电器学原理 作者 曹云东 04气体放电的物理基础4.pptVIP

交流电弧特性 思考题 1. 何谓交流电弧的零休现象？? 2.弧长不变的交流电弧，在稳定燃烧时为什么燃弧尖峰总是高于熄弧尖峰?? 3. 在电流有效值相同条件下，直流电弧与交流电弧哪一个更容易熄灭? 为什么？ 4. 若开关电器分别开断电阻性交流负载电路和电感性交流负载电路，试问开断哪种负载电路更困难？为什么？ 5. 在低压开关电器中，可以利用其开断电路时触头间所产生的电弧来限制短路电流的峰值。请问能否将这种限流方法应用于高压开关电器中？为什么？ 思考题 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： §4-4 交流电弧的特性 电弧电压随时间变化关系 1. 交流电弧的伏安特性 1）交流电弧的伏安特性 燃弧尖峰Urh 熄弧尖峰Uxh HOME ωt uh, i 0 uh i §4-4 交流电弧的特性 HOME uh 0 ih 电弧电压随时间变化关系 U0 A B C A’ B’ C’ §3-4 交流电弧的特性 2）负载对交流电弧伏安特性的影响 (1) 电阻性负载 * HOME Uxh ωt i Urh u uh 请注意电流波形！ 为什么出现“电流零休”？ §4-4 交流电弧的特性 (2) 电感性负载 结论： 在开断同一电流时，电阻性负载电路中的电弧比电感性负载电路中的电弧更容易熄灭。 HOME Uxh ωt i Urh u uh §4-4 交流电弧的特性 3）交流电路开断的特点 （1）交流电路中，电流在1s内要通过零点2f次。 在ih过零附近一段时间内，Ph＜Ps，弧柱要变冷、变细，甚至可能由导体状态变为绝缘状态。 因此，交流电弧要比直流电弧容易熄灭。 在熄灭同样电流的电弧时，前者对灭弧装置的要求比后者要低得多。 （2）由于交流开关电器（特别是低压开关电器），大多是利用ih过零时熄弧的原理，电弧熄灭时电感中的能量趋近于零。所以，一般开断大电流时产生过电压的可能性较小。 HOME §4-4 交流电弧的特性 2. 电弧电压对交流电路电流的影响 1）零休现象 电流过零前后一小段时间内，Ph Ps，弧隙被迅速冷却，弧柱变细， Rh迅速增大，使得此时的ih与负载额定电流相比，几乎可以认为是零。 由于零休现象的存在，电流在过零前后，其波形不再表现为平滑的正弦波形，而是变化比较剧烈，甚至产生曲折的现象。这一情况，在电阻性负载电路中比电感性负载电路中要严重得多。 电流零休存在的时间最多只有几百微秒，如果电流零休时间超过这一数值，则电弧一般已经不会再产生了。 结果：电弧熄灭 这一现象通常称为电流的“零休现象”。 HOME §4-4 交流电弧的特性 2）限流作用 HOME uh i u L ~ K 物理模型： 忽略线路电阻。假定电源电压处于幅值时，线路发生短路。 当开关K断开电路时，触头间产生电弧 uh，设电弧电压为。此时，短路电流中将不存在非周期分量。设经过 t1＜0.005s后，开关触头以速度 v 分开。 §4-4 交流电弧的特性 + HOME i’ u L ~ uh i’’ L K 弧隙可等效为一电压源，其电压为uh。 根据叠加原理可以建立下列等效电路模型： 根据叠加原理： §4-4 交流电弧的特性 L — 线路电感； Um —电压幅值； ω —电源角频率； t — 时间。 初始条件t＝0时，i′ ＝0 解： (1) 电路中不存在电弧时的短路电流瞬时值: HOME §4-4 交流电弧的特性 假定弧长l＝v(t-t1) ，弧柱电场强度E为常数，忽略近极压降U0 ，可得电弧电压 uh=El=Ev(t-t1)。 (2) 不计电源、仅考虑电弧时的短路电流瞬时值: 初始条件t＝t1时，i ′ ′ ＝0 解： HOME §4-4 交流电弧的特性 (3) 实际短路电流瞬时值: HOME i’ i’’ i t1 ωt 电弧的限流作用将取决于电流 i′与i′′数值的大小及其比例关系。 若电流 i′大小与i′′相当，则电弧的限流作用明显； 低压开关电器 若电流 i′远大于i′′，则电弧的限流作用几乎不存在。 低压开关电器