电弧产生的原因及特点
电弧的产生和熄灭
一、电弧旳危害和特点
1. 电弧旳概念
当开关电器开断电路时，电压和电流到达一定值时，触头
刚刚分离后，触头之间就会产生强烈旳白光，称为电弧。
2.电弧旳本质
电弧旳实质是一种气体放电现象。 表面3000-
3. 电弧放电旳特征
4000度，弧 心温度可达
（1）电弧温度很高。
10000度
（2）电弧是一种自持放电现象。 （3）电弧是一束游离旳旳气体。
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，但在下半周伴随电压旳增 高，电弧又重燃。假如电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。
u
A
u h2
u h1
C
B
B'
O
i
C'
A'
交流电弧旳伏安特征
弧隙介质能够承受外 加电压作用而不致使弧隙 击穿旳电压称为弧隙旳介 质强度。当电弧电流过零 时电弧熄灭，而弧隙旳介 质强度要恢复到正常状态 值还需一定旳时间，此恢 复过程称之为弧隙介质强 度旳恢复过程。
2. 扩散 扩散是弧柱中旳带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质 旳现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，因为电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中旳高温带电质点向温度低旳周围介质中扩散， 降低了电弧中旳带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差， 带电质点就从浓度高旳地方向浓度低旳地方扩散，使电弧 中旳带电质点降低； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带 走电弧中旳大量带电质点，以加强扩散作用。
恢复电压＝瞬态恢复电压＋工频恢复电压
交流电弧旳熄灭条件 1.假如电源电压恢复过程不小于介质强度恢复过程，
气隙被击穿，电弧重燃。 2.假如电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程，
第五章 电弧
第五章电弧电弧的静态伏安特性电弧的动态伏安特性交流电弧的伏安特性直流电弧稳定燃烧的条件及熄灭措施5 电弧◆第一节：概述◆第二节：电弧的产生和物理特性◆第三节：直流电弧◆第四节：交流电弧◆第五节：空气电弧的熄灭原理◆第六节：油中电弧的熄灭原理了解◆第七节：SF6气体的基本特性及其灭弧原理◆第八节：真空电弧的特性及其熄灭原理5.1 概述开关设备中，只要电路的电压或者电流不是很小（大于几十V 或者上百mA ），在分断时就会产生电弧。
◆气体放电的一种形式，具有强光和很高的热力学温度（几千到几万K ）生活中电弧的应用有哪些例子？焊接、熔炼、照明24v 以上（起步电压）5.2 电弧的产生和物理特性一、弧光放电及其特点（低气压）非自持放电与自持放电自持放电有多种形式，取决于气体压力、电流密度、电极形状、电极间距离等因素。
5.2 电弧的产生和物理特性自持放电形式1.如果电场比较均匀，电源的功率足够，击穿后转换为弧光放电；2.电场比较均匀，气体压力较低时，气隙击穿后，先出现辉光放电，随着电流的增加，将转换为电弧放电；3.极不均匀电场中，气体的压力较高且回路的阻抗较大时，表面的电场集中区域先出现电晕放电，电压达到一定值后形成弧光放电。
●弧光放电：电流密度大，伴随高温强光，阴极位降低（10V）●电晕和辉光放电：电流密度小，阴极位降高，200-300V电弧是一种能量集中，温度很高，亮度很大的气体自持放电现象，是一束导电性很好的游离气体。
5.2 电弧的产生和物理特性二、电弧的组成部分除了正负两个电极外，整个电弧可分为三个区域：阴极位降区、弧柱和阳极位降区。
阴阳级K12000~6000阴极位降区域阳极位降区域UUh0ElcmV101065~cmV5010~度的分布电弧的电位降及电位梯图26 阴极斑点：非常集中，面积很小的光亮区域，电流密度很大，是电弧放电中强大的电子流的主要来源空间电荷：形成阴极和阳极位降区位降区长度：10-4cm ，但电位梯度高弧柱区：电位梯度几乎不变阳极斑点：接收从阴极来的电子弧柱区：高温、游离了的气体形成的等离子体短弧：弧芯长度在几个毫米以下，弧压降主要由阴极和阳极位降构成长弧：电弧较长，电弧电压主要由弧柱压降构成5.2 电弧的产生和物理特性三、电弧弧柱的游离过程游离：围绕原子核运动的电子从轨道上脱离出来并成为自由电子。
电弧
热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积
不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处 电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。
强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电
