4-3電弧產(chǎn)生的原因氣體呈導(dǎo)電狀態(tài)的原因是由于原來的中性氣體分解為電子和離子，即氣體被游離，此過程稱為氣體的游離過程。

開斷電路時(shí)電弧產(chǎn)生的物理過程表面發(fā)射：金屬材料表面在某些情況下能發(fā)射出自由電子，這種現(xiàn)象叫表面發(fā)射。自由電子的產(chǎn)生是由于金屬內(nèi)的電子得到能量，克服內(nèi)部的吸引力而逸出金屬。游離：如果外界加到電子上的能量足夠大，能使電子克服原子核的吸引力作用而成為自由電子，這種現(xiàn)象稱為游離。游離所需的能量叫游離能。不同的物質(zhì)其游離能不同。觸頭開斷電路時(shí)，產(chǎn)生電弧的原因主要有：

陰極熱發(fā)射電子陰極冷發(fā)射電子碰撞游離熱游離a.陰極熱發(fā)射電子觸頭開斷過程中，觸頭間的接觸面積逐漸減小，接觸處的電阻越來越大，電流密度也逐漸增大，觸頭表面的溫度劇增，金屬內(nèi)由于熱運(yùn)動(dòng)急劇活躍的自由電子就克服內(nèi)部的吸力而從陰極表面發(fā)射出來，這種主要是由于熱作用所引起的發(fā)射稱為熱發(fā)射。b.陰極冷發(fā)射電子

在觸頭剛剛分開發(fā)生熱發(fā)射的同時(shí)，由于觸頭之間的距離很小，線路電壓在這很小的間隙內(nèi)形成很高的電場(chǎng)，此電場(chǎng)將電子從陰極表面拉出，形成強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。在強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射中，并不需要熱功的參與，所以強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射也稱做冷發(fā)射。c.碰撞游離

由于熱發(fā)射和冷發(fā)射的作用，大量電子從陰極表面進(jìn)入弧隙。中性粒子經(jīng)碰撞則分解為帶電荷的自由電子和正離子，這一現(xiàn)象叫作碰撞游離。d.熱游離

