真空电弧的其他特性分析

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：如前所述，高气压电弧的伏安特性是负特性，但是，真空电弧的特性却是正特性，即随着电流的增加，电弧电压是上升的。图6-25示出一铜电极真空电弧的伏安特性。如果电弧不受外界磁场的作用，则阳极压降形成后不久，电极就会严重熔化，真空电弧电压可能重新降低。然而真空电弧的情况却并非完全如此。

1.真空中的电弧电压和伏安特性

扩散型真空电弧的电弧电压低，一般在40V以下。其波形是在直流电压上叠加一个数千到数兆赫的交变分量，当电弧电流超过1kA时，交变分量的幅值可达5～6V。扩散型电弧电压的平均值取决于阴极材料，材料的沸点与导热系数的乘积越小，电弧电压就越低。这是因为材料沸点越低，在较低的温度下就能产生足够的金属蒸气；导热系数小，热量散失得少，阴极表面的温度就高。两者的乘积小，输入较小的能量就能产生足够多的金属蒸气，因而电弧电压就低。

如前所述，高气压电弧的伏安特性是负特性，但是，真空电弧的特性却是正特性，即随着电流的增加，电弧电压是上升的。图6-25示出一铜电极真空电弧的伏安特性。图中可见，它有三个区域：在小电流时，电弧电压几乎不变，主要是阴极压降，此时等离子区压降不随电流而变化；在1～6.5kA时，电弧电压从20V左右平稳地升到40V，这是因为等离子锥重叠，使弧区蒸气密度逐渐增大，粒子间碰撞几率增多，等离子区电压降逐渐增大；在电流超过6.5kA时，电压突然升高，电弧电压可达100V以上，这是因阳极压降出现而造成的，而且电压的变化变得很不稳定。如果电弧不受外界磁场的作用，则阳极压降形成后不久，电极就会严重熔化，真空电弧电压可能重新降低。

2.磁场对真空电弧的影响

横向磁场（即垂直于弧柱轴线的磁场）能吹拂电弧，使真空电弧沿电极表面运动。高气压电弧在磁场中受力而运动的方向与载流导体的情况相同，如图6-26a所示，均符合F=I×B所确定的规律。然而真空电弧的情况却并非完全如此。扩散型真空电弧在横向磁场中所受的力和运动方向与载流导体（电流方向与真空电弧相同）的受力方向相反，如图6-26b所示，出现所谓反向运动现象。而集聚型真空电弧在磁场中所受的力和运动方向又与高气压电弧和载流导体相同。横向磁场的作用还能使真空电弧弯曲，从而使电弧电压增大。

图6-25 铜电极真空电弧的伏安特性

（直径2.5cm，开距0.5cm）

图6-26 在横向磁场中所受作用力的方向

a）载流导体 b）扩散型真空电弧

纵向磁场（与弧柱轴线平行的磁场）能约束电弧，在一定范围内能起降低真空电弧电压的作用。在某一纵向磁场作用下电弧电压可有最小值，如图6-27所示。它能极大地提高由扩散型电弧转变为集聚型电弧的电流（简称集聚电流）值，例如，在足够大的触头上，纵向磁场可以使电流高达200kA的真空电弧仍保持为扩散型。

真空电弧的其他特性分析

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