Статические характеристики дугового разряда. Зависимость напряжения от длины дуги
2.1.2. Вольт-амперная характеристика дуги (вах)
Важнейшей характеристикой дуги является зависимость напряжения на ней от величины тока. Эта характеристика называется волтамперной. Имеет место статическая вольт-амперная характеристика и динамическая вольт-амперная характеристика.
С ростом тока i увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, возрастает число ионизированных частиц в разряде и падает электрическое сопротивление дуги . Напряжение на дуге равно .
Зависимость напряжения на дуге от тока при медленном его изменении называется статической вольт-амперной характеристикой дуги.
Статическая характеристика дуги зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга.
а) Статическая вольт-амперная характеристика
,
где:
- напряжение на дуге;
- сумма околоэлектродного падений напряжений;
- напряженность поля в столбе дуги;
l - длина дуги.
Величина l зависит от тока и условий, в которых горит дуга. Статические вольт-амперные характеристики дуги имеют вид:
Рис. 1.
Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая вольт-амперная характеристика. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Е и поднимается вольт-амперная характеристика. Охлаждение дуги существенно влияет на эту характеристику. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем больше от нее отводится мощность. При этом должна возрастать мощность, выделяемая дугой. При заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге. Таким образом, с ростом охлаждения вольт-амперная характеристика поднимается. Этим широко пользуются в дугогасительных устройствах аппаратов.
ВАХ дуги (рис.1) приведена для небольших плотностей токов (до 100 А/мм2). При дальнейшем увеличении тока ВАХ становится горизонтальной. Если продолжить увеличение тока – напряжение начнет увеличиваться.
б) Динамическая вольт-амперная характеристика дуги.
В реальных установках ток может меняться довольно быстро. Вследствие тепловой инерции дугового столба изменение сопротивления дуги отстает от изменения тока.
Зависимость напряжения на дуге от тока при быстром его изменении называется динамической вольт-амперной характеристикой.
При возрастании тока динамическая характеристика идет выше статической (кривая В на рис. 2), так как при быстром росте тока сопротивление дуги падает медленнее, чем растет ток. При уменьшении - ниже, поскольку в этом режиме сопротивление дуги меньше, чем при медленном изменении тока (кривая С на рис.2).
Рис.2
Динамическая характеристика в значительной степени определяется скоростью изменения тока в дуге. Если в цепь ввести очень большое сопротивление за время, бесконечно малое по сравнению с тепловой постоянной времени дуги, то в течение времени спада тока до нуля сопротивление дуги остается постоянным. В этом случае динамическая характеристика изобразится прямой проходящей из точки 2 в начало координат (прямая Д), т.е. дуга ведет себя как металлический проводник, так как напряжение на дуге пропорционально току.
В реальном аппарате после размыкания контактов расстояние между ними меняется и дуга имеет переменную длину. В этом случае процесс отключения можно представить следующим образом.
Разобьем путь, который проходит контакт, на участки и нанесем статические вольт-амперные характеристики, соответствующие концу каждого участка (рис. 3). Если индуктивность цепи мала, то по мере увеличения длины дуги ток будет быстро принимать значения, соответствующие точке пересечения статических характеристик с прямой . В точке0 ток достигнет критического значения. При дальнейшем увеличении длины дуги наступят условия для гашения.
Рис. 3
Длина дуги, при которой статическая характеристика касается прямой , называется критической длиной дуги. После точкиО ток быстро уменьшается до нуля, дута гаснет.
В цепи с большой индуктивностью спадание тока из-за большой величины индуктивности замедляется; вольт-амперная характеристика дуги сразу же после расхождения контактов поднимается выше прямой . В момент гашения дуги возможны большие перенапряжения.
При отключении активной нагрузки гашение происходит быстро, никаких перенапряжений не происходит.
