1、第五章 电弧的基本理论,vivi,电弧喷涂设备,DS-300型电弧喷涂喷涂设备DS-300型电弧喷涂设备为我所研制的采用逆变电源的电弧喷涂设备。其工作原理是将两根金属丝不断地送入喷枪的正负极，经接触产生电弧将金属丝熔化并借助压缩空气把熔融的金属雾化成细小的微粒，以高速喷射到零件表面形成涂层。本设备可喷涂铝丝、锌丝、铜丝、不锈钢丝、粉芯不锈钢丝、蒙乃尔合金等金属丝材。本设备特点：1.不需要可燃气体； 2.生产效率高，沉积效率高，适合大面积喷涂； 3.生产成本低，为所有热喷涂工艺中成本最低的； 4.操作简单，机动灵活，既适合手工作业，也可用于机械化生产。 5.输出电流稳定，焰流波动小，涂层质量高，
2、其结合强度、致密性均优于火焰喷涂。,带有70KV电压的法拉第笼电弧火花表演,熔炼吸铸电弧炉,用断路器等开关设备切断电流时，在开关触头之间通常会出现电弧，电流通过触头间的电弧继续流通，一直到电弧熄灭后，电路才真正被切断。由于电弧的温度极高，可能对断路器等开关设备的触头及触头附近的其它部件有一定的破坏性。,第一节 电弧的产生及危害,电弧是一种气体放电，也是气体导电现象。,电弧的产生,和炸,合闸时触头的状态,合闸状态时，电流在触头处均匀分布,触头分离的初期，并没有完全断开，使触头间的接触面积减小， R增大，电流密度增大，因而触头温度急剧升高，,由于触头刚分离时，触头间的间隙极小，触头间的电压很低，只
3、有几百伏甚至几十伏，但是电场强度却很大。触头间距很小，所以会产生很强的电场。,由于上述两方面的原因，阴极表面有可能向外发射电子，这种现象称热电子发射或强电场发射。,阴极,自由电子在电场力的作用下，加速飞奔阳极。具有一定动能的电子碰撞中性质点，如果电场强度足够强，电子所受的力足够大，且两次碰撞间的自由行程足够大，电子积累的能量足够多，这个电子会将中性质点中的电子碰撞出来，这种在电场力作用下的电子碰撞中性质点，使它分裂成自由电子和正离子的现象称作碰撞游离。,由于碰撞游离，触头间产生大量的带电粒子，使触头间隙有很大的电导，间隙成了电流的通道，通常被认为是绝缘的间隙此刻被击穿了，形成了电弧。,电弧形成
4、后，弧隙的温度极高，处于高温下的中性质点由于高温而产生强烈的热运动。它们之间不断碰撞，又可能发生游离现象，这种因热运动而引起的游离称为热游离，热游离也产生大量的带电粒子，因此电弧形成后维持电弧稳定燃烧的电压不需要很高。,在电弧中，实际上同时存在游离和去游离。带电粒子消失的相反过程称为去游离。如果游离大于去游离，则带电质点不断增加，这就是以上分析的电弧产生发展的过程；在稳定燃烧的电弧中这二个过程处于动态平衡状态；如果去游离大于游离，则带电质点愈来愈少，最后间隙恢复成绝缘介质，电弧熄灭。,去游离有两种形式,扩散：带电粒子从电弧中溢出的现象 复合：带电粒子互相中和的现象,电弧的危害,开关电器中出现电
5、弧是个有害现象。 电弧是一种明亮的气体放电，弧柱的温度可达5000K以上，这样的高温足以使金属触头熔化蒸发，可能烧坏触头及触头附近的其它部件。如果电弧长久不能熄灭，必然破坏开关设备，将引起电气设备被烧毁或爆炸，长期不能切断故障部分，还将危及整个系统的安全发供电，危及电力系统的安全运行，造成生命财产的极大损失。,第二节 直流电弧的特性及熄灭,沿电弧的电压分布,在钢焊条的电弧中，电弧弧柱区的温度高达5000K以上。 阴极区和阳极区的温度较低，分别约为2400K和2600K。 阴极区和阳极区的几何长度很小，仅为104105cm。 我们所看到的电弧实际上是电弧的弧柱区。 阴极区和阳极区虽然几何长度很小
