第三章电弧的基本特性

第三章电弧的基本特性本章教学目的与要求：掌握电弧的物理特性，了解气体放电的物理过程；掌握直流电弧的特性及熄弧原理，熟悉在直流开关电器中可以使用的促使直流电弧尽快熄灭的原理方法；掌握交流电弧的伏—安特性，熟悉电弧电压对交流电路电流的影响；了解交流电弧的能量计算及电弧数学模型。2023/6/111第三章电弧的基本特性当前第1页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性本章教学重点与难点：

电弧的物理特性，生弧电压与生弧电流；直流电弧的伏—安特性与熄灭原理；交流电弧的伏－安特性，零休现象。本章教学基本内容：序气体放电的物理过程电弧的物理特性直流电弧的特性和熄灭原理交流电弧的特性麦也尔电弧数学模型简介2023/6/112第三章电弧的基本特性当前第2页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性§3-0序§3-1气体放电的物理基础§3-2电弧的物理特性§3-3直流电弧的特性和熄灭原理§3-4交流电弧的特性§3-5麦也尔电弧数学模型简介2023/6/113第三章电弧的基本特性当前第3页\共有164页\编于星期六\15点§3-0序电力开关设备的开断在大气中开断电路时，若电流大于0.25~1A；电压大于12~20V，触头间隙（简称弧隙）中会产生电弧电弧（arc）：温度高、发强光、能导电的气体2023/6/114第三章电弧的基本特性当前第4页\共有164页\编于星期六\15点§3-0序电弧的危害延迟开断线路、设备受损触头烧损开关设备着火、爆炸电弧的作用泄放电路中的磁能降低过电压电力开关设备既要熄灭电弧，又要利用电弧电力开关（switch）设备的主要任务顺利的熄灭电弧（Extinguish）保证电路的成功开断（Breaking/Interrupting）2023/6/115第三章电弧的基本特性当前第5页\共有164页\编于星期六\15点§3-0序电弧的其他应用焊接冶炼金属（电弧炉）强光源（弧光灯）电弧的定义气体或蒸汽中自持的放电现象Self-sustainedGasVapourDischarge2023/6/116第三章电弧的基本特性当前第6页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性§3-0序§3-1气体放电的物理基础§3-2电弧的物理特性§3-3直流电弧的特性和熄灭原理§3-4交流电弧的特性§3-5麦也尔电弧数学模型简介2023/6/117第三章电弧的基本特性当前第7页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电（GasDischarge）弧隙中气体由绝缘状态变为导电状态、使电流得以通过的现象电弧是气体放电的一种形式电离（Ionization）和激励（Excitation）2023/6/118第三章电弧的基本特性当前第8页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础电离和激励电子伏特2023/6/119第三章电弧的基本特性当前第9页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础电离和激励电离能：电离出一个自由电子所需要的能量第二（三¨¨¨）电离能：拉出第二（三）个电子所需的能量电离能与材料有关2023/6/1110第三章电弧的基本特性当前第10页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础电离和激励激励能：激励一个电子所需要的能量激励是一种不稳定的状态中性粒子处于激励状态的时间<10-9～10-8s分级电离：中性粒子→激励→电离介稳状态（一种特别的激励状态）：中性粒子处于介稳状态的时间可达10-4～10-2s在中性粒子电离过程中起很大作用2023/6/1111第三章电弧的基本特性当前第11页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式电离气体：包括带电粒子（电子、正离子、负离子）的气体，其中也包括中性粒子（原子、分子）电离度气体电离的方式表面发射（Surfaceemission）空间电离（Spaceionization）2023/6/1112第三章电弧的基本特性当前第12页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式表面发射：金属电极表面发射电子进入极间气体金属蒸汽在未电离的情况下是不导电的表面发射的类型热发射（Thermalemission）（TE）场致发射（Fieldemission）（FE）热-场致发射（Field-assistedthermionicemission）（FTE）光发射（Photonemission）二次发射（Secondaryemission）2023/6/1113第三章电弧的基本特性当前第13页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式金属表面电子发射原理即使在绝对零度时，金属中的电子也具有很高的能量，钨：8.95eV（费米能级）但电子并不能“逃出”金属表面金属表面存在势垒（Potentialbarrier）2023/6/1114第三章电弧的基本特性当前第14页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式热发射（ThermalEmission）2023/6/1115第三章电弧的基本特性当前第15页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式热发射（ThermalEmission）对清洁、均匀的表面，饱和热发射电流密度Wyc:逸出功（eV）

T:金属表面温度（K）金属沸点越高，热发射的最大电流密度越大，如钨2023/6/1116第三章电弧的基本特性当前第16页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式场致发射（FieldEmission）金属表面施加电场时，将压缩表面势垒厚度，自由电子可以在常温下穿过势垒（隧道效应）而逸出在较高温度时，场致发射的电流密度为2023/6/1117第三章电弧的基本特性当前第17页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式热-场致发射（Field-assistedthermionicemission）热、电场共同作用时，发射电流大大增强（非线性提升）以铜为例2023/6/1118第三章电弧的基本特性当前第18页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式光发射（Photonemission）光和射线照射到金属表面引起电子逸出光波越短（频率越高），引起光发射的作用越强，逸出电子的速度越高二次发射（Secondaryemission）

