Monday, December 7, 2020

什么是电弧?

电弧是一种气体放电现象,电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。电弧是一种自持气体导电(电离气体中的电传导),其大多数载流子为一次电子发射所产生的电子。触头金属表面因一次电子发射(热离子发射、场致发射或光电发射)导致电子逸出,间隙中气体原子或分子会因电离(碰撞电离、光电离和热电离)而产生电子和离子。另外,电子或离子轰击发射表面又会引起二次电子发射。当间隙中离子浓度足够大时,间隙被电击穿而发生电弧。

  电弧的组成部分

  电弧通常分为三个区域:阴极区、弧柱区、阳极区

  阴极和阴极区

  电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果,其中电子的移动构成电流的主要部分。阴极的作用是发射大量电子,在电场的作用下趋向阳极方向从而构成阴极区的电流。

  电弧的阴极区对电弧的发生和物理过程具有重要的意义,形成电弧放电的大部分电子是在阴极区产生或由阴极本身发射的。电弧放电时,实际上并不是整个阴极全部参加放电过程,阴极表面的放电只集中在几个很小的区域,这个小区域称为阴极斑点,它是一个非常集中,面积很小的光亮区域,其电流密度很大.是电弧放电中强大电子流的来源。

  阴极发射电子的机制有两种:热发射和场致发射。

  弧柱

  阴极表面电于发射只形成阴极区的电流,弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子,这就需要使弧柱区的气体原子游离。气体原子游离的方式通常有电场游离和热游离两种。

  与可逆化学反应相似。在电弧中一方面由于热游离使得正离子与电子不断增多。同时也存在去游离的作用,使正离子和电子减少。去游离包括复合和扩散两种方式。

  弧柱的特性和物理过程对电弧起着重要的作用。开关电弧中主要研究的就是弧柱的特性。

  阳极和阳极区

  可把阳极分为被动型和主动型两种。

  在被动型中。阳极只起收集电子的作用。在主动型中,阳极不但收集电子而且产生金属蒸气,因而也可以向弧柱提供带电粒子。

  阳极表面也存在阳极斑点。

  上述三个区域对电弧的作用因电弧的情况不同而不同。对于长度只有几个毫米的电弧。电弧电压主要由阴极区压降和阳极区压降组成,其中的物理过程对电弧起主要作用。这种电弧称为短弧。而对于长度较大的电弧,弧柱则起主要作用,阴极、阳极的过程不起主要作用甚至可以忽略,这种电弧称为长弧。在开关中的电弧一般属于长弧。

  电弧的分类

  〈1〉按电流种类可分为:交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。

  〈2〉按电弧的状态可分为:自由电弧和压缩电弧(如等离子弧)。

  〈3〉按电极材料可分为:熔化极电弧和不熔化极电弧。

  电弧发生的条件

  1、电路开断时电弧的发生

  在触头开始分离时.作用在它们之间的接触压力将减少,接触面积也缩小,接触电阻和触头中放出的热量就增加。热量集中在很小的体积中,金属被加热到高温而熔化。在触头之间形成液态金属桥,最后金属桥被拉开,在触头之间形成过渡的或稳定的电弧。如果放电是稳定的,就是所谓的开断电弧。放电稳定性与很多因素有关,如在开断的的电流、触头电路的特性、触头分离的速度等。为了使电弧点燃,某一最低电流值是必需的。

  2、触头闭合时电弧的发生

  3、真空和气体间隙的击穿

  4、从辉光放电到电弧放电的转变

  5、从火花放电到电弧放电的转变

  电弧打火机能电死人么

  因为电压高,电流小,只要击穿空气产生电弧就好了。一般都是2.5安。偶尔电一下,提神醒脑。但是电弧烫伤还是蛮痛的。反正总之不会死人的。

电弧去游离的主要方式

在弧隙中,在产生电子和正离子的游离过程的同时,还发生着带电质点减少的去游离过程。去游离过程包括中和电荷的复合过程和驱散带电质点的扩散过程两种情况。游离和去游离是两个相反的过程。在稳定燃烧的电弧中,这两个过程处于动平衡状态。如果游离大于去游离,电弧将继续维持;如果去游离大于游离,电弧便越来越小,直至熄灭。

(1)复合去游离。复合去游离是带正电的质点和带负电的质点彼此交换本身多余的电荷,称为中性点的过程。带电质点运动速度快,出现复合的机会少;运动速度慢,复合机会多。加快复合的方法有以下四种:

1)加快拉长电弧,可使电场强度E迅速下降,电场强度越小,离子运动的速度越慢,复合时机会越多。

2)加快电弧冷却,以减小粒子的运动速度,使复合的机会增多。

3)加大气体压力,提高气体介质的浓度,使离子间自由行程缩短,复合的几率增加。

4)使电弧接触固体介质表面,促进带电质点复合。

(2)扩散去游离。扩散去游离有三种:

1)浓度扩散。因电弧沿中心一带的带电粒子浓度高,而弧边周围介质中带电粒子浓度低,带电粒子将从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,使弧隙中带电粒子减少。

2)温度扩散。由于弧道中温度很高,弧道周围温度很低,弧道中的高温离子将向温度低的周围介质中扩散,使弧道中带电粒子减少。

3)气流吹拂。高速气流吹拂电弧,将弧柱中的带电粒子吹走。

扩散的速率还和电弧的直径有关。直径越小,电弧表面的带电粒子相对于电弧内部的带电粒子数量之比增加,复核和扩散均有增加。因此,扩散去游离的速度与电弧直径成反比。

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