Влияние рода тока на дугу. Статическая вольт-амперная характеристика дуги
сварщик
В зависимости от рода тока различают дугу постоянного и переменного токов. Дуга постоянного тока может быть прямой и обратной полярности. При прямой полярности «плюс» источника тока подключают к заготовке, а «минус» — к электроду, а при обратной — наоборот. В случае использования постоянного тока прямой полярности (см. рис. 2.1) электрод плавится медленнее, чем заготовка (так как в нем выделяется меньше теплоты), и, кроме того, устойчивее горит дуга между неплавящим - ся электродом и заготовкой. Ток обратной полярности применяют при необходимости выделения меньшего количества теплоты в свариваемых заготовках и большего — в электроде, например при сварке металлических конструкций покрытыми электродами УОНИ-13, ДСК-50, ОЗС-2 и др., при сварке тонких заготовок из легкоплавких сплавов, легированных, высокоуглеродистых и специальных сталей, чувствительных к перегреву, некоторых цветных металлов и т. д.
Если сила постоянного тока, используемого при сварочных работах, превышает 400 А, на дугу оказывает действие магнитное дутье — дуга отклоняется от своей оси (рис. 2.4, а, б), что вызывает затруднения при сварке. Причиной образования магнитного дутья является неравномерное расположение магнитного поля относительно дуги. Уменьшить это отрицательное воздействие можно различными способами, например подсоединением то - копровода сварочной цепи в непосредственной близости к месту сварки (рис. 2.4, в), наклоном электрода в сторону отклонения дуги (рис. 2.4, г), уменьшением длины дуги.
Сварка на переменном токе существенно отличается от сварки на постоянном. При частоте тока 50 Гц анодное и катодное пятна меняются местами 100 раз в секунду, при этом ионизация дугового промежутка нарушается и дуга горит менее устойчиво. Для повышения устойчивости горения дуги применяют предназначенные для работы на переменном токе электроды, в покрытие которых вводят элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций), облегчающие возбуждение дуги.
Графическая зависимость напряжения £/д дуги от силы тока называется статической вольт-амперной характеристикой. При малых значениях силы тока (участок /) дуга имеет падающую статическую характеристику. Падение напряжения с возрастанием силы тока объясняется увеличением катодного пятна, поперечного сечения дуги и, следовательно, ее проводимости. На этом участке дуга неустойчива.
При средних значениях силы тока (ручная и автоматическая сварка под флюсом) напряжение на дуге не зависит от силы тока (участок II), так как сечение столба дуги увеличивается пропорционально силе тока. На участке II характеристика называется жесткой и может быть выражена уравнением (2.3), из которого следует, что напряжение на дуге зависит только от длины дуги.
При большой силе тока (автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитных газах) дуга имеет возрастающую характеристику (участок III). Увеличение напряжения дуги объясняется тем, что плотность тока возрастает с повышением его силы, так как сечение столба уже не может увеличиваться, и проводимость дуги остается постоянной.
Технические характеристики однофазных сварочных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием и реактивной обмоткой
Тип трансформатора /Характеристика ТСД-500-1 ТСД-1000-4 ТСД-2000-2 Напряжение холостого хода Ux.X, В 80 71 79 Продолжительность работы ПР, % 60 Номинальная сила сварочного тока /н, А 500 1000 2000 Номинальная мощность …
Классификация сварки. Виды дуговой сварки
Классификация сварки. Согласно ГОСТ 19521—74, сварку металлов классифицируют по физическим, техническим и технологическим признакам. По физическим признакам (форме вводимой энергии, наличию давления и виду инструмента — носителя энергии) все виды …
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сварка является основным технологическим процессом из-, готовления всех видов металлических конструкций. Применение сварных соединений вместо клепаных или болтовых позволяет уменьшить массу (на 20...30 %), трудоемкость изготовления (на 20.. .30 %) …
msd.com.ua
Статические характеристики дугового разряда
Сварочная дуга (рис. 1.5) – это установившийся мощный электрический разряд, например, между электродами 1 и 2 в ионизированной смеси газов, паров металлов и веществ, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других защитных средств. Носителями электричества в сварочной дуге являются электроны и ионы. Электрическая проводимость дугового промежутка обеспечивается тем, что под действием электрического поля между катодом и анодом отрицательно заряженные электроны движутся к аноду 2, а положительно заряженные ионы – к катоду 1. Но основными носителями электричества в сварочной дуге, по большей части и определяющими ее проводимость, являются электроны.