一般来说，阴极附近的场强比阳极附近的场强高，所以阴极表面二次发射较强，并在气体放电过程中起重要作用2023/6/1119第三章电弧的基本特性当前第19页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式空间电离（Spaceionization

）电极间气体自身由绝缘状态变成导电状态（不是由外界送入带电粒子）的现象空间电离的类型

光电离电场电离热电离2023/6/1120第三章电弧的基本特性当前第20页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式光电离中性粒子受到频率为v的光照射时，若满足hv≥Wyl

,则可能被电离，这一现象称为光电离光的频率越高，电离作用越强X射线，α，β，γ，宇宙射线、紫外线具有较强的电离作用Wyl:中性粒子的电离能（J）

h:普朗克常数（6.624×10-34J.s）2023/6/1121第三章电弧的基本特性当前第21页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式电场电离电子自由行程（freepath)长，碰撞截面（collisioncrosssection）小，容易积累足够的动能，在电场电离中起重要作用若一个带电粒子在电场中获得的动能

,则当其与另一中性粒子碰撞时，就有可能使之电离，称为电场电离或碰撞电离2023/6/1122第三章电弧的基本特性当前第22页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式电场电离通常电极间气体进行电场电离的电子来自：金属表面的电子发射、光电离电子碰撞中性粒子发生电离的几率取决于动能的大小和两者电磁场相互作用的时间电场电离的几率通常较小有时，电子碰撞中性粒子后，不使之电离或激励，而是附着其上构成负离子，称为粘合（attachment)2023/6/1123第三章电弧的基本特性当前第23页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体电离的方式热电离气体粒子高速热运动、相互碰撞而产生的电离当气体温度达到3000～4000K以上时，热电离才显著金属蒸汽的电离能比一般气体小得多，所以相同温度下其电离度高于一般气体当气体中混有金属蒸汽时，电离度提高，电导率也增大2023/6/1124第三章电弧的基本特性当前第24页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体消电离（Deionization）电离气体中带电粒子自身消失或者失去电荷变为中性粒子的现象，称为消电离复合（Combination）：带异号电荷的粒子相遇后相互作用电荷消失扩散（Diffusion）：带电粒子由于热运动从高浓区向低浓度区移动气体消电离的方式2023/6/1125第三章电弧的基本特性当前第25页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体消电离（Deionization）复合表面复合空间复合直接复合间接复合正离子电子中性粒子电子正离子电子阳极正离子阴极负离子阳极中性粒子中性粒子带电离子异性离子中性粒子2023/6/1126第三章电弧的基本特性当前第26页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体消电离（Deionization）复合电子和中性粒子形成负离子的可能性与气体的性质和纯度有关氟原子及其化合物的分子对电子的粘合作用特别强，常称为负电性气体例如，SF6具有很好的绝缘性能和灭弧性能直接复合的几率比间接复合的几率小得多复合释放能量：加热电极（金属或绝缘物表面）、辐射、增加中性粒子的速度电子的运动速度比负离子大得多2023/6/1127第三章电弧的基本特性当前第27页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体消电离（Deionization）扩散：带电粒子由于热运动从高浓区向低浓度区移动当电离气体中正负带电粒子数相等（称为等离子体Plasma）时，扩散必为双极性。即在同一时间内，扩散的正负粒子数相等使极间气体电离度下降，电导率减小扩散使电极间电离气体中带电粒子减少2023/6/1128第三章电弧的基本特性当前第28页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介等离子体-物质的第四态2023/6/1129第三章电弧的基本特性当前第29页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体地球上的自然等离子体很少地球及其附近大气的低温度和高密度阻碍了等离子体的存在2023/6/1130第三章电弧的基本特性当前第30页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介等离子体的定义：由大量带电粒子组成的，在一定的空间和时间尺度，维持电中性的非束缚态的宏观体系2023/6/1131第三章电弧的基本特性当前第31页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介2023/6/1132第三章电弧的基本特性当前第32页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介等离子体的分类2023/6/1133第三章电弧的基本特性当前第33页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础密度(cm-3)2023/6/1134第三章电弧的基本特性当前第34页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础等离子体物理学简介等离子体物理学的理论研究领域2023/6/1135第三章电弧的基本特性当前第35页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段由直流电路研究气体放电的伏-安特性2023/6/1136第三章电弧的基本特性当前第36页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段按放电性质分为两个阶段2023/6/1137第三章电弧的基本特性当前第37页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段非自持放电阶段间隙中最初的自由电子是由外加电离因素产生的，如果除去外加电离因素则放电停止，故称为非自持放电阶段2023/6/1138第三章电弧的基本特性当前第38页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段非自持放电阶段间隙中最初的自由电子是由外加电离因素产生的，如果除去外加电离因素则放电停止，故称为非自持放电阶段2023/6/1139第三章电弧的基本特性当前第39页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段非自持放电阶段间隙中最初的自由电子是由外加电离因素产生的，如果除去外加电离因素则放电停止，故称为非自持放电阶段2023/6/1140第三章电弧的基本特性当前第40页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段自持放电阶段当U上升到C点，场致发射和二次发射的电子已足够多，即使除去外加电离因素，也能维持间隙放电，故称为自持放电阶段2023/6/1141第三章电弧的基本特性当前第41页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段自持放电阶段当U上升到C点，场致发射和二次发射的电子已足够多，即使除去外加电离因素，也能维持间隙放电，故称为自持放电阶段2023/6/1142第三章电弧的基本特性当前第42页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段自持放电阶段当U上升到C点，场致发射和二次发射的电子已足够多，即使除去外加电离因素，也能维持间隙放电，故称为自持放电阶段

