Kalbant apie įtampos lanko charakteristikas, verta paminėti, kad jis turi mažesnę įtampą nei švytėjimo išlydis ir priklauso nuo lanką palaikančių elektrodų elektronų spinduliavimo. Angliškai kalbančiose šalyse šis terminas laikomas archajišku ir pasenusiu.

Lanko slopinimo būdai gali būti naudojami lanko trukmei arba lanko susidarymo tikimybei sumažinti.

1800-ųjų pabaigoje voltinis lankas buvo plačiai naudojamas viešajam apšvietimui. Kai kurie elektros lankai žemas spaudimas naudojamas daugelyje programų. Pavyzdžiui, apšvietimui liuminescencinės lempos, gyvsidabrio, natrio ir metalų halogenų lempos. Kino projektoriams buvo naudojamos ksenoninės lankinės lempos.

Voltinio lanko atidarymas

Manoma, kad šį reiškinį pirmasis aprašė seras Humphry Davy 1801 m. straipsnyje, paskelbtame Williamo Nicholsono gamtos filosofijos, chemijos ir menų žurnale. Tačiau Davy aprašytas reiškinys buvo ne elektros lankas, o tik kibirkštis. Vėliau tyrinėtojai rašė: „Tai akivaizdžiai apibūdina ne lanką, o kibirkštį. Pirmosios esmė ta, kad ji turi būti ištisinė, o iškilus jos poliai neturi liestis. Sero Humphry Davy sukurta kibirkštis akivaizdžiai nebuvo ištisinė ir nors po sąlyčio su anglies atomais kurį laiką išliko įkrauta, greičiausiai nebuvo jokio lanko ryšio, o tai būtina norint jį priskirti voltiniam.

Tais pačiais metais Davy viešai pademonstravo poveikį Karališkajai draugijai, leisdamas elektros srovę per du besiliečiančius anglies strypus ir atitraukdamas juos nedideliu atstumu vienas nuo kito. Demonstracija tarp taškų parodė „silpną“ lanką, sunkiai atskirtą nuo nuolatinės kibirkšties anglis. Mokslo bendruomenė jam suteikė daugiau galinga baterija iš 1000 plokščių, o 1808 metais jis pademonstravo didelio masto voltinio lanko atsiradimą. Jam taip pat priskiriamas jo vardas Anglų kalba(elektros lankas). Jis pavadino tai lanku, nes jis įgauna į viršų nukreipto lanko formą, kai atstumas tarp elektrodų tampa artimas. Taip yra dėl karštų dujų laidumo savybių.

Kaip atsirado voltinis lankas? Pirmasis ištisinis lankas buvo užfiksuotas nepriklausomai 1802 m. ir apibūdintas 1803 m. kaip „specialus skystis su elektrines savybes» Rusų mokslininkas Vasilijus Petrovas eksperimentuoja su vario-cinko baterija, susidedančia iš 4200 diskų.

Tolesnis tyrimas

Devynioliktojo amžiaus pabaigoje voltinis lankas buvo plačiai naudojamas viešajam apšvietimui. Elektros lankų polinkis mirgėti ir šnypšti buvo pagrindinė problema. 1895 m. Hertha Marx Ayrton parašė keletą straipsnių apie elektrą, paaiškindamas, kad voltinis lankas atsirado dėl deguonies sąlyčio su anglies strypais, naudojamais lankui sukurti.

1899 m. ji buvo pirmoji moteris, pateikusi savo darbą Elektros inžinierių institute (IEE). Jos pranešimas vadinosi „Elektros lanko mechanizmas“. Netrukus po to Ayrton buvo išrinkta pirmąja moterimi Elektros inžinierių instituto nare. Kita moteris į institutą buvo priimta jau 1958 m. Ayrton paprašė perskaityti pranešimą Karališkajai draugijai, tačiau jai nebuvo leista to daryti dėl jos lyties, o „Elektros lanko mechanizmą“ 1901 m. vietoj jos perskaitė Johnas Perry.

apibūdinimas

Elektros lankasžymi rūšis, kurių srovės tankis didžiausias. Maksimalią srovę per lanką riboja tik išorinė aplinka o ne pats lankas.

Lankas tarp dviejų elektrodų gali būti inicijuotas jonizacijos ir švytėjimo išlydžio būdu, kai padidėja srovė per elektrodus. Elektrodų tarpo gedimo įtampa yra kombinuota slėgio, atstumo tarp elektrodų ir elektrodus supančių dujų tipo funkcija. Kai prasideda lankas, jo gnybtų įtampa yra daug mažesnė nei švytėjimo išlydžio, o srovė yra didesnė. Arti atmosferos slėgio dujų lankas pasižymi matoma šviesa, didelio tankio srovė ir aukšta temperatūra. Jis skiriasi nuo švytėjimo išlydžio tuo, kad tiek elektronų, tiek teigiamų jonų efektyvioji temperatūra yra maždaug vienoda, o švytėjimo išlydžio metu jonai turi daug mažesnę temperatūrą. šiluminė energija nei elektronų.

Suvirinant

Išplėstinį lanką galima inicijuoti dviem elektrodais, kurie iš pradžių liečiasi ir eksperimento metu yra atskirti. Šis veiksmas gali sukelti lanką be aukštos įtampos švytėjimo išlydžio. Tokiu būdu suvirintojas pradeda suvirinti jungtį, akimirksniu paliesdamas suvirinimo elektrodą prie objekto.

Kitas pavyzdys yra elektros kontaktų atskyrimas ant jungiklių, relių arba grandinės pertraukikliai. Didelės energijos grandinėse gali prireikti lanko slopinimo, kad būtų išvengta kontaktų pažeidimo.

