电弧的产生和熄灭

1 第三讲 交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理

1. 交流电流过零熄弧

工业交流电每半周电流要过零一次，交流电流总是在电流过零时熄灭的，这与直流电弧不同，熄灭交流电弧比熄灭直流电弧要容易得多。交流电弧过零的详细过程分下列两种情况来说明：

1.1 用图1（a）所示的电阻电路来分析。由于电弧电压远低于电源电压，也就是说电源电压足以维持电弧燃烧而不致发生强制熄弧，因此电弧电流i与电源电压u同时过零，见图1（b），0t是产弧时刻，此时断口间产生电弧电压au。由于电源电压u远远地大于电弧电压au，电弧电流i仍近似于为正弦波，因此它与电弧电压au同时过零。电流过零详细情况见图2。

图1 电阻分析电路的电弧电流过零

图2 实际电弧电流hi与电弧电压hu同时过零 2 1.2 用图3所示的电感电路来分析。图中，u是电源电压，令wtEumcos，（mE是电源电压的幅值），L是分析电路中的电感，QF表示断口，nR表示电弧电阻，电弧电压hhhRiu（hu随hi改变正负号）。hi是电路电流（即电弧电流）

图4表示此时电弧电流的变化曲线。图4中e表示电源电压随时间变化的曲线（瞬时值），hi是电弧电流的瞬时值。hi可分解为两个分量组成：一个分量是滞后于电源电压e 90°的的正弦电源分量wtwLEimsin;另一个分量是随时间线性（假设电弧电阻是恒定值）变化的分量 )(wtwLuih，表示起始燃烧时刻的相位角，π和2π表示一个半波和一个周波的相位角。

由电路数学分析得出iiih。

实际电弧电流hi比其正弦电流分量i过零提前过零1wt相位角，这是由于在电感电路中，由于有电弧压降存在而导致了实际电弧电流hi比电弧电压hu提前过零，其提前过零的相位角是ξ，ξ的数值为若干μs至数十μs数量级。

电流过零详细情况见图5。

图3 电感分析电路

图4 电感分析电路中电弧电流的变化曲线 3 图5 电感分析电路中实际电弧电流hi比电弧电压hu提前过零

- 1 - 电弧产生过程

电弧是一种高强度的电流放电现象，其产生的过程包括电弧的起始、发展和终止三个阶段。电弧是一种非常重要的现象，广泛应用于电力、照明、焊接、切割等领域。本文将详细介绍电弧产生的过程。

一、电弧起始阶段

电弧起始阶段是电弧产生的第一阶段。当两个电极之间的电势差达到一定值时，电场强度会足够大，使空气分子发生电离，形成等离子体。等离子体是一种由带正电和带负电的离子和自由电子组成的气体，具有很高的电导率和导电性。当等离子体形成后，电流就开始流动，电极之间的电势差也开始下降，电弧开始形成。

电弧起始阶段通常需要一个较高的电势差，一般在几百伏以上。此外，电极的材料、形状、距离等因素也会影响电弧的起始。例如，电极的形状越尖锐，电势差越小，电弧起始的容易；电极之间的距离越小，电弧起始的容易。

二、电弧发展阶段

电弧发展阶段是电弧产生的第二阶段。当电弧起始后，电流会不断增加，电弧的温度也会不断上升，形成高温等离子体。等离子体的温度可以达到几千度甚至更高，产生强烈的光和热辐射，同时也会产生强烈的电磁场和电子束流。

电弧发展阶段的过程中，等离子体会不断向外扩散，形成电弧火焰。电弧火焰的形态取决于电弧的工作条件和环境因素。例如，在空气中工作的电弧火焰呈现为蓝色，而在氩气等惰性气体中工作的电弧 - 2 - 火焰呈现为紫色。