Рис. 1.5. Распределение потенциала по длине столба дуги
Электроны в дуге появляются в основном за счет их эмиссии с поверхности катода как термоэлектронной (вследствие нагрева его поверхности до температуры Т ~ Тпл), так и автоэлектронной (вследствие наличия у его поверхности электрического поля высокой напряженности εк ≈ 104 В/мм). Кроме того, электроны появляются при термической ионизации нейтральных газов и паров металлов.
В сварочной дуге четко выражены три области: катодная, столб дуги и анодная, характеризуемые падениями напряжения Uк, Uст и Uа.
Падение напряжения в катодной области Uк, непосредственно прилегающей к катодному пятну диаметром dк обычно преобладает в общем падении напряжения на дуге, а его величина зависит от конкретных физических условий для данной дуги, в том числе от потенциала ионизации газов и паров катодной области. Протяженность катодной области lк очень мала: lк ≈ 10–3...10–4 мм.
В анодной области, непосредственно прилегающей к анодному пятну диаметром da, ионизации практически не происходит. Как показывают экспериментальные данные, анодное падение напряжения зависит от физических условий в анодной области и степени влияния пространственного отрицательного заряда. Оно практически не зависит от сварочного тока. Протяженность анодной области lа также очень мала: la ≈ 10–2...10–3мм.
Падение напряжений в катодной области, которое преобладает в общем падении напряжения на дуге, составляет Uк ≈ 5...25 В, и в анодной области, которое также весьма значимо Uа ≈ 2...10 В, не зависит от длины дуги, а падение напряжения в столбе Uст пропорционально длине дуги lд:
,
где 
– градиент напряжения в столбе, равный 
Падение напряжения на дуге Uд – это сумма падений напряжений в анодной и катодной областях, а также в столбе дуги:
. (1.2)
Мощность дуги Pд можно выразить следующим образом:
. (1.3)
Экспериментально сумму катодного и анодного падения напряжений можно найти, постепенно уменьшая длину дуги и замеряя напряжение при минимальной ее длине, когда падением в столбе можно пренебречь. Отдельные же величины, входящие в выражение мощности дуги, определяют следующим образом. Катодное падение напряжения Uк часто принимают равным потенциалу ионизации газа. Например, потенциал паров железа равен UiFe = 7,83 В, а воздуха – Uiвозд = 14 В. В случае если нет точных измерений потенциала паров металла, которые экспериментально довольно трудно выполнить, в среднем берут Uк ≈ 10 В. Для анодного падения напряжения, сильно меняющегося в зависимости от разных обстоятельств, при ручной сварке стальным электродом часто принимают Uа = 6...8 В. Что же касается столба дуги, то градиент напряжения в нем можно принять 2...3 В/мм, в среднем – 2,5 В/мм. Таким образом, напряжение дуги длиной 6 мм будет
В.
При прямом действии электрической дуги свариваемое изделие включается в электрическую цепь и служит одним из электродов дуги. Если дуга питается постоян-ным током и электрод присоединяется к отрицательному полюсу источника тока (электрод 1), а изделие – к положительному полюсу (электрод 2), то имеем прямую полярность дуги. Присоединение электрода к положительному полюсу, а изделия – к отрицательному полюсу дает обратную полярность. Изменение полярности влияет на распределение тепла и перенос электродного металла в дуге. В практике дуговой сварки применяют и прямую, и обратную полярность, учитывая особенности технологии сварки.
