交流電弧的熄滅原理學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1交流電弧交流電弧(dinh)的熄滅原理的熄滅原理第一頁，共59頁。教學(xué)目的與要求： 1、掌握近陰極效應(yīng)，熟悉開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)(huf)強(qiáng)度特性； 2、掌握工頻恢復(fù)(huf)電壓，熟悉理想弧隙電壓恢復(fù)(huf)過程，了解電弧參數(shù)對電壓恢復(fù)(huf)過程的影響； 3、掌握交流電弧的熄滅條件，了解交流電弧熄滅過程的計算方法 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 1、近陰極效應(yīng)與弧隙介質(zhì)恢復(fù)(huf)強(qiáng)度特性； 2、工頻恢復(fù)(huf)電壓及理想弧隙電壓恢復(fù)(huf)過程； 3、交流電弧的熄滅條件 第四章第四章 交流電弧交流電弧(dinh)的熄滅原理的熄滅原理第1頁/共58頁第二頁，共59頁。教學(xué)基本內(nèi)容：

2、1、介質(zhì)恢復(fù)(huf)過程的概念； 2、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)(huf)強(qiáng)度特性； 3、恢復(fù)(huf)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)(huf)電壓； 4、理想弧隙上的電壓恢復(fù)(huf)過程； 5、電弧參數(shù)對電壓恢復(fù)(huf)過程的影響； 6、交流電弧的熄滅條件； 7、交流電弧熄滅過程的計算方法。 第四章第四章 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅(xmi)原理原理第2頁/共58頁第三頁，共59頁。 第四章第四章 交流電弧交流電弧(dinh)的熄的熄滅原理滅原理 概 述 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4-3 交流電弧(dinh)的熄滅條件和計算方法 小 結(jié) 第3頁/共58頁第四頁

3、，共59頁。概概 述述一、交流電弧過零后，存在兩個(lin )過程： 介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程。 1、介質(zhì)恢復(fù)過程： 弧隙中電離氣體從導(dǎo)電狀態(tài)迅速變?yōu)榻^緣狀態(tài)，使弧隙能承受電壓作用而不發(fā)生電弧重燃的過程。 第4頁/共58頁第五頁，共59頁。 2、電壓恢復(fù)過程：熄弧后電路將被開斷，電源電壓加到弧隙兩端觸頭上的過程。 若介質(zhì)(jizh)恢復(fù)強(qiáng)度曲線ujf 大于電壓恢復(fù)強(qiáng)度曲線uhf，則電弧趨于熄滅；否則，若某一瞬間ujf小于uhf，則電弧將繼續(xù)燃燒。 概 述第5頁/共58頁第六頁，共59頁。二、兩過程二、兩過程(guchng)(guchng)在在“競競賽賽” 概 述uhfujf1ujf1tu交流

4、電弧過零后，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程(guchng)和弧隙上的電壓恢復(fù)過程(guchng)第6頁/共58頁第七頁，共59頁。一、介質(zhì)恢復(fù)過程的概念：一、介質(zhì)恢復(fù)過程的概念： 在交流電流過零后的熄弧過程中，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程在交流電流過零后的熄弧過程中，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)的情況不同。在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)的情況不同。 1、近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程：、近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程： 近陰極效應(yīng)（重要概念）：電流過零期間，弧隙兩端電壓也過近陰極效應(yīng)（重要概念）：電流過零期間，弧隙兩端電壓也過零，此時弧隙中的正負(fù)帶電粒子由于熱運(yùn)動而處于均勻分布狀零，此時弧隙中的正負(fù)帶電粒子由于熱運(yùn)動而處于均勻分

