Principen och släckningsmetoden för ljusbågsgenerering i elektroniska enheter som säkringar

Vad är en elektrisk ljusbåge?

När säkringen i kretsen går, när spänningen och strömmen når ett visst värde, har säkringslänken precis smält och kopplats ur, och en ljusbåge kommer att uppstå mellan de just separerade säkringslänkarna, som kallas en båge. Det beror på det starka elektriska fältet, som joniserar gasen och får strömmen att passera genom det normalt isolerande mediet. Användningen av ljusbågar kan ha många tillämpningar, såsom svetsning, ljusbågsugnar i stålverk, etc. Men om ljusbågen genereras i ett okontrollerat tillstånd kommer det att orsaka skador på kraftöverföring, distribution och elektronisk utrustning. Så vi måste förstå och kontrollera bågen.

Sammansättning av ljusbåge

1. Arc Column Zone

Bågkolonnområdet är elektriskt neutralt och består av molekyler, atomer, exciterade atomer, positiva joner, negativa joner och elektroner. Bland dem är positivt laddade joner nästan lika med negativt laddade joner, så det kallas också plasma. Laddade partiklar rör sig riktat i plasma utan att förbruka mycket energi, varför de kan överföra höga strömmar under lågspänningsförhållanden. De huvudsakliga laddade partiklarna som överför ström är elektroner, som står för cirka 99,9 % av det totala antalet laddade partiklar, medan resten är positiva joner. På grund av den extremt korta längden av katod- och anodområdena kan längden av bågkolonnområdet betraktas som båglängden. Den elektriska fältstyrkan i bågkolonnområdet är relativt låg, vanligtvis endast 5-10V/cm.

2. Katodområde

Katoden anses vara källan till elektroner. Det ger 99,9 % av laddade partiklar (elektroner) till bågkolonnen. Katodens förmåga att emittera elektroner har en betydande inverkan på bågens stabilitet. Längden på katodområdet är 10-5-10-6 cm. Om katodspänningsfallet är 10V är den elektriska fältstyrkan för katodområdet 106-107V/cm.

3. Anodområde

Anodområdet är huvudsakligen ansvarigt för att ta emot elektroner, men det bör också ge 0,1% laddade partiklar (positiva joner) till bågkolonnen. Längden på anodområdet är vanligtvis 10-2-10-3 cm, så den elektriska fältstyrkan för anodområdet är 103-104V/cm. På grund av den betydande påverkan av anodmaterial och svetsström på spänningsfallet i anodområdet kan det variera mellan 0 och 10V. Till exempel, när strömtätheten är hög och anodtemperaturen är hög, vilket får anodmaterialet att avdunsta, kommer anodspänningsfallet att minska, till och med till 0V.

Egenskaper för elektriska ljusbågar

1. Bågspänningen som krävs för att upprätthålla en stabil förbränning av ljusbågen är mycket låg, och spänningen för en 1 cm likströmsbågkolonn i atmosfären är endast 10-50V.

2. En stor ström kan passera genom bågen, allt från några ampere till flera tusen ampere.

3. Bågen har en hög temperatur, och temperaturen på bågkolonnen är ojämn. Centrumtemperaturen är högst och når 6000-10000 grader, medan temperaturen sjunker bort från centrum.

4. Elektriska ljusbågar kan avge starkt ljus. Våglängden för ljusstrålning från bågen är (1,7-50) × 10-7m. Den innehåller tre delar: infrarött, synligt ljus och ultraviolett ljus

Klassificering av ljusbågar

1. Beroende på typen av ström kan den delas in i AC-båge, DC-båge och pulsbåge.

2. Beroende på tillståndet för bågen kan den delas in i fri båge och komprimerad båge (som plasmabåge).

3. Beroende på elektrodmaterialet kan det delas in i: smältelektrodbåge och icke-smältande elektrodbåge.

Farorna med ljusbågar

1. Närvaron av ljusbågar förlänger tiden för ställverk att koppla bort felaktiga kretsar och ökar sannolikheten för kortslutningar i kraftsystemet.

2. Den höga temperaturen som genereras av ljusbågen smälter och förångar kontaktytan, vilket bränner ut isoleringsmaterialet. Oljefylld elektrisk utrustning kan också utgöra risker som brand och explosion.

3. På grund av det faktum att elektriska ljusbågar kan röra sig under inverkan av elektriska och termiska krafter. Det är lätt att orsaka ljusbågsbildande kortslutningar och skador, vilket leder till eskalering av olyckor.

Principen med sex släckbågar

1. Bågtemperatur

Bågen upprätthålls genom termisk jonisering, och en sänkning av ljusbågens temperatur kan försvaga termisk jonisering och minska genereringen av nya laddade joner. Samtidigt minskar det också hastigheten för laddade partiklar och förstärker den sammansatta effekten. Genom att snabbt förlänga ljusbågen, blåsa ljusbågen med gas eller olja, eller bringa ljusbågen i kontakt med ytan av ett fast medium, kan bågtemperaturen reduceras.

2. Mediets egenskaper

Egenskaperna hos mediet i vilket ljusbågen brinner bestämmer till stor del dissociationsstyrkan i bågen. Inklusive värmeledningsförmåga, värmekapacitet, termisk fri temperatur, dielektrisk styrka, etc.

