Дуга постійного струму

Нехтуючи струмами корони і тихого розряду, можна вважати, що точка початку дугового розряду знаходиться поблизу осі ординат, тому вольтамперну характеристику дуги можна зобразити так, як показано на рис. 1.3.

Вольтамперну характеристику електрич­ної дуги можна одержати дослідним шляхом при незмінному іскровому проміжку апарата. Для цього необхідно підвести до досліджуваного контуру таку напругу, при якій дуга горить стійко при незмінному струмі. Це свідчить про те, що опір стовбура дуги постійний, тобто кількість іонізованих і деіонізованих часток в одиницю часу одна­кова. Вимірив­ши струм і напругу дуги, одержимо одну з точок вольтамперної характеристики.

По­вільно змінюючи напругу контуру, мож­на одержати стійку дугу при іншому струмі і напрузі іскрового проміжку, що відповідає однаковій швидкості іонізації і деіонізації іскрового проміжку при нових значеннях струму і напруги дуги.

Знята таким способом вольтемперна характеристика називається статичною характеристикою дуги (рис. 1.3). Цілком очевидно, що для даного апарату статична характеристика дуги єдина.

Статичну характеристику дуги можна зняти як при поступовому збільшенні струму, так і при повільному його зменшенні.

При зменшенні струму настільки швидкому, що зміна іонізаційного стану проміжку не поспіває за зміною струму, вийде інша характеристика (рис. 4, крива b), яку називають динамічною. Динамічних характеристик можна одержати велику кількість. Ці характеристики залежать від швидкості зміни струму, швидкості збільшення іскрового проміжку, від наявності спеціальних засобів для гасіння дуги і т.п. Але усі вони при зменшенні струму лежать нижче статичної, і напруга гасіння дуги UL динамічних характеристик має менше значення, ніж напруга загоряння дуги Uz, узята по статичній характеристиці.

Раніше було зазначено, що різні гази мають різні дугогасні властивості. Статичні характеристики також мають різний характер у залежності від газу, для якого вони одержані. Для ілюстрації сказаного приведемо криві статичних характеристик дуги (рис.1.5).

Рис. 1.4 Рис. 1.5

Для того, щоб погасити дугу постійного струму, необхідно створити такі умови, при яких число іонізованих часток у дуговому проміжку безперервно зменшувалося б.

Якщо число зникаючих іонізованих часток більше числа знову виникаючих, то опір дуги росте. При незмінній напрузі джерела струму і постійних параметрах зовнішнього ланцюга, струм у дузі буде спадати з ростом її опору. Якщо співвідношення між іонізацією і деіонізацією буде залишатися таким же і далі, то струм зменшиться до нуля і дуга згасне.

Дослідимо характеристики дугового проміжку і зовнішнього контуру (рис.1.6) для визначення умов горіння і гасіння дуги постійного струму. Для цього ланцюга можна написати наступне рівняння:

,

де - напруга постійного струму, що прикладена до досліджуваного ланцюга;

- падіння напруги в активному опорі зовнішнього ланцюга при даному струмі;

- напруга стовбура дуги, що необхідна для горіння дуги при даному струмі;

- е.р.с. індуктивності контуру при нестаціонарному режимі.

Графічне відображення цього рівняння дане на рис.7.

При до дуги прикладена така напруга, яка необ­хідна, щоб вона горіла при даному струмі.

При цьому має місце умова , струм у контурі не змінюється. На рис. 6 зображені дві точки перетину: 1 і 2, що відповідають рівності . Для кожної з цих точок виконується умова , але їх характеристики щодо стійкості горіння дуги відмінні.

При у контурі існує напруга більша, ніж необ­хід­но для горіння дуги при даному струмі. При цьому , струм у контурі росте, поки не наступить рівновага U – ir = Uд при но­вому зна­ченні струму. Цьому положенню рівноваги відповідає точка 2 (рис. 1.7).

При у контурі існує напруга менша, ніж необхідно для підтримки дуги. При цьому , струм у контурі зменшується до значення I₂, якщо зміна струму відбувається в області точки 2, або струм зовсім зникає, якщо зменшення струму відбувається в області точки 1 (рис.1.7). Таким чином, точку 2 можна вважати точкою стійкого горіння електричної дуги, а точку 1 – точкою нестійкого горіння.

Зі сказаного випливає, що для гасіння електричної дуги постійного струму необхідно, щоб на всьому діапазоні струмів мала місце умова . Ця умова зводиться до того, щоб крива характеристики дуги ніде не перетиналася з прямою (рис. 1.8). Якщо пряма дотикається до статичної характеристики дуги А, то умови гасіння дуги не дійсні. При цьому існує одна точка рівноваги, в якій виконується умова , і в залежності від додаткових умов дуга може існувати тривалий час.

Підняти криву ста­тичної характеристики можна двома способами: збільшенням опору дуги за рахунок підсилення деіонізації дугового проміжку і збільшенням опору дуги за рахунок її подовження.

В момент гасіння дуги струм дорівнює нулю, внаслідок чого рівняння приймає вигляд:

В цьому випадку виникає перенапруга:

Звідси випливає, що ве­­личина перенапруги обумов-люється швидкість падіння струму в дузі й індуктивністю лан­цю­га. Чим більше індук­тив­­ність ланцюга, тим біль­ша за інших рівних умов перена­пруга, що виникає в кінці гасіння дуги.

Перенапруги залежать також від середовища, у якому гаситься дуга. Ця обставина не дозволяє застосувати для гасіння дуги постійного струму сильно деіонізуючі засоби.