電器學(xué)第二章

1、2021-7-51 電器學(xué) 第二章 電接觸與電弧理論 作者：歐陽森 EPC of SCUT 注：該課件與上 課PPT有較大差別 考試以此為準(zhǔn) 2021-7-52 本章概述 n內(nèi)容要點(diǎn) n電弧 n產(chǎn)生原因 n性質(zhì) n熄滅方法 n滅弧裝置 n電弧的優(yōu)缺點(diǎn) n電接觸 n本質(zhì) n觸頭在各種工作狀態(tài)下的行為 n延長觸頭壽命和改善觸頭工作性能的技術(shù)措施 2021-7-53 本章概述 n觸頭與電弧 n接觸的過程 n觸頭類型 n電弧的形成和性質(zhì) n觸頭的壽命 n電弧的優(yōu)缺點(diǎn) 2021-7-54 2.1 電接觸與觸頭 n電接觸 n概念 n物理現(xiàn)象 n觸頭 n結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或以上的導(dǎo)體 n基本要求：P35 n電阻不大

2、且穩(wěn)定 n分類 n連接觸頭 圖21 n機(jī)械性能；總電阻小；溫升；電動(dòng)力 n換接觸頭 圖22 n通常意義上的觸頭 2021-7-55 2.1 電接觸與觸頭 n觸頭的四種工作情況及要求 n分?jǐn)酄顟B(tài) n過電壓防電擊穿 n斷口間隔和爬電距離足夠 n閉合狀態(tài) n1）一定過載能力，控制溫升； n2）抗電磁斥力和熔焊； n3）接觸電阻的長期穩(wěn)定 n理論計(jì)算 n如何盡量小 Input 滅弧室 電弧 觸頭 2021-7-56 2.1 電接觸與觸頭 n閉合過程 n情況： mv2/2；彈跳過程預(yù)擊穿引起的短弧 n1）彈跳持續(xù)時(shí)間要短； n2）抗電弧熔焊性好； n分?jǐn)噙^程 n考慮電弧的破壞影響：觸頭、絕緣等 n要求：

3、 n介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度高，燃弧時(shí)間短，過電壓低，抗電弧焊。 2021-7-57 2.1 電接觸與觸頭 n觸頭的工作要求（開或斷） n電動(dòng)斥力 n熔焊材料要求 n溫升結(jié)構(gòu) n可靠熄滅電弧 n多方面，可圍繞電擊穿、熱擊穿階段來分析 n觸頭基本參數(shù) n開距、超程、初壓力、終壓力 n接觸壓力力的全動(dòng)態(tài)過程仿真或試驗(yàn) 2021-7-58 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n電弧 n觸頭與電弧形成過程：P36 n觸頭分離觸點(diǎn)熔融液態(tài)金屬橋的形成液體金 屬沸騰、爆炸觸頭間隙形成過電壓擊穿火花 放電或電弧電弧熄滅 n一種物質(zhì)形態(tài)自然界第四態(tài) n本質(zhì)：能量積聚/瀉放過程形成的物質(zhì)形態(tài) nVideo n危害： n對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備本

4、身的性能、運(yùn)行的影響 n燒蝕、污染、發(fā)熱、誤動(dòng)、據(jù)動(dòng)等等 n能量瀉放 n抑止過電壓或者設(shè)備毀壞，區(qū)域電網(wǎng)崩潰 2021-7-59 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n電弧形成過程 n危害 P37 n其他工業(yè)和生活的用處 n1）氣體的電離 n電子的穩(wěn)態(tài) n原軌道激勵(lì)狀態(tài)(持續(xù)0.11us)自由電子 n 式21 n原軌道亞穩(wěn)態(tài)(持續(xù)0.110ms) 自由電子 n電離和電離能 n電離概念 n式22 12 WhvEE ii WeU 2021-7-510 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n電離形式 n表面發(fā)射 n場所： n金屬電極表面 n種類： n熱發(fā)射、場致發(fā)射、光發(fā)射、二次發(fā)射等四種形式 n空間電離 n場所： n