Volto lankas: charakteristikos

Elektrinė varža sukuria šilumą ištisiniu lanku, kuris jonizuoja daugiau dujų molekulių (kur jonizacijos laipsnį lemia temperatūra), ir pagal šią seką dujos palaipsniui virsta termine plazma, kuri yra šiluminėje pusiausvyroje, nes temperatūra pasiskirsto gana tolygiai. per visus atomus, molekules, jonus ir elektronus. Elektronų perduodama energija greitai išsisklaido su sunkesnėmis dalelėmis dėl elastingų susidūrimų dėl didelio jų mobilumo ir dideli skaičiai.

Srovę lanke palaiko termoelektroninė ir lauko elektronų emisija prie katodo. Srovė gali būti sutelkta labai mažame karštame katodo taške – maždaug milijono amperų kvadratiniam centimetrui. Priešingai nei švytėjimo išlydžio, lanko struktūra sunkiai išsiskiria, nes teigiamas stulpelis yra gana ryškus ir tęsiasi beveik iki elektrodų abiejuose galuose. Katodo kritimas ir kelių voltų anodo kritimas įvyksta kiekvieno elektrodo milimetro dalyje. Teigiamas stulpelis turi mažesnį įtampos gradientą ir jo gali nebūti trumpi lankai Oi.

žemo dažnio lankas

Žemo dažnio (mažiau nei 100 Hz) kintamosios srovės lankas primena nuolatinės srovės lanką. Kiekviename cikle lankas inicijuojamas dėl gedimo, o elektrodai keičia vaidmenis, kai srovė keičia kryptį. Didėjant srovės dažniui, kiekvienos pusės ciklo metu nėra pakankamai laiko jonizacijai esant divergencijai, o lankui palaikyti nebereikia gedimo - įtampos ir srovės charakteristika tampa omiškesnė.

Vieta tarp kitų fizinių reiškinių

Įvairios formos elektros lankai yra atsirandančios netiesinių srovės modelių savybės ir elektrinis laukas. Lankas susidaro dujomis užpildytoje erdvėje tarp dviejų laidžių elektrodų (dažnai volframo arba anglies), todėl susidaro labai aukšta temperatūra, galinti ištirpti arba išgaruoti dauguma medžiagų. Elektros lankas yra nuolatinis iškrovimas, o panašus elektros kibirkštinis išlydis yra momentinis. Įtampos lankas gali atsirasti nuolatinės srovės arba kintamosios srovės grandinėse. Pastaruoju atveju jis gali pakartotinai nukentėti per kiekvieną srovės įvykio pusę ciklo. Elektros lankas nuo švytėjimo išlydžio skiriasi tuo, kad srovės tankis yra gana didelis, o įtampos kritimas lanke yra mažas. Prie katodo srovės tankis gali siekti vieną megaamperą kvadratiniame centimetre.

Destruktyvus potencialas

Elektros lankas turi netiesinį ryšį tarp srovės ir įtampos. Sukūrus lanką (pažengus nuo švytėjimo išlydžio arba trumpam palietus elektrodus ir po to juos atskiriant), dėl srovės padidėjimo tarp lanko gnybtų sumažėja įtampa. Šis neigiamas pasipriešinimo efektas reikalauja, kad grandinėje būtų įdėta tam tikra teigiama varža (pvz., Elektrinis balastas), kad būtų išlaikytas stabilus lankas. Dėl šios savybės nevaldomi elektros lankai aparate tampa tokie destruktyvūs, nes atsiradus lankui jis ims vis daugiau srovės iš nuolatinės srovės įtampos šaltinio, kol įrenginys bus sunaikintas.

Praktinis naudojimas

AT pramoniniu mastu suvirinimui naudojami elektros lankai, plazminis pjovimas, mechaninis apdorojimas elektros išlydžio būdu, kaip lankinė lempa kino projektoriuose ir apšvietime. Elektrinės lankinės krosnys naudojamos plienui ir kitoms medžiagoms gaminti. Tokiu būdu gaunamas kalcio karbidas, nes norint pasiekti endoterminę reakciją (2500 ° C temperatūroje) reikia daug energijos.

Pirmieji buvo anglies lankiniai žibintai elektros lemputės. Jie buvo naudojami gatvių šviestuvams XIX amžiuje ir specializuotiems prietaisams, tokiems kaip prožektoriai, iki Antrojo pasaulinio karo. Šiandien žemo slėgio elektros lankai naudojami daugelyje sričių. Pavyzdžiui, apšvietimui naudojamos fluorescencinės, gyvsidabrio, natrio, metalo halogenų lempos, o kino projektoriams – ksenono lankinės lempos.

Intensyvaus elektros lanko susidarymas, kaip ir nedidelio masto lanko blyksnis, yra sprogstamųjų detonatorių pagrindas. Kai mokslininkai sužinojo, kas yra voltinis lankas ir kaip jį galima panaudoti, pasaulio ginklų įvairovė pasipildė efektyviais sprogmenimis.

Pagrindinė likusi taikymo sritis yra perdavimo tinklų aukštos įtampos skirstomieji įrenginiai. Šiuolaikiniai įrenginiai taip pat naudojamas aukšto slėgio sieros heksafluoridas.

Išvada

Nepaisant įtampos lanko nudegimų dažnio, jis laikomas labai naudingu fiziniu reiškiniu, kuris vis dar plačiai naudojamas pramonėje, gamyboje ir dekoratyvinių objektų kūrime. Ji turi savo estetiką ir dažnai rodoma mokslinės fantastikos filmuose. Voltinio lanko pralaimėjimas nėra mirtinas.

Elektrinio lankinio suvirinimo principas pagrįstas elektros iškrovos, kuri atsiranda tarp suvirinimo elektrodo ir metalinio ruošinio, temperatūros naudojimu.

