电弧的基本特征
电弧检测原理
电弧检测原理一、引言电弧是电路中常见的一种故障，会给设备和人员带来严重的危害。
因此，电弧检测技术越来越受到人们的关注。
本文将介绍电弧检测的原理。
二、电弧概述电弧是指两个电极之间由于放电而形成的等离子体通道。
当两个金属导体之间的距离缩短到一定程度时，空气中的分子会被高能量的电子撞击激发，从而形成等离子体通道。
这个过程会释放出大量能量，并产生鲜艳夺目的光芒和较高温度。
三、电弧检测原理电弧检测是通过对电路中出现的电弧进行监测和识别，从而采取相应措施防止事故发生。
其原理主要包括以下几方面：1. 检测信号采集在进行电弧检测时，需要采集相关信号，并对其进行处理和分析。
常见的信号包括：放电声音、振动信号、光学信号等。
2. 信号处理和分析采集到的信号需要经过滤波、转换、放大等处理，以便进行后续的分析和识别。
常见的信号处理方法包括：傅里叶变换、小波变换、时频分析等。
3. 特征提取和分类通过对处理后的信号进行特征提取和分类，可以判断出是否存在电弧。
常见的特征包括：频率、幅值、波形等。
分类方法包括：模式识别、神经网络等。
4. 报警和控制当检测到电弧时，需要及时报警并采取相应措施。
常见的控制方法包括：切断电源、降低电压等。
四、电弧检测技术发展趋势随着科技的不断进步，电弧检测技术也在不断发展。
目前主要有以下几个方向：1. 多参数检测传统的电弧检测主要依靠单一参数进行判断，但是这种方法容易出现误判或漏报。
因此，未来的发展趋势是采用多参数综合判断。
2. 智能化监控随着人工智能技术的不断发展，未来的电弧检测将更加智能化。
通过机器学习等技术，可以实现自动识别和判断。
3. 非接触式检测传统的电弧检测需要接触电路，而非接触式检测可以避免操作人员的安全风险。
因此，未来的发展趋势是采用非接触式检测技术。
五、结论电弧是一种常见的电路故障，会给设备和人员带来严重危害。
通过采用电弧检测技术，可以及时发现并采取措施防止事故发生。
未来的电弧检测技术将更加智能化和多元化。
电弧的特性和熄灭方法
五、熄灭交流电弧的基本方法 1.吹弧
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，广泛应用 在开关电器中，特别是高压断路器中。 横吹:吹弧方向与电弧轴线相垂直
2.采用多断口灭弧 纵吹:吹动方向与电弧轴线一致
熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧 纵横吹:将纵吹和横吹结合起来 的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下， 电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强 度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，输入电 弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。
3.提高分闸速度
迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯 度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和 扩散作用，如采用强力分闸弹簧。
第二节
电弧的特性和熄灭方法
五、熄灭交流电弧的基本方法
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
4.用耐高温金属材料制作触头
5.可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，减弱游离过程，利 采用优质灭弧介质
首页
第二节
电弧的特性和熄灭方法
一、直流电弧的特性
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
稳定燃烧的直流电弧压降由阴极区压降、弧柱压降 和阳极区压降三部分组成。电弧阴极区压降近似等于常 数，它与电极材料和弧隙的介质有关；弧柱压降与弧长 成正比；阳极区的电压降比阴极区的小。
短弧：几毫米长，电弧电压主要由阳极、阴极电压
第二节
电弧的特性和熄灭方法
四、交流电弧的熄灭 2.弧隙电压的恢复过程
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
发电厂电气部分电弧理论概述
直流电弧的熄灭条件
U − R • Ih < Uh
3．3 交流电弧的 特性及熄灭
交流电弧：在交流电路中产生的电弧
一、特性 特性 1、动态状安特性曲线： 电弧电压和电流随时间不断 变化，每一周期，电流过零2次
Uh A
in
B
t B A
Uh——马鞍形状。A > B A——燃弧电压 B——熄弧电压
电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期 随着电压的升高，电弧会重燃。 若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄 灭。
阴 极 区 阳 极 区
弧 柱
③电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧 的电压很低。在大气中，1cm长的直流电 弧的弧柱电压仅15~30v，在变压器油中 1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100~220v。 ④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易 变形。 电弧在气体或液体的流动作用下或电动力 作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。
一、概述
1、电弧——为一种气体游离放电现象 现象：开关电器开断电路时，触关间产生的 耀眼的白光。
△电弧的存在说明电路中有电流，只有当电 弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路 才算断开。
2、特征：
①电弧的能量集中，温度报高，亮度很强 例：10kvQF断开20kv的电流，电弧功率达到 1万kw以上 ②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。 弧柱处温度最高，可达6~7k0C到1万度以上在弧 柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰， 电流几手都从弧柱内部流过。
U h =阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压
弧柱 阴 极 区
阴 极 区 Un
U=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区 U阴极区大小与in无关，在空气中U=8~11V U阳极区< U阴极区、且随in增大而减小甚至为零 UH与in呈线性关系 短弧：几个mm长、主要由U阴极区+ U阳极区组成, UH近似于零 长弧：几个cm~几个m长，主要由UH组成
电弧的产生和熄灭
电弧电流自然过零后，电 路施加于弧隙的电压，将从不 大的电弧电压逐渐增长，一直
ur
U0
u tr
u sr
恢复到电源电压，这一过程中
的弧隙电压称为恢复电压。 电压恢复过程与线路参数、 负荷性质等有关。
ua
o
ur0
t
ur utr usr
恢复电压＝瞬态恢复电压＋工频恢复电压
交流电弧的熄灭条件 1.如果电源电压恢复过程大于介质强度恢复过程， 气隙被击穿，电弧重燃。 2.如果电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程，
（2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧
将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化
硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生 电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 （3）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与 管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解 为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力， 向管的端部形成吹弧。
第二部分
开关设备
第一节
电弧的产生和熄灭
电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象.
