【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表達(dá)式 2： 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 47 湯遜第一系數(shù) α ：即空間游離系數(shù) ， 是一個(gè)電子沿電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 在單位距離內(nèi)由電場(chǎng)電離而產(chǎn)生的帶電粒子對(duì)數(shù) （ 一個(gè)電子和一個(gè)正離子為一對(duì) ） ， 其表達(dá)式為： 00BPTEAP eT? ?? 其中， P是氣壓， mmHg； T： 氣溫， k； A0、 B0： 是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 48 間隙擊穿條件 ：分均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)考慮 。 1） 均勻電場(chǎng) ： （ 1） 氣體間隙擊穿條件 ： ?? l（ e 1 ） =1式中 γ 是表面游離系數(shù)，又叫湯遜游離第二系數(shù)，見(jiàn)表 33，例如銅電極的 γ ＝ ； 湯遜第一系數(shù) α 是 空間游離系數(shù)。 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 49 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 50 式中 ， A、 B是常數(shù) ， 見(jiàn)表 34。 另外 ， “ pl”應(yīng)看作一個(gè)參數(shù) 。 銅電極在空氣下的 Ujc對(duì) pl試驗(yàn)曲線 （ 實(shí)線 ） 與令 r=、 按上式作出的 Ujc對(duì) pl的關(guān)系曲線 （ 虛線 ） 如圖所示 ， 稱(chēng)為 “ 巴申曲線 ” 。 l n[ ]lnjcBplUApl?1（ 1+ ）r（ 2） 間隙擊穿電壓 Ujc： 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 51 “ 巴申曲線 ” 分析 ， 結(jié)果： ① 除 pl很小外 ， 實(shí)線與虛線很接近； ② pl很高 （ 提高氣壓 ） 或很低 （ 真空 ） 時(shí) ， Ujc較大； ③ p在特定位置 [（ pl） min]時(shí) ， Ujc最小 （ Ujcmin） 。 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 52 將上式對(duì) pl求極值 ， 可得銅電極在空氣中的最小擊穿電壓： j c m i n m i nU =B (pl )?248 V?實(shí)際為 327V。 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 53 最小擊穿電壓計(jì)算： 0ldx???（ e 1 ） =1j c m i n m i ne l nU = B ( p l ) = B ???1（ 1+ ）A2） 不均勻電場(chǎng)的氣體間隙擊穿條件 ： 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 54 當(dāng)帶電粒子變化 ， 電弧燃燒趨熱；當(dāng) 時(shí) ， 電弧燃燒趨于穩(wěn)定；當(dāng) 時(shí) ， 電弧燃燒趨于熄滅 。 d N d N d N d N d Nd t d t d t d t d t? ? ?r c f q（ ） （ ） （ ） （ ）0dNdt ? 0dNdt ?0dNdt ?弧隙中帶電粒子的變化情況可用離子平衡方程式 167。 31 氣體放電的物理過(guò)程 55 167。 32 電弧的物理特征 一、開(kāi)斷電路時(shí)電弧的產(chǎn)生過(guò)程 最小生弧電流和最小生弧電壓 當(dāng)被開(kāi)斷的電流和電壓超過(guò)觸頭材料的最小生弧電流和最小生弧電壓 （ 直流見(jiàn)表 35， 交流見(jiàn)表 36） 時(shí) ， 弧隙中將產(chǎn)生電弧 。 56 電弧產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程： 1） 電壓、電流大于最小生弧電壓和最小生弧電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電??； 2） 觸頭閉合過(guò)程中，因動(dòng)觸頭 “ 彈跳 ” ，在一定條件下產(chǎn)生電?。? 3） 觸頭分離時(shí)，電弧產(chǎn)生過(guò)程。 167。 32 電弧的物理特征 57 觸頭分離： 1） 開(kāi)始分離：接觸面積減小 ， 電流密度增大 ， 強(qiáng)烈發(fā)熱； 2） 分離瞬間：接觸處的金屬先熔化 ， 產(chǎn)生液態(tài)金屬橋及金屬蒸汽 ， 然后由熱發(fā)射 、 高電場(chǎng)發(fā)射產(chǎn)生大量電子 ， 再由電場(chǎng)游離產(chǎn)生電子和正離子 ， 由復(fù)合作用維持熱發(fā)射 。 