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插头就是插在压簧接触片的中间,靠电接触来实现电能传递的。 排插内部,存在两种发热。其一是电流流过排插时,其内部导线和导电材料的电阻性发热,其二是接触电阻的发热。当接触较差时,后者的发热程度大于前者。 可见,降低接触电阻,是提高电能传递效能的必要措施。那么接触电阻与什么有关?我们来看看接触电阻的表达式: 我们看到,接触压力十分重要。若接触压力不足,接触电阻较大,且电流又很大,根据P=I²RJ,排插会严重发热。而发热后排插接触点会因为氧化的原因,进一步提高接触电阻,恶化接触条件。这种恶性循环的结果,造成排插接触面剧烈发热。 我们来看一个例子: 设接触材料均为镀镍的铜,它的K值为100;再设插排的接触压力为10N,属于线接触,接触面为双面,试求插头每极的接触电阻。 插头每极的尺寸是:长15毫米,宽5毫米,厚0.8毫米。 当流过的电流是10A时,求接触电压。 若环境温度为30度时,插头的综合散热系数Kt=9W/(m²K),求插排的温升。 求解,如下: 既然是线接触,m=0.7。我们把具体数值代入到计算式中,如下: RJ≈98.6μΩ 由于插头插入插座的接触面是双面,因此实际的接触电阻是: RJ=49.3μΩ 知道了接触电阻,我们就可以计算出接触电压,它等于电流与接触电阻的乘积。 UJ=RJI=4.93×10-4V 现在,我们来计算插座插头的温升。 首先,我们来计算插头本体的温升,计算式如下: 式中I是电流,ρ是电阻率,Kt是综合散热系数,M是插头横截面积的周长,S是横截面积。 于是有: τ1≈4.1K 再求接触点的温升,计算式如下: 式中UJ是接触电压,L是劳伦茨系数,L=2.4×10-8V²/K²,T是插头片的绝对温度,T=θ0+τ1+273=307.1K 代入公式后得到: τ2=4.104K 于是,插头流过10A电流后的实际温度为: θK=θ0+τ1+τ2≈34.10℃ 插头内的接插件有两个,一个用于火线,一个用于零线,故插头发热有两个热源。因此,我们有: θK=θ0+2(τ1+τ2)≈38.21℃ 相信,如此这般的计算,已经把绝大多数人都给懵圈了。 好在我们还是得到了几个结论: 结论1:插排中插头插座温度的主体是插头自身的温升,电接触引起的温升相对较低。 不过,要考虑到插头插座系统有两个插头电极(火线和零线),所以实际温度应当是38.21度。 结论2:如果接触压力减小一半,则电接触的温升就会增加到5.21K。可见电接触的压力非常重要。 我们看到,由以上计算中我们看到,导体材料的电阻性发热必须考虑在内。我们设导体材料的电阻为Rr,则排插的发热为: P=I²RJ+I²Rr=I²(RJ+Rr) 等号右边第一项是接触电阻发热,第二项是导线发热。一般地,对于插排来说,由于接触压力很小,一般仅为几个牛顿,接触电阻发热与导线发热大致相当。 对于工业产品的电接触温升,国家标准规定不得超过60K。 最后,我们来看看结论: 用两只排插前后串接,第一只排插的接插部分是薄弱点,也是最容易出现发热和烧蚀之处。当电流足够大时,此处很容易出现电气过热性燃烧,造成电气火灾。 在实用中,采用铜镀镍的方法降低K值,采用簧片+弹簧的方法加大接触压力F,采用线接触替代点接触,就能有效地降低排插发热。 然而,排插传递的电流值是关键,毕竟发热功率与电流的平方成正比。 所以,我们在使用排插时,尽量不要用排插串接。在有较大功率负载时,绝对不能用排插串接的办法引电。虽然我们能得到一时的方便,但带来的电气火灾和电击伤人的隐患却非常危险,必须加以杜绝。 END 本文由张白帆老师授权,E视界整理、发表,转载请联系小编。 大家在工作、学习过程中遇到了什么难题,可以直接向张老师提问,点击“阅读原文”即可跳转到张老师的微博。返回搜狐,查看更多 |
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