压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时， 阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面 成为自由电子。
气体的压力越大，越不容易 产生电场游离。
三、电弧的产生 3.热游离维持电弧
热游离：发生雪崩式碰撞游离形成电弧后，产生高 温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层轨道电子脱 离原子核内正电荷束缚力成为自由电子。 气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游离的 可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。
综上所述，由于热电子发射或强电场发射在触头间 隙中产生少量的自由电子，这些自由电子与中性分子发 生碰撞游离并产生大量的带电粒子，从而形成气体导电， 即产生电弧，一旦电弧产生后，将由热游离作用来维持 电弧燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转 化过程。
二、触头的接触电阻 主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、触 头间的压力及接触情况等。 1.触头间压力的影响
在开关电器中，一般在触头上附加钢性弹簧，以增大并保持触 头间的接触压力，使触头接触可靠，减小接触电阻并保持稳定。
2.触头材料及预防氧化的措施
材料：铜、黄铜和青铜等。 为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。 镀锡铜触头：环境温度可在60℃以上，可用在户外装臵，也可用 3.不同材料的触头连接 在潮湿场所。 铝与铝： 直接连接 铜与铜 （干燥室内 ）： 镀银触头：用于户外装臵或潮湿场所使用的大电流触头。 直接连接 铜与铜 （室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内 ）：搪锡 接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。 钢制触头： 钢与钢： 搪锡或镀锌 铜与铝（干燥室内 ）： 铜搪锡 表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。 铝制触头： 铜与铝（室外、空气湿度接近l00%室内 ）： 过渡板，铜搪锡 钢与铝/钢与铜 ： 钢搪锡 不同压力作用时两触头表面的接触情况（F2＞F1）
4 电弧的产生和熄灭
一、电弧的危害和特点 1. 电弧的概念
当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 现象：开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。 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。
一、电弧的危害和特点
3、碰撞游离
从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 4、热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很
谢谢
温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内
部流过。
4. 电弧的危害
（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造
3、吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。 1. 吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。
焊接电弧及其电特性
由原子形成正离子所需要的能量称为电离能 由原子形成正离子所需要的能量称为电离能
2.气体原子的电离 (1)撞击电离:在电场中,被加速的带电质点(电子,离子) 撞击电离: 电场中 被加速的带电质点(电子,离子) 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. (2)热电离:在高温下,具有高动能的气体原子(或分子)互 热电离: 高温下 具有高动能的气体原子(或分子) 相碰撞而引起的电离. 相碰撞而引起的电离. (3)光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光子能 生的电离. 生的电离. 常见气体及元素的电离能E 常见气体及元素的电离能EL(eV)
第二节
焊接电弧的结构以及伏安特性
弧柱区
一,焊接电弧的结构以及压降分布
三个区域: 三个区域:阳极区 阴极区
阴极区:长度极短10 电压较大, 阴极区:长度极短10-510-6cm ,电压较大,E电场强度极高 阳极区:长度也极短10 电压较大, 阳极区:长度也极短10-210-4cm ,电压较大,E极高 弧柱区:长度基本上等于电弧长度, 弧柱区:长度基本上等于电弧长度,E较小
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
