Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện: Chương 5 - Đoàn Thanh Bảo

Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện - Chương 5: Hồ Quang điện trình bày các khái niệm chung về hồ quang điện, quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện, hồ quang điện một chiều, hồ quang điện xoay chiều, các biện pháp và trang bị dập hồ quang. Mời bạn đọc tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện: Chương 5 - Đoàn Thanh BảoBài giảng Cơ sở Khí cụ điện CHƯƠNG 5 HỒ QUANG ĐIỆNChương 5: HỒ QUANG ĐIỆN5.1. Khái niệm chung về HQĐ.5.2. Quá trính phát sinh và dập tắt hồ quang điện.5.3. Hồ quang điện một chiều.5.4. Hồ quang điện xoay chiều.5.5. Các biện pháp và trang bị dập hồ quang. 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điệntrong chất khí với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 102đến 103 A/mm2) có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 đến60000C) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng.Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực sự có ích khi đượcsử dụng trong các lĩnh vực như hàn điện, luyện thép,...nhữnglúc này hồ quang cần được duy trì cháy ổn định. 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt các thiết bị điện nhưcontắctơ, cầu dao, máy cắt,...hồ quang sẽ xuất hiện giữa các cặptiếp điểm. Hồ quang cháy này lâu sau khi thiết bị điện đã đóng cắt sẽlàm hư hại các tiếp điểm và bản thân thiết bị điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm việc tin cậy củathiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanhcàng tốt.5.1. KHÁI NIỆM CHUNG Vùng K Vùng thân Vùng AK A EV EK EK UA UTh EA UK Eth Ihqm Hình 5.1: Đặc tính hồ quang điện 5.1. KHÁI NIỆM CHUNGMuốn tỡm hiểu kỹ HQĐ, ta phải khảo sỏtnguyờn nhõn phỏt sinh và dập tắt hồ quang:đú là quỏ trỡnh ion húa và quỏ trỡnh phảnion trong vựng hồ quang.5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH VÀ DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN. 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điệncực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạtdẫn điện). Khi cỏc phần tử trung hũa trong mụi trường khớ (khụngdẫn điện) bị phõn tớch thành cỏc điện tử tự do, ion dương, ionõm thỡ nú sẽ dẫn điện. Và quỏ trỡnh này gọi là quỏ trỡnh ionhúa. Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau duớitác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh,.... 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANGTrong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có nhữngdạng ion hóa sau : 1) Quá trình phát xạ nhiệt điện tử. 2) Quá trình tự phát xạ điện tử. 3) Quá trình ion hóa do va chạm. 4) Quá trình ion hóa do nhiệt. 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 1) SỰ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ Điện cực và tiếp điểm được chế tạo từ kim loại, mà trongcấu trúc kim loại luôn luôn tồn tại các điện tử tự do chuyển độngvề mọi hướng trong quỹ đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử. Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảmdần khiến điện trở tiếp xúc tăng lên chỗ tiếp xúc, dòng điện bịthắt lại dẫn đến mật độ dòng điện tăng rất lớn làm nóng các điệncực (nhất là ở cực âm có nhiều electron). 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 1) SỰ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ Khi bị đốt nóng, động năng của các điện tử tăng nhanh đếnkhi năng lượng nhận Wđn được lớn hơn công thoát At liên kết hạtnhân thì điện tử sẽ thoát ra khỏi bề mặt cực âm trở thành điện tựdo. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ điện cực, vật liệu làmđiện cực. 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 2) SỰ PHÁT XẠ ĐIỆN TỬ Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở ra lúc đầu khoảng cáchcòn rất bé. Nếu có một điện trường đủ lớn đặt lên điện cực (nhất làvùng cực âm có khoảng cách nhỏ có thể tới hàng triệu V/cm),với cường độ điện trường lớn ở cực âm các điện tử tự do đượccung cấp thêm năng lượng sẽ bị kéo bật ra khỏi bề mặt catốt đểtrở thành các điện tử tự do. Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường E vàvật liệu làm điện cực. 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 3) ION HÓA DO VA CHẠM Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác dụng của nhiệt độ caohoặc của điện trường lớn (mà thông thường là cả hai) thì các điệntử tự do sẽ phát sinh chuyển động từ cực dương sang cực âm. Do điện trường rất lớn nên các điện tử chuyển động vớitốc độ rất cao. Trên đường đi các điện tử này va chạm với cácnguyên tử và phân tử khí sẽ làm bật ra các điện tử và các iondương. 5.2. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 3) ION HÓA DO VA CHẠM Các phần tử mang điện này lại tiếp tục tham gia chuyểnđộng và va chạm để làm xuất hiện các phần tử mang điện khác. Do vậy mà số lượng các phần tử mang điện tăng lên khôngngừng, làm mật độ điện tích trong khoảng không gian giữa cáctiếp điểm rất lớn. Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường, mật độcác phần tử trong vùng điện cực, lực liên kết phân ...