Основные закономерности электродугового столба

Ток дуги и основные характеристики плазмы дугового столба, определяющие его электропроводность, связаны соотношением:

(8.6)

где: r_д - радиус столба дуги, м; п_е- концентрация электронов, 1/м³; е_о- заряд электрона, Кл; υ_e- средняя скорость электрона вдоль электрического поля, м/с.

Рисунок 8.2 Статическая ВАХ электрической дуги

Ни одна из входящих в уравнение величин не является постоянной при изменении любой другой из них. Это приводит к нелинейности статической ВАХ дуги (рис. 8.2) и сильно затрудняет теоретический расчет ее параметров.

Причиной падения характеристики на участке I является снижение сопротивления дуги при увеличении тока за счет роста температуры, концентрации заряженных частиц и скорости их движения. При этом с ростом тока увеличивается диаметр дугового столба и требуется меньше напряжения на проведение увеличивающегося тока. Проходящий через разряд электрический ток создает магнитное поле вокруг столба дуги. Взаимодействие тока и магнитного поля приводит к появлению сил магнитного сжатия дугового столба (пинч-эффект), которые стремятся ограничить диаметр дугового столба, что ведет к росту плотности тока и повышению линейной напряженности электрического поля.

Проводимость в столбе электрической дуги является сложной функцией температуры, состава газа и других факторов.

В реальных условиях в сильноточных дугах температура свободногорящей дуги Т_д =(7,5-12,5) 10³ ^оК. При таких температурах проводимость определяется в основном кулоновским взаимодействием частиц и является примерно постоянной величиной. Таким образом, если ограничить сечение дугового столба и увеличить силу тока, будут расти плотность тока и напряжение на дуге. На рис. 8.2 зоны II и III соответствуют этому случаю. Силы магнитного сжатия, излучение и диффузия электронов плазмы приводят к уменьшению диаметра столба дуги. Это определяет повышение напряженности на дуге при увеличении силы тока.

Особенности дуги переменного тока

В отличие от дуги постоянного тока дуга переменного тока имеет меняющиеся во времени ток и напряжение. При этом дважды за период ток и напряжение дугового разряда, проходят через нуль и меняют направление, соответственно меняется и полярность электродов. При этом каждый раз происходит погасание и вновь зажигание электродугового разряда. После угасания дуги в межэлектродном промежутке происходят два процесса: деионизация промежутка (увеличение его диэлектрической прочности) и нарастание потенциала на электродах. Дуга переменного тока в отличие от дуги постоянного тока имеет динамическую ВАХ. Она представляет собой изменение напряжения дуги в зависимости от силы тока в течение полного периода изменения тока.

На рисунке 8.3,а показано изменение тока и напряжения при отсутствии индуктивности в цепи дуги. При напряжении U_ист источника питания меньше напряжения U_з зажигания дуги она не может загореться. В обычной атмосфере напряжение U_з для стальных электродов составляет 30...35 В, а для угольных - 45...55 В. Через промежуток времени t₁ напряжение источника увеличивается до U_з дуга зажигается и по ней протекает ток i_Д. достигнув амплитудного значения U_м, напряжение источника уменьшается и становится через промежуток времени t₂ меньше напряжения U_П погасания дуги, она гаснет, и ток через нее прекращается. На отрезке времени t₃+t₁ дуга не горит, а затем происходят повторное ее зажигание, горение и погасание в отрицательной полуволне питающего напряжения.

Для маломощных дуг напряжение U_п погасания несколько меньше напряжения U_з зажигания. При силе тока дуги более 100 А напряжение U_п мало отличается от U_з и напряжение U_д горения практически не зависит от тока дуги, т.е. U_з ~ U_п= U_д (рис. 8.3,б).

При включении индуктивности последовательно с дугой сдвигается ток относительно напряжения на угол φ (рис. 8.3, в). Изменяя значение индуктивности, можно получить такой угол сдвига фаз, что при уменьшении напряжения источника ниже напряжения горения дуги ЭДС самоиндукции, складывающаяся с напряжением источника, обеспечит напряжение, достаточное для поддержания горения дуги до тех пор, пока ток не перейдет через нулевое значение. В этот момент напряжение источника будет иметь другой знак и увеличится до значения, достаточного для зажигания дуги, т.е. ток в дуге возникает без всякого перерыва. При малом значении индуктивности появляются перерывы в горении дуги и кривая тока существенно искажается.

Рис. 8.3 Изменение тока i_д и напряжения U_д в контуре с активным сопротивлением маломощных (а) и мощных (б) дуг, в контуре дуги с индуктивным (в) сопротивлением

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!