5、觸頭間隙內(nèi) n種類： n光電離、熱電離、碰撞電離等三種形式 2021-7-511 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n各種電離的本質(zhì) P3738 n熱發(fā)射：加熱，電子克服電場勢(shì)壘；逸出功 n場致發(fā)射：強(qiáng)電場使勢(shì)壘減小 n光發(fā)射：射線照射金屬表面，電子獲取能量 n二次發(fā)射：粒子高速撞擊 n光電離 n熱電離 n碰撞電離：主要是電子 2021-7-512 2） 電離及其形式 n消電離概念 P38 n消電離形式 n復(fù)合 n概念： P38 n形式： n表面復(fù)合 n空間復(fù)合 n復(fù)合概率：氣體性質(zhì)及純度 n惰性氣體、氫氣、氮?dú)獾炔粫?huì)負(fù)荷 nSF6等極強(qiáng)的俘獲電子的能力 n能量過程： n(中性)粒子增速；光量子輻射

6、n擴(kuò)散 2021-7-513 3）氣體放電過程 n原因及圖24 nOD非自持放電階段 n無自由電子，直至有外界作用 nD以后自持放電階段 n各種電子較多，可形成持續(xù)放電 n擊穿電壓Ub決定自持放電的主因 nCE：湯遜放電區(qū)（無光放電、黑暗放電） nEF：過渡階段，輝光 n電流增大、電離增強(qiáng)，維持放電所需電壓下降 nFG：輝光布滿陰極表面 n電流增大、電流密度穩(wěn)定、陰極區(qū)電壓降穩(wěn)定 nGH：異常輝光放電階段 n電流和電流密度皆增大 nH以后：弧光放電階段 n電流密度和溫度極高，熱電離為主 2021-7-514 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n電弧的外觀與本質(zhì) n圖25 nAanode nCcatho

7、de n陰極斑點(diǎn) n溫度極高（氣化溫度）、電流密度極高 n在自身磁場作用下運(yùn)動(dòng) n陽極斑點(diǎn) 2021-7-515 2.2 電弧及其產(chǎn)生過程 n近陰極區(qū)、近陽極區(qū) n兩極區(qū)的電壓降與電流無關(guān)，20V n弧柱 n其內(nèi)部氣體全部電離 n等離子區(qū)：正負(fù)帶電粒子電量相等 n電場強(qiáng)度近乎恒值 n圖25 n電弧本質(zhì) n自持放電的一種形式 nP41 2021-7-516 2.3 電弧的特性和方程 n電壓方程 式24 n近極區(qū)壓降 n電場強(qiáng)度分布 圖26 n直流電弧的伏安特性 圖27 n該特性雖有各種經(jīng)驗(yàn)公式，但最好由實(shí)驗(yàn)確定該特性雖有各種經(jīng)驗(yàn)公式，但最好由實(shí)驗(yàn)確定 n負(fù)阻特性 n電流增大，而電弧電壓降低 n增

8、大的電流使熱電離加劇，離子濃度增大，維持穩(wěn)定燃弧 所需電壓降低 Acap UUUU 0A UUEl 2021-7-517 直流電弧的伏安特性 n圖27的伏安特性分析 n曲線1中，設(shè)I2對(duì)應(yīng)的電阻為R12，I1對(duì)應(yīng)的 電阻為R11；同理，設(shè)曲線2中，I2對(duì)應(yīng)R22 n方向：電流在曲線1上減小到I1，在曲線2上增加 到I2 n在曲線2上，是假定電流從I1減小到I2，而由于電弧的 熱慣性，有R22R11； n又由于負(fù)阻特性，有R11I2R11 n所以，曲線2在曲線1的下方 2021-7-518 直流電弧的伏安特性 n直流電弧的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)伏安特性 n圖27中，參數(shù)為Uh、Ih，而Ih隨時(shí)間t的變 化情

