Kaare tekitamise põhimõte ja kustutusmeetod elektroonikaseadmetes, nagu kaitsmed

Mis on elektrikaar?

Kui vooluringis olev kaitsme läbi põleb, kui pinge ja vool jõuavad teatud väärtuseni, on kaitsme lüli just sulanud ja lahti ühendatud ning äsja eraldatud kaitsmelülide vahele tekib kaar, mida nimetatakse kaareks. See on tingitud tugevast elektriväljast, mis ioniseerib gaasi ja põhjustab voolu läbimise normaalselt isoleerivast keskkonnast. Elektrikaare kasutamisel võib olla palju rakendusi, nagu keevitamine, terasetehaste elektrikaarahjud jne. Kuid kui kaar genereeritakse kontrollimatus olekus, kahjustab see jõuülekannet, -jaotust ja elektroonikaseadmeid. Seega peame kaarest aru saama ja seda kontrollima.

Elektrikaare koostis

1. Kaare kolonni tsoon

Kaarsamba piirkond on elektriliselt neutraalne ja koosneb molekulidest, aatomitest, ergastatud aatomitest, positiivsetest ioonidest, negatiivsetest ioonidest ja elektronidest. Nende hulgas on positiivselt laetud ioonid peaaegu võrdsed negatiivselt laetud ioonidega, seetõttu nimetatakse seda ka plasmaks. Laetud osakesed liiguvad plasmas suunatult ilma palju energiat tarbimata, mistõttu suudavad nad madala pinge tingimustes üle kanda suuri voolusid. Peamised voolu edastavad laetud osakesed on elektronid, mis moodustavad ligikaudu 99,9% laetud osakeste koguarvust, ülejäänud on positiivsed ioonid. Katoodi ja anoodi piirkondade äärmiselt lühikese pikkuse tõttu võib kaare samba piirkonna pikkust pidada kaare pikkuseks. Elektrivälja tugevus kaare samba piirkonnas on suhteliselt madal, tavaliselt vaid 5-10 V/cm.

2. Katoodiala

Katoodi peetakse elektronide allikaks. See annab 99,9% laetud osakestest (elektronidest) kaarekolonni. Katoodi võime elektrone emiteerida mõjutab oluliselt kaare stabiilsust. Katoodipiirkonna pikkus on 10-5-10-6cm. Kui katoodi pingelang on 10 V, on katoodipiirkonna elektrivälja tugevus 106-107 V/cm.

3. Anoodi piirkond

Anoodi piirkond vastutab peamiselt elektronide vastuvõtmise eest, kuid see peaks andma kaare kolonnile ka 0,1% laetud osakesi (positiivseid ioone). Anoodipiirkonna pikkus on tavaliselt 10-2-10-3cm, seega on anoodipiirkonna elektrivälja tugevus 103-104V/cm. Anoodi materjali ja keevitusvoolu olulise mõju tõttu anoodipiirkonna pingelangule võib see kõikuda vahemikus 0 kuni 10 V. Näiteks kui voolutihedus on kõrge ja anoodi temperatuur kõrge, mis põhjustab anoodi materjali aurustumist, väheneb anoodi pingelang isegi 0 V-ni.

Elektrikaarte omadused

1. Kaare stabiilse põlemise säilitamiseks vajalik kaarepinge on väga madal ja 1 cm alalisvoolukaare kolonni pinge atmosfääris on ainult 10-50 V.

2. Kaart võib läbida suur vool, mis ulatub mõnest amprist mitme tuhande amprini.

3. Kaarel on kõrge temperatuur ja kaare kolonni temperatuur on ebaühtlane. Kesklinna temperatuur on kõrgeim, ulatudes 6000-10000 kraadini, samal ajal kui temperatuur langeb keskusest eemale.

4. Elektrikaared võivad kiirata tugevat valgust. Kaare valguse kiirguse lainepikkus on (1,7-50) × 10-7m. See koosneb kolmest osast: infrapuna, nähtav valgus ja ultraviolettvalgus

Elektrikaarte klassifikatsioon

1. Voolu tüübi järgi võib selle jagada vahelduv-, alalis- ja impulsskaareks.

2. Kaare oleku järgi saab selle jagada vabakaareks ja kokkusurutud kaareks (näiteks plasmakaareks).

3. Elektroodi materjali järgi võib selle jagada: sulava elektroodi kaar ja mittesulava elektroodi kaar.

Elektrikaare ohud

1. Kaare olemasolu pikendab jaotusseadmete vigaste vooluahelate lahtiühendamise aega ja suurendab elektrisüsteemi lühiste tekkimise tõenäosust.

2. Kaare tekitatud kõrge temperatuur sulab ja aurustab kontaktpinna, põletades ära isolatsioonimaterjali. Õliga täidetud elektriseadmed võivad samuti kujutada endast ohtu, nagu tulekahju ja plahvatus.

3. Tulenevalt asjaolust, et elektrikaared võivad liikuda elektri- ja soojusjõudude toimel. Kaarelühiseid ja vigastusi on lihtne tekitada, mis viib õnnetuste eskaleerumiseni.

Kuue kustutuskaare põhimõte

1. Kaare temperatuur

Kaart säilitatakse termilise ionisatsiooni abil ning kaare temperatuuri alandamine võib termilist ionisatsiooni nõrgendada ja uute laetud ioonide teket vähendada. Samal ajal vähendab see ka laetud osakeste kiirust ja suurendab komposiitefekti. Kaare kiiret pikendamist, gaasi või õliga kaare puhumist või kaare kontakti viimist tahke keskkonna pinnaga saab alandada kaare temperatuuri.