3. Tryck på gasmedium

Gasmediets tryck har en betydande inverkan på dissociationen av bågen. Eftersom ju högre gastrycket är, desto högre koncentration av partiklar i ljusbågen, desto mindre är avståndet mellan partiklarna, desto starkare blir den sammansatta effekten, och desto lättare är det för ljusbågen att släcka. I en högvakuummiljö minskar sannolikheten för kollision, vilket undertrycker kollisionsdissociation, samtidigt som diffusionseffekten är stark.

4. Kontaktmaterial

Kontaktmaterialet påverkar också lösgöringsprocessen. När man använder högtemperaturbeständiga metaller med höga smältpunkter, god värmeledningsförmåga och stor värmekapacitet som kontakter, minskar det utsläppet av heta elektroner och metallånga i ljusbågen, vilket är fördelaktigt för ljusbågssläckning.

Metoden för att släcka bågen

1. Använd mediet för att släcka ljusbågen

Borttagningen av båggapet beror till stor del på egenskaperna hos släckmediet runt bågen. Svavelhexafluoridgas är ett utmärkt ljusbågssläckningsmedium med stark elektronegativitet. Det kan snabbt adsorbera elektroner och bilda stabila negativa joner, vilket bidrar till rekombination och jonisering. Dess ljusbågssläckningsförmåga är cirka 100 gånger starkare än luft; Vakuum (tryck under 0,013 Pa) är också ett bra medium för ljusbågssläckning. På grund av det lilla antalet neutrala partiklar i vakuum är det inte lätt att kollidera och dissociera, och vakuum bidrar till diffusion och dissociation. Dess ljusbågssläckningsförmåga är cirka 15 gånger starkare än luft.

2. Använd gas eller olja för att blåsa ljusbågen

Att blåsa en ljusbåge orsakar diffusion och kylningsrekombination av laddade partiklar i båggapet. I högspänningsbrytare används olika former av ljusbågssläckningskammarstrukturer för att generera ett enormt tryck från gas eller olja och kraftfullt blåsa det mot ljusbågsgapet. Det finns två huvudsakliga sätt att blåsa en båge: vertikal blåsning och horisontell blåsning. Vertikal blåsning är blåsriktningen parallellt med bågen, vilket gör att bågen blir tunnare; Horisontell blåsning är blåsriktningen vinkelrätt mot bågen, som förlängs och skär av bågen.

3. Använd speciella metallmaterial som ljusbågssläckningskontakter

Att använda högtemperaturbeständiga metaller med höga smältpunkter, värmeledningsförmåga och stor värmekapacitet som kontaktmaterial kan minska emissionen av heta elektroner och metallånga i elektriska ljusbågar, och därmed uppnå effekten av att undertrycka jonisering; Kontaktmaterialet som används samtidigt kräver också hög motståndskraft mot båge och svetsning. Vanliga kontaktmaterial inkluderar koppar-volframlegering, silver-volframlegering, etc.

4. Elektromagnetisk bågeblåsning

Fenomenet att en elektrisk båge rör sig under inverkan av elektromagnetisk kraft kallas elektromagnetisk blåsbåge. På grund av bågens rörelse i det omgivande mediet har den samma effekt som luftblåsning och uppnår därmed syftet att släcka bågen. Denna bågsläckningsmetod används mer allmänt i lågspänningsställverk.

5. Få bågen att röra sig i den smala slitsen på det fasta mediet

Denna typ av bågsläckningsmetod är också känd som spaltbågssläckning. På grund av bågens rörelse i mediets smala slits, å ena sidan, kyls den, vilket förstärker joniseringseffekten; Å andra sidan är bågen långsträckt, bågdiametern minskas, bågmotståndet ökar och bågen släcks.

6. Separera den långa bågen i korta bågar

När bågen passerar genom en rad metallgaller vinkelrätt mot den, delas den långa bågen i flera korta bågar; Spänningsfallet för korta ljusbågar faller huvudsakligen i anod- och katodområdena. Om antalet galler är tillräckligt för att säkerställa att summan av de minsta spänningsfall som krävs för att upprätthålla ljusbågsförbränning i varje segment är större än den pålagda spänningen, kommer ljusbågen att släckas av sig själv. Dessutom, efter att växelströmmen passerar noll, på grund av den nära katodeffekten, ökar den dielektriska styrkan för varje båggap plötsligt till 150-250V. Genom att använda flera båggap i serie kan en högre dielektrisk hållfasthet erhållas, så att bågen inte tänds igen efter att ha släckts vid nollgenomgång.

7. Anta bågsläckning med flera sprickor

Varje fas i en högspänningsbrytare är seriekopplad med två eller flera avbrott, vilket minskar spänningen som bärs av varje avbrott och fördubblar kontaktbrytningshastigheten, vilket gör att ljusbågen snabbt förlängs och gynnar ljusbågens släckning.

8. Förbättra separationshastigheten för brytarkontakter

Förbättrade hastigheten för att förlänga bågen, vilket är fördelaktigt för bågkylning, rekombination och diffusion.