例如： 随处可见的电弧焊接、电弧炼钢炉等利用电弧工作的用电设备； 在电力系统中的开关电器，工作时触头间也会产生电弧。
这是我们所不希望的
对电弧的了解、分析，采取有效地措施熄灭电弧，这对电力系统的 正常操作与安全运行有很重要的意义。
动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟
不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。 经过分析，可见交流电弧在交流电流自然过 零时将自动熄灭，但在下半周随着电压的增 高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。
电弧基础知识培训
电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周 期随着电压的升高，电弧会重燃。 若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此 熄灭。
2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流 的变化
24
（二）交流电弧的熄灭
1、弧隙介质电强度的恢复过程 Uj——弧隙介质能够承受而不致使弧隙去穿的
如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极
电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。
21
（二）直流电弧的工作点
R
L
U
直流电弧的
Un k
熄灭条件
U R • Ih Uh
22
六、 交流电弧的特性及熄灭
（一）特性 1、动态状安 特性曲线： 电弧电压和 电流随时间 不断变化， 每一周期， 电流过零2次
Uh A
B
t
B A
4
电弧原理
二、电弧的形成
产生电弧的根本原因：触头本身及其周围的介质 含有大量可被游离的电子。
当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电， 是 由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的带电 质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。
触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电 质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发 生：（1）热电子发射；（2）强电场发射；（3） 碰撞游离；（4）热游离。
弧熄灭。
17
五、直流电弧的特性及熄灭
（一）特性：
1、静态伏安特 Uh a
性曲线
Uf
Uh f (ih)
b
ih
Uh (ih 0)
为发弧电压、即产生电弧的最小电压值
18
2、电弧电压分布图： Uh =阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压
焊接电弧特性
§1.2 焊接电弧特性电弧特性是指电弧在导电行为方面表现出的一些特征，其中的电弧电特性与电弧热平衡、电弧稳定性等有很深的联系，是很重要的事项。
焊接电弧静特性焊接电弧动特性阴极斑点和阳极斑点电弧的阴极清理作用最小电压原理电弧的挺直性与磁偏吹1. 焊接电弧静特性1）电弧静特性曲线变化特征（与金属电阻对应理解）电弧的电流·电压特性左图概念性示出稳定状态下焊接电弧的电流·电压特性，称作电弧静特性曲线。
静特性曲线是在①某一电弧长度数值下，在②稳定的保护气流量和③电极条件下（还应包括其他稳定条件），改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线。
呈现3个区段的变化特点下降特性区（负阻特性区）平特性区上升特性区3个特性区域的特点是由于电弧自身性质所确定的，主要和电弧自身形态、所处环境、电弧产热与散热平衡等有关在小电流区：电弧电压随电流的增大而减小，呈现负阻特性。
原因如下：电流小时，电弧热量低，导电性差，需要较高的电场推导电荷运动；电弧极区（特别是阴极区），温度低，提供电子能力差，会形成较强的极区电场；电流增大：电弧中产生和运动等量的电荷不再需要更高的电场；电弧自身性质具有保持热量动态平衡的能力当电流稍大时：焊条金属将产生金属蒸气的发射和粒子流。
消耗能量，故E不用降低当电流进一步增大时，金属蒸气的发射和等离子流的冷却作用进一步增强，同时由于电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加而成比例的增加，电弧电压降升高，电弧静特性呈正特性。
