电器的电弧理论

15
§5-2 气体放电的物理基础
气体电离的方式
热发射（Thermal Emission） 温度 表面自由电子动能 超越表面势垒
逸出
对清洁、均匀的表面，饱和热发射电流密度
6
第5章 电器的电弧理论
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6
引言 气体放电的物理基础 电弧的物理特性 直流电弧的特性与熄灭原理 交流电弧的特性与熄灭原理 开关电器典型灭弧装置的工作原理
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
7
§5-2 气体放电的物理基础
气体放电(Gas Discharge) 弧隙中气体由绝缘状态变为导电状态、使电流得以通 过的现象 电弧是气体放电的一种形式
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
13
§5-2 气来自百度文库放电的物理基础
气体电离的方式
金属表面电子发射原理
即使在绝对零度时，金属中的电子也具有很高的能量， 钨：8.95eV（费米能级）
但电子并不能“逃出”金属表面 ?
金属表面存在势垒（Potential barrier）
W0：总逸出功
Wi（Wyc）：有效逸出功 Wi W0WF
第5章 电器的电弧理论
9
§5-2 气体放电的物理基础
电离和激励 电离能：电离出一个自由电子所需要的能量
Wyl eUyl
e1.61019C
电离电位
第二（三¨¨¨）电离能：拉出第二（三）个电子所 需的能量
电离能与材料有关（金属/气体）
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
10
§5-2 气体放电的物理基础
金属
真空
WF：费米能级
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
14
§5-2 气体放电的物理基础
气体电离的方式 热发射（Thermal Emission）
W0：总逸出功
Wi（Wyc）：有效逸出功 Wi W0WF
金属
真空
WF：费米能级
温度↑
表面自由电子动能↑
超越表面势垒
逸出
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
第5章 电器的电弧理论
3
§5-1 引言
电弧的危害
延迟开断 线路、设备受损 触头烧损 开关设备着火、爆炸 电弧的作用 泄放电路中的磁能 降低过电压
电电电电 电电
电 电 电弧
电电电电
电电
电电
电力开关设备既要熄灭电弧，又要利用电弧
电力开关（Switch）设备的主要任务
顺利地熄灭电弧 （ Extinguish arc） 保证电路的成功开断 （Breaking / Interrupting）
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
2
§5-1 引言
电力开关设备的开断
电电电电 电电
电电电电 电电 电电
电电电电 电电
电 电 电弧
电电电电
电电
电电
在大气中开断电路时，若电流大于0.25~1A；电压大于 12~20V，触头间隙（简称弧隙）中会产生电弧
电弧（arc）：温度高、发光强、能导电的气体
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
8
§5-2 气体放电的物理基础
电离和激励 电子伏特
能量
温度
k: 玻尔兹曼常数
1eV T 1.381023
J K
e －
e
获得能量
1V
1eV1.61019J
1eV 1.61019J
T
11600K
1.381023JK
＋
量值上等于电子电荷
1eV 代表的温度约为 11600K
2020/7/25
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
4
§5-1 引言
电弧的其他应用 焊接 冶炼金属（电弧炉） 强光源（弧光灯）
电弧的定义
Self-sustained
气体或蒸汽中自持的放电现象
Gas Vapour
Discharge
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
5
§5-1 引言
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
电离和激励
激励能：激励一个电子所需要的能量
激励是一种不稳定的状态 中性粒子处于激励状态的时间<10-9~10-8s 分级电离：中性粒子→激励→电离
介稳状态（一种特别的激励状态）：
已跳到较外层的电子 （不能很快返回原轨道）
外加能量
跳到更外层
分级电离
返回原轨道 电离
中性粒子处于介稳状态的时间可达10-4~10-2s 在中性粒子电离过程中起很大作用
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
11
§5-2 气体放电的物理基础
气体电离的方式
电离气体：包括带电粒子（电子、 正离子、负离子） 的气体，其中也包括中性粒子（原子、分子）
电离度
被电离的原子数 电离度＝
总原子数 气体电离的方式
电离度增大
表面发射 （Surface emission） 空间电离 （Space ionization）
绪论 电器的发热理论 电器的电动力理论 电器的电接触理论 电器的电弧理论 电器的电磁机构理论
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
1
第5章 电器的电弧理论
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6
引言 气体放电的物理基础 电弧的物理特性 直流电弧的特性与熄灭原理 交流电弧的特性与熄灭原理 开关电器典型灭弧装置的工作原理
电离 （Ionization） 和激励 （Excitation） hf EHEL h: 普朗克常数（6.624×10-34J.s）
外界能量（热、光、碰撞等）
2020/7/25
能量足够大，使电子成为自由电子，中 性粒子成为正离子，这种现象称为电离
能量不够大，只能使电子由正常轨道跳 到较外层的轨道，这种现象称为激励
海南大学机电工程学院教学讲义
电器理论基础
Fundamentals of Electrical Apparatuses
2016~2017学年第一学期
电气工程及其自动化2014级
张玲 ling_kexin313@163.com
精选ppt5章 电器的电弧理论5章 电器的
电弧理论
0
电器理论基础
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章
电导率提高
2020/7/25
第5章 电器的电弧理论
12
§5-2 气体放电的物理基础
气体电离的方式 表面发射：金属电极表面发射电子进入极间气体
?
金属蒸汽能导电吗？
金属蒸汽在未电离的情况下是不导电的
表面发射的类型
热发射 （Thermal emission）（TE） 场致发射 （Field emission）（FE） 热-场致发射 （Field-assisted thermionic emission）（FTE） 光发射 （Photon emission） 二次发射 （Secondary emission）