Κατά τη λειτουργία, τα ηλεκτρικά κυκλώματα κλείνουν και ανοίγουν συνεχώς. Έχει παρατηρηθεί από καιρό ότι τη στιγμή του ανοίγματος, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό τόξο μεταξύ των επαφών. Για την εμφάνισή του, μια τάση μεγαλύτερη από 10 βολτ και ένα ρεύμα πάνω από 0,1 αμπέρ είναι αρκετά. Σε υψηλότερες τιμές ρεύματος και τάσης, η εσωτερική θερμοκρασία του τόξου συχνά φτάνει τους 3-15 χιλιάδες βαθμούς. Αυτό γίνεται η κύρια αιτία λιωμένων επαφών και ενεργών εξαρτημάτων.

Εάν η τάση είναι 110 κιλοβολτ και άνω, σε αυτή την περίπτωση το μήκος του τόξου μπορεί να φτάσει σε μήκος μεγαλύτερο από ένα μέτρο. Ένα τέτοιο τόξο ενέχει σοβαρό κίνδυνο για άτομα που εργάζονται με ισχυρούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, επομένως απαιτείται ο μέγιστος περιορισμός και η ταχεία κατάσβεσή του σε οποιαδήποτε κυκλώματα, ανεξάρτητα από την τιμή τάσης.

Τι είναι το ηλεκτρικό τόξο

Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ένα ηλεκτρικό τόξο συγκόλλησης, το οποίο εκδηλώνεται με τη μορφή συνεχούς ηλεκτρικής εκκένωσης στο πλάσμα. Με τη σειρά του, το πλάσμα αναμιγνύεται μεταξύ τους ιονισμένα αέρια και ατμοί των συστατικών της προστατευτικής ατμόσφαιρας, της βάσης και του μετάλλου πλήρωσης.

Έτσι, ένα ηλεκτρικό τόξο είναι η καύση μιας ηλεκτρικής εκκένωσης μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο. Κάτω από τη δράση θερμαινόμενων αερίων που τείνουν προς την κορυφή, αυτή η εκκένωση κάμπτεται και γίνεται ορατή ως τόξο ή τόξο.

Αυτές οι ιδιότητες κατέστησαν δυνατή τη χρήση του τόξου στην πράξη ως αγωγού αερίου, με τη βοήθεια του οποίου η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, δημιουργώντας υψηλή ένταση θέρμανσης. Αυτή η διαδικασία μπορεί να ελεγχθεί σχετικά εύκολα αλλάζοντας τις ηλεκτρικές παραμέτρους.

Υπό κανονικές συνθήκες, τα αέρια δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Ωστόσο, εάν προκύψουν ευνοϊκές συνθήκες, μπορούν να ιονιστούν. Τα άτομα ή τα μόριά τους γίνονται θετικά ή αρνητικά ιόντα. Υπό τη δράση της υψηλής θερμοκρασίας και ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με μεγάλη ένταση, τα αέρια μεταβάλλονται και περνούν στην κατάσταση πλάσματος που έχει όλες τις ιδιότητες ενός αγωγού.

Πώς σχηματίζεται το τόξο συγκόλλησης

• Αρχικά, εμφανίζεται μια επαφή μεταξύ του άκρου του ηλεκτροδίου και του τεμαχίου εργασίας, επηρεάζοντας και τις δύο επιφάνειες.
• Υπό τη δράση ενός ρεύματος υψηλής πυκνότητας, τα επιφανειακά σωματίδια λιώνουν γρήγορα, σχηματίζοντας ένα στρώμα υγρού μετάλλου. Αυξάνεται συνεχώς προς την κατεύθυνση του ηλεκτροδίου, μετά το οποίο σπάει.
• Αυτή τη στιγμή, το μέταλλο εξατμίζεται πολύ γρήγορα και το κενό εκφόρτισης αρχίζει να γεμίζει με ιόντα και ηλεκτρόνια. Η εφαρμοζόμενη τάση τους αναγκάζει να κινηθούν προς την άνοδο και την κάθοδο, με αποτέλεσμα τη διέγερση του τόξου συγκόλλησης.
• Ξεκινά η διαδικασία του θερμικού ιονισμού, κατά την οποία τα θετικά ιόντα και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συνεχίζουν να συγκεντρώνονται, το αέριο του κενού τόξου ιονίζεται ακόμη περισσότερο και το ίδιο το τόξο γίνεται σταθερό.
• Υπό την επιρροή του, τα μέταλλα του τεμαχίου εργασίας και του ηλεκτροδίου τήκονται και, όντας σε υγρή κατάσταση, αναμιγνύονται μεταξύ τους.
• Μετά την ψύξη, σχηματίζεται μια ραφή συγκόλλησης σε αυτό το μέρος.

Κατάσβεση του ηλεκτρικού τόξου σε εξοπλισμό μεταγωγής

Η αποσύνδεση των στοιχείων του ηλεκτρικού κυκλώματος πρέπει να γίνει πολύ προσεκτικά, χωρίς να καταστραφεί ο εξοπλισμός μεταγωγής. Το άνοιγμα μόνο των επαφών δεν θα είναι αρκετό· απαιτείται να σβήσετε σωστά το τόξο που εμφανίζεται ανάμεσά τους.

Οι διαδικασίες καύσης και κατάσβεσης του τόξου διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους ανάλογα με τη χρήση στο δίκτυο. Εάν δεν υπάρχει ιδιαίτερο πρόβλημα με το DC, τότε με το AC υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη. Πρώτα απ 'όλα, το ρεύμα τόξου περνά το μηδέν σε κάθε μισό κύκλο. Αυτή τη στιγμή, η απελευθέρωση ενέργειας σταματά, με αποτέλεσμα το τόξο να σβήνει αυθόρμητα και να ανάβει ξανά. Στην πράξη, το ρεύμα πλησιάζει το μηδέν ακόμη και πριν περάσει το μηδέν. Αυτό οφείλεται σε μείωση του ρεύματος και μείωση της ενέργειας που παρέχεται στο τόξο.

Αντίστοιχα, μειώνεται και η θερμοκρασία του, γεγονός που προκαλεί τον τερματισμό του θερμικού ιονισμού. Στο ίδιο το κενό του τόξου εμφανίζεται έντονος απιονισμός. Εάν αυτή τη στιγμή γίνει ένα γρήγορο άνοιγμα και καλωδίωση των επαφών, τότε μπορεί να μην συμβεί βλάβη, το κύκλωμα θα απενεργοποιηθεί χωρίς την εμφάνιση τόξου.

Στην πράξη, η δημιουργία τέτοιων ιδανικών συνθηκών είναι πολύ δύσκολη. Από αυτή την άποψη, αναπτύχθηκαν ειδικά μέτρα για την επιτάχυνση της εξαφάνισης του τόξου. Διάφορες τεχνικές λύσεις καθιστούν δυνατή τη γρήγορη ψύξη του κενού τόξου και τη μείωση του αριθμού των φορτισμένων σωματιδίων. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια σταδιακή αύξηση της ηλεκτρικής ισχύος αυτού του διακένου και μια ταυτόχρονη αύξηση της τάσης επαναφοράς σε αυτό.

Και οι δύο τιμές εξαρτώνται η μία από την άλλη και επηρεάζουν την ανάφλεξη του τόξου στον επόμενο μισό κύκλο. Εάν η διηλεκτρική ισχύς υπερβαίνει την τάση επαναφοράς, τότε το τόξο δεν θα αναφλέγεται πλέον. Διαφορετικά, θα καίει σταθερά.