5、布狀態(tài)。電流過零后，當(dāng)弧隙兩端電壓極性改變時，電子迅速向正態(tài)。電流過零后，當(dāng)弧隙兩端電壓極性改變時，電子迅速向正極方向運(yùn)動，而離子由于質(zhì)量很大，加速緩慢，如果新陰極較極方向運(yùn)動，而離子由于質(zhì)量很大，加速緩慢，如果新陰極較冷，要產(chǎn)生電弧電子只能靠陰極表面處存在的高電場進(jìn)行發(fā)射冷，要產(chǎn)生電弧電子只能靠陰極表面處存在的高電場進(jìn)行發(fā)射，要求，要求(yoqi)E0大于一定值（如大于一定值（如106v/cm）。電場）。電場E0隨著電極上電壓隨著電極上電壓Uj 的增大而增大，所以的增大而增大，所以Uj必須大于一定值；必須大于一定值；否則，否則，E0就不足以產(chǎn)生場致發(fā)射，電弧便不能再產(chǎn)生。就不足以產(chǎn)生場致發(fā)射

6、，電弧便不能再產(chǎn)生。4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)(huf)過程過程第7頁/共58頁第八頁，共59頁。4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程第8頁/共58頁第九頁，共59頁。 從電路的角度看，好象弧隙在電流過零后立即獲得一定的耐從電路的角度看，好象弧隙在電流過零后立即獲得一定的耐壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過零后弧隙立即壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過零后弧隙立即能承受能承受(chngshu)的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0。 4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程第9頁/共58頁第十頁

7、，共59頁。4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程 介質(zhì)初始恢復(fù)介質(zhì)初始恢復(fù)(huf)強(qiáng)度強(qiáng)度Ujf0 并非是一個固定值，它和電流過零瞬間原來并非是一個固定值，它和電流過零瞬間原來的陽極（過零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流的陽極（過零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流Ih增大時電流過零增大時電流過零瞬間電極溫度很高，因而瞬間電極溫度很高，因而Ujf0 下降。見表下降。見表4-1：第10頁/共58頁第十一頁，共59頁。交流交流(jioli)(jioli)電流過零瞬間，電流過零瞬間，E0 E0 與與Uj Uj 的關(guān)系：的關(guān)系：4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh

8、)恢復(fù)過程恢復(fù)過程jnqUE20n:弧隙中正離子數(shù)密度q:一個帶電粒子的電量Uj :相對于陰極的電位(din wi) ：氣體的介電常數(shù)第11頁/共58頁第十二頁，共59頁。P98 例題：設(shè)交流電流過零時，某空氣介質(zhì)短弧弧隙中正離子數(shù)密度n=1014 cm-3 ,在陰極表面處的最大允許電場強(qiáng)度EX=30*104 V/cm。又計算(j sun)弧隙的介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0 。 解：由式 得：4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)(huf)過程過程cmF /1086. 8140Cq19106 . 1jnqUE20VVnqEUxjfo250106 . 1102)300000(1086. 82191

9、421420第12頁/共58頁第十三頁，共59頁。2、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程：、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程： 1）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以上時，電弧重燃的物理本質(zhì)是電弧以上時，電弧重燃的物理本質(zhì)是電弧的的PhPs（輸入功率（輸入功率(gngl)大于散發(fā)功率大于散發(fā)功率(gngl)），弧柱被加熱），弧柱被加熱使電弧重燃，稱為熱擊穿。使電弧重燃，稱為熱擊穿。 在臨界狀態(tài)，且在臨界狀態(tài)，且Rz保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱此時的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度此時的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度ujf。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)

10、強(qiáng)度為：度為： jfzzuR P4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程第13頁/共58頁第十四頁，共59頁。 2）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以下，熱電離作用已基本上停止，以下，熱電離作用已基本上停止，Rz，無電弧，無電弧(dinh)。若此時外加電壓，將產(chǎn)生電場。若此時外加電壓，將產(chǎn)生電場。 如電場強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生間隙擊穿而使電弧如電場強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生間隙擊穿而使電弧(dinh)重燃，即電擊穿。重燃，即電擊穿。 電流過零后的這一階段稱為電擊穿階段。電流過零后的這一階段稱為電擊穿階段。 弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程對熄滅交流長弧具有重要意義，是所有高壓電

