Extras din curs
Caracteristica tensiune – curent (volt – ampermetrică)
• Circuitul este utilizat pentru studierea experimentală
a caracteristicii tensiune-curent pentru descărcări
electrice staționare care se produc într-un gaz la
presiune de 1…10 mbar pe distanțe până la 1 cm.
• Circuitul este alimentat de o sursă de tensiune
continuă , teoretic de putere infinită (își menține
tensiunea constantă în limite suficient de largi de
variație ale curentului din circuitul exterior)
• Rezistența R din circuitul exterior permite reglarea
curentului. Scăderea valorii rezistenței determină
modificarea poziției punctului de funcționare pe
caracteristica tensiune – curent a descărcării.
• Ecuația de funcționare a circuitului este dată de
teorema a II-a Khirchhoff
• Descărcarea electrică este un element neliniar de
circuit, de natura unei rezistențe, a cărui ecuație de
stare este caracteristica tensiune - curent
( ) Vd = f id
R1 > R2 > R3
- O descărcare electrică creează un traseu conductor
între doi electrozi metalici aflați la potențiale diferite,
imersați într-un mediu cu proprietăți izolante. Traseul
conductor este format din ioni pozitivi și electroni
liberi rezultați din procesele de ionizare care s-au
produs în mediu anterior apariției descărcării.
-Dintre cele două categorii de particule purtătoare de sarcină electrică, electronii sunt
particulele cu mobilitatea cea mai mare datorită masei mici (9.109 x 10-28 g) de 1836 de ori
mai ușor decât cel mai ușor ion pozitiv (nucleul de hidrogen).
- Ionii (pozitivi sau negativi) sunt particule cu mobilități mai mici.
-Câmpul electric existent în coloana de gaz datorită diferenței de potențial dintre cei doi
electrozi, acționează cu forțe electrostatice asupra sarcinilor electrice libere, electroni și
ioni, antrenându-le într-o mișcare ordonată care formează curentul din canalul descărcării,
id. Dacă diferența de potențial aplicată celulei este Vd atunci valoarea medie a intensității
câmpului electric este Eg = Vd / L. Această mărime se mai numește și gradient de
potențial.
- Particulele încărcate cu sarcină negativă (electronii și ionii negativi) se deplasează către
anod, în timp ce ionii pozitivi se deplasează către catod. Toate sarcinile aflate în mișcare
ordonată cu diferite mobilități, contribuie la curentul din canalul descărcării.
- Variația curentului din circuit determinată de variației tensiunii aplicate la bornele celulei
este descrisă de caracteristica tensiune – curent reprezentată pe slide-ul următor
Caracteristica tensiune-curent pentru o descărcare de curent continuu, în
gaz, la presiune sub-atmosferică (cca. 1 mbar) cu o lungime de 1 cm
(Tensiune de aprindere) (Tensiune de aprindere)
A - E: regimul descărcării este denumit descărcare întunecată pentru a sublinia absența
manifestărilor luminoase asociate. Momente importante sunt:
A – B: purtătorii liberi de sarcină existenți în mediu sunt puși în mișcare ordonată pe
măsură ce tensiunea aplicată celulei crește de la 0 până la valoarea corespunzătoare
punctului B (în orice volum de gaz există în mod natural un număr de purtători liberi de
sarcină produși datorită radiației cosmice, prezenței gazelor radioactive, radioactivității
naturale, etc.)
B – C: este regiunea de saturație în care creșterea tensiunii nu mai produce creșterea
curentului deoarece toți purtătorii liberi de sarcină disponibili se află în mișcare ordonată
C – E: este regiunea descărcării tip Townsend Dacă tensiunea crește peste valoare cele
corespunzătoare punctului C curentul începe să crească după o lege exponențială
datorită apariției unor noi purtători de sarcină – electroni și ioni; apariția unor purtători noi
de sarcină se datorează creșterii intensității câmpului electric la valori pentru care pot să
apară ionizări prin ciocnire cu electroni accelerați în câmp. În punctul E apare
străpungerea electrică a intervalului și intrarea descărcării într-un nou regim denumit
descărcare luminiscentă. Tensiunea corespunzătoare punctului E se numește tensiune
disruptivă (notată VB). În funcție de raza de curbură a anodului respectiv catodului,
descărcarea disruptivă poate fi precedată de o descărcare incompletă localizată în
vecinătatea electrodului, denumită descărcare corona – de polaritate pozitivă (pentru
anod) sau negativă (pentru catod).
