交流电弧的熄灭原理
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程 电流过零瞬间阴极表面电场强度与电 极间施加电压的关系 产生电弧，需要阴极发射电子
若电流过零时阴极较冷，只能依靠场致发 射，即Ｅ0要大于一定值，否则电弧不会重 燃
这种弧隙在电流过零后立即获得一定 耐压强度的现象，称为近阴极效应 电流过零后弧隙立即能承受的电压数 值称为介质初始恢复强度Ujf0
直流开断时采用的人工过零技术
交流电流过零后，弧隙中和弧隙上同时进行着两 个相关的过程

介质恢复过程 电压恢复过程
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第四章
交流电弧的熄灭原理
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§4-0
介质恢复过程

序
弧隙中的电离气体由导电状态转变为绝缘状态，使 弧隙能承受电压而电弧不重燃的过程 介质恢复强度（dielectric recovery strength） 某一时刻弧隙介质所能承受的最高电压：ujf
第四章 交流电弧的熄灭原理
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程
阴极附近电场强度的计算 泊松方程 一维情况
x: 距离阴极的距离 U：x处相对于阴极的电位 n: 正电荷的数密度 q: 一个正电荷的电量 ε:气体的介质常数
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第四章
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Uj
第四章
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程
介质初始恢复强度与电弧电流，电流过零瞬 间阴极（原阳极）的温度有很大关系
Ih
原因:
阴极温度升高
Ujf0
热发射作用很强时，阴极 前不再缺电子 场致发射增强
近阴极效应将不存在
Uj
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程
阴极附近电场强度的计算
设正电荷层厚度为l 假 定 ： Ｅ＝０|x=l
指向阴极
阴极表面（x=0）, E的绝对值最大
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第四章
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

电压恢复过程

电源电压加到弧隙两端的过程 恢复电压：uhf
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§4-0
若 ujf > uhf ，
总是
序
电弧熄灭与否，取决于两个过程的“竞争”

则：电弧趋于熄灭

若 ujf < uhf ，
某一时刻
则：电弧可能重燃
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第四章
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

弧柱区的介质恢复过程
间隙电压高 Ph > Ps
复合
过零时 Ph ＝0
扩散
Rh
重燃
弧柱温度 3000～4000Ｋ 热电离 基本停止 不再流过 大电流
Rh
间隙电压低 Ph < Ps
电流过零
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程 交流电流过 正负粒子均匀分布（热运动） 电极极性改变
过零后
电子迅速向新阳极运动 正离子加速缓慢，在极短时间内可认为 停留在原位臵 在阴极附近形成正电荷层，在阴极表面 作用一个电场
阴极温度升高
若需要一定的电流密度才可导致击穿，则阴 极温度上升时需要的击穿电压减小
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程
研究近阴极区的介质恢复过程，对熄灭交流 短弧有很大意义（参Ｐ.71）

近阳极区
阳极只是一个被动、“消极”的电子收集器， 近阳极区对介质恢复过程一般不起作用 Uj
第四章
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第四章 交流电弧的熄灭原理
§４-0 序
§４-1 弧隙中的介质恢复过程
§４-2 弧隙中的电压恢复过程
§４-3 交流电弧的熄灭条件
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第四章
交流电弧的熄灭原理
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§4-0
序
交流电流过零时，电弧的输入功率为零，有利于 熄弧
大部分交流开关设备都利用该原理熄灭电弧

第四章 交流电弧的熄灭原理
Uj
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程 阴极表面（x=0）的电场强度
电极间的电压 电流过零瞬间阴极表面电场强 度与电极间施加电压的关系
Uj
随着电极间施加电压的增大， 阴极表面电场强度提高
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第四章
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第四章 交流电弧的熄灭原理
§４-0 序 §４-1 弧隙中的介质恢复过程 §４-2 弧隙中的电压恢复过程 §４-3 交流电弧的熄灭条件
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

介质恢复过程在近阴极区和弧柱区的情况不同

近阴极区的介质恢复过程
交流电流过零后，电极换向
计算方法。
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第四章
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第四章 交流电弧的熄灭原理
本章教学重点与难点：
近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性；工频恢复电压及
理想弧隙电压恢复过程；交流电弧的熄灭条件 。
本章教学基本内容：
序 弧隙中的介质恢复过程 弧隙中的电压恢复过程 交流电弧的熄灭条件
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近阴极区的介质恢复过程
阴极附近电场强度的计算
电位分布 边界条件 U＝０|x=l
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念

近阴极区的介质恢复过程 电位分布
注意：仅适用于正空间电荷层（x l）
假定： E＝０|x=l 弧隙中其他部分为等离子体，电导 率很大，认为空间电荷层即加在电 极两端的电压 x=l:
辽宁工程技术大学
Liaoning Technical University
电器理论基础
Fundamentals of Electrical Apparatus
电气与控制工程学院 王智勇
第四章 交流电弧的熄灭原理
本章教学目的与要求：
• 掌握近阴极效应，熟悉开关电器弧隙的介质恢复强度
特性； • 掌握工频恢复电压，熟悉理想弧隙电压恢复过程； • 了解电弧参数对电压恢复过程的影响； • 掌握交流电弧的熄灭条件，了解交流电弧熄灭过程的