第4講電接觸與觸頭、電弧的產(chǎn)生、特性和方程

1、第4講：電接觸與觸頭、電弧的產(chǎn)生、特性和方程電器原理電器原理本講課程主要內(nèi)容（1）電接觸與觸頭 Electrical contact and contact（2）電弧及其產(chǎn)生過程 electrical arc and its generating process（3）電弧的特性和方程 characteristic and equation of electrical arc電器原理電器原理 電路的通斷和轉(zhuǎn)換是通過電器中的執(zhí)行部件、主要是其觸頭和滅弧裝置來實(shí)現(xiàn)的。 觸頭接通和分?jǐn)嚯娏鞯倪^程伴隨著氣體放電現(xiàn)象和電弧的產(chǎn)生及熄滅。 電弧會灼傷觸頭，并因之而發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移和電侵蝕。第二章第二章 電接觸與

2、電弧理論電接觸與電弧理論 第一節(jié) 電接觸與觸頭 電接觸：保證電流流通的導(dǎo)體間的聯(lián)系觸頭：通過互相接觸以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的具體部件一、觸頭的分類一、觸頭的分類 (一)連接觸頭：以機(jī)械方式連接電路的不同環(huán)節(jié)，使電流得以自一環(huán)節(jié)流向另一環(huán)節(jié)。 種類：焊接、鉚接、栓接(可卸式)對連接觸頭的基本要求：長期通過正常電流和短時(shí)通過故障電流 a) 焊接式 b) 鉚接式 c) 栓接式 (二)換接觸頭：接通、分?jǐn)嗉稗D(zhuǎn)換電路的執(zhí)行部件，以動(dòng)觸頭和靜觸頭的形式成對地出現(xiàn)。 種類：楔形觸頭、刷形觸頭、指形觸頭、橋式觸頭和瓣式觸頭 a)楔形觸頭 b)刷形觸頭 c)指形觸頭 d)橋式觸頭 e)瓣式觸頭 對換接觸頭的基本要求：電阻小

3、而穩(wěn)定，耐電弧、抗熔焊和電侵蝕 連接觸頭和換接觸頭的區(qū)別：連接觸頭：工作過程中無相對運(yùn)動(dòng)換接觸頭：工作過程中有相對運(yùn)動(dòng)二、換接觸頭的工作狀態(tài)和基本參數(shù)二、換接觸頭的工作狀態(tài)和基本參數(shù) 換接觸頭的兩種穩(wěn)定工作狀態(tài)：閉合狀態(tài)和斷開狀態(tài)換接觸頭的兩種過渡工作狀態(tài)：從斷開狀態(tài)向閉合狀態(tài)過渡的接通過程；從閉合狀態(tài)向斷開狀態(tài)過渡的分?jǐn)噙^程。換接觸頭的四個(gè)基本參數(shù)：開距、超程、初壓力和終壓力。第二節(jié) 電弧及其產(chǎn)生過程 一、載流電路的開斷過程一、載流電路的開斷過程 1、超程和接觸壓力都逐漸減小，接觸點(diǎn)也減少 2、僅剩一個(gè)點(diǎn)接觸時(shí)，接觸處的金屬處于熔融狀態(tài) 3、熔融的液態(tài)金屬橋 4、爆炸形式的金屬橋斷裂過程，觸

4、頭間隙形成5、介質(zhì)和金屬蒸氣被擊穿，形成火花放電乃至電弧 6、電弧終將轉(zhuǎn)化為非自持放電并最終熄滅 7、整個(gè)觸頭間隙成為絕緣體 二、電弧的形成過程二、電弧的形成過程 電弧形成的條件：電壓達(dá)1220V、電流達(dá)0.251A 電弧的危害：高溫?zé)齻|頭、使之迅速損壞；使觸頭熔焊、破壞電器的正常工作，釀成火災(zāi)及人員傷亡等嚴(yán)重事故；產(chǎn)生干擾附近的通信設(shè)施的高次諧波。電弧的益處：電弧焊、電弧熔煉和弧光燈的應(yīng)用，電器借助它以防止產(chǎn)生過高的過電壓和限制故障電流。 (一)氣體的電離 定義：電子獲得足以脫離原子核束縛的能量后逸出成為自由電子，失去電子的原子則成為正離子的現(xiàn)象。電離能：發(fā)生電離所需能量激勵(lì)能：使一個(gè)電子

