交流電弧的熄滅原理

1、電電 器器 理理 論論 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)-第四章第四章電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)目的與要求： 1、掌握近陰極效應(yīng)，熟悉開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)、掌握近陰極效應(yīng)，熟悉開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性；度特性； 2、掌握工頻恢復(fù)電壓，熟悉理想弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程，、掌握工頻恢復(fù)電壓，熟悉理想弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程，了解電弧參數(shù)對(duì)電壓恢復(fù)過(guò)程的影響；了解電弧參數(shù)對(duì)電壓恢復(fù)過(guò)程的影響； 3、掌握交流電弧的熄滅條件，了解交流電弧熄滅過(guò)程、掌握交流電弧的熄滅條件，了解交流電弧熄滅過(guò)程的計(jì)算方法的計(jì)算方法 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 1、近陰極效應(yīng)與弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性；、近陰極效應(yīng)與弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性； 2、工頻恢復(fù)電壓及理想弧隙

2、電壓恢復(fù)過(guò)程；、工頻恢復(fù)電壓及理想弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程； 3、交流電弧的熄滅條件、交流電弧的熄滅條件 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理教學(xué)基本內(nèi)容： 1、介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程的概念； 2、開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性； 3、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)電壓； 4、理想弧隙上的電壓恢復(fù)過(guò)程； 5、電弧參數(shù)對(duì)電壓恢復(fù)過(guò)程的影響； 6、交流電弧的熄滅條件； 7、交流電弧熄滅過(guò)程的計(jì)算方法。 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理 概 述 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算

3、方法 小 結(jié) 概概 述述一、交流電弧過(guò)零后，存在兩個(gè)過(guò)程： 介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程和電壓恢復(fù)過(guò)程。 1、介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程： 弧隙中電離氣體從導(dǎo)電狀態(tài)迅速變?yōu)榻^緣狀態(tài)，使弧隙能承受電壓作用而不發(fā)生電弧重燃的過(guò)程。 2、電壓恢復(fù)過(guò)程：熄弧后電路將被開(kāi)斷，電源電壓加到弧隙兩端觸頭上的過(guò)程。 若介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度曲線ujf 大于電壓恢復(fù)強(qiáng)度曲線uhf，則電弧趨于熄滅；否則，若某一瞬間ujf小于uhf，則電弧將繼續(xù)燃燒。 概 述二、兩過(guò)程在二、兩過(guò)程在“競(jìng)賽競(jìng)賽” 概 述uhfujf1ujf1tu交流電弧過(guò)零后，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程和弧隙上的電壓恢復(fù)過(guò)程一、介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程的概念：一、介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程的概念： 在交流電流過(guò)零后的熄

4、弧過(guò)程中，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)的情況不同。 1、近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程： 近陰極效應(yīng)（重要概念）：近陰極效應(yīng)（重要概念）：電流過(guò)零期間，弧隙兩端電壓也過(guò)零，此時(shí)弧隙中的正負(fù)帶電粒子由于熱運(yùn)動(dòng)而處于均勻分布狀態(tài)。電流過(guò)零后，當(dāng)弧隙兩端電壓極性改變時(shí)，電子迅速向正極方向運(yùn)動(dòng)，而離子由于質(zhì)量很大，加速緩慢，如果新陰極較冷，要產(chǎn)生電弧電子只能靠陰極表面處存在的高電場(chǎng)進(jìn)行發(fā)射，要求E0大于一定值（如106v/cm）。電場(chǎng)E0隨著電極上電壓Uj 的增大而增大，所以Uj必須大于一定值；否則，E0就不足以產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射，電弧便不能再產(chǎn)生。4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程

5、4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 從電路的角度看，好象弧隙在電流過(guò)零后立即獲得一定的耐從電路的角度看，好象弧隙在電流過(guò)零后立即獲得一定的耐壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過(guò)零后弧隙立即能壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過(guò)零后弧隙立即能承受的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度承受的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0jf0。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0 jf0 并非是一個(gè)固定值，它和電流過(guò)零瞬間并非是一個(gè)固定值，它和電流過(guò)零瞬間原來(lái)