Οι κύριες μέθοδοι κατάσβεσης του τόξου

Αρκετά συχνά, χρησιμοποιείται η μέθοδος επέκτασης τόξου, όταν κατά τη διαδικασία της απόκλισης επαφής όταν το κύκλωμα αποσυνδέεται, τεντώνεται (Εικ. 1). Με την αύξηση της επιφάνειας, οι συνθήκες ψύξης βελτιώνονται σημαντικά και απαιτείται μεγαλύτερη τιμή τάσης για την υποστήριξη της καύσης.

1.

Σε άλλη περίπτωση, το γενικό ηλεκτρικό τόξο χωρίζεται σε ξεχωριστά μικρά τόξα (Εικ. 2). Για αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ειδική μεταλλική σχάρα. Στις πλάκες του, ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προκαλείται κάτω από τη δράση, σφίγγοντας το τόξο για διαχωρισμό. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως σε εξοπλισμό μεταγωγής με τάση μικρότερη από 1 kV. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι διακόπτες κυκλώματος αέρα.

2.

Αρκετά αποτελεσματικό είναι το σβήσιμο σε μικρούς όγκους, δηλαδή μέσα σε αγωγούς τόξου. Αυτές οι συσκευές έχουν διαμήκεις εγκοπές που συμπίπτουν κατά μήκος των αξόνων με την κατεύθυνση του άξονα τόξου. Ως αποτέλεσμα της επαφής με κρύες επιφάνειες, το τόξο αρχίζει να ψύχεται γρήγορα, απελευθερώνοντας ενεργά φορτισμένα σωματίδια στο περιβάλλον.

Χρήση υψηλής πίεσης. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία παραμένει αμετάβλητη, η πίεση αυξάνεται και ο ιονισμός μειώνεται. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, το τόξο ψύχεται έντονα. Οι ερμητικά κλειστοί θάλαμοι χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία υψηλής πίεσης. Η μέθοδος είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για ασφάλειες και άλλο εξοπλισμό.

Το τόξο μπορεί να σβήσει με τη βοήθεια λαδιού όπου τοποθετούνται οι επαφές. Όταν ανοίγουν, εμφανίζεται ένα τόξο, υπό την επίδραση του οποίου το λάδι αρχίζει να εξατμίζεται ενεργά. Αποδεικνύεται ότι καλύπτεται με μια φυσαλίδα αερίου ή κέλυφος, που αποτελείται από 70-80% υδρογόνο και ατμό λαδιού. Υπό την επίδραση των απελευθερωμένων αερίων που εισέρχονται απευθείας στη ζώνη του βαρελιού, το κρύο και το ζεστό αέριο μέσα στη φυσαλίδα αναμειγνύονται, ψύχοντας εντατικά το διάκενο τόξου.

Άλλες μέθοδοι κατάσβεσης

Το ηλεκτρικό τόξο μπορεί να σβήσει αυξάνοντας την αντίστασή του. Αυξάνεται σταδιακά και το ρεύμα μειώνεται σε μια τιμή που δεν επαρκεί για τη διατήρηση της καύσης. Το κύριο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ο μεγάλος χρόνος κατάσβεσης, κατά τον οποίο διαχέεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας στο τόξο.

Η αύξηση της αντίστασης τόξου επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους:

• Επιμήκυνση του τόξου, αφού η αντίστασή του είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος. Για να γίνει αυτό, πρέπει να αλλάξετε το κενό μεταξύ των επαφών προς την κατεύθυνση της αύξησης.
• Ψύξη του μέσου μεταξύ των επαφών όπου βρίσκεται το τόξο. Τις περισσότερες φορές, χρησιμοποιείται φύσημα, κατευθυνόμενο κατά μήκος του τόξου.
• Οι επαφές τοποθετούνται σε αέριο μέσο με χαμηλό βαθμό ιονισμού ή σε θάλαμο κενού. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σε διακόπτες αερίου και κενού.
• Η διατομή του τόξου μπορεί να μειωθεί περνώντας το από μια στενή οπή ή μειώνοντας την περιοχή επαφής.

Σε κυκλώματα με εναλλασσόμενη τάση, η μέθοδος του μηδενικού ρεύματος χρησιμοποιείται για την κατάσβεση του τόξου. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα έως ότου το ρεύμα πέσει στο μηδέν. Ως αποτέλεσμα, η κατάσβεση συμβαίνει φυσικά και η ανάφλεξη δεν επαναλαμβάνεται ξανά, αν και η τάση στις επαφές μπορεί να αυξηθεί. Μια πτώση στο μηδέν εμφανίζεται στο τέλος κάθε μισού κύκλου και το τόξο σβήνει για μικρό χρονικό διάστημα. Εάν αυξήσετε τη διηλεκτρική αντοχή του κενού μεταξύ των επαφών, τότε το τόξο θα παραμείνει σβησμένο.

Συνέπειες ηλεκτρικού τόξου

Η καταστροφική επίδραση του τόξου αποτελεί σοβαρό κίνδυνο όχι μόνο για τον εξοπλισμό, αλλά και για τους εργαζόμενους. Κάτω από δυσμενείς συνθήκες, μπορεί να πάθετε σοβαρά εγκαύματα. Μερικές φορές η ήττα του τόξου καταλήγει σε θάνατο.

Κατά κανόνα, ένα ηλεκτρικό τόξο εμφανίζεται τη στιγμή της τυχαίας επαφής με εξαρτήματα ή αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα. Υπό τη δράση ενός ρεύματος βραχυκυκλώματος, τα καλώδια λιώνουν, ο αέρας ιονίζεται και δημιουργούνται άλλες ευνοϊκές συνθήκες για το σχηματισμό ενός καναλιού πλάσματος.

Επί του παρόντος, έχουν επιτευχθεί σημαντικά θετικά αποτελέσματα στον τομέα της ηλεκτροτεχνικής με τη βοήθεια του σύγχρονου προστατευτικού εξοπλισμού που αναπτύχθηκε έναντι ηλεκτρικού τόξου.

Το ηλεκτρικό τόξο είναι μια ισχυρή, μακροχρόνια ηλεκτρική εκκένωση μεταξύ ηλεκτροδίων που ενεργοποιούνται σε ένα εξαιρετικά ιονισμένο μείγμα αερίων και ατμών. Χαρακτηρίζεται από υψηλή θερμοκρασία αερίου και υψηλό ρεύμα στη ζώνη εκκένωσης.

Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με πηγές εναλλασσόμενου ρεύματος (μετασχηματιστής συγκόλλησης) ή συνεχούς ρεύματος (γεννήτρια συγκόλλησης ή ανορθωτής) με άμεση και αντίστροφη πολικότητα.

Κατά τη συγκόλληση με συνεχές ρεύμα, το ηλεκτρόδιο που συνδέεται με τον θετικό πόλο ονομάζεται άνοδος και στο αρνητικό - κάθοδος. Το διάκενο μεταξύ των ηλεκτροδίων ονομάζεται περιοχή διάκενου τόξου ή διάκενο τόξου (Εικόνα 3.4). Το διάκενο τόξου συνήθως χωρίζεται σε 3 χαρακτηριστικές περιοχές:

1. μια περιοχή ανόδου δίπλα στην άνοδο.
2. περιοχή καθόδου?
3. τόξο στύλο.