9、況決定了直流電弧的特性 n當(dāng)電流隨時(shí)間緩慢變化時(shí)，有靜態(tài)伏安特性 n靜態(tài)伏安特性只有一條：曲線1 n經(jīng)驗(yàn)公式： n當(dāng)電流隨時(shí)間有一定速度的變化時(shí)，形成動(dòng)態(tài)伏 安特性：P78圖320 n速度無限大時(shí)，曲線03：dIh/dt=無限大 nIh變化期間，弧柱的溫度、直徑不變 n動(dòng)態(tài)特性有無數(shù)條：曲線1和曲線3之間，如曲線2 0 2 h h cl UU I 2021-7-519 直流電弧的伏安特性 n分析動(dòng)態(tài)伏安特性 n靜態(tài)伏安特性 曲線1 n動(dòng)態(tài)伏安特性 曲線2 n電流從I2I3時(shí) n若快速變化，則從曲線2方向變化 n電弧變化滯后，電阻維持較大 n靜態(tài)特性中的電弧電阻變小（弧柱變粗） n在I3時(shí)，快速

10、趨向曲線1相應(yīng)點(diǎn) n若瞬態(tài)變化，則沿曲線3方向 n在I3時(shí)，快速趨向曲線1相應(yīng)點(diǎn) n根據(jù)電流變化速度的不同，曲線2在1和3之間 動(dòng)態(tài)變化，謂之動(dòng)態(tài)伏安特性 2021-7-520 直流電弧的伏安特性 n起弧條件 n表22 n燃弧電壓、燃弧電流、電極材料、間隙介質(zhì) 等相關(guān) 2021-7-521 交流電弧的伏安特性 n交流電弧的伏安特性 n圖28 n前提： n滅弧作用不太強(qiáng)烈，即電流過零期間，電弧電阻始終為一有 限值 n只有動(dòng)態(tài)伏安特性交流變化的電流 n原點(diǎn)對(duì)稱伏安特性兩次交流過零點(diǎn) n可以用下一小節(jié)“電弧的能量平衡”解釋 n圖29 n電阻性負(fù)載：電壓電流同相位 n電感性負(fù)載：電流i落后于電壓u相位

11、90度； n注意弧壓升高到擊穿階段弧壓升高到擊穿階段 n注意負(fù)阻特性負(fù)阻特性 2021-7-522 2.3 電弧的特性和方程 n電弧的能量平衡 n電弧功率計(jì)算 n電弧電壓公式25 n電弧功率公式26 n短弧：U0占主導(dǎo)地位金屬件散熱 n長?。篣A占主導(dǎo)地位弧柱散熱 n電弧的動(dòng)態(tài)熱平衡方程 n式27 n電弧的熄滅取決于PA和Pd n滅弧指導(dǎo) Acap UUUU 0AAAAA PU IU IElI A Ad dQ PP dt 2021-7-523 2.3 電弧的特性和方程 n用“電弧的能量平衡”解釋圖28 n0A段 nIh過零期間，PA0 ，此時(shí)dQA/dt=-Pd n弧柱變冷、變細(xì)，Rh增大，因

12、而0A段斜率（電阻）較大 nAB段 nIh增大，PA增大，一直到dQA/dt0 n那么弧柱變熱、變粗，Rh迅速下降 nRh的下降速度和ih的上升速度形成AB段 nBC段 nIh減小，UA沿曲線BC上升 n但弧柱的熱慣性使得曲線BC比AB低（圖27） nC0段 nRh的上升。 n特殊點(diǎn)： nA燃弧尖峰 nC熄弧尖峰 2021-7-524 2.4 直流電弧及其熄滅 n電路模型圖213 n電壓平衡方程：式28 n圖解 210 n橫線是電源電勢(shì)U n曲線1為靜態(tài)伏安特性 n曲線2為U-iR特性 n曲線2與橫線U之間的夾角為 A di UiRLu dt 2021-7-525 2.4 直流電弧及其熄滅 n

