4.3. Дуга переменного тока.

Ток и напряжение растут по закону синусоиды,

а) б)

в)

рис. 17

При снижении тока дуги до величины к дуге подводится малая мощность, ее температура падает на 30 – 40% усиливается деионизация, дуга гаснет при напряжении гашения . При переходе тока через нуль имеет место токовая пауза, когда дуга не горит. При этом происходит восстановление электрической прочности промежутка, которое происходит тем быстрее, чем скорее отводится тепло после дуги и снижается температура газа. При переходе напряжения через нуль происходит два процесса: нарастает и возрастает прочность. Если нарастает быстрее, то при каком-то значение происходит пробой промежутка и зажигание дуги. Если прочность возрастает скорее, чем , то пробоя не произойдет и дуга больше не загорится. Дугогасящее устройство считается тем эффективнее, чем быстрее оно восстанавливает свою электрическую прочность.

Напряжение, появляющееся на контактах после прохождения тока через нуль называется восстанавливающимся.

На рис.17 приведены кривые для активной нагрузки, когда и проходят нуль одновременно, поэтому условия гашения легче. При индуктивной нагрузке ток отстает на 90° от напряжения, поэтому в момент прохождения током нуля напряжение имеет максимальное значение и значительно легче условия пробоя.

При возрастании напряжения для наступления пробоя необходимо наряжение для медных холодных электродов. В случае нагретых электродов и при больших токах (100 А и выше) пробивное напряжение снижается.

4. Принцип действия дугогасительных устройств аппаратов.

В аппаратах с короткими дугами при погашении дуги прочность растет быстрее, если меньше расстояние между электродами, причем практически мгновенно (0,1 мкс). Близкое расположение электродов способствует снижению температуры газа.

Явление мгновенного образования прочности в коротких промежутках используется в аппаратах н/н при гашении дуги. Для этого дуга разбивается на ряд коротких дуг металлическими электродами в виде решетки. Общая прочность равна сумме всех мгновенных прочностей каждой ячейки. Такое устройство называется деионной решеткой.

4. Способы гашения электрической дуги в аппаратах.

1 . Механическое растягивание дуги вдоль оси выполняется расхождением электродов с осевой скоростью. Длину, при которой дуга гаснет, называют критической . Она тем больше, чем выше напряжение. Отвод тепла в аппаратах н/н от дуги осуществляется за счет теплопроводности и конвекции (естественной). Теплопроводность воздуха мала, и отвод тепла при растягивании практически такой же, как при неподвижной дуге. Конвекция за счет продольного растягивания несколько возрастает, но незначительно; т.е. не зависит от скорости расхождения контактов, но растет с ростом тока и напряжения. При механическом растягивании точки дуги стоят на одних и тех же местах на электродах. Это приводит к обгоранию в этих точках. Для уменьшения обгорания требуется уменьшение времени горения и, как следствие, высокие скорости, что возможно при сильных натяжениях отключающих пружины.

Время гашения: [41]

При токе I = 600 A, U = 220 В; составляет 25 см. Поэтому гашение дуги путем только механического растягивания применимо при малых токах.

2 . Гашение в магнитном поле.

Хорошего охлаждения можно добиться, обдувая дугу (но это требует сложных устройств) или двигая ее в поперечном направлении через воздух (что одно и то же). Так при токе I~600 A, U = 220 В; (10 ), составит 5 см (вместо 25 см).

Электрическая дуга является газообразным проводником тока. На нее, как на металлический, действует магнитное поле, создавая силу пропорциональную индукции поля и току в дуге. В силу своей гибкости, под действаием своего поля, дуга стремится образовывать витки, петли, увеличивающие ее индуктивность. Таким образом, поле изгибает дугу, увеличивая ее длину , и перемещает ее относительно электродов. При этом происходит интенсивное охлаждение.

К гашению дуги предъявляются требования.

Дугу нужно гасить:

1. в малом объеме;

2. при малом звуковом и световом эффекте;

3. за малое время;

4. при малом износе частей аппаратов.

В аппаратах широкое распространение получили дугогасительные камеры с продольными узкими щелями (диаметр дуги больше ширины щели), с изоляционными стенками из дугостойкого материала с высокой теплопроводностью. Камеры сокращают длину гашения и время.

Внешнее магнитное поле для перемещения дуги может быть получено:

а) катушкой, включенной последовательно с контактами.

б) катушкой, включенной параллельно на напряжение сети.

в) при помощи постоянных магнитов.

Первый способ получил самое широкое распространение, т.к. одновременно с изменением направления тока изменяется направление поля катушки. Направление силы остается прежним.

Недостатки:

1. поскольку , при малых токах сила дутья недостаточна, приходится увеличивать число витков;

2. большой расход меди (в контакторах до весаконактора);

3. большое число витков способствует перенапряжениям.

Второй способ.

Недостатки:

1. поляерность дутья;

2. необходимость изоляции катушки от главной цепи.

Применяется только на постоянном токе свыше 5·10⁴ А.

Существуют следующие дополнительные способы гашения дуги:

3. Дугогасительные устройства с постоянными магнитами.

4. Гашение дуги в потоке газа.

5. Гашение в трансформаторном масле

6. В вакууме

7. Бездуговая коммутация с помощью полупроводниковых приборов.

Глава пятая. Электромагнитные механизмы.