Οποιαδήποτε ανάφλεξη με τόξο ξεκινά με βραχυκύκλωμα, δηλ. από το βραχυκύκλωμα του ηλεκτροδίου με το προϊόν. Σε αυτήν την περίπτωση, U d \u003d 0 και το ρεύμα I max \u003d I βραχυκύκλωμα. Στο σημείο κλεισίματος εμφανίζεται μια κηλίδα καθόδου, η οποία είναι απαραίτητη (απαραίτητη) προϋπόθεση για την ύπαρξη εκκένωσης τόξου. Το υγρό μέταλλο που προκύπτει, όταν αποσύρεται το ηλεκτρόδιο, τεντώνεται, υπερθερμαίνεται και η θερμοκρασία φτάνει, μέχρι το σημείο βρασμού - το τόξο διεγείρεται (αναφλέγεται).

Το τόξο μπορεί να αναφλεγεί χωρίς επαφή των ηλεκτροδίων λόγω ιονισμού, δηλ. διάσπαση ενός διηλεκτρικού διακένου αέρα (αερίου) λόγω αύξησης τάσης από ταλαντωτές (συγκόλληση τόξου αργού).

Το διάκενο τόξου είναι ένα διηλεκτρικό μέσο που πρέπει να ιονιστεί.

Για την ύπαρξη εκκένωσης τόξου, αρκεί U d \u003d 16 ÷ 60 V. Η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός διακένου αέρα (τόξου) είναι δυνατή μόνο εάν υπάρχουν ηλεκτρόνια (στοιχειώδη αρνητικά σωματίδια) και ιόντα σε αυτό: θετικό ( +) ιόντα - όλα τα μόρια και τα άτομα των στοιχείων (ελαφρύτερη μορφή μετάλλων Me). αρνητικά (-) ιόντα - σχηματίζουν ευκολότερα F, Cr, N 2, O 2 και άλλα στοιχεία με συγγένεια ηλεκτρονίων e.

Εικόνα 3.4 - Σχέδιο καύσης του τόξου

Η περιοχή καθόδου του τόξου είναι μια πηγή ηλεκτρονίων που ιονίζουν αέρια στο διάκενο τόξου. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από την κάθοδο επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο και απομακρύνονται από την κάθοδο. Ταυτόχρονα, υπό την επίδραση αυτού του πεδίου, τα ιόντα + αποστέλλονται στην κάθοδο:

U d \u003d U k + U c + U a;

Η περιοχή της ανόδου έχει πολύ μεγαλύτερο όγκο U a< U к.

Στήλη τόξου - το κύριο μέρος του διακένου τόξου είναι ένα μείγμα ηλεκτρονίων, ιόντων + και - και ουδέτερων ατόμων (μόρια). Η στήλη τόξου είναι ουδέτερη:

∑ μηδενική φόρτιση. = ∑ φορτία θετικών σωματιδίων.

Η ενέργεια για τη διατήρηση ενός ακίνητου τόξου προέρχεται από την τροφοδοσία του τροφοδοτικού.

Διαφορετικές θερμοκρασίες, μεγέθη ζωνών ανόδου και καθόδου και διαφορετική ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται - καθορίζει την ύπαρξη άμεσης και αντίστροφης πολικότητας κατά τη συγκόλληση με συνεχές ρεύμα:

Q a > Q to; U a< U к.

• όταν απαιτείται μεγάλη ποσότητα θερμότητας για τη θέρμανση των άκρων μεγάλου πάχους μετάλλου, χρησιμοποιείται άμεση πολικότητα (για παράδειγμα, όταν επιφανειακά).
• με συγκολλημένα μέταλλα με λεπτά τοιχώματα και χωρίς υπερθέρμανση, αντίστροφη πολικότητα (+ στο ηλεκτρόδιο).

ΔΙΑΛΕΞΗ 5

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΤΟΞΟ

Εμφάνιση και φυσικές διεργασίες σε ηλεκτρικό τόξο. Το άνοιγμα του ηλεκτρικού κυκλώματος σε σημαντικά ρεύματα και τάσεις συνοδεύεται από ηλεκτρική εκκένωση μεταξύ αποκλίνων επαφών. Το διάκενο αέρα μεταξύ των επαφών ιονίζεται και γίνεται αγώγιμο, ένα τόξο καίγεται σε αυτό. Η διαδικασία αποσύνδεσης συνίσταται στον απιονισμό του διακένου αέρα μεταξύ των επαφών, δηλαδή στον τερματισμό της ηλεκτρικής εκκένωσης και στην αποκατάσταση των διηλεκτρικών ιδιοτήτων. Κάτω από ειδικές συνθήκες: χαμηλά ρεύματα και τάσεις, μια διακοπή του κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος τη στιγμή που το ρεύμα διέρχεται από το μηδέν, μπορεί να συμβεί χωρίς ηλεκτρική εκκένωση. Αυτή η διακοπή λειτουργίας ονομάζεται διακοπή χωρίς σπινθήρες.

Η εξάρτηση της πτώσης τάσης στο διάκενο εκφόρτισης από το ρεύμα της ηλεκτρικής εκφόρτισης στα αέρια φαίνεται στο Σχ. . ένας.

Το ηλεκτρικό τόξο συνοδεύεται από υψηλή θερμοκρασία. Επομένως, το τόξο δεν είναι μόνο ηλεκτρικό φαινόμενο, αλλά και θερμικό. Υπό κανονικές συνθήκες, ο αέρας είναι καλός μονωτής. Η διάσπαση του διακένου αέρα 1 cm απαιτεί τάση 30 kV. Προκειμένου το διάκενο αέρα να γίνει αγωγός, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια ορισμένη συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων σε αυτό: ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα. Η διαδικασία διαχωρισμού των ηλεκτρονίων από ένα ουδέτερο σωματίδιο και ο σχηματισμός ελεύθερων ηλεκτρονίων και θετικά φορτισμένων ιόντων ονομάζεται ιονισμός. Ο ιονισμός αερίου συμβαίνει υπό την επίδραση υψηλής θερμοκρασίας και ηλεκτρικού πεδίου. Για τις διεργασίες τόξου σε ηλεκτρικές συσκευές, οι διεργασίες στα ηλεκτρόδια (θερμοηλεκτρονική εκπομπή και εκπομπή πεδίου) και οι διεργασίες στο διάκενο τόξου (θερμικός ιονισμός και κρουστικός ιονισμός) έχουν τη μεγαλύτερη σημασία.

Θερμιονική εκπομπή ονομάζεται η εκπομπή ηλεκτρονίων από μια θερμαινόμενη επιφάνεια. Όταν οι επαφές αποκλίνουν, η αντίσταση επαφής της επαφής και η πυκνότητα ρεύματος στην περιοχή επαφής αυξάνονται απότομα. Η πλατφόρμα θερμαίνεται, λιώνει και σχηματίζεται ένας ισθμός επαφής από το λιωμένο μέταλλο. Ο ισθμός σπάει καθώς οι επαφές αποκλίνουν περαιτέρω και το μέταλλο των επαφών εξατμίζεται. Μια θερμή περιοχή (σημείο καθόδου) σχηματίζεται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, το οποίο χρησιμεύει ως βάση του τόξου και πηγή ακτινοβολίας ηλεκτρονίων. Η θερμιονική εκπομπή είναι η αιτία της εμφάνισης ηλεκτρικού τόξου όταν ανοίγουν οι επαφές. Η πυκνότητα του ρεύματος θερμιονικής εκπομπής εξαρτάται από τη θερμοκρασία και το υλικό του ηλεκτροδίου.