11、器和部分低壓電器設(shè)計的理論基礎(chǔ)?；≈鶇^(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程對熄滅交流長弧具有重要意義，是所有高壓電器和部分低壓電器設(shè)計的理論基礎(chǔ)。4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程第14頁/共58頁第十五頁，共59頁。 綜上所述，在電流過零后的熄弧過程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過兩個階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。綜上所述，在電流過零后的熄弧過程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過兩個階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。 前者弧隙具有一定的電阻，流過一定的電流；后者弧隙電阻趨于無窮大，但因介質(zhì)前者弧隙具有一定的電阻，流過一定的電流；后者弧隙電阻趨于無窮大，但因介質(zhì)(jizh)溫度高，擊穿比較容易。溫度高，擊穿

12、比較容易。 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)(huf)過程過程第15頁/共58頁第十六頁，共59頁。二、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性：二、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性： 開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系，稱作弧隙開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系，稱作弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性。介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性。 大氣自由燃弧的情況下，開斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度大氣自由燃弧的情況下，開斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0 越小。除開關(guān)電流外，越小。除開關(guān)電流外，Ujf0 還與觸頭材料還與觸頭材料(cilio)的熱導(dǎo)的熱導(dǎo)率、沸點(diǎn)有一定的關(guān)系。率、沸點(diǎn)有一定的關(guān)系。 高壓電器中，弧隙

13、的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對弧高壓電器中，弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對弧柱的冷卻和消電離作用。柱的冷卻和消電離作用。 4-1 弧隙中的介質(zhì)弧隙中的介質(zhì)(jizh)恢復(fù)過程恢復(fù)過程第16頁/共58頁第十七頁，共59頁。按照弧隙上是否施加按照弧隙上是否施加(shji)電壓來分類：電壓來分類：固有介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上不施加固有介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上不施加(shji)電壓電壓時的介質(zhì)恢復(fù)過程，相應(yīng)的時的介質(zhì)恢復(fù)過程，相應(yīng)的ujf 隨隨t變化的關(guān)系，也稱自由變化的關(guān)系，也稱自由恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在給定的弧隙介質(zhì)條件下僅有一恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在給定的弧隙介質(zhì)條

14、件下僅有一條。條。實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上施加實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上施加(shji)某一電某一電壓時的介質(zhì)恢復(fù)過程，相應(yīng)的壓時的介質(zhì)恢復(fù)過程，相應(yīng)的ujf 隨隨t變化的關(guān)系，這種特變化的關(guān)系，這種特性隨所加電壓的大小和波形不同而不同，因此即使在給定性隨所加電壓的大小和波形不同而不同，因此即使在給定的弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。的弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)(huf)過程過程第17頁/共58頁第十八頁，共59頁。4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程恢復(fù)過程一、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)過程：一、恢復(fù)電壓的組成部分

15、和工頻恢復(fù)過程： 1、電壓恢復(fù)過程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧、電壓恢復(fù)過程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧(dinh)電壓上升到此時的電弧電壓上升到此時的電弧(dinh)電壓的過程。相應(yīng)于此時電壓的過程。相應(yīng)于此時弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用uhf表示。表示。 2、恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。穩(wěn)態(tài)分量又由直、恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。穩(wěn)態(tài)分量又由直流電壓和工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量僅有工頻電壓，稱之流電壓和工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量僅有工頻電壓，稱之為工頻恢復(fù)電壓。為工頻恢復(fù)電壓。 暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)在電弧暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)在

16、電弧(dinh)電流電流過零后的幾百微妙內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱過零后的幾百微妙內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱瞬態(tài)恢復(fù)電壓。瞬態(tài)恢復(fù)電壓。 第18頁/共58頁第十九頁，共59頁。3、開斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時，恢復(fù)電壓的波形、開斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時，恢復(fù)電壓的波形(b xn)：見教材圖：見教材圖4-10。 a）電阻性負(fù)載：電弧電流與電源電壓同相，電流過零電壓也過零。所以過零熄弧后，）電阻性負(fù)載：電弧電流與電源電壓同相，電流過零電壓也過零。所以過零熄弧后，uhf由零按正弦形上升，由零按正弦形上升，沒有暫態(tài)分量，只有沒有暫態(tài)分量，只有穩(wěn)態(tài)分量中的穩(wěn)態(tài)分量中的工頻恢復(fù)電壓。工頻恢復(fù)電壓。

