电弧基本理论
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第五章电弧电弧的静态伏安特性电弧的动态伏安特性交流电弧的伏安特性直流电弧稳定燃烧的条件及熄灭措施5 电弧◆第一节:概述◆第二节:电弧的产生和物理特性◆第三节:直流电弧◆第四节:交流电弧◆第五节:空气电弧的熄灭原理◆第六节:油中电弧的熄灭原理了解◆第七节:SF6气体的基本特性及其灭弧原理◆第八节:真空电弧的特性及其熄灭原理5.1 概述开关设备中,只要电路的电压或者电流不是很小(大于几十V 或者上百mA ),在分断时就会产生电弧。
◆气体放电的一种形式,具有强光和很高的热力学温度(几千到几万K )生活中电弧的应用有哪些例子?焊接、熔炼、照明24v 以上(起步电压)5.2 电弧的产生和物理特性一、弧光放电及其特点(低气压)非自持放电与自持放电自持放电有多种形式,取决于气体压力、电流密度、电极形状、电极间距离等因素。
5.2 电弧的产生和物理特性自持放电形式1.如果电场比较均匀,电源的功率足够,击穿后转换为弧光放电;2.电场比较均匀,气体压力较低时,气隙击穿后,先出现辉光放电,随着电流的增加,将转换为电弧放电;3.极不均匀电场中,气体的压力较高且回路的阻抗较大时,表面的电场集中区域先出现电晕放电,电压达到一定值后形成弧光放电。
●弧光放电:电流密度大,伴随高温强光,阴极位降低(10V)●电晕和辉光放电:电流密度小,阴极位降高,200-300V电弧是一种能量集中,温度很高,亮度很大的气体自持放电现象,是一束导电性很好的游离气体。
5.2 电弧的产生和物理特性二、电弧的组成部分除了正负两个电极外,整个电弧可分为三个区域:阴极位降区、弧柱和阳极位降区。
阴阳级K12000~6000阴极位降区域阳极位降区域UUh0ElcmV101065~cmV5010~度的分布电弧的电位降及电位梯图26 阴极斑点:非常集中,面积很小的光亮区域,电流密度很大,是电弧放电中强大的电子流的主要来源空间电荷:形成阴极和阳极位降区位降区长度:10-4cm ,但电位梯度高弧柱区:电位梯度几乎不变阳极斑点:接收从阴极来的电子弧柱区:高温、游离了的气体形成的等离子体短弧:弧芯长度在几个毫米以下,弧压降主要由阴极和阳极位降构成长弧:电弧较长,电弧电压主要由弧柱压降构成5.2 电弧的产生和物理特性三、电弧弧柱的游离过程游离:围绕原子核运动的电子从轨道上脱离出来并成为自由电子。
第4章电弧的基本理论电弧的实质是高温等离子体。
等离子体:由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
等离子体分为:高温等离子体和低温等离子体。
电弧是高温等离子体。
电弧的特点:导电性能强、能量集中、温度高、亮度大、质量轻、易变形等。
4.1电弧的形成与去游离放电的形式:非自持式放电和自持式放电。
非自持式放电:需要外部游离因素来维持的放电形式,主要指在气体环境下,放电持续需要依靠外界游离因素所造成的原始游离才能实现。
它的特点:1.外因影响放电,外界游离因素消失,放电也会衰减直至停止;2.具有饱和性,稳定的外部因素单位时间里游离出的带电粒子数目是稳定的,于是形成饱和形式的放电现象。
自持式放电:指当电场强度(场强)达到或超过一定值时,出现的电子崩可仅由电场的作用而自行维持和发展,不必再依赖外界游离因素的放电现象。
电弧是一种自持式放电现象,即电极间的带电质点不断产生和消失,处于一种动态平衡状态。
自持式放电:1.放电不再依赖外界游离因素;2.自持放电的条件是:电源的能量足以维持电弧的燃烧;3.放电电流迅速增加,放电间隙电压迅速降低;4.伴随有强光和高温。
4.1.1介质中电弧形成的机理电弧的形成过程:介质向等离子体态的转化过程;电弧的产生和维持:弧隙里中性质点(分子和原子)被游离的结果,游离就是中性质点转化为带电质点的过程。
