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第六章 电气设备的原理与选择 一、电弧的基本理论 电弧是一种气体游离放电现象。 能量集中，温度很高，亮度很强 三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压很低 电弧是一束游离的气体， 质量极轻，容易变形。在气 体或液体的流动作用下，或 在电动力的作用下，电弧能 迅速移动，伸长或弯曲。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 触头的周围原本是空气或它绝缘介质。 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的电弧呢? 原因就在于在绝缘介质 中出现了大量的自由电子。 大量自由电子由阴极向阳极 的定向运动形成了电弧。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 1．弧柱中自由电子的来源 A．电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用。 热电子的发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大，接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电子。其数量取决于胜头材料和表面温度。 冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取决于电场强度的大小。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 1．弧柱中自由电子的来源 B．弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和离子，对电弧的形成和维持起决定作用。 游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程 电场游离（碰撞游离）：在电场作用下．电子加速向阳极运动．途中与介质中的中性质点发生碰撞。若自由电子具有足够动能．就能与中性质点产生碰撞游离，使其游离为正离子和自由电子。这样的过程连续进行导致雪崩式碰撞．使触头间充满了自由电子。在外加电压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 1．弧柱中自由电子的来源 B．弧柱区的气体游离．产生大量的自由电子和离子．对电弧的形成和维持起决定作用。 游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程 热游离：电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子(这就是热游离过程)，可以维持电弧的燃烧。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 2.电弧的形成过程总结 阴极在强电场作用下发射电子。发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成了电弧。在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质中发生热游离，使电弧维持和发展，这就是电弧形成的过程。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 3.去游离过程（带电质点减少） 在电弧中，发生游离过程的同时还进行着使带电质点减少的去游离过程。 游离过程去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 游离过程=去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 游离过程去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭 因此，要想使电弧熄灭，就必须设法加强去游离过程，使其大于游离过程。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 3.去游离过程 A．复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象。电子碰撞中性质点—速度慢的负离子与正离子中和 复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小、电弧的温度及电弧的表面积有关。 B.扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运动而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象。 浓度扩散；温度扩散；高速冷气吹弧。 一、电弧的基本理论 （一)电弧的产生、维持及物理过程 3.去游离过程 利用各种方法，人工地强迫冷却电弧的内部和表面，不仅可增强复合去游离的速度，同时也能增强扩散去游离的强度，使电弧很快熄灭。 一、电弧的基本理论 (二) 熄灭交流电弧的物理过程 交流电弧的特性 一、电弧的基本理论 (二)熄灭交流电弧的物理过程 交流电弧的特性 随着正弦交流电流的 周期性变化，交流电 弧电流也将随之每半 周过零一次。 电弧电压、电流波形 *在电弧电流自然过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电弧温度和热游离下降，电弧将自动暂时熄灭。 一、电弧的基本理论 (二)熄灭交流电弧的物理过程 交流电弧的特性 如果在电流过零电弧自然 熄灭时，采取有效措施加 强弧隙的冷却．使弧隙介 质的绝缘能力达到不会被 弧隙外加电压击穿的程度， 电弧电压、电流波形 则在下半周电弧就不会重 燃而最终熄灭。 一、电弧的基本理论 (二)熄灭交流电弧的物理过程 决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复过程和“弧隙电压的恢复过程”。 弧隙介质强度的恢复过程——绝缘能力恢复过程 电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