影响电弧静特性的因素: 影响电弧静特性的因素: 电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
周围气体种类
焊接电弧静特性的应用 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同. 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同.静特性下 降段电弧燃烧不稳定而很少采用. 降段电弧燃烧不稳定而很少采用. 焊条电弧焊,埋弧焊多半工作在静特性水平段. 焊条电弧焊,埋弧焊多半工作在静特性水平段. 水平段 熔化极气体保护焊,微束等离子弧焊, 熔化极气体保护焊,微束等离子弧焊,等离子弧焊也多半工 作在水平段,当焊接电流很大时才工作在上升段. 作在水平段,当焊接电流很大时才工作在上升段. 水平段 上升段 熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段. 熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段. 上升段
电弧
电弧的产生
触头分离时电弧的产生 触头开始分离 点接触 接触处熔化，形成液态金属桥 液桥变细拉长
5
电弧的产生
金属桥断裂 弧隙中气体电离 形成电弧
6
气体放电的基本理论
弧隙中气体由绝缘状态变为导体状态，使电 流得以通过的现象叫做气体放电。 电弧是气体放电的一种形式。 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。
42
交流电弧及其熄灭
近阴极区的介质恢复过程 交流过零后,电极极性改变
43
交流电弧及其熄灭
近阴极区的介质恢复过程 新阴极为原来阳极，附近正离子 不多，难以产生场致发射 温度降低，难以热发射
44
交流电弧及其熄灭
近阴极区的介质恢复过程
近阴极效应 交流电流过零后，在近阴极区形成一定的介质 强度的现象 初始介质恢复强度 电流过零后，弧隙立即能承受的电压数值，与 阴极温度有关，阴极温度越低，介质强度越高
27
电弧的基本特性
电弧的弧根和斑点
弧根：电弧贴近电极的部分 弧根的截面积通常小于弧柱 斑点：弧根在电极表面形成的明亮区域 斑点的温度大致等于电极材料的沸点 阳极斑点：电子进入阳极，电流密度比较小 阴极斑点：维持电弧存在的电子发射处，电流密度大
28
电弧的基本特性
电弧的能量平衡 电弧的功率 PA = U A I A = U 0 I A + ElI A 电弧的动态热平衡方程
7
气体的电离
电离和激励 电子获得能量
8
气体的电离
电离能：电离出一个自由电子所需能量 Wi = eUi e — 电子的电量 Ui — 电离电位 激励能： 激励一个电子所需能量 激励是一种不稳定状态 电子在激励状态只能延续0.1～1µs
焊接基础知识
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
变，从而岁电流增加，电弧电压
增加，呈现上升特性。 If
影响电弧静特性的因素：
电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
影响电弧静特性的因素：
电弧长度 当弧长变化时， 静特性曲线平行 移动，即当电弧 长度增加时，电 弧电压也增加。 • 在焊条电弧焊应用的电流范围内，可以近似认为电 弧电压仅与电弧长度成正比的变化，而与电流大小 无关，其值一般为16～25V。
(2) 阴极电子发射
• 阴极表面在外加能量作用下连续向外发射出电子 的现象称阴极电子发射。 • 在一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发 射的。要使其逸出金属电极表面而产生电子发射， 必须加给电子一定能量。 • 使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能 量称为逸出功。物质的逸出功一般为电离能的 1/2～1/4。 • 逸出功不仅与元素种类有关，也与物质表面状态 有很大关系。表面有氧化物或其它杂质时，均可 使逸出功大大降低。
的两个必要条件。
•
正常状态下，气体是由中性分子或原子组成 的，不含带电粒子。它们虽然可以自由移动，但 不会受电场作用而产生定向运动，所以是不导电 的。因此，要使正常状态的气体产生电弧导电， 必须先有一个产生带电粒子的过程，即气体电离； 同时，为了使电弧维持“燃烧”，要求电弧的阴 极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电 弧，以补充所消耗的能量。
力大
力小
• 电磁静压力：电弧轴向推力 在电弧横截面上分布不均匀， 弧柱轴线处最大，向外逐渐 减小，在焊件上表现为对熔 池形成的压力 • 结果： 碗状熔深焊缝形状。
电弧
3
电弧的特点
导电性强 能量集中 温度高 亮度大 质量轻 易变性
X . J
Page 9
. F
4
电弧的用途
用途
强热源
紫 外 线 源 电 弧 炉 氩 弧 焊
强光源
弧 光 灯
X . J
Page 10
. F
5
电弧的危害
