【正文】 ， u約為幅值 。因 Rh迅速增大 ， 電路相當于完全開斷 ， uh將以很快的速度 （ 比電阻性負載快得多 ） 超過 u的幅值 ， 故 urh出現(xiàn)較早 ， 弧熄中通過較大負載電流的時間也提前 。 167。 34 交流電弧的特性 92 167。 34 交流電弧的特性 93 （ 3） 在開斷同一電流時 ， 電阻性負載電路中的電弧比電感性負載電路中的電弧容易熄滅的原因： 一是： “ 電壓比較 ” 的結果 。 見 P85 第二段的說明 ， 加上 “ 在 ih過零前的一段時間內 ， PhPs， 弧柱是變冷 、 變細的 。 如 ih過零后加在弧熄上的電壓緩慢上升 ， 則在較長時間內電弧的 PhPs， 弧柱將變冷 、 變細 ， Rh將更加增大 ， 也使 urh更加增高 。 如 urh的增高大于 u的幅值 ， Rh將不再迅速下降 ， 因此電弧將不再重燃 ” 。 167。 34 交流電弧的特性 94 二是： “ 零休期時間 ” 的長短對電弧的熄滅影響很大，時間越長，弧柱會越細越冷，甚至會消失，電弧熄滅也越容易。由于電阻性負載的零休期時間比電感性負載的零休期時間長，故熄滅電弧越容易。 167。 34 交流電弧的特性 95 二 、 電弧電壓對交流電路電流的影響 零休現(xiàn)象： 1） 電阻性負載： urh到來之前 ， Rh很大 ， ih為零 ， 稱其為電流過零后的 “ 零休 ” ；而在 uxh出現(xiàn)之后 ， u低于 uxh， ih≈ 0， 稱其為電流過零前的 “ 零休 ” 。 167。 34 交流電弧的特性 96 2） 電感性負載：電感性負載的 “ 零休 ” 時間很短 。 urh到來之前 ， 有電流過零后的 “ 零休 ” ， 但因 urh出現(xiàn)較早 ， 故零休時間短得多； 而在 uxh出現(xiàn)之后 ， 因 uh可由電感中的自感電勢維持而與 u無關 ， 因此 ，幾乎不存在電流過零前的 “ 零休 ” 。 比較二者可知 ， 電阻性負載 ” 零休 ” 現(xiàn)象比電感性負載嚴重得多 ，即零休時間長得多 ， 這也從另一方面說明了電阻性負載電路比電感性的易于熄滅 。 167。 34 交流電弧的特性 97 電弧將使電路的功率因數(shù)角減小： 167。 34 交流電弧的特性 98 式中 Uh： 電弧電壓； Um： 電源電壓幅值； Uh/Um： 電弧電壓占總電源幅值的比例 。 如 Uh/Um越大 ， 則越小 ， 故電弧的存在 ， 相當于在電路中串聯(lián)了電阻 。 123 ( ) ,h h h hh h h hhhI R I RI R I RdIITdt????? ? ?? ? ???? ? ? ???hhh、 快 速 ， 來 不 及 減 小 ， 則 U 新 穩(wěn) 態(tài) 時 的 U 值 ；、 快 速 ， 來 不 及 增 大 ， 則 U 新 穩(wěn) 態(tài) 時 的 U 值 ；、 變 化 期 間 ， 弧 柱 的 、 直 徑 保 持 不 變 ， R 也 不 變 ， 為 直 線 。167。 34 交流電弧的特性 99 式中 uh ： 電弧電壓； ih ： 電弧電流； ts ： 從 t=0至電弧產(chǎn)生所需的時間； tx ： 從 t=0至電弧熄滅所需的時間 。 t ： 以觸頭分開瞬間前電流過零為起點計算的時間 。 xsth h htWu? ? i d t三、開斷過程中，交流電弧能量的計算 167。 34 交流電弧的特性 100 式中 n是半波個數(shù)。 如設 （ 指觸頭的平均運動速度 ） ， 則： mIsnx Oh tE l UW?????? ? （ ） s i n t d （ t）0m IhE l UW ????s（ ） （ 2n1+cos t ）在理想情況下（即若干假設下），電弧能量 Wh為： 167。 34 交流電弧的特性 101 例題： 設一開關電器中流過的工頻短路電流波形如圖 339所示 。 短路電流有效值 I為 10000A， ts==5ms， U0=20V。 