 （ Ω） 。
当导体中流过交变电流时, 考虑集肤和
邻近效应时人应为交流电阻 。
此损耗将转变为热能。正常状态时，其
中一部分散发到周围介质中去，另一部
分使导体的温度升高，形成温升。如果
发热时间极短（如短路时的发热），由
于来不及散热，可认为损耗功率全部用
来加热导体，提高导体的温升。此时可
得出能量平衡公式为
Pt=Gcτ
式中 P——电阻损耗功率 （ W） ；
t——发热时间 （ s）
G——导体重量 （ kg）
c——导体的比热 （ W·s／ （ kg·℃ ） ；
τ—— 导体的温升 （ ℃ ） 。
? 上式可用于计算短路电流导体的温升 。
? 对于铁磁体在交变磁通的作均下测
会在铁磁零件中产生相当大的涡流 。 这
是因为铁的导磁率很高, 而磁通变化速
度又快, 因而产生相应的电动势和涡流
损耗 。 同时, 磁通的方向和数值变化使
铁磁材料反复磁化, 产生磁滞损耗 。 磁
滞与涡流损耗可以导致铁质零件发热 。
一般来说这个损耗不大 。 但如果制造不
当；如材料较差, 铁片较厚或片间绝缘
不好, 则涡流损耗就比较大 。
? 绝缘介质中的介质损耗一般与电场强度
及频率有关。电场强度和频率愈高则介
质损耗也愈大。对于电场强度较小的低
压电器而言，介质损耗小到实际上可以
忽略不计。但在高压电器中，由于电压
高，介质中的电场强度大，必须考虑介
质损耗并计算介质的发热。
三、电器的散热
? 电器工作时, 只要电器温度高于周围介质及接
触零件的温度, 它便向周围介质散热 。 所以发
热和散热同时存在于电器发热过程中 。
? 当电器产生的热量与散失的热量相平衡时,
电器的温升维持不变, 称为热稳定状态 。 此时
的温升称为稳定温升 。 若温升随时间而变化测
称为不稳定发热状态 。
? 电器的散热以传导、对流与辐射三种基本方
式进行。
? 热传导现象的实质是通过具有一定内部能量的
物质基本质点间的直接相互作用, 使能量从一
个质点传递到另一相邻质点 。 热传导的方向是
由较热部分向较冷部分传播；或由发热体向与
它接触的物体传播 。 热传导是固体传热的主要
方式, 它也可在气体和液体中进行 。
? 对流是通过流体（液体与气体）的运动而传递
热量。热量的转移和流体本身的转移结合在一
起。根据流体流动的原因，对流分为自然对流
和强迫对流。机车的电机、电器因受安装空间
的限制，较多采用强迫对流，可加强散热，缩
小体积。
? 热辐射是发热体的热量以电磁波形式传播能量
的过程 。 热辐射可穿越真空和气体而传播, 但
不能透过固体和液体物质 。
? 热传导、对流、热辐射三种方式的传林过程均
可通过一定的公式或经验公式来进行计算，但
是分别进行热计算是相当复杂的，而且结果不
十分准确。所以在实际计算发热体表面温升时，
不分别单独考虑，而是在一定表面情况和周围
介质条件下，把三种散热方式综合起来，用综
合散热系数 KT考虑散热，这就是通常采用的牛
顿公式
P＝ KTSτ
式中 P——散热功率 （ W） ；
KT——综合散热系数；
S——有效散热面积 （ m2） ；
τ——发热体的温升 。
通过上式可看出，散热功率和温升及有
效散热面积成正比，温升越高，有效散
热面积越大，则散热功率越大。综合散
热系数是指温度升高 1℃,发热体单位发
散到周围介质的功率。
第二节 不同工作制下电器的发热
? 电器在使用过程中，由于工作任务的要求不同，
其工作时间的长短也不同。如供电系统中的一
些开关，只要不出现故障和必要的检修，它就
一直处于工作状态，而机车上控制打风机的电
器则处于一种断续工作状况。由于工作时间的
长短不同，故电器的发热及冷却状况也不同，
从电器发热和冷却的观点我们一般将电器的工