6、的陽(yáng)極（過(guò)零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流原來(lái)的陽(yáng)極（過(guò)零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流I Ih h增增大時(shí)電流過(guò)零瞬間電極溫度很高，因而大時(shí)電流過(guò)零瞬間電極溫度很高，因而U Ujf0 jf0 下降。見(jiàn)表下降。見(jiàn)表4-14-1：交流電流過(guò)零瞬間，交流電流過(guò)零瞬間，E E0 0 與與U Uj j 的關(guān)系：的關(guān)系：4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程jnqUE20n:弧隙中正離子數(shù)密度q:一個(gè)帶電粒子的電量Uj :相對(duì)于陰極的電位 ：氣體的介電常數(shù)P98 例題：設(shè)交流電流過(guò)零時(shí)，某空氣介質(zhì)短弧弧隙中正離子數(shù)密度n=1014 cm-3 ,在陰極表面處的最大允許電場(chǎng)強(qiáng)度

7、EX=30*104 V/cm。又計(jì)算弧隙的介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0 。 解：由式解：由式 得：得：4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程cmF /1086. 8140Cq19106 . 1jnqUE20VVnqEUxjfo250106 . 1102)300000(1086. 821914214202、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程：、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程： 1）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以上時(shí)以上時(shí)，電弧重燃的物理本質(zhì)是電弧的，電弧重燃的物理本質(zhì)是電弧的PhPs（輸入功率大于散發(fā)功率），弧柱被加熱使電弧重燃，稱為（輸入功率大于散發(fā)功率），弧柱被加熱使電弧重燃，稱為熱擊

8、穿熱擊穿。 在臨界狀態(tài)，且在臨界狀態(tài)，且Rz保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱此時(shí)保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱此時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度ujf。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度為：。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度為： jfzzuR P4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 2）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以下，以下，熱電離作用已基本上停止，熱電離作用已基本上停止，Rz，無(wú)電弧。若此時(shí)外加電壓，將產(chǎn)生電場(chǎng)。，無(wú)電弧。若此時(shí)外加電壓，將產(chǎn)生電場(chǎng)。 如電場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生間隙擊穿而使電弧重燃，即如電場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生

9、間隙擊穿而使電弧重燃，即電擊穿電擊穿。 電流過(guò)零后的這一階段稱為電擊穿階段。電流過(guò)零后的這一階段稱為電擊穿階段。 弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程對(duì)熄滅交流長(zhǎng)弧具有重要意義，是所有高壓弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程對(duì)熄滅交流長(zhǎng)弧具有重要意義，是所有高壓電器和部分低壓電器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。電器和部分低壓電器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 綜上所述，在電流過(guò)零后的熄弧過(guò)程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過(guò)兩綜上所述，在電流過(guò)零后的熄弧過(guò)程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。個(gè)階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。 前者弧隙具有一定的電阻，流過(guò)前者弧隙具有一定的電阻，流過(guò)一

10、定的電流；后者弧隙電阻趨于無(wú)窮大，但因介質(zhì)溫度高，擊穿比較一定的電流；后者弧隙電阻趨于無(wú)窮大，但因介質(zhì)溫度高，擊穿比較容易。容易。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程二、開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性：二、開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性： 開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系，稱作弧隙介質(zhì)開(kāi)關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系，稱作弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性?；謴?fù)強(qiáng)度特性。 大氣自由燃弧的情況下，開(kāi)斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度大氣自由燃弧的情況下，開(kāi)斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0 jf0 越小。除開(kāi)關(guān)電流外，越小。除開(kāi)關(guān)電流外，U Ujf0 jf0 還與觸頭