氣體中的中性原子或分子由于熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生互相撞擊，其結(jié)果造成游離，這就是熱游離。熱游離實(shí)質(zhì)上也是碰撞游離，只不過發(fā)生碰撞的原因是高溫引起而不是電場(chǎng)引起的。4-4電弧熄滅物理過程電弧的產(chǎn)生，第一是由于熱的作用，發(fā)生熱發(fā)射和熱游離；第二是由于電場(chǎng)的作用，發(fā)生冷發(fā)射和碰撞游離，在氣隙間出現(xiàn)大量電子流，使氣體由絕緣體變成導(dǎo)體。注意的是：電弧煅燒期間，起主要作用的是熱游離。因而，使電弧迅速冷卻是熄滅電弧的主要方法。4-5直流電弧伏安特性直流電弧是指產(chǎn)生電弧的電路電源為直流。電弧的伏安特性就是指電弧電壓與電弧電流之間的關(guān)系曲線，它實(shí)質(zhì)上是反映電弧內(nèi)的物理過程，是電弧重要特性之一。如圖電路圖所示，在兩極中有一穩(wěn)定燃燒的電弧。我們?nèi)羰峭ㄟ^調(diào)節(jié)可變電阻R的值非常緩慢地調(diào)節(jié)回路電流(di/dt→0)，在這個(gè)過程中分別測(cè)量電弧電流和電弧兩端電壓，可繪出其伏安特性，如圖曲線1。圖2直流電弧及其伏安特性直流電弧的靜伏安特性(簡(jiǎn)稱靜特性)：是指在電弧穩(wěn)定燃燒(di/dt=0)條件下，電弧不受熱慣性影響時(shí)，電弧電流與電弧壓降的關(guān)系。分析靜特性曲線1可見：觸頭在開斷直流電路時(shí)所產(chǎn)生的電弧，相當(dāng)于在電路中串入一個(gè)非線性電阻，當(dāng)電弧電流增加時(shí)，電弧電壓減少。靜特性曲線1與縱軸交點(diǎn)的電壓值稱為燃弧電壓，用Ur1表示。所謂燃弧電壓，就是產(chǎn)生電弧所必需的最低電壓，電壓低于此值，就不足以點(diǎn)燃電弧。伏安特性曲線2與縱軸交點(diǎn)的電壓值稱為熄弧電壓，用Us1表示。所謂熄弧電壓，就是指熄滅電弧的最高電壓，電壓高于此值，電弧將不能熄滅。電弧的靜伏安特性與弧長(zhǎng)有關(guān)。在其它條件相同時(shí)，弧長(zhǎng)L愈長(zhǎng)，靜伏安特性愈向上移，如圖2－2中曲線4所示。其原因如下：在同一電流情況下，電弧單位長(zhǎng)度的電阻值不變，電弧拉長(zhǎng)后的總電阻增加，因而電弧的電壓就增大了。由于靜伏安特性向上平移，燃弧電壓和熄弧電壓也都要增加。從這個(gè)角度來說，拉長(zhǎng)電弧，可以加速電弧的熄滅。4-6直流電弧熄滅方法直流電弧的靜伏安特性(簡(jiǎn)稱靜特性)：是指在電弧穩(wěn)定燃燒(di/dt=0)條件下，電弧不受熱慣性影響時(shí)，電弧電流與電弧壓降的關(guān)系。分析靜特性曲線可見：觸頭在開斷直流電路時(shí)所產(chǎn)生的電弧，相當(dāng)于在電路中串入一個(gè)非線性電阻，當(dāng)電弧電流增加時(shí)，電弧電壓減少。靜特性曲線1與縱軸交點(diǎn)的電壓值稱為燃弧電壓，用Ur1表示。所謂燃弧電壓，就是產(chǎn)生電弧所必需的最低電壓，電壓低于此值，就不足以點(diǎn)燃電弧。伏安特性曲線2與縱軸交點(diǎn)的電壓值稱為熄弧電壓，用Us1表示。所謂熄弧電壓，就是指熄滅電弧的最高電壓，電壓高于此值，電弧將不能熄滅。電弧的靜伏安特性與弧長(zhǎng)有關(guān)。在其它條件相同時(shí)，弧長(zhǎng)L愈長(zhǎng)，靜伏安特性愈向上移，如圖2－2中曲線4所示。其原因如下：在同一電流情況下，電弧單位長(zhǎng)度的電阻值不變，電弧拉長(zhǎng)后的總電阻增加，因而電弧的電壓就增大了。由于靜伏安特性向上平移，燃弧電壓和熄弧電壓也都要增加。從這個(gè)角度來說，拉長(zhǎng)電弧，可以加速電弧的熄滅。4-7交流電弧的伏安特性交流電弧與直流電弧有所不同，交流電流的瞬時(shí)值隨時(shí)間變化，每周期內(nèi)有兩次過零點(diǎn)。電流經(jīng)過零點(diǎn)時(shí)，弧隙的輸入能量等于零，電弧溫度下降，電弧自然熄滅。而后隨著電壓和電流的變化，電弧重新燃燒。因此，交流電弧的燃燒，實(shí)際上就是電弧的點(diǎn)燃、熄滅周而復(fù)始的過程。按照交流電弧的特性，交流電弧電流通過零點(diǎn)時(shí)，由于電源停止供給電弧能量，熱游離迅速下降，為電弧的最終熄滅創(chuàng)造了最有利的條件，此時(shí)只要采取一定的消游離措施，使少量的剩余離子復(fù)合，就能防止電弧在下半周重燃，使電弧最終熄滅。因此，交流電弧比直流電弧容易熄滅。我們通常把利用電弧電流自然過零的特點(diǎn)進(jìn)行的熄弧稱為零點(diǎn)熄弧原理。交流電弧由于弧電流過零時(shí)，電源停止供給能量，電弧自然熄滅。但是交流電弧過零自然熄滅后，還會(huì)重新燃燒。所以怎樣防止電弧重燃就是研究交流電弧的重點(diǎn)。兩個(gè)對(duì)立的基本過程：交流電弧電流過零期間，同時(shí)存在介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程與弧隙電壓恢復(fù)過程。a.介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程交流電弧過零熄滅后，由于弧電流值下降至零，弧隙溫度迅速下降，促進(jìn)了消游離作用，使弧隙由原來的導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣介質(zhì)狀態(tài)，此過程稱為介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。b.弧隙電壓恢復(fù)過程電壓恢復(fù)過程:在交流電路中，電流過零電弧熄滅后，觸頭兩端電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過程。由于電壓恢復(fù)過程是使電弧重燃的因素，很顯然，周期振蕩電壓恢復(fù)過程中有較高的電壓峰值，對(duì)電弧不再重燃是十分不利的，所以也是應(yīng)該盡量避免的。4-8交流電弧熄滅的條件交流電弧過零后弧隙間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)和電壓的恢復(fù)是兩個(gè)對(duì)立的過程。因?yàn)榻橘|(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程主要是弧隙內(nèi)部帶電粒子不斷減少的過程，而電壓恢復(fù)過程則相反，它使弧隙中的氣體產(chǎn)生新的游離而使帶電粒子不斷增加。交流電弧熄滅條件為：交流電弧電流過零后，如果弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)的速度超過了弧隙電壓恢復(fù)的速度，則電弧熄滅。反之，電弧重燃。

