第4讲电接触与触头、电弧的产生、特性和方程

1、第4讲：电接触与触头、电弧的产生、特性和方程电器原理电器原理本讲课程主要内容（1）电接触与触头 Electrical contact and contact（2）电弧及其产生过程 electrical arc and its generating process（3）电弧的特性和方程 characteristic and equation of electrical arc电器原理电器原理 电路的通断和转换是通过电器中的执行部件、主要是其触头和灭弧装置来实现的。 触头接通和分断电流的过程伴随着气体放电现象和电弧的产生及熄灭。 电弧会灼伤触头，并因之而发生质量转移和电侵蚀。第二章第二章 电接触与

2、电弧理论电接触与电弧理论 第一节 电接触与触头 电接触：保证电流流通的导体间的联系触头：通过互相接触以实现导电的具体部件一、触头的分类一、触头的分类 (一)连接触头：以机械方式连接电路的不同环节，使电流得以自一环节流向另一环节。 种类：焊接、铆接、栓接(可卸式)对连接触头的基本要求：长期通过正常电流和短时通过故障电流 a) 焊接式 b) 铆接式 c) 栓接式 (二)换接触头：接通、分断及转换电路的执行部件，以动触头和静触头的形式成对地出现。 种类：楔形触头、刷形触头、指形触头、桥式触头和瓣式触头 a)楔形触头 b)刷形触头 c)指形触头 d)桥式触头 e)瓣式触头 对换接触头的基本要求：电阻小

3、而稳定，耐电弧、抗熔焊和电侵蚀 连接触头和换接触头的区别：连接触头：工作过程中无相对运动换接触头：工作过程中有相对运动二、换接触头的工作状态和基本参数二、换接触头的工作状态和基本参数 换接触头的两种稳定工作状态：闭合状态和断开状态换接触头的两种过渡工作状态：从断开状态向闭合状态过渡的接通过程；从闭合状态向断开状态过渡的分断过程。换接触头的四个基本参数：开距、超程、初压力和终压力。第二节 电弧及其产生过程 一、载流电路的开断过程一、载流电路的开断过程 1、超程和接触压力都逐渐减小，接触点也减少 2、仅剩一个点接触时，接触处的金属处于熔融状态 3、熔融的液态金属桥 4、爆炸形式的金属桥断裂过程，触

4、头间隙形成5、介质和金属蒸气被击穿，形成火花放电乃至电弧 6、电弧终将转化为非自持放电并最终熄灭 7、整个触头间隙成为绝缘体 二、电弧的形成过程二、电弧的形成过程 电弧形成的条件：电压达1220V、电流达0.251A 电弧的危害：高温烧伤触头、使之迅速损坏；使触头熔焊、破坏电器的正常工作，酿成火灾及人员伤亡等严重事故；产生干扰附近的通信设施的高次谐波。电弧的益处：电弧焊、电弧熔炼和弧光灯的应用，电器借助它以防止产生过高的过电压和限制故障电流。 (一)气体的电离 定义：电子获得足以脱离原子核束缚的能量后逸出成为自由电子，失去电子的原子则成为正离子的现象。电离能：发生电离所需能量激励能：使一个电子

5、激励所需能量电离形式：表面发射和空间电离表面发射：发生于金属电极表面，分热发射、场致发射、光发射及二次电子发射空间电离：发生在触头间隙内，分光电离、碰撞(电场)电离和热电离(二)消电离及其形式消电离：电离气体中的带电粒子自身消失或失去电荷而转化为中性粒子的现象电离与消电离是同时存在也同时消亡的矛盾统一体。 消电离主要有两种形式：复合和扩散 复合：两带异性电的带电粒子彼此相遇后失去电荷成为中性粒子的现象表面复合：带电物体表面的复合、不带电物体表面的复合 空间复合：直接空间复合、间接空间复合 扩散：带电粒子自高温高浓度处移向低温低浓度处的现象(三)气体放电过程非自持放电 自持放电 气隙的击穿电压U

6、b 离子化通道 汤逊放电区 自持放电形式：无光放电、辉光放电、电晕放电、火花放电和弧光放电(电弧) 三、电弧的外观与本质三、电弧的外观与本质 电弧的外观：存在于电极(触头)间隙内的一团光度极强、温度极高的火焰 阴极斑点：电弧形成时，阴极表面有一块或若干块光度特别强的区域近阴极区：临近阴极斑点的一段极短的电弧区阳极斑点和近阳极区近极区的特点：很薄，电压降均在20V内，几乎与电流值无关弧柱：两近极区之间的一段电弧电弧的本质：生成于气体中的炽热电流、高温气体中的离子化放电通道，充满着电离过程和消电离过程的热电统一体 a)电弧构造 b)电弧温度分布 第三节 电弧的特性和方程 一、电弧的电压方程一、电弧

7、的电压方程pacAUUUU近极区压降 ：U0=Uc+Ua 弧柱电压降：Up =ElElUUA0电弧的电压和电场强度分布 二、直流电弧的伏安特性二、直流电弧的伏安特性负阻特性：电流增大使弧柱内热电离加剧、离子浓度加大，维持稳定燃弧所需电压反而减小。熄弧电压：电流减小时伏安特性与纵轴相交处的电压。直流电弧伏安特性 三、交流电弧的伏安特性和时间特性三、交流电弧的伏安特性和时间特性伏安特性是动态的 电弧通常在电流过零时自行熄灭。另一半周内电弧可能重燃，且其伏安特性与原特性是关于坐标原点对称的。 电阻性负载时交流电弧电压和电流的时间特性交流电弧伏安特性 四、四、电弧的能量平衡电弧的能量平衡 电弧的功率 AAAAAElIIUIUP0 短弧的能量损耗是转化为热能、并经电极和与之连接的金属件散往周围介质。 长弧的能量损耗可近似地认为是转化为热能、并经弧柱散往周围介质。 电弧的