Αυτοηλεκτρονική εκπομπή ονομάζεται το φαινόμενο της εκπομπής ηλεκτρονίων από την κάθοδο υπό την επίδραση ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου. Όταν οι επαφές είναι ανοιχτές, εφαρμόζεται σε αυτές η τάση δικτύου. Όταν οι επαφές είναι κλειστές, καθώς η κινούμενη επαφή πλησιάζει τη σταθερή, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των επαφών αυξάνεται. Σε κρίσιμη απόσταση μεταξύ των επαφών, η ένταση πεδίου φτάνει τα 1000 kV/mm. Μια τέτοια ένταση ηλεκτρικού πεδίου είναι επαρκής για την εκτόξευση ηλεκτρονίων από μια ψυχρή κάθοδο. Το ρεύμα εκπομπής πεδίου είναι μικρό και χρησιμεύει μόνο ως η αρχή μιας εκκένωσης τόξου.

Έτσι, η εμφάνιση εκκένωσης τόξου σε αποκλίνουσες επαφές εξηγείται από την παρουσία θερμιονικών και αυτοηλεκτρονικών εκπομπών. Η εμφάνιση ηλεκτρικού τόξου όταν οι επαφές είναι κλειστές οφείλεται σε αυτοηλεκτρονική εκπομπή.

ιοντισμός κρούσης ονομάζεται η εμφάνιση ελεύθερων ηλεκτρονίων και θετικών ιόντων κατά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων με ένα ουδέτερο σωματίδιο. Ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο διασπά ένα ουδέτερο σωματίδιο. Το αποτέλεσμα είναι ένα νέο ελεύθερο ηλεκτρόνιο και ένα θετικό ιόν. Το νέο ηλεκτρόνιο, με τη σειρά του, ιονίζει το επόμενο σωματίδιο. Για να μπορέσει ένα ηλεκτρόνιο να ιονίσει ένα σωματίδιο αερίου, πρέπει να κινηθεί με συγκεκριμένη ταχύτητα. Η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού στη μέση ελεύθερη διαδρομή. Επομένως, συνήθως υποδεικνύεται όχι η ταχύτητα του ηλεκτρονίου, αλλά η ελάχιστη διαφορά δυναμικού κατά το μήκος της ελεύθερης διαδρομής, έτσι ώστε το ηλεκτρόνιο να αποκτήσει την απαραίτητη ταχύτητα. Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται δυναμικό ιοντισμού. Το δυναμικό ιοντισμού ενός μείγματος αερίων καθορίζεται από το χαμηλότερο από τα δυναμικά ιοντισμού των συστατικών που περιλαμβάνονται στο αέριο μείγμα και εξαρτάται ελάχιστα από τη συγκέντρωση των συστατικών. Το δυναμικό ιοντισμού για τα αέρια είναι 13 ÷ 16 V (άζωτο, οξυγόνο, υδρογόνο), για τους ατμούς μετάλλων είναι περίπου δύο φορές μικρότερο: 7,7 V για τους ατμούς χαλκού.

Θερμικός ιονισμός εμφανίζεται υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία του άξονα τόξου φτάνει τα 4000÷7000 K, και μερικές φορές τα 15000 K. Σε αυτή τη θερμοκρασία, ο αριθμός και η ταχύτητα των κινούμενων σωματιδίων αερίου αυξάνεται απότομα. Κατά τη σύγκρουση, τα άτομα και τα μόρια καταστρέφονται, σχηματίζοντας φορτισμένα σωματίδια. Το κύριο χαρακτηριστικό του θερμικού ιονισμού είναι ο βαθμός ιοντισμού, ο οποίος είναι ο λόγος του αριθμού των ιονισμένων ατόμων προς τον συνολικό αριθμό των ατόμων στο διάκενο τόξου. Η διατήρηση της προκύπτουσας εκφόρτισης τόξου με επαρκή αριθμό δωρεάν φορτίσεων παρέχεται με θερμικό ιονισμό.

Ταυτόχρονα με τις διαδικασίες ιονισμού στο τόξο, συμβαίνουν αντίστροφες διεργασίες απιονισμό– επανενώσεις φορτισμένων σωματιδίων και σχηματισμός ουδέτερων μορίων. Όταν εμφανίζεται ένα τόξο, κυριαρχούν οι διεργασίες ιονισμού, σε ένα σταθερά φλεγόμενο τόξο, οι διαδικασίες ιονισμού και απιονισμού είναι εξίσου έντονες, με την επικράτηση των διεργασιών απιονισμού, το τόξο σβήνει.

Ο απιονισμός συμβαίνει κυρίως λόγω ανασυνδυασμού και διάχυσης. ανασυνδυασμός είναι η διαδικασία με την οποία διαφορετικά φορτισμένα σωματίδια, που έρχονται σε επαφή, σχηματίζουν ουδέτερα σωματίδια. Διάχυση φορτισμένων σωματιδίων είναι η διαδικασία μεταφοράς φορτισμένων σωματιδίων από το διάκενο τόξου στον περιβάλλοντα χώρο, γεγονός που μειώνει την αγωγιμότητα του τόξου. Η διάχυση οφείλεται τόσο σε ηλεκτρικούς όσο και σε θερμικούς παράγοντες. Η πυκνότητα φορτίου στον άξονα τόξου αυξάνεται από την περιφέρεια προς το κέντρο. Ενόψει αυτού, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο, αναγκάζοντας τα ιόντα να μετακινηθούν από το κέντρο προς την περιφέρεια και να φύγουν από την περιοχή του τόξου. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του άξονα τόξου και του περιβάλλοντος χώρου ενεργεί επίσης προς την ίδια κατεύθυνση. Σε ένα σταθεροποιημένο και ελεύθερα φλεγόμενο τόξο, η διάχυση παίζει ασήμαντο ρόλο. Σε ένα τόξο που εμφυσάται με πεπιεσμένο αέρα, καθώς και σε ένα ταχέως κινούμενο ανοιχτό τόξο, ο απιονισμός λόγω διάχυσης μπορεί να είναι κοντά στον ανασυνδυασμό. Σε ένα τόξο που καίγεται σε μια στενή σχισμή ή σε έναν κλειστό θάλαμο, εμφανίζεται απιονισμός λόγω ανασυνδυασμού.

ΠΤΩΣΗ ΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΤΟΞΟ

Η πτώση τάσης κατά μήκος του ακίνητου τόξου κατανέμεται άνισα. Μοτίβο πτώσης τάσης U ρεκαι διαμήκης κλίση τάσης (πτώση τάσης ανά μονάδα μήκους τόξου) μι ρεκατά μήκος του τόξου φαίνεται στο Σχ. 2.

ΣΤΟ άνοδοςπεριοχή, σχηματίζεται ένα αρνητικό φορτίο χώρου, προκαλώντας διαφορά δυναμικού U ένα. Τα ηλεκτρόνια που κατευθύνονται προς την άνοδο επιταχύνονται και εξουδετερώνουν τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια από την άνοδο που υπάρχουν κοντά στην άνοδο.

Η συνολική τιμή της πτώσης τάσης ανόδου και καθόδου ονομάζεται πτώση τάσης κοντά στο ηλεκτρόδιο:
και είναι 20-30V.

Στο υπόλοιπο τόξο, που ονομάζεται στέλεχος τόξου, η πτώση τάσης U ρεευθέως ανάλογο με το μήκος του τόξου:

,

όπου μι STείναι η διαμήκης κλίση τάσης στον άξονα του τόξου, μεγάλο STείναι το μήκος του άξονα τόξου.

