等离子发生器的工作原理及构造

等离子发生器的工作原理及构造
一．工作原理：
1.电弧的物理本质——气体放电
电弧是在阴、阳两电极和它们之间的气体空间组成。

电弧的带电粒子主要依靠气体空间的气体的电离和阴极电子发射两个物理过程所产生的。

同时伴随着气体分子的离解、激励、扩散、复合等过程。

2.电离、电离度
●电离：给气体以足够的能量。

当气体粒子（分子和原子）的平均动能大于其电离能时，束缚在原子轨道上运动的电子就会脱离其轨道成为自由电子，失去电子的原子带有正电荷成正电离子。

这种中性气体分子或原子分离成正离子和电子的现象称为电离。

气体电离因外加能量的种类不同可分为热电离，电场电离，光电离三种。

外界能量传递给气体粒子的途径，从本质上讲只有两种：碰撞传递和光辐射传递。

●激励：当中性气体粒子受到外来能量还不足以使电子完全脱离原子或
分子，但可以使电子从低能级转移到高能级，使中性粒子的稳定状态被破坏，这种状态称为激励。

●电离度α：
ηe——
ηi——粒子密度，通常ηe＝ηi （公式中无此项）
* 在热力学平衡条件下，电离度α仅与气体种类、粒子密度和温度有
关。

3.电子发射：
电弧中起导电作用的带电粒子除依靠电离过程产生外，还要从电极表
面发射电子。

使一个电子由金属表面飞逸出来所需最低外加能量称为逸出
功。

不同金属材料有不同的逸出功。

所有金属的氧化物的逸出功都比原金
属小。

按外加能量的形式不同，电子发射机构有热发射、电场发射、光发射、
粒子碰撞发射四种。

4.等离子体---物质的第四态。

所谓等离子体是气体电离度α达到一定程度的气体，这种等离子体具
有下列特性：
A. 导电性: 因为等离子体中存在自由电子、正、负离子,所以有很强的
导电性.
B. 电准中性:在等离子的空间内,带正电荷和带负电荷的粒子数量相等,
符号相反,故等离子体呈电中性.
C. 与磁场的可作用性:等离子体是带电粒子组成的导电体,所以可用磁
场控制等离子体的位置、形状和运动.
在物理学中规定: α＞0.1%是等离子体.它具备等离子体的特性
α≤0.1%为弱电离气体.这种气体的性质和没有发生
电离的气体性质接近
等离子体分类:
5．等离子弧——此名来源与等离子体这一术语.
等离子弧: 自由电弧通过压缩形成的，又称“压缩电弧”压缩电弧的截面变小，比一般电弧的能量更集中、温度更高、流速更快，电离度大。

产生压缩电弧的装置——等离子发生器
等离子电弧在等离子发生器中形成的过程中，受到三种压缩效应。

它所产生的等离子弧比任何火焰和一般电弧高的多的温度和很高的流速。

这三种压缩是：
A. 机械压缩效应：
在阴、阳极之间的气流连续地流过阳极的孔道，而被电离形成的电弧，通过直径较小的孔道喷出，使电弧被机械的几何尺寸进行强行压缩。

显然，阳极孔径越小，孔道越长，对电弧的压缩越甚。

B. 热压缩效应：
阳极材料是2＃合金+紫铜，都具有良好的导电性和导热性，由于有水冷作用，使阳极孔壁温度很低。

当气体流过阳极孔道，靠近壁面的气流受按温度分 高温等离子体: 低温等离子体 热等离子体 冷等离子体
到冷却，形成很簿冷气流（冷气壁）。

冷气壁的气体电离度很低，几乎不能通过电流，迫使电弧电流往电离度较高的中心部位流过，即使电弧向中心压缩。

显然，对孔道壁面的冷效果，气体流量大小和通过方式（直流还是旋流）等将影响压缩效应的强弱。

C.自磁压缩效应：
电弧有一定流向。

电弧弧柱相当于电流方向相同的平行导体束，每根通电导体在其周围都产生磁场，磁场对每根导体电磁力都是指向这束导体的中心，从而使电弧受到压缩。

* 另外，我们的发生器还设有电磁线圈，线圈产生的外加磁场也是控制电弧压向中心的。

二．等离子发生器的构造：
组成：功能部件：阳极、电子发射枪（阴极）、促使工作气体旋转的风环、电磁线圈、拉弧机构。

基础部件：托架、小车、阳极支架。

辅助部件：进、回水箱、空气箱、仪表组件、机壳、水、电、气接头及连管、专用工具。

工作原理：
1.风、水、电条件具备（包括设定好电流、拉弧距离）
2.启动拉弧机构，完成电弧建立的工作循环。

拉弧机构驱动电子发射枪前进，阴阳极接触（500m后拉弧电机断电），
主电流加到设定值，拉弧电机反转，电子发射枪以4.6mm/s速度后退，即时起弧。

随着拉弧距离的增大，弧电压升高，直至拉到设定距离，电机断电。

电弧正常点燃。

等离子发生器安装时的调整：（见总图说明）。