11、材料的熱導(dǎo)率、沸點(diǎn)有一定的關(guān)還與觸頭材料的熱導(dǎo)率、沸點(diǎn)有一定的關(guān)系。系。 高壓電器中，弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對(duì)弧柱的高壓電器中，弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對(duì)弧柱的冷卻和消電離作用。冷卻和消電離作用。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程按照弧隙上是否施加電壓來(lái)分類：按照弧隙上是否施加電壓來(lái)分類： 固有介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程：固有介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程：電流過(guò)零后，弧隙上不施加電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)電流過(guò)零后，弧隙上不施加電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程，相應(yīng)的程，相應(yīng)的u ujf jf 隨隨t t變化的關(guān)系，也稱自由恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在變化的關(guān)系，也稱自由恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在給

12、定的弧隙介質(zhì)條件下僅有一條。給定的弧隙介質(zhì)條件下僅有一條。 實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程：實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程：電流過(guò)零后，弧隙上施加某一電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)電流過(guò)零后，弧隙上施加某一電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程，相應(yīng)的過(guò)程，相應(yīng)的u ujf jf 隨隨t t變化的關(guān)系，這種特性隨所加電壓的大小和波形變化的關(guān)系，這種特性隨所加電壓的大小和波形不同而不同，因此即使在給定的弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。不同而不同，因此即使在給定的弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程一、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)過(guò)程：一、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢

13、復(fù)過(guò)程： 1 1、電壓恢復(fù)過(guò)程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧電壓上升到此時(shí)的、電壓恢復(fù)過(guò)程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧電壓上升到此時(shí)的電弧電壓的過(guò)程。相應(yīng)于此時(shí)弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用電弧電壓的過(guò)程。相應(yīng)于此時(shí)弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用u uhfhf表示。表示。 2 2、恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。穩(wěn)態(tài)分量又由直流電壓和。穩(wěn)態(tài)分量又由直流電壓和工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量?jī)H有工頻電壓，稱之為工頻恢復(fù)電壓。工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量?jī)H有工頻電壓，稱之為工頻恢復(fù)電壓。 暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)在電弧電流過(guò)零后的幾百微妙暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)

14、在電弧電流過(guò)零后的幾百微妙內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱瞬態(tài)恢復(fù)電壓。內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱瞬態(tài)恢復(fù)電壓。 3 3、開(kāi)斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時(shí)，恢復(fù)電壓的波形：見(jiàn)教材圖、開(kāi)斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時(shí)，恢復(fù)電壓的波形：見(jiàn)教材圖4-104-10。 a a）電阻性負(fù)載：）電阻性負(fù)載：電弧電流與電源電壓同相，電流過(guò)零電壓也過(guò)零。所電弧電流與電源電壓同相，電流過(guò)零電壓也過(guò)零。所以過(guò)零熄弧后，以過(guò)零熄弧后，u uhfhf由零按正弦形上升，由零按正弦形上升，沒(méi)有暫態(tài)分量，只有沒(méi)有暫態(tài)分量，只有穩(wěn)態(tài)分量中的穩(wěn)態(tài)分量中的工頻恢復(fù)電壓。工頻恢復(fù)電壓。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 t 0

15、 u，i u i uh uhf t0 tf此刻電弧熄滅此刻電弧熄滅此刻觸頭分離此刻觸頭分離 b b）電感性負(fù)載：）電感性負(fù)載：ih落后于u，ih過(guò)零時(shí)u約為幅值。若ih過(guò)零后電弧熄滅，電路開(kāi)斷，uhf將由零躍升到u的幅值（理想情況下），然后再按工頻電壓變化，故uhf常含有暫態(tài)分量，其上升速度比 （a）的快得多。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf此刻電弧熄滅此刻電弧熄滅此刻觸頭分離此刻觸頭分離c c）電容性負(fù)載：）電容性負(fù)載：ih超前于u。當(dāng)ih過(guò)零時(shí)u是幅值，電容C被充電到u的幅值。電弧熄滅后，C將保持該電壓。uhf在電流過(guò)零后

