第三章电弧的基本特性.pptVIP

背 景 知 识 地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹 * § 3-4 交流电弧的特性 * （3）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容易熄灭的原因： 一是：“电压比较”的结果。 见P85 第二段的说明，加上“在ih过零前的一段时间内，PhPs，弧柱是变冷、变细的。如ih过零后加在弧熄上的电压缓慢上升，则在较长时间内电弧的PhPs，弧柱将变冷、变细，Rh将更加增大，也使urh更加增高。如urh的增高大于u的幅值，Rh将不再迅速下降，因此电弧将不再重燃”。 § 3-4 交流电弧的特性 * 二是：“零休期时间”的长短对电弧的熄灭影响很大，时间越长，弧柱会越细越冷，甚至会消失，电弧熄灭也越容易。由于电阻性负载的零休期时间比电感性负载的零休期时间长，故熄灭电弧越容易。 § 3-4 交流电弧的特性 * 二、电弧电压对交流电路电流的影响 1、零休现象： 1）电阻性负载： urh到来之前，Rh很大，ih为零，称其为电流过零后的“零休”；而在uxh出现之后，u低于uxh，ih≈0，称其为电流过零前的“零休”。 § 3-4 交流电弧的特性 * 2）电感性负载：电感性负载的“零休”时间很短。 urh到来之前，有电流过零后的“零休”，但因urh出现较早，故零休时间短得多； 而在uxh出现之后，因uh可由电感中的自感电势维持而与u无关，因此，几乎不存在电流过零前的“零休”。 比较二者可知，电阻性负载”零休”现象比电感性负载严重得多，即零休时间长得多，这也从另一方面说明了电阻性负载电路比电感性的易于熄灭。 § 3-4 交流电弧的特性 * 2、电弧将使电路的功率因数角减小： § 3-4 交流电弧的特性 * 式中 Uh：电弧电压；Um：电源电压幅值；Uh/Um：电弧电压占总电源幅值的比例。 如Uh/Um越大，则越小，故电弧的存在，相当于在电路中串联了电阻。 § 3-4 交流电弧的特性 * 式中 uh ：电弧电压； ih ：电弧电流； ts ：从t=0至电弧产生所需的时间； tx ：从t=0至电弧熄灭所需的时间。 t ：以触头分开瞬间前电流过零为起点计算的时间。 三、开断过程中，交流电弧能量的计算 § 3-4 交流电弧的特性 * 式中 n是半波个数。 如设（指触头的平均运动速度），则： 在理想情况下（即若干假设下），电弧能量Wh为： § 3-4 交流电弧的特性 * 例题： 设一开关电器中流过的工频短路电流波形如图3-39所示。短路电流有效值I为10000A，ts=0.005s=5ms，U0=20V。 问：（1）当电弧电压Uh=40V时； （2）当触头分开平均速度= 200cm/s和弧柱电场强度E=10v/cm 时, 电弧的能量Wh各为多少？ § 3-4 交流电弧的特性 * 解：由图可知， （1） 由 ， 得 （2） 因式（3-79），得： § 3-4 交流电弧的特性 * 小 结 ★ 电弧是气体放电一种形式。其特点为放电通道温度高达6000K以上，电流密度可达几千安每平方厘米，阴极压降为几十伏，弧拄中的电离方式主要是热电离。电器理论中研究电弧的目的主要是为了尽快地熄灭电弧。 * 小 结 * ★ 说明气体间隙击穿机理的有汤逊理论和流注理论。前者是基于电场电离和二次发射，后香是在汤逊放电理论的基础上加上光电离的作用，以解释长间隙击穿过程的快速性。 ★ 根据弧隙中带电粒子数的增减来判别电弧燃烧是趋于炽烈、熄灭还是稳定的式(3-17)称为离子平衡公式。 ★ 按照电压沿弧长的分布情况，电弧分为三个区域：近阴极区、近阳极区和弧柱区。按照弧柱区的长短，电弧分为长孤和短弧。短弧的Uh几乎不随Ik变化，长弧的Uh＝El。 小 结 * ★ 弧柱温度一般认为是6000～2000K。在3000～4000K以下，则认为弧光放电已停止。