Lanko išlydis susidaro dėl oro tarpo elektrinio gedimo. Pasireiškus šiam reiškiniui, vyksta dujų molekulių jonizacija, padidėja jų temperatūra ir elektrinis laidumas, pereinama į plazmos būseną.

Suvirinimo lanko degimą lydi atleidimas didelis skaičiusšviesos ir ypač šiluminės energijos, dėl to smarkiai pakyla temperatūra, atsiranda lokalus ruošinio metalo lydymasis. Tai yra suvirinimas.

Darbo eigoje, siekiant sujaudinti lanko išlydis, susidaro trumpalaikis ruošinio kontaktas su elektrodu, tai yra trumpasis jungimas, po kurio nutrūksta metalinis kontaktas ir susidaro reikiamas oro tarpas. Tokiu būdu žmogus pasirenka optimalus ilgis suvirinimo lankas.

Esant labai trumpam išlydžiui, elektrodas gali prilipti prie ruošinio, lydytis per intensyviai, dėl to gali susidaryti įdubimas. Ilgas lankas pasižymi nestabiliu degimu ir nepakankamai aukšta temperatūra suvirinimo zonoje.

Eksploatuojant pramoninius suvirinimo įrenginius su gana masyviomis dalimis, dažnai galima pastebėti suvirinimo lanko formos nestabilumą ir matomus iškraipymus. Šis reiškinys vadinamas magnetiniu pūtimu.

Jo esmė slypi tame suvirinimo srovė lankas sukuria tam tikrą magnetinį lauką, kuris sąveikauja su magnetiniu lauku, kurį sukuria srovė, tekanti per masyvų ruošinį.

Tai yra, lanko įlinkį sukelia magnetinės jėgos. Šis procesas vadinamas pūtimu, nes lankas nukrypsta, tarsi vėjo įtaka.

Radikalių būdų kovoti su šiuo reiškiniu nėra. Norint sumažinti magnetinio sprogimo poveikį, naudojamas suvirinimas sutrumpintu lanku, o elektrodas taip pat yra išdėstytas tam tikru kampu.

Degimo aplinka

Yra keletas skirtingų suvirinimo technologijų, kuriose naudojami lankiniai iškrovimai, kurie skiriasi savybėmis ir parametrais. Elektrinis suvirinimo lankas turi šias veisles:

• atviras. Išmetimo deginimas vyksta tiesiai atmosferoje;
• uždaryta. Susidaro degimo metu karštis sukelia daug dujų išmetimo iš degimo srauto. Srautas yra suvirinimo elektrodų dangoje;
• apsauginėje dujų aplinkoje. Šiuo atveju dujos tiekiamos į suvirinimo zoną, dažniausiai tai yra helis, argonas arba anglies dioksidas.

Suvirinimo zonos apsauga yra būtina, kad būtų išvengta aktyvios lydančio metalo oksidacijos, veikiant atmosferos deguoniui.

Oksido sluoksnis neleidžia susidaryti ištisiniam suvirinti, metalas sandūroje įgauna poringumą, dėl to sumažėja jungties stiprumas ir sandarumas.

Tam tikru mastu pats lankas gali sukurti mikroklimatą degimo zonoje, nes susidaro zona aukštas kraujo spaudimas blokuoja atmosferos oro srautą.

Srauto naudojimas leidžia aktyviau išspausti orą iš suvirinimo zonos. Naudojant apsaugines dujas, tiekiamas esant slėgiui, ši problema išsprendžiama beveik visiškai.

Iškrovimo trukmė

Be apsaugos kriterijų, lanko iškrova klasifikuojama pagal trukmę. Yra procesų, kurių metu lankas dega impulsiniu režimu.

Tokiuose įrenginiuose suvirinimas atliekamas trumpais blyksniais. Blykstės metu temperatūra turi laiko pakilti iki vertės, kurios pakaktų vietiniam tirpimui mažas plotas, kuris sudaro punktyrinį ryšį.

Dauguma taikomų suvirinimo technologijų naudoja gana ilgą lanko degimo laiką. Suvirinimo proceso metu vyksta nuolatinis elektrodo judėjimas išilgai sujungtų kraštų.

Padidėjusios temperatūros sritis, kuri sukuria , juda paskui elektrodą. Po persikraustymo suvirinimo elektrodas, vadinasi, lanko iškrova, praleidžiamos sekcijos temperatūra mažėja, suvirinimo baseinas kristalizuojasi ir susidaro tvirta siūlė.

Lanko iškrovimo struktūra

Lanko išleidimo sritis sąlyginai padalinta į tris dalis. Sritys, esančios tiesiai prie polių (anodo ir katodo), vadinamos atitinkamai anodu ir katodu.

Centrinė lankinio išlydžio dalis, esanti tarp anodo ir katodo sričių, vadinama lanko kolona. Temperatūra suvirinimo lanko zonoje gali siekti kelis tūkstančius laipsnių (iki 7000 °C).

Nors šiluma iki galo neperduoda metalui, jos pakanka išsilydyti. Taigi, palyginimui plieno lydymosi temperatūra yra 1300-1500 °C.

Norint užtikrinti stabilų lanko išlydžio degimą, būtina šias sąlygas: 10 amperų srovės buvimas (tai yra mažiausia vertė, didžiausia gali siekti 1000 amperų), išlaikant lanko įtampą nuo 15 iki 40 voltų.

Šios įtampos kritimas atsiranda lankinio išlydžio metu. Įtempių pasiskirstymas lanko zonose vyksta netolygiai. Dauguma taikomų įtampos kritimų atsiranda anodo ir katodo zonose.

Eksperimentiškai nustatyta, kad esant , didžiausias įtampos kritimas stebimas katodo zonoje. Didžiausias temperatūros gradientas stebimas toje pačioje lanko dalyje.