电离方式主要是电场电离放电温度低（常温）电流密度小（0.1A/m2）

阴极压降高（几百V）2023/6/1143第三章电弧的基本特性当前第43页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段自持放电阶段当U上升到C点，场致发射和二次发射的电子已足够多，即使除去外加电离因素，也能维持间隙放电，故称为自持放电阶段

放电温度极高（6000K以上）

电流密度很大（107A/m2）阴极压降很低（几十V）

电离方式主要是热电离（真空电弧不同）电弧边界（有不同的判别依据）2023/6/1144第三章电弧的基本特性当前第44页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体放电的几个阶段辉光放电与弧光放电的特征比较辉光放电（glowdischarge）弧光放电（arcdischarge）电场电离为主热电离为主放电通道温度低（常温）放电通道温度极高（6000K以上）电流密度较小（约0.1A/m2）电流密度很大（达107A/m2）阴极压降较高（几百伏）阴极压降很小（几十伏）2023/6/1145第三章电弧的基本特性当前第45页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论气体间隙击穿：随着电压升高，间隙气体进入辉光或弧光放电区，气体间隙由绝缘状态变为导体状态，这一现象称为气体间隙击穿2023/6/1146第三章电弧的基本特性当前第46页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论关心的问题击穿电压与气体间隙参数的关系汤逊气体放电理论假定如果电子动能＞气体粒子电离能，则碰撞一定电离，否则不能电离电子和气体粒子碰撞会释放出全部能量电子只沿电场方向运动2023/6/1147第三章电弧的基本特性当前第47页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础电子与重粒子碰撞时能量的传递在研究电子与重粒子的激发或电离碰撞中（非弹性碰撞），可以近似认为重粒子的动能不变，这一近似准确到me/ma

的量级对于电离碰撞，能量守恒方程为2023/6/1148第三章电弧的基本特性当前第48页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论一个电子沿电场运动时，单位距离内由电场电离而产生的带电粒子对数（电子和正离子）

E：电场强度（V/m）

p：气体压力（Pa）

T：气体温度（K）

A0：经验系数

B0：经验系数2023/6/1149第三章电弧的基本特性当前第49页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论电子沿电场运动时，单位距离内由电场电离而产生的带电粒子对数

自由行程：λ（电子与气体分子两次碰撞之间相隔的距离）（m）电离能：Wdl（J）电离单位：Udl（V）电场强度：E（V/m）2023/6/1150第三章电弧的基本特性当前第50页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论一次碰撞发生电场电离的条件？2023/6/1151第三章电弧的基本特性当前第51页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论平均自由行程：λ（N个粒子自由行程的平均值）

n：粒子数密度（m-3）

d：粒子直径（m）刚性球假定下的平均自由行程理想气体的状态方程

k：玻尔兹曼常数2023/6/1152第三章电弧的基本特性当前第52页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论λ≥λdl的电子数（自由行程是有分布的）2023/6/1153第三章电弧的基本特性当前第53页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论λ≥λdl的电子数（自由行程是有分布的）一个电子碰撞一次就发生电离的几率一个电子经过单位距离的碰撞次数一个电子经过单位距离发生电离碰撞的次数，即所产生的带电粒子对数2023/6/1154第三章电弧的基本特性当前第54页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论一个电子经过单位距离发生电离碰撞的次数，即所产生的带电粒子对数2023/6/1155第三章电弧的基本特性当前第55页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论均匀电场间隙击穿条件单位时间内，有Ｎ个电子进入dx穿过dx后，电子的增量为2023/6/1156第三章电弧的基本特性当前第56页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论均匀电场间隙击穿条件间隙中电场电离产生的正离子数为一个正离子使阴极由于二次发射而产生的电子数，称为表面电离系数或汤逊第二系数，记为γ若二次发射电子数＝Ｎ0，则放电可自持2023/6/1157第三章电弧的基本特性当前第57页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论间隙中电场电离产生的正离子数为若二次发射电子数＝Ｎ0，则放电可自持均匀电场间隙击穿条件2023/6/1158第三章电弧的基本特性当前第58页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论均匀电场间隙击穿条件均匀电场的间隙，击穿电压为Ujc基本与p/T成正比2023/6/1159第三章电弧的基本特性当前第59页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论均匀电场的间隙，击穿电压为Ａ、Ｂ与气体种类及温度有关T为常数时，击穿电压为2023/6/1160第三章电弧的基本特性当前第60页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论均匀电场的间隙，击穿电压为T为常数时，击穿电压为平均自由行程：（N个粒子自由行程的平均值）2023/6/1161第三章电弧的基本特性当前第61页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论量纲分析2023/6/1162第三章电弧的基本特性当前第62页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论铜电极时空气的试验曲线与计算曲线巴申（Paschen）曲线提高或降低间隙气压都可以提高其击穿电压除pl值甚小以外，两者相当接近存在一最小击穿电压Ujcmin和相应的(pl)min当pl大于或小于(pl)min

