均勻電場中的氣體擊穿-文庫吧資料
2025-05-06 22:36本頁面
【正文】 擊作用下氣體間隙的擊穿 大氣條件對(duì)間隙擊穿電壓的影響 提高氣體間隙擊穿電壓的措施 沿面放電 37 38 ⒈ 均勻電場 ? 放電達(dá)到自持，間隙立即被擊穿 ，擊穿前看不到放電跡象 ? 平板電極 ⒉ 稍不均勻電場 ? 放電特性與均勻電場相似，一旦出現(xiàn)自持放電便一定立即導(dǎo)致整個(gè)氣隙擊穿，擊穿電壓取決于極間距離。 d / 1 3 3 . 3 P a 當(dāng)電子崩的離子數(shù)達(dá)到 108時(shí)，引起空間光電離， 流注一旦形成，放電轉(zhuǎn)入自持 。 ? 湯遜理論： 低 氣壓、 短 間隙（ Pd值較 小 ） ? 流注理論： 高 氣壓、 長 間隙（ Pd值較 大 ） ? 臨界值 ： 27kPa?cm ? 湯遜理論 的基本觀點(diǎn)： 電離 的主要因素是 空間碰撞電離 ； 而 正離子 碰撞陰極導(dǎo)致的 表面電離是自持放電的必要條件 。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。 26 ? 試驗(yàn)測量結(jié)果：電子崩 在電離室中得到的初始電子崩照片 圖 a和圖 b的時(shí)間間隔為 1 107秒 初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)? 流注瞬間照片 ? 電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為 107cm/s 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 27 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 ? 試驗(yàn)測量結(jié)果：正流注 在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過程的照片 正流注的發(fā)展速度約為 1 108～ 2 108cm/s 28 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 ? 電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支 ? 電子崩可以同時(shí)有多個(gè)互不影響地向前發(fā)展 ? 湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道 29 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 總結(jié) 由陽極向陰極 (正流注 )或由陰極向陽極(負(fù)流注 )擊穿 強(qiáng)電場作用下 發(fā)生碰撞電離 畸變電場 發(fā)射光子 流注高速的向 電極發(fā)展 電子崩 氣隙間有效電子 形成等離子通道 （流注） 產(chǎn)生新電子崩（二次崩） 二次崩不斷匯入主崩 30 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 在均勻電場中的自持放電條件 ? 流注形成的條件就是自持放電條件 ? 初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值 既 : eαd＝ 常數(shù) 或 αd＝ 常數(shù) （ eαd為 電子崩頭部的電子數(shù) ） ? 實(shí)驗(yàn) 所得初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到 108時(shí) (α dmin＝ 20)，放電才能轉(zhuǎn)為自持 ? 存在 Pd最小值 ： 27kPa?cm。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了 等離子體 ，這就是正 流注。 ?流注向陰極發(fā)展，發(fā)展到陰極后， 間隙擊穿。 ?主崩中部電場被削弱，發(fā)生強(qiáng)烈復(fù)合發(fā)出大量光子。 23 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 二次電子崩 ?光子引起 空間光電離 ，其中電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在畸變而加強(qiáng)了的電場中，形成了新的電子崩，稱為 二次電子崩。 22 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 電子崩過程 +－EE+EE0Ec o mE⑴ 起始電子崩（主電子崩） ? 崩頭前后： 加強(qiáng)了原電場，出現(xiàn)激勵(lì)和反激勵(lì) ； ? 崩頭內(nèi)部： 削弱了原電場， 復(fù)合 過程產(chǎn)生光子。湯遜 ④ 陰極材料影響 湯遜理論解釋： 陰極材料對(duì)放電有影響 (γ過程）； pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象： 陰極材料對(duì)放電無影響； 21 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 ? 對(duì)象： 工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，比如雷電放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的 γ過程和二次電子發(fā)射根本無關(guān)。 cm) ⑵ 局限性 pd較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符 ① 放電外形 湯遜理論解釋： 放電外形均勻，如輝光放電； pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象： 外形不均勻，有細(xì)小分支； ② 放電時(shí)間： Tpd大 T湯遜 ③ 擊穿電壓： Ub d / 1 3 3 . 3 P a ? ?bU f P d?1889年，巴申完成了他的著名實(shí)驗(yàn) 。 c m? 擊穿電壓與 Pd的規(guī)律在湯遜碰撞電離學(xué)說提出之前，巴申已從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來了，湯遜理論從理論上解釋了試驗(yàn)結(jié)果。 00 . 4 0 . 8 1 . 2 1 . 6 2 . 0 2 . 4 2 . 82 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 0 C O2空 氣H2Ub / VP x=0處 ， n0個(gè)電子沿電力線運(yùn)動(dòng) ，前進(jìn) x后 ， 剩余 n個(gè)電子未發(fā)生碰撞 ， 則在 （ x, x+dx） 內(nèi)發(fā)生碰撞的電子數(shù)為 dxd n n???0xn n e ???自由行程分布 15 APqEWqEWxiiiAPeee111 ?????? ?????氣體溫度不變時(shí) ， 1/? ＝ AP 1iiWW APqE qEA BPEPAPe APe APe??? ?? ? ?代入自持放電的臨界條件 ? ? 11 ??de ?? 1l n 1d??????????iB A W q?式中， ii UExWE q x ?? 或/1 ixe ?????16 bBPdUAeP? ??1l n 1d??????????b1l n 1 BPdUeAPd? ???????? ?bUEd?BPEAeP? ??b()ln1l n( 1 )BPdU f PdAPd????????????????由于對(duì) ?取了兩次對(duì)數(shù)， Ub對(duì) ?的變化不敏感，因此 Ub取決于 P與 d的乘積。 γ(eαd－ 1) ＝ 1 13 均勻電場中氣體的擊穿 湯遜放電理論 自持放電的條件 不夠直觀，不適合 工程直接應(yīng)用 ? ? 11 ??de ??外界電離因子 陰極表面電離 氣體空間電離 碰撞電離 電子崩 α過程 氣體中的自由電子 在電場中加速 陰極表面二次發(fā)射 (γ過程） 正離子 14 物理意義 引起碰撞電離的必要條件 ii UExWE q x
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