作状况分为长期工作制、间断长期工作制、八
小时工作制及间断工作制、反复短时工作制几
种。
? 一, 长期工作制时电器的发热
? 长期工作制是指电器通电后连续工
作到发热稳定, 此时温升达到稳定值 。
其特点是电器损耗所产生的热量全部散
发到周围介质中 。 当发热未达到稳定前,
这个热量一部分用于升高导体的温度,
另一部分散发到周围介质中去 。 根据能
量平衡原理, 得能量平衡公式为
Pdt=cGdτ 十 KTSτ dt
? 由上分析可得以下几点：
? （ 1） 导体的温升是随时间的增长按指数曲线
上升的 。 开始上升速度较快, 随着 。 的增大,
上升速度逐渐减慢, 直到稳定温升, 此时达到
热稳定状态 。 其原因是由于散热功率和温升成
正比所致 。
? （ 2）稳定温升与起始温升无关，它由 P／ KTS
决定。当散热面积和散热条件已确定时 u与 K。
一定）,L正比于发热功率 P,或正比于电流的
平方，电流愈大，稳定温升值也越大。如要限
制最大温升，在散热条件不变的情况下，实际
上就是限制通过的最大电流。因此，电器的额
定电流值就是根据长期发热时的最大不过允温
升来确定的。
? （ 3） 时间常数 T决定于导体总的热容量与其散
热情况之比, 其值是由电器本身的物理参数决
定的, 与发热功率 （ 电流 ） 无关 。 总之 T值越
大, 表示达到稳定温升所需的时间越长 。
? （ 4） 理论上讲, t=0时, 温升才达到稳
定值, 实际上接近稳定温升所需的时间并不需
要无限长 。 当 t=4T时, 这时温升, 即可认为达
到稳定值 。 由于 T与电流无关, 故对同一电器
通以不同电流, 虽其值不等, 但达到的时间是
相等的 。 电器的冷却曲线就是发热曲线的镜象 。
? 在上述的发热计算中, 我们没有考虑发热过
程中发热功率的变化 。 对有触点电器在长期工
作制时而言, 由于其接触部分的氧化和灰尘堆
积, 会导致接触电阻增加, 发热加剧, 造成恶
性循环 。 因此电器工作于长期工作制时, 其允
许温升值可取得低些 。
? 间断长期工作制（八小时工作制）也属于长
期工作制。在电器规定的工作时间内温升早已
达到稳定值，但超过 sh之后必须断开电源，分
断后可以清除触头的氧化物及尘垢。电器触头
工作于间断长期工作制时，其允许温升可比长
期工作制时取的略高一些。
二、短时工作制及过载系数
电器的短时工作制是指电器通电时间很短，
温升未达到稳定就停止工作，并且下一次工作
要等到电器冷却到周围介质温度。例如机车主
断路器中的分、合闸电磁铁即属于短时工作制
情况，它分别仅在分、合问时短时通电，分、
合闸结束时就断电。
功率过载系数，它表示在温升、散热一定的
条件下短时工作与长期工作相比，功率允许过
载的倍数，由此也可相应得到短时工作时工作
电流的允许过载倍数。
? （ 1） 某电器在长期工作制下工作时, 其
稳定温升达到允许温升, 该电器若用于
短时工作制时, 允许超载运行, 这样可
使电器得到充分利用 。
? （ 2） 该电器在短时工作制下, 其功率
（ 或电流 ） 的过载倍数与发热时间 t及时
间常数 T有关 。 T越大, t越小, 过载倍数
则越高 。
? 三、间断工作制（反复短时工作制）
间断工作制是指电器在通电和断电周
期循环下的工作过程。通电时间内温度
末达到稳定值，断电后又不能冷却到周
围介质温度。多次重复通电后，电器可
能达到稳定温升。例如，韶山。型电力
机车上控制伺服电机的接触器及 CJ5Z型
接触器的起动线圈均按间断工作制考虑。
由上我们可以看出，间断工作制的过
载倍数与工作周期 t及发热时间 tl有关，
t越大或 tl越小，过载倍数就越大。