17、4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)恢復(fù)過程過程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf此刻此刻(ck)電弧熄滅電弧熄滅此刻觸頭分離此刻觸頭分離第19頁/共58頁第二十頁，共59頁。 b）電感性負(fù)載：）電感性負(fù)載：ih落后于落后于u，ih過零時過零時u約為幅值。若約為幅值。若ih過零后電弧熄滅，電路開斷，過零后電弧熄滅，電路開斷，uhf將由零躍升到將由零躍升到u的幅值（理想情況下），然后再按工頻電壓變化的幅值（理想情況下），然后再按工頻電壓變化(binhu)，故故uhf常含有暫態(tài)分量，常含有暫態(tài)分量，其上升速度比其上升速度比 （a）的快得多。的快得多。 4-2 弧隙中的電

18、壓弧隙中的電壓(diny)恢恢復(fù)過程復(fù)過程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf此刻電弧此刻電弧(dinh)熄滅熄滅此刻觸頭分離此刻觸頭分離第20頁/共58頁第二十一頁，共59頁。c）電容性負(fù)載：）電容性負(fù)載：ih超前于超前于u。當(dāng)。當(dāng)ih過零時過零時u是幅值，電容是幅值，電容C被充電到被充電到u的幅值。電弧熄滅后，的幅值。電弧熄滅后，C將保持該電壓。將保持該電壓。uhf在電流過零后其值為零，在電流過零后其值為零，然后隨著然后隨著u變化逐漸增大。變化逐漸增大。當(dāng)當(dāng)u達(dá)反向達(dá)反向(fn xin)幅值時，幅值時，uhf達(dá)達(dá)u幅值的兩倍，幅值的兩倍，不含暫態(tài)分量，其不含暫態(tài)分量，其穩(wěn)態(tài)分

19、量為直流電穩(wěn)態(tài)分量為直流電壓與工頻電壓之和。壓與工頻電壓之和。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過過程程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf此刻此刻(ck)觸頭分離觸頭分離第21頁/共58頁第二十二頁，共59頁。4、舉例說明：以開斷電(dun din)感性負(fù)載時弧隙的Uhf為例進(jìn)行分析。 Uhf的穩(wěn)態(tài)分量即工頻恢復(fù)電壓。Ih過零瞬間，工頻恢復(fù)電壓的瞬時值Ugo： 式中 ：工頻恢復(fù)電壓的幅值； ：電源電壓相電壓的有效值； ：被開斷電(dun din)路的電流和電源電壓的相位差； 0sin2singgmxUUK UgmUU4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(hu

20、f)過程過程第22頁/共58頁第二十三頁，共59頁。 ：線路因數(shù)， （Ugp是電路開斷后(dun hu)加在弧隙上的工頻電壓有效值）。 Kx 的數(shù)值與被開斷的電路的相數(shù)以及弧隙在電路中的工作情況有關(guān)。開斷一相單弧隙電路時， Kx取1；對三相電器，Kx取1.5；只有在超高壓電網(wǎng)中由于電源中性點(diǎn)接地，線路發(fā)生三相短路時必伴有接地短路時，Kx取1.3。 xKgpxUKU4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢恢復(fù)過程復(fù)過程第23頁/共58頁第二十四頁，共59頁。二、弧隙為理想弧隙時，弧隙上的電壓恢復(fù)過程： 交流電路電流過零后極短時間內(nèi)，弧隙上電壓的幅值和波形與兩方面的參數(shù)有關(guān)：一是電路的參數(shù)（