时，Ujc均会增大2023/6/1163第三章电弧的基本特性当前第63页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论汤逊气体放电理论设l不变，p改变气压很小时，气体稀薄，电子自由行程很大，虽然碰撞可积累较大动能，但碰撞次数太小。因此，随着p减小，击穿电压增大巴申曲线为何存在最低点气压很大时，气体密度大，电子自由行程很小，虽然碰撞次数多，但电子不易积累动能。因此，随着p增大，击穿电压也增大2023/6/1164第三章电弧的基本特性当前第64页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论流注（Streaming）理论流注理论的基本思想汤逊理论可解释气体间隙击穿的机理，但难以解释长间隙气体放电过程的发展时间基于光子辐射使气体逐段电离（光电离），然后连成一片，很好地解释了长间隙击穿过程的快速性2023/6/1165第三章电弧的基本特性当前第65页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础气体间隙击穿（Breakdown）理论流注（Streaming）理论气隙击穿过程阴极发射电子大量电子、正离子（电子崩）电场加速碰撞电离内部复合放出光子产生第二个电子崩电子崩头部光电离产生电子各电子崩尾发展连成一个通道…崩头、崩尾电场加强崩内部电场减弱电子崩内电荷分布2023/6/1166第三章电弧的基本特性当前第66页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础开关电器中，气体间隙击穿后，通常立即发生弧光放电（电弧）弧隙中带电粒子数的变化－离子平衡公式带电粒子变化光发射热发射电离作用场致发射二次发射电场电离复合扩散2023/6/1167第三章电弧的基本特性当前第67页\共有164页\编于星期六\15点§3-1气体放电的物理基础弧隙中带电粒子数的变化－离子平衡公式根据弧隙中带电粒子数的增减来判别电弧燃烧的变化趋势2023/6/1168第三章电弧的基本特性当前第68页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性§3-0序§3-1气体放电的物理基础§3-2电弧的物理特性§3-3直流电弧的特性和熄灭原理§3-4交流电弧的特性§3-5麦也尔电弧数学模型简介2023/6/1169第三章电弧的基本特性当前第69页\共有164页\编于星期六\15点§3-２电弧的物理特性产生电弧的方式开断电路(拉弧)(Drawnarc)火花触发(Triggeredarc）熔丝引弧F2023/6/1170第三章电弧的基本特性当前第70页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性开断电路时电弧的产生过程起弧条件大气中开断直流电路Ｕ>Uarcmin最小生弧电压Ｉ>Ｉarcmin最小生弧电流最小生弧电流、最小生弧电压与触头材料有关大气中开断交流电路电源电压不同，最小生弧电流不同电源电压提高，最小生弧电流减小在相近的电源电压下，最小生弧电流比开断直流时大若Ｉ<Ｉarcmin或

U<Uarcmin，则只产生火花（spark）2023/6/1171第三章电弧的基本特性当前第71页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性开断电路时电弧的产生过程触头开始分离触头压力接触面积接触电阻电流密度发热接触处熔化，形成液态金属桥（Metalbridge）液桥变细拉长，开始蒸发2023/6/1172第三章电弧的基本特性当前第72页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性开断电路时电弧的产生过程液桥变细拉长，开始蒸发液桥完全蒸发：蒸汽进入弧隙阴极：发射电子（热发射、场致发射）弧隙：电场电离产生大量带电粒子电子阳极复合阳极温度正离子阴极复合阴极温度阴极电场二次发射热发射电子正离子复合弧隙温度热电离弧隙温度热电离主导电导率电弧电压电弧稳定燃烧2023/6/1173第三章电弧的基本特性当前第73页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性以直流电弧为例电弧电压Uh沿弧长分布不均匀，分为三个区域近阴极区：Cathode弧柱区：Ｚ近阳极区：Anode2023/6/1174第三章电弧的基本特性当前第74页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性

近阴极区长度与电子平均自由行程相当(10－6m)近似无碰撞有大量正离子正空间电荷区形成阴极压降Uc电场强度高利于二次发射和场致发射阴极压降与阴极材料和气体介质特性有关低沸点阴极（或在真空中）：大致等于阴极材料蒸汽的电离电位高沸点阴极：大致等于气体介质的电离电位2023/6/1175第三章电弧的基本特性当前第75页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性

近阳极区长度约为阴极区的几倍负空间电荷区形成阳极压降Ua（与阳极材料有关）有大量电子电场强度较低稳定燃弧时，Uc、Ｕa随Ｉ变化不大，一般认为是常数2023/6/1176第三章电弧的基本特性当前第76页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性

弧柱区不一定为“圆柱形”正负带电粒子数相等，为等离子体单位长度弧柱的压降基本相等电场强度沿轴向近似为常数影响电场强度Ｅ的因素电极材料电流大小不存在空间电荷，类似电阻气体介质种类气压介质对电弧作用2023/6/1177第三章电弧的基本特性当前第77页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性

弧柱区弧柱电阻电弧电压

燃弧过程中，基本不变

Ｅ：弧柱电场强度(V/m)