6、，但是对于焊接时热量的产生很重要。在阴极区和阳极区所产生的热量占电弧产热的近80。弧柱区产生的热量仅约占20。,阴极区。产生阴极电压降的阴极区域的长度很小，约为10-4cm左右。在阴极附近积聚的大量的正离子，即有大量正的空间电荷。正电荷周围的电场对阴极一侧的电场起加强作用，因此在阴极压降区内电场很强，电位梯度高，形成阴极电压降。阴极电压降的数值不随电弧电流而改变，但与阴极材料和气体介质有关，一般为1020V。同时由于大量的正离子轰击阴极出现金属熔化和极面金属喷散现象。,弧柱区。弧柱区与阴极区不同，区内温度极高，形成强烈的热游离，出现导电性良好的等离子区。弧柱上的电压与电流的大小、弧隙的长短，特
7、别是介质及其状态（如介质的电导系数、介质的压力、介质的流动方式及流速等）有关。在电弧稳定燃烧的条件下，如果电弧周围介质情况不变，当电弧电流增大时，弧柱内部热游离加强，带电粒子的密度剧增，弧柱的电阻下降，则弧柱电压下降。当弧长不变时，弧柱电压随电弧电流的增加而减小，若弧长增加，弧柱电压也增加，弧柱电压降与弧长成正比。,阳极区。阳极区只有接受电子的能力，没有发射电子的能力，因而在阳极区内积聚了大量的带负电的电子；阳极内温度比阴极区内的温度低，极面不易损坏。同时阳极电压比阴极电压低，而且随电流变化，当电流很大时，阳极区电压降很小。,直流电弧的伏安特性,曲线1：电弧电流由小变大时，电流变化很慢，曲线上
8、的每一点的游离已达到平衡的稳定燃烧条件下得到的（即去游离等于游离），故称为静态特性曲线。 曲线2：若电流从a点很快增大，以致游离作用的增强迟于电流的变化，则得到高于曲线1 曲线3：若电流从b点很 快减小，以致去游离作用的增强迟于电流的变化，则得到低于曲线1 曲线2和曲线3称为动态特性，它们的变化随电流变化速度而不同。电流变化越快，越偏离曲线1。,直流电弧的熄灭,当电弧稳定燃烧时，电流大小不变，电感上的电压降为零，电源加在弧隙上的电压恰好等于电弧稳定燃烧所需要的电弧电压。当电源加在弧隙上的电压小于电弧稳定燃烧所需要的电弧电压时，电弧将熄灭，即直流电弧的熄灭条件是 （1-5-1）式（1-5-1）的
9、物理意义是，当电源电压减去线路压降后的电压小于电弧电压降，则电弧无法维持燃烧而自行熄灭。 因此，为使直流电弧熄灭，可从两方面考虑，一是降低加在弧隙上的电压，二是提高电弧电压。,常见的直流电弧熄灭方法有以下几种,利用短弧原理将长电弧分割为若干个短电弧，加速电弧的熄灭。,增大弧柱的长度,(1)不断增大触头间的距离。 (2)利用磁场横吹电弧。,不断增大触头间的距离,利用磁场横吹电弧,增大回路电阻 增大回路电阻，在电源电压U为一定值时，作用于弧隙上的电压减小，电弧就容易熄灭。,利用狭缝灭弧装置 直流电弧的熄灭也常采用狭缝灭弧，这种装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。如图1-5-5所示，将电弧吹入狭缝
10、中，一方面电弧与温度较低的固体介质紧密接触，带电粒子在固体介质表面的复合加速，去游离加强，带电粒子减少，弧柱的导电性变差，电弧就加快熄灭；另一方面电弧也被拉长，也有利于熄弧。,第三节 交流电弧的特性及熄灭的基本方法,弧隙介质绝缘能力或介质强度（以能耐受的电压表示），要恢复到正常情况，需要有一个过程，称为介质强度的恢复过程。 而加在弧隙上的电压，由电弧熄灭时的熄弧电压逐渐恢复到电源电压，也有一个过程，称为弧隙电压的恢复过程。,1、加装并联电阻,断路器每相有两对触头，一对为主触头D1，另一对为辅助触头D2，低值电阻R并联在主触头D1上。当断路器在合闸位置时，主触头和辅助触头都闭合。当断开电路时，主触头D1先断开，并联电阻R在主触头断开过程中起分流作用，R值愈小，分流作用愈大，对主触头的灭弧也就愈有利。,2.用多断口熄弧,3、吹弧,4、利用狭缝灭弧装置,小结,在开关触头分开时，几乎不可避免地出现电弧 电弧是一种气体放电现象，它的形成主要靠碰撞游离，若去游离大于游离，带电粒子不断减少，电弧趋向熄灭。 直流电弧的特性及熄灭方法 交流电弧的特性及熄灭方法,Thank you,
