CHƯƠNG 1: HỒ QUANG ĐIỆN pdf

CHƢƠNG 1 HỒ QUANG ĐIỆN Ths. Trần Đình Cương 1Khí cụ điện hạ áp: 401030 TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ KHÁI NIỆM CHUNG  Bản chất của hồ quang điện là hiện tƣợng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 10 2 đến 10 3 A/mm 2 ) có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 6000 đến 18000 0 K ) và thƣờng kèm theo hiện tƣợng phát sáng.  Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực sự có ích khi đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực nhƣ hàn điện, luyện thép, những lúc này hồ quang cần đƣợc duy trì cháy ổn định.  Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt các thiết bị điện nhƣ contắctơ, cầu dao, máy cắt, hồ quang sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm. 2Khí cụ điện hạ áp: 401030 KHÁI NIỆM CHUNG  Hồ quang cháy này lâu sau khi thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hƣ hại các tiếp điểm và bản thân thiết bị điện.  Trong trƣờng hợp này để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt. 3Khí cụ điện hạ áp: 401030 K A E V E K Vïng K Vïng AVïng th©n U A U Th U K E th E A E K L hq m Đặc tính hồ quang điện 4Khí cụ điện hạ áp: 401030 I U hq l 50mm 20 0 0 2 4 6 8 10 12 50 100 150 200 ĐẶC TÍNH HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU 5Khí cụ điện hạ áp: 401030 6Khí cụ điện hạ áp: 401030 7Khí cụ điện hạ áp: 401030 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG Hồ quang điện phát sinh là do môi trƣờng giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện). Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đƣờng khác nhau duới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trƣờng mạnh, Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau: 8Khí cụ điện hạ áp: 401030 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau : • Quá trình phát xạ điện tử nhiệt ; • Quá trình tự phát xạ điện tử ; • Quá trình ion hóa do va chạm; • Quá trình ion hóa do nhiệt . 9Khí cụ điện hạ áp: 401030 SỰ PHÁT XẠ ĐIỆN TỬ NHIỆT Điện cực và tiếp điểm đƣợc chế tạo từ kim loại, mà trong cấu trúc kim loại luôn luôn tồn tại các điện tử tự do chuyển động về mọi hƣớng trong quỹ đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử. Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng lên chỗ tiếp xúc, dòng điện bị thắt lại dẫn đến mật độ dòng điện tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất là ở cực âm có nhiều electron). 10Khí cụ điện hạ áp: 401030 [...]... ngọn lửa hồ quang Khí cụ điện hạ áp: 401030 18 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU Khí cụ điện hạ áp: 401030 19 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU Với U0 là điện áp nguồn , mạch có điện trở R, mạch có điện cảm mạch L và rhq đặc trƣng cho điện trở hồ quang với điện áp hồ quang là uhq trên các cặp tiếp điểm khi ta đóng hoặc ngắt - U0 + R i L rth H×nh : Hå quang ®iÖn m¹ch mét chiÒu Khí cụ điện hạ áp: 401030 20 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT... điện hạ áp: 401030 30 KHÁI NIỆM CHUNG Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số lƣới điện Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện áp của hò quang trùng pha nhau Tại thời điểm dòng điện đi qua điểm 0, hồ quang không đƣợc cấp năng lƣợng nên quá trình phản ion xảy ra ở vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên 2 điện cực bé hơn trị số điện. .. dòng điện qua trị số 0 thì không đƣợc cung cấp năng lƣợng Môi trƣờng hồ quang mất dần tính dẫn điện và trở thành cách điện Nếu độ cách điện này đủ lớn và điện áp nguồn không đủ duy trì phóng điện lại thì hồ quang sẽ tắt hẳn Để đánh giá mức độ cách điện của điện môi vùng hồ quang là