Ih：电弧长度(m)（近似等于极间距离）2023/6/1178第三章电弧的基本特性当前第78页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧电压的特性

按U0、Uz在Uh中所占的比例将电弧分为短弧和长弧短弧：l很小，Uz可忽略，Uh几乎与I无关长弧：l很大，Uz

>>U0，Uh大致与Ｅ成正比2023/6/1179第三章电弧的基本特性当前第79页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧柱温度

具有很高的温度：大于6000Ｋ一般需要间接测量温度

开关电器中一般采用的数据Th<3000－4000K:(电离度)

0Th>20000K:(电离度)

1

电弧温度的影响因素电弧电流燃弧介质电极材料2023/6/1180第三章电弧的基本特性当前第80页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧柱温度近似分析时，可以认为弧柱电阻率为常数Rz与d成反比假定弧柱温度处于某平均值，则弧柱各点电导率相同，弧柱电阻为

ρh：弧柱电阻率

l：电弧长度

d:弧柱直径2023/6/1181第三章电弧的基本特性当前第81页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧柱温度

交流电弧时，电弧温度随电流变化而变化，其特点为电弧温度的变化滞后于电流的变化电弧的热惯性：电弧温度的升高和降低，必须供给或散发一定的热量，需要一定的时间近极区的温度受电极材料沸点的限制，低于弧柱的温度电弧温度的最大值滞后于电流峰值电流过零时，电弧温度不为零类似于导体的热惯性2023/6/1182第三章电弧的基本特性当前第82页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧柱直径

电弧实质为导电气体，本身并无明确边界测量和描述弧柱直径有不同的方法探针法（测电流）摄像法（测亮度）电流大小狭缝法（测温度）

弧柱直径的影响因素触头材料气压及气体作用方式介质种类磁场2023/6/1183第三章电弧的基本特性当前第83页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧柱直径

弧柱形态和直径受燃弧条件的控制气体中垂直自由燃烧：倒圆锥形

经验公式绝缘狭缝中：椭圆形长弧：弯曲、扭曲真空电弧：扩散、集聚

弧柱直径变化也因热惯性而滞后于电流2023/6/1184第三章电弧的基本特性当前第84页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧根和斑点

弧根（arcroot）:电弧贴近电极的部分弧根的截面积通常小于弧柱

斑点（arcspot）:弧根在电极表面上形成的明亮圆点阴极斑点发射电子（热发射、场致发射、二次发射）、接收正离子具有很高的电流密度（104～107Ａ/cm2）温度高、蒸发、造成烧蚀（Erosion）也有无阴极斑点的电弧（高沸点阴极，如碳、钨）稳定的阴极斑点（金属阴极在高气压下）快速运动的阴极斑点（真空电弧）2023/6/1185第三章电弧的基本特性当前第85页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧根和斑点

斑点（arcspot）:弧根在电极表面上形成的明亮圆点阳极斑点接收电子面积一般比阴极斑点大，电流密度较小在真空电弧中，阳极斑点有特殊的含义：若形成阳极斑点，则很容易导致开断失败阴极阳极斑点的运动斑点运动受电流、材料、磁场等因素的影响（连续运动）（跳跃运动）2023/6/1186第三章电弧的基本特性当前第86页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性弧根和斑点

斑点的温度一般大致等于电极材料的沸点触头材料沸点低触头材料沸点高燃弧时，弧隙金属蒸汽少电流过零后阴极热发射电子多燃弧时，弧隙金属蒸汽多电流过零后阴极热发射电子少

金属蒸汽对长弧熄灭非常重要

热发射电子对短弧熄灭极为重要2023/6/1187第三章电弧的基本特性当前第87页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的等离子流

P：弧柱截面压强（Pa）

Ih：电弧电流（A）

rh：电弧半径（cm）电弧电流自生环向磁场（Bθ）作用于电弧，压缩弧柱，产生压力（收缩压力）2023/6/1188第三章电弧的基本特性当前第88页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的等离子流电弧电流自生环向磁场（Bθ）作用于电弧，压缩弧柱，产生压力（收缩压力）收缩压力沿弧柱径向分布不均匀，在弧柱中心压力最大自由燃烧时，弧根处半径最小，故该处弧柱中心压力最大2023/6/1189第三章电弧的基本特性当前第89页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的等离子流电弧电流自生环向磁场（Bθ）作用于电弧，压缩弧柱，产生压力（收缩压力）收缩压力沿弧柱径向分布不均匀，在弧柱中心压力最大自由燃烧时，弧根处半径最小，故该处弧柱中心压力最大因压力梯度，弧根等离子体向弧柱中部流动电极材料气化垂直于电极表面流动等离子流2023/6/1190第三章电弧的基本特性当前第90页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的等离子流电弧电流大于一定值时，才产生等离子流等离子流中粒子流动的速度：10～100m/s，真空电弧中可达104m/s通过人工减小电弧半径的方法，也可以产生等离子流当两股等离子流在空间不相遇时，电弧不是在极间燃烧，而是在等离子流间燃烧等离子流是高温且含有金属蒸汽的电离气体，不利于介质恢复和电弧的熄灭2023/6/1191第三章电弧的基本特性当前第91页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡电弧相当于一纯电阻性发热元件电弧耗散的功率为：一般认为：IhU0由电极传出，IhUz由弧柱散出短弧长弧PhPh主要其它部件周围介质周围介质主要周围介质2023/6/1192第三章电弧的基本特性当前第92页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射传导传导散发的功率