电弧电压所产生的危害严重的，其温度高达数千摄氏度， 电弧电压所产生的危害严重的，其温度高达数千摄氏度，轻则 损坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。 损坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。 特别是在石油、电力行业中，更需要额外的注意， 特别是在石油、电力行业中，更需要额外的注意，由于行业的特殊 更容易造成事故，甚至是人员的伤亡。 性，更容易造成事故，甚至是人员的伤亡。 在电力行业中，开关电器会产生电弧， 在电力行业中，开关电器会产生电弧，因为其温度高达数千摄 氏度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。如果电弧不立即熄灭， 氏度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。如果电弧不立即熄灭，就 可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。因此， 可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。因此，有触头的电 器应考虑其灭弧问题。尤其是高压配电方面更要注意。 器应考虑其灭弧问题。尤其是高压配电方面更要注意。一但由于带 负荷拉闸操作失误，或者是在开关箱内有异物（导电体）， ），拉出开 负荷拉闸操作失误，或者是在开关箱内有异物（导电体），拉出开 关箱的时候，异物瞬间接通了两极又分开，导致电弧产生， 关箱的时候，异物瞬间接通了两极又分开，导致电弧产生，导致产 生爆炸现象，炸伤、烧伤操作人员。 生爆炸现象，炸伤、烧伤操作人员。 在石化行业中，各种设备都可能导致电弧的产生， 在石化行业中，各种设备都可能导致电弧的产生，再加之一些 不可预测的天然因素的存在， 不可预测的天然因素的存在，所以在石化行业中更要特别的小心仔 严防电弧产生爆炸，导致火灾。 细，严防电弧产生爆炸，导致火灾。
电弧及其灭弧方式
2）金属栅片灭弧
②灭弧原理
图4 栅片形状
产生电弧时，在电弧2周围产生磁场6； 导磁钢片6的磁阻由于较空气小得多，在栅片下
部磁场较强，所以磁场将电弧2吹进栅片； 电弧被栅片分割成许多串联的小电弧，见图5； 电流流电流过零时，电弧自然熄灭。
2）金属栅片灭弧
③应用 金属栅片灭弧是一种常见的交流电器的灭弧装置。
五、灭弧措施
3）灭弧罩
采用陶土和石棉水泥烧制的耐 高温的灭弧罩来降温和隔弧。 应用：可用于直流和交流灭弧
五、灭弧措施
4）磁吹灭弧
1-磁吹线圈 2-绝缘套 3-铁心 4-引弧角
5-导磁夹板 6-灭弧罩 7-动触点 8-静触点
灭弧原理
磁吹灭弧装置由磁吹线圈、磁吹铁心、导磁夹板和导弧角等 组成。磁吹线圈串联在触头回路中，通过线圈的电流就是电弧电 流，线圈电流产生磁通，经铁心、导磁夹板、两触头间形成回路。 在两触头间产生较强的磁通，电弧在磁场中受力而运动，很快离 开触头而导致在灭弧角上拉长冷却，迫使电弧熄灭。
应用：磁吹式灭弧装置多用于直流电路中。
小结
XIAO JIE
1、电弧的产生、特点和危害 2、各种灭弧措施的灭弧原理及应用
谢谢观看
引起火灾
06 引起爆炸事故
四、灭弧方法
01
将电弧拉长
02
使弧柱降温
03
将电弧分段
灭弧装置就是基于这些原理来设计
五、灭弧措施
1）电动力吹弧
①吹弧装置
图2 双断口结构的电动力吹弧装置
五、灭弧措施
1）电动力吹弧
②灭弧原理
当触头断开电路时，在断口处产生电弧 静触头1和动触头2在弧区内产生磁场 根据左手定则，电弧电流将受到向外电磁力F的作用 电弧向外侧方向移动 一方面电弧拉长，另一方面使电弧温度降低 电弧自然熄灭
电弧的基本特性
第一讲 电弧的基本特性
按电弧状态，可分为自由电弧（如焊条电弧焊电弧）、压缩电弧（如等离子弧）。 按电极材料，可分为熔化极电弧（如CO2气体保护焊电弧）、非熔化极电弧（如钨极氩弧焊电弧）。 焊接电弧的产生 一般情况下，气体不含有带电粒子（电子、正离子、负离子），是由中性的分子或原子组成的。要使气体产生电弧导电，必须使气体分子或原子电离成带电粒子——气体电离；同时，为了使电弧维持“燃烧”，还必须不断的输送电能给电弧，以补充气体电离时所消耗的电能，即电弧的阴极要不断的发射电子。综上所示，气体电离和阴极发射电子是电弧产生的必要条件。 气体电离
熔滴冲击力 当采用较大电流进行熔化极氩弧焊时，熔滴呈射流过渡，在等离子流力的作用下，熔滴以极大的加速度连续沿轴向射向熔池，使焊缝极易形成指状熔深。
短路爆破力 电弧从燃烧状态过渡到短路状态，电弧电流迅速上升，熔滴温度急剧升高，使液柱汽化爆断，产生较大的冲击力，导致飞溅产生。
影响电弧力的因素
第一讲 电弧的基本特性
图7-1 焊接电弧导电示意图
焊接电弧不是一般的燃烧现象，它是在一定条件下电荷通过两极间气体空间的一种导电过程（如图7-1），也可以说是一种气体放电现象。焊接电弧是电弧焊的热源，而弧焊电源是为焊接电弧提供能量的设备。 一、焊接电弧的种类 ★按焊接电流种类，可分为交流电弧、直流电弧、脉冲电弧。
a—阴极压降与阳极压降之和（V）； b—单位长度弧柱压降（V/mm）； —弧柱长度（mm）。
焊接电弧的特性
电特性