13、兩個(gè)穩(wěn)定點(diǎn) n虛假穩(wěn)定點(diǎn)A n真正穩(wěn)定點(diǎn)B nAB之間，有Ldi/dt0 2021-7-526 2.4 直流電弧及其熄滅 n熄弧方法（根據(jù)圖210及其解釋） n電弧伏安特性上移，至穩(wěn)定點(diǎn)2不存在為止 n根據(jù)式25 n增大近極壓降 n圖212 d）的方法：長弧短弧 n增大電弧長度 n圖212的方法 n增大弧柱電場強(qiáng)度E n增大氣體介質(zhì)壓強(qiáng)、速度、材料等等 n增大電弧電阻 n拉長電弧、冷卻等 n增大回路電阻 n斜直線的角變大，至穩(wěn)定點(diǎn)2不存在為止 2021-7-527 2.4 直流電弧及其熄滅 n直流電弧熄弧/分?jǐn)嚯娐窌r(shí)的過電壓 n那么： n1）L越大，過電壓越高（儲(chǔ)能多）； n2）熄弧速度越快，

14、過電壓越高 h ghh dI UUURIL dt m ax 0 h h g I dI UUL dt 2021-7-528 2.4 直流電弧及其熄滅 n滅弧措施及圖213 n滅弧強(qiáng)度 n過強(qiáng)則導(dǎo)致高的過電壓 n過低則延長滅弧時(shí)間，甚至滅弧失敗 n213 a）負(fù)載并聯(lián)電阻 n熄弧后回路方程： ()0 h hs dI LIRR dt 00 /| st IUR () s RR t L h s U Ie R s RR t L abhs UI RUe () 0 s RR t L h II e max000 | s RR t L hsst UUI R eUI R max0 2| s RR t L habt

15、UUUUUeU 其他情況其他情況 2021-7-529 2.4 直流電弧及其熄滅 n理論上：增大與負(fù)載并聯(lián)的電阻Rs可減小I0，以減 小可能的過電壓 n但增大了正常情況下的功率損耗 n213 b） n二極管：避免正常時(shí)的功率損耗 n此時(shí)可采用較大的Rs n213 c） n雙斷口以降低過電壓 nC1為主滅弧機(jī)構(gòu) nC2為輔助滅弧機(jī)構(gòu) n電阻Rs用于減小電弧電流（減少電感中的能量） nC2較弱的滅弧能力使熄弧過程延長，防止高的過電壓產(chǎn)生 2021-7-530 2.5 交流電弧及其熄滅 n電弧熄滅原理 n直流電弧 n方法： n電弧伏安特性上移 n拉長電弧冷卻 n增大弧阻和弧壓 n特點(diǎn)特點(diǎn)：電流過零熄

16、滅 n交流電弧 n電流過零時(shí)的兩種競爭過程 圖214 n介質(zhì)恢復(fù)過程 n弧隙電壓恢復(fù)過程 n特點(diǎn)特點(diǎn)：每工頻周期存在兩個(gè)過零點(diǎn) n共同點(diǎn)共同點(diǎn)：提高介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度 2021-7-531 2.5 交流電弧及其熄滅 n介質(zhì)恢復(fù)過程 n了解近陰極區(qū)和弧柱區(qū)的不同 n1）近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù) 圖215 n近陰極效應(yīng) n由于電子移動(dòng)速度快，故介質(zhì)恢復(fù)過程快：0.11us n過零前后，電極位置互換，電子速度快于正離子，濃度的 變化使得在新陰極表面的場致發(fā)射場致發(fā)射很弱甚至沒有 n溫度低于熱電離熱電離溫度 n金屬柵截割電弧 n短弧滅弧原理 n綜合利用兩者滅弧的方法 2021-7-532 2.5 交流電弧及其熄滅

