Elektromos ív és jellemzői

Elektromos ív — az elektromosság áthaladása gázon két elektróda között, amelyek közül az egyik elektronforrás (katód). Az elektróda egy vezeték, amely az elektromos áramkör bármely szakaszában végződik.

A katódból nagy mennyiségben kibocsátott elektronok erős ionizációt okoznak a gázban az elektródák között, és ezáltal lehetővé teszik, hogy az elektródák között nagy áram folyjon.

Az elektromos ív jellegzetessége a hagyományos gázkisüléssel ellentétben, hogy alacsony feszültségen éghet.

Az elektromos ívet egy szentpétervári fizikus fedezte fel V. V. Petrov 1802-ben, és fontos alkalmazásokat talált a technológiában.

Az elektromos ív olyan kisülési típus, amelyet nagy áramsűrűség, magas hőmérséklet, megnövekedett gáznyomás és az ívrésben tapasztalható alacsony feszültségesés jellemez. Ilyenkor az elektródák (érintkezők) intenzív felmelegítése történik, amelyeken ún. Katódos és anódos foltok. A katód fénye egy kis fényes foltban koncentrálódik, a szemközti elektróda izzó része alkotja az anódfoltot.

A szivárványban három terület jegyezhető meg, amelyek a bennük lezajló folyamatok jellegében nagyon eltérőek. Közvetlenül az ív negatív elektródájához (katódjához) van a katód feszültségesési tartománya. A következő a plazmaíves hordó. Közvetlenül a pozitív elektródához (anódhoz) kerül az anódos feszültségesési tartomány. Ezeket a régiókat vázlatosan mutatja az ábra. 1.

Rizs. 1. Az elektromos ív szerkezete

Az ábrán a katódos és anódos feszültségesési tartományok méretei erősen eltúlzottak. A valóságban ezek hossza nagyon kicsi, például a katódos feszültségesés hossza az elektron szabad mozgási útjának nagyságrendje (1 mikronnál kisebb). Az anód feszültségesési tartományának hossza általában valamivel nagyobb, mint ez az érték.

Normál körülmények között a levegő jó szigetelő. Tehát az 1 cm-es légrés áttöréséhez szükséges feszültség 30 kV. Ahhoz, hogy a légrés vezetővé váljon, bizonyos töltött részecskék (elektronok és ionok) koncentrációját kell létrehozni benne.

Hogyan keletkezik az elektromos ív

Az elektromos ív, amely töltött részecskék árama, az érintkezés elválasztásának kezdeti pillanatában az ívrés gázában lévő szabad elektronok és a katód felületéről kibocsátott elektronok eredményeként jön létre. Az érintkezők közötti résben lévő szabad elektronok nagy sebességgel mozognak a katódtól az anód felé az elektromos térerők hatására.

A térerősség az érintkezési rés elején centiméterenként több ezer kilovoltot is elérhet.Ennek a mezőnek az erőinek hatására az elektronok a katód felületéről húzódnak, és az anódhoz költöznek, és elektronokat ütnek ki róla, amelyek elektronfelhőt alkotnak. Az így létrejött kezdeti elektronáramlás tovább alakítja az ívrés intenzív ionizációját.

Az ionizációs folyamatokkal együtt az ívben párhuzamosan és folyamatosan mennek végbe az ionmentesítő folyamatok. A deionizációs folyamatok abból állnak, hogy amikor két különböző előjelű ion vagy egy pozitív ion és egy elektron közeledik egymáshoz, akkor vonzanak, és ütközéskor semlegesítik, ráadásul a lelkek égő zónájából több töltéssel távoznak. - magas töltéskoncentráció a környezetben alacsonyabb töltéskoncentráció mellett. Mindezek a tényezők az ív hőmérsékletének csökkenéséhez, lehűléséhez és eltűnéséhez vezetnek.

Rizs. 2. Elektromos ív

Ív gyújtás után

Álló égés üzemmódban az ionizációs és ionmentesítő folyamatok egyensúlyban vannak Az azonos mennyiségű szabad pozitív és negatív töltésű ívhordót nagyfokú gázionizáció jellemzi.

Olyan anyag, amelynek ionizációs foka megközelíti az egységet, azaz. amelyben nincsenek semleges atomok és molekulák, plazmának nevezzük.

Az elektromos ívet a következő jellemzők jellemzik:

1. Világosan meghatározott határvonal az ívtengely és a környezet között.

2. A magas hőmérséklet az ívhordó belsejében, eléri a 6000 - 25000 K-t.

3. Nagy áramsűrűség és ívcső (100 — 1000 A / mm2).

4. Az anódos és katódos feszültségesés kis értékei, és gyakorlatilag nem függenek az áramerősségtől (10-20 V).

Elektromos ívre jellemző áram-feszültség

Az egyenáramú ív fő jellemzője az ívfeszültség függése az áramtól, amelyet áram-feszültség (VAC) karakterisztikának nevezünk.

Az ív az érintkezők között egy bizonyos feszültség mellett jön létre (3. ábra), amelyet Uz gyújtási feszültségnek neveznek, és az érintkezők távolságától, a környezet hőmérsékletétől és nyomásától, valamint az érintkezők szétválásának sebességétől függően. Ívoltási feszültség Ug mindig kisebb feszültség U3.

Rizs. 3. Egyenáramú ív (a) és egyenértékű áramkörének (b) áram-feszültség karakterisztikája

Az 1. görbe az ív statikus karakterisztikája, azaz. az áram lassú változtatásával kapott. A jellemző zuhanó jellegű. Az áramerősség növekedésével az ívfeszültség csökken. Ez azt jelenti, hogy az ívrés ellenállása gyorsabban csökken az áram növekedésével.

Ha egyik vagy másik sebességnél az ívben lévő áramot I1-ről nullára csökkentjük, és ezzel egyidejűleg rögzítjük a feszültségesést az ív mentén, akkor a 2. és 3. görbe jön létre, ezeket dinamikus karakterisztikának nevezzük.

Minél gyorsabban csökken az áram, annál alacsonyabbak lesznek a dinamikus I-V karakterisztikák. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az áramerősség csökkenésével az ív olyan paramétereinek, mint a hordó keresztmetszete, a hőmérséklet, nincs idejük gyorsan megváltozni, és olyan értékeket szerezni, amelyek megfelelnek az áram alacsonyabb értékének. steady state.

Ívrés feszültségesés:

Ud = Usc + EdId,

ahol Us = Udo + Ua — feszültségesés az elektróda közelében, Ed — hosszirányú feszültséggradiens az ívben, ID — az ív hossza.

A képletből az következik, hogy az ívhossz növekedésével az ív feszültségesése nő, és az I-V karakterisztika magasabban helyezkedik el.

Elektromos kapcsolóberendezések tervezésénél foglalkoznak ívelvezetéssel. Az elektromos ív tulajdonságait használják fel berendezések elektromos ívhegesztéshez és be ívolvasztó kemencék.