埋弧焊电弧静特性曲线埋弧焊电弧的散热损失小，且电弧中基本没有GTA、GMA那样的等离子流存在，采用粗焊丝大电流，电弧特性呈下降趋势。
电弧特性反应了电弧的导电性能和变化特征，电弧种发生的许多现象都与静特性有关，也可以用于对比解释各种电弧焊方法的差别③电极条件非熔化电极情况下，电极成分对电弧电压会有一定程度的影响④母材情况母材热导率影响所形成的熔池大小以及母材热输入量中散失热量的快慢，对电流产生间接的冷却作用。
电弧
2.1.1电弧现象通常情况下，干燥的天气是良好的绝缘介质，但是当空气介质中两触头间电场足够强大时，空气介质就会被电场电离，使得电流通过空气介质，这种气体中通过电流的现象称为气体放电，电弧放电就是气体放电的一种，一般气体放电的物理过程包括激发、电离、消电离、迁移、扩散等。
以一个直流电路为例（包括直流电源、电阻和两级之间有一定距离的间隙），简单说明电弧的产生。
图2-1为气体放电的静伏安特性，图中的坐标值是大致的数值。
200400图2-1气体放电的静电伏安特征Fig.2-1 V oltage and current curve between gas gap开始时，电压很低，空气离子的形成与复合保持平衡状态，气体的电导也保持不变。
当电压增加时，进入到非自持汤逊放电阶段，此时放电状态会随外界催离素（如X 射线、宇宙线、阴极的加热等）作用的失去而停止，这种可以因催离素作用失去而停止的放电现象被称为非自持放电。
接下来，电流持续升高，同时升高电压至第二个弧顶时，电流急剧增大，而电压迅速减小，这时空气进入了电弧放电的阶段。
实际中，变为电弧还有几种途径，其他途径不包含图2-1的某些放电过程。
在各种放电形式中，电弧的电流密度大，而一般其他气体放电形式的电流密度小，一般电弧的电流密度可以达到几百至几万A/cm2，电弧的另一个特点是阴极压降低，通常只有10V 。
2.1.2电弧的物理特性电弧发生在阴极和阳极之间，电弧之间的电压降并不是沿着电弧的长度而均与分布。
如图2-2所示，可以沿电弧长度把电弧分三个区域：阳极电压降区域、弧柱区域和阴极电压降区域[20]。
静触头弧柱动触头图2-2电弧的组成区域Fig.2-2 Component of arc当电弧产生时，阴极电压降区周围的空气会产生大量的正电荷，形成正离子层，使得阴极区周围电位发生突变。
这时候在阴极区表面上一个很小的区域（阴极斑点区），约25-4-cm 1010至大小的区域将产生电弧放电时的大部分电子，位于电弧中间的是弧柱区，通常自由状态下可以把弧柱近似看成一个圆柱体的气体通道。
焊接电弧
2. 减少或防止电弧偏吹的方法
（1）对于因气体流动过强引起的电弧偏吹，应首先根据具 ）对于因气体流动过强引起的电弧偏吹， 体情况查明气流来源、方向，再采取相应措施。 体情况查明气流来源、方向，再采取相应措施。 （2）在操作时适当调整焊条角度，使焊条向偏吹的一侧倾 ）在操作时适当调整焊条角度， 斜。 （3）采用短弧焊接及小电流焊接，对减小电弧偏吹也能起 ）采用短弧焊接及小电流焊接， 一定作用。 一定作用。 （4）为防止磁偏吹的影响，在条件许可的情况下应尽量使 ）为防止磁偏吹的影响， 用交流电焊接。 用交流电焊接。
二、焊接电弧的构造及温度分布
1. 焊接电弧的构造
焊接电弧可根据其物理 特征，沿长度方向划分为三 个区域，即阴极区、阳极区 和弧柱区。 阴极区——靠近阴极的 一层很薄的区域，厚度大约 只有10-5～10-6 cm。 阳极区——靠近阳极的 一层很薄的区域，但它的厚 度比阴极区，约10-3～10-4 cm。
由上述可知，电弧作为热源，其特点是温度很高， 由上述可知，电弧作为热源，其特点是温度很高， 热量相当集中。因此，用于焊接时金属熔化非常快。 热量相当集中。因此，用于焊接时金属熔化非常快。 使金属熔化的热量主要集中产生于两极； 使金属熔化的热量主要集中产生于两极；弧柱温度 虽高，但大部分热量被散失于周围气体中， 虽高，但大部分热量被散失于周围气体中，对金属 熔化并不起重要作用。 熔化并不起重要作用。
第三节
返回
返回
返回
六、焊接电弧的偏吹
电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，称它为电弧的偏吹。 电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，围气流的干扰 图2-9 （2）焊条偏心度过大 磁场的影响（磁偏吹） 图2-10 （3）磁场的影响（磁偏吹） 总之， 总之，引起焊接电弧产生磁偏吹现象的根本原因是由于 电弧周围磁场分布不均匀， 电弧周围磁场分布不均匀，而这种情况只有在使用直流电源 焊接时才明显发生，并且焊接电流越大， 焊接时才明显发生，并且焊接电流越大，电弧磁偏吹现象越 严重。 严重。
电弧侦测_??????
