這個問題與電器的溫升有關。
我家的電烤箱,銘牌引數如下:
額定功率和額定電流的意思到底是什麼?
先建立幾個概念:
第一個概念:溫升
溫升指的是電器裝置的外殼溫度與環境溫度的溫度差,通常用希臘字母τ來表示。
我們設電器表面溫度為 ,環境溫度為 ,於是溫升為: 。
第二個概念:電器的溫升曲線和時間常數T
我們看下圖:
當電烤箱未載入電壓時,電烤箱的外殼溫度與環境溫度相同,它的溫升等於零。載入電流後,電烤箱外殼的溫度也隨之上升。
我們發現一個有趣現象:就是電器的升溫曲線存在時間常數T,當送電時間到達並超過4T後,電器的外表面溫度達到最大值,此時的溫升叫做穩定溫升τw。
當電器溫升到達穩定溫升後,電器內部的溫度也到達最大允許值。若電器的溫升超過最大允許溫升,則電器內部的元器件會降低使用壽命,甚至損壞。
電器的最大允許溫升τw所對應的電流就叫做額定電流。
知道了額定電流的概念後,我們再來看題主的問題:“為什麼用電器的實際最大執行電流不能超過額定電流?”
回答:
有了上述概念後,我們很容易就知道,若電器的執行電流超過額定電流,電器的表面溫度一定會上升並超過允許值,電器內部元器件的溫度也會超過允許值,其代價就是犧牲電器的使用壽命。
那麼是不是所有的電器的執行電流都不允許超過額定電流。也未必,有一類特殊電器,它們的執行電流就可以超過額定電流,但它們的執行時間不得超過技術說明書給定的時間。這類電器包括:女孩子的頭髮吹風機,家裡用於破壁的粉碎機等等。
我們把這類電器叫做短時工作制的電器,而電烤箱、電冰箱之類的電器叫做長期工作制的電器。
值得注意的是:儘管短時工作制的電器它的執行電流可以超過額定電流,但電器停止執行後,必須確保電器的散熱時間足夠長。散熱時間恰好也是4T。
==================
回答完問題後,我來給大家講講幾個有關的理論問題:
第一個問題:電源的輸入能量與電器的溫升之間有何關係?
設電器的等效電阻是R,輸入電流是I,電器的表面積是A,它的溫升是τ,則當電器進入穩定溫升τw後,有如下關係成立:
,式1
式中的Kt叫做綜合散熱係數,它是熱傳導、熱對流和熱輻射的綜合體現。
由於等號左邊其實就是輸入功率P,因此式1還可以寫成如下形式:
,式2
式2有一個偉大的名字,叫做牛頓散熱公式。它是偉大科學家牛頓首先提出來的。
第二個問題,導線的載流量,也即導線的額定電流為何與導線的長度無關?
導線,我們知道它有長度L,也有截面積S,當然還有導線端面的周長M。它的電阻R可以寫成定義式: 。
我們把電阻定義式代入式1,並求出電流,如下:
,式3
我們把導線的兩個端面忽略,把導線的表面積用它的端面周長M與長度L的乘積來代表,即:A=ML。我們把它代入到式3中,得到:
,式4
發現沒有,導線的長度L被消掉了!
這說明什麼?說明導線的額定電流,或者說導線的最大載流量只與導線的截面積S有關,與導線的材質當然也有關,但與導線的長度無關!
這一點,從事於電氣的工作者們應當最清楚。原來導線的載流為何與導線長度無關,它的原理就來自於這裡。
這個問題與電器的溫升有關。
我家的電烤箱,銘牌引數如下:
額定功率和額定電流的意思到底是什麼?
先建立幾個概念:
第一個概念:溫升
溫升指的是電器裝置的外殼溫度與環境溫度的溫度差,通常用希臘字母τ來表示。
我們設電器表面溫度為 ,環境溫度為 ,於是溫升為: 。
第二個概念:電器的溫升曲線和時間常數T
我們看下圖:
當電烤箱未載入電壓時,電烤箱的外殼溫度與環境溫度相同,它的溫升等於零。載入電流後,電烤箱外殼的溫度也隨之上升。
我們發現一個有趣現象:就是電器的升溫曲線存在時間常數T,當送電時間到達並超過4T後,電器的外表面溫度達到最大值,此時的溫升叫做穩定溫升τw。
當電器溫升到達穩定溫升後,電器內部的溫度也到達最大允許值。若電器的溫升超過最大允許溫升,則電器內部的元器件會降低使用壽命,甚至損壞。
電器的最大允許溫升τw所對應的電流就叫做額定電流。
知道了額定電流的概念後,我們再來看題主的問題:“為什麼用電器的實際最大執行電流不能超過額定電流?”
回答:
有了上述概念後,我們很容易就知道,若電器的執行電流超過額定電流,電器的表面溫度一定會上升並超過允許值,電器內部元器件的溫度也會超過允許值,其代價就是犧牲電器的使用壽命。
那麼是不是所有的電器的執行電流都不允許超過額定電流。也未必,有一類特殊電器,它們的執行電流就可以超過額定電流,但它們的執行時間不得超過技術說明書給定的時間。這類電器包括:女孩子的頭髮吹風機,家裡用於破壁的粉碎機等等。
我們把這類電器叫做短時工作制的電器,而電烤箱、電冰箱之類的電器叫做長期工作制的電器。
值得注意的是:儘管短時工作制的電器它的執行電流可以超過額定電流,但電器停止執行後,必須確保電器的散熱時間足夠長。散熱時間恰好也是4T。
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回答完問題後,我來給大家講講幾個有關的理論問題:
第一個問題:電源的輸入能量與電器的溫升之間有何關係?
設電器的等效電阻是R,輸入電流是I,電器的表面積是A,它的溫升是τ,則當電器進入穩定溫升τw後,有如下關係成立:
,式1
式中的Kt叫做綜合散熱係數,它是熱傳導、熱對流和熱輻射的綜合體現。
由於等號左邊其實就是輸入功率P,因此式1還可以寫成如下形式:
,式2
式2有一個偉大的名字,叫做牛頓散熱公式。它是偉大科學家牛頓首先提出來的。
第二個問題,導線的載流量,也即導線的額定電流為何與導線的長度無關?
導線,我們知道它有長度L,也有截面積S,當然還有導線端面的周長M。它的電阻R可以寫成定義式: 。
我們把電阻定義式代入式1,並求出電流,如下:
,式3
我們把導線的兩個端面忽略,把導線的表面積用它的端面周長M與長度L的乘積來代表,即:A=ML。我們把它代入到式3中,得到:
,式4
發現沒有,導線的長度L被消掉了!
這說明什麼?說明導線的額定電流,或者說導線的最大載流量只與導線的截面積S有關,與導線的材質當然也有關,但與導線的長度無關!
這一點,從事於電氣的工作者們應當最清楚。原來導線的載流為何與導線長度無關,它的原理就來自於這裡。