21、包括電路連接方式、電路中集中的或分布的電感、電容和電阻的數(shù)值(shz)等）；一是電弧的參數(shù)（包括電弧電壓、剩余電阻等） 1、理想弧隙的條件：電流過零前，電弧電阻等于零；電流過零后，電弧電阻立即變?yōu)闊o窮大。 4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢恢復(fù)過程復(fù)過程第24頁/共58頁第二十五頁，共59頁。1、理想弧隙的條件：電流過零前，電弧電阻等于零；電流過零后，電弧電阻立即變?yōu)闊o窮大。 先作二點(diǎn)簡化： （1） 實(shí)際電網(wǎng)(dinwng)中發(fā)生短路時，電流落后于電源電壓接近90o, 所以可以認(rèn)為電路總的電阻為零，而電弧電阻設(shè)為零，則電流過零時，工頻恢復(fù)電壓的瞬時值為 （2）在電壓恢復(fù)過程中，因時

22、間短，此期間電源電壓變化甚微，所以可以認(rèn)為電源電壓 02ggmxUUK UgmuU 常數(shù)4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過恢復(fù)過程程第25頁/共58頁第二十六頁，共59頁。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過過程程第26頁/共58頁第二十七頁，共59頁。 2、開斷單頻電路（只有(zhyu)一個L-R-C電路）時，弧隙上的電壓恢復(fù)過程： 1）見圖4-12。4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢恢復(fù)過程復(fù)過程第27頁/共58頁第二十八頁，共59頁。 2）設(shè)電源容量無限大，在其不遠(yuǎn)處發(fā)生短路。 弧隙上的恢復(fù)電壓uhf經(jīng)推導(dǎo)計算，得： （4-17） 式中 ：弧隙

23、K中電流過零后的恢復(fù)電壓； （4-16） 其中(qzhng) ：電路固有衰竭系數(shù)； ：電路固有振蕩角頻率。 122121gmtthfgmUuUee（）hfu004-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過恢復(fù)過程程LCRCRC1)21(2122, 1第28頁/共58頁第二十九頁，共59頁。 3）當(dāng)R取不同值時，uhf的變化情況如下： （1）設(shè) ，式4-16可以寫成： （4-18） ：電路固有衰減系數(shù)， ：電路的固有振蕩角頻率，4-18式代入4-17式，結(jié)合歐拉公式，得： 波形圖見教材圖4-13，uhf由恒定分量（工頻(n pn)分量）和暫態(tài)分量組成。 2LCR 1 200j ，4-2 弧

24、隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程恢復(fù)過程00)sin(200hf001)(uttgmgmeUU第29頁/共58頁第三十頁，共59頁。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過過程程第30頁/共58頁第三十一頁，共59頁。 （2）設(shè) ，4-16式可以寫成： 式中 ，則整理得恢復(fù)電壓為： 此式表明： Uhf 由兩部分組成，一是恒定分量(fn ling)，一是暫態(tài)分量(fn ling)。Uhf的波形圖見教材圖4-14。 2LCR 1 200 ，201LC1（）2RC00000thfgmgmuUUeshtch（t）4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過過程程第31頁/

25、共58頁第三十二頁，共59頁。4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢恢復(fù)過程復(fù)過程第32頁/共58頁第三十三頁，共59頁。 4）二參數(shù)法： 實(shí)際開斷單頻電路電流的情況，圖4-13占多數(shù)。對于這種開斷單頻電路電壓恢復(fù)過程，通常用兩個參數(shù)表示其特征。這一表示方法叫做二參數(shù)法。在低壓開關(guān)電器：國標(biāo)規(guī)定用采用振幅(zhnf)因數(shù)和振蕩頻率兩個參數(shù)。 其定義為： Uhfm-Uhf的最大值。 tm-從電流過零起到Uhfm出現(xiàn)止所經(jīng)歷的時間 4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過恢復(fù)過程程gmhfmUUmtf21第33頁/共58頁第三十四頁，共59頁。 在高壓開關(guān)電器：國標(biāo)規(guī)定用恢復(fù)電壓

26、峰值Uc和峰值時間t3表示其特征，圖見教材圖4-15，任一給定的單頻振蕩(zhndng)恢復(fù)電壓Uhf 波形。 求法：過原點(diǎn)O作一直線OB和uhf曲線相切，過uhf曲線的峰值作一水平線AC與OB相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)坐標(biāo)即為（t3，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)恢復(fù)過程過程第34頁/共58頁第三十五頁，共59頁。 標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定用時延td參數(shù)描述uhf曲線起始上升部分的凹度。 求法：在OA右方作一與之平行(pngxng)的直線和曲線的凹部相切，此切線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的時間值即為td。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過過程程第35頁/共58頁第三十六頁，共59頁