17、 n近陰極區(qū)的電場和電位分布 n假定在x=l處E=0 n正離子和電子濃度一樣 n泊松方程 圖215 b） nn: 電荷的數(shù)密度；: 介電常數(shù) n假定x=0處U=0 n對(duì)泊松方程進(jìn)行x的積分： nx=l時(shí)有最大值： () nq Elx () 2 j nqxx Ul 2 2 j nql U 2021-7-533 2.5 交流電弧及其熄滅 n2）介質(zhì)恢復(fù)過程的弧柱區(qū) n零休時(shí)間 n電弧電流自然過零前后數(shù)十微秒內(nèi) n電弧電阻并非無窮大 n殘存帶電粒子形成剩余電流剩余電流 n電源仍向弧隙輸送能量 n熱擊穿及熱擊穿階段 n弧隙能量獲取大于散發(fā) n電擊穿及其階段 n弧隙間電壓足夠高 2021-7-534 2

18、.5 交流電弧及其熄滅 n弧隙電壓恢復(fù)過程 n恢復(fù)電壓 n穩(wěn)態(tài)恢復(fù)電壓直流和工頻 n暫態(tài)恢復(fù)電壓 n不同性質(zhì)電路的分?jǐn)?圖216 n電阻性：只有穩(wěn)態(tài)分量 n電壓電流同相位 n電感性負(fù)載：電流i落后于電壓u相位90度； n電流為零時(shí)，電壓處于幅值最大時(shí)刻 2021-7-535 2.5 交流電弧及其熄滅 n電容性負(fù)載：電流i超前于電壓u相位90度； n注意： n虛線為電容電壓Uc n實(shí)線在過零前是電弧電流i，過零后為電弧電壓Uhf n因?yàn)殡娀‰娏鬟^零后，且電弧熄滅，故 n電容電壓達(dá)到最大 n電容和電源隔離，無放電回路，電容電壓不變 n電流過零電弧后，電源電壓繼續(xù)變化，使Uhf最終達(dá)到 最大為兩倍的

19、電源幅值 n選擇：電感性為設(shè)計(jì)、試驗(yàn)代表 2021-7-536 2.5 交流電弧及其熄滅 n電感性弧隙恢復(fù)電壓分析 n假設(shè)條件：電阻為零，且過程極短暫 n解特征：工頻暫態(tài)量穩(wěn)態(tài)量Ugm n實(shí)際上實(shí)際上，電弧總存在等效并聯(lián)電阻和電容，則有： 2 2 gm did Uc uULUcLCUc dtdt 00 cossin gm UcUAtBt 2 2 hfhf L gmhfhf d udu diL uULuLCu dtdtRdt hfhf LCR duu iiiC dtR 2021-7-537 2.5 交流電弧及其熄滅 n根據(jù)解的實(shí)根或虛根情況，有兩種恢復(fù)電壓曲線 n共同點(diǎn)：恒定量Ugm暫態(tài)分量 n

20、實(shí)根：存在暫態(tài)衰減量 n虛根：存在單調(diào)變化量 n滅弧時(shí)刻選擇依據(jù) n零休期熱擊穿階段 n1） （首次自然過零點(diǎn)） n2）弧隙輸入功率最??； n3）線路儲(chǔ)能較小，不易出現(xiàn)高的過電壓（電擊穿） n實(shí)際情況非圖24所示 n圖24只是固有ujf和uhf的特性 n由于弧隙電阻Rs的存在，使ujf和uhf兩者都趨于降低， 即兩者是相互關(guān)聯(lián)的 2021-7-538 2.5 交流電弧及其熄滅 n熄弧過程 圖218 n三個(gè)半波的過程 n三個(gè)相位是：電流過零點(diǎn)落后于電壓過零點(diǎn)的相角 n第一個(gè)過零點(diǎn)： nujf不高，弧壓uh不大，電流畸變不大，重燃 n第二個(gè)過零點(diǎn)： n弧長增大，弧壓uh增大，則電弧電流ih變小 n