lớn hay bé ngƣời ta dùng khái niệm điện áp chọc thủng Điện áp chọc thủng ( Uch.t ) càng lớn thì mức độ cách điện của điện. .. hẳn Khí cụ điện hạ áp: 401030 31 KHÁI NIỆM CHUNG Khi hồ quang điện xoay chiều đang cháy ta đƣa dòng điện và điện áp của hồ quang vào dao động kí ta sẽ đƣợc dạng sóng của dòng điện và điện áp hồ quang nhƣ hình U[V] Uch Ut i(t ) t 1 2 Khí cụ điện hạ áp: 401030 32 KHÁI NIỆM CHUNG Trong 1/4 chu kỳ đầu, điện áp HQ tăng nhanh đến tri số Uch (theo điện áp nguồn) Khi HQ cháy, điện áp giảm dần Dòng điện tăng... (tức là hồ quang sẽ tắt khi Uhq> U0- UR) Khí cụ điện hạ áp: 401030 24 ĐIỀU KIỆN DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN Để nâng cao đƣờng đặc tính 3 thƣờng thực hiện hai biện phâp là tăng độ dài hồ quang (tăng l) vă giảm nhiệt độ vùng hồ quang xuống, đặc tính nhƣ hình U [V] 3  I [A] Khí cụ điện hạ áp: 401030 25 ĐIỀU KIỆN DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN U [V] U [V] L2>L1 T1 T20 2 Ldi/dt< 0 Uhq IA B I[A] IB Khí cụ điện hạ áp: 401030 23 ĐIỀU KIỆN DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN Để có thể dập tắt đƣợc hồ quang điện một chiều cần loại bỏ đƣợc điểm hồ quang cháy ổn định (điểm B) Trên đặc tính ta nhận thấy sẽ không có điểm cháy ổn định khi đƣờng đặc tính 3 (điện áp trên hồ quang) cao hơn đƣờng... CHIỀU Theo định luật Kiếchốp II, ta có phƣƣơng trình cân bằng điện áp trong mạch khi mở tiếp điểm và hồ quang bắt đầu cháy nhƣ sau : di U  i.R  iR  L dt di U  U U L dt 0 0 hq R hq Với UR : là điện áp rơi trên điện trở Với Uhq : là điện áp trên hồ quang Khí cụ điện hạ áp: 401030 21 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi hồ quang cháy ổn định thì dòng điện không đổi di i  I  const  L  0 dt Do đó phƣơng trình... phụ tải điện trở thuần dễ dập hồ quang hơn trong mạch có tải điện cảm Bởi ở mạch thuần trở khi dòng điện qua trị số không (thời gian i=0 thực tế kéo dài khoảng 0,1) thì điện áp nguồn cũng bằng không (trùng pha) Còn ở mạch thuần cảm khi dòng bằng không thì điện áp nguồn đang có giá trị cực đại (điện áp vƣợt trƣớc dòng điện một góc 900) Khí cụ điện hạ áp: 401030 35 DẬP TẮT HQĐ XOAY CHIỀU Hồ quang điện xoay... quá điện áp sẽ xảy ra rất lớn có thể gây đánh thủng cách điện và hƣ hỏng thiết bị Để hạn chế hiện tƣợng quá điện áp ngƣời ta thƣờng dùng thêm một mạch điện phụ mắc song song với phụ tải Mạch này có thể là điện trở, điện trở và tụ nối tiếp hoặc một chỉnh lƣu mắc ngƣợc Khí cụ điện hạ áp: 401030 28 QÚA ĐIỆN ÁP HQĐ MỘT CHIỀU R C Zt (R,L) R Zt (R,L) D Zt (R,L) Khí cụ điện hạ áp: 401030 29 HỒ QUANG ĐIỆN... khi t = T/4, dòng điện đạt trị số cực đại và điện áp HQ gần nhƣ không đổi Ở 1/4 chu kỳ tiếp theo, dòng điện giảm dần, đến thời điểm tắt, điện áp HQ tăng sau đó suy giảm về 0 và dòng điện trở về 0 Khí cụ điện hạ áp: 401030 33 KHÁI NIỆM CHUNG Từ dạng sóng thu đƣợc trên màn hình dao động kí ta xây dựng đƣợc đặc tính Vôn -Am pe (V-A) của hồ quang điện xoay chiều nhƣ hình U Uch Ut I Khí cụ điện hạ áp: 401030 . ngọn lửa hồ quang. 18Khí cụ điện hạ áp: 401030 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU 19Khí cụ điện hạ áp: 401030 HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU Với U 0 là điện áp nguồn , mạch có điện trở R, mạch có điện cảm. do nhiệt. 15Khí cụ điện hạ áp: 401030 QUÁ TRÌNH DẬP TẮT HỒ QUANG Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trƣờng giữa các điện cực không còn dẫn điện hay nói cách khác hồ quang điện sẽ tắt khi có. Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực sự có ích khi đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực nhƣ hàn điện, luyện thép, những lúc này hồ quang cần đƣợc duy trì cháy ổn định.  Hồ quang điện có hại