Elektrisk lysbue og dens egenskaper

Elektrisk lysbue — passasje av elektrisitet gjennom en gass mellom to elektroder, hvorav den ene er en elektronkilde (katode). En elektrode er en ledning som ender i en hvilken som helst del av en elektrisk krets.

Elektroner som sendes ut fra katoden i store mengder forårsaker sterk ionisering av gassen mellom elektrodene og gjør det dermed mulig for en stor strøm å flyte mellom elektrodene.

Et karakteristisk trekk ved en elektrisk lysbue, i motsetning til en konvensjonell gassutladning, er at den kan brenne ved lav spenning.

Den elektriske lysbuen ble oppdaget av en fysiker fra St. Petersburg V. V. Petrov i 1802 og fant viktige anvendelser innen teknologi.

En elektrisk lysbue er en type utladning preget av høy strømtetthet, høy temperatur, forhøyet gasstrykk og lavt spenningsfall over buegapet. I dette tilfellet skjer intensiv oppvarming av elektrodene (kontaktene), som de såkalte dannes på. Katodiske og anodiske flekker. Katodegløden er konsentrert i et lite lyst punkt, den glødende delen av den motsatte elektroden danner anodeflekken.

Tre områder kan noteres i regnbuen, som er svært forskjellige i naturen til prosessene som foregår i dem. Direkte til den negative elektroden (katoden) til lysbuen er katodens spenningsfallregion. Neste er plasmabuen. Direkte til den positive elektroden (anode) er det anodiske spenningsfallområdet. Disse områdene er vist skjematisk i fig. 1.

Ris. 1. Strukturen til den elektriske lysbuen

Størrelsene på de katodiske og anodiske spenningsfallområdene i figuren er sterkt overdrevet. I virkeligheten er lengden deres veldig liten. For eksempel er lengden på det katodiske spenningsfallet i størrelsesordenen for banen for fri bevegelse av et elektron (mindre enn 1 mikron). Lengden på anodespenningsfallområdet er vanligvis litt større enn denne verdien.

Under normale forhold er luft en god isolator. Så spenningen som kreves for å bryte et luftgap på 1 cm er 30 kV. For at luftgapet skal bli en leder, er det nødvendig å skape en viss konsentrasjon av ladede partikler (elektroner og ioner) i den.

Hvordan en elektrisk lysbue oppstår

Den elektriske lysbuen, som er en strøm av ladede partikler, i det første øyeblikket av kontaktseparasjon oppstår som et resultat av tilstedeværelsen av frie elektroner i gassen i buegapet og elektroner som sendes ut fra overflaten av katoden. De frie elektronene i gapet mellom kontaktene beveger seg med høy hastighet i retning fra katoden til anoden under påvirkning av de elektriske feltkreftene.

Feltstyrken ved begynnelsen av kontaktgapet kan komme opp i flere tusen kilovolt per centimeter.Under påvirkning av kreftene i dette feltet trekkes elektroner fra overflaten av katoden og beveger seg til anoden, og banker elektroner fra den, som danner en elektronsky. Den innledende strømmen av elektroner skapt på denne måten danner videre en intens ionisering av buegapet.

Sammen med ioniseringsprosesser skjer avioniseringsprosesser parallelt og kontinuerlig i lysbuen. Avioniseringsprosessene består i det faktum at når to ioner med forskjellige tegn eller et positivt ion og et elektron nærmer seg hverandre, tiltrekkes de og kolliderer nøytraliseres, i tillegg beveger ladede partikler seg fra brennsonen til sjeler med mer - høy konsentrasjon av ladninger i miljøet med en lavere konsentrasjon av ladninger. Alle disse faktorene fører til en reduksjon i lysbuens temperatur, til dens avkjøling og forsvinning.

Ris. 2. Elektrisk lysbue

Lysbue etter tenning

I stasjonær forbrenningsmodus er ioniserings- og avioniseringsprosessene i likevekt Lysbuetønnen med lik mengde frie positive og negative ladninger er preget av høy grad av gassionisering.

Et stoff hvis ioniseringsgrad er nær enhet, dvs. hvor det ikke er nøytrale atomer og molekyler kalles plasma.

Den elektriske lysbuen er preget av følgende egenskaper:

1. En klart definert grense mellom lysbueakselen og miljøet.

2. Den høye temperaturen inne i bueløpet, når 6000 - 25000K.

3. Høy strømtetthet og lysbuerør (100 — 1000 A / mm2).

4. Små verdier av anodisk og katodisk spenningsfall og praktisk talt ikke avhengig av strømmen (10 - 20 V).

Strømspenningskarakteristikk for en elektrisk lysbue

Hovedkarakteristikken til en likestrømsbue er buespenningens avhengighet av strømmen, som kalles strømspenningskarakteristikken (VAC).

Buen oppstår mellom kontaktene ved en viss spenning (fig. 3), kalt tennspenningen Uz og avhengig av avstanden mellom kontaktene, temperaturen og trykket i omgivelsene og hastigheten på kontaktseparasjonen. Bueslukkespenning Ug alltid mindre spenning U3.

Ris. 3. Strømspenningskarakteristikk for en likestrømsbue (a) og dens ekvivalente krets (b)

Kurve 1 er den statiske karakteristikken til buen, dvs. oppnås ved sakte å variere strømmen. Karakteristikken har en fallende karakter. Når strømmen øker, synker lysbuespenningen. Dette betyr at motstanden til lysbuegapet avtar raskere når strømmen øker.

Hvis strømmen i lysbuen ved en eller annen hastighet reduseres fra I1 til null og samtidig fikser spenningsfallet langs buen, vil det oppstå kurve 2 og 3. Disse kurvene kalles dynamiske egenskaper.

Jo raskere strømmen reduseres, jo lavere vil de dynamiske I — V-karakteristikkene være. Dette skyldes det faktum at med en reduksjon i strømmen, har slike parametere av buen som tverrsnittet av tønnen, temperaturen, ikke tid til å endre seg raskt og oppnå verdier som tilsvarer en lavere verdi av strømmen i en stabil.

Arc Gap Spenningsfall:

Ud = Usc + EdId,

hvor Us = Udo + Ua — spenningsfall nær elektroden, Ed — langsgående spenningsgradient i buen, ID — lengden på buen.

Det følger av formelen at når lysbuelengden øker, vil spenningsfallet over lysbuen øke og I — V-karakteristikken vil bli plassert høyere.

De tar for seg lysbue i utformingen av elektriske koblingsenheter. Egenskapene til den elektriske lysbuen brukes i installasjoner for elektrisk lysbuesveising og i lysbuesmelteovner.