电弧侦测2篇电弧侦测（一）：电弧是一种在电路中突然产生的高能弧光，它具有高温、高亮、高能量的特点。
电弧不仅会造成电路的短路、断路等问题，还会引发火灾和爆炸，对人身、财产安全构成严重威胁。
因此，电弧侦测技术的研究和应用具有重要的意义。
电弧侦测技术主要通过感应电路中电弧产生的一系列特征信号来判断是否存在电弧，并及时做出响应。
在现代电力系统中，电弧侦测技术已经得到了广泛应用，保护了电力设备和人员的安全。
一般来说，电弧侦测技术主要包括电弧侦测器和电弧侦测算法两个方面。
电弧侦测器是通过感应电弧所产生的特征信号来实时监测电路中是否存在电弧的设备，主要包括电弧传感器、信号放大和处理模块等部分。
电弧侦测算法是根据电弧产生时的特征信号来进行分析处理，判断是否存在电弧。
目前，电弧侦测技术已经取得了很大的发展，并已经广泛应用于电力系统、工业生产等领域。
电力系统中的电弧侦测技术主要应用于高压设备、变电站、输电线路等，通过电弧侦测技术可以实时监测电力系统中的电弧情况，及时采取措施避免事故的发生。
在工业生产中，电弧侦测技术主要应用于电焊、电切割等行业，可以实时监测电焊、电切割过程中的电弧情况，提高生产效率和安全性。
电弧侦测技术的应用不仅能提高电力系统和工业生产等领域的安全性，还可以预防电弧事故的发生，减少火灾和爆炸的危险。
随着电力系统和工业生产的不断发展，电弧侦测技术的研究和应用还有很大的发展空间和潜力。
相信通过不断的努力和创新，电弧侦测技术在未来将会发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。
电弧侦测（二）：随着电力系统和工业生产的不断发展，电弧侦测技术的研究和应用已经取得了巨大的进展。
目前，电弧侦测技术已经不仅仅停留在实时监测电弧的存在与否，还可以对电弧的参数进行精确的测量和分析。
这些参数包括电弧的强度、能量、时长等，可以为电力系统和工业生产提供更详细、更准确的数据支持。
电弧侦测技术的研究和应用离不开对电弧特性的深入探索和理解。
开关电器灭弧原理
⒉弧隙电压恢复过程ur（t）的计算：
变为直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联电 路时，在C两端的电压变化过程uc，等值电路如图 2—35所示。
由图2—35可知，当Q突然合闸时，有
u
0＝iR＋L
di dt
＋u
c
(2—67)
i＝i1＋i
⑴阴极在强电场作用下发射电子：
触头分开瞬间，触头间会形成很强的电场强度E(E=U／d)
⑵阴极在高温下发生热电子发射：
分开过程中：接触电阻↑↑→触头间温度↑↑→导体内电子 能量↑↑
⑶碰撞游离：
由高速运动的电子作用产生，（如图2—26所示）使中性 质点游离为新的自由电子和正离子，这种游离过程称碰撞 游离。
稳定燃烧所需的电压很低。 (4)电弧是一束游离气体，很轻，易变形，在外力作用下(如
气体、液体的流动或电动力作用)会迅速移动、伸长或弯 曲
3、电弧的特点： ⑴电弧燃烧期间，电路中的电流仍以电弧的方式维持着。
（可看作特殊导电区域或元件） ⑵电弧的温度极高，如电弧长久不熄灭，就会烧坏触头和触
头附近的绝缘， ⑶如电弧长久不熄，延长断路时间，会危害电力系统的安全
短路时，电弧电流过便有先后，先过零的一相，电弧首先熄 灭，称为首先开断相。
在图2—38中，忽略电阻，只计电抗xL，即相电流滞后相应的 相电压90。。设U相为首先开断相，当U相电流过零时其电 弧熄灭，V、W相触头仍由电弧短接,由电路知识可得：
数值上，有UU＝UV＝UW＝Uph，式中Uph为相电压， Uu0’＝1.5 Uph (2—88) 首先开断相断口上的工频恢复电压为相电压1．5倍，如图
⒉若游离作用等于去游离作用，则电弧电流不变， 电弧稳定燃烧；
电弧检测原理
电弧检测原理电弧检测原理1. 介绍电弧是一种在电气设备中常见的现象，它是由电流在断开或接通电路时产生的气体放电引起的。
电弧不仅会导致设备的损坏，还可能引发火灾和电击等安全风险。
准确地检测和及时处理电弧是电气设备保护的重要任务之一。
本文将介绍电弧检测的原理以及其在电气设备保护中的应用。
2. 电弧检测原理电弧检测的基本原理是通过测量电弧的存在及其特性来判断是否发生了电弧故障。
电弧通常具有明显的特征，例如高温、发光和瞬间的电流或电压变化。
根据这些特性，可以采取以下方法进行电弧检测：2.1 瞬态电流检测法该方法通过测量电弧产生的瞬态电流脉冲来检测电弧故障。
电弧通常会引起电流的突变，产生一个瞬时的电流脉冲。
