第四章 交流电弧的熄灭原理()

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1、Liaoning Technical University辽宁工程技术大学电器理论基础电器理论基础Fundamentals of Electrical Apparatus电气与控制工程学院王智勇2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理2第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理本章教学目的与要求：本章教学目的与要求： 掌握近阴极效应，熟悉开关电器弧隙的介质恢复强度特性； 掌握工频恢复电压，熟悉理想弧隙电压恢复过程； 了解电弧参数对电压恢复过程的影响； 掌握交流电弧的熄灭条件，了解交流电弧熄灭过程的计算方法。2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的

2、熄灭原理3第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理本章教学重点与难点：本章教学重点与难点：近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性；工频恢复电压及理想弧隙电压恢复过程；交流电弧的熄灭条件 。本章教学基本内容：本章教学基本内容：序弧隙中的介质恢复过程弧隙中的电压恢复过程交流电弧的熄灭条件2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理4第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理-0 -0 序序-1 -1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程-2 -2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程-3 -3 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2022-6-1第四章交流电

3、弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理54-0 4-0 序序交流电流过零时，电弧的输入功率为零，有利于熄弧大部分交流开关设备都利用该原理熄灭电弧l直流开断时采用的人工过零技术交流电流过零后，弧隙中和弧隙上同时进行着两个相关的过程l介质恢复过程l电压恢复过程2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理64-0 4-0 序序介质恢复过程l介质恢复强度（dielectric recovery strength）电压恢复过程l电源电压加到弧隙两端的过程l恢复电压：uhfl弧隙中的电离气体由导电状态转变为绝缘状态，使弧隙能承受电压而电弧不重燃的过程某一时刻弧隙介质所能承受的最高电压：u

4、jf2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理74-0 4-0 序序电弧熄灭与否，取决于两个过程的“竞争”l若 ujf uhf ，总是某一时刻则：电弧趋于熄灭则：电弧可能重燃2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理8第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理-0 -0 序序-1 -1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程-2 -2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程-3 -3 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理94-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过

5、程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程l介质恢复过程在近阴极区和弧柱区的情况不同交流电流过零后，电极换向电流过零2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理104-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程交流电流过零后，带电粒子的运动电流过零过零瞬间 电弧电压也过零 正负粒子均匀分布（热运动）过零后E 电极极性改变 电子迅速向新阳极运动 正离子加速缓慢，在极短时间内可认为停留在原位置 在阴极附近形成正电荷层，在阴极表面作用一个电场2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理114-1 4-1 弧

6、隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程阴极附近电场强度的计算 x: 距离阴极的距离U：x处相对于阴极的电位 n: 正电荷的数密度 q: 一个正电荷的电量:气体的介质常数泊松方程一维情况2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理124-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程阴极附近电场强度的计算设正电荷层厚度为l假定：|x=l指向阴极阴极表面（x=0）, E的绝对值最大2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理134-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中

7、的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程阴极附近电场强度的计算边界条件U|x=l电位分布2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理144-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程电位分布E|x=l假定：注意：仅适用于正空间电荷层（ ）lx 弧隙中其他部分为等离子体，电导率很大，认为空间电荷层即加在电极两端的电压x=l:Uj2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理154-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程阴极表面（x=0）

8、的电场强度电极间的电压电流过零瞬间阴极表面电场强度与电极间施加电压的关系Uj随着电极间施加电压的增大，阴极表面电场强度提高2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理164-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程产生电弧，需要阴极发射电子电流过零瞬间阴极表面电场强度与电极间施加电压的关系Uj若电流过零时阴极较冷，只能依靠场致发射，即0要大于一定值，否则电弧不会重燃这种弧隙在电流过零后立即获得一定耐压强度的现象，称为近阴极效应电流过零后弧隙立即能承受的电压数值称为介质初始恢复强度Ujf02022-6-1第四章交流电弧的熄

9、灭原理第四章交流电弧的熄灭原理174-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程介质初始恢复强度与电弧电流，电流过零瞬间阴极（原阳极）的温度有很大关系Uj阴极温度升高原因:热发射作用很强时，阴极前不再缺电子近阴极效应将不存在阴极温度升高场致发射增强若需要一定的电流密度才可导致击穿，则阴极温度上升时需要的击穿电压减小IhUjf02022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理184-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l近阴极区的介质恢复过程研究近阴极区的介质恢复过程，对熄灭交流短弧有很大意义（

10、参.71）Uj阳极只是一个被动、“消极”的电子收集器，近阳极区对介质恢复过程一般不起作用l近阳极区2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理194-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l弧柱区的介质恢复过程间隙电压高Ph Ps复合扩散Rh重燃过零时Ph 0（热惯性）间隙电压低Ph Ps复合扩散Rh重燃热击穿热击穿：电弧电流过零后，由于Ph Ps，弧柱被加热，电弧电阻减小，而引起的击穿2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理214-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l弧柱区的介质恢

11、复过程热击穿：电弧电流过零后，由于Ph Ps，弧柱被加热，电弧电阻减小，而引起的击穿热击穿阶段弧柱介质恢复强度（Ujf）的计算能量平衡原理RzPz PsRzPsPzPz不重燃重燃2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理224-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l弧柱区的介质恢复过程热击穿阶段弧柱介质恢复强度（Ujf）的计算能量平衡原理RzPz PsRzPsPzPz不重燃重燃临界情况：2022-6-1第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理234-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程介质恢复过程的概念l弧柱区的介