Todėl, renkantis suvirinimo proceso poliškumą, katodas prijungiamas prie elektrodo, kai norima pasiekti didžiausią jo lydymą, pakeliant jo temperatūrą. Priešingai, norint giliau įsiskverbti į ruošinį, prie jo pritvirtinamas katodas. Lanko stulpelyje krenta mažiausia įtampos dalis.

Gamyboje suvirinimo darbai nenaudojamas elektrodas, katodo įtampos kritimas yra mažesnis nei anodo, tai yra, padidintos temperatūros zona pasislenka link anodo.

Todėl, naudojant šią technologiją, ruošinys yra prijungtas prie anodo, kuris užtikrina gerą jo įkaitimą ir nesunaudojamo elektrodo apsaugą nuo per didelės temperatūros.

Temperatūros zonos

Pažymėtina, kad bet kokio tipo suvirinimui, tiek sunaudojamiesiems, tiek nenaudojamiesiems elektrodams, lanko kolonėlės (jos centro) temperatūra yra aukščiausia - apie 5000-7000 ° C, o kartais ir aukštesnė.

Žemiausios temperatūros zonos yra viename iš aktyvių sričių, katode arba anode. Šiose zonose gali išsiskirti 60-70% lanko šilumos.

Be intensyvaus ruošinio ir suvirinimo elektrodo temperatūros padidėjimo, išlydis skleidžia infraraudonąsias ir ultravioletines bangas, kurios gali bloga įtaka ant suvirintojo kūno. Dėl to būtina taikyti apsaugos priemones.

Kalbant apie kintamos srovės suvirinimą, poliškumo sąvoka ten neegzistuoja, nes anodo ir katodo padėtis keičiasi nuo pramoninis dažnis 50 vibracijų per sekundę.

Lankas šiame procese yra mažiau stabilus, palyginti su nuolatine srove, jo temperatūra svyruoja. Į naudą suvirinimo procesai ant kintamoji srovė, tik paprastesni ir pigi įranga, ir praktiškai visiškas nebuvimas toks reiškinys kaip magnetinis pūtimas, kuris buvo paminėtas aukščiau.

Voltų-amperų charakteristikos

Grafike pavaizduotos maitinimo šaltinio įtampos priklausomybės nuo suvirinimo srovės dydžio kreivės, vadinamos suvirinimo proceso srovės-įtampos charakteristikomis.

Raudonos kreivės rodo įtampos pokytį tarp elektrodo ir ruošinio suvirinimo lanko sužadinimo ir jo pastovaus degimo fazėse. Kreivių pradžios taškai atitinka įtampą tuščiąja eiga maitinimo šaltinis.

Suvirintojo sužadinimo lankinio išlydžio momentu įtampa smarkiai sumažėja iki tol, kol lanko parametrai stabilizuojasi, nustatoma suvirinimo srovės vertė, priklausomai nuo naudojamo elektrodo skersmens, maitinimo šaltinio galios. ir fiksuoto ilgio lankai.

Prasidėjus šiam laikotarpiui, lanko įtampa ir temperatūra stabilizuojasi, o visas procesas tampa stabilus.

• Elektros lankas (voltinis lankas, lanko išlydis) - fizinis reiškinys, vienas iš elektros iškrovos dujose tipų.

  Pirmą kartą jį 1802 m. aprašė rusų mokslininkas V. Petrovas knygoje „Galvaninės-voltinės eksperimentų žinios naudojant didžiulę bateriją, kartais susidedančią iš 4200 vario ir cinko apskritimų“ (Sankt Peterburgas, 1803). Elektros lankas yra ypatingas ketvirtosios materijos būsenos formos – plazmos – atvejis ir susideda iš jonizuotų, elektriškai beveik neutralių dujų. Laisvųjų buvimas elektros krūviai užtikrina elektros lanko laidumą.

  Elektros lankas tarp dviejų elektrodų ore esant Atmosferos slėgis susidaro taip:

  Kai įtampa tarp dviejų elektrodų padidėja iki tam tikro lygio ore, tarp elektrodų įvyksta elektros gedimas. Elektros gedimo įtampa priklauso nuo atstumo tarp elektrodų ir kitų veiksnių. Metalo atomų pirmojo elektrono jonizacijos potencialas yra maždaug 4,5 - 5 V, o lanko įtampa yra dvigubai didesnė (9 - 10 V). Energiją reikia eikvoti elektronui išeinant iš vieno elektrodo metalo atomo ir jonizuojant antrojo elektrodo atomą. Procesas veda į plazmos susidarymą tarp elektrodų ir degimo lanką (palyginimui: minimali įtampa kibirkštinio išlydžio susidarymui šiek tiek viršija elektronų išėjimo potencialą - iki 6 V).

  Norint inicijuoti gedimą esant esamai įtampai, elektrodai priartinami vienas prie kito. Gedimo metu tarp elektrodų dažniausiai atsiranda kibirkšties iškrova, kuri impulsu uždaro elektros grandinę.

  Kibirkštinio išlydžio elektronai jonizuoja molekules, esančias oro tarpelyje tarp elektrodų. Esant pakankamai įtampos šaltinio galiai oro tarpelyje, pakankamai plazma, kad žymiai sumažėtų gedimo įtampa arba oro tarpo pasipriešinimas. Kuriame kibirkščių iškrovos virsti lankiniu išlydžiu – plazminiu laidu tarp elektrodų, kuris yra plazminis tunelis. Gautas lankas iš tikrųjų yra laidininkas ir uždaro elektros grandinę tarp elektrodų. Dėl to vidutinė srovė dar labiau padidėja, įkaitinant lanką iki 5000-50000 K. Šiuo atveju laikoma, kad lanko uždegimas baigtas. Po uždegimo stabilų lanko degimą užtikrina termoizacija iš katodo, įkaitinto srovės ir jonų bombardavimu.

