2.3 Дуга переменного тока при отключении активной нагрузки

При частоте 50 Гц ток в дуге меняется достаточно быстро, и происходящие в ней процессы необходимо рассматривать с помощью динамической ВАХ. При синусоидальном токе напряжение на дуге (рисунок 2.8, а) сначала поднимается до точки 1, затем в связи с ростом тока падает до точки 2. После прохождения тока через максимум динамическая ВАХ поднимается и проходит через точку 3 в связи с уменьшением тока. В отрицательный полупериод процесс повторяется. При высокой частоте тока динамическая ВАХ описывается кривыми 4 и 5. Зависимости изменения тока в дуге и напряжения на ней во времени представлены на рисунке 2.8, б. При высокой частоте форма напряжения на дуге (кривая 2) приближается к форме тока. Рассмотрим отключение цепи с чисто активной нагрузкой . Пусть контакты аппарата разошлись в точке а (рисунок 2.9) и между ними загорелась дуга.

К концу полупериода из-за уменьшения тока и воздействия ДУ сопротивление дугового промежутка и напряжение на дуге увеличиваются. При подходе тока к нулю к дуге подводится малая мощность, температура ее уменьшается, что, с одной стороны, ведет к замедлению термической ионизации, с другой − способствует деионизации.

Рисунок 2.8 −Динамическая характеристика дуги

переменного тока

Рисунок 2.9 −Процесс отключения активной нагрузки

переменного тока

Все это приводит к погасанию дуги. Напряжение, при котором дуга гаснет, называется напряжением или пиком гашения . Резкий рост напряжения к концу полупериода ведет к тому, что ток в цепи обрывается до своего естественного прохождения через нуль).

В процессе гашения дуги число заряженных частиц в области дугового промежутка уменьшается, и его сопротивление после гашения дуги резко возрастает. При этом возрастает и электрическая прочность промежутка, т.е. напряжение, при котором происходит его электрический пробой.

После прохождения напряжения через нуль электрическая прочность промежутка начинает нарастать не с нуля, а со значения, соответствующего точке а₁ (начальная прочность промежутка). Начальная прочность и дальнейший рост прочности зависят от свойств ДУ. Чем эффективнее ДУ, тем больше прочность и круче идет ее нарастание.

Пусть прочность промежутка восстанавливается по кривой a₁b₁. Тогда в момент времени t₁ эта кривая пересечется с кривой напряжения на промежутке и дуга загорится вновь. Напряжение называется напряжением зажигания.

Напряжение, появляющееся на контактах после прохождения тока через нуль, называется восстанавливающимся. Оно зависит от напряжения источника и параметров отключаемой цепи. В данном случае при чисто активной цепи после прохождения тока через нуль к контактам приложено синусоидальное напряжение источника.В точке дуга вновь гаснет, и происходят процессы, аналогичные описанным ранее. В этой точке при подходе тока к нулю дуга имеет более высокую температуру по сравнению с температурой к концу бестоковой паузы . Поэтому всегда пик гашения дуги меньше пика зажигания.

К моменту вследствие расхождения контактов длина дуги возрастает и увеличивается интенсивность воздействия ДУ. В результате и начальная прочность промежутка и крутизна ее нарастания в точке больше, чем в точке (кривая a₄ b₄). Поэтому пауза тока увеличивается по сравнению . Однако и в этом нуле тока гашение дуги не произошло, и она загорелась вновь. Из-за возросшей длины дуги вследствие расхождения контактов. напряжение на дуге в этом полупериоде больше, чем в предыдущем. Окончательное гашение дуги происходит в точке . Для случая, когда электрическая прочность промежутка растет по кривой a₂b₂ гашение дуги происходит при первом же прохождении тока через нуль.

Следует отметить, что в эффективно работающих ДУ напряжение на дуге во времени меняется согласно рисунку 2.10. В области нуля тока происходит интенсивное охлаждение дуги, в результате чего возрастает пик гашения (увеличивается сопротивление дуги) и нарастает электрическая прочность (увеличивается пик зажигания ). На протяжении большей части полупериода напряжение на дуге не меняется во времени.

В некоторых ДУ после возникновения дуги ее сопротивление так быстро возрастает, что ток в цепи начинает уменьшаться за счет этого сопротивления и не достигает установившегося значения (на постоянном токе) и амплитуды (на переменном токе). Такой процесс отключения называется процессом с токоограничением.