16、其值為零，然后隨著u變化逐漸增大。當(dāng)u達(dá)反向幅值時(shí)，uhf達(dá)u幅值的兩倍，不含暫態(tài)分量，其穩(wěn)態(tài)分量為直流電壓與工頻電壓之和。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf此刻觸頭分離此刻觸頭分離4、舉例說(shuō)明：以開(kāi)斷電感性負(fù)載時(shí)弧隙的Uhf為例進(jìn)行分析。 Uhf的穩(wěn)態(tài)分量即工頻恢復(fù)電壓。Ih過(guò)零瞬間，工頻恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值Ugo： 式中 ：工頻恢復(fù)電壓的幅值； ：電源電壓相電壓的有效值； ：被開(kāi)斷電路的電流和電源電壓的相位差； 0sin2singgmxUUK UgmUU4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 ：線路因數(shù)， （Ugp是電路

17、開(kāi)斷后加在弧隙上的工頻電壓有效值）。 Kx 的數(shù)值與被開(kāi)斷的電路的相數(shù)以及弧隙在電路中的工作情況有關(guān)。開(kāi)斷一相單弧隙電路時(shí)， Kx取1；對(duì)三相電器，Kx取1.5；只有在超高壓電網(wǎng)中由于電源中性點(diǎn)接地，線路發(fā)生三相短路時(shí)必伴有接地短路時(shí)，Kx取1.3。 xKgpxUKU4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程二、弧隙為理想弧隙時(shí)，弧隙上的電壓恢復(fù)過(guò)程： 交流電路電流過(guò)零后極短時(shí)間內(nèi)，弧隙上電壓的幅值和波形與兩方面的參數(shù)有關(guān)：一是電路的參數(shù)（包括電路連接方式、電路中集中的或分布的電感、電容和電阻的數(shù)值等）；一是電弧的參數(shù)（包括電弧電壓、剩余電阻等） 1、理想弧隙的條件：電流過(guò)零前，電弧電阻

18、等于零；電流過(guò)零后，電弧電阻立即變?yōu)闊o(wú)窮大。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程1、理想弧隙的條件：電流過(guò)零前，電弧電阻等于零；電流過(guò)零后，電弧電阻立即變?yōu)闊o(wú)窮大。 先作二點(diǎn)簡(jiǎn)化： （1） 實(shí)際電網(wǎng)中發(fā)生短路時(shí)，電流落后于電源電壓接近90o, 所以可以認(rèn)為電路總的電阻為零，而電弧電阻設(shè)為零，則電流過(guò)零時(shí)，工頻恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值為 （2）在電壓恢復(fù)過(guò)程中，因時(shí)間短，此期間電源電壓變化甚微，所以可以認(rèn)為電源電壓 02ggmxUUK UgmuU 常數(shù)4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 2、開(kāi)斷單頻電路（只有一個(gè)L-R-C電路）

19、時(shí)，弧隙上的電壓恢復(fù)過(guò)程： 1）見(jiàn)圖4-12。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 2）設(shè)電源容量無(wú)限大，在其不遠(yuǎn)處發(fā)生短路。 弧隙上的恢復(fù)電壓uhf經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算，得： （4-17） 式中 ：弧隙K中電流過(guò)零后的恢復(fù)電壓； （4-16） 其中 ：電路固有衰竭系數(shù)； ：電路固有振蕩角頻率。 122121gmtthfgmUuUee（）hfu004-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程LCRCRC1)21(2122, 1 3）當(dāng)R取不同值時(shí)，uhf的變化情況如下： （1）設(shè) ，式4-16可以寫成： （4-18） ：電路固有衰減系數(shù)， ：電路的固有振蕩角頻率，4-18式代入4-17式

20、，結(jié)合歐拉公式，得： 波形圖見(jiàn)教材圖4-13，uhf由恒定分量（工頻分量）和暫態(tài)分量組成。 2LCR 1 200j ，4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程00)sin(200hf001)(uttgmgmeUU4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 （2）設(shè) ，4-16式可以寫成： 式中 ，則整理得恢復(fù)電壓為： 此式表明： Uhf 由兩部分組成，一是恒定分量，一是暫態(tài)分量。Uhf的波形圖見(jiàn)教材圖4-14。 2LCR 1 200 ，201LC1（）2RC00000thfgmgmuUUeshtch（t）4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程

