SN74LS21D式中 uh一电弧电压(V);

rh一电弧电流(A);

t―时间(s)。

由于电弧的静态伏安特性呈非线性,采用图解法求解式(2-30)中的电弧电流。在图2-36中,曲线且一A表示在给定条件下电弧的静态伏安特性,水平直线汤表示电源电势E,斜向直线弼与汕成一夹角α。令αˉtgˉ1R,于是夕c的高度即代表E―FhR。将式(2-30)换写成下列形式:

Ldrhdt=E-rhR-t/h            (2-31)

由图2-36可见,直线uc与曲线A-A交于1和2两点。在点1以左和点2以右,直线夕c的高度低于曲线A-A的高度,即E-rhR―[/h(0。由式(2-31)得L(dFh/&)<0。所以,在这两区域内,电弧电流将随时间的变化而减小。在点1以有和点2以左,直线四c的高度高于曲线⒕―A的高度,即E―rhR一urh)0,由式(2-31)得L(dt/dr)>0。所以在这一区域内,电弧电流将随时间的变化而增大。只有在点1和点2上,直线夕c的高度才和曲线且―A的高度相等,即E-rhR-u=o。由式(2-31),用图解法求直流电路的电弧电流得L(drh/dt)=0,于是得Jh=常数,即电弧电流不随时间变化,电弧处于稳定燃烧状态。由上分析可见,此时存在两个稳定点1和2,它们分别对应于两个电流r1和r2。下面对这两个点作进一步的分析.

首先来分析点1的情况,这时电弧电流等于r1。但若有某种原因(例如弧长稍有变化)引起电流稍大于rl,则电路工作状态进入点1和点2之间的区域。如上所述,在此区域内L(drh/dr)>0,即电流随时间变化的速率大于零,这意味着电弧电流继续增大,直到点2所对应的电流r2为止。相反,若某种原因引起电弧电流稍小于r1-则电路工作状态将进入点1以左区域。在此区域内,L(drh/d莎)<0,即电流变化速率小于零,这意味着电弧电流将继续减小直到电弧熄灭,即电弧电流为零。可见,电路不可能稳定工作在点1所对应的电流值上。因此,断定电弧在点1是不能稳定燃烧的,即点1是虚假的稳定点。

再来看点2的情况,这时电弧电流等于r2。若有某种原因引起电流稍大于r2,则电路工作状态进入点2以右区域。在此区域内,L(drh/d莎)(0,于是电弧电流将减小而返回到r2。反之,当某种原因引起电流稍小于r2,这时电路工作状态进入点2以左区J或。在此区域内L(drh/dr)>0,电弧电流将增大回到r2。由此断定电路才能稳定工作在由点2所对应的电弧电流J2上,即点2才是电弧燃烧真正稳定的。

直弧的熄灭条件,由于电路存在电感,一是由于电弧弧柱的热惯性。正如上面分析过的那样,电弧消耗的功率是犰rh,在整个熄弧的过程中,电弧都在燃烧,因此在熄弧时间莎xh内,电弧所消耗的能量为

b=uyhrhdt     (2-35)

而u=E―rhR-L(drh/dt)。

因此代入式(2-25)中得到

u=(E~rhR_Ldrhclt)rhdt

积分后得到

w=urhd-∫∶udt+u  (2-36)

式中 E一电源电势(V);

rh一电弧电流(A);

L一电路电感(H);

R―电路电阻(Ω);

rho―电弧开始熄灭时的电弧电流(A)。

公式(2-36)中右边第一项代表在0到rsh时间内电源输出的能量;第二项代表在这段时间内在电路电阻R上消耗掉的能量。第一项减去第二项代表在这段时间内电源送给电弧的能量。第三项代表在熄弧过程开始时电感中储存的能量。

由此可见,在熄弧过程中消耗在电弧中的能量,除去电源输出的能量减掉电阻中消耗的能量以后剩下的能量以外,原来储存在电路电感中的能量玄L瑞,也要在熄弧过程中送给电弧,并且通过电弧的燃烧把这部分能量消耗掉。换句话说,在直流电弧的熄灭过程中,电路电感中的能量不是返回电源,而是释放到弧隙中。由此可以得到结论:

电路中的电感越大,则其中储存的能量越多,要使电弧熄灭必须从弧隙散发的能量也越多,因而电弧越难熄灭。

由于电感中的能量释放需要一定时间,因而电感的存在使电弧不能立即熄灭,必须等电感中能量放完或基本放完后,电弧才能熄灭。

从开断电路的要求和减少触点烧损的角度来看,总是希望开关电器触点上的熄弧时间tsh越短越好。但是,由于电路中总是不可避免地存在一定的电感,如果熄弧时间很短,电弧电流从某一起始值rh。下降到零的速度太快,必然会在电感中产生很高的自感电势。这个自感电势与电源电压正向串联以后加到弧隙两端以及与之相连的线路和电气设各上,其数值可比电源电压大好多倍,甚至上百倍,这种现象通常称为过电压。

过电压产生后,一方面可能击穿弧隙,使电弧继续一段时间。另一方面可能将电气设各的绝缘击穿,引起破坏性事故,如图2-38所示。所以在直流电路中,如果没有采取措施限制过电压的数值,则不可过分减小熄弧时间。

如果能够采取一些措施,使电感中的储能不通过弧隙,而是通过其他途径全部或部分地消耗掉(见后面熄火花电路),那么缩短燃弧时间和降低过电压这一对矛盾就可从根本上加以解决。

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