Η κλίση εδώ είναι σταθερή κατά μήκος του στελέχους. Εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και μπορεί να ποικίλλει ευρέως, φτάνοντας τα 100÷200 V/cm.

Έτσι, η πτώση τάσης στο διάκενο τόξου:

ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΤΟΞΟΥ

Για την κατάσβεση ενός ηλεκτρικού τόξου συνεχούς ρεύματος, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν συνθήκες υπό τις οποίες οι διεργασίες απιονισμού στο διάκενο τόξου θα υπερβαίνουν τις διεργασίες ιονισμού σε όλες τις τιμές ρεύματος.

Σε σημεία ένακαι σιΗ εξίσωση (2) ισχύει, άρα
. Εδώ υπάρχει μια ισορροπία. Στο σημείο έναη ισορροπία είναι ασταθής, στο σημείο σιβιώσιμος.

Στα ρεύματα
, Τάση
, ένα
, και αν για κάποιο λόγο το ρεύμα γίνει μικρότερο Εγώ ένα , τότε πέφτει στο μηδέν - το τόξο σβήνει.

Εάν, για οποιοδήποτε λόγο, το ρεύμα γίνει ελαφρώς υψηλότερο Εγώ ένα, τότε θα γίνει
, στο κύκλωμα, όπως ήταν, θα υπάρξει μια "υπερβολική" τάση, η οποία θα οδηγήσει σε αύξηση του ρεύματος σε μια τιμή Εγώ σι . Για οποιαδήποτε αξία Εγώ ένα < Εγώ < Εγώ σι το ρεύμα στο τόξο θα αυξηθεί σε μια τιμή Εγώ σι .

μεταξύ σημείων ένακαι σιμέγεθος
. Η αύξηση του ρεύματος στο κύκλωμα συνοδεύεται από συσσώρευση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.

Στο ρεύμα
αποδεικνύεται πάλι
, ένα
, δηλαδή για να διατηρηθεί μια τέτοια τιμή ρεύματος, η τάση Uόχι αρκετά. Το ρεύμα στο κύκλωμα θα πέσει σε μια τιμή Εγώ σι. Το τόξο σε αυτό το σημείο θα καίει σταθερά.

Για να σβήσετε το τόξο, είναι απαραίτητο να τηρείται η συνθήκη (3) σε οποιαδήποτε τιμή ρεύματος, δηλαδή, το χαρακτηριστικό I–V του τόξου πρέπει να βρίσκεται πάνω από το χαρακτηριστικό
(Εικ. 5) σε όλο το μήκος του και να μην έχει ούτε ένα σημείο επαφής με αυτό το χαρακτηριστικό.

Εισαγωγή

Τρόποι κατάσβεσης ηλεκτρικού τόξου ... Το θέμα είναι σχετικό και ενδιαφέρον. Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε. Κάνουμε ερωτήσεις: Τι είναι το ηλεκτρικό τόξο; Πώς να το ελέγξετε; Ποιες διεργασίες λαμβάνουν χώρα κατά τον σχηματισμό του; Από τι αποτελείται; Και πώς φαίνεται.

Τι είναι το ηλεκτρικό τόξο;

Ηλεκτρικό τόξο (βολταϊκό τόξο, εκκένωση τόξου) είναι ένα φυσικό φαινόμενο, ένας από τους τύπους ηλεκτρικής εκκένωσης σε ένα αέριο. Περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1802 από τον Ρώσο επιστήμονα V.V. Petrov.

Ηλεκτρικό τόξοείναι μια ειδική περίπτωση της τέταρτης μορφής της κατάστασης της ύλης - πλάσμα - και αποτελείται από ένα ιονισμένο, ηλεκτρικά οιονεί ουδέτερο αέριο. Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρικών φορτίων διασφαλίζει την αγωγιμότητα του ηλεκτρικού τόξου.

Σχηματισμός και ιδιότητες του τόξου

Όταν η τάση μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο στον αέρα, συμβαίνει μια ηλεκτρική βλάβη μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η ηλεκτρική τάση διάσπασης εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων κ.λπ. Συχνά, για να ξεκινήσει μια βλάβη στη διαθέσιμη τάση, τα ηλεκτρόδια φέρονται πιο κοντά το ένα στο άλλο. Κατά τη διάρκεια μιας βλάβης, συνήθως εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα μεταξύ των ηλεκτροδίων, κλείνοντας παλμικά το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Τα ηλεκτρόνια στις εκκενώσεις σπινθήρα ιονίζουν μόρια στο διάκενο αέρα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Με επαρκή ισχύ της πηγής τάσης, σχηματίζεται επαρκής ποσότητα πλάσματος στο διάκενο αέρα έτσι ώστε η τάση διάσπασης (ή η αντίσταση του διακένου αέρα) σε αυτό το σημείο να πέσει σημαντικά. Σε αυτή την περίπτωση, οι εκκενώσεις σπινθήρα μετατρέπονται σε εκκένωση τόξου - ένα καλώδιο πλάσματος μεταξύ των ηλεκτροδίων, το οποίο είναι μια σήραγγα πλάσματος. Το τόξο αυτό είναι ουσιαστικά αγωγός, και κλείνει το ηλεκτρικό κύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων, το μέσο ρεύμα αυξάνεται ακόμη περισσότερο θερμαίνοντας το τόξο στους 5000-50000 Κ. Σε αυτή την περίπτωση θεωρείται ότι η ανάφλεξη του τόξου έχει ολοκληρωθεί.

Η αλληλεπίδραση των ηλεκτροδίων με το πλάσμα τόξου οδηγεί σε θέρμανση, μερική τήξη, εξάτμιση, οξείδωση και άλλους τύπους διάβρωσης. Ένα ηλεκτρικό τόξο συγκόλλησης είναι μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση που ρέει σε ένα αέριο μέσο. Η εκκένωση τόξου χαρακτηρίζεται από δύο κύρια χαρακτηριστικά: την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας θερμότητας και ένα ισχυρό εφέ φωτός. Η θερμοκρασία ενός συμβατικού τόξου συγκόλλησης είναι περίπου 6000°C.

Το φως τόξου είναι εκτυφλωτικά φωτεινό και χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία εφαρμογών φωτισμού. Το τόξο εκπέμπει μεγάλο αριθμό ορατών και αόρατων θερμικών (υπέρυθρων) και χημικών (υπεριώδεις) ακτίνες. Οι αόρατες ακτίνες προκαλούν φλεγμονή στα μάτια και καίνε το ανθρώπινο δέρμα, γι' αυτό οι συγκολλητές χρησιμοποιούν ειδικές ασπίδες και φόρμες για να προστατεύονται από αυτές.

Χρησιμοποιώντας τόξο

Ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο συμβαίνει η εκκένωση τόξου, διακρίνονται τα ακόλουθα τόξα συγκόλλησης:

1. Ανοιχτό τόξο. Κάψιμο στον αέρα Η σύνθεση του αερίου μέσου της ζώνης τόξου είναι αέρας με πρόσμιξη ατμών του συγκολλημένου μετάλλου, υλικού ηλεκτροδίου και επικαλύψεων ηλεκτροδίων.

2. Κλειστό τόξο. Καίγεται κάτω από ένα στρώμα ροής. Η σύνθεση του αερίου μέσου της ζώνης τόξου είναι ένα ζεύγος βασικού μετάλλου, υλικό ηλεκτροδίου και προστατευτική ροή.