第三节 短路时电器的发热及
电器的热稳定性
? 电器在通过工作电流时, 在其工作制下, 要
经受额定电流发热的考验 。 若电路发生了短路
故障, 其短路电流远大于额定电流, 当保护电
器还未将故障切除前, 电器还必须能承受住一
定时间内短路电流的发热考验 。
? 由于短路电流的时间很短, 可认为是绝热
过程不考虑散热, 全部损耗都用来加热电器 。
两方面的计算：一是已知短路电流值及导体尺
寸, 求短路时的温升, 校验这时导体的温度是
否超过了最高允许温度；二是根据短路电流,
允许温升, 来确定导体的最小截面尺寸 。
? 应当指出的是，利用上面的式子计算短
路电流的温升是粗略的，它没有考虑电
阻、比热随温度的增加而有变化，另外
也存在一定的散热。如果从最恶劣情况
考虑，应该将电阻随温度的变化计算在
内。
? 电器的热稳定性是指在一定时间内能承
受短路电流 （ 或所规定的等值电流 ） 的
热作用而不发生热损坏的能力 。
第四节 载流导体的电动力及电动稳定性
一、载流导体的电动力
载流导体处在磁场中会受到力的作用, 载流导体
间也会受到力的作用, 这种力称为电动力 。 对
于这种现象, 有可利用的一面, 如电动机的原
理就是利用它将电能转换为机械能 。 也有危害
的一面, 如对大容量输配电设备来说, 在短路
情况下电动力可达很大数值, 对配电装置的性
能和结构影响极大, 在电器中, 载流导体间,
线圈匝间, 动静触头间, 电弧与铁磁体间等都
有电动力的作用 。 在正常电流下电动力不致于
使电器损坏, 但动, 静触头间的电动斥力过大
会使接触压力减小, 接触电阻增大造成触头的
熔化或熔焊, 影响触头的正常工作 。
? 有时在强大短路电流所形成的电动力下，使电
器发生误动作或使导体机械变形，甚至损坏。
利用电动力的作用改善和提高电器性能的例子
也是很多的。例如接触器的磁吹灭弧、快速自
动开关的速断机构等。
? 电动力的方向判断可用左手定则或磁通管侧
压力原理来进行。左手定则为伸平左手，磁通
穿过左手掌，四个手指为电流方向，那末大姆
指就是指出电动力方向。磁通管侧压力原理
（米特开维奇定则）是：把磁力线看成为磁通
管，并认为它有一种趋势，即纵向力图缩短，
横向力图扩张，从而具有纵向张力和横向侧压
力。因此磁通管密度高的一侧具有推动导体向
密度低的一侧运动的电动力。
? 电动力方向判断的两种方法其结果是一
样的, 可根据具体情况采用某一种 。 在
结构及产生磁场因素较复杂的情况下用
磁通管侧压力原理来判定电动力方向较
为方便 。
? 二, 载流导体电动力计算基础和电动稳
定性
? 当长为 L并通有电流 I的导体垂直置
于磁感应强度为 B的均匀磁场中时, 作用
在该导体上的电动力 F为
F=BIL
若该导体与磁感应强度 B的方向成夹角时，
则作用在导体上的电动力为
F=BILsin
若任意形状的载流导体置于不均匀磁场
中, 这时导体所受的电动力是由作用在
导体上各个长度元 dL的许多力元 dF的几
何和来决定 。 因为可将无限短的导体视
为直线, 它所处的磁场可认为是均匀的,
因此它所受到的力 dF,可用下式表示
?
? dF=I·dL·B·sinb
? 以上是给出导体电流及磁感应强度时的
计算方法。在通常情况下，磁场中各点
的磁 感应强度 B不是预先给定的，只给出
导体电流及导体的空间位置情况，此时
可采用比奥一沙瓦定律来进行电动力的
计算。
? 电动力除与两载流导体的电流有关外,
还与两导体的长度及相互位置有关 。 这
样, 电动力的计算实际上是根据导体的
长度和相互位置来计算回路系数 Kh,即
可求出载流导体间相互作用的电动力 。
?
