很有意思的問題。
先說結論:不是感性負載容易產生電弧,而是感性負載不容易熄弧和滅弧。這是關鍵!
我們看下圖:
從1圖中我們看到了直流電路中有電感L和電阻R,當然還有開關K。電路中流過執行電流In。
現在,開關K開啟,會發生什麼狀況呢?
我們知道,對於電感元件來說,它會產生反向電動勢e,它的大小為: 。
注意看這個式子,反向電動勢e的大小與電感量L成正比,與電流對時間的變化率也成正比。換句話說,如果電流變化的越快,反向電動勢的值就越高。
在2圖中,電感產生的反向電動勢被稱為電路的過電壓。
我們來看看國家標準GB214048.1-2012《低壓開關裝置和控制裝置 第1部分:總則》中如何定義過電壓,如下:
所以圖2中出現的過電壓就屬於通斷過電壓。
我們還知道,在空氣中生弧電壓為12到20V,因此當K開斷時,不管是電阻性負載還是電感性負載,只要電壓超過20V,則開關K的觸頭間隙中就會一定會出現電弧。
對於直流電路來說,由於電壓和電流不存在自然過零,所以滅弧相對交流電路要困難得多。對於小電流觸頭來說,可以採取若干個同類觸頭串聯的辦法滅弧。見下圖:
這種辦法其實就是加大電弧弧長,利用電弧散熱冷卻來自然熄弧。
現在,我們來看交流電路的情況。
我們來看圖3:
我來解釋此圖如何看。
此圖的電路類似1圖,但其中的直流電源換成了交流電源。
我們知道,交流電流的表示式為: ,我們把它代入到 中,求導後發現正弦值變成了餘弦值。也就是說,對於感性負載而言,它的電壓超前電流90度。
在實際線路中,由於有電阻存在,所以電壓超前電流一般不到90度。
我們看圖3的左側,當觸頭分開的t0時刻,我們看到電流波形與電壓波形存在相位差。同時,觸頭之間出現了電弧,其電壓就是藍色的Uh。
接著到了t1時刻,電流過零,電弧熄滅。但注意到此時的電壓卻很高,並且是正值,於是電流過零後,觸頭弧隙被再次擊穿,電弧再次出現。
有意思的是,由於觸頭間的距離越來越大,所以弧隙間氣體的恢復能力也越來越強。所以在t3時刻電流過零後,電弧已經無法再次重燃了,電弧就此熄滅。
不過,由於感性負載與系統分佈電容產生諧振,諧振的電壓疊加在電壓波形上,我們看到了圖3最右側出現了衰減的附加振盪波。
最後,我來給個結論:
不管是直流電路也好,是交流電路也好,當開關開斷時,感性負載一定會產生反向電動勢,由此出現過電壓。此過電壓除了讓觸頭電弧不易熄滅外,也會對其它電器產生一定的影響。
提個小問題:
對於交流低壓配電線路來說,電弧就沒有任何好處嗎?如果有,好處是什麼?
答案:
我們來設想,當電弧出現後,在電流過零前左邊電極為陽極,右邊電極為陰極。陽極發射的陽離子比較重,因此在陽極附近滯留了不少陽離子。
陽例子其實就是失去部分電子的氣體原子,它的質量大,運動速度比電子要慢許多。
當電流過零後,陽極變成陰極,它要發射陰離子,也即電子。但它的前方卻堆積著大量的陽離子,使得電流增長被限制住了。這叫做近陰極效應,見圖4。
近陰極效應存在的時間很短,且有效作用寬度有限,因此近陰極效應對高壓電器無效,對低壓電器卻起到很重要的作用。
事實上所有帶觸頭的低壓電器或多或少地具有限流作用,其原因就在於此。
可見,電弧還是有一點好處的。
很有意思的問題。
先說結論:不是感性負載容易產生電弧,而是感性負載不容易熄弧和滅弧。這是關鍵!
我們看下圖:
從1圖中我們看到了直流電路中有電感L和電阻R,當然還有開關K。電路中流過執行電流In。
現在,開關K開啟,會發生什麼狀況呢?
我們知道,對於電感元件來說,它會產生反向電動勢e,它的大小為: 。
注意看這個式子,反向電動勢e的大小與電感量L成正比,與電流對時間的變化率也成正比。換句話說,如果電流變化的越快,反向電動勢的值就越高。
在2圖中,電感產生的反向電動勢被稱為電路的過電壓。
我們來看看國家標準GB214048.1-2012《低壓開關裝置和控制裝置 第1部分:總則》中如何定義過電壓,如下:
所以圖2中出現的過電壓就屬於通斷過電壓。
我們還知道,在空氣中生弧電壓為12到20V,因此當K開斷時,不管是電阻性負載還是電感性負載,只要電壓超過20V,則開關K的觸頭間隙中就會一定會出現電弧。
對於直流電路來說,由於電壓和電流不存在自然過零,所以滅弧相對交流電路要困難得多。對於小電流觸頭來說,可以採取若干個同類觸頭串聯的辦法滅弧。見下圖:
這種辦法其實就是加大電弧弧長,利用電弧散熱冷卻來自然熄弧。
現在,我們來看交流電路的情況。
我們來看圖3:
我來解釋此圖如何看。
此圖的電路類似1圖,但其中的直流電源換成了交流電源。
我們知道,交流電流的表示式為: ,我們把它代入到 中,求導後發現正弦值變成了餘弦值。也就是說,對於感性負載而言,它的電壓超前電流90度。
在實際線路中,由於有電阻存在,所以電壓超前電流一般不到90度。
我們看圖3的左側,當觸頭分開的t0時刻,我們看到電流波形與電壓波形存在相位差。同時,觸頭之間出現了電弧,其電壓就是藍色的Uh。
接著到了t1時刻,電流過零,電弧熄滅。但注意到此時的電壓卻很高,並且是正值,於是電流過零後,觸頭弧隙被再次擊穿,電弧再次出現。
有意思的是,由於觸頭間的距離越來越大,所以弧隙間氣體的恢復能力也越來越強。所以在t3時刻電流過零後,電弧已經無法再次重燃了,電弧就此熄滅。
不過,由於感性負載與系統分佈電容產生諧振,諧振的電壓疊加在電壓波形上,我們看到了圖3最右側出現了衰減的附加振盪波。
最後,我來給個結論:
不管是直流電路也好,是交流電路也好,當開關開斷時,感性負載一定會產生反向電動勢,由此出現過電壓。此過電壓除了讓觸頭電弧不易熄滅外,也會對其它電器產生一定的影響。
提個小問題:
對於交流低壓配電線路來說,電弧就沒有任何好處嗎?如果有,好處是什麼?
答案:
我們來設想,當電弧出現後,在電流過零前左邊電極為陽極,右邊電極為陰極。陽極發射的陽離子比較重,因此在陽極附近滯留了不少陽離子。
陽例子其實就是失去部分電子的氣體原子,它的質量大,運動速度比電子要慢許多。
當電流過零後,陽極變成陰極,它要發射陰離子,也即電子。但它的前方卻堆積著大量的陽離子,使得電流增長被限制住了。這叫做近陰極效應,見圖4。
近陰極效應存在的時間很短,且有效作用寬度有限,因此近陰極效應對高壓電器無效,對低壓電器卻起到很重要的作用。
事實上所有帶觸頭的低壓電器或多或少地具有限流作用,其原因就在於此。
可見,電弧還是有一點好處的。