2. Meediumi omadused

Selle keskkonna omadused, milles kaar põleb, määravad suuresti dissotsiatsiooni tugevuse kaares. Sealhulgas soojusjuhtivus, soojusmahtuvus, termiline vaba temperatuur, dielektriline tugevus jne.

3. Gaasikeskkonna rõhk

Gaasikeskkonna rõhk mõjutab oluliselt kaare dissotsiatsiooni. Sest mida kõrgem on gaasi rõhk, seda suurem on osakeste kontsentratsioon kaares, mida väiksem on osakeste vaheline kaugus, seda tugevam on komposiitefekt ja seda lihtsam on kaar kustuda. Kõrgvaakumkeskkonnas väheneb kokkupõrke tõenäosus, mis pärsib kokkupõrke dissotsiatsiooni, samas kui difusiooniefekt on tugev.

4. Kontaktmaterjal

Kontaktmaterjal mõjutab ka eraldumise protsessi. Kasutades kontaktidena kõrgele temperatuurile vastupidavaid, kõrge sulamistemperatuuri, hea soojusjuhtivusega ja suure soojusmahutavusega metalle, vähendab see kuumade elektronide ja metalliaurude emissiooni kaares, mis on kasulik kaare kustutamiseks.

Kaare kustutamise meetod

1. Kasutage kaare kustutamiseks keskkonda

Kaarevahe irdumine sõltub suuresti kaare ümber oleva kustutusaine omadustest. Väävelheksafluoriid on suurepärane kaarekustutusaine, millel on tugev elektronegatiivsus. See võib kiiresti adsorbeerida elektrone ja moodustada stabiilseid negatiivseid ioone, mis soodustab rekombinatsiooni ja ionisatsiooni. Selle kaarekustutusvõime on umbes 100 korda tugevam kui õhk; Vaakum (rõhk alla 0,013 Pa) on ka hea keskkond kaarkustutamiseks. Kuna vaakumis on neutraalseid osakesi vähe, ei ole seda kerge põrkuda ja dissotsieeruda ning vaakum soodustab difusiooni ja dissotsiatsiooni. Selle kaarekustutusvõime on õhust umbes 15 korda tugevam.

2. Kasutage kaare puhumiseks gaasi või õli

Kaare puhumine põhjustab laetud osakeste difusiooni ja jahutamise rekombinatsiooni kaarepilus. Kõrgepingekaitselülitites kasutatakse erinevaid kaare kustutuskambrite konstruktsioone, et tekitada gaasist või õlist tohutu rõhk ja puhuda see jõuliselt kaarepilu suunas. Kaare puhumiseks on kaks peamist viisi: vertikaalne puhumine ja horisontaalne puhumine. Vertikaalne puhumine on kaarega paralleelne puhumissuund, mis põhjustab kaare hõrenemist; Horisontaalne puhumine on kaarega risti olev puhumissuund, mis pikeneb ja lõikab kaare ära.

3. Kasutage kaare kustutuskontaktidena spetsiaalseid metallmaterjale

Kõrgele temperatuurile vastupidavate kõrge sulamistemperatuuri, soojusjuhtivuse ja suure soojusmahutavusega metallide kasutamine kontaktmaterjalina võib vähendada kuumade elektronide ja metalliaurude emissiooni elektrikaares, saavutades seeläbi ionisatsiooni pärssiva efekti; Samaaegselt kasutatav kontaktmaterjal nõuab ka suurt vastupidavust kaarele ja keevitamisele. Levinud kontaktmaterjalid on vase volframisulam, hõbeda volframisulam jne.

4. Elektromagnetkaare puhumine

Elektromagnetilise jõu mõjul liikuva elektrikaare nähtust nimetatakse elektromagnetiliseks puhumiskaareks. Tänu kaare liikumisele ümbritsevas keskkonnas on sellel sama efekt kui õhu puhumisel, saavutades sellega kaare kustutamise eesmärgi. Seda kaarekustutusmeetodit kasutatakse laiemalt madalpinge lülitusseadmetes.

5. Pange kaar liikuma tahke keskkonna kitsas pilus

Seda tüüpi kaare kustutusmeetodit tuntakse ka kui pilukaare kustutamist. Kaare liikumise tõttu söötme kitsas pilus ühelt poolt jahutatakse see, mis suurendab ionisatsiooniefekti; Teisest küljest kaar pikeneb, kaare läbimõõt väheneb, kaare takistus suureneb ja kaar kustub.

6. Eraldage pikk kaar lühikesteks kaaredeks

Kui kaar läbib sellega risti olevat metallvõrede rida, jagatakse pikk kaar mitmeks lühikeseks kaareks; Lühikeste kaare pingelang langeb peamiselt anoodi ja katoodi piirkonda. Kui võrkude arv on piisav tagamaks, et kaare põlemise säilitamiseks vajalike minimaalsete pingelangude summa igas segmendis on suurem kui rakendatud pinge, kustub kaar iseenesest. Peale selle, kui vahelduvvool ületab nulli, suureneb katoodilähedase efekti tõttu iga kaarevahe dielektriline tugevus ootamatult 150-250 V-ni. Kasutades järjestikku mitut kaarevahet, on võimalik saavutada suurem dielektriline tugevus, nii et kaar ei sütti pärast nullpunktil kustutamist uuesti.

7. Võtta kasutusele mitme murru kaarkustutus

Kõrgepingekaitselüliti iga faas on ühendatud järjestikku kahe või enama katkestusega, mis vähendab iga katkestuse pinget ja kahekordistab kontakti katkemise kiirust, põhjustades kaare kiiret pikenemist ja soodustades kaare kustutamist.

8. Parandage kaitselüliti kontaktide eralduskiirust

Parem kaare pikendamise kiirus, mis on kasulik kaare jahutamiseks, rekombinatsiooniks ja difusiooniks.