? 1,两平行有限长载流圆导体间的电动力
? 2,两垂直载流导体间电动力
? 电器的电动稳定性就是指当大电流通过
电器时，在其产生的电动力作用下，电
器有关部件不产生损坏或永久变形的性
能。也可以说在电器有关部分在电动力
作用下不产生损坏或永久变形所能通过
的最大电流的能力。它以可能的最大冲
击电流的峰值表示，也有的以它与额定
电流的比值表示。
? 三、触头电动力
? 触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。
这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观
上看仍然是凹凸不平的。由于接触面积远小于
触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由
此而引起触头间的电动斥力。当电流很大时此
电动力可将触头拉开或使触头间接触压力减小。
触头处在闭合位置能承受短路电流所产生的电
动力而不致损坏的能力，称为触头的电动稳定
性。由于触头面加工情况不同，触头压力情况
不同，因而难以确定触头接触处电流线收缩的
情况，则因电流线收缩而产生的电动斥力计算
较复杂。如果把接触处看成是一个点或一块小
面积，可以进行电动斥力的估算。
? 重点,电器发热的原因
电器在不同工作制下发状态的特点
? 难点,影响散热功率的因素
电器在短时工作制时的过载倍数
第一节 概 述
? 有触点电器是由导电材料, 导磁材料,
绝缘材料等组成的 。 电器在工作时由于
有电流通过导体和线圈而产生电阻损耗 。
如果电器工作于交流电路, 则由于交变
电磁场的作用, 在铁磁体内产生涡流和
磁滞损耗 。 在绝缘体内产生介质损耗 。
所有这些损耗几乎全部都转变为热能 。
其中一部分散失到周围介质当中, 另一
部分加热电器本身, 使其温度升高 。
? 电器温度升高后, 其本身温度与周围环
境温度之差, 称为温升 。
? 电器的温度超过一定范围以后，其中
的金属材料的机械强度会下降，绝缘材
料的绝缘强度会受到破坏。若电器温度
过高，会使其使用寿命降低，甚至遭到
破坏。反之，电器工作时的温度也不宜
过低，因为电器工作时温度太低，说明
材料没有得到充分利用，经济性差。相
对的体积大、重量重。
? 由此可见, 研究电器的发热问题, 对保证电
器正常可靠的运行及缩小电器体积, 节约原材
料, 降低成本, 增长使用寿命等方面具有重要
意义 。
? 电器的发热与散热是一个极其复杂的过程，
影响它的因素很多，很难建立一个包括一切影
响因素的热过程解析公式。因此，电器的热计
算只能是近似的，但经过大量实验校核后，对
于不同的具体条件，应用一些经验数据也可以
得到比较准确的结果。近些年来，运用计算机
采用温度场计算方法可以提高计算的准确度。
? 所谓最高允许温度, 就是保证电器的机
械强度, 导电, 导磁性以及介质的绝缘性
不受危害的极限温度 。
? 我国国家标准规定最高环境温度为十
40℃, 从最高允许温度减去最高环境温度
即为允许温升值 。
二、电器的发热
电器工作时, 电流通过导电部分将产生
电阻损耗 。 载流导体单位时间的功率损
耗为：
P=I2R
式中 P—— 电阻损耗功率 （ W） ；
I—— 通过导体的电流 （ A）
R—— 导体电阻 （ Ω） 。
当导体中流过交变电流时, 考虑集肤和
邻近效应时人应为交流电阻 。
此损耗将转变为热能。正常状态时，其
中一部分散发到周围介质中去，另一部
分使导体的温度升高，形成温升。如果
发热时间极短（如短路时的发热），由
于来不及散热，可认为损耗功率全部用
来加热导体，提高导体的温升。此时可
得出能量平衡公式为
Pt=Gcτ
式中 P——电阻损耗功率 （ W） ；
t——发热时间 （ s）
G——导体重量 （ kg）
c——导体的比热 （ W·s／ （ kg·℃ ） ；