27、。3、開斷多頻電路時，弧隙上的電壓恢復(fù)(huf)過程： 實(shí)際電路大都不是單頻的，而是雙頻或多頻的。電路圖見教材圖4-16的a圖。 4-2 弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程第36頁/共58頁第三十七頁，共59頁。1 1）變壓器）變壓器T T的一次側(cè)短路，短路電流的一次側(cè)短路，短路電流(dinli)(dinli)由由S1S1斷開，等效電路見圖斷開，等效電路見圖4-164-16的的b b圖。圖。 當(dāng)當(dāng)S1S1斷開后，電路分裂為二個振蕩回路斷開后，電路分裂為二個振蕩回路L1-C1-R1L1-C1-R1和和L2-C2-R2L2-C2-R2，故，故uhfuhf包含二個頻率的暫態(tài)分量。包含二個頻率的暫態(tài)分量

28、。4-2 弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程第37頁/共58頁第三十八頁，共59頁。 設(shè)R1=R2=，則： 式中 ， 。 hfgmuU12121212LL（1-cost-cost）L +LL +L11C11L22C21L4-2 弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程第38頁/共58頁第三十九頁，共59頁。2 2）變壓器）變壓器T T的二次側(cè)短路，短路電流由的二次側(cè)短路，短路電流由S2S2斷開，等效電路見圖斷開，等效電路見圖4-174-17的的b b圖。圖。 L1-C1-R1L1-C1-R1為變壓器電源及其有關(guān)線路的等效電感、電容、電阻。和為變壓器電源及其有關(guān)線路的等效電感、電容、電阻。和L2-C2-R

29、2L2-C2-R2為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻，故為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻，故uhfuhf包含包含(bohn)(bohn)二個頻率的暫態(tài)分量。二個頻率的暫態(tài)分量。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過程第39頁/共58頁第四十頁，共59頁。 設(shè)R1=R2=，則： 式中： K0、K1、K2 由4-18查表確定(qudng)。 4-2 弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程)cos1 ()cos1 (2211ttUugmhf21201KKKK21012KKKK2211CLK2222CLK第40頁/共58頁第四十一頁，共59頁。第41頁/共58頁第四十二頁，共59頁。 3

30、）四參數(shù)法 對多頻電路的恢復(fù)電壓，常用第一波幅值U1、第一波幅時間t1、峰值Uc和峰值時間t2四個參數(shù)表示(biosh)，此方法稱為四參數(shù)法。見圖4-20。 求法：從原點(diǎn)O作一直線OB與uhf曲線相切，又作一水平線AC與uhf曲線的峰值相切，再作一斜線AB與uhf曲線在D點(diǎn)相切并交直線OB于B點(diǎn)，交直線AC于A點(diǎn)。直線AB的斜率應(yīng)使得在D點(diǎn)的兩邊、uhf曲線與直線AB、OB、AC所構(gòu)成的帶陰影的面積相等，則B點(diǎn)的坐標(biāo)為（t1，U1），A點(diǎn)的坐標(biāo)為（t2，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過程第42頁/共58頁第四十三頁，共59頁。另外，用時延另外，用時延td描述描述uhf曲線起始上升

31、部分曲線起始上升部分(b fen)的凹度的求法同的凹度的求法同單頻。單頻。4-2 弧隙中的電壓(diny)恢復(fù)過程第43頁/共58頁第四十四頁，共59頁。4）電路(dinl)的固有恢復(fù)電壓 在開斷理想電路(dinl)時，弧隙恢復(fù)電壓的幅值和波形只與電路(dinl)參數(shù)有關(guān)，稱為電路(dinl)的固有恢復(fù)電壓。 我國低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗(yàn)中固有振蕩頻率f0（KHz）和固有振蕩因數(shù)0為： 式中，I0：控制電器的開斷電流（有效值），單位A； UN：被開斷電路(dinl)的額定電壓，單位為V； 01.1 0.050.20.8002000NfI U4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)(huf)過程第44頁/共

