Električni oblok in njegove značilnosti

Električni lok — prehod električne energije skozi plin med dvema elektrodama, od katerih je ena vir elektronov (katoda). Elektroda je žica, ki se zaključi v katerem koli odseku električnega tokokroga.

Elektroni, ki se v velikih količinah oddajo s katode, povzročijo močno ionizacijo plina med elektrodama in tako omogočijo, da med elektrodama teče velik tok.

Značilnost električnega obloka, za razliko od običajnega plinskega praznjenja, je, da lahko gori pri nizki napetosti.

Električni lok je odkril fizik iz Sankt Peterburga V. V. Petrov leta 1802 in našel pomembne aplikacije v tehnologiji.

Električni oblok je vrsta razelektritve, za katero so značilni visoka gostota toka, visoka temperatura, povišan tlak plina in nizek padec napetosti v obločni reži. V tem primeru pride do intenzivnega segrevanja elektrod (kontaktov), ​​na katerih nastanejo t.i. Katodne in anodne lise. Sij katode je koncentriran v majhni svetli točki, žareči del nasprotne elektrode tvori anodno pego.

V mavrici lahko opazimo tri področja, ki se zelo razlikujejo po naravi procesov, ki potekajo v njih. Neposredno na negativno elektrodo (katodo) obloka je katodno območje padca napetosti. Sledi cev s plazemskim oblokom. Neposredno do pozitivne elektrode (anode) je območje padca anodne napetosti. Ta območja so shematično prikazana na sl. 1.

riž. 1. Zgradba električnega obloka

Velikosti katodnih in anodnih območij padca napetosti na sliki so močno pretirane. V resnici je njihova dolžina zelo majhna, na primer dolžina katodnega padca napetosti je reda velikosti poti prostega gibanja elektrona (manj kot 1 mikron). Dolžina območja padca anodne napetosti je običajno nekoliko večja od te vrednosti.

V normalnih pogojih je zrak dober izolator. Torej je napetost, potrebna za prekinitev zračne reže 1 cm, 30 kV. Da bi zračna reža postala prevodnik, je treba v njej ustvariti določeno koncentracijo nabitih delcev (elektronov in ionov).

Kako nastane električni oblok

Električni oblok, ki je tok nabitih delcev, v začetnem trenutku ločitve kontakta nastane kot posledica prisotnosti prostih elektronov v plinu obločne reže in elektronov, ki se oddajajo s površine katode. Prosti elektroni v reži med kontakti se pod delovanjem sil električnega polja gibljejo z veliko hitrostjo v smeri od katode proti anodi.

Poljska jakost na začetku kontaktne reže lahko doseže nekaj tisoč kilovoltov na centimeter.Pod delovanjem sil tega polja se elektroni vlečejo s površine katode in se premikajo proti anodi ter iz nje izbijajo elektrone, ki tvorijo elektronski oblak. Tako ustvarjen začetni tok elektronov nadalje tvori intenzivno ionizacijo obločne reže.

Poleg ionizacijskih procesov potekajo v obloku vzporedno in kontinuirano tudi deionizacijski procesi. Procesi deionizacije so sestavljeni iz dejstva, da ko se dva iona različnih predznakov ali pozitivni ion in elektron približata drug drugemu, se pritegneta in se ob trku nevtralizirata, poleg tega se nabiti delci premaknejo iz gorečega območja duš z več - visoka koncentracija nabojev v okolju z nižjo koncentracijo nabojev. Vsi ti dejavniki vodijo do znižanja temperature obloka, njegovega hlajenja in izginotja.

riž. 2. Električni oblok

Lok po vžigu

Pri stacionarnem načinu zgorevanja sta procesa ionizacije in deionizacije v ravnovesju, za obločno cev z enako količino prostih pozitivnih in negativnih nabojev pa je značilna visoka stopnja ionizacije plina.

Snov, katere stopnja ionizacije je blizu enote, tj. v kateri ni nevtralnih atomov in molekul imenujemo plazma.

Za električni oblok so značilne naslednje značilnosti:

1. Jasno določena meja med gredjo obloka in okoljem.

2. Visoka temperatura v sodu obloka, ki doseže 6000 - 25000K.

3. Visoka gostota toka in obločna cev (100 — 1000 A / mm2).

4. Majhne vrednosti anodnega in katodnega padca napetosti in praktično niso odvisne od toka (10-20 V).

Tokovno-napetostna karakteristika električnega obloka

Glavna značilnost enosmernega obloka je odvisnost napetosti obloka od toka, ki jo imenujemo tokovno-napetostna karakteristika (VAC).

Oblok nastane med kontaktoma pri določeni napetosti (slika 3), ki se imenuje vžigna napetost Uz in je odvisna od razdalje med kontaktoma, temperature in tlaka okolja ter hitrosti ločevanja kontaktov. Napetost gašenja obloka Ug vedno manjša napetost U3.

riž. 3. Tokovno-napetostna karakteristika enosmernega obloka (a) in njegovega ekvivalentnega vezja (b)

Krivulja 1 je statična karakteristika loka, tj. dobimo s počasnim spreminjanjem toka. Značilnost ima padajoči značaj. Ko tok narašča, se napetost obloka zmanjšuje. To pomeni, da se upor obločne reže zmanjšuje hitreje, ko tok narašča.

Če pri eni ali drugi hitrosti zmanjšamo tok v obloku od I1 do nič in hkrati popravimo padec napetosti vzdolž obloka, bosta rezultat krivulji 2 in 3. Te krivulje imenujemo dinamične značilnosti.

Hitreje kot se tok zmanjša, nižje bodo dinamične I—V karakteristike. To je posledica dejstva, da z zmanjšanjem toka takšni parametri loka, kot je presek soda, temperatura, nimajo časa, da bi se hitro spremenili in pridobili vrednosti, ki ustrezajo nižji vrednosti toka v a stabilno stanje.

Padec napetosti obločne reže:

Ud = Usc + EdId,

kjer Us = Udo + Ua - padec napetosti v bližini elektrode, Ed - vzdolžni gradient napetosti v loku, ID - dolžina loka.

Iz formule sledi, da se s povečanjem dolžine loka poveča padec napetosti na loku in karakteristika I - V se nahaja višje.

Ukvarjajo se z oblokom pri načrtovanju električnih stikalnih naprav. Lastnosti električnega obloka se uporabljajo v naprave za elektroobločno varjenje in v obločne talilne peči.