τ—— 导体的温升 （ ℃ ） 。
? 上式可用于计算短路电流导体的温升 。
? 对于铁磁体在交变磁通的作均下测
会在铁磁零件中产生相当大的涡流 。 这
是因为铁的导磁率很高, 而磁通变化速
度又快, 因而产生相应的电动势和涡流
损耗 。 同时, 磁通的方向和数值变化使
铁磁材料反复磁化, 产生磁滞损耗 。 磁
滞与涡流损耗可以导致铁质零件发热 。
一般来说这个损耗不大 。 但如果制造不
当；如材料较差, 铁片较厚或片间绝缘
不好, 则涡流损耗就比较大 。
? 绝缘介质中的介质损耗一般与电场强度
及频率有关。电场强度和频率愈高则介
质损耗也愈大。对于电场强度较小的低
压电器而言，介质损耗小到实际上可以
忽略不计。但在高压电器中，由于电压
高，介质中的电场强度大，必须考虑介
质损耗并计算介质的发热。
三、电器的散热
? 电器工作时, 只要电器温度高于周围介质及接
触零件的温度, 它便向周围介质散热 。 所以发
热和散热同时存在于电器发热过程中 。
? 当电器产生的热量与散失的热量相平衡时,
电器的温升维持不变, 称为热稳定状态 。 此时
的温升称为稳定温升 。 若温升随时间而变化测
称为不稳定发热状态 。
? 电器的散热以传导、对流与辐射三种基本方
式进行。
? 热传导现象的实质是通过具有一定内部能量的
物质基本质点间的直接相互作用, 使能量从一
个质点传递到另一相邻质点 。 热传导的方向是
由较热部分向较冷部分传播；或由发热体向与
它接触的物体传播 。 热传导是固体传热的主要
方式, 它也可在气体和液体中进行 。
? 对流是通过流体（液体与气体）的运动而传递
热量。热量的转移和流体本身的转移结合在一
起。根据流体流动的原因，对流分为自然对流
和强迫对流。机车的电机、电器因受安装空间
的限制，较多采用强迫对流，可加强散热，缩
小体积。
? 热辐射是发热体的热量以电磁波形式传播能量
的过程 。 热辐射可穿越真空和气体而传播, 但
不能透过固体和液体物质 。
? 热传导、对流、热辐射三种方式的传林过程均
可通过一定的公式或经验公式来进行计算，但
是分别进行热计算是相当复杂的，而且结果不
十分准确。所以在实际计算发热体表面温升时，
不分别单独考虑，而是在一定表面情况和周围
介质条件下，把三种散热方式综合起来，用综
合散热系数 KT考虑散热，这就是通常采用的牛
顿公式
P＝ KTSτ
式中 P——散热功率 （ W） ；
KT——综合散热系数；
S——有效散热面积 （ m2） ；
τ——发热体的温升 。
通过上式可看出，散热功率和温升及有
效散热面积成正比，温升越高，有效散
热面积越大，则散热功率越大。综合散
热系数是指温度升高 1℃,发热体单位发
散到周围介质的功率。
第二节 不同工作制下电器的发热
? 电器在使用过程中，由于工作任务的要求不同，
其工作时间的长短也不同。如供电系统中的一
些开关，只要不出现故障和必要的检修，它就
一直处于工作状态，而机车上控制打风机的电
器则处于一种断续工作状况。由于工作时间的
长短不同，故电器的发热及冷却状况也不同，
从电器发热和冷却的观点我们一般将电器的工
作状况分为长期工作制、间断长期工作制、八
小时工作制及间断工作制、反复短时工作制几
种。
? 一, 长期工作制时电器的发热
? 长期工作制是指电器通电后连续工
作到发热稳定, 此时温升达到稳定值 。
其特点是电器损耗所产生的热量全部散
发到周围介质中 。 当发热未达到稳定前,
这个热量一部分用于升高导体的温度,
另一部分散发到周围介质中去 。 根据能
量平衡原理, 得能量平衡公式为
Pdt=cGdτ 十 KTSτ dt
? 由上分析可得以下几点：
? （ 1） 导体的温升是随时间的增长按指数曲线
上升的 。 开始上升速度较快, 随着 。 的增大,
上升速度逐渐减慢, 直到稳定温升, 此时达到
热稳定状态 。 其原因是由于散热功率和温升成
正比所致 。
? （ 2）稳定温升与起始温升无关，它由 P／ KTS
