直流电弧课件.ppt

六.直流电弧,静态伏安特性实验条件：电弧长度不变，缓慢改变电阻,伏安特性曲线表明：电弧呈现为一个非线性的负阻特性,为什么呈现负阻特性？电离度电阻反比于电导率，而电导率正比于电离度，电弧电阻R1/几乎1/T1/I2（温度与能量成正比，能量又与电流的平方成正比）电弧电压U=IRI1/I21/I(实际上高于I的一次方）,2.动态伏安特性曲线,由于电弧的热惯性，电弧电阻呈现为一个滞后的非线性电阻，与di/dt有关，即与历史和过程有关，这是非线性系统的共同特征,带电粒子在电场方向上运动的过程中，要与中性粒子碰撞来传递能量，经过多次的碰撞，才能达到平衡态，这一时间就是电弧热惯性的时间常数，该时间常数很大，不同条件下电弧热惯性的时间常数相差也很大从曲线1的A点出发，i快T慢慢Ea、Ra慢Ua慢得到曲线2，曲线2在曲线1之上从曲线1的B点出发，得到曲线3，自己分析,3.直流电弧的持续与熄灭,电路示意图稳态电路方程Ua=U0-IaR（1）电弧的静态伏安特性曲线Ua=f(Ia)（2）将两条曲线画在一起，如下,用小偏离法i来分析它们是否为稳定工作点，此时的电路方程为U0=iR+Ldi/dt+Ua改写为Ldi/dt=（U0iR)Ua(3)在、两个区域：方程右边小于零，Ldi/dt0；在区域：Ldi/dt0，对于工作点1，若扰动i使ii1,进入区域：Ldi/dt0i工作点2，使ii1，进入区域：Ldi/dt0i熄灭所以工作点1不是稳定工作点。,图中水平线为U0，斜线为Ua=U0-IaR，它与电弧的伏安特性曲线有1、2两个交点。这两点的电流分别为i1和i2，它们将电流值域分为、三个区域。,对于工作点2，若扰动i使ii2,进入区域：Ldi/dt0i工作点2，使ii2，进入区域：Ldi/dt0i工作点2，所以工作点2是稳定工作点。问题：1、如果电路方程与电弧的伏安特性曲线只有一个切点，这时电弧能否持续？2、如果电弧的伏安特性曲线为正阻特性，电路方程与电弧伏安特性曲线的交点是否是稳态工作点？,4.影响伏安特性的因素,弧柱中的场强Ea=k/Ia(V/cm)(4)Ia100A时，k=6080,=0.5,IaEaUaIa100A时，k=1020,=0,Ea为常数，电弧电压Ua=Eala(5)由(5)式可见：（1）若Ea不变（即Ia不变，此时冷却条件不变），弧长laUa，特性曲线上移，如增加开距，或吹弯电弧,（2）若la不变，此时加强对流冷却（如吹弧）p、TEaUa，特性曲线上移增大电弧电压是直流电弧灭弧的基本原理,5.开关中电弧的起弧方式,开关开断时：触头开始分离时，电流集中在少数的几个接触点处，焦耳热使接触点处温度升高，形成熔融汽化，触头分离后，由热电子发射和/或强场发射的电子使汽化的金属原子碰撞电离，产生大量的电子和正离子，形成电弧。开关闭合时：动、静触头在逐渐靠近的过程中，因场致发射（阴极表面因强电场而发射电子）导致击穿（预击穿），从而形成电弧。,2019/12/14,10,可编辑,6.直流电弧的熄灭条件,熄灭过程：触头距离越来越远，电弧越来越长，工作点不断移动：I变小，Ua变大。点4为临界点。熄灭条件：使电弧的伏安特性曲线与稳态电路方程无交点，即：UaUiR,7.直流电弧的开断参数,（1）燃弧时间由（3）式：Ldi/dt=（U0iR)Ua即积分：得：,可见，回路中电感越大，或稳态电流越大，电弧持续时间越长。,（2）电弧能量,电弧能量将Ua=（U0iR）Ldi/dt代入，可得：右边第一项：电源给电弧提供的能量第二项：开断前电感储存的能量，它将全部转化为电弧的能量。,虽然直流电弧的熄灭条件与电感无关，但电感L对燃弧时间、电弧能量有很大影响。燃弧时间长，电弧能量大，使温度升高，导致热电离加剧，同时介质的绝缘性能下降，进而导致开断的失败。所以同一开关开断电感电路和电阻电路的开断电流相差好几倍。另外，燃弧时间长，电弧能量大，还会使触头和灭弧室严重烧损。,8.直流电弧的灭弧措施,拉长电弧：电源电压不能维持线路压降与弧压，电弧将熄灭降低电离度a.加强吹弧，以提高对流换热b.加装灭弧室，以提高室内压力c.采用好的灭弧介质3.制造一个电流过零点,适当选取L、C,使I成为一高频振荡电流，且使IIa若电流减小过快，回路中电感的能量会使回路中产生过电压,I,思考题,1、直流电弧的动态伏安特性为什么不同于其静态伏安特性？2、写出直流电弧稳定持续的方程式和熄灭条件。3、能否将两个相同类型、相同型号的断路器并联起来以开断更大的直流电流？为什么