三、电弧终止阶段

电弧终止阶段是电弧产生的最后阶段。当电弧工作条件变化或者电弧能量消耗殆尽时，电弧就会终止。电弧终止的过程包括电弧的熄灭和等离子体的消散。

电弧的熄灭是指电弧火焰消失的过程。电弧熄灭时，电弧火焰会逐渐变暗，直到消失。电弧熄灭的原因包括电弧能量消耗殆尽、电极间距离增大、电流减小等因素。

等离子体的消散是指等离子体吸收能量后逐渐消失的过程。等离子体消散的速度取决于等离子体的密度和温度。当电弧终止后，等离子体会逐渐消散，直到完全消失。

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开关电器中电弧的产生的原因和熄灭方法浅析

作者：张月华

来源：《硅谷》2010年第09期

摘要: 电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象,对开关电器中开断电路时产生的电弧进行了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。

关键词: 开关电器;电弧;去游离;弧光放电

中图分类号:TM91文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0510032-01

开关电器是用来接通或开断电路的电气设备。在发电厂与变电所中运行的发电机、变压器、进出线等回路,经常需要进行投入运行或退出运行,因此在发电厂与变电所中需装设必须的开关电器。在开关电器触头接通或分开时,触头间可能出现电弧,电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象。对电弧的了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。

1 电弧的危害和特点

电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素作用下,气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后,由电源不断地输送能量,维持它燃烧,并产生很高的高温。电弧燃烧时,中心区温度可达到10000K以上,表面温度也有3000～4000K。同时发出强烈的白光,故称弧光放电为电弧。电弧的高温,可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果电弧较长时间不能熄灭,将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能,危及电力系统的安全运行,造成人员的伤亡和财产的重大损失。

由于电弧是一种气体导电现象,所以在开关电器中,虽然电器触头已经分开,但是在出头间只要有电弧的存在,电路就没有断开,回路电流仍然存在,即开关电器失去了开断电路的作用。影响电力系统的可靠运行。

2 电弧的产生和熄灭条件

电弧的产生和熄灭过程,实际上是气体介质由绝缘变为导通和由导通又变为截止的过程。 龙源期刊网

电焊机的工作原理与焊接电弧的形成

电焊机是一种用来进行金属焊接的设备，它通过产生高温电弧来使金属材料熔化并连接在一起。本文将介绍电焊机的工作原理以及焊接电弧的形成过程。

一、电焊机的工作原理

电焊机的工作原理是基于电流通过导体产生的热量引发焊接过程。电焊机通常由三个主要部分组成：电源、电极和工件。

1. 电源：电焊机的电源通常是交流电或直流电，根据具体的焊接要求可选择不同类型的电源。电源通过电缆与电极相连，提供焊接所需的电流。

2. 电极：电极是电焊机中负责产生电弧的部分。电焊机中常用的电极有焊条电极和焊丝电极。焊条电极是一种涂有焊剂的棒状材料，而焊丝电极是由金属丝制成的。

3. 工件：工件是待焊接的金属材料。电焊机通过电极与工件建立电路连接，电流从电极流经工件，产生高温电弧。

二、焊接电弧的形成

焊接电弧是电流通过电极与工件之间产生的可见光和热量的带电气体放电现象。电焊机的工作原理导致电流通过电极与工件之间产生高温电弧。 1. 引弧过程：在引弧过程中，电焊机通过施加电压使电极与工件之间产生电压差，形成电场。当电极靠近工件时，电场强度逐渐增加，直到足够强以使电流穿透空气，产生电弧。在这个过程中，电弧产生的温度迅速升高并产生明亮的光。

2. 稳弧过程：一旦电弧形成，焊接电流开始在电极和工件之间流动。焊接电弧的形成使电极和工件之间的接触点局部加热，金属开始熔化。焊接电流的大小和性质会影响熔化的金属量和焊接效果。

3. 电弧熄灭：当焊接任务完成或者电焊机断开电源时，电弧会熄灭。熄灭过程通常伴随着一个弧声和明亮的火花。

总结：

电焊机的工作原理是基于电流通过导体产生的高温引发焊接过程。电极通过电源与工件建立电路连接，电流流经电极与工件之间，产生高温电弧。焊接电弧的形成包括引弧过程、稳弧过程和电弧熄灭过程。

电焊机在工业生产和修复领域有着广泛应用，理解其工作原理和焊接电弧形成过程对于掌握焊接技术非常重要。通过电焊机进行焊接时，需注意安全事项，遵循正确的操作规程，以确保工作环境的安全和焊接效果的质量。