交流电弧的熄灭原理1

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1、教学目的与要求：1、掌握近阴极效应，熟悉开关电器弧隙的介质恢复强度特性；2、掌握工频恢复电压，熟悉理想弧隙电压恢复过程，了解电弧参数对电压恢复过程的影响；3、掌握交流电弧的熄灭条件，了解交流电弧熄灭过程的计算方法教学重点与难点：1、近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性；2、工频恢复电压及理想弧隙电压恢复过程；3、交流电弧的熄灭条件第五章交流电弧的熄灭原理教学基本内容：1、介质恢复过程的概念；2、开关电器弧隙的介质恢复强度特性；3、恢复电压的组成部分和工频恢复电压；4、理想弧隙上的电压恢复过程；5、电弧参数对电压恢复过程的影响；6、交

2、流电弧的熄灭条件；7、交流电弧熄灭过程的计算方法。第四章　讲授内容本章讲授内容（其中红色内容是重点）1．弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念和介质恢复强度特性。2．弧隙上的电压恢复过程电压恢复过程及电弧参数对恢复过程的影响。3．交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件和计算方法。第四章交流电弧的熄灭原理概述§4-1弧隙中的介质恢复过程§4-2弧隙中的电压恢复过程§4-3交流电弧的熄灭条件和计算方法小结概述一、交流电弧过零后，存在两个过程：介质恢复过程和电压恢复过程。1、介质恢复过程：弧隙中电离气体从导电状态迅速变为绝缘状态，使弧隙

3、能承受电压作用而不发生电弧重燃的过程。2、电压恢复过程：熄弧后电路将被开断，电源电压加到弧隙两端触头上的过程。若介质恢复强度曲线ujf大于电压恢复强度曲线uhf，则电弧趋于熄灭；否则，若某一瞬间小于uhf，则电弧将继续燃烧。概述二、两过程在“竞赛”概述一、介质恢复过程的概念：在交流电流过零后的熄弧过程中，弧隙中的介质恢复过程在近阴极区和弧柱区的情况不同。1、近阴极区的介质恢复过程：近阴极效应（重要概念）：电流过零后，当弧隙两端电压极性改变时，新阴极较冷，要产生电弧电子只能靠阴极表面处存在的高电场进行发射，要求E0大于一定值（如1

4、06v/cm），即Uj必须大于一定值；否则，E0就不足以产生场致发射，电弧便不能再产生。§4-1弧隙中的介质恢复过程从电路的角度看，好象弧隙在电流过零后立即获得一定的耐压强度；而电流过零后弧隙立即能承受的电压值就称为介质初始恢复强度Ujf0。§4-1弧隙中的介质恢复过程§4-1弧隙中的介质恢复过程2、弧柱区的介质恢复过程：1）当弧柱温度在3000~4000℃以上时，电弧重燃的物理本质是电弧的Ph>Ps，弧柱被加热使电弧重燃，称为热击穿。在临界状态，且Rz保持不变的情况下，弧柱上上的电压就代表了弧柱此时的介质恢复强度ujf。由此得

5、热击穿阶段弧柱区的介质恢复强度为：§4-1弧隙中的介质恢复过程2）当弧柱温度在3000~4000℃以下，热电离作用已基本上停止，Rz→∞，无电弧。若此时外加电压，将产生电场。如电场强度足够高，则可能产生间隙击穿而使电弧重燃，即电击穿。电流过零后的这一阶段称为电击穿阶段。弧柱区的介质恢复过程对熄灭交流长弧具有重要意义，是所有高压电器和部分低压电器设计的理论基础。§4-1弧隙中的介质恢复过程综上所述，在电流过零后的熄弧过程中，电弧的熄灭基本上要经过两个阶段：热击穿阶段和电击穿阶段。前者弧隙具有一定的电阻，流过一定的电流；后者弧隙电阻

6、趋于无穷大，但因介质温度高，击穿比较容易。二、开关电器弧隙的介质恢复强度特性：开关电器弧隙的介质恢复强度随时间变化的关系，称作弧隙介质恢复强度特性。不详述。§4-1弧隙中的介质恢复过程§4-2弧隙中的电压恢复过程一、恢复电压的组成部分和工频恢复过程：1、电压恢复过程：弧隙两端电压由零或反向电弧电压上升到此时的电弧电压的过程。相应于此时弧隙上的电压，称为恢复电压，用uhf表示。2、恢复电压由稳态分量和暂态分量组成。稳态分量又由直流电压和工频电压组成。若稳态分量仅有工频电压，称之为工频恢复电压。暂态分量只出现在电弧电流过零后的几百微

7、妙内。包含有暂态分量的恢复电压，又称瞬态恢复电压。3、开断不同性质负载电路时，恢复电压的波形：见教材图2-16。a）电阻性负载：过零熄弧后，uhf由零按正弦形上升，只有稳态分量中的工频恢复电压。§4-2弧隙中的电压恢复过程b）电感性负载：ih落后于u，ih过零时u约为幅值。若ih过零后电弧熄灭，电路开断，uhf将由零跃升到u的幅值（理想情况下），然后再按工频电压变化，故uhf常含有暂态分量，其上升速度比a）的快得多。c）电容性负载：ih超前于u。当ih过零时u是幅值，电容C被充电到u的幅值。电弧熄灭后，C将保持该电压。uhf在电

8、流过零后其值为零，然后随着u变化逐渐增大。当u达反向幅值时，uhf达u幅值的两倍，不含暂态分量，其稳态分量为直流电压与工频电压之和，并且uhfmax≈2ugp。§4-2弧隙中的电压恢复过程§4-2弧隙中的电压恢复过程4、举例说明：以开断电感性负载时弧隙的Uhf为