第4章电弧的基本特征

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1、第第4 4章章 电弧的基本理论电弧的基本理论1 1气体放电的物理基础气体放电的物理基础 ；气体放电的理论。；气体放电的理论。2 2电弧的物理特性；电弧的物理特性；电弧产生的过程电弧产生的过程和电弧的温度、和电弧的温度、直径等特性。直径等特性。3 3直流电弧的特性和熄灭原理；直流电弧的熄灭条直流电弧的特性和熄灭原理；直流电弧的熄灭条件和熄灭方法。件和熄灭方法。4 4交流电弧的特性；交流电弧的伏安特性及电弧电交流电弧的特性；交流电弧的伏安特性及电弧电压对电路电流的影响。压对电路电流的影响。本章讲授内容 （其中红色内容是重点）3 概述概述 4-1 4-1 概述概述 4-2 4-2 气体放电的物理过程

2、气体放电的物理过程 4-3 4-3 电弧的物理特征电弧的物理特征 4-4 4-4 直流电弧的特性与熄灭原理直流电弧的特性与熄灭原理 4-5 4-5 交流电弧的特性交流电弧的特性 4-6 4-6 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 4-7 4-7 熄灭电弧的基本方法和基本装置熄灭电弧的基本方法和基本装置小小 结结实验室模拟磁环爆发磁环爆发概概 述述空间空间天体等离子体天体等离子体概概 述述概概 述述一、电弧电弧是一种气体放电现象，也是一种等离是一种气体放电现象，也是一种等离子体（子体（ PlasmaPlasma ）。）。 二、学习电弧知识的目的是掌握电弧规律，尽二、学习电弧知识的目的是掌握电弧

3、规律，尽快熄弧。快熄弧。三、三、“电弧电弧”的定义：的定义： 1. 1. 定义定义 ：开断电路时，在触头间隙中：开断电路时，在触头间隙中出现的一团出现的一团温度极高温度极高、发强光发强光和和能够导电的能够导电的近似圆柱体的气体近似圆柱体的气体。可出现于大气、真空、。可出现于大气、真空、油介质和油介质和SFSF6 6气体介质等中间。气体介质等中间。概概 述述 条件条件 ：在大气中开断电路时，：在大气中开断电路时， 当电源电压当电源电压U UU U0 0 = =（12122020），）， 被开断电流被开断电流 （0.250.251 1）时，）时， 触头间隙中产生的一团温度极高、发强光、能导触头间隙

4、中产生的一团温度极高、发强光、能导电的近似圆柱体的气体。电的近似圆柱体的气体。 2. 气体放电：指气体放电：指弧隙中气体由弧隙中气体由绝缘状态绝缘状态变为变为导体状态导体状态，使电流得以通过的现象。使电流得以通过的现象。概概 述述背 景 知 识“等离子体等离子体 Plasma Plasma”一、等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子一、等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除固、液、气外的物质存在的第四态。质，它是除固、液、气外的物质存在的第四态。 看似看似“神秘神秘”的等离子体，其实是宇宙中一的等

5、离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的离子体，它占了整个宇宙的9999。 固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000C背 景 知 识 它是由大量带电粒子组成的非束缚态的宏观体系。非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的，每个粒子均与周围许多粒子同

6、时发生作用。背 景 知 识二、等离子体分为两种：高温和低温等离子体。二、等离子体分为两种：高温和低温等离子体。 1 1、高温等离子体只有在温度足够高时发生的，例如、高温等离子体只有在温度足够高时发生的，例如焊工们用高温等离子体焊接金属。太阳和恒星不断地发出焊工们用高温等离子体焊接金属。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的这种等离子体，组成了宇宙的9999。它是高温等离子体。它是高温等离子体。 2 2、低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然、低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。电子的温度很高）。背 景 知 识 低温等离子体现在广泛运用于多种生产领域，如低温等

7、离子体现在广泛运用于多种生产领域，如等离等离子电视子电视，婴儿尿布表面防水涂层婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性增加啤酒瓶阻隔性，更重，更重要的是在要的是在电脑芯片中的蚀刻运用电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成为现实。，让网络时代成为现实。 低温等离子体还可以被用于氧化、变性等表面处理或者低温等离子体还可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。现在人们已经掌握在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。现在人们已经掌握利用电场和磁场产生来控制等离子体。利用电场和磁场产生来控制等离子体。 背 景 知 识 人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以人类的生存伴随着水，水

8、存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只能存在于远离普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只能存在于远离人群的地方，以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。人群的地方，以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。 由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存由地球表面向外，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，毫无例外的都是冕、太阳内部、星际空间、星云

9、及星团，毫无例外的都是等离子体。等离子体。背 景 知 识 地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。们的周围。l日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器氧发生器l典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理l高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾功率微波器件、离子源、强流束、飞行器

10、鞘套与尾迹迹背 景 知 识16密度(cm-3)温度(度)太阳核心 磁约束聚 变霓虹灯 北极光 火 焰闪电日冕氢弹星际空间荧光气体液 体固 体人类居住环境惯性聚变星 云太阳风密度跨越了 30 个量级温度跨越了 7 个量级等离子体参数空间：等离子体参数空间：火 焰星系：巨大的聚变反应堆星系：巨大的聚变反应堆背 景 知 识北极光北极光背 景 知 识 三、等离子体显示技术三、等离子体显示技术 （Plasma Display)Plasma Display) 等离子体显示技术之所以令人激动，主要是以下两原因：等离子体显示技术之所以令人激动，主要是以下两原因： （1 1）可制造超大尺寸的平面显示器（可制造超

11、大尺寸的平面显示器（5050英寸甚至更大）；英寸甚至更大）； （2 2）与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面，）与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到了从而使视角扩大到了160160度以上。换句话说，利用惰性气体度以上。换句话说，利用惰性气体（NeNe、HeHe、XeXe等）放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉等）放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉发光，然后将这种光转换成人眼可见的光。发光，然后将这种光转换成人眼可见的光。背 景 知 识 1 1、所谓等离子彩电所谓等离子彩电 PDP（Plasma Display Panel），是指基于在两张薄玻璃板之间充填混合