3. Τόξο με παροχή προστατευτικών αερίων. Διάφορα αέρια τροφοδοτούνται στο τόξο υπό πίεση - ήλιο, αργό, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, αέριο φωτισμού και διάφορα μείγματα αερίων. Η σύνθεση του αερίου μέσου στη ζώνη τόξου είναι η ατμόσφαιρα ενός προστατευτικού αερίου, ενός ζεύγους υλικού ηλεκτροδίου και βασικού μετάλλου.

Το τόξο μπορεί να τροφοδοτηθεί από πηγές συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος. Στην περίπτωση ισχύος συνεχούς ρεύματος, γίνεται διάκριση μεταξύ τόξου άμεσης πολικότητας (μείον της πηγής ισχύος στο ηλεκτρόδιο, συν στο βασικό μέταλλο) και αντίστροφης πολικότητας (μείον στο βασικό μέταλλο, συν στο ηλεκτρόδιο). Ανάλογα με το υλικό των ηλεκτροδίων, τα τόξα διακρίνονται σε εύτηκτα (μέταλλο) και μη εύτηκτα (άνθρακα, βολφράμιο, κεραμικά κ.λπ.).

Κατά τη συγκόλληση, το τόξο μπορεί να είναι άμεσης δράσης (το βασικό μέταλλο συμμετέχει στο ηλεκτρικό κύκλωμα του τόξου) και έμμεσης δράσης (το βασικό μέταλλο δεν συμμετέχει στο ηλεκτρικό κύκλωμα του τόξου). Το τόξο έμμεσης δράσης χρησιμοποιείται σχετικά λίγο.

Η πυκνότητα ρεύματος στο τόξο συγκόλλησης μπορεί να είναι διαφορετική. Τα τόξα χρησιμοποιούνται με κανονική πυκνότητα ρεύματος - 10--20 A / mm2 (κανονική χειροκίνητη συγκόλληση, συγκόλληση σε ορισμένα προστατευτικά αέρια) και με υψηλή πυκνότητα ρεύματος - 80--120 A / mm2 και άνω (αυτόματο, ημιαυτόματο βυθισμένο συγκόλληση τόξου, σε προστατευτικό περιβάλλον αερίου).

Η εμφάνιση εκκένωσης τόξου είναι δυνατή μόνο όταν η στήλη αερίου μεταξύ του ηλεκτροδίου και του βασικού μετάλλου είναι ιονισμένη, δηλαδή θα περιέχει ιόντα και ηλεκτρόνια. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μετάδοση μιας κατάλληλης ενέργειας, που ονομάζεται ενέργεια ιονισμού, σε ένα μόριο ή άτομο αερίου, ως αποτέλεσμα της οποίας απελευθερώνονται ηλεκτρόνια από άτομα και μόρια. Το μέσο εκκένωσης τόξου μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένας αγωγός αερίου ηλεκτρικού ρεύματος, ο οποίος έχει ένα στρογγυλό κυλινδρικό σχήμα. Το τόξο αποτελείται από τρεις περιοχές - την περιοχή της καθόδου, τη στήλη τόξου, την περιοχή της ανόδου.

Κατά την καύση του τόξου, παρατηρούνται ενεργά σημεία στο ηλεκτρόδιο και στο βασικό μέταλλο, τα οποία είναι θερμαινόμενες περιοχές στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου και του βασικού μετάλλου. ολόκληρο το ρεύμα τόξου διέρχεται από αυτά τα σημεία. Στην κάθοδο, η κηλίδα ονομάζεται κηλίδα καθόδου, στην άνοδο, η κηλίδα ανόδου. Η διατομή του μεσαίου τμήματος της στήλης τόξου είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τις κηλίδες καθόδου και ανόδου. Το μέγεθός του ανάλογα εξαρτάται από τα μεγέθη των ενεργών κηλίδων.

Η τάση τόξου ποικίλλει ανάλογα με την πυκνότητα ρεύματος. Αυτή η εξάρτηση, που φαίνεται γραφικά, ονομάζεται στατικό χαρακτηριστικό του τόξου. Σε χαμηλές τιμές πυκνότητας ρεύματος, το στατικό χαρακτηριστικό έχει χαρακτήρα πτώσης, δηλαδή η τάση τόξου μειώνεται καθώς αυξάνεται το ρεύμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με την αύξηση του ρεύματος, η περιοχή διατομής της στήλης τόξου και η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνονται, ενώ η πυκνότητα ρεύματος και η κλίση του δυναμικού στη στήλη τόξου μειώνονται. Το μέγεθος της πτώσης τάσης καθόδου και ανόδου του τόξου δεν αλλάζει με το μέγεθος του ρεύματος και εξαρτάται μόνο από το υλικό του ηλεκτροδίου, το βασικό μέταλλο, το αέριο μέσο και την πίεση αερίου στη ζώνη τόξου.

Στις πυκνότητες ρεύματος του τόξου συγκόλλησης των συμβατικών τρόπων συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται στη χειροκίνητη συγκόλληση, η τάση τόξου δεν εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος, καθώς η περιοχή διατομής της στήλης τόξου αυξάνεται ανάλογα με το ρεύμα και το Η ηλεκτρική αγωγιμότητα αλλάζει πολύ λίγο και η πυκνότητα ρεύματος στη στήλη τόξου παραμένει πρακτικά σταθερή. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος της πτώσης τάσης καθόδου και ανόδου παραμένει αμετάβλητο. Σε ένα τόξο υψηλής πυκνότητας ρεύματος, με αυξανόμενη ένταση ρεύματος, το σημείο της καθόδου και η διατομή της στήλης τόξου δεν μπορούν να αυξηθούν, αν και η πυκνότητα ρεύματος αυξάνεται ανάλογα με την ένταση του ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία και η ηλεκτρική αγωγιμότητα της στήλης τόξου αυξάνονται κάπως.

Η τάση του ηλεκτρικού πεδίου και η κλίση δυναμικού της στήλης τόξου θα αυξάνονται με την αύξηση της ισχύος του ρεύματος. Η πτώση τάσης της καθόδου αυξάνεται, με αποτέλεσμα το στατικό χαρακτηριστικό να είναι αυξανόμενης φύσης, δηλαδή η τάση τόξου να αυξάνεται με την αύξηση του ρεύματος τόξου. Το αυξανόμενο στατικό χαρακτηριστικό είναι χαρακτηριστικό του τόξου υψηλής πυκνότητας ρεύματος σε διάφορα αέρια μέσα. Τα στατικά χαρακτηριστικά αναφέρονται στη σταθερή κατάσταση του τόξου με το μήκος του αμετάβλητο.

Μια σταθερή διαδικασία καύσης τόξου κατά τη συγκόλληση μπορεί να συμβεί υπό ορισμένες συνθήκες. Η σταθερότητα της διεργασίας του τόξου επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. τάση χωρίς φορτίο του τροφοδοτικού τόξου, τύπος ρεύματος, μέγεθος ρεύματος, πολικότητα, παρουσία επαγωγής στο κύκλωμα τόξου, παρουσία χωρητικότητας, συχνότητα ρεύματος κ.λπ.

Συμβάλλουν στη βελτίωση της σταθερότητας του τόξου, στην αύξηση του ρεύματος, στην τάση ανοιχτού κυκλώματος της πηγής ισχύος τόξου, στη συμπερίληψη της επαγωγής στο κύκλωμα τόξου, στην αύξηση της συχνότητας ρεύματος (όταν τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα) και σε έναν αριθμό άλλων προϋποθέσεων. Η σταθερότητα μπορεί επίσης να βελτιωθεί σημαντικά με τη χρήση ειδικών επικαλύψεων ηλεκτροδίων, ροών, προστατευτικών αερίων και ορισμένων άλλων τεχνολογικών παραγόντων.