21、過零點(diǎn)的電流有畸變 nujf變大 n第三個(gè)過零點(diǎn)： n弧長和弧壓uh更增大，ih變小更多 nujf增加更多 n3小于90度，uhf在較低的工頻恢復(fù)電壓uhf瞬時(shí)值作用下上升 2021-7-539 2.6 滅弧裝置（介紹） n滅火花電路 圖219 n用于繼電器 n本質(zhì)：放電回路 n簡單滅弧 n拉長電?。夯涸龃?，特性上移 n空氣冷卻：介質(zhì)恢復(fù) n磁吹滅弧裝置 圖220 n電流：681； n鐵心和夾板：減小磁路增大磁通； n考慮結(jié)構(gòu)、磁通與滅弧等的優(yōu)化 2 FI 2 FI 2021-7-540 2.6 滅弧裝置（介紹） n弧罩與縱縫滅弧裝置 圖221 n縱縫：滅弧室縫隙方向與電弧軸線平行 n目的：

22、冷卻電弧以滅弧 n多縫：比單縫的阻力小； n縱向曲縫： n顯著增大接觸面積，提高弧柱的冷卻和消電離作 用 n電弧受到的阻力較大（需要較大的外加磁場） 2021-7-541 2.6 滅弧裝置（介紹） n柵片滅弧裝置 n絕緣柵片 n利用電弧段之間的電磁力使電弧與柵片緊密接觸 來增強(qiáng)熄弧能力 n金屬柵片 n切割成短弧 n利用近極區(qū)效應(yīng)增強(qiáng)熄弧能力 2021-7-542 2.6 滅弧裝置（介紹） n固體產(chǎn)氣滅弧裝置 n熔斷器 n原理： n1、熔體熔化和汽化，形成短弧 n2、絕緣管產(chǎn)生高壓氣體 n石英砂滅弧裝置 n熔斷器 n石英砂來限制弧柱的擴(kuò)展并冷卻電弧 n1、短弧（多斷口串聯(lián)） n2、高壓氣體（石英

23、砂限值氣體擴(kuò)散） n3、狹縫冷卻 n缺點(diǎn)：石英砂的熔解導(dǎo)致穩(wěn)定燃弧現(xiàn)象出現(xiàn) 2021-7-543 2.6 滅弧裝置（介紹） n油吹滅弧裝置 n變壓器油分解、氣化 n氣泡的氣體中 n油蒸汽40，其他氣體60 n其他氣體：氫氣(70%以上)、乙、乙烯。 n氣泡體積關(guān)系： n易于滅?。?n氣體中：氫導(dǎo)熱系數(shù)最大，粘度最小 n氣泡壓力大油限值其體積，且油在電弧作用下分解和 氣化 n油易于滅弧 n缺點(diǎn)： n有臨界電流、極限開斷電流 n結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)麻煩 h VkW 2021-7-544 2.6 滅弧裝置（介紹） n壓縮空氣滅弧裝置 n利用壓縮空氣增強(qiáng)滅弧 n結(jié)構(gòu) n棒棒，管管，棒管 n缺點(diǎn)： n結(jié)構(gòu)復(fù)雜

24、 n滅弧能力過強(qiáng)，常引起電流截?cái)鄬?dǎo)致高過電壓 n噴口堵塞可能導(dǎo)致弧柱冷卻不夠，導(dǎo)致電弧重 燃極限開斷電流 2021-7-545 2.6 滅弧裝置（介紹） n六氟化硫（SF6）滅弧 n正八面體分子結(jié)構(gòu)，強(qiáng)負(fù)電性 n即對(duì)電子有極大的親和力，而粘合形成負(fù)離子負(fù)離子質(zhì)量為電子的 幾千倍，在電場中移動(dòng)緩慢，極大提高介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度速度 n常溫下穩(wěn)定：150度不易起化學(xué)反應(yīng) n無色、無臭、無味、無毒、不燃、無腐蝕性 n密度大，熱容量高（易于滅?。?n高溫會(huì)分解，但低溫下極易恢復(fù) n擊穿電壓高（約為空氣的23倍） n簡單開斷時(shí)，開斷能力比空氣強(qiáng)約100倍；而簡單的輔助手段即可大 幅提高開斷能力 n缺點(diǎn)： n易

