第三章電弧的基本特征.ppt

1、第三章 電弧的基本特征, 3-4 交流電弧的特性,學習重點：交流電弧的特性；交流電弧的伏安特性及電弧電壓對電路電流的影響。 學習難點： 學習方法：理論知識與實驗相結(jié)合arc voltage arc Current zero crossing,本次課的重點、難點及學習方法：,直流電弧的靜伏安特性曲線（見圖3-19）：,Im,Urh,Uxh,圖3-31 ih過零時Rh為有限值情況下交流電弧的伏-安特性,一、交流電弧的伏安特性,1. 伏安特性：,交流電弧伏安特性是指一個周期內(nèi)uh與 ih關(guān)系曲線，用uh-ih表示。 條件：ih隨時間按正弦規(guī)律變化； 在穩(wěn)定燃弧的情況下； 弧長不變； 介質(zhì)對電弧的冷卻

2、作用不太強烈，Rh為有限值。,一、交流電弧的伏安特性,1. 伏安特性：,3、用“能量平衡原理”分析解釋交流電弧的伏安特性曲線： 1）暫時不考慮負載的影響。 （1）OA段： ih由0上升的零休期間，弧柱變冷、變細，Rh增大，因此uh（= ih Rh）以很陡斜率上升； （2）靠近A點與AB段： ih增大，Ph也增大，弧柱變熱變粗，uh隨 ih的增長再下降，其最高點A點的電壓稱為燃弧尖峰Urh。,（3）BC段： ih到最大值（B點）后減小，uh沿BC曲線上升，因弧柱存在熱慣性，Rh會比ih增大情況下同一ih時的數(shù)值為小，故曲線BC比AB低。C點電壓為熄弧尖峰Uxh。 （4）CO段： ih減小，Ph也

3、減小，Rh逐漸上升。當ih下降速度比Rh上升速度要大于某一數(shù)值時，uh又開始隨ih減小而下降。ih趨近于零，ih也趨近于零。,圖3-32 ih過零時Rh=情況下交流電弧的伏-安特性,2） 考慮負載（電阻性與電感性）影響后的uh-ih波形： 圖3-33和圖3-35。,圖3-33 圖3-31情況下電弧電壓uh隨時間t變化的波形,一、交流電弧的伏安特性,2. 電壓和電流的波形：,（1）、純電阻負載時，交流電弧的熄滅過程： 電阻性負載下，ih與電源電壓u同相。當ih過零以后、urh到來之前（電弧已熄滅），因Rh迅速增大，加在弧隙上的電壓即是u的瞬時值，uh乃是u的波形；ih=u/Rh，值很小。隨著u上

4、升，ih逐漸增大。 當uhurh后，ih的大小由u/Rh決定，是逐漸增大的。在ih半波末了時，ih減小，uh上升；當u下降至低于uxh時，電弧uh又隨u變化（電弧完全熄滅）。 結(jié)果：urh之前和uxh之后的uh波形（實際是弧熄的波形），皆與u的波形基本重合。,（2）、電感性負載下，交流電弧的熄滅過程： ih落后電源電壓u約90。當ih過零時，電弧熄滅，u約為幅值。因Rh迅速增大，電路相當于完全開斷，uh將以很快的速度（比電阻性負載快得多）超過u的幅值，故urh出現(xiàn)較早，弧熄中通過較大負載電流的時間也提前。,（3）在開斷同一電流時，電阻性負載電路中的電弧比電感性負載電路中的電弧容易熄滅的原因：

5、一是：“電壓比較”的結(jié)果。 見P85 第二段的說明，加上“在ih過零前的一段時間內(nèi)，PhPs，弧柱是變冷、變細的。如ih過零后加在弧熄上的電壓緩慢上升，則在較長時間內(nèi)電弧的PhPs，弧柱將變冷、變細，Rh將更加增大，也使urh更加增高。如urh的增高大于u的幅值，Rh將不再迅速下降，因此電弧將不再重燃”。,二是：“零休期時間”的長短對電弧的熄滅影響很大，時間越長，弧柱會越細越冷，甚至會消失，電弧熄滅也越容易。由于電阻性負載的零休期時間比電感性負載的零休期時間長，故熄滅電弧越容易。,a) b) 圖3-35 交流電弧電壓和電流的波形 a)電阻性負載 b)電感性負載,一、交流電弧的伏安特性,2. 電

6、壓和電流的波形：,二、電弧電壓對交流電路電流的影響 1、零休現(xiàn)象： 1）電阻性負載： urh到來之前，Rh很大，ih為零，稱其為電流過零后的“零休”；而在uxh出現(xiàn)之后，u低于uxh，ih0，稱其為電流過零前的“零休”。,2）電感性負載：電感性負載的“零休”時間很短。 urh到來之前，有電流過零后的“零休”，但因urh出現(xiàn)較早，故零休時間短得多； 而在uxh出現(xiàn)之后，因uh可由電感中的自感電勢維持而與u無關(guān)，因此，幾乎不存在電流過零前的“零休”。 比較二者可知，電阻性負載”零休”現(xiàn)象比電感性負載嚴重得多，即零休時間長得多，這也從另一方面說明了電阻性負載電路比電感性的易于熄滅。,2、電弧將使電路

7、的功率因數(shù)角減?。?式中 Uh：電弧電壓；Um：電源電壓幅值；Uh/Um：電弧電壓占總電源幅值的比例。 如Uh/Um越大，則越小，故電弧的存在，相當于在電路中串聯(lián)了電阻。,三、開斷過程中，交流電弧能量的計算,式中 uh ：電弧電壓； ih ：電弧電流； ts ：從t=0至電弧產(chǎn)生所需的時間； tx ：從t=0至電弧熄滅所需的時間。 t ：以觸頭分開瞬間前電流過零為起點計算的時間。,式中 n是半波個數(shù)。 如設（指觸頭的平均運動速度），則：,在理想情況下（即若干假設下），電弧能量Wh為：, 3-4 交流電弧的特性,例題： 設一開關(guān)電器中流過的工頻短路電流波形如圖3-39所示。短路電流有效值I為10000A，ts=0.005s=5ms，U0=20V。 問：（1）當電弧電壓Uh=40V時； （