  Elektrodų sąveika su lankine plazma sukelia jų kaitinimą, dalinį lydymąsi, išgaravimą, oksidaciją ir kitų rūšių koroziją.

  Po uždegimo lankas gali išlikti stabilus, kai elektriniai kontaktai yra atskirti iki tam tikro atstumo.

  Eksploatuojant aukštos įtampos elektros įrenginius, kuriuose elektros lanko atsiradimas yra neišvengiamas, kova su juo vykdoma naudojant elektromagnetines rites kartu su lankiniais latakais. Be kitų metodų, yra žinomas vakuuminių, oro, SF6 ir alyvos grandinės pertraukiklių naudojimas, taip pat srovės nukreipimo į įtampą, kuri savarankiškai nutraukia elektros grandinę, metodai.

Atidarant elektros grandinė atsiranda elektros iškrova elektros lankas. Kad atsirastų elektros lankas, pakanka, kad įtampa prie kontaktų būtų didesnė nei 10 V, kai srovė grandinėje yra 0,1 A ar daugiau. Esant didelėms įtampoms ir srovėms, temperatūra lanko viduje gali siekti 3–15 tūkstančių ° C, dėl to kontaktai ir srovės nešančios dalys išsilydo.

Esant 110 kV ir aukštesnei įtampai, lanko ilgis gali siekti kelis metrus. Todėl elektros lankas, ypač didelės galios maitinimo grandinėse, esant aukštesnei nei 1 kV įtampai, yra didelis pavojus, nors įrenginiuose, kurių įtampa mažesnė nei 1 kV, gali kilti rimtų padarinių. Dėl to elektros lankas turi būti kiek įmanoma apribotas ir greitai užgesintas grandinėse, kurių įtampa yra didesnė nei 1 kV.

Elektros lanko susidarymo procesą galima supaprastinti taip. Kai kontaktai skiriasi, kontaktinis slėgis pirmiausia sumažėja ir atitinkamai padidėja kontaktinis paviršius (srovės tankis ir temperatūra - prasideda vietiniai atskiri skyriai sąlyčio plotas) perkaitimas, kuris dar labiau prisideda prie terminės emisijos, kai, veikiant aukštai temperatūrai, didėja elektronų greitis ir jie išeina iš elektrodo paviršiaus.

Kontaktų nukrypimo momentu, ty grandinės pertraukimu, įtampa greitai atkuriama kontaktų tarpelyje. Kadangi atstumas tarp kontaktų šiuo atveju yra mažas, atsiranda didelė įtampa, kurios įtakoje elektronai išeina iš elektrodo paviršiaus. Jie įsibėgėja elektrinis laukas ir kai jie atsitrenkia į neutralų atomą, suteikia jam savo kinetinę energiją. Jei šios energijos pakanka bent vienam elektronui atplėšti nuo neutralaus atomo apvalkalo, tada vyksta jonizacijos procesas.

Gauti laisvieji elektronai ir jonai sudaro lanko veleno plazmą, ty jonizuotą kanalą, kuriame dega lankas ir užtikrinamas nuolatinis dalelių judėjimas. Šiuo atveju neigiamo krūvio dalelės, pirmiausia elektronai, juda viena kryptimi (link anodo), o atomai ir dujų molekulės, neturinčios vieno ar daugiau elektronų – teigiamai įkrautos dalelės – priešinga kryptimi (katodo link). Plazmos laidumas yra artimas metalų laidumui.

Lanko velenu teka didelė srovė ir susidaro aukšta temperatūra. Tokia lanko veleno temperatūra sukelia terminę jonizaciją - jonų susidarymo procesą dėl molekulių ir atomų susidūrimo su dideliu kinetinė energija adresu dideliu greičiu jų judesiai (terpės, kurioje dega lankas, molekulės ir atomai suyra į elektronus ir teigiamai įkrautus jonus). Intensyvi šiluminė jonizacija palaiko didelis laidumas plazma. Todėl įtampos kritimas išilgai lanko ilgio yra mažas.

Elektriniame lanke nuolat vyksta du procesai: be jonizacijos, taip pat vyksta atomų ir molekulių dejonizacija. Pastaroji daugiausia vyksta difuzijos būdu, tai yra, įkrautų dalelių perkėlimas į aplinką, ir elektronų bei teigiamai įkrautų jonų rekombinacija, kurie rekombinuojami į neutralias daleles, grąžinant energiją, sunaudotą jų skilimui. Tokiu atveju šiluma pašalinama į aplinką.

Taigi galima išskirti tris nagrinėjamo proceso etapus: lanko uždegimas, kai dėl smūginės jonizacijos ir elektronų emisijos iš katodo prasideda lanko iškrova ir jonizacijos intensyvumas yra didesnis už dejonizaciją, stabilus lanko degimas, palaikomas termine jonizacija. lanko velene, kai jonizacijos ir dejonizacijos intensyvumas yra vienodas, lanko išnykimas, kai dejonizacijos intensyvumas yra didesnis nei jonizacijos.

Elektros perjungimo prietaisų lanko gesinimo būdai

Norint atjungti elektros grandinės elementus ir taip nepažeisti perjungimo įrenginio, reikia ne tik atidaryti jo kontaktus, bet ir užgesinti tarp jų atsirandantį lanką. Lanko gesinimo, taip pat degimo procesai su kintamu ir DC skirtinga. Tai lemia tai, kad pirmuoju atveju srovė lanke kas pusę ciklo eina per nulį. Šiais momentais energijos išsiskyrimas lanke sustoja ir lankas kiekvieną kartą savaime užgęsta, o paskui vėl užsidega.

