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电弧的长弧短弧有何区别?


2018-11-3 1:20:51

  今天下午在等学生毕设文档存档工作,都是学生在到处跑,我在办公室守株待兔,比较有时间,来写这个帖子吧。

  我们来设想:当开关电器的触头打开时,由于触头间存在电压,而且触头表面也并非平整,于是在触头尖端处出现电场电离,触头间隙中的气体被击穿。由于随后的正负离子轰击电极,电极温度升高,发射出更多的电子,因而使得电离得到加强,我们把它叫做热电离。

  另一方面,气体受到离子的碰撞,发生剧烈的碰撞电离,气体越来越热,气体电阻越来越小,电弧正式登场。

  因为触头之间的距离在不断地扩大,电弧的弧长当然也加大。然而电弧弧长越大,电弧散失的热量越大,电弧会变冷,它的电阻也越大,电弧电压就会上升;如果流过电弧的电流加大,电弧的温度就越高,电弧电阻就会降低,电弧电压也下降。

  对于同一个电流值,电弧越长,它的表面就越冷,电弧电阻当然也越大,所以电弧电压就越高,所以才有Uh2Uh1。

  对于同一个电压值,电弧越长,表面温度必须越高,否则就无法维持。但温度越高,电弧电阻就会降低,流过电弧的电流必然会加大,所以才有Ih2Ih1。

  再看2图,当电弧电流过零后熄灭,接着阳极变成了新阴极,而阴极则变成新阳极。此时电子想从新阴极中发射出来,则必须克服残留的阳离子构成的一堵墙。这种效应叫做近阴极效应。

  由于低压电器一般都是短弧,而高压电器一般都是长弧,所以近阴极效应仅仅对低压电器产生的短弧有效,对高压电器产生的长弧无效。

  长弧与短弧的区别还有很多,限于篇幅,此处不再讨论。若有兴趣的知友们,可以去看任何一本《电器的理论基础》和《电器学》,当然还有《低压电器设计手册》和《高压电器设计手册》。在我的书《老帕讲低压电器技术》里面也有谈及。

  设想,触头在时刻零分离,于是触头间隙中开始出现气体击穿现象。注意到气体击穿,与巴申曲线图的OA段:

  当Ih从零上升时,由于在Ih过零期间,电弧的功率Ph≈0,根据电弧动态能量平衡方程式可知,电弧能量WQ随时间的变化而减少,弧柱变冷变细,电弧电阻Rh增大,曲线的斜率较为陡峭。

  当Rh的下降速度大于ih的增长速度时,Uh随着Ih增长而下降。A点的电压叫做燃弧尖峰Urh。

  再看BC段:当ih到达最大值B点后,开始减少,沿曲线BC上升。因为弧柱存在热惯性,这时的Rh要ih增大时的数值小,所以曲线BC比AB值低。

  随着Ih的减小,Ph也减少,Rh逐渐上升。当Ih下降的速度大于Rh 上升速度时,Uh又开始随着Ih的减小而下降。当Ih趋近于零时,Uh也趋近于零。对应于最高点C的电压通常叫做熄弧尖峰Uxh。

  其实OA和CO段电弧已经熄灭,电极间隙中只是一团高温气体而已。由于它着离子,所以有剩余电流,因而呈现正电阻特性。

  在4图中,我们看到粉色的区域,当电流过零后首先出现的就是电弧电压的燃弧尖峰Urh,当电流即将过零前出现的就是熄弧尖峰Uxh,且有UrhUxh。

  为何在燃弧尖峰与熄弧尖峰中间的电弧电压是水平的?这是因为电弧燃烧后,它的温度基本恒定,电弧电阻基本不会发生变化,电弧电压当然就是水平的了。

  提车黄道吉日

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