結(jié)果：弧隙溫度升高 ， 熱電離起主導(dǎo)作用 ， 氣體帶電離子增多 ， 氣體電導(dǎo)率增大 ， 弧隙兩端電壓降低 ， 直至帶電粒子達(dá)到平衡 ， 電弧穩(wěn)定燃燒 。 注意：高電場(chǎng)發(fā)射是電弧產(chǎn)生的根本原因 。 167。 32 電弧的物理特征 58 二 、 電弧近極區(qū)和弧柱區(qū)的特征： 直流電弧電弧壓降 Uh的三個(gè)區(qū)域： （ 1） 近陰極區(qū)：聚集大量正離子 ， 是一個(gè)正空間電荷；陰極壓降Uc較大 ， 其值與陰極材料和氣體介質(zhì)有關(guān) ， 數(shù)值見(jiàn)表 37。 （ 2） 近陽(yáng)極區(qū)：聚集大量電子 ， 屬負(fù)空間電荷區(qū)；陽(yáng)極壓降 Ua，其值與陽(yáng)極材料有關(guān)； 167。 32 電弧的物理特征 59 ? （ 3）弧柱區(qū)：近似圓柱形；電離氣體中正負(fù)帶電粒子數(shù)相等，為等離子體，類(lèi)似金屬導(dǎo)體； E沿弧長(zhǎng)可看作是常數(shù)，其值與電極材料、氣壓、介質(zhì)對(duì)電弧的作用等有關(guān)；弧柱電壓 Uz＝ IhRh。 167。 32 電弧的物理特征 60 式中 ， U0是近極壓降； E是弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度 V/cm； l是電弧長(zhǎng)度 。 按 Ua和 Uc在電弧電壓中所占比例不同 ， 可將電弧分為短弧 （ 極間距離很短的電弧 ） 和長(zhǎng)弧 （ 極間距離很長(zhǎng) ， UhU0， 且 UhE的電弧 ） 。 0 ()h c a zU U U U U E l V? ? ? ? ? 直流電弧電壓 ： 167。 32 電弧的物理特征 61 三 、 電弧長(zhǎng)度： 與發(fā)熱及氣流有關(guān) 。 四 、 弧柱的溫度 ：用光學(xué)方法測(cè)量 。 開(kāi)關(guān)電器：燃弧溫度 6000～ 20220K； 趨向熄滅溫度： 3000～4000k。 五 、 弧柱的直徑 。 167。 32 電弧的物理特征 62 六 、 電弧的弧根和斑點(diǎn)： 弧根：弧柱貼近電極的部分； 斑點(diǎn)：弧根在電極表面上形成的圓形明亮點(diǎn) ， 其中： （ 1） 陰極斑點(diǎn)：是維持電弧存在的電子發(fā)射處 ， 其電流密度高（ 104A/cm2， 甚至達(dá) 107A/cm2） ， 導(dǎo)致電極材料迅速汽化 ， 形成金屬蒸汽進(jìn)入弧隙 。 同時(shí)斑點(diǎn)區(qū)通過(guò)熱發(fā)射 、 高電場(chǎng)發(fā)射和二次發(fā)射提供大量的電子；結(jié)果陰極表面逐漸燒損 ， 形成凹坑 。 167。 32 電弧的物理特征 63 （ 2） 陽(yáng)極斑點(diǎn)：是電子進(jìn)入陽(yáng)極的入口 ，面積大于陰極斑點(diǎn) ，故電流密度較小 。 167。 32 電弧的物理特征 64 電弧的能量平衡 ： （ 1） 電弧的發(fā)熱功率 ： h h h hP U I I?? 0z（ U + U ）S c d dl fsP P P P? ? ?（ 2） 電弧的散熱功率（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射） ： 167。 32 電弧的物理特征 65 式中 WQ是電弧的含熱量， J； Ps： 弧柱總散熱量； Ph： 電弧功率。 因此 ， 當(dāng) 時(shí) ， 電弧燃燒趨熱；當(dāng) 時(shí) ， 電弧穩(wěn)定燃燒；當(dāng) 時(shí) ， 電弧趨于熄滅 。 Qh h sdW U I Pdt??0QdWdt ? 0QdWdt ?0QdWdt ?（ 3）由上兩式，可得電弧的動(dòng)態(tài)能量平衡方程： 167。 32 電弧的物理特征 66 三、維持電弧燃燒或促使電弧熄滅的基本原理： １、前提： 假定電弧是一個(gè)純電阻性的發(fā)熱元件。 電弧燃燒時(shí)，從電源輸入到電弧內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)變成熱能，通過(guò)傳導(dǎo)(cd)、 對(duì)流 (dl)和輻射 (fs)三種方式散失。 167。 32 電弧的物理特征 67 ２、用能量平衡的觀點(diǎn)，分析維持電弧燃燒或促使電弧熄滅的基本原理：令：Ｐ h： 輸入弧隙的功率，Ｗ；Ｐ s： 散失功率，Ｗ； ① Ｐ h Ｐ s： Ｉ h增加， th增加，弧徑變粗； ② Ｐ h ＝ Ｐ s： h恒定，電弧穩(wěn)定燃燒； ③ Ｐ h Ｐ s： 逐漸熄滅。 167。 32 電弧的物理特征 68 ３、用離子平衡的觀點(diǎn)，分析維持電弧燃燒或促使電弧熄滅的基本原理：令Ｑ 1：游離強(qiáng)度，即帶電粒子增