อาร์คไฟฟ้าและคุณลักษณะของมัน

อาร์คไฟฟ้า — การผ่านของไฟฟ้าผ่านแก๊สระหว่างขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว ซึ่งขั้วหนึ่งเป็นแหล่งของอิเล็กตรอน (แคโทด) อิเล็กโทรดคือสายไฟที่สิ้นสุดในส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้า

อิเลคตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดในปริมาณมากทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรงของก๊าซระหว่างอิเล็กโทรด และทำให้กระแสจำนวนมากไหลระหว่างอิเล็กโทรดได้

ลักษณะเฉพาะของอาร์กไฟฟ้าซึ่งแตกต่างจากการปล่อยก๊าซทั่วไปคือสามารถเผาไหม้ได้ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ

อาร์คไฟฟ้าถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์จากเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก วี. วี. เปตรอฟ ในปี ค.ศ. 1802 และพบการใช้งานที่สำคัญในด้านเทคโนโลยี

อาร์คไฟฟ้าเป็นประเภทของการคายประจุที่มีความหนาแน่นกระแสสูง อุณหภูมิสูง ความดันก๊าซสูง และแรงดันตกคร่อมช่องว่างส่วนโค้งต่ำ ในกรณีนี้จะเกิดความร้อนสูงของอิเล็กโทรด (หน้าสัมผัส) ซึ่งเรียกว่าเกิดขึ้น จุดแคโทดิกและแอโนดิก การเรืองแสงของแคโทดนั้นกระจุกตัวอยู่ในจุดสว่างเล็ก ๆ ส่วนที่เป็นหลอดของอิเล็กโทรดตรงข้ามจะก่อตัวเป็นจุดแอโนด

สามารถสังเกตพื้นที่สามแห่งในรุ้งซึ่งแตกต่างกันมากในลักษณะของกระบวนการที่เกิดขึ้น ตรงไปยังขั้วลบ (แคโทด) ของส่วนโค้งคือบริเวณแรงดันตกของแคโทด ถัดไปคือลำกล้องพลาสม่าอาร์ค ตรงไปยังขั้วบวก (ขั้วบวก) คือบริเวณแรงดันตกที่ขั้วบวก ภูมิภาคเหล่านี้แสดงเป็นแผนผังในรูป 1.

ข้าว. 1. โครงสร้างของอาร์คไฟฟ้า

ขนาดของบริเวณแรงดันตกคร่อมแคโทดิกและแอโนดิกในภาพนั้นเกินจริงไปมาก ในความเป็นจริงแล้วความยาวของพวกมันน้อยมาก ตัวอย่างเช่น ความยาวของแรงดันแคโทดิกตกเป็นลำดับของเส้นทางการเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอน (น้อยกว่า 1 ไมครอน) ความยาวของบริเวณแรงดันแอโนดตกมักจะมากกว่าค่านี้เล็กน้อย

ภายใต้สภาวะปกติ อากาศเป็นฉนวนที่ดี ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้เพื่อทำลายช่องว่างอากาศ 1 ซม. คือ 30 kV เพื่อให้ช่องว่างอากาศกลายเป็นตัวนำจำเป็นต้องสร้างอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนและไอออน) ที่มีความเข้มข้นในระดับหนึ่ง

อาร์คไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร

อาร์คไฟฟ้าซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุในช่วงเวลาเริ่มต้นของการแยกการสัมผัสเกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระในก๊าซของช่องว่างส่วนโค้งและอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวของแคโทด อิเล็กตรอนอิสระในช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัสเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในทิศทางจากแคโทดไปยังแอโนดภายใต้การกระทำของแรงสนามไฟฟ้า

ความแรงของสนามที่จุดเริ่มต้นของช่องว่างการสัมผัสสามารถเข้าถึงหลายพันกิโลโวลต์ต่อเซนติเมตรภายใต้การกระทำของกองกำลังของสนามนี้ อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกมาจากพื้นผิวของแคโทดและเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก กระแทกอิเล็กตรอนจากมัน ซึ่งก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอน การไหลเริ่มต้นของอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นด้วยวิธีนี้ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรงของช่องว่างส่วนโค้ง

