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1、,第7章 电弧的形成与熄灭,7.1 电弧的形成 7.2 电弧的熄灭,7.1 电弧的形成,一、电弧的概念 概念：当开关电器接通或断开电路时，电压和电流达到一定值时，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。电弧的实质是一种气体游离放电现象。,电弧的特征三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区能量集中，温度很高，亮度很强电弧的气体放电是自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压很低电弧是一束游离的气体，质量极轻，容易变形。在气 体或液体的流动作用下，或 在电动力的作用下，电弧能迅速移动，伸长或弯曲。,电弧的产生 触头的周围原本是空气或其他绝缘介质，为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的电弧呢?原因就在于在绝缘介质中出现
2、了大量的自由电子。大量自由电子由阴极向阳极的定向运动形成了电弧。,二、电弧的产生与维持,弧柱中自由电子的产生（电弧形成的条件）热电子的发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大，接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电子。其数量取决于触头材料和表面温度。冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取决于电场强度的大小。,碰撞游离（电弧形成的原因）游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程 电场游离（碰撞游离）：在电场作用下，电子加速向阳极运动，途中与介质中的中性质点发生碰撞。若自由电子具有足够动能，能与
3、中性质点产生碰撞游离，使其游离为正离子和自由电子。这样的过程连续进行导致雪崩式碰撞，使触头间充满了自由电子。在外加电压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。,热游离-维持：电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子(这就是热游离过程)，可以维持电弧的燃烧。,电弧的维持,阴极在强电场作用下发射电子。发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成了电弧。在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质中发生热游离，使电弧维持和发展，这就是电弧形成的过程。,一、去游离过程（带电质点减少）在电弧中，发生游离过程的同时还进行着
4、使带电质点减少的去游离过程。游离过程去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧游离过程=去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧游离过程去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭 因此，要想使电弧熄灭，就必须设法加强去游离过程，使其大于游离过程。,7.2 电弧的熄灭,复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象。电子碰撞中性质点速度慢的负离子与正离子中和。扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运动而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象。浓度扩散；温度扩散。,二、交流电弧的熄灭 1、交流电弧的特性 动态伏安特性,交流电弧的特性-过零时自然熄灭 随着正弦交流电流的 周期性变化，交流电 弧电流也将随之每半 周过零一次。电弧
5、电压、电流波形*在电弧电流自然过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电弧温度和热游离下降，电弧将自动暂时熄灭。,2、熄灭交流电弧的过程决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复过程和“弧隙电压的恢复过程”。弧隙介质强度的恢复过程绝缘能力恢复过程 电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度剧降，因而弧隙游离程度也下降。当弧隙温度降低到热游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。但是弧隙的绝缘能力或称介质强度(以弧隙能耐受的电压表示)要恢复到正常状态仍需要一定时间，此称为“弧隙介质强度的恢复过程”。以耐受电压Ud(t)表示,弧隙电压的恢复过程 电弧电流过零后，弧隙电压将由熄弧电压经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐恢复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过程”。以弧隙电压Ur(t)表示,熄灭交流电弧的物理过程 因此，在电弧电流过零后，存在着两个相互联系的对立过程。在恢复过程中，如果恢复电压Ur(t)高于介质强度Ud(t)，弧隙被电击穿，电弧重燃；如果恢复电压低于介质强度，电弧就会真正熄灭交流电弧熄灭的条件：Ud（t）Ur（t）,介质强度和弧隙电压的恢复过程图示(a)t1时刻发生击穿/电弧重燃(b)电弧熄灭(c)电弧熄灭,
