電器在使用過程中，由于工作任務(wù)的要求不同，其工作時間的長短也不同。如供電系統(tǒng)中的一些開關(guān)，只要不出現(xiàn)故障和必要的檢修，它就一直處于工作狀態(tài)，而機(jī)車上控制空氣壓縮機(jī)的電器則處于一種斷續(xù)工作狀況。由于工作時間長短不同，故電器的發(fā)熱及冷卻狀況也不同，從電器發(fā)熱與冷卻的觀點(diǎn)我們一般將電器的工作狀況分為長期工作制、間斷長期工作制(八小時工作制)、短時工作制及間斷工作制(反復(fù)短時工作制)幾種。

一、長期工作制時電器的發(fā)熱

長期工作制是指電器通電后連續(xù)工作到發(fā)熱穩(wěn)定，此時溫升達(dá)到穩(wěn)定值。其特點(diǎn)是電器損耗所產(chǎn)生的熱量全部散發(fā)到周圍介質(zhì)中。當(dāng)發(fā)熱未達(dá)到穩(wěn)定前，這個熱量一部分用于升高導(dǎo)體的溫度，另一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去。根據(jù)能量平衡原理，得能量平衡公式為

式中       

通過計算可得：

不難看出，這是一條上升的指數(shù)曲線，如圖1－1中曲線2所示。

當(dāng)t→∞時，電器的溫升達(dá)到穩(wěn)定值，稱為穩(wěn)定溫升

電器各部分的穩(wěn)定溫升不應(yīng)超過允許溫升。式(1－6)中是一個常數(shù)，我們稱之為電器的熱時間常數(shù)(簡稱時間常數(shù))，以T表示

由上分析可得以下幾點(diǎn)：

(1)導(dǎo)體的溫升是隨時間的增長按指數(shù)曲線上升的。開始上升速度較快，隨著的增大上升速度逐漸減慢，直到穩(wěn)定溫升，此時達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。其原因是由于散熱功率和溫升成正比所致。

(2)穩(wěn)定溫升與起始溫升無關(guān)，它由P/K_TS決定。當(dāng)散熱面積和散熱條件已確定時(S與一定)，正比于發(fā)熱功率P，或正比于電流的平方，電流愈大，穩(wěn)定溫升值也就愈大。如要限制最大溫升，在散熱條件不變的情況下，實際上就是限制通過的最大電流。因此，電器的額定電流值就是根據(jù)長期發(fā)熱時的最大溫升不超過允許溫升來確定的。

(3)時間常數(shù)T決定于導(dǎo)體總的熱容量與其散熱情況之比。其值是由電器本身的物理參數(shù)決定的，與發(fā)熱功率(電流)無關(guān)。

總之，T值越大，表示達(dá)到穩(wěn)定溫升所需的時間越長。

(4)理論上講，ｔ＝∞時，溫升達(dá)到穩(wěn)定值。實際上接近穩(wěn)定溫升所需的時間并不需要無限長。從圖1－1中可以看出；當(dāng)ｔ＝4T時，，這時溫升即可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定值。由于T與電流無關(guān)，故對同一電器，通以不同電流，雖其值不等，但達(dá)到的時間是相等的。

間斷長期工作制(八小時工作制)也屬于長期工作制。在電器規(guī)定的工作時間內(nèi)溫升早已達(dá)到穩(wěn)定值，但超過8h之后必須斷電源，分?jǐn)嗪罂梢郧宄|頭的氧化物及塵垢。電器觸頭工作于間斷長期工作制時，其允許溫升可以比長期工作制時取的略高一些。

二、短時工作制及過載系數(shù)

電器的短時工作制是指電器通電時間很短，溫升未達(dá)到穩(wěn)定就停止工作，并且下一次工作要等到電器冷卻到周圍介質(zhì)溫度。例如機(jī)車主斷路器中的分、合閘電磁鐵即屬于短時工作制情況，它分別僅在分、合閘時短時通電，分、合閘結(jié)束時就斷電。

短時工作制的發(fā)熱和冷卻曲線如圖1－2中曲線1、2所示。

由以上分析可得出以下幾點(diǎn)：

(1)某電器在長期工作制下工作時，其穩(wěn)定溫升達(dá)到允許溫升。該電器若用于短時工作制時，允許超載運(yùn)行。這樣可使電器得到充分作用。

(2)該電器在短時工作制下，其功率(或電流)的過載倍數(shù)與發(fā)熱時間及時間常數(shù)T有關(guān)。T越大，越小，過載倍數(shù)則越高。

三、間斷工作制(反復(fù)短時工作制)

間斷工作制是指電器在通電和斷電周期循環(huán)下的工作過程。通電時間內(nèi)溫度未達(dá)到穩(wěn)定值，斷電后又不能冷卻到周圍介質(zhì)溫度。多次重復(fù)通電后，電器可能達(dá)到穩(wěn)定溫升。例如，SS3型電力機(jī)車上控制伺服電機(jī)的接觸器及CJ8Z型接觸器的起動線圈均按間斷工作制考慮。

圖1－3　間斷工作制的發(fā)熱曲線

圖1－3說明了間斷工作制的發(fā)熱過程，以t₁表示通電發(fā)熱時間，t₂表示斷電冷卻時間。t=t₁+t₂稱為工作周期。通過分析可得其功率過載倍數(shù)、電流過載倍數(shù)分別為

由上我們可以看出間斷工作制的過載倍數(shù)與工作周期t及發(fā)熱時間有關(guān)，t越大或越小，過載倍數(shù)就越大。

在電器標(biāo)準(zhǔn)中常用通電持續(xù)率TD％來表示間斷工作制的負(fù)荷輕重程度，通電持續(xù)率的定義是

即工作時間與工作周期t之比的百分?jǐn)?shù)，顯然TD％值愈大，說明工作時間愈長，任務(wù)愈繁重，過載系數(shù)就愈小。