Pcd：传导散热功率（Ｗ）

λ：气体热导率（W/(K.m)）

l：电弧长度（m）

rh

：电弧半径（m）

Th：弧柱表面温度（K）

T0：环境温度(K)

r0

：T0处的半径（m）(r0>>rh)2023/6/1193第三章电弧的基本特性当前第93页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射传导利用热路的方法2023/6/1194第三章电弧的基本特性当前第94页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射传导气体热导率与温度有关氢气具有很好的导热性λ愈大，Pcd愈大，电弧电压高且较易熄灭分子原子（吸热）原子分子（散热）2023/6/1195第三章电弧的基本特性当前第95页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射对流周围冷的气体介质弧柱中炽热的电离气体2023/6/1196第三章电弧的基本特性当前第96页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射对流自由燃烧时，传导与对流散热功率相当开关电器中常采用强迫对流，对流起主导作用横吹

Pdl：对流散热功率（Ｗ）

v：横吹速度（cm/s）

dh：弧柱直径（cm）

l：电弧长度（cm）

Th:弧柱平均温度（K）

T0:介质温度（K）2023/6/1197第三章电弧的基本特性当前第97页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射对流自由燃烧时，传导与对流散热功率相当开关电器中常采用强迫对流，对流起主导作用纵吹

Pdl：对流散热功率（Ｗ）

v：纵吹速度（cm/s）

dh：弧柱直径（cm）

Th:弧柱平均温度（K）

T0:介质温度（K）2023/6/1198第三章电弧的基本特性当前第98页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射对流纵吹横吹横吹时，对流散发的功率与电弧纵截面积成正比纵吹时，对流散发的功率与电弧横截面积成正比，侧面也有作用对流散发的功率与气流速度成正比2023/6/1199第三章电弧的基本特性当前第99页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡弧柱散热方式：传导、对流、辐射辐射辐射散发的功率Pfs与弧柱体积成正比电弧不一定是透明体!自由燃弧时：通常只占总散发功率的百分之几到十几强迫冷却时：辐射可以忽略εfs：弧柱的发射率(Ｗ/(cm3.K4))

l：电弧长度（cm）

rh:弧柱半径（cm）

Th:弧柱平均温度（K）

T0:介质温度（K）2023/6/11100第三章电弧的基本特性当前第100页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡Ps=Pz+IhU0长弧时近极区耗散功率电极2023/6/11101第三章电弧的基本特性当前第101页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡电弧产生稳定燃烧的能量平衡过程假定

Ih不变Th较小dh较小Rh较大Ｕh较大Ｐh较大Ps较小Ph=IhUh>PsＴhdhRhＵhIhUhPsPh=IhUh=Ps电弧进入稳定燃烧状态2023/6/11102第三章电弧的基本特性当前第102页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡电弧达到稳定燃烧状态时的电弧温度、电阻和直径与电弧电流有密切关系电弧电流越大

弧柱温度越高

电弧直径越大

电弧电阻越小

电弧电压越低（真空电弧不是这样!）但电弧的输入功率增大

用来平衡散发功率的增加（原因：温度升高、直径增大）电弧自动调节弧柱温度和直径以达到输入和散发功率平衡

这一调节过程需要一定的时间（电弧的热惯性）2023/6/11103第三章电弧的基本特性当前第103页\共有164页\编于星期六\15点§3-2电弧的物理特性电弧的能量平衡电弧的动态能量平衡（守恒）方程物理意义：单位时间内电弧所含热能的变化量，等于发热和散热功率之差电弧所含的热能（J）2023/6/11104第三章电弧的基本特性当前第104页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性§3-0序§3-1气体放电的物理基础§3-2电弧的物理特性§3-3直流电弧的特性和熄灭原理§3-4交流电弧的特性§3-5麦也尔电弧数学模型简介2023/6/11105第三章电弧的基本特性当前第105页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的静态伏－安特性静态伏安特性：对于固定的弧长l，在（发热和散热达到平衡）时，测得的Uh-Ih特性2023/6/11106第三章电弧的基本特性当前第106页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的静态伏－安特性静态伏安特性：对于固定的弧长l，在（发热和散热达到平衡）时，测得的Uh-Ih特性弧长增大伏-安特性抬高（电弧电压增大）电弧电阻：Uh-Ih

曲线上点的斜率（）2023/6/11107第三章电弧的基本特性当前第107页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的静态伏－安特性静态伏安特性：对于固定的弧长l，在（发热和散热达到平衡）时，测得的Uh-Ih特性弧长增大伏-安特性抬高（电弧电压增大）电弧电阻：Uh-Ih

曲线上点的斜率（）非线性：电阻随电流变化负阻性：电流增大，电阻减小ＩhＩhＵhThdhＲh2023/6/11108第三章电弧的基本特性当前第108页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的静态伏－安特性静态伏安特性：对于固定的弧长l，在（发热和散热达到平衡）时，测得的Uh-Ih特性S1<S2:

