Hồ quang điện và đặc điểm của nó
hồ quang điện — sự truyền dòng điện qua một chất khí giữa hai điện cực, một trong số đó là nguồn điện tử (cực âm). Điện cực là một sợi dây kết thúc ở bất kỳ phần nào của mạch điện.
Các electron phát ra từ cực âm với số lượng lớn gây ra sự ion hóa mạnh chất khí giữa các điện cực và do đó có thể tạo ra dòng điện lớn chạy giữa các điện cực.
Một tính năng đặc trưng của hồ quang điện, không giống như phóng điện khí thông thường, là nó có thể cháy ở điện áp thấp.
Hồ quang điện được phát hiện bởi một nhà vật lý từ St. V. V. Petrov vào năm 1802 và tìm thấy những ứng dụng quan trọng trong công nghệ.
Hồ quang điện là một loại phóng điện được đặc trưng bởi mật độ dòng điện cao, nhiệt độ cao, áp suất khí tăng cao và điện áp rơi thấp qua khe hở hồ quang. Trong trường hợp này, các điện cực (tiếp điểm) được đốt nóng mạnh, trên đó cái gọi là được hình thành. Các điểm cực âm và cực dương. Sự phát sáng của cực âm tập trung ở một điểm sáng nhỏ, phần sợi đốt của điện cực đối diện tạo thành điểm cực dương.
Ba khu vực có thể được ghi nhận trong cầu vồng, rất khác nhau về bản chất của các quá trình diễn ra trong đó. Trực tiếp đến điện cực âm (cực âm) của hồ quang là vùng giảm điện áp catốt. Tiếp theo là thùng hồ quang plasma. Trực tiếp đến điện cực dương (anode) là vùng giảm điện áp anốt. Các vùng này được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình. 1.
Cơm. 1. Cấu tạo của hồ quang điện
Kích thước của các vùng giảm điện áp catốt và anốt trong hình được phóng đại rất nhiều. Trong thực tế, chiều dài của chúng rất nhỏ, chẳng hạn, chiều dài của điện áp rơi catốt bằng quãng đường chuyển động tự do của electron (nhỏ hơn 1 micron). Độ dài của vùng giảm điện áp anốt thường lớn hơn một chút so với giá trị này.
Ở điều kiện bình thường, không khí là chất cách điện tốt. Vì vậy, điện áp cần thiết để phá vỡ khe hở không khí 1 cm là 30 kV. Để khe hở không khí trở thành chất dẫn điện, cần phải tạo ra một nồng độ nhất định các hạt tích điện (electron và ion) trong đó.
Hồ quang điện xảy ra như thế nào
Hồ quang điện, là một dòng các hạt tích điện, tại thời điểm ban đầu của sự phân tách tiếp xúc xảy ra do sự hiện diện của các electron tự do trong khí của khe hồ quang và các electron phát ra từ bề mặt của cực âm. Các êlectron tự do trong khe hở giữa các tiếp điểm chuyển động với tốc độ cao theo hướng từ cực âm sang cực dương dưới tác dụng của lực điện trường.
Cường độ trường khi bắt đầu khoảng cách tiếp xúc có thể đạt tới vài nghìn kilovolt trên cm.Dưới tác động của các lực của trường này, các electron được rút ra khỏi bề mặt của cực âm và di chuyển đến cực dương, đánh bật các electron khỏi nó, tạo thành một đám mây điện tử. Dòng điện tử ban đầu được tạo ra theo cách này tiếp tục hình thành sự ion hóa mạnh mẽ của khe hồ quang.
Cùng với quá trình ion hóa, quá trình khử ion xảy ra song song và liên tục trong hồ quang. Các quá trình khử ion bao gồm thực tế là khi hai ion có dấu hiệu khác nhau hoặc ion dương và electron tiếp cận nhau, chúng bị hút và va chạm, bị trung hòa, ngoài ra, các hạt tích điện di chuyển từ vùng cháy của các linh hồn với nhiều hơn - Môi trường có nồng độ điện tích cao trong môi trường có nồng độ điện tích thấp hơn. Tất cả những yếu tố này dẫn đến giảm nhiệt độ của hồ quang, làm mát và biến mất.
Cơm. 2. Hồ quang điện
Hồ quang sau khi đánh lửa
Ở chế độ đốt cháy tĩnh, các quá trình ion hóa và khử ion ở trạng thái cân bằng, thùng hồ quang có lượng điện tích dương và âm tự do bằng nhau được đặc trưng bởi mức độ ion hóa khí cao.
Một chất có mức độ ion hóa gần bằng một, tức là trong đó không có các nguyên tử và phân tử trung tính được gọi là plasma.
Hồ quang điện được đặc trưng bởi các đặc điểm sau:
1. Ranh giới được xác định rõ ràng giữa trục hồ quang và môi trường.
2. Nhiệt độ bên trong thùng hồ quang cao, đạt 6000 — 25000K.
3. Mật độ dòng điện và ống hồ quang cao (100 — 1000 A/mm2).
4. Giá trị điện áp anốt và catốt giảm nhỏ và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện (10 — 20 V).
Đặc tính dòng điện-điện áp của hồ quang điện
Đặc tính chính của hồ quang một chiều là sự phụ thuộc của điện áp hồ quang vào dòng điện, được gọi là đặc tính điện áp dòng điện (VAC).
Hồ quang xảy ra giữa các tiếp điểm ở một điện áp nhất định (Hình 3), được gọi là điện áp đánh lửa Uz và tùy thuộc vào khoảng cách giữa các tiếp điểm, nhiệt độ và áp suất của môi trường cũng như tốc độ tách tiếp điểm. Điện áp dập tắt hồ quang Ug luôn nhỏ hơn ứng suất U3.
Cơm. 3. Đặc tính dòng điện-điện áp của hồ quang một chiều (a) và mạch điện tương đương (b)
Đường cong 1 là đặc tính tĩnh của cung, tức là thu được bằng cách thay đổi từ từ dòng điện. Đặc tính có tính chất sa ngã. Khi dòng điện tăng, điện áp hồ quang giảm. Điều này có nghĩa là điện trở của khe hở hồ quang giảm nhanh hơn khi dòng điện tăng.
Nếu ở tốc độ này hay tốc độ khác, dòng điện trong hồ quang giảm từ I1 xuống 0, đồng thời cố định điện áp rơi dọc theo hồ quang, thì sẽ xuất hiện các đường cong 2 và 3. Các đường cong này được gọi là các đặc tính động.
Dòng điện giảm càng nhanh thì đặc tính I - V động sẽ càng thấp. Điều này là do khi dòng điện giảm, các thông số của hồ quang như tiết diện của thùng, nhiệt độ, không có thời gian để thay đổi nhanh chóng và thu được các giá trị tương ứng với giá trị thấp hơn của dòng điện trong một trạng thái ổn định.
Giảm điện áp khoảng cách hồ quang:
Ud = Usc + EdId,
trong đó Us = Udo + Ua - điện áp rơi gần điện cực, Ed - độ dốc điện áp dọc trong hồ quang, ID - chiều dài của hồ quang.
Theo công thức, khi chiều dài hồ quang tăng, điện áp rơi trên hồ quang sẽ tăng và đặc tính I - V sẽ cao hơn.
Họ đối phó với hồ quang trong thiết kế của các thiết bị chuyển mạch điện. Các tính chất của hồ quang điện được sử dụng trong thiết bị hàn hồ quang điện và trong lò nóng chảy hồ quang.