為了使交流電弧過零點(diǎn)后不再重燃，總的來講可減小恢復(fù)電壓增長(zhǎng)速度和增加介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度。增加介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度方法:主要就是通過金屬柵片將電弧分割成許多短弧，這樣每一個(gè)短弧相當(dāng)于處在一對(duì)電極之中，電流過零后，就產(chǎn)生近陰極效應(yīng)。此時(shí)起始介質(zhì)強(qiáng)度之和比一對(duì)極下產(chǎn)生的擴(kuò)大了許多倍。當(dāng)外界加在電弧兩端的電壓小于此值時(shí)，電弧在過零后就不再重燃。4-9磁吹滅弧加速電弧熄滅的很多方法：拉長(zhǎng)電弧、降低溫度、將長(zhǎng)弧變?yōu)槎袒?、將電弧放置于特殊介質(zhì)中，增大電弧周圍氣體介質(zhì)的壓力等。滅弧裝置:為了減少電弧對(duì)觸頭的燒損和限制電弧擴(kuò)展的空間，通常要將這些方法加以應(yīng)用，為此而采用的裝置。一個(gè)滅弧裝置可以采用某一種方法進(jìn)行熄弧。但在大多數(shù)情況下，則是綜合采用幾種方法，以增加滅弧效果。拉長(zhǎng)和冷卻電弧往往是一起運(yùn)用的。圖3拉長(zhǎng)電弧1、拉長(zhǎng)電弧電弧拉長(zhǎng)以后，電弧電壓就增大，改變了電弧的伏安特性。在直流電弧中，其靜伏安特性上移，電弧可以熄滅。在交流電弧中，由于燃弧電壓的提高，電弧重燃困難。電弧的拉長(zhǎng)可以沿電弧的軸向(縱向)拉長(zhǎng)，也可以沿垂直于電弧軸向(橫向)拉長(zhǎng)，如圖2－12所示。a．機(jī)械力拉長(zhǎng)電器觸頭分?jǐn)噙^程實(shí)際上就是將電弧不斷地拉長(zhǎng)。刀開關(guān)中閘刀的拉開也拉長(zhǎng)電弧，電焊過程中將焊鉗提高可使電弧拉長(zhǎng)并熄滅。b．回路電動(dòng)力拉長(zhǎng)載流導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力，如果把電弧看作為一根軟導(dǎo)體，那么受到電動(dòng)力它就會(huì)發(fā)生變形，即拉長(zhǎng)。如圖2－13所示，在一對(duì)橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式的觸頭斷開時(shí)，電弧受回路電動(dòng)力F的作用被橫向拉長(zhǎng)。有時(shí)為了使磁場(chǎng)集中，在觸頭上添加磁性片，以增大吹弧力，如圖4所示。圖4觸頭回路電動(dòng)力吹弧

（a）常用觸頭回路電動(dòng)力吹?。唬╞）增磁型觸頭回路電動(dòng)力吹弧

1－觸頭橋；2－動(dòng)觸頭；3－電?。?－靜觸頭；5－靜觸頭座

6－磁性片。圖5磁吹滅弧裝置示意圖

1－磁吹鐵心；2－導(dǎo)弧角；3－滅弧罩；4－磁吹線圈；

5－鐵夾板；6－靜觸頭；7－動(dòng)觸頭；8－絕緣套。開斷大電流時(shí)，為了有較大的電動(dòng)力而專門設(shè)置了一個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的吹弧線圈，這種利用磁場(chǎng)力使電弧運(yùn)動(dòng)而熄滅的方法稱為磁吹滅弧。如圖5所示。4-10滅弧罩滅弧滅弧罩是讓電弧與固體介質(zhì)相接觸，降低電弧溫度，從而加速電弧熄滅的比較常用的裝置。結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但其基本構(gòu)成單元為“縫”。我們將滅弧罩壁與壁之間構(gòu)成的間隙稱作“縫”。根據(jù)縫的數(shù)量可分為單縫和多縫。根據(jù)縫的寬度與電弧直徑之比可分為窄縫與寬縫?？p的寬度小于電弧直徑的稱窄縫，反之，大于電弧直徑的稱寬縫。為了加強(qiáng)冷卻效果，滅弧罩往往以多縫的結(jié)構(gòu)型式使用，也就是稱為橫向絕緣柵片。滅弧罩的材料的要求：受電弧高溫作用不會(huì)因熱變形、絕緣性能不能下降，機(jī)械強(qiáng)度好且易加工制造等。滅弧罩材料過去廣泛采用石棉水泥和陶土材料?，F(xiàn)在逐漸改為采用耐弧陶瓷和耐弧塑料，它們?cè)谀突⌒阅芘c機(jī)械強(qiáng)度方面都有所提高。圖6橫向絕緣柵片式滅弧罩

1－滅弧罩；2－電弧。圖7電弧在橫向絕緣柵片滅弧罩中的放大圖4-12氣吹滅弧裝置氣吹滅弧是利用壓縮空氣來熄滅電弧的。壓縮空氣作用于電弧，可以很好地冷卻電弧、提高電弧區(qū)的