問： （ 1） 當電弧電壓 Uh=40V時； （ 2） 當觸頭分開平均速度 = 200cm/s和弧柱電場強度 E=10v/cm 時 , 電弧的能量 Wh各為多少 ？ 167。 34 交流電弧的特性 102 解：由圖可知 ， （ 1） 由 ， 得 （ 2） 因式 （ 379） ， 得： mI 1 4 1 4 0 A? m 2 5 0 0 . 0 0 5 / 2t? ? ?? ? ? ?0 40hU E l U V? ? ?0m I 9000h E l UWJ ?????s（ ） （ 2n1+cos t ）m2IphEW ? ? ? ????2ss[n （ 2n1） t si n t ]0m I 10065U J??? ? ?s（ 2 n 1 ） + c o s t ）167。 34 交流電弧的特性 103 小 結 ★ 電弧是氣體放電一種形式 。 其特點為放電通道溫度高達 6000K以上 ， 電流密度可達幾千安每平方厘米 ， 陰極壓降為幾十伏 ， 弧拄中的電離方式主要是熱電離 。 電器理論中研究電弧的目的主要是為了盡快地熄滅電弧 。 104 小 結 105 ★ 說明氣體間隙擊穿機理的有湯遜理論和流注理論 。 前者是基于電場電離和二次發(fā)射 ， 后香是在湯遜放電理論的基礎上加上光電離的作用 ，以解釋長間隙擊穿過程的快速性 。 ★ 根據(jù)弧隙中帶電粒子數(shù)的增減來判別電弧燃燒是趨于熾烈 、 熄滅還是穩(wěn)定的式 (317)稱為離子平衡公式 。 ★ 按照電壓沿弧長的分布情況 ， 電弧分為三個區(qū)域：近陰極區(qū) 、 近陽極區(qū)和弧柱區(qū) 。 按照弧柱區(qū)的長短 ， 電弧分為長孤和短弧 。 短弧的 Uh幾乎不隨 Ik變化 ， 長弧的 Uh＝ El。 小 結 106 ★ 弧柱溫度一般認為是 6000～ 2022K。 在 3000～ 4000K以下 ， 則認為弧光放電已停止 。 弧柱中心溫度高于其表面溫度 。 弧柱溫度滯后于電流的變化 。 ★ 弧桂直徑隨 Ih的增大而增大 ， 隨介質壓力和吹弧速度的增高而減小 。 小 結 107 ★ 陰極斑點是維持電孤存在的電子發(fā)源地 ， 陽極斑點是電子進入陽極的主要入口 。 陰極弧根沿電極表面的運動是連續(xù)的 ， 而陽極弧根則是跳躍的 。 ★ 等離子流產(chǎn)生在弧柱截面縮小的地方 ， 使其流向離開弧隙可以幫助熄弧 。 ★ 電弧的散熱方式有三種：傳導 、 對流和輻射 。 根據(jù)弧隙中能量的增減來判別電弧燃燒是趨于熾烈 、 熄滅還是穩(wěn)定的 。 式 (341)稱為能量平衡公式 。 小 結 108 ★ 直流電弧具有 Uk隨 Ik增大而減小的靜態(tài)伏 安特性。其動態(tài)伏 安特性視 Ik增加或減小可高于成低于靜態(tài)伏 安特性。 小 結 109 ★ 電路中存在電感是直流電弧不能立即熄滅的主要原因 。 此時若過分減小熄弧時間將引起較高過電壓 。 為限制過電壓的數(shù)值 ， 可采用圖 330所示的幾種措施 。 ★ 交流電弧的伏 安特性為在一特定情況下的電弧動態(tài)伏 安特性 。 uk隨時間的變化呈馬鞍形 。 在實際電路中 ， ih和 uh波形皆隨電路負載性質而變 。 由于交流電流具有自身過零的特點 ， 因而電弧容易熄滅 。 小 結 110 ★ 電弧電壓對交流電路電流的影響為： 1． 在電流過零附近產(chǎn)生 “ 零休 ” 現(xiàn)象； 2． 在電感性負載電路中使電流過零的下降速度變快； 3． 能減小短路電流的峰值和第一個半波的流通時間； 4． 使電路的功率因數(shù)角 φ 減小 。 電弧的動態(tài)伏 安特性可以根據(jù)麥也耳電弧數(shù)學模型導出的式 （ 378） ～ （ 382） 近似計算 ， 但其中的兩個參數(shù) —— τ 和 Ps目前還必須通過試驗確定 。 小 結 111 思考題與習題 習題 4， 6， 7， 10 112 第三章 電弧的基本特征 本 章 結 束 …