25、液化 n不均勻電場中的擊穿電壓下降明顯 n電弧可以拉很長而很難截?cái)?2021-7-546 2.6 滅弧裝置（介紹） n真空滅弧 n真空度：1.3310-3Pa n電子自由行程很大，達(dá)43m ，不易碰撞 n空氣分子自由形成達(dá)7.6m n介質(zhì)擊穿條件： n電子碰撞粒子時(shí)期電離（電場電離）以產(chǎn)生更多的電子 n擊穿電壓比空氣高很多 n電弧構(gòu)成：金屬蒸汽 n金屬蒸汽不多且不易擴(kuò)散 n介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快 n滅弧能力強(qiáng)（無足夠介質(zhì)） n滅弧室尺寸可以較小 n容易形成截流而形成高的過電壓 2021-7-547 2.6 滅弧裝置（介紹） n優(yōu)點(diǎn)： n免維修；防爆 n耐壓強(qiáng)度高 n分?jǐn)嗄芰Ω?nmm級(jí)別開距 n介質(zhì)強(qiáng)

26、度恢復(fù)快 n操作頻率高 n結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作噪聲小 n缺點(diǎn)： n過電壓高，截流 n擊穿電壓受電極表面粗糙度和污染程度影響很大 n電弧使電極，特別是陰極光潔度影響極大 2021-7-548 2021-7-549 2021-7-550 2.6 滅弧裝置（介紹） n無弧分?jǐn)?n交流電流過零點(diǎn)分?jǐn)?，并使介質(zhì)強(qiáng)度以足夠 快的速度恢復(fù) n同步開關(guān)，圖223 n給觸頭并聯(lián)晶體管 n混合開關(guān)，圖224 n固體開關(guān) n新型材料的阻抗特性 2021-7-551 2.7 觸頭的接觸電阻 n兩個(gè)觸頭表面情況 n加工的凸凹不平 n工業(yè)金屬表面的凸凹不平（110um） n氧化污染 n接觸處有金屬、氧化污染后的

27、金屬及各種絕緣 膜圖225 n觸頭溫升 n惡性循環(huán)：溫升導(dǎo)致接觸電阻增加，接觸電阻的 增加又導(dǎo)致溫升增加 0 (1) jw RR 2021-7-552 2.7 觸頭的接觸電阻 n表面膜 n塵埃膜、化學(xué)吸附膜、無機(jī)膜、有機(jī)膜 n接觸電阻 n接觸壓力 n圖227 n觸頭溫升 n材料和接觸面積 n材料、表面加工情況、接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)和接觸面積（半徑）、 氧化和污染情況等 n歸結(jié)為參數(shù)Ke，圖227 n接觸形式 n圖226 (0.102) c j m j K R F 2021-7-553 2.7 觸頭的接觸電阻 n束流現(xiàn)象 n電流限于接觸點(diǎn)和接觸面積極度縮小所造成 的電流收縮現(xiàn)象 n反向電動(dòng)斥力 nPinc

28、h效應(yīng)造成的附加斥力 2 00 4( ) e R FI ln r 2 0 6 p FI 2021-7-554 2.8 閉合狀態(tài)下的觸頭 n觸頭的四種工作情況及要求 n分?jǐn)酄顟B(tài) n過電壓防電擊穿 n閉合狀態(tài) n1）一定過載能力，控制溫升； n2）抗電磁斥力和熔焊； n3）接觸電阻小。 n閉合過程 n情況： mv2/2；彈跳過程預(yù)擊穿引起的短弧 n1）彈跳持續(xù)時(shí)間要短； n2）抗電弧熔焊性好； n分?jǐn)噙^程 n介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度高，然弧時(shí)間短，過電壓低，抗電弧焊。 2021-7-555 2.8 閉合狀態(tài)下的觸頭 n閉合狀態(tài)下 n溫度升高 n觸頭之間的電動(dòng)斥力 n觸頭的發(fā)熱 n本體發(fā)熱和觸點(diǎn)發(fā)熱 n觸點(diǎn)產(chǎn)熱

