SN74LS21D式中 uh一電弧電壓(V);

rh一電弧電流(A);

t―時間(s)。

由于電弧的靜態伏安特性呈非線性,采用圖解法求解式(2-30)中的電弧電流。在圖2-36中,曲線且一A表示在給定條件下電弧的靜態伏安特性,水平直線湯表示電源電勢E,斜向直線弼與汕成一夾角α。令αˉtgˉ1R,于是夕c的高度即代表E―FhR。將式(2-30)換寫成下列形式:

Ldrhdt=E-rhR-t/h            (2-31)

由圖2-36可見,直線uc與曲線A-A交于1和2兩點。在點1以左和點2以右,直線夕c的高度低于曲線A-A的高度,即E-rhR―[/h(0。由式(2-31)得L(dFh/&)<0。所以,在這兩區域內,電弧電流將隨時間的變化而減小。在點1以有和點2以左,直線四c的高度高于曲線⒕―A的高度,即E―rhR一urh)0,由式(2-31)得L(dt/dr)>0。所以在這一區域內,電弧電流將隨時間的變化而增大。只有在點1和點2上,直線夕c的高度才和曲線且―A的高度相等,即E-rhR-u=o。由式(2-31),用圖解法求直流電路的電弧電流得L(drh/dt)=0,于是得Jh=常數,即電弧電流不隨時間變化,電弧處于穩定燃燒狀態。由上分析可見,此時存在兩個穩定點1和2,它們分別對應于兩個電流r1和r2。下面對這兩個點作進一步的分析.

首先來分析點1的情況,這時電弧電流等于r1。但若有某種原因(例如弧長稍有變化)引起電流稍大于rl,則電路工作狀態進入點1和點2之間的區域。如上所述,在此區域內L(drh/dr)>0,即電流隨時間變化的速率大于零,這意味著電弧電流繼續增大,直到點2所對應的電流r2為止。相反,若某種原因引起電弧電流稍小于r1-則電路工作狀態將進入點1以左區域。在此區域內,L(drh/d莎)<0,即電流變化速率小于零,這意味著電弧電流將繼續減小直到電弧熄滅,即電弧電流為零。可見,電路不可能穩定工作在點1所對應的電流值上。因此,斷定電弧在點1是不能穩定燃燒的,即點1是虛假的穩定點。

再來看點2的情況,這時電弧電流等于r2。若有某種原因引起電流稍大于r2,則電路工作狀態進入點2以右區域。在此區域內,L(drh/d莎)(0,于是電弧電流將減小而返回到r2。反之,當某種原因引起電流稍小于r2,這時電路工作狀態進入點2以左區J或。在此區域內L(drh/dr)>0,電弧電流將增大回到r2。由此斷定電路才能穩定工作在由點2所對應的電弧電流J2上,即點2才是電弧燃燒真正穩定的。

直弧的熄滅條件,由于電路存在電感,一是由于電弧弧柱的熱慣性。正如上面分析過的那樣,電弧消耗的功率是犰rh,在整個熄弧的過程中,電弧都在燃燒,因此在熄弧時間莎xh內,電弧所消耗的能量為

b=uyhrhdt     (2-35)

而u=E―rhR-L(drh/dt)。

因此代入式(2-25)中得到

u=(E~rhR_Ldrhclt)rhdt

積分后得到

w=urhd-∫∶udt+u  (2-36)

式中 E一電源電勢(V);

rh一電弧電流(A);

L一電路電感(H);

R―電路電阻(Ω);

rho―電弧開始熄滅時的電弧電流(A)。

公式(2-36)中右邊第一項代表在0到rsh時間內電源輸出的能量;第二項代表在這段時間內在電路電阻R上消耗掉的能量。第一項減去第二項代表在這段時間內電源送給電弧的能量。第三項代表在熄弧過程開始時電感中儲存的能量。

由此可見,在熄弧過程中消耗在電弧中的能量,除去電源輸出的能量減掉電阻中消耗的能量以后剩下的能量以外,原來儲存在電路電感中的能量玄L瑞,也要在熄弧過程中送給電弧,并且通過電弧的燃燒把這部分能量消耗掉。換句話說,在直流電弧的熄滅過程中,電路電感中的能量不是返回電源,而是釋放到弧隙中。由此可以得到結論:

電路中的電感越大,則其中儲存的能量越多,要使電弧熄滅必須從弧隙散發的能量也越多,因而電弧越難熄滅。

由于電感中的能量釋放需要一定時間,因而電感的存在使電弧不能立即熄滅,必須等電感中能量放完或基本放完后,電弧才能熄滅。

從開斷電路的要求和減少觸點燒損的角度來看,總是希望開關電器觸點上的熄弧時間tsh越短越好。但是,由于電路中總是不可避免地存在一定的電感,如果熄弧時間很短,電弧電流從某一起始值rh。下降到零的速度太快,必然會在電感中產生很高的自感電勢。這個自感電勢與電源電壓正向串聯以后加到弧隙兩端以及與之相連的線路和電氣設各上,其數值可比電源電壓大好多倍,甚至上百倍,這種現象通常稱為過電壓。

過電壓產生后,一方面可能擊穿弧隙,使電弧繼續一段時間。另一方面可能將電氣設各的絕緣擊穿,引起破壞性事故,如圖2-38所示。所以在直流電路中,如果沒有采取措施限制過電壓的數值,則不可過分減小熄弧時間。

如果能夠采取一些措施,使電感中的儲能不通過弧隙,而是通過其他途徑全部或部分地消耗掉(見后面熄火花電路),那么縮短燃弧時間和降低過電壓這一對矛盾就可從根本上加以解決。

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