弧光放电：特点及形式分析

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：2）在电场比较均匀，而气体压力较低时，气体间隙击穿后，将先出现辉光放电，然后随着电流的增大而逐渐转变为弧光放电。只有电极间电压增大到一定值后才能发展为弧光放电。在辉光、电晕、弧光这三种自持性放电形式中，弧光放电的主要特点是电流密度大，阴极位降低，而辉光放电和电晕放电则相反。例如，弧光放电的电流密度为几百至几万安每平方厘米，阴极位降为10V；而辉光放电的电流密度为几十微安每平方厘米，阴极位降为200～300V。

电弧或弧光放电是气体放电的一种形式。在正常状态下，气体具有良好的电气绝缘性能。但当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可以引起电流通过气体，这种现象就称为放电。放电现象与气体的种类和压力、电极的材料和几何形状、两极间的距离以及加在间隙两端的电压等因素有关。

取一直流电路，如图6-1a，电路中有一个由两个电极组成的气体间隙。间隙上所加电压从零逐渐增加，就会发生放电现象。图6-1b是气体放电间隙的电流与电压的关系。在间隙两端升高电压的开始阶段，只有很微小的电流流过间隙和电路，这是因为外界电离因素（如x射线、宇宙线等）的作用，间隙中存在有少量的带电粒子，因此随着电压的升高电流有所增加。到达a点以后，电压再增高，电流将保持不变，直至b点。在这个阶段中外界电离因素的作用所产生的粒子数是一定的，因此电流就是一个恒定值。这时虽有电流，其数值却很微小，电流密度一般只有10^-19A/cm²以下数量级，因此工程上常把它略去，认为在这个阶段中气体是绝缘介质，间隙是不导电的。

图6-1 气体间隙中的电流与电压的关系

a）有气体间隙的直流电路 b）气体放电的特性

在b点以后，电压继续升高，电流又开始有稍快的增加，这是在外界电离因素和较高电场的作用下，气体间隙中的碰撞游离和阴极表面的电子发射使自由电子增加的结果。一直到c点以前，电流都有增加的趋势。如果在此过程中移去外界电离因素，那么即使电场仍作用着，放电也就随即停止。这种在外界电离因素作用下的放电现象称为非自持放电。c点前的放电是非自持性放电。

在c点以后，间隙中出现了一种新的放电现象，这时电流迅速增大到较大的数值（它受到电路电阻和电源功率的限制），气体开始发光并发出声响。这时即使停止外界电离因素的作用，间隙在电场的作用下，放电并不停止。间隙放电进入自持放电阶段。

自持放电有多种形式。从非自持性放电转变到何种形式的自持性放电取决于气体压力、电流密度、电极形状及电极间距离等因素。

弧光放电是气体自持放电的一种形式，可以认为是放电的最终形式。它可以从不同的放电形式转变而成。从c点开始，转变成弧光放电的途径和条件有如下3种：

1）如电场比较均匀，则到达c点后间隙将被击穿，此时c点的电压就称为间隙击穿电压。当电源功率足够大时，击穿电压将直接发展为弧光放电。

2）在电场比较均匀，而气体压力较低时，气体间隙击穿后，将先出现辉光放电，然后随着电流的增大而逐渐转变为弧光放电。

3）在电极间距离和电极曲率半径之比很大的极不均匀电场中，当气体压力较高且回路电阻较大时，先在电极表面电场集中的区域出现电晕放电。只有电极间电压增大到一定值后才能发展为弧光放电。

在辉光、电晕、弧光这三种自持性放电形式中，弧光放电的主要特点是电流密度大（伴随着高温和强光），阴极位降低，而辉光放电和电晕放电则相反。例如，弧光放电的电流密度为几百至几万安每平方厘米，阴极位降为10V；而辉光放电的电流密度为几十微安每平方厘米，阴极位降为200～300V。因此电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体自持性放电现象。电弧是一束导电性能极好的游离的气体。

弧光放电：特点及形式分析

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