热特性
力学特性
第一讲 电弧的基本特性
四、焊接电弧的特性 （一）焊接电弧的电特性 焊接电弧的电特性即伏安特性，包括静态伏安特性（静特性）和动态伏安特性（动特性）。 1．焊接电弧的静特性
第一讲电弧的基本特性
第一讲 电弧的基本特性
• 把造成两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过
程，称为焊接电弧的引燃。焊接电弧的引燃一般有两种方式：
• （1）接触引弧 • 弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后
迅速拉起电极（约2～4mm）而引燃电弧，这种引弧方式称为接触引
弧。 • （2）非接触引弧 • 非接触引弧指在引弧时，电极与工件之间保持一定的间隙，然后在 电极与工件之间施以高电压击穿间隙使电弧引燃。这是一种依靠高 压电使电极表面产生电场发射来引燃电弧的方法。
表示。气体电离势的大小与其原子内部结构有关。电离势大表示气体难 E1 电离、难导电，反之表示气体容易电离。
•在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源不同，电离有如下三种形式：
•（1）碰撞电离 撞而产生电离。 在电场中，被加速的带电粒子与原子和分子相碰
•（2）热电离
•（3）光电离 离。
在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）在无
此，直流正接时，可形成锥度较大的电弧，产生较大的电弧力。 • 熔化极气体保护焊采用直流正接时，熔滴受到较大的斑点力，过渡时 受阻，电弧力较小；反之，直流反接时，电弧力较大。
第一讲 电弧的基本特性
图7-2 电弧结构和压降分布示意图
第一讲 电弧的基本特性
小电流钨极 氩弧焊、微 束等离子弧 焊以及脉冲 氩弧焊中的 “维弧”状 态，通常使 用电弧静特 性的下降段
系数，即 表7-1为常用焊接方法的热效率系 数
第一讲 电弧的基本特性
• ★当其它条件不变时，电弧电压升高，弧长增加，通过对流、辐射等损失 的弧柱热量增加，热效率 随着电弧电压 的升高而降低。
• 单位面积上的有效功率称为能量密度。能量密度在电弧轴线处最大，从中 Uh 心到周围逐渐降低。 • 3．电弧的温度分布 • 焊接电弧中三个区域的温度分布是不均匀的，一般情况下，阳极斑点温度 高于阴极斑点温度，分别占放出热量的43%和36%左右，但都低于该种电极 材料的沸点。弧柱区的温度最高，但沿其截面分布不均，其中心温度最高， 可达5000K～8000K。 • （三）焊接电弧的力学特性
电弧及电气触头的基本理论t
(3)吹弧 (3)吹弧——加强冷却和扩散 吹弧 横吹——将电弧吹弯吹长 纵吹——将电弧吹细
福建水电学院 电气设备 19
§3．3 交流电弧的特性及熄灭 (4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 (4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 ——冷却,表面吸附电子，加强复合。 如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管 (5)利用短弧原理灭弧（交流电弧的近阴极效应） (5)利用短弧原理灭弧（交流电弧的近阴极效应） 利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150～ 250v电压。
福建水电学院
电气设备
25
§3．5 电气触头 三、触头的结构型式 触头的结构型式 按接触面的形式划分 按结构形式划分
可分触头 固定触头
平面触头 线触头
点触头
可动触头
刀形触头 座 式 触 头
福建水电学院 电气设备
插
指形触头
26
触 头 的 结 构 与 分 类
福建水电学院 电气设备 5
§3-1 电弧的形成和熄灭
电弧的熄灭： 四、电弧的熄灭：带电质点不断消失
关键是加强去游离作用 介质的游离作用→ 介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→ 介质的去游离作用→电弧熄灭 1．去游离：复合与扩散 去游离： 2．熄弧条件 游离与去游离谁主导？ 游离与去游离谁主导？
原因：电流过零后极性改变， 原因：电流过零后极性改变，弧隙中剩余的带电质点的运动 方向也相应改变，电子能迅速朝相反方向运动， 方向也相应改变，电子能迅速朝相反方向运动，而比电子质量大 1000倍的正离子几乎原地未动，于是在阴极附近便立刻形成一 倍的正离子几乎原地未动， 倍的正离子几乎原地未动 个只有正电荷的不导电层，起阻碍阴极发射电子的作用。 个只有正电荷的不导电层，起阻碍阴极发射电子的作用。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。
电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。
当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。
热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。