5、激勵(lì)所需能量電離形式：表面發(fā)射和空間電離表面發(fā)射：發(fā)生于金屬電極表面，分熱發(fā)射、場致發(fā)射、光發(fā)射及二次電子發(fā)射空間電離：發(fā)生在觸頭間隙內(nèi)，分光電離、碰撞(電場)電離和熱電離(二)消電離及其形式消電離：電離氣體中的帶電粒子自身消失或失去電荷而轉(zhuǎn)化為中性粒子的現(xiàn)象電離與消電離是同時(shí)存在也同時(shí)消亡的矛盾統(tǒng)一體。 消電離主要有兩種形式：復(fù)合和擴(kuò)散 復(fù)合：兩帶異性電的帶電粒子彼此相遇后失去電荷成為中性粒子的現(xiàn)象表面復(fù)合：帶電物體表面的復(fù)合、不帶電物體表面的復(fù)合 空間復(fù)合：直接空間復(fù)合、間接空間復(fù)合 擴(kuò)散：帶電粒子自高溫高濃度處移向低溫低濃度處的現(xiàn)象(三)氣體放電過程非自持放電 自持放電 氣隙的擊穿電壓U

6、b 離子化通道 湯遜放電區(qū) 自持放電形式：無光放電、輝光放電、電暈放電、火花放電和弧光放電(電弧) 三、電弧的外觀與本質(zhì)三、電弧的外觀與本質(zhì) 電弧的外觀：存在于電極(觸頭)間隙內(nèi)的一團(tuán)光度極強(qiáng)、溫度極高的火焰 陰極斑點(diǎn)：電弧形成時(shí)，陰極表面有一塊或若干塊光度特別強(qiáng)的區(qū)域近陰極區(qū)：臨近陰極斑點(diǎn)的一段極短的電弧區(qū)陽極斑點(diǎn)和近陽極區(qū)近極區(qū)的特點(diǎn)：很薄，電壓降均在20V內(nèi)，幾乎與電流值無關(guān)弧柱：兩近極區(qū)之間的一段電弧電弧的本質(zhì)：生成于氣體中的熾熱電流、高溫氣體中的離子化放電通道，充滿著電離過程和消電離過程的熱電統(tǒng)一體 a)電弧構(gòu)造 b)電弧溫度分布 第三節(jié) 電弧的特性和方程 一、電弧的電壓方程一、電弧

7、的電壓方程pacAUUUU近極區(qū)壓降 ：U0=Uc+Ua 弧柱電壓降：Up =ElElUUA0電弧的電壓和電場強(qiáng)度分布 二、直流電弧的伏安特性二、直流電弧的伏安特性負(fù)阻特性：電流增大使弧柱內(nèi)熱電離加劇、離子濃度加大，維持穩(wěn)定燃弧所需電壓反而減小。熄弧電壓：電流減小時(shí)伏安特性與縱軸相交處的電壓。直流電弧伏安特性 三、交流電弧的伏安特性和時(shí)間特性三、交流電弧的伏安特性和時(shí)間特性伏安特性是動(dòng)態(tài)的 電弧通常在電流過零時(shí)自行熄滅。另一半周內(nèi)電弧可能重燃，且其伏安特性與原特性是關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對稱的。 電阻性負(fù)載時(shí)交流電弧電壓和電流的時(shí)間特性交流電弧伏安特性 四、四、電弧的能量平衡電弧的能量平衡 電弧的功率 AAAAAElIIUIUP0 短弧的能量損耗是轉(zhuǎn)化為熱能、并經(jīng)電極和與之連接的金屬件散往周圍介質(zhì)。 長弧的能量損耗可近似地認(rèn)為是轉(zhuǎn)化為熱能、并經(jīng)弧柱散往周圍介質(zhì)。 電弧的