ควบคู่ไปกับกระบวนการไอออไนเซชัน กระบวนการดีไอออไนเซชันจะเกิดขึ้นแบบขนานและต่อเนื่องในอาร์ค กระบวนการกำจัดไอออนประกอบด้วยความจริงที่ว่าเมื่อไอออนสองตัวที่มีสัญญาณต่างกันหรือไอออนบวกและอิเล็กตรอนเข้าใกล้กันพวกมันจะถูกดึงดูดและชนกันจะถูกทำให้เป็นกลาง นอกจากนี้อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่จากโซนการเผาไหม้ของวิญญาณด้วย - ความเข้มข้นของประจุสูงในสิ่งแวดล้อมที่มีประจุต่ำกว่า ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้นำไปสู่การลดลงของอุณหภูมิของส่วนโค้งทำให้เย็นลงและหายไป

ข้าว. 2. อาร์คไฟฟ้า

อาร์คหลังจากการจุดระเบิด

ในโหมดการเผาไหม้แบบคงที่กระบวนการของไอออไนเซชันและการกำจัดไอออนจะอยู่ในสภาวะสมดุล อาร์คบาร์เรล ที่มีจำนวนประจุบวกและลบอิสระเท่ากันนั้นมีลักษณะเป็นไอออไนซ์ของก๊าซในระดับสูง

สารที่มีระดับการแตกตัวเป็นไอออนใกล้เคียงกับเอกภาพ เช่น ซึ่งไม่มีอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางเรียกว่าพลาสมา

อาร์คไฟฟ้ามีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. ขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างเพลาโค้งกับสิ่งแวดล้อม

2. อุณหภูมิภายในกระบอกอาร์คสูงถึง 6,000 — 25,000K

3. ความหนาแน่นกระแสสูงและท่ออาร์ค (100 — 1,000 A / mm2)

4. ค่าเล็กน้อยของแรงดันขั้วบวกและแคโทดตกและไม่ขึ้นอยู่กับกระแส (10 — 20 V)

ลักษณะกระแส-แรงดันของอาร์กไฟฟ้า

ลักษณะสำคัญของอาร์กไฟฟ้ากระแสตรงคือการพึ่งพาแรงดันอาร์คกับกระแส ซึ่งเรียกว่าคุณลักษณะของแรงดันกระแส (VAC)

ส่วนโค้งเกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่ง (รูปที่ 3) เรียกว่า แรงดันจุดระเบิด Uz และขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างหน้าสัมผัส อุณหภูมิและความดันของสิ่งแวดล้อม และความเร็วของการแยกหน้าสัมผัส แรงดันอาร์คดับ Ug ความเครียดน้อยกว่า U3 เสมอ

ข้าว. 3. ลักษณะกระแส-แรงดันของดีซีอาร์ก (a) และวงจรสมมูล (b)

เส้นโค้ง 1 เป็นลักษณะคงที่ของส่วนโค้ง เช่น ได้รับจากการเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างช้าๆ ลักษณะมีลักษณะล้ม เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น แรงดันอาร์กจะลดลง ซึ่งหมายความว่าความต้านทานของช่องว่างส่วนโค้งจะลดลงเร็วขึ้นเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น

หากด้วยความเร็วหนึ่งหรืออย่างอื่นกระแสในส่วนโค้งจะลดลงจาก I1 เป็นศูนย์และในขณะเดียวกันก็แก้ไขแรงดันตกคร่อมตามส่วนโค้ง เส้นโค้ง 2 และ 3 จะเกิดขึ้น เส้นโค้งเหล่านี้เรียกว่าลักษณะไดนามิก

ยิ่งกระแสลดลงเร็วเท่าไร ลักษณะไดนามิก I — V ก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น นี่คือความจริงที่ว่าเมื่อกระแสลดลงพารามิเตอร์ของส่วนโค้งเช่นส่วนตัดขวางของถังอุณหภูมิไม่มีเวลาที่จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและรับค่าที่สอดคล้องกับค่าที่ต่ำกว่าของกระแสใน สถานะคงที่

แรงดันตกของช่องว่างอาร์ค:

Ud = ยูเอส + EdId,

โดยที่ Us = Udo + Ua — แรงดันตกใกล้กับอิเล็กโทรด, Ed — การไล่ระดับแรงดันตามยาวในส่วนโค้ง, ID — ความยาวของส่วนโค้ง

ตามสูตรที่ว่าเมื่อความยาวส่วนโค้งเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมส่วนโค้งจะเพิ่มขึ้น และลักษณะ I-V จะอยู่สูงขึ้น

พวกเขาจัดการกับอาร์คในการออกแบบอุปกรณ์สวิตชิ่งไฟฟ้า คุณสมบัติของอาร์คไฟฟ้าใช้ใน การติดตั้งสำหรับการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า และใน เตาหลอมอาร์ค.