συγκόλληση κατάσβεσης ηλεκτρικού τόξου

Στο βιβλίο «Ειδήσεις γαλβανοβολταϊκών πειραμάτων μέσω μιας τεράστιας μπαταρίας, που μερικές φορές αποτελείται από 4200 κύκλους χαλκού και ψευδαργύρου» (Αγία Πετρούπολη, 1803). Το ηλεκτρικό τόξο είναι μια ειδική περίπτωση της τέταρτης μορφής της κατάστασης της ύλης - πλάσμα - και αποτελείται από ένα ιονισμένο, ηλεκτρικά σχεδόν ουδέτερο αέριο. Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρικών φορτίων διασφαλίζει την αγωγιμότητα του ηλεκτρικού τόξου.

φυσικά φαινόμενα

Ένα ηλεκτρικό τόξο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση σχηματίζεται ως εξής:

Όταν η τάση μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο στον αέρα, συμβαίνει μια ηλεκτρική βλάβη μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η ηλεκτρική τάση διάσπασης εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων και άλλους παράγοντες. Το δυναμικό ιονισμού του πρώτου ηλεκτρονίου των ατόμων μετάλλου είναι περίπου 4,5 - 5 V και η τάση τόξου είναι διπλάσια από αυτή (9 - 10 V). Απαιτείται η κατανάλωση ενέργειας στην έξοδο ενός ηλεκτρονίου από το άτομο μετάλλου ενός ηλεκτροδίου και στον ιονισμό του ατόμου του δεύτερου ηλεκτροδίου. Η διαδικασία οδηγεί στο σχηματισμό πλάσματος μεταξύ των ηλεκτροδίων και στην καύση ενός τόξου (για σύγκριση: η ελάχιστη τάση για το σχηματισμό εκκένωσης σπινθήρα υπερβαίνει ελαφρώς το δυναμικό εξόδου ηλεκτρονίων - έως και 6 V).

Για να ξεκινήσει μια βλάβη στη διαθέσιμη τάση, τα ηλεκτρόδια φέρονται πιο κοντά το ένα στο άλλο. Κατά τη διάρκεια μιας βλάβης, συνήθως εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα μεταξύ των ηλεκτροδίων, κλείνοντας παλμικά το ηλεκτρικό κύκλωμα. Τα ηλεκτρόνια στις εκκενώσεις σπινθήρα ιονίζουν μόρια στο διάκενο αέρα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Με επαρκή ισχύ της πηγής τάσης στο διάκενο αέρα, σχηματίζεται επαρκής ποσότητα πλάσματος για σημαντική πτώση της τάσης διάσπασης ή της αντίστασης του διακένου αέρα. Σε αυτή την περίπτωση, οι εκκενώσεις σπινθήρα μετατρέπονται σε εκκένωση τόξου - ένα καλώδιο πλάσματος μεταξύ των ηλεκτροδίων, το οποίο είναι μια σήραγγα πλάσματος. Το τόξο που προκύπτει είναι, στην πραγματικότητα, ένας αγωγός και κλείνει το ηλεκτρικό κύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Ως αποτέλεσμα, το μέσο ρεύμα αυξάνεται ακόμη περισσότερο, θερμαίνοντας το τόξο έως και 5000-50000. Στην περίπτωση αυτή θεωρείται ότι έχει ολοκληρωθεί η ανάφλεξη του τόξου. Μετά την ανάφλεξη, η σταθερή καύση τόξου εξασφαλίζεται με θερμιονική εκπομπή από την κάθοδο που θερμαίνεται από βομβαρδισμό ρεύματος και ιόντων.

Μετά την ανάφλεξη, το τόξο μπορεί να παραμείνει σταθερό όταν οι ηλεκτρικές επαφές είναι διαχωρισμένες σε μια ορισμένη απόσταση.

Η αλληλεπίδραση των ηλεκτροδίων με το πλάσμα τόξου οδηγεί σε θέρμανση, μερική τήξη, εξάτμιση, οξείδωση και άλλους τύπους διάβρωσης.

Κατά τη λειτουργία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων υψηλής τάσης, στις οποίες η εμφάνιση ηλεκτρικού τόξου είναι αναπόφευκτη κατά την εναλλαγή ηλεκτρικού κυκλώματος, η καταπολέμηση του πραγματοποιείται με ηλεκτρομαγνητικά πηνία σε συνδυασμό με αγωγούς τόξου. Μεταξύ άλλων μεθόδων, είναι γνωστή η χρήση διακοπτών κενού, αέρα, SF6 και λαδιού, καθώς και μέθοδοι εκτροπής ρεύματος σε προσωρινό φορτίο που διακόπτει ανεξάρτητα το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Δομή τόξου

Το ηλεκτρικό τόξο αποτελείται από περιοχές καθόδου και ανόδου, στήλη τόξου, περιοχές μετάβασης. Το πάχος της περιοχής ανόδου είναι 0,001 mm, η περιοχή της καθόδου είναι περίπου 0,0001 mm.

Η θερμοκρασία στην περιοχή της ανόδου κατά τη συγκόλληση με αναλώσιμο ηλεκτρόδιο είναι περίπου 2500 ... 4000 ° C, η θερμοκρασία στη στήλη τόξου είναι από 7.000 έως 18.000 ° C, στην περιοχή της καθόδου - 9.000 - 12.000 ° C.

Η στήλη τόξου είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Σε οποιοδήποτε τμήμα του υπάρχει ο ίδιος αριθμός φορτισμένων σωματιδίων αντίθετων πρόσημων. Η πτώση τάσης στη στήλη τόξου είναι ανάλογη με το μήκος της.

Τα τόξα συγκόλλησης ταξινομούνται σύμφωνα με:

• Υλικά ηλεκτροδίων - με αναλώσιμο και μη αναλώσιμο ηλεκτρόδιο.
• Βαθμοί συμπίεσης στήλης - ελεύθερο και συμπιεσμένο τόξο.
• Σύμφωνα με το ρεύμα που χρησιμοποιείται - τόξο συνεχούς ρεύματος και τόξο εναλλασσόμενου ρεύματος.
• Σύμφωνα με την πολικότητα του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος - άμεση πολικότητα ("-" στο ηλεκτρόδιο, "+" - στο προϊόν) και αντίστροφη πολικότητα.
• Όταν χρησιμοποιείτε εναλλασσόμενο ρεύμα - μονοφασικά και τριφασικά τόξα.

Αυτορυθμιζόμενο τόξο

Όταν συμβαίνει μια εξωτερική διαταραχή - αλλαγή στην τάση του δικτύου, στην ταχύτητα τροφοδοσίας του καλωδίου κ.λπ. - εμφανίζεται παραβίαση στην καθιερωμένη ισορροπία μεταξύ του ρυθμού τροφοδοσίας και του ρυθμού τήξης. Με την αύξηση του μήκους τόξου στο κύκλωμα, το ρεύμα συγκόλλησης και ο ρυθμός τήξης του σύρματος ηλεκτροδίου μειώνονται και ο ρυθμός τροφοδοσίας, παραμένοντας σταθερός, γίνεται μεγαλύτερος από τον ρυθμό τήξης, γεγονός που οδηγεί στην αποκατάσταση του μήκους του τόξου. Με τη μείωση του μήκους του τόξου, ο ρυθμός τήξης του σύρματος γίνεται μεγαλύτερος από τον ρυθμό τροφοδοσίας, αυτό οδηγεί στην αποκατάσταση του κανονικού μήκους τόξου.