Praktiškai srovė lanke tampa artima nuliui šiek tiek anksčiau nei nulio kirtimas, nes mažėjant srovei mažėja į lanką tiekiama energija, atitinkamai sumažėja lanko temperatūra ir sustoja terminė jonizacija. Šiuo atveju lanko tarpelyje intensyvus yra procesas dejonizacija. Jei į Šis momentas atidarykite ir greitai atskirkite kontaktus, tada vėlesnis elektros gedimas gali neįvykti ir grandinė bus atjungta be lanko. Tačiau praktikoje tai padaryti itin sunku, todėl lanko išnykimui paspartinti imamasi specialių priemonių, kurios užtikrina lanko erdvės vėsinimą ir įkrautų dalelių skaičiaus mažėjimą.

Dėl dejonizacijos palaipsniui didėja tarpo dielektrinis stipris ir tuo pačiu didėja jo atsigaunanti įtampa. Nuo šių verčių santykio priklauso, ar lankas užsidegs kitą laikotarpio pusę, ar ne. Jei tarpo dielektrinis stipris didėja greičiau ir yra didesnis už atkūrimo įtampą, lankas nebeužsilieps, kitaip lankas bus stabilus. Pirmoji sąlyga apibrėžia lanko gesinimo problemą.

Perjungimo įrenginiuose naudojami įvairūs lanko gesinimo būdai.

Lanko pratęsimas

Kai išjungiant elektros grandinę kontaktai skiriasi, atsiradęs lankas ištempiamas. Tokiu atveju pagerėja lanko aušinimo sąlygos, nes padidėja jo paviršius ir degimui reikia daugiau įtampos.

Ilgo lanko padalijimas į trumpų lankų seriją

Jei atidarius kontaktus susidaręs lankas padalinamas į K trumpus lankus, pavyzdžiui, įveržiant į metalinės grotelės, tada jis išsijungs. Lankas paprastai įtraukiamas į metalinį tinklelį, veikiant elektros magnetinis laukas sukeltos gardelės plokštėse sūkurinių srovių. Šis lanko gesinimo būdas plačiai naudojamas perjungimo įrenginiuose, kurių įtampa mažesnė nei 1 kV, ypač automatiniuose oro grandinės pertraukikliuose.

Lanko aušinimas siaurose plyšiuose

Palengvinamas lanko gesinimas nedideliu tūriu. Todėl plačiai naudojami lankiniai latakai su išilginiais plyšiais (tokio plyšio ašis sutampa su lanko veleno ašimi). Toks tarpas dažniausiai susidaro kamerose, pagamintose iš izoliuojančių lankui atsparių medžiagų. Dėl lanko kontakto su šaltais paviršiais vyksta intensyvus jo aušinimas, įkrautų dalelių difuzija į aplinką ir atitinkamai greita dejonizacija.

Be plyšių su plokštumos lygiagrečiomis sienelėmis, taip pat naudojami plyšiai su briaunomis, išsikišimais ir prailginimais (kišenėmis). Visa tai veda prie lanko veleno deformacijos ir prisideda prie jo sąlyčio su šaltomis kameros sienelėmis ploto padidėjimo.

Lanko traukimas į siaurus plyšius dažniausiai vyksta veikiant magnetiniam laukui, sąveikaujančiam su lanku, kuris gali būti laikomas srovės laidininku.

Išorinis lanko judėjimas dažniausiai yra ritė, nuosekliai sujungta su kontaktais, tarp kurių atsiranda lankas. Lanko gesinimas siauruose plyšiuose naudojamas visų įtampų įrenginiuose.

Aukšto slėgio lanko gesinimas

Esant pastoviai temperatūrai, didėjant slėgiui mažėja dujų jonizacijos laipsnis, o didėja dujų šilumos laidumas. Jei kiti dalykai yra vienodi, tai padidina lanko aušinimą. Lanko gesinimas naudojant aukštą slėgį, kurį sukuria pats lankas sandariai uždarytose kamerose, plačiai naudojamas saugikliuose ir daugelyje kitų įrenginių.

Lanko gesinimas alyvoje

Jei jie dedami į alyvą, lankas, atsirandantis jiems atsidarius, intensyviai išgaruoja. Dėl to aplink lanką susidaro dujų burbulas (apvalkalas), kurį daugiausia sudaro vandenilis (70 ... 80%), taip pat alyvos garai. Dideliu greičiu išsiskiriančios dujos prasiskverbia tiesiai į lanko veleno zoną, sukelia šaltų ir karštų dujų maišymąsi burbule, intensyviai vėsina ir atitinkamai dejonizuoja lanko tarpą. Be to, dujų dejonizuojantis gebėjimas padidina slėgį, susidarantį greito aliejaus skilimo metu burbulo viduje.

Lanko gesinimo alyvoje proceso intensyvumas yra didesnis, kuo arčiau lankas liečiasi su alyva ir tuo greičiau alyva juda lanko atžvilgiu. Atsižvelgiant į tai, lanko tarpą riboja uždaras izoliacinis įtaisas - lankinis latakas. Šiose kamerose sukuriamas glaudesnis alyvos kontaktas su lanku, o izoliacinių plokščių ir išmetimo angų pagalba suformuojami darbiniai kanalai, kuriais juda alyva ir dujos, užtikrinantys intensyvų lanko pūtimą (pūtimą).

Arkiniai latakai pagal veikimo principą skirstomi į tris pagrindines grupes: su automatiniu pūtimu, kai aukštas spaudimas ir dujų judėjimo greitis lanko zonoje susidaro dėl energijos, išsiskiriančios lanke, su priverstiniu alyvos pūtimu naudojant specialius siurbimo hidraulinius mechanizmus, su magnetiniu alyvos slopinimu, kai lankas juda į siaurus plyšius veikiant magnetui. lauke.