从电弧的形成过程来看,游离过程分三种形式:1.强电场发射:是在弧隙间最初产生电子的原因;2.碰撞游离》:由英国物理学家汤森德在1903年提出(汤森德机理)3.热游离:电弧产生之后,弧隙的温度很高,在高温作用下,气体的不规则热运动速度增加;具有足够动能的中性质点互相碰撞,又可能游离出电子和离子。
还有光游离、热电子发射、金属气化等。
4.1.2电弧的去游离过程去游离的主要形式:复合和扩散。
1.复合去游离复合:指正离子和负离子互相吸引,结合在一起,电荷互相中和的过程。
电弧原理电弧是指当两个电极之间的电压达到一定程度时,电子在电场的作用下以极高速度跃迁,产生高温、高能量的电流的现象。
电弧现象广泛应用于焊接、切割、照明等领域。
电弧的产生原理主要涉及到电离、电流传导、气体电导、电离平衡等过程。
首先,当两个电极之间的电压升高到阈电压(击穿电压)时,电离现象开始出现。
电离是指原本是中性的气体分子在电场作用下失去或获得电子而变成带电离子。
电离过程中,气体分子内部的化学键被打破,产生大量自由电子和正离子。
接下来,自由电子受电场力作用,沿着电场方向加速运动。
当自由电子与气体分子碰撞时,会传递动能给气体分子,使其电离。
这样就形成了一个电子-离子链。
电子和离子之间的相互碰撞以及电子与电场之间的相互作用形成了气体电流。
在电弧中,电流的传导过程是通过带电离子在电场的作用下向电极方向移动而实现的。
带电离子在电场力的作用下会加速运动,相对静止的物体也会受到被带电离子撞击而产生力的作用。
这种力的产生导致了电弧现象中火花飞溅的现象。
此外,在电弧中,气体也发生了电导现象。
气体电导是指导电性质的一种物理现象,当电弧形成的时候,气体中的带电离子数量增加,从而导致了电导性能增强。
气体电导还受到环境温度、气体种类、电弧长度等因素的影响。
最后,电离平衡是电弧产生原理中的一个重要概念。
电离平衡是指电离和复合过程达到一个动态平衡的状态。
在电弧过程中,气体中的自由电子和正离子不断地通过复合过程进行重新组合,同时又因电压作用下的加速而继续产生。
这种动态平衡的存在维持了电弧的稳定性。
综上所述,电弧产生原理主要涉及电离、电流传导、气体电导和电离平衡等过程。
通过这些过程,电弧能够在两个电极之间产生高温、高能量的电流,发挥其实际应用价值。
电弧产生原理电弧是一种高温等离子体,是由电流穿过气体或液体时产生的一种放电现象。
电弧产生的原理主要涉及电流、电压和介质三个方面。
首先,电弧产生的前提是电流的存在。
当两个导体之间的电压差超过介质的击穿电压时,电流就会穿过介质,形成电弧。
这个击穿电压也叫做电介质的击穿电压,是介质在一定条件下能够导电的最小电压。
其次,电弧产生还需要足够的电压。
当两个导体之间的电压差超过介质的击穿电压时,介质会发生击穿,电流就会穿过介质形成电弧。
在电弧产生的瞬间,电压会迅速下降,形成电弧电压。
电弧电压是电弧维持的必要条件,只有在足够的电压下,电弧才能稳定地产生。
最后,介质也是电弧产生的重要因素。
不同的介质在不同的条件下会产生不同的电弧。
气体电弧和液体电弧的产生条件和特性都不相同。
在气体中,电弧产生是通过气体分子的碰撞和激发来实现的,而在液体中,电弧的产生是通过液体分子的离子化和电离来实现的。
总的来说,电弧产生的原理是通过电流、电压和介质三个方面的相互作用来实现的。
只有在电流存在的情况下,通过足够的电压和合适的介质条件,才能稳定地产生电弧。
电弧在工业生产和科学研究中有着广泛的应用,对于理解电弧产生的原理,有助于我们更好地利用电弧的特性进行实际应用。
通过对电弧产生原理的深入了解,我们可以更好地控制和利用电弧的特性,为电力系统的安全稳定运行提供重要的理论依据。
同时,对电弧的研究也有助于提高电力设备的设计和制造水平,推动电力工程技术的发展。
因此,深入研究电弧产生原理对于提高电力系统的可靠性和安全性具有重要的意义。
总的来说,电弧产生原理是一个涉及电流、电压和介质相互作用的复杂过程。
只有深入理解这些原理,我们才能更好地控制和利用电弧的特性,为电力系统的安全稳定运行提供重要的理论依据。