这种方法的优点是检测速度快、响应灵敏，适用于较大功率电气设备。
然而，由于电弧的特性可能随着环境条件的不同而有所变化，因此使用该方法进行电弧检测时需要进行定制化配置。
2.2 光谱分析法该方法通过测量电弧产生的光谱信号来检测电弧故障。
电弧通常会在各个波段产生特定的辐射光谱。
通过分析电弧辐射的光谱特征，可以确定电弧发生的位置、类型和强度。
这种方法的优点是可以实时监测电弧的状态，并且对环境条件的影响较小。
然而，由于光谱分析需要较高的技术要求和设备成本，因此在实际应用中相对较少使用。
2.3 气体检测法该方法通过检测电弧故障产生的气体释放来判断电弧的发生。
电弧故障通常会产生气体，例如氢气、氧气、二氧化碳等。
通过测量环境中这些气体的浓度变化，可以确定是否发生了电弧故障。
这种方法的优点是简单易行、成本较低，因此在许多电气设备中被广泛使用。
然而，这种方法对于小型电弧故障的检测可能不太敏感，因此通常与其他方法结合使用。
3. 应用场景电弧检测在许多电气设备保护中起着重要作用。
下面将介绍一些常见的应用场景：3.1 电力变电站电力变电站是电能传输和分配的重要节点，对电弧的检测要求非常高。
电力变电站通常会配备专用的电弧检测装置，用于实时监测电气设备中的电弧故障，并及时采取相应的措施，以确保设备和工作人员的安全。
第三章电弧的基本特征
第三章电弧的基本特征
一、电弧的定义
电弧是电压太高或者阻抗太低时，电流会以放电的形式从电极间传播出来，从而形成燃烧的电弧的一种电磁现象。
它伴随着长热，光放电或磁场，而且具有非常高的温度，在其中所发生的物质变化是非常迅速的。
二、电弧特性
1、温度：电弧在其中发生的物质变化是非常迅速的，电弧温度的大小取决于灭弧后集中热量的大小，一般情况下，电弧温度在2万到20万K之间。
2、弧光：电弧的火焰几乎没有热量发射，只有电相变放射的波长在500nm以下才能被眼睛看到，它的色调根据电弧温度的不同而有所不同，电流越大，电弧的条状更明显。
3、电弧的频率：电弧的频率就是电弧的闪烁，它比较数字电参数和电网电流频率有关，电流大时，其弧光闪烁效果越明显。
4、电弧距离：电弧距离是指电弧的长度，一般情况下，电弧距离受电压、电流及电绝缘强度影响而有所变化，电绝缘强度越高，电弧所可以达到的距离就越远。
三、电弧的分类
1、按形态分类：可分为单支弧、射弧和双支弧。
2、按成因分类：可分为自发弧、热弧、隔爆弧和工频弧等。
3、按火焰状态分类：可分为静火弧和动火弧。
4、按应用领域分类：可分为医用弧、射频弧、振荡弧、隔爆弧等。
焊接电弧的基础知识和特点及应用
焊件厚度 /mm
焊条直径 /mm
2 3 4-5 6-12 ＞13 2 3.2 3.2-4 4-5 4-6
28
二、焊接设备电源种类和极性的选择
用交流电焊接时，电弧稳定性差。
采用直流电焊接，电弧稳定、柔顺、 飞
溅少。但电弧磁偏吹较交流严重。
低氢型焊条稳弧性差，必须采用直 流弧
焊电源。
用小电流焊接薄板时，也常用直流弧 焊电
从而使两电极之间的气体空间成为导体，也就形成 了电弧。
4
5
二、电弧的构成 焊接电弧分为三个区：阴极区、阳极区和弧柱
区。各区温度分布情况如下： 1. 弧柱区的温度最高，但热量大部分通过对流的形
式流失了 2.阴极区的热量用于对阴极加热，这部分热量可用
于加热填充材料或工件 3. 阳极区的热量主要用于加热工件和焊材，阳极和
20
第三节 焊缝形式与焊缝分类
一、接头形式 焊条电弧焊用于结构工程的连接形
式是复杂多样的。 按零部件的特征分为板状连接、
管状连接、管板连接三种； 按施焊位置分为平焊、立焊、横
焊和仰焊四种；
21
焊工位置
22
二、坡口 坡口是根据设计或工艺需要，在工
件待 焊部位加工成一定的几何形状并经装配后构 成的沟槽。
➢操作灵活； ➢对接头的装配要求较低； ➢可焊材料广； ➢生产率低、劳动强度大； ➢焊接质量对焊工的依赖性强；
12
二.焊条电弧焊接过程
13
第二节 焊条电弧焊的焊接材料
一、焊条 焊条是由焊芯与药皮两部分组成。
焊 条直径共有φ1.6mm-φ8mm八种规格；焊条 长度200-600mm之间。
常用的是φ3.2mm 、φ4mm、 φ5mm 三 种；长度分别为350mm、400mm、450mm。
电弧的基本特征ppt课件
（3）在开断同一电流时，电阻性负载电路中的电弧比电感性负载电 路中的电弧容易熄灭的原因：
一是：“电压比较”的结果。