21、弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 4）二參數(shù)法： 實(shí)際開(kāi)斷單頻電路電流的情況，圖4-13占多數(shù)。對(duì)于這種開(kāi)斷單頻電路電壓恢復(fù)過(guò)程，通常用兩個(gè)參數(shù)表示其特征。這一表示方法叫做二參數(shù)法。在低壓開(kāi)關(guān)電器：國(guó)標(biāo)規(guī)定用采用振幅因數(shù)和振蕩頻率兩個(gè)參數(shù)。 其定義為： Uhfm-Uhf的最大值。 tm-從電流過(guò)零起到Uhfm出現(xiàn)止所經(jīng)歷的時(shí)間 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程gmhfmUUmtf21 在高壓開(kāi)關(guān)電器：國(guó)標(biāo)規(guī)定用恢復(fù)電壓峰值Uc和峰值時(shí)間t3表示其特征，圖見(jiàn)教材圖4-15，任一給定的單頻振蕩恢復(fù)電壓Uhf 波形。 求法：過(guò)原點(diǎn)O作一直線OB和uhf曲線相切，過(guò)uhf曲線的峰值作一水平線AC與

22、OB相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)坐標(biāo)即為（t3，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定用時(shí)延td參數(shù)描述uhf曲線起始上升部分的凹度。 求法：在OA右方作一與之平行的直線和曲線的凹部相切，此切線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的時(shí)間值即為td。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程3、開(kāi)斷多頻電路時(shí)，弧隙上的電壓恢復(fù)過(guò)程： 實(shí)際電路大都不是單頻的，而是雙頻或多頻的。電路圖見(jiàn)教材圖4-16的a圖。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程1 1）變壓器）變壓器T T的一次側(cè)短路，短路電流由的一次側(cè)短路，短路電流由S S1 1斷開(kāi)，等效電路見(jiàn)圖斷開(kāi)，等效電路見(jiàn)圖4-164-16的的b b圖。圖。

23、當(dāng)當(dāng)S S1 1斷開(kāi)后，電路分裂為二個(gè)振蕩回路斷開(kāi)后，電路分裂為二個(gè)振蕩回路L L1 1-C-C1 1-R-R1 1和和L L2 2-C-C2 2-R-R2 2，故，故u uhfhf包含二包含二個(gè)頻率的暫態(tài)分量。個(gè)頻率的暫態(tài)分量。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 設(shè)R1=R2=，則： 式中 ， 。 hfgmuU12121212LL（1-cost-cost）L +LL +L11C11L22C21L4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程2 2）變壓器）變壓器T T的二次側(cè)短路，短路電流由的二次側(cè)短路，短路電流由S S2 2斷開(kāi)，等效電路見(jiàn)圖斷開(kāi)，等效電路見(jiàn)圖4-174-17的的b b圖。圖。 L L1 1-C-

24、C1 1-R-R1 1為變壓器電源及其有關(guān)線路的等效電感、電容、電阻。和為變壓器電源及其有關(guān)線路的等效電感、電容、電阻。和L L2 2-C-C2 2-R-R2 2為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻，故，故u uhfhf包含二個(gè)頻率的包含二個(gè)頻率的暫態(tài)分量。暫態(tài)分量。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 設(shè)R1=R2=，則： 式中： K0、K1、K2 由4-18查表確定。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程)cos1 ()cos1 (2211ttUugmhf21201KKKK21012KKKK2211CLK2222CLK 3）四參數(shù)法 對(duì)多頻電路的恢復(fù)電壓

