10 Лекция 10.Условия гашения электрической дуги 10

Содержание лекции:

вольтамперная характеристика (ВАХ) электрической дуги. Статические и динамические ВАХ. Условия гашения дуги постоянного и переменного тока.

Цель лекции:

на основе анализа ВАХ дуги рассмотреть способы гашения дуги на постоянном и переменном токе.

10.1 Вольтамперные характеристики дуги

Важнейшей характеристикой дуги является ее вольтамперная характеристика (ВАХ), представляющая собой зависимость напряжения на дуге от тока.

С увеличением силы тока в цепи, а, следовательно, числа электронов в дуговом промежутке одновременно увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, возрастает число ионизированных частиц в дуге и, соответственно, падает электрическое сопротивление дуги.

Причем, сопротивление дуги падает так резко, что напряжение на ней тоже падает, несмотря на рост тока. При переходе тока от одного значения тока к другому тепловое состояние дуги не изменяется мгновенно, так как обладает тепловой инерцией. Если ток менять медленно, то тепловая инерция дуги не сказывается. ВАХ, полученная при медленном изменении тока, называется статической. Если ток менять быстро, то ВАХ будет зависеть от скорости изменения тока. Такая ВАХ называется динамической.

Статическая ВАХ дуги зависит от длины дуги, материала электродов, параметров среды и условий охлаждения.

Падение напряжения на дуговом промежутке равно

где - сумма околоэлектродных падений напряжения;

-напряженность электрического поля внутри дуги;

- длина дуги.

где - прикатодное падение напряжение, равно10 – 20В;

- прианодное падение напряжения, равно 5-10В.

Напряженность электрического поля внутри дуги зависит от тока и условий горения дуги: чем интенсивнее охлаждение дуги и чем выше давление среды, в которой горит дуга, тем больше напряженность электрического поля в дуге и тем выше лежит ее ВАХ. А подъем ВАХ, как мы увидим далее, способствует гашению дуги.

Рассмотрим условия гашения дуги постоянного тока.

10.2 Условия гашения дуги.

Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых в дуговом промежутке при всех значениях тока от начального до нулевого процессы деионизации превосходили процессы ионизации.

Для цепи, изображенной на рисунке 10.1а, содержащей сопротивление R, индуктивность L и дуговой промежуток с падением напряжения , к которой приложено напряжение источника токаU, будет для любого момента времени справедливо уравнение

где - ЭДС, возникающая на индуктивности при изменении тока в цепи.

Рисунок 10.1- К условию гашения дуги постоянного тока

При устойчиво горящей дуге, когда процессы ионизации и деионизации находятся в равновесном состоянии

и .

Если> 0,то в дуге процесс ионизации преобладает над процессом деионизации, т.е. количество вновь образовавшихся заряженных частиц будет больше количества исчезающих в результате рекомбинации.

Если<0,то в дуге преобладают процессы деионизации, число заряженных частиц уменьшается и дуга гаснет.

Следовательно, для погасания дуги необходимо, чтобы ток в ней все время уменьшался, т.е., а, следовательно

.(10.1)

При этом неравенство (10.1) должно иметь место при всех значениях тока. Графическое решение задачи показано на рисунке 10.1б.

На этом рисунке прямая 1 представляет собой напряжение источника U, прямая 2 - реостатную характеристику цепи , а кривая 3 -ВАХ дуги.Заключенные между реостатной характеристикой и ВАХ отрезки соответствуют .

В точках «А» и «Б» выполняется условие , т.е. в этих точках имеет место равновесное состояние. Однако в точке «Б» это равновесие устойчивое, а в точке «А» – нет.

При токах ,и на индуктивности возникает отрицательное напряжение, свидетельствующее о нарастании процесса деионизации в дуге. Под действием этого напряжения ток будет убывать до нуля. Если по какой-либо причине_, то на индуктивности возникнет положительное напряжение , свидетельствующее о нарастании процесса ионизации, и ток будет возрастать до значения.

Точка «Б» является точкой устойчивого равновесия: при любых изменениях тока под действием напряжения на индуктивности система будет возвращаться в исходное состояние.

В электрических аппаратах принимают все меры к тому, чтобы дуга гасла в минимально короткое время. Очевидно, для этого необходимо, чтобы . Это возможно либо за счет поднятия ВАХ, либо за счет увеличения сопротивления цепи. ВАХ может быть поднята в результате увеличения длины дуги, интенсивности охлаждения и повышения давления среды, в которой горит дуга.

При замкнутых контактах дуга отсутствует и ток в цепи равен (см. рисунок 10.2). При разведении контактов между ними возникает дуга с током. Если длина дуги и напряжение источника неизменны, то при увеличении сопротивления ток в цепи начнет уменьшаться, принимая значения,. При дальнейшем возрастании сопротивления создаются условия для гашения дуги. Ток и сопротивления, при которых наступают условия для гашения дуги, называются критическими.

Рисунок 10.2 - Ток в цепи при различных сопротивлениях R и наличия дуги

Если при неизменном токе увеличить напряжение или при неизменном напряжении увеличить ток, то реостатная характеристика будет подниматься вверх. Но тогда для соблюдения условий гашения дуги необходимо поднять и ВАХ дуги. Следовательно, с увеличением напряжения источника и с ростом отключаемого тока условия отключения утяжеляются.