见 P85 第 二 段 的 说 明 ， 加 上 “ 在 ih 过 零 前 的 一 段 时 间 内 ， Ph<Ps，弧柱是变冷、变细的。如ih过零后加在弧熄上的电压缓慢上 升，则在较长时间内电弧的Ph<Ps，弧柱将变冷、变细，Rh将更加 增大，也使urh更加增高。如urh的增高大于u的幅值，Rh将不再迅速 下降，因此电弧将不再重燃”。
交流电弧伏安特性是指一个周期内uh与 ih关系曲线，用 uh-ih表示。 条件：①ih随时间按正弦规律变化；
②在稳定燃弧的情况下； ③弧长不变； ④介质对电弧的冷却作用不太强烈，Rh为有限值。
3、用“能量平衡原理”分析解释交流电弧的伏安特性曲线：
1）暂时不考虑负载的影响。
（1）OA段： ih由0上升的零休期间，弧柱变冷、变细，Rh增大， 因此uh（= ih Rh）以很陡斜率上升；
（1） 由Uh El U0 40V ， 得
Wh
（El
U
0）Im（2n-1+costs）
9000J
（2） 因式（3-79），得：
Wh
E p Im 2
[n2
（2n-1）ts -sints]
U0 Im（2n
1）+costs）
10065
J
2、电弧将使电路的功率因数角减小：
12、、IIhh快快速速，，RRhh来来不不及及减增小大，，则则UUhh
Ih Rh Ih Rh
新稳态时的Uh值； 新稳态时的Uh值；
3、dIh dt
(),
I
h
变化期间，弧柱的T、直径保持不变，R
电弧及其主要危害
2.1 电弧及其主要危害
2.1 arc and its main harm
2.1 电弧及其主要危害
电弧
一种高温、强光的电游离现象， 开关电器和线路中一种必然的物 理现象，是电流的延续。
1. 电弧的主要特征
能量集中，发出高温、
强光。
01
游离的气体，质轻易变。 03
自持放电，维持
02 电弧稳定燃烧
所需电压很低。
2. 电弧的危害
延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成 01
更大的损坏。 02 高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。
高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可 03 能损害人的视力。
04 引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。
实训项目
2.2 电弧的产生
2.2 the generation of electric arc
高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之
注பைடு நூலகம்
初占主导作用碰撞游离和高温游离使电弧持续和发
展它们是互相影响，互相作用的。
2. 产生电弧的游离方式
（3）碰撞游离
高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成 带正电的正离子和自由电子。不断的碰撞使触头间隙中 正离子和自由电子数越来越多，形成“雪崩”现象， 当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生电弧。
2. 产生电弧的游离方式
（4）高温游离
游离 电弧形成后的高温，加强了正离子和自由电子的游离。 触头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。
1. 产生电弧的根本原因
触头间很大电场强度和很高的 温度导致触头本身的电子及触 头周围介质中的电子被游离而
形成电弧电流。
2. 产生电弧的游离方式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
① 热发射：在2000～2500K范围内，金属表面自由电子获得足够的 动能，超越金属表面晶格电场造成的势垒而逸出的现象。
逸出功：记为Ｗyc，是指一个电子逸出金属所需的最低能量，单位为
ev。
§ 3-1 气体放电的物理过程
§ 3-1 气体放电的物理过程
②、扩散：弧柱中的带电粒子，由于热运动，从弧柱中浓度高 的区域移到浓度低的区域的现象。它使电离空间内带电粒 子减少，从而降低电离度，有助于熄灭电弧。
§ 3-1 气体放电的物理过程
当电离气体中正负带电粒子数相等(这种电离气体称为等
离子体)时，扩散必然是所谓双极性扩散，亦即在同一时
EF区的放电形势为弧光放电， 即间隙中产生电弧。弧光放电特 征是：放电通道有明显边界，通 道中的温度极高，电流密度很大， 阴极压降很小，电离方式主要是