决定。当散热面积和散热条件已确定时 u与 K。
一定）,L正比于发热功率 P,或正比于电流的
平方，电流愈大，稳定温升值也越大。如要限
制最大温升，在散热条件不变的情况下，实际
上就是限制通过的最大电流。因此，电器的额
定电流值就是根据长期发热时的最大不过允温
升来确定的。
? （ 3） 时间常数 T决定于导体总的热容量与其散
热情况之比, 其值是由电器本身的物理参数决
定的, 与发热功率 （ 电流 ） 无关 。 总之 T值越
大, 表示达到稳定温升所需的时间越长 。
? （ 4） 理论上讲, t=0时, 温升才达到稳
定值, 实际上接近稳定温升所需的时间并不需
要无限长 。 当 t=4T时, 这时温升, 即可认为达
到稳定值 。 由于 T与电流无关, 故对同一电器
通以不同电流, 虽其值不等, 但达到的时间是
相等的 。 电器的冷却曲线就是发热曲线的镜象 。
? 在上述的发热计算中, 我们没有考虑发热过
程中发热功率的变化 。 对有触点电器在长期工
作制时而言, 由于其接触部分的氧化和灰尘堆
积, 会导致接触电阻增加, 发热加剧, 造成恶
性循环 。 因此电器工作于长期工作制时, 其允
许温升值可取得低些 。
? 间断长期工作制（八小时工作制）也属于长
期工作制。在电器规定的工作时间内温升早已
达到稳定值，但超过 sh之后必须断开电源，分
断后可以清除触头的氧化物及尘垢。电器触头
工作于间断长期工作制时，其允许温升可比长
期工作制时取的略高一些。
二、短时工作制及过载系数
电器的短时工作制是指电器通电时间很短，
温升未达到稳定就停止工作，并且下一次工作
要等到电器冷却到周围介质温度。例如机车主
断路器中的分、合闸电磁铁即属于短时工作制
情况，它分别仅在分、合问时短时通电，分、
合闸结束时就断电。
功率过载系数，它表示在温升、散热一定的
条件下短时工作与长期工作相比，功率允许过
载的倍数，由此也可相应得到短时工作时工作
电流的允许过载倍数。
? （ 1） 某电器在长期工作制下工作时, 其
稳定温升达到允许温升, 该电器若用于
短时工作制时, 允许超载运行, 这样可
使电器得到充分利用 。
? （ 2） 该电器在短时工作制下, 其功率
（ 或电流 ） 的过载倍数与发热时间 t及时
间常数 T有关 。 T越大, t越小, 过载倍数
则越高 。
? 三、间断工作制（反复短时工作制）
间断工作制是指电器在通电和断电周
期循环下的工作过程。通电时间内温度
末达到稳定值，断电后又不能冷却到周
围介质温度。多次重复通电后，电器可
能达到稳定温升。例如，韶山。型电力
机车上控制伺服电机的接触器及 CJ5Z型
接触器的起动线圈均按间断工作制考虑。
由上我们可以看出，间断工作制的过
载倍数与工作周期 t及发热时间 tl有关，
t越大或 tl越小，过载倍数就越大。
第三节 短路时电器的发热及
电器的热稳定性
? 电器在通过工作电流时, 在其工作制下, 要
经受额定电流发热的考验 。 若电路发生了短路
故障, 其短路电流远大于额定电流, 当保护电
器还未将故障切除前, 电器还必须能承受住一
定时间内短路电流的发热考验 。
? 由于短路电流的时间很短, 可认为是绝热
过程不考虑散热, 全部损耗都用来加热电器 。
两方面的计算：一是已知短路电流值及导体尺
寸, 求短路时的温升, 校验这时导体的温度是
否超过了最高允许温度；二是根据短路电流,
允许温升, 来确定导体的最小截面尺寸 。
? 应当指出的是，利用上面的式子计算短
路电流的温升是粗略的，它没有考虑电
阻、比热随温度的增加而有变化，另外
也存在一定的散热。如果从最恶劣情况
考虑，应该将电阻随温度的变化计算在
内。
? 电器的热稳定性是指在一定时间内能承
受短路电流 （ 或所规定的等值电流 ） 的
热作用而不发生热损坏的能力 。
第四节 载流导体的电动力及电动稳定性
一、载流导体的电动力
