5.3 Дуга постоянного токаи условия ее гашения

5.3.1 Статическая вольтамперная характеристика

Статическая ВАХ – это зависимость напряжения на дуге u_Д от тока дуги i_Д, полученная при медленном изменении тока (рис. 28). Эта характеристика не линейна – с увеличением тока дуги увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, но при этом сопротивление дуги падает значительнее увеличения тока.

Ч ем больше длина дуги l, тем выше ВАХ. Охлаждение дуги существенно влияет на ВАХ, чем оно интенсивнее тем выше ВАХ.

5.3.2 Условия горения и гашения дуги постоянного тока

Пренебрегая ёмкостью, электрическая цепь с дугой постоянного тока, приведена на рис. 29.

У равнение напряжений этой цепи

(57)

Это уравнение нелинейно из–за нелинейности ВАХ дуги, поэтому решим его графически при заданной ВАХ.

Вначале производится построение луча линейной части , а затем вычерчивается ВАХ дуги (рис. 30).

При устойчиво горящей дуге di/dt = 0, что выполняется в точках A и B при соответствующих токах I_A, I_B. Однако в точке B устойчивое горение дуги, а в точке А неустойчивое.

При токе I_A, если станет (случайно) i_Д < I_A, то будет U_Д > U – i_ДR, а – отрицательна, поэтому ток будет уменьшаться и дуга погаснет. Если станет i_Д > I_A, то U_Д < U – i_ДR, в цепи будет избыточное напряжение, поэтому ток возрастёт до значения I_B. Если станет i_Д > I_B, то U_Д > U – i_ДR, а – отрицательна, поэтому ток в цепи уменьшится до значения I_B. Таким образом точка В является точкой устойчивого горения дуги.

Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока выполнялось условие гашения

(58)

то есть ВАХ дуги должна быть выше прямой U – i_ДR и не пересекаться с ней. Это достигается охлаждением и удлинением дуги с помощью дугогасительных устройств.

5.3.3 Энергия выделяемая в дуге при гашении

В реальных условиях ток при отключении цепи может изменяться достаточно быстро. ВАХ дуги при быстром изменении тока называется динамической, которая может иметь участки с отрицательными сопротивлениями.

Процесс отключения цепи постоянного тока с индуктивностью при гашении дуги приближённо приведён на рис. 31.

На рисунке показано: I_К – ток через контакты до их размыкания, в момент t = 0 контакты размыкаются и дуга горит в течение времени t_Д, U – напряжение на контактах после гашения дуги,

– величина перенапряжения.

Для определения энергии выделяемой в дуге за время гашения умножим составляющие (57) на

Проинтегрируем это выражение в пределах от 0 до t_Д, а второе слагаемое правой части в пределах от I_К до 0, в результате получим

(59)

Таким образом в дуге выделяется вся энергия источника питания за вычетом потерь в активном сопротивлении и вся электромагнитная энергия, запасённая в индуктивности. Если в отключаемой цепи большая индуктивность, то её энергия в дуге составляет 80 – 90 %.