热电离。
§ 3-1 气体放电的物理过程
②、自持放电阶段：图3-5中的CF
§ 3-1 气体放电的物理过程
由图3-1知，金属蒸汽的电离能比一般气体小得多，所以相同温度 下，前者的电离度大于后者。气体中混有金属蒸汽时，其电离度要比纯 气体的高，即电导率要大。
§ 3-1 气体放电的物理过程
三、去电离及其方式：
１、去电离：也叫消电离；是指电离气体中的带电粒子离开电离区
域，或带电粒子失去电荷变成中性粒子的现象。 ２、去电离方式：包括复合与扩散。 ①、复合：两个带异性电荷的粒子相遇后，相互作用引起电荷消失， 形成中性粒子的现象。具体有以下两种方式： a、表面复合：四种。电子进入阳极；正离子接近阴极后从阴极取 得电子，自身变为中性粒子；负离子接近阳极后将电子移给阳极， 自身 变为中性粒子。 还有，走向未带电金属的带电粒子在金属表面感应出相反的电荷， 由于库伦力的作用它被吸附到金属表面。如果此时再有另一异号带电粒 子也走向金属表面，则两个粒子通过金属分别交出和取得电子而变成一 个或两个中性粒子。
电弧的基本特征
实验室模拟磁环爆发
第三章
电弧的基本特征
空间天体等离子体
“电弧”的定义： 定义 ：在大气中开断电路时，当电源电压U > U0 =（12～20） Ｖ，被开断电流Ｉ>（0.25～1）Ａ时，触头间隙中产生的一团 温度极高、发强光、能导电的近似圆柱体的气体。
电弧是一种气体放电现象，也是一种等离子体（ Plasma ）。 电弧具有温度高和发强光的性质，被广泛用于焊接、熔炼和强光源等各 个技术领域。但是，在开关电器中，电弧的存在却具有两重性。
已被激励的中性粒子比较容易电离，因为此时产生电离所需
的能量小于正常中性粒子所需的能量，减少的数值即等于该
元素的激励能。这种经过激励状态再电离的现象叫做分级电 离。
激励是一种不稳定的状态，大量被激励的中性粒子能以光量 子的形式释放能量而自动的回到正常状态。
§ 3-1 气体放电的物理过程
有一种特别的激励状态，在该状态下，已经跳到较外层轨道
电弧的基本特征
（其中红色内容是重点）
1．气体放电的物理基础 ；气体放电的理论。
2．电弧的物理特性；电弧产生的过程和电弧的温度、直径等特性。
3．直流电弧的特性和熄灭原理；直流电弧的熄灭条件和熄灭方法。 4．交流电弧的特性；交流电弧的伏安特性及电弧电压对电路电流的影 响。 5、麦也耳电弧数学模型介绍
第三章
热发射 气 体 放 电 方 式 表面发射 场致发射 光发射 气 体 消 电 离 方 式
表面复合
复合
空间复合
二次发射
光电离 空间电离
扩散
电场电离
热电离
§ 3-1 气体放电的物理过程
四、气体放电
§ 3-1 气体放电的物理过程
１、气体放电的几个阶段： 见图3-5。 ①、非自持放电阶段：是指间隙中最初的的自由电子是由外加因素产生的，当 外界因素去除后，间隙中无自由电子存在不能进行导电，放电无法维持。所 以图中的ＯC段称为非自持放电阶段： OA段：此时电压过低，间隙电场强度过小，外加电离因素（宇宙射线、χ射 线等）产生的带电粒子不能全部达到阳极，属漫游状态，当U↑时，到达阴 极的带电粒子成比例增加；
§ 3-1 气体放电的物理过程
２、空间电离：是指电极间气体受外力影响，其分子及原子 分裂成自由电子和正离子的现象。
空间电离的方式有光电离、电场电离和热电离；它们可能同
时存在。 ①、光电离：中性粒子受光照作用，当光子能量 (h•γ) 大于 等于原子或分子的电离能时，发生的电离。( h：普朗克常数， h＝6.624×10-34，单位是j•s；γ：光子的频率，S-1)。
一方面它可给电路中磁能的泄放提供场所，从而降低电路开断时产生的 过电压， 另一方面它延迟电路的开断、烧损触头，在严重的情况下甚至可能引 起开关电器的着火和爆炸。
因此，在电器技术科学中研究电弧的目的，不在于如何利 用电弧稳定然烧的特性为生产服务，而在于采取怎样的措施 使其存在的时间尽量缩短，以减轻其危害。或者说，研究电 弧的目的是为了尽快的熄灭电弧。
离，因而随着电压的升高, 电流增长较快。
§ 3-1 气体放电的物理过程
②、自持放电阶段：图3-5中的CF段。
a、定义：电压升到C点时，由高压电
场发射和二次发射产生的电子数已足 够多，此时去除外界因素后，也能由 电子通过电场电离产生正离子，再由 正离子通过二次发射产生电子这一往
复作用维持间隙的放电，放电能够维
e 电子的电量，e 1.6 1019 C U yl 电离电位
§ 3-1 气体放电的物理过程