Напряжение и ток дуги связаны между собой сложной зависимостью, которая определяет свойства дуги как нелинейного элемента электрической цепи.
Аналитические выражения зависимости Uд = f(I) очень громоздки и для практического использования малопригодны. Чаще всего эту зависимость представляют графически в виде вольтамперных характеристик (ВАХ). При этом ВАХ называются статическими, если они построены по результатам измерений относительно медленно изменяющихся тока и напряжения в состоянии устойчивого равновесия дугового разряда.
Наиболее достоверные статические ВАХ могут быть получены для дуги с неплавящимися электродами, длина которой остается практически постоянной в большом диапазоне изменения тока. В сварочной дуге с плавящимся проволочным электродом длина дуги вследствие оплавления конца электрода и последующего переноса металла в шов не является постоянной, и такая дуга, строго говоря, имеет неустановившийся характер. Построение более или менее достоверных статических ВАХ в этом случае возможно лишь для начальной стадии дугового разряда при неподвижном электроде. В общем случае статические вольтамперные характеристики дуги имеют форму, показанную на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Общий вид статических вольтамперных характеристик дугового разряда (lд2>lд1)
При неизменных прочих условиях (длина дуги, материал и геометрия электродов, состав и давление дугового газа) форма ВАХ зависит от порядка величины тока, что позволяет выделить на ней три характерных участка.
1. При относительно небольших токах напряжение дуги с ростом тока уменьшается и ВАХ является падающей. Это объясняется тем, что рост тока на этом участке характеристики сопровождается резким увеличением сечения и электропроводности столба, что ведет к уменьшению напряжения на нем, а значит и напряжения дуги, поскольку катодное и анодное падение напряжения от тока практически не зависят. Такая форма статических ВАХ свойственна малоамперным дугам при сварке неплавящимся электродом. Сварка плавящимся электродом в этом диапазоне токов не производится ввиду недостаточной устойчивости дуги.
2. Дальнейший рост тока сопровождается пропорциональным увеличением площади катодного пятна и сечения столба, в то время как его проводимость изменяется незначительно. Поэтому напряжение дуги остается практически постоянным в широком интервале изменения тока. Такая форма ВАХ, называемая жесткой, имеет место при ручной сварке покрытыми электродами, в большинстве случаев сварки под слоем флюса, а также при сварке неплавящимся электродом на токах от 20...30 А и более.
3. При больших плотностях тока в электроде площадь катодного пятна и сечение столба не могут сколько-нибудь существенно увеличиться, поэтому рост тока сопровождается увеличением падения напряжения в столбе дуги. Возрастающая форма ВАХ свойственна сварочным дугам, в которых используется тонкая (до 2 мм) электродная проволока. Больший угол наклона имеет место при сварке в среде защитного газа, поскольку его струя способствует охлаждению и некоторому сжатию столба дуги.
Похожие статьи:
poznayka.org
Зависимость - напряжение - дуга
Зависимость - напряжение - дуга
Cтраница 2
На этом же рисунке нанесены статические характеристики дуги ( кривые а и а), представляющие собой зависимости напряжения дуги от тока и относящиеся к ее установившемуся состоянию. [16]
Он нашел, что в зависимости напряжения дуги от ее длины можно различать три участка. [17]
Для сварки высокопроизводительными электродами зачастую необходимы источники питания с повышенным напряжением холостого хода. На рис. 7 - 27 приведена зависимость напряжения дуги от силы тока при сварке высокопроизводительными электродами и обычными электродами с рудно-кислым покрытием. [18]
При горении дуги в дуговом промежутке наблюдается падение напряжения. Величина его, выраженная в вольтах, называется напряжением дуги. Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока и его плотности называется статической характеристикой дуги. Режимы сварки и и 1св на участке аб характеристики не обеспечивают устойчивого горения дуги; участок бв называется падающей частью характеристики; вг - жесткой; гд - возрастающей. [19]
Дуговой разряд возможен только при определенных соотношениях между величинами тока, напряжения и длины дуги. Зависимость напряжения дуги от тока и ее длины, отнесенная к стационарным условиям, называется статической характеристикой дуги. [21]
Обратимся к зависимости напряжения дуги от длины ее. Из формулы ( 2 - 1) при постоянном токе следует, что зависимость напряжения от длины дуги является линейной. На рис. 2 - 8 показана зависимость напряжения дуги от ее длины при разных токах в случае медных электродов. Как видно, линейная зависимость хорошо выдерживается. [22]
Взаимосвязь основных отличительных свойств электрического разряда называется его характеристикой. Для определения характеристик дуги обратимся к контуру, содержащему газовый промежуток, и рассмотрим зависимость напряжения дуги от тока. [23]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Основные свойства электрической дуги.