25、，常用第一波幅值U1、第一波幅時(shí)間t1、峰值Uc和峰值時(shí)間t2四個(gè)參數(shù)表示，此方法稱為四參數(shù)法。見(jiàn)圖4-20。 求法：從原點(diǎn)O作一直線OB與uhf曲線相切，又作一水平線AC與uhf曲線的峰值相切，再作一斜線AB與uhf曲線在D點(diǎn)相切并交直線OB于B點(diǎn)，交直線AC于A點(diǎn)。直線AB的斜率應(yīng)使得在D點(diǎn)的兩邊、uhf曲線與直線AB、OB、AC所構(gòu)成的帶陰影的面積相等，則B點(diǎn)的坐標(biāo)為（t1，U1），A點(diǎn)的坐標(biāo)為（t2，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程另外，用時(shí)延另外，用時(shí)延td描述描述uhf曲線起始上升部分的凹度的求法曲線起始上升部分的凹度的求法同單頻。同單頻。4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程4）電路

26、的固有恢復(fù)電壓 在開(kāi)斷理想電路時(shí)，弧隙恢復(fù)電壓的幅值和波形只與電路參數(shù)有關(guān)，稱為電路的固有恢復(fù)電壓。 我國(guó)低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗(yàn)中固有振蕩頻率f0（KHz）和固有振蕩因數(shù)0為： 式中，I0：控制電器的開(kāi)斷電流（有效值），單位A； UN：被開(kāi)斷電路的額定電壓，單位為V； 01.1 0.050.20.8002000NfI U4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過(guò)程 對(duì)于高壓斷路器，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同的開(kāi)斷電流，被開(kāi)斷電路恢復(fù)電壓的固有參數(shù)應(yīng)符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。 對(duì)于高壓斷路器，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同的開(kāi)斷電流，被開(kāi)斷電路恢復(fù)電壓的固有參數(shù)應(yīng)符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。 4-3 交流電弧的熄滅

27、條件和計(jì)算方法一、交流電弧的熄滅條件：一、交流電弧的熄滅條件： 圖4-24 a和b中的實(shí)線分別為ujf和uhf的固有特性，即是在弧隙上未加uhf的ujf(圖a)和弧隙中Rs為無(wú)窮大時(shí)的uhf (圖b) 。從圖4-24 a和b中的實(shí)線即ujf和uhf的固有特性看上去，a圖的弧隙會(huì)熄弧，b圖的交流電弧將重燃。 實(shí)際上在弧隙滅弧過(guò)程中，介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度和電壓恢復(fù)強(qiáng)度同時(shí)進(jìn)行，相互聯(lián)系、相互影響。 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 如在弧隙介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程中，如弧隙上加有uhf ，由于弧隙的電阻不是無(wú)窮大，弧隙中將流過(guò)某一數(shù)值的剩余電流，即有一定的功率輸入弧隙，使弧隙的ujf 上升緩慢甚至下降。再如，在電

28、壓恢復(fù)過(guò)程中，若弧隙在uhf 最大峰值到來(lái)之前弧隙的電阻相當(dāng)小，則弧隙電阻將對(duì)電壓恢復(fù)過(guò)程起到阻尼作用，使uhf 上升緩慢。實(shí)際上，由于介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程和電壓恢復(fù)過(guò)程相互聯(lián)系、相互影響，實(shí)際的ujf和uhf特性高度 趨于降低，波形也發(fā)生變化，如圖 虛線所示的曲線。則實(shí)際上弧隙1 中電弧將發(fā)生重燃，而弧隙2中電 弧將熄滅。 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 因此要判斷電流過(guò)零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡(jiǎn)單地依靠將弧因此要判斷電流過(guò)零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡(jiǎn)單地依靠將弧隙的固有隙的固有ujf和固有和固有uhf 特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用的實(shí)際特性進(jìn)行比較。的實(shí)際特性進(jìn)行比較。. 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 所以交流電弧熄滅條件：所以交流電弧熄滅條件：在交流電流過(guò)零后，弧在交流電流過(guò)零后，弧隙中的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù)隙中的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù)電壓特性，即實(shí)際的電壓特性，即實(shí)際的ujf(t)實(shí)際的實(shí)際的uhf(t)。 小小 結(jié)結(jié) 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程，在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)有著本質(zhì)的不同。在電流過(guò)零時(shí),