激励一个电子所需的能量称为激励能，它的单位为eV。一个原子可 以有几个激励能，它们分别对应于不同的外层轨道。一些气体和金属蒸汽 的激励能也示于表3-1中。括号中的数字表示第二激励能。
Hale Waihona Puke § 3-1 气体放电的物理过程
光电离作用的大小，与光频成正比，所以X射线、 、、 、
宇宙射线和紫外线都有较强的电离作用。
§ 3-1 气体放电的物理过程
②、电场电离：也叫碰撞电离。是一个质量为m的带电粒子(由光电离或表 面发射所产生)在电场的作用下被加速到Ｖ后，如其动能 ½MV²大于Ｗyl，那 么，当其与中性粒子发生碰撞时，此动能就可以被传递给中性粒子的外层电 子，使它脱离原子核的引力范围成为自由电子。 动能超过电离能的电子，不是每次碰撞中性粒子都能使之电离的，而存在一 定几率。电离几率的大小既取决于动能的大小，又取决于电子和中性粒子两 者电磁场相互作用时间。有可能碰撞使中性粒子处于激励状态，然后再碰撞 才电离。有时碰撞后既不电离也不激励，而是附着在中性粒子上而构成负离 子。 负电性气体：对电子的粘合作用特强的气体，多为氟原子及其化合物。
§ 3-1 气体放电的物理过程
§ 3-1 气体放电的物理过程
b、空间复合：两种 直接复合：正离子和电子在空间相遇后形成一个中性粒子 间接复合：电子粘在中性粒子上形成负离子， 再与正离子相遇复 合成为两个中性粒子。
§ 3-1 气体放电的物理过程
复合概率和气体的性质及纯度有关。例如，惰性气体和纯净
的氢气及氮气都不会与电子结合成为负离子，而氟原子及其化 合物（SF6）就具有极强的捕获电子的能力。因此SF6 称为负电性气体，是一种良好的灭弧介质。 带电粒子在复合过程中要释放部分能量，后者被用以加热物体 的表面（表面复合时）；或被用以增大所形成中性粒子的运动 速度及以光量子的形式向周围空间辐射（空间复合时）。 被
② 高电压发射：也叫场致发射，是常温下当金属表面的电场强度 >106(v/cm)时，自由电子逸出金属的现象。 隧道效应
③ 光发射：光线(红外线、紫外线及其他射线)照在金属表面，引起电子从表
面逸出的现象。光电效应 ④ 二次发射：是指正离子高速撞击阴极或电子高速撞击阳极，引起金属表面 发射电子的现象。
在气压较高的放电间隙中，通常阴极表面附近比阳极表面附近的电场强度较高， 所以阴极表面二次发射较强并在气体放电过程中起着重要的作用。
§ 3-1 气体放电的物理过程
二、气体电离方式： 气体通常不导电，但是如果气体中含有带电粒子---电子、 正离子和负离子，它就能导电。我们把这种气体叫电离气 体。
气体中被电离的原子数与总原子数之比叫做电离度。电离
度越高气体导电率越大。 气体电离方式可以分为：表面发射和空间电离。
§ 3-1 气体放电的物理过程
间内，扩散的正离子数和负带电粒子数相等。否则，扩 散不能继续进行。 例：假设多扩散了一个负离子，则电离气体中相对多了一 个正离子，于是电离气体中将形成一正电场，他它对正 离子进行排斥而对负带电粒子进行吸引。结果加速正离 子的扩散而阻碍负带电粒子的扩散，使电离气体中粒子 数趋于新的平衡。
§ 3-1 气体放电的物理过程
§ 3-1 气体放电的物理过程
③、热电离：当气体温度在3000～4000K以上时，气体粒子因高速 热运动而互相碰撞所产生的电离。 气体的热电离度可用沙哈公式计算：
1.55 102
T 1.25 P 133
e
5800Wyl T
式中，P是压力（Pa），T是气体温度(k)，Wyl是中性粒子的电离能(J)。 温度越高，气体的电离度越高。
§ 3-1 气体放电的物理过程
一、激励与电离： １、激励：也叫激发，是指原子吸收能量后，使电子由低能量轨道 跳向能量较高的轨道的过程 (激励后原子仍是中性原子，但原子的能 量提高了)。此状态只存在10-9～10-8秒。
§ 3-1 气体放电的物理过程
２、电离：
① 定义：电离是指原子吸收足够大的能量后，电子被激发到自由态
§ 3-1 气体放电的物理过程
①、非自持放电阶段： AB段：此时加到电极上的电压在间隙中产生的电场强度较小，不足以产生高 电场发射和电场电离，间隙中带电粒子仅由外加电离因素（宇宙射线、χ射 线等）产生，在电压数值超过A点时，他们能够全部达到阳极，而呈现 电流大小与电压数值无关的特性。 BC段：此时电压数值较高，间隙电场强度较大， 自由电子在此电场作用下运动时，足以产生电场 电离。由此产生的正离子在电场作用下向阴极运 动，并在到达阴极时轰击阴极使之产生二次发射。 发射出的电子进入气体间隙，再继续进行电场电