E - H: regimul descărcării este denumit descărcare luminiscentă. Descărcarea ocupă tot
intervalul dintre cei doi electrozi; concentrația mare de electroni liberi determină
creșterea conductivității electrice a mediului (se observă că după producerea
străpungerii tensiunea la bornele celulei scade reflectând scăderea drastică a
rezistenței echivalente a celulei). Sub-regimuri:
F – G: după o tranziție bruscă de la E la F datorită străpungerii intervalului,
descărcarea intră în regim de descărcare luminiscentă normală pe durata căruia
tensiunea la bornele celulei este practic independentă de curentul din circuit; este
zona în care , modificarea curentului din circuit prin modificarea rezistenței R de
limitare produce extinderea volumului ocupat de descărcare în interiorul celulei cu
menținerea tensiunii constante la bornele acesteia. Este regimul utilizat în aplicații de
tipul lămpilor cu descărcări în gaze
G – H: regim de descărcare luminiscentă anormală ; creșterea curentului din circuit
prin scăderea rezistenței de limitare produce creșterea tensiunii la bornele celulei
(echivalentă creșterii rezistenței interne a celulei). Apar încălziri importante ale
electrozilor. În punctul H se produce tranziția de la regimul de descărcare
luminiscentă la cel de arc electric în care sunt inițiate și devin din ce în ce mai active
procesele de termo-ionizare (de volum și superficiale).
Iarc
ioni pozitivi
Sensul convenţional al curentului de conducţie în circuitul sursei
Sensul intensităţii câmpului electric în spaţiul de arc
Eo
electroni
(a)
Uarc = Ucatod + Ucoloana + Uanod
Uanod
(a) Distribuţia de tensiune în diferitele zone ale arcului
(b) Variaţia corespunzătoare a gradientului mediu de potenţial
(b)
Ucatod
Ucoloana
Tensiunea arcului
Valori tipice ale gradientului mediu de
potenţial în coloana arcului (E)
( )
anod ( ) catod
coloana arc
catod
arc catod coloana anod
U U
U E
U
U U U U
→ ÷ <
= ⋅
→ ÷
= + +
5 10 V
10 20 V
l
•depinde de materialul catodului
•nu depinde de curentul de arc
•depinde de intensitatea curentului
•pentru curenţi intensi tinde la 0
Caracteristica tensiune curent pentru
diferite lungimi ale arcului
Mediul de stingere Tipul aparatului E (V/mm)
Aer arc liber 1
SF6 întreruptor IT 10
Corindon (pulbere) fuzibil 10
Silică (pulbere) fuzibil 25
Ulei (suflaj transversal) întreruptor MT 10
Ulei (suflaj axial) întreruptor MT 20
Relaţia Ayrton
(empirică) arc
arc
arc arc
I
C D
U A B
l
l
+
= + +
Exemplu: pentru electrozi de cupru în aer
A=19.0 B=11.4 C=21.4 D=3.0
Modele matematice pentru comportarea dinamică a arcului
Ecuaţia de bilanţ a puterilor
total arc arc arc arc arc arc P u i R i u G = = 2 = 2
2
arc arc A = πr l
arc arc V = A
Caracteristici geometrice ale arcului electric
arc A arc
A = k ⋅ i
în care:
total rad turb ax radial net P = q + q + q + q + q
( )
cedata prin convectie
cedat rad turb ax radial P = q + q + q + q
Dacă notăm:
Q
q
d
= Q-energia internă
10
l
arc 2 ⋅ r
contacte arc l = v t
t
net d
Ecuaţia de bilanţ devine:
arc arc cedat u i P
t
= −
d
dQ
<
=
→
0
0
d t
d Q Arcul este în echilibru termodinamic
Arcul se răceste
Preview document
Conținut arhivă zip
- arc electric 1.pdf
- arc electric 2.pdf
- arc electric note de curs.pdf
- contactul electric1.pdf