载流导体处在磁场中会受到力的作用, 载流导体
间也会受到力的作用, 这种力称为电动力 。 对
于这种现象, 有可利用的一面, 如电动机的原
理就是利用它将电能转换为机械能 。 也有危害
的一面, 如对大容量输配电设备来说, 在短路
情况下电动力可达很大数值, 对配电装置的性
能和结构影响极大, 在电器中, 载流导体间,
线圈匝间, 动静触头间, 电弧与铁磁体间等都
有电动力的作用 。 在正常电流下电动力不致于
使电器损坏, 但动, 静触头间的电动斥力过大
会使接触压力减小, 接触电阻增大造成触头的
熔化或熔焊, 影响触头的正常工作 。
? 有时在强大短路电流所形成的电动力下，使电
器发生误动作或使导体机械变形，甚至损坏。
利用电动力的作用改善和提高电器性能的例子
也是很多的。例如接触器的磁吹灭弧、快速自
动开关的速断机构等。
? 电动力的方向判断可用左手定则或磁通管侧
压力原理来进行。左手定则为伸平左手，磁通
穿过左手掌，四个手指为电流方向，那末大姆
指就是指出电动力方向。磁通管侧压力原理
（米特开维奇定则）是：把磁力线看成为磁通
管，并认为它有一种趋势，即纵向力图缩短，
横向力图扩张，从而具有纵向张力和横向侧压
力。因此磁通管密度高的一侧具有推动导体向
密度低的一侧运动的电动力。
? 电动力方向判断的两种方法其结果是一
样的, 可根据具体情况采用某一种 。 在
结构及产生磁场因素较复杂的情况下用
磁通管侧压力原理来判定电动力方向较
为方便 。
? 二, 载流导体电动力计算基础和电动稳
定性
? 当长为 L并通有电流 I的导体垂直置
于磁感应强度为 B的均匀磁场中时, 作用
在该导体上的电动力 F为
F=BIL
若该导体与磁感应强度 B的方向成夹角时，
则作用在导体上的电动力为
F=BILsin
若任意形状的载流导体置于不均匀磁场
中, 这时导体所受的电动力是由作用在
导体上各个长度元 dL的许多力元 dF的几
何和来决定 。 因为可将无限短的导体视
为直线, 它所处的磁场可认为是均匀的,
因此它所受到的力 dF,可用下式表示
?
? dF=I·dL·B·sinb
? 以上是给出导体电流及磁感应强度时的
计算方法。在通常情况下，磁场中各点
的磁 感应强度 B不是预先给定的，只给出
导体电流及导体的空间位置情况，此时
可采用比奥一沙瓦定律来进行电动力的
计算。
? 电动力除与两载流导体的电流有关外,
还与两导体的长度及相互位置有关 。 这
样, 电动力的计算实际上是根据导体的
长度和相互位置来计算回路系数 Kh,即
可求出载流导体间相互作用的电动力 。
?
? 1,两平行有限长载流圆导体间的电动力
? 2,两垂直载流导体间电动力
? 电器的电动稳定性就是指当大电流通过
电器时，在其产生的电动力作用下，电
器有关部件不产生损坏或永久变形的性
能。也可以说在电器有关部分在电动力
作用下不产生损坏或永久变形所能通过
的最大电流的能力。它以可能的最大冲
击电流的峰值表示，也有的以它与额定
电流的比值表示。
? 三、触头电动力
? 触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。
这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观
上看仍然是凹凸不平的。由于接触面积远小于
触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由
此而引起触头间的电动斥力。当电流很大时此
电动力可将触头拉开或使触头间接触压力减小。
触头处在闭合位置能承受短路电流所产生的电
动力而不致损坏的能力，称为触头的电动稳定
性。由于触头面加工情况不同，触头压力情况
不同，因而难以确定触头接触处电流线收缩的
情况，则因电流线收缩而产生的电动斥力计算
较复杂。如果把接触处看成是一个点或一块小
面积，可以进行电动斥力的估算。