Veiksmingiausias ir paprasčiausias lankiniai latakai su autoblastu. Priklausomai nuo kanalų ir išmetimo angų vietos, išskiriamos kameros, kuriose numatomas intensyvus dujų-garų mišinio ir alyvos pūtimas išilgai lanko (išilginis pūtimas) arba skersai lanko (skersinis pūtimas). Nagrinėjami lanko gesinimo būdai plačiai naudojami grandinės pertraukikliuose, kurių įtampa viršija 1 kV.

Kiti lanko gesinimo būdai įrenginiuose, kurių įtampa viršija 1 kV

Be pirmiau minėtų lanko gesinimo būdų, jie taip pat naudoja: suspaustas oras, kurio srautas pučia lanką išilgai arba skersai, suteikdamas intensyvų jo aušinimą (vietoj oro naudojamos kitos dujos, dažnai gaunamos iš kietų dujas generuojančių medžiagų – pluoštų, vinilo plastiko ir kt. – dėl jų skaidymo degant lankui). pati), kurios elektrinis stiprumas didesnis nei oras ir vandenilis, dėl ko šiose dujose degantis lankas, net esant atmosferiniam slėgiui, greitai užgęsta, labai išretintos dujos (vakuumas), atidarius kontaktus, kuriuose lankas vėl neužsidega (užgęsta) pirmą kartą pratekėjus srovei per nulį.

2.1. SUVIRINIMO LANKO POBŪDIS

Elektros lankas yra viena iš elektros išlydžių dujose rūšių, kai elektros srovė, veikiama elektrinio lauko, praeina per dujų tarpą. Elektros lankas, naudojamas metalams suvirinti, vadinamas suvirinimo lanku. Lankas yra elektros suvirinimo grandinės dalis ir joje krenta įtampa. Suvirinant nuolatine srove, elektrodas, prijungtas prie lankinio maitinimo šaltinio teigiamo poliaus, vadinamas anodu, o prie neigiamo - katodu. Jei suvirinimas atliekamas naudojant kintamąją srovę, kiekvienas elektrodas pakaitomis yra anodas ir katodas.

Tarpas tarp elektrodų vadinamas lanko iškrovos sritimi arba lanko tarpu. Lanko tarpo ilgis vadinamas lanko ilgiu. AT normaliomis sąlygomis adresu žemos temperatūros dujos yra sudarytos iš neutralių atomų ir molekulių ir neturi elektros laidumo. Perėjimas elektros srovė per dujas galima tik tuo atveju, jei jose yra įkrautų dalelių – elektronų ir jonų. Įkrautų dujų dalelių susidarymo procesas vadinamas jonizacija, o pačios dujos – jonizuotomis. Įkrautų dalelių atsiradimas lanko tarpelyje atsiranda dėl elektronų emisijos (emisijos) nuo neigiamo elektrodo (katodo) paviršiaus ir tarpelyje esančių dujų bei garų jonizacijos. Lankas, kuris dega tarp elektrodo ir virinamo objekto, yra lankas tiesioginis veiksmas. Toks lankas paprastai vadinamas laisvuoju lanku, priešingai nei suspaustas lankas, kurio skerspjūvis priverstinai sumažinamas dėl degiklio antgalio, dujų srauto ir elektromagnetinio lauko. Lanko sužadinimas vyksta taip. Trumpojo jungimo atveju elektrodas ir ruošinys sąlyčio taškuose įkaista savo paviršius. Atidarius elektrodus nuo įkaitusio katodo paviršiaus, išspinduliuojami elektronai – elektronų emisija. Elektronų išeiga pirmiausia siejama su terminiu efektu (termionine emisija) ir dideliu elektriniu lauku šalia katodo (lauko emisija). Elektronų emisija iš katodo paviršiaus yra būtina lankinio išlydžio egzistavimo sąlyga.

Išilgai lanko tarpo ilgio lankas skirstomas į tris sritis (2.1 pav.): katodą, anodą ir tarp jų esantį lanko stulpelį.

Katodo sritį sudaro šildomas katodo paviršius, vadinamas katodo tašku, ir dalis lanko tarpo šalia jo. Katodo srities ilgis yra mažas, tačiau jai būdinga padidėjusi įtampa ir joje vykstantys elektronų gamybos procesai, kurie būtina sąlyga dėl lankinio išlydžio egzistavimo. Plieninių elektrodų katodo taško temperatūra siekia 2400-2700 °C. Ant jo išsiskiria iki 38% visos lanko šilumos. Pagrindinis fizinis procesas šioje srityje yra elektronų emisija ir elektronų pagreitis. Įtampos kritimas IR katodo srityje yra apie 12-17 V.

Anodo sritis susideda iš anodo dėmės ant anodo paviršiaus ir dalies lanko tarpo, esančio šalia jo. Srovę anodo srityje lemia elektronų srautas, einantis iš lanko kolonėlės. Anodo taškas yra laisvųjų elektronų patekimo ir neutralizavimo vieta anodo medžiagoje. Jo temperatūra yra maždaug tokia pati kaip katodo taško, tačiau dėl elektronų bombardavimo ant jo išsiskiria daugiau šilumos nei ant katodo. Anodo sričiai taip pat būdinga padidėjusi įtampa. Įtampos kritimas jame Ua yra apie 2-11 V. Šios srities ilgis taip pat mažas.