32、58頁第四十五頁，共59頁。 對于高壓斷路器，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同的開斷電流，被開斷電路(dinl)恢復(fù)電壓的固有參數(shù)應(yīng)符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。第45頁/共58頁第四十六頁，共59頁。 對于高壓斷路器，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同(b tn)的開斷電流，被開斷電路恢復(fù)電壓的固有參數(shù)應(yīng)符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。第46頁/共58頁第四十七頁，共59頁。 4-3 交流(jioli)電弧的熄滅條件和計算方法一、交流電弧一、交流電弧(dinh)的熄的熄滅條件：滅條件： 圖4-24 a和b中的實(shí)線分別為ujf和uhf的固有特性，即是在弧隙上未加uhf的ujf(圖a)和弧隙中Rs為無窮大時的uhf (圖b

33、) 。從圖4-24 a和b中的實(shí)線即ujf和uhf的固有特性看上去，a圖的弧隙會熄弧，b圖的交流電弧將重燃。 實(shí)際上在弧隙滅弧過程中，介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度和電壓恢復(fù)強(qiáng)度同時進(jìn)行(jnxng)，相互聯(lián)系、相互影響。第47頁/共58頁第四十八頁，共59頁。 4-3 交流電弧(dinh)的熄滅條件和計算方法 如在弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程中，如弧隙上加有uhf ，由于弧隙的電阻不是無窮大，弧隙中將流過某一數(shù)值的剩余電流，即有一定的功率輸入弧隙，使弧隙的ujf 上升緩慢甚至下降。再如，在電壓恢復(fù)過程中，若弧隙在uhf 最大峰值到來之前弧隙的電阻相當(dāng)小，則弧隙電阻將對電壓恢復(fù)過程起到阻尼作用，使uhf 上升緩慢。實(shí)際上，

34、由于介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程相互聯(lián)系、相互影響，實(shí)際的ujf和uhf特性高度 趨于降低，波形也發(fā)生變化，如圖 虛線(xxin)所示的曲線。則實(shí)際上弧隙1 中電弧將發(fā)生重燃，而弧隙2中電 弧將熄滅。第48頁/共58頁第四十九頁，共59頁。 4-3 交流(jioli)電弧的熄滅條件和計算方法 因此因此(ync)要判斷電流過零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡單地依靠將弧隙的固要判斷電流過零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡單地依靠將弧隙的固有有ujf和固有和固有uhf 特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用的實(shí)際特性進(jìn)行特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用的實(shí)際特性進(jìn)行比較。比較。. 第49頁/共58頁第五十頁，共59頁。

35、4-3 交流(jioli)電弧的熄滅條件和計算方法 所以交流所以交流(jioli)電弧熄滅條件：在交流電弧熄滅條件：在交流(jioli)電流過零后，弧隙中的實(shí)際介質(zhì)恢電流過零后，弧隙中的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù)復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù)電壓特性，即實(shí)際的電壓特性，即實(shí)際的ujf(t)實(shí)際的實(shí)際的uhf(t)。 第50頁/共58頁第五十一頁，共59頁。小小 結(jié)結(jié) 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程，在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)有著本質(zhì)的不同。在電流過零時,如果新的陰極已冷卻到基本上不產(chǎn)生熱發(fā)射的溫度，則近陰極區(qū)立即產(chǎn)生由近陰極效應(yīng)決定(judng)的ujf0，其數(shù)值視陰極的溫度高低而變。 弧柱區(qū)的ujf在熱擊穿階段決定(judng)于Rh和Ps，在電擊穿階段決定(judng)于電極形狀、極間距離、介質(zhì)種類及其在極間的壓力和流速的分布情況等。第51頁/共58頁第五十二頁，共59頁。 低壓開關(guān)電器弧隙的uif特性可用式(4-8)表示。它隨開斷電流、觸頭材料等不同而不同。