第六章-电弧放电-2014

第六章电弧放电ArcDischarge电弧放电在反常辉光阶段，电压升高，电流增大，由正离子碰撞引起的二次电子发射占主要方式，热电子引起电子流开始出现；在辉光向弧光转化阶段，电压下降，电流增大，热电子流开始占主导地位；在弧光阶段，热电子流，场致电子流构成了电流的主要部分；1810年戴维发现；电极间放电火焰温度较高，热空气上升，冷空气从下方来补充，发光部分向上弯曲并呈拱形电流密度大，放电电压低（通常只有几十伏）；阴极位降较低发光强度大，等离子体温度高；电弧放电的分类根据阴极发射的机理，电弧放电分为：自持热阴极电弧放电：等离子体与阴极的相互作用，阴极上产生热电子发射；自持冷阴极电弧放电：场致电子发射非自持热阴极电弧放电：外部加热阴极至高温，引起热电子发射；依据不同的弧长：长弧与短弧电弧放电的分类按照等离子体是否处于热平衡：热电弧：电子温度与气体温度相同，一般出现在高压强（如大气压）与高气体温度下；非热电弧：电弧的启动电极相互接触后迅速分离；改变辉光放电的放电条件，使之向电弧过渡；使用预电离使气体形成电弧；形成火花而转成稳定的电弧放电；-----------为何这些方式可以启动电弧？雅各布天梯（Jacob’sLadder）圣经中有这样一个故事：雅各布梦见天使上下天堂的梯子是闪闪发光的，后人便把这梦想中的梯子，称之为雅各布天梯。放电装置由变压器、羊角电极等部分组成。由变压器提供数十万伏的高压，在羊角电极间击穿空气，形成弓形电弧，电弧向上运动，其运动过程类似于爬梯。当电弧被拉长到一定长度后左右，所施加的电压再不能维持产生电弧所需的条件，电弧就消失，此时羊角电极底部又会产生新的电弧，形成周而复始的电弧爬梯现象。空气对流加上电动力的驱使，使电弧向上升，随着电弧被拉长，电弧通过的电阻加大，当电流送给电弧的能量小于由弧道向周围空气散出的热量时，电弧就会自行熄灭。在高压下，电极间距最小处的空气还会再次被击穿，发生第二次电弧放电，如此周而复始。经典的电弧放电的结构电弧放电的物理过程在非热点弧中，阴极发射电子是自持的热电子发射，阴极表面的温度来自电弧的热通量；在高强度的热电弧下，维持电弧需要极高的电流和电流密度，两者均有场致发射提供，在场致发射中，电子由场致发射，由许多小斑点（微斑）发射入电弧；电弧放电的结构阴极区：阴极，阴极斑点和阴极鞘层；通过热电子发射和场致电子发射来产生电子和维持电流；正柱区：等离子体核心与等离子体晕；热力学平衡区域与非热力学平衡区域；阳极区：阳极区，阳极斑点和阳极鞘层；阴极发射的机理电弧放电的阴极处电流密度非常高，而阴极位降却很低，这表明电弧放电过程中二次电子发射非常有效。自持热阴极电弧放电自持冷阴极电弧放电非自持热阴极电弧放电正柱区等离子体特性热力学平衡与非热力学平衡电子与气体原子之间的温度差异；等离子体平衡的分布；等离子体能级的分布；阳极位降阳极位降比阴极位降小；阳极温度比阴极温度高；阳极加热的机理；电弧放电的应用利用：电弧产生的高热可以融化或是汽化所有的金属，工业上利用电弧来焊接、融化或是切割金属，例如等离子切割机（plasmacutting）、放电加工机（electricaldischargemachining）、炼钢厂的电弧炉，电弧灯、电影院用的电影放映机也是利用电弧原理的一些设备。危害：非控制下产生的电弧对会对输电系统、配电系统以及电子设备造成损害。例如，在配电电路中，开关触点间发生的电弧会融化开关触点。因此在工业及民用电气中，都有很多防止或者消除电弧的设计。