Сварочная дуга как элемент электрической
Цепи.
При дуговой сварке для нагрева металла используется тепловая энергия дуги. Стабильность горения дуги зависит от многих факторов и, в первую очередь, от правильного выбора параметров сварочной цепи.
Свойства сварочной дуги зависят от рода тока (постоянный, переменный), среды и материала электродов.
Дуги с плавящимися и неплавящимися электродами.
По характеру среды различают:
а) открытая дуга
б) закрытая дуга, горящая под слоем флюса
в) дуга, защищенная различными газами.
Среда, в которой горит дуга, оказывает существенное влияние на ее свойства, а следовательно и на выбор типа и параметров источника питания.
Основные свойства электрической дуги.
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц в проводнике. Электрическая проводимость может быть вызвана движением электронов (электронная проводимость в металлах), ионов (ионная проводимость в электролитах), а также электронов и ионов (электрический разряд в газах).
Электрическая дуга это один из видов электрического разряда через газовый промежуток. Этот разряд характеризуется высокими плотностью тока и температурой. Ток при этом протекает через газ, находящийся между двумя электродами, к источнику питания. Электрод, являющийся отрицательным полюсом, называется катодом, а электрод, подключенный к положительному полюсу – анодом. При питании дуги переменным током полярность электродов меняется с частотой, определяемой частотой источника питания.
В обычных условиях газ изолятор и газовые молекулы электрически нейтральны. Для того чтобы газ стал проводником тока необходимо, чтобы в нем находились заряженные частицы – электроны и ионизированные молекулы – ионы. Ионами являются молекулы, потерявшие или присоединившие к себе электрон. Соответственно первые приобретут положительный заряд, а вторые – отрицательный. Под действием напряжения, имеющегося между полюсами, электроны и отрицательно заряженные ионы перемещаются к аноду, а положительные заряженные ионы – к катоду. Вследствие этого и возникает явление прохождения электрического тока через газовый промежуток.
Процесс образования заряженных частиц путем разрушения нейтральных атомов и молекул, а также процесс увеличения заряда ионов называется ионизацией газа.
При рассмотрении дуги, как элемента электрической цепи, большое значение придается процессом, происходящим в катодной области и в столбе дуги. Возникновение заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией электронов с поверхности катода и ионизацией газов, находящихся в промежутке.
Для выхода электрона за пределы электрода необходимо сообщить ему дополнительную энергию или совершить работу выхода. Величина работы выхода электрона зависит от свойств электрода. Процесс испускания заряженных частиц с поверхностей, ограничивающих зону разряда, называется эмиссией.
Эмиссия электронов с поверхности электродов происходит в результате нагрева поверхности катода, большой напряженности электрического поля в катодной области, фотоэлектронных процессов и др.
Термоэлектронная эмиссия для плавящегося электрода не играет основной роли.
При автоэлектронной эмиссии выход электронов с катода происходит под действием электрического поля высокой напряженности, которое создается положительным объемным зарядом ионов, непрерывно движущихся к катоду.