Η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας αυτορρύθμισης του τόξου επηρεάζεται σημαντικά από το σχήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης της πηγής ισχύος. Η υψηλή ταχύτητα της ταλάντωσης του μήκους τόξου επεξεργάζεται αυτόματα με ένα άκαμπτο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του κυκλώματος.

Χρήσιμη εφαρμογή

Ηλεκτρική συγκόλληση

Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική συγκόλληση μετάλλων, για την τήξη χάλυβα (Κλίβανος χάλυβα τόξου) και στον φωτισμό (σε λαμπτήρες τόξου). Μερικές φορές χρησιμοποιείται η ιδιότητα του μη γραμμικού χαρακτηριστικού βολτ-αμπέρ του τόξου (βλ. Μηχάνημα πυρόσβεσης πεδίου).

Πηγές φωτός

Μάχη ηλεκτρικού τόξου

Σε πολλές συσκευές, το φαινόμενο του ηλεκτρικού τόξου είναι επιβλαβές. Αυτές είναι, πρώτα απ 'όλα, συσκευές μεταγωγής επαφής που χρησιμοποιούνται στην τροφοδοσία και την ηλεκτρική κίνηση: διακόπτες υψηλής τάσης, αυτόματοι διακόπτες, επαφές, μονωτές τομής στο δίκτυο επαφής ηλεκτρικών σιδηροδρόμων και αστικών ηλεκτρικών μεταφορών. Όταν τα φορτία αποσυνδέονται από τις παραπάνω συσκευές, εμφανίζεται ένα τόξο μεταξύ των επαφών θραύσης.

Ο μηχανισμός για την εμφάνιση τόξου σε αυτή την περίπτωση είναι ο εξής:

• Μείωση της πίεσης επαφής - ο αριθμός των σημείων επαφής μειώνεται, η αντίσταση στον κόμβο επαφής αυξάνεται.
• Η αρχή της απόκλισης των επαφών - ο σχηματισμός "γεφυρών" από το λιωμένο μέταλλο των επαφών (στις θέσεις των τελευταίων σημείων επαφής).
• Ρήξη και εξάτμιση "γεφυρών" από λιωμένο μέταλλο.
• Ο σχηματισμός ηλεκτρικού τόξου σε μεταλλικούς ατμούς (που συμβάλλει σε μεγαλύτερο ιονισμό του κενού επαφής και δυσκολίες κατά την κατάσβεση του τόξου).
• Σταθερό τόξο με γρήγορη εξάντληση των επαφών.

Για ελάχιστη ζημιά στις επαφές, είναι απαραίτητο να σβήσετε το τόξο στον ελάχιστο χρόνο, καταβάλλοντας κάθε δυνατή προσπάθεια ώστε το τόξο να μην βρίσκεται σε ένα μέρος (όταν το τόξο κινείται, η θερμότητα που απελευθερώνεται σε αυτό θα κατανεμηθεί ομοιόμορφα στο σώμα του η επαφή).

Για την εκπλήρωση των παραπάνω απαιτήσεων, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι καταστολής τόξου:

• ψύξη του τόξου από τη ροή του ψυκτικού μέσου - υγρού (διακόπτης λαδιού). αέριο - (αεροθραύστης, αυτόματο διακόπτη αερίου, διακόπτης κυκλώματος λαδιού, διακόπτης κυκλώματος SF6) και η ροή του ψυκτικού μέσου μπορεί να περάσει τόσο κατά μήκος του άξονα τόξου (διαμήκης απόσβεση) όσο και κατά μήκος (εγκάρσια απόσβεση). μερικές φορές χρησιμοποιείται διαμήκης-εγκάρσια απόσβεση.
• χρήση της ικανότητας πυρόσβεσης τόξου του κενού - είναι γνωστό ότι όταν η πίεση των αερίων που περιβάλλουν τις επαφές μεταγωγής μειώνεται σε μια ορισμένη τιμή, ο διακόπτης κενού οδηγεί σε αποτελεσματική κατάσβεση του τόξου (λόγω της έλλειψης φορέων για το σχηματισμό τόξου) .
• χρήση υλικού επαφής πιο ανθεκτικό στο τόξο.
• τη χρήση υλικού επαφής με υψηλότερο δυναμικό ιονισμού·
• εφαρμογή πλεγμάτων τόξου (αυτόματος διακόπτης, ηλεκτρομαγνητικός διακόπτης). Η αρχή της εφαρμογής της καταστολής τόξου στις σχάρες βασίζεται στην εφαρμογή της επίδρασης της πτώσης σχεδόν καθόδου στο τόξο (το μεγαλύτερο μέρος της πτώσης τάσης στο τόξο είναι η πτώση τάσης στην κάθοδο· ο αγωγός τόξου είναι στην πραγματικότητα μια σειρά από επαφές σειράς για το τόξο που έφτασε εκεί).
• η χρήση αγωγών τόξου - εισχώρηση σε θάλαμο κατασκευασμένο από υλικό ανθεκτικό στο τόξο, όπως πλαστικό μίξης, με στενά, μερικές φορές ζιγκ-ζαγκ κανάλια, το τόξο τεντώνεται, συστέλλεται και ψύχεται έντονα από την επαφή με τα τοιχώματα του θαλάμου.
• η χρήση της "μαγνητικής έκρηξης" - δεδομένου ότι το τόξο είναι έντονα ιονισμένο, τότε στην πρώτη προσέγγιση μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εύκαμπτος αγωγός με ρεύμα. Δημιουργώντας ειδικούς ηλεκτρομαγνήτες (που συνδέονται σε σειρά με το τόξο), ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει κίνηση τόξου για να κατανείμει ομοιόμορφα τη θερμότητα στην επαφή και να την οδηγήσει σε ένα αγωγό τόξου ή σχάρα. Ορισμένα σχέδια διακοπτών κυκλώματος δημιουργούν ένα ακτινικό μαγνητικό πεδίο που προσδίδει ροπή στο τόξο.
• διακοπή των επαφών τη στιγμή του ανοίγματος ενός κλειδιού ημιαγωγού ισχύος με θυρίστορ ή τριάκ συνδεδεμένο παράλληλα με τις επαφές, μετά το άνοιγμα των επαφών, το κλειδί ημιαγωγών απενεργοποιείται τη στιγμή που η τάση περνάει από το μηδέν (υβριδικός επαφέας, θυρικόνιο).
.
• εκκένωση σπινθήρα- άρθρο από τη Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια.
• Reiser Yu.P.Φυσική της εκκένωσης αερίου. - 2η έκδ. - Μ. : Nauka, 1992. - 536 σελ. - ISBN 5-02014615-3.
• Rodshtein L. A. Electric devices, L 1981
• Clerici, Matteo; Hu, Yi; Lassonde, Philippe; Milian, Carles; Couairon, Arnaud; Χριστοδουλίδης, Δημήτριος Ν.; Chen, Zhigang; Razzari, Luca; Vidal, Francois (2015-06-01). «Καθοδήγηση ηλεκτρικών εκκενώσεων γύρω από αντικείμενα με τη βοήθεια λέιζερ». Science Advances 1(5): e1400111. Bibcode:2015SciA….1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548.