由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。
由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。
热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。
开关电器中电弧熄灭常用哪些方法开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。
在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。
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
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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。
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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
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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；
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焊工位置
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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；
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二.焊条电弧焊接过程
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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。
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电弧产生现象原因及特点
在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随着气体放电现象---电弧的产生及熄灭，电弧对电器具有一定的危害。
电弧属于气体放电的一种形式。
气体放电分为自持放电与非自持放电两类，电弧属于气体自持放电中的弧光放电。
试验证明，当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过100MA的电路时，在触头间隙（或称弧隙）中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体，称为电弧。
由于电弧的高温及强光，它可以广泛应用于焊接、熔炼、化学合成、强光源及空间技术等方面。
对于有触点电器而言，由于电弧主要产生于触头断开电路时，高温将烧损触头及绝缘，严重情况下甚至引起相间短路、电器爆炸，酿成火灾，危及人员及设备的安全。
所以从电器的角度来研究电弧，目的在于了解它的基本规律，找出相应的办法，让电弧在电器中尽快熄灭。
我们借助一定的仪器仔细观察电弧，可以发现，除两个极（触头）外，明显的分为3个区域，即近阴极区、近阳极区及弧柱区。
近阴极区的长度约等于电子的平均自由行程。
在电场力的作用下正离子向阴极运动，造成此区域内聚集着大量的正离子而形成正的空间电荷层，使阴极附近
形成高电场强度。
正的空间电荷层形成阴极压降，其数值随阴极材料和气体介质的不同而有所变化，但变化不大，约在10－20V之间。
近阳极区的长度约等于近阴极区的几倍。
在电场力的作用下自由电子向阳极运动，它们聚集在阳极附近而且不断被阳极吸收而形成电流。
在此区域内聚集着大量的电子形成负的空间电荷层，产生阳极压降，其值也随阳极材料而异、但变化不大，稍小于阴极压降。
由于近阳极区的长度比近阴极区的长，故其电场强度较小。
阴极压降与阳极压降的数值几乎与电流大小无关，在材料及介质确定后可以认为是常数。
弧柱区的长度几乎与电极间的距离相同。
是电弧中温度最高、亮度最强的区域。
因在自由状态下近似圆柱形，故称弧柱区。
在此区中正、负电粒子数相同，称等离子区。
由于不存在空间电荷，整个弧区的特性类似于一金属导体。
每单位弧柱长度电压降相等。
其电位梯度E。
也为一常数，电位梯度与电极材料、电流大小、气体介质种类和气压等因素有关。
电弧按其外形分为长弧与短弧。
长短之别一般取决于弧长与弧径之比。
把弧长大大超过弧径的称为长弧。
长弧的电压是近极压降（阴极压降与阳极压降）与弧柱压降之和。
若弧长小于弧径，两极距离极短（如几毫米）的电弧称为短弧。
此时两极的热作用强烈，近极区的过程起主要作用。
电弧的压降以近极压降为主，几乎不随电流变化。
电弧还可按其电流的性质分为直流电弧和交流电弧。