Выражение для определения плотности тока электронной эмиссией с поверхности нагретого катода имеет следующий вид
где
А, С – коэффициенты зависящие от материала катода
Тк – абсолютная температура катодного пятна.
Ек – напряженность электрического поля в катодном пространстве.
е – заряд электрона.
uв – потенциал выхода.
К – постоянная Больцмана.
Кинетическая энергия эмитированных электронов, приобретенная ими в электрическом поле вблизи катода, расходуется на ионизацию и подогрев газа в разрядном промежутке.
Температура газа в столбе дуги 6000 - 8000O С и более. При этом важную роль приобретает термическая ионизация, т.е. ионизация в результате столкновения частиц. Степень ионизации газа характеризует отношение количества образовавшихся заряженных частиц, к общему количеству частиц, существовавших в данном объеме газа до его ионизации. Степень ионизации зависит от потенциала ионизации и температуры.
Для расчета степени ионизации смеси газов пользуются эффективным потенциалом ионизации, который может быть вычислен по известным потенциалам ионизации компонентов смеси и их концентрациям. При введении в атмосферу дуги небольшого количества веществ с низким потенциалом ионизации эффективный потенциал резко снижается. Этим эффектом часто пользуются для повышения устойчивости горения дуги.
Наибольшее значение для образования заряженных частиц имеют ионизация электронным ударом, фотоионизация и термоионизация.
Дуговой промежуток разделяют на три области: анодную, катодную и столб дуги.
Распределение потенциала в дуге показано на рис. 1.1.
Рис.1.1. Распределение потенциала по дуге.
Протяженность анодной и катодной областей в направлении оси дуги очень мала, поэтому длину дуги с достаточной точностью можно считать равной длине ее столба.
Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в столбе Uс и в приэлектродных областях Uk и Ua
Ud = Uk + Ua + Uc .
Напряженность поля в столбе дуги значительно ниже, чем в катодной области, и практически не зависит от длины дуги. Поэтому зависимость падения напряжения на дуге от ее длины имеет линейный характер.
Ud = a + bLd ,
где a, b—постоянные, зависящие от материала электродов, давления и свойств газовой среды.
Статическая вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость напряжения на дуге от ее тока (U = f(I)) , изменяется по мере увеличения тока, переходя из падающей в жесткую, а затем и возрастающую (рис.1.2).
Рис.1.2. Вольтамперная характеристика дуги.
Зависимость ud = f(id) в переходном режиме называется динамической характеристикой дуги. Форма динамической характеристики дуги зависит от скорости изменения тока во времени поэтому не может быть выражена
какой-то одной определенной кривой. Чем больше скорость изменения тока, тем значительнее тепловая инерция дуги, тем больше отклонение динамической характеристики от статической.
Похожие статьи:
poznayka.org
Основные свойства электрической дуги.
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц в проводнике. Электрическая проводимость может быть вызвана движением электронов (электронная проводимость в металлах), ионов (ионная проводимость в электролитах), а также электронов и ионов (электрический разряд в газах).
Электрическая дуга это один из видов электрического разряда через газовый промежуток. Этот разряд характеризуется высокими плотностью тока и температурой. Ток при этом протекает через газ, находящийся между двумя электродами, к источнику питания. Электрод, являющийся отрицательным полюсом, называется катодом, а электрод, подключенный к положительному полюсу – анодом. При питании дуги переменным током полярность электродов меняется с частотой, определяемой частотой источника питания.
В обычных условиях газ изолятор и газовые молекулы электрически нейтральны. Для того чтобы газ стал проводником тока необходимо, чтобы в нем находились заряженные частицы – электроны и ионизированные молекулы – ионы. Ионами являются молекулы, потерявшие или присоединившие к себе электрон. Соответственно первые приобретут положительный заряд, а вторые – отрицательный. Под действием напряжения, имеющегося между полюсами, электроны и отрицательно заряженные ионы перемещаются к аноду, а положительные заряженные ионы – к катоду. Вследствие этого и возникает явление прохождения электрического тока через газовый промежуток.