29、多，散熱面積小 n觸點(diǎn)發(fā)熱的溫升：式223 222 /(8)/(8) jpjj I RU 2021-7-556 2.8 閉合狀態(tài)下的觸頭 n例21 n注意計(jì)算過程：2.175應(yīng)該是175 n接觸電阻和接觸電壓降 n實(shí)際的RjUj曲線：圖228 n軟化電壓Us n金屬材料軟化 n此時(shí)Rj驟減 n熔化電壓Um n觸頭溫度達(dá)熔點(diǎn) n接觸電阻允許值 (0.5 0.8) js UU / jj RUI 2021-7-557 2.8 閉合狀態(tài)下的觸頭 nUj與時(shí)間的特性 圖229 n觸頭表面的氧化腐蝕導(dǎo)致膜層增加 n膜的破壞使Rj驟減 n應(yīng)對(duì) n材料選擇 n銅鍍銀、嵌銀或金等 n機(jī)構(gòu)設(shè)置 2021-7-55

30、8 2.8 閉合狀態(tài)下的觸頭 n觸頭間的電動(dòng)力 n導(dǎo)體截面變化時(shí)，電力線彎曲 n徑向力分量 n軸向力分量 nF I2 2021-7-559 2.9 觸頭接通過程及其熔焊 n觸頭接通/閉合： n彈性和塑性變形 n部分能量轉(zhuǎn)換為熱量塑性變形 n部分能量轉(zhuǎn)換為反彈運(yùn)動(dòng)彈性變形 n二次彈跳原因 n圖231 n觸頭的閉合 n鐵心的閉合（銜鐵與磁軛閉合） n觸頭材料蒸發(fā)的壓力 2021-7-560 2.9 觸頭接通過程及其熔焊 n閉合彈跳過程 n圖232 n能量漸小 n部分能量轉(zhuǎn)換為熱量塑性變形 n部分能量轉(zhuǎn)換為反彈運(yùn)動(dòng)彈性變形 n共振 n熔焊與彈跳力的作用 n振幅計(jì)算 n能量平衡公式 nW：位能；WA：

31、塑性變形的消耗能 n式231 2 2 A mv WW 2021-7-561 2.9 觸頭接通過程及其熔焊 n觸頭的熔焊 n分類 n靜熔焊 n動(dòng)熔焊 n影響因素 n電參數(shù) n機(jī)械參數(shù) n表面狀況 n材料 n觸頭的冷焊 n壓力情況下連接處金屬分子或原子間的結(jié)合 2021-7-562 2.10 觸頭分?jǐn)噙^程與其侵蝕 n分?jǐn)噙^程觸頭損失嚴(yán)重 n過程歷時(shí)長 n電弧持續(xù)時(shí)間長 n侵蝕 n機(jī)械侵蝕：機(jī)械摩擦 n化學(xué)侵蝕：氧化膜破碎導(dǎo)致 n電侵蝕：電火花或電弧 n電侵蝕 n橋蝕 圖25 n弧蝕 2021-7-563 2.10 觸頭分?jǐn)噙^程與其侵蝕 n橋蝕 n陽極材料向陰極轉(zhuǎn)移 n陰極凸起、陽極凹陷 n火花放電 n物理過程 n電壓較高而功率較小 n強(qiáng)電場擊穿 n無熱電離 n間歇性和不穩(wěn)定 n陰極受電蝕陰極向陽極發(fā)射電子 2021-7-564 2.10 觸頭分?jǐn)噙^程與其侵蝕 n弧蝕 n陰極電蝕 n正離子在陰極附近形成正空間電荷層，形成強(qiáng)電場 n陰極材料向陽極轉(zhuǎn)移 n陰極凹陷、陽極凸起 n凈侵蝕 n高溫情況下，陰極和陽極材料的局部熔化和蒸發(fā) n陽極電蝕 n火花放電和電弧放