用来平衡散发功率的增加（原因：温度升高、直径增大）2023/6/11109第三章电弧的基本特性当前第109页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的静态伏－安特性静态伏安特性：对于固定的弧长l，在（发热和散热达到平衡）时，测得的Uh-Ih特性电弧长度电弧静态伏安特性的影响因素电极材料气体介质气体压力介质相对于电弧的运动速度经验公式：2023/6/11110第三章电弧的基本特性当前第110页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性动态伏安特性：对于固定的弧长l，Ih按一定速度变化，Uh随之变化，测得的Uh-Ih特性2023/6/11111第三章电弧的基本特性当前第111页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性静态伏－安特性电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1增大到I2电弧电压：1３

４电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1减小到I3电弧电压：1

5

6曲线1-3和1-5称为电流以某一速度变化时的电弧动态伏-安特性2023/6/11112第三章电弧的基本特性当前第112页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性静态伏－安特性电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1增大到I2电弧电压：1３

４电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1减小到I3电弧电压：1

5

6电弧自动调节弧柱温度和直径以达到输入和散发功率平衡这一调节过程需要一定的时间（电弧的热惯性）2023/6/11113第三章电弧的基本特性当前第113页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性静态伏－安特性电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1增大到I2电弧电压：1３

４电弧在I1稳定燃烧电弧电流：以某一较快的速度由I1减小到I3电弧电压：1

5

6I1

I2：R3>R4U3>U4I1

I3：R5<R6U5>U62023/6/11114第三章电弧的基本特性当前第114页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性静态伏－安特性电弧在I1稳定燃烧

电弧电压：1

2

4曲线0-1-3称为电流变化速度为无穷大时的电弧动态伏-安特性极端情况电弧电流：以由I1增加到I2电弧在I1稳定燃烧

电弧电压：1

0(忽略近极压降)

电弧电流：以由I1减小到I32023/6/11115第三章电弧的基本特性当前第115页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性一定条件下，电弧的静态伏-安特性只有一条动态伏-安特性却有无数条动态伏-安特性与电流的变化率有关但动态伏-安特性只能在一定的范围之内注意：起始点不同，动态伏-安特性范围不同

2023/6/11116第三章电弧的基本特性当前第116页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的动态伏－安特性一定条件下，电弧的静态伏-安特性只有一条动态伏-安特性却有无数条动态伏-安特性与电流的变化率有关对于交流电弧i(t)=Imsinωt,也随时间变化，则动态伏-安特性更复杂2023/6/11117第三章电弧的基本特性当前第117页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理直流电路中：电弧稳定燃烧时的电弧电流熄灭2023/6/11118第三章电弧的基本特性当前第118页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理直流电路中：电弧稳定燃烧时的电弧电流电路方程折算到弧隙两端的线路电容（也包括弧隙间的寄生电容）一般很小当电弧电压变化不快时可以忽略2023/6/11119第三章电弧的基本特性当前第119页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理直流电路中：电弧稳定燃烧时的电弧电流电路方程电弧电阻为非线性，可采用图解法

R=tan(α)

稳定燃烧时：电弧可以在I1和I2稳定燃烧么？

I2

是真正的电弧稳定燃烧点

2023/6/11120第三章电弧的基本特性当前第120页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理I2

是真正的电弧稳定燃烧点在开关电器中，并不希望电弧稳定燃烧使稳定燃弧点2不存在的措施2023/6/11121第三章电弧的基本特性当前第121页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理使稳定燃弧点2不存在的措施增大Ｕh近极压降电场强度电弧长度增大R熄弧过程中串入另一电阻2023/6/11122第三章电弧的基本特性当前第122页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理提高电弧电压的措施提高近极压降用金属栅片将电弧分成多个短弧U0:近极压降

n:短弧数

E:弧柱电场强度

l’:全部短弧的长度之和2023/6/11123第三章电弧的基本特性当前第123页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理提高电弧电压的措施增大电弧长度触头运动电动力吹弧触头形状结合磁吹2023/6/11124第三章电弧的基本特性当前第124页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理提高电弧电压的措施增大弧柱电场强度提高气体介质压力提高电弧与介质的相对速度绝缘栅片冷却电弧，加强带电粒子的复合作用2023/6/11125第三章电弧的基本特性当前第125页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的熄灭原理低压开关电器：一般采用提高电弧电压的方法熄灭直流电弧高压开关电器：采用提高电弧电压和增大回路电阻相结合的方法熄灭直流电弧也可采用人工过零的方法熄灭直流电弧加反向电流使Ih强迫过零2023/6/11126第三章电弧的基本特性当前第126页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的能量和燃弧时间燃弧时间：从触头分开产生电弧到电弧熄灭的时间满足熄弧条件时，电弧不会立即熄灭回路中存在电感

弧柱具有热惯性

燃弧时间的计算2023/6/11127第三章电弧的基本特性当前第127页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的能量和燃弧时间燃弧时间的计算