Процесс образования заряженных частиц путем разрушения нейтральных атомов и молекул, а также процесс увеличения заряда ионов называется ионизацией газа.
При рассмотрении дуги, как элемента электрической цепи, большое значение придается процессом, происходящим в катодной области и в столбе дуги. Возникновение заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией электронов с поверхности катода и ионизацией газов, находящихся в промежутке.
Для выхода электрона за пределы электрода необходимо сообщить ему дополнительную энергию или совершить работу выхода. Величина работы выхода электрона зависит от свойств электрода. Процесс испускания заряженных частиц с поверхностей, ограничивающих зону разряда, называется эмиссией.
Эмиссия электронов с поверхности электродов происходит в результате нагрева поверхности катода, большой напряженности электрического поля в катодной области, фотоэлектронных процессов и др.
Термоэлектронная эмиссия для плавящегося электрода не играет основной роли.
При автоэлектронной эмиссии выход электронов с катода происходит под действием электрического поля высокой напряженности, которое создается положительным объемным зарядом ионов, непрерывно движущихся к катоду.
Выражение для определения плотности тока электронной эмиссией с поверхности нагретого катода имеет следующий вид
где
А, С – коэффициенты зависящие от материала катода
Тк – абсолютная температура катодного пятна.
Ек – напряженность электрического поля в катодном пространстве.
е – заряд электрона.
uв – потенциал выхода.
К – постоянная Больцмана.
Кинетическая энергия эмитированных электронов, приобретенная ими в электрическом поле вблизи катода, расходуется на ионизацию и подогрев газа в разрядном промежутке.
Температура газа в столбе дуги 6000 - 8000O С и более. При этом важную роль приобретает термическая ионизация, т.е. ионизация в результате столкновения частиц. Степень ионизации газа характеризует отношение количества образовавшихся заряженных частиц, к общему количеству частиц, существовавших в данном объеме газа до его ионизации. Степень ионизации зависит от потенциала ионизации и температуры.
Для расчета степени ионизации смеси газов пользуются эффективным потенциалом ионизации, который может быть вычислен по известным потенциалам ионизации компонентов смеси и их концентрациям. При введении в атмосферу дуги небольшого количества веществ с низким потенциалом ионизации эффективный потенциал резко снижается. Этим эффектом часто пользуются для повышения устойчивости горения дуги.
Наибольшее значение для образования заряженных частиц имеют ионизация электронным ударом, фотоионизация и термоионизация.
Дуговой промежуток разделяют на три области: анодную, катодную и столб дуги.
Распределение потенциала в дуге показано на рис. 1.1.
Рис.1.1. Распределение потенциала по дуге.
Протяженность анодной и катодной областей в направлении оси дуги очень мала, поэтому длину дуги с достаточной точностью можно считать равной длине ее столба.
Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в столбе Uс и в приэлектродных областях Uk и Ua
Ud = Uk + Ua + Uc .
Напряженность поля в столбе дуги значительно ниже, чем в катодной области, и практически не зависит от длины дуги. Поэтому зависимость падения напряжения на дуге от ее длины имеет линейный характер.
Ud = a + bLd ,
где a, b—постоянные, зависящие от материала электродов, давления и свойств газовой среды.
Статическая вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость напряжения на дуге от ее тока (U = f(I)) , изменяется по мере увеличения тока, переходя из падающей в жесткую, а затем и возрастающую (рис.1.2).
Рис.1.2. Вольтамперная характеристика дуги.
Зависимость ud = f(id) в переходном режиме называется динамической характеристикой дуги. Форма динамической характеристики дуги зависит от скорости изменения тока во времени поэтому не может быть выражена
какой-то одной определенной кривой. Чем больше скорость изменения тока, тем значительнее тепловая инерция дуги, тем больше отклонение динамической характеристики от статической.
Читайте также:
lektsia.com