Lanko kolonėlė užima didžiausią lanko tarpo, esančio tarp katodo ir anodo sričių, plotą. Pagrindinis įkrautų dalelių susidarymo procesas čia yra dujų jonizacija. Šis procesas vyksta dėl įkrautų (pirmiausia elektronų) ir neutralių dujų dalelių susidūrimo. Esant pakankamai susidūrimo energijos, iš dujų dalelių išmušami elektronai ir susidaro teigiami jonai. Tokia jonizacija vadinama susidūrimo jonizacija. Susidūrimas gali įvykti ir be jonizacijos, tada smūgio energija išsiskiria šilumos pavidalu ir eina į lanko kolonėlės temperatūrą. Lanko stulpelyje susidariusios įkrautos dalelės juda į elektrodus: elektronai – į anodą, jonai – į katodą. Dalis teigiamų jonų pasiekia katodo tašką, o kita dalis nepasiekia ir, prijungę prie savęs neigiamo krūvio elektronus, jonai tampa neutraliais atomais.

Šis dalelių neutralizavimo procesas vadinamas rekombinacija. Lanko kolonoje visomis degimo sąlygomis stebima stabili pusiausvyra tarp jonizacijos ir rekombinacijos procesų. Apskritai, lanko stulpelis neturi jokio mokesčio. Jis yra neutralus, nes kiekviename jo skyriuje vienu metu yra vienodas priešingai įkrautų dalelių kiekis. Lanko kolonėlės temperatūra siekia 6000-8000 °C ir daugiau. Įtampos kritimas jame (Uc) kinta beveik tiesiškai išilgai, didėjant stulpelio ilgiui. Įtampos kritimas priklauso nuo dujų terpės sudėties ir mažėja, kai į ją patenka lengvai jonizuojančių komponentų. Šie komponentai yra šarminių ir šarminių žemių elementai (Ca, Na, K ir kt.). Bendras įtampos kritimas lanke yra Ud=Uk+Ua+Uc. Įtampos kritimo lanko stulpelyje paėmimas formoje tiesinė priklausomybė, jį galima pavaizduoti formule Uc=Elc, kur E yra įtempimas išilgai, lc yra stulpelio ilgis. uk, Ua, E reikšmės praktiškai priklauso tik nuo elektrodų medžiagos ir lanko tarpo terpės sudėties ir, jei jos nesikeičia, išlieka pastovios skirtingos sąlygos suvirinimas. Dėl mažo katodo ir anodo sričių ilgio praktiškai galime laikyti 1s=1d. Tada gaunama išraiška

II)( = a + N)(, (2.1)

rodantis, kad lanko įtampa tiesiogiai priklauso nuo jo ilgio, kur a = ik + ia; b=E. Nepakeičiama sąlyga norint gauti kokybę suvirintos jungties yra pastovus lanko degimas (jo stabilumas). Tai suprantama kaip toks jos egzistavimo būdas, kuriame lankas ilgas laikas dega esant nurodytoms srovės ir įtampos vertėms, be pertrūkių ir nepatenkant į kitų tipų iškrovas. Stabiliai degant suvirinimo lankui, pagrindiniai jo parametrai - srovės stiprumas ir įtampa - yra tam tikra priklausomybė. Todėl viena iš pagrindinių lankinio išlydžio charakteristikų yra jo įtampos priklausomybė nuo srovės stiprumo esant pastoviam lanko ilgiui. Grafinis vaizdasši priklausomybė dirbant statiniu režimu (stabilaus lanko degimo būsenoje) vadinama lanko statine srovės-įtampos charakteristika (2.2 pav.).

Didėjant lanko ilgiui, didėja jo įtampa ir kyla statinės srovės-įtampos charakteristikos kreivė, aukščiau, mažėjant lanko ilgiui, krenta žemiau, išlaikant savo formą kokybiškai. Statinio atsako kreivę galima suskirstyti į tris sritis: krintantį, kietą ir kylantį. Pirmajame regione, padidėjus srovei, smarkiai sumažėja lanko įtampa. Taip yra dėl to, kad didėjant srovės stiprumui didėja lanko kolonėlės skerspjūvio plotas ir jo elektrinis laidumas. Lanko deginimas šio regiono režimuose pasižymi mažu stabilumu. Antroje srityje srovės stiprumo padidėjimas nėra susijęs su lanko įtampos pasikeitimu. Tai paaiškinama tuo, kad lanko stulpelio ir aktyvių dėmių skerspjūvio plotas kinta proporcingai srovės stiprumui, todėl srovės tankis ir įtampos kritimas lanke išlieka pastovūs. Lankinis suvirinimas su standžiu statiniu atsaku yra plačiai pritaikytas suvirinimo technologijoje, ypač suvirinant rankiniu būdu. Trečioje srityje, didėjant srovei, įtampa didėja. Taip yra dėl to, kad katodo taško skersmuo tampa lygus elektrodo skersmeniui ir negali toliau didėti, o srovės tankis lanke didėja ir įtampa krenta. Lankas su didėjančia statine charakteristika plačiai naudojamas automatiniam ir mechanizuotam povandeniniam lankiniam suvirinimui bei apsauginėms dujoms naudojant ploną suvirinimo vielą.

Ryžiai. 2.3. Statistinė srovės-įtampos charakteristika lankui ties skirtingi greičiai elektrodo vielos padavimas: a - mažas greitis; b - vidutinis greitis, c - didelis greitis

Mechanizuotai suvirinant sunaudojamuoju elektrodu kartais naudojama lankui būdinga statinė srovė-įtampa, imama ne pastoviu jo ilgiu, o esant pastoviam elektrodo vielos padavimo greičiui (2.3 pav.).

Kaip matyti iš paveikslo, kiekvienas vielos padavimo greitis atitinka siaurą srovių diapazoną su stabiliu lanku. Per maža suvirinimo srovė gali sukelti trumpąjį elektrodo jungimą su ruošiniu, o per daug - staigiai padidėti įtampa ir nutrūkti.