假定：电感为主要影响因素忽略热惯性可采用静态伏-安特性采用经验公式：电极以速度v打开电弧长度:l=vtIh(t)trh非线性微分方程2023/6/11128第三章电弧的基本特性当前第128页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的能量和燃弧时间直流电弧的能量t=0:Ih=Ih0

t=trh:Ih=02023/6/11129第三章电弧的基本特性当前第129页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的能量和燃弧时间直流电弧的能量电弧消耗的能量电源供给的能量电阻消耗的能量电感存储的能量燃弧开始时储存在电感中的能量必须泻放到弧隙中

若已知Ih(t)可计算电弧能量Wh2023/6/11130第三章电弧的基本特性当前第130页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧的能量和燃弧时间结论电路电感越大，储能越多，电弧越难越熄灭电感中能量的泄放需一定时间，故电弧不能立即熄灭电弧也是开断过程中重要的泄能方式

若电弧由电流较大的值突然熄灭，会有什么后果？过电压2023/6/11131第三章电弧的基本特性当前第131页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）电弧熄灭时产生过电压的原因间隙重击穿，重燃（reignition）

导致系统设备损坏若没有过电压抑制措施，不能过分减少燃弧时间回路电感过电压的影响|dIh/dt|

较大很大的自感电势电源电势过电压Ut=LdIh/dtdIh/dt<02023/6/11132第三章电弧的基本特性当前第132页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）过电压的计算一般在电流过零时，过电压最大结论L

Ugmax

Ugmax消电离作用过强2023/6/11133第三章电弧的基本特性当前第133页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零Choppingcurrent由此产生的过电压称为截流过电压

2023/6/11134第三章电弧的基本特性当前第134页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零Choppingcurrent截流后电流怎样流动？电感电流不能突变电流经寄生电容导通2023/6/11135第三章电弧的基本特性当前第135页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零Choppingcurrent截流后电路中的电压和电流怎样变化？2023/6/11136第三章电弧的基本特性当前第136页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零ChoppingcurrentL、C、Ｒ形成衰减振荡电路弧隙两端电压（Uc）最终稳定在Ｅ

2023/6/11137第三章电弧的基本特性当前第137页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零2023/6/11138第三章电弧的基本特性当前第138页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零Ug(Uc)

何时达到最大值Ugmax

振荡电路过零时，Ug(Uc)

何时达到最大值Ugmax

此时磁场能量全部转变为电场能量2023/6/11139第三章电弧的基本特性当前第139页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）弧隙消电离作用过分强烈时，可出现截流（Currentchop）,即电弧电流突然降到零振荡电路过零时，Ug(Uc)

何时达到最大值Ugmax

此时磁场能量全部转变为电场能量2023/6/11140第三章电弧的基本特性当前第140页\共有164页\编于星期六\15点§3-３直流电弧的特性和熄灭原理直流电弧熄灭时的过电压（over-voltage）开断感性负载的限压措施不影响回路正常工作提供泄能回路K1灭弧能力比Ｋ2强K1先分K2后分降低电流减小储能2023/6/11141第三章电弧的基本特性当前第141页\共有164页\编于星期六\15点第三章电弧的基本特性§3-0序§3-1气体放电的物理基础§3-2电弧的物理特性§3-3直流电弧的特性和熄灭原理§3-4交流电弧的特性§3-5麦也尔电弧数学模型简介2023/6/11142第三章电弧的基本特性当前第142页\共有164页\编于星期六\15点§3-4交流电弧的特性交流电弧的伏-安特性交流电弧的伏-安特性：Ｕh、Ih均随时间变化，dih/dt也变化假定：电流过零期间，电弧电阻为有限值（介质对电弧的冷却作用不太强）OO’Ih很小弧柱变冷、变细Rh:迅速增大duh/dih>0dWQ/dt=-Ps<0Ph≈0OA’Ih

弧柱变热、变粗Rh:迅速减小duh/dt>0dWQ/dt=Ph-Ps>0Phuh=ihRh2023/6/11143第三章电弧的基本特性当前第143页\共有164页\编于星期六\15点§3-4交流电弧的特性交流电弧的伏-安特性OA’Ih

弧柱变热、变粗Rh:迅速减小duh/dt>0dWQ/dt=Ph-Ps>0Phuh=ihRh燃弧尖峰ABIh

弧柱变热、变粗Rh:迅速减小dWQ/dt=Ph-Ps>0Phduh/dt<0duh/dih<0（负电阻）2023/6/11144第三章电弧的基本特性当前第144页\共有164页\编于星期六\15点§3-4交流电弧的特性交流电弧的伏-安特性BCIh

热惯性：RhBC<

RhABPhABIh

弧柱变热、变粗Rh:迅速减小dWQ/dt=Ph-Ps>0Phduh/dt<0duh/dih<0（负电阻）Rh

uhuhBC<

uhAB2023/6/11145第三章电弧的基本特性当前第145页\共有164页\编于星期六\15点§3-4交流电弧的特性交流电弧的伏-安特性BCIh

热惯性：RhBC<

RhABPhRh

uhuhBC<

uhAB熄弧尖峰COIh

Ph

Rh弧柱变冷、变细duh/dt<0duh/dih>0uh=ihRh2023/6/11146第三章电弧的基本特性当前第146页\共有164页\编于星期六\15点§3-4交流电弧的特性交流电弧的伏-安特性熄弧尖峰COIh

Ph

Rh弧柱变