КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

             Цель работы - ознакомление с основными электрическими свойствами дуг постоянного и переменного тока, определяющими их особенности как элементов электрических цепей и потребителей электроэнергии.

.

             Рабочее задание:

 1. Снять экспериментально статическую зависимость напряжения дуги постоянного  тока от силы тока дуги U _Д = f₁ (I_Д) (статическую вольтамперную характеристику дуги) при неизменной длине дуги        L_Д = const , (значение L_Д задаётся преподавателем).

 2. Снять экспериментально осциллограммы напряжения на дуге  U_Д = f₂(t), тока дуги I_Д = f₃(t) для дуги переменного тока частотой 50 Гц.

 3. Снять экспериментально или построить по результатам измерений п.2 зависимость U_Д  = f₄(I_Д) - динамическую вольтамперную характеристику дуги переменного тока.

 4. По результатам измерений п.1 построить графики зависимостей 

 от тока: статического  сопротивления дуги R_Д = f₅(I_Д), дифференциального сопротивления R_ДД = f₆(I_Д), мощности 

 дуги  P_Д  = f₇(I_Д).

 5. Сопоставляя результаты измерений электрических дуг постоянного и переменного тока, объяснить формы кривых U_Д = f₂(t) и I_Д  = f₃(t).

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

   Электрическая дуга представляет собой разновидность самостоятельного электрического разряда, горящий между двумя электродами в газовой среде или вакууме, причём электропроводность при этом обуславливается наличием свободных заряженных частиц - ионов и электронов. В промышленности дуги применяются как высококонцентрированные источники тепла.

     Различают три составных части электрической дуги - катодную область, столб дуги и анодную область, процессы в которых  отличаются, при этом на данные процессы оказывают существенное влияние род газа и его давление, а также материал, геометрия и условия теплообмена электродов. Различают электрические дуги по роду тока (переменному или постоянному) и по его величине.

      На рис. 3.1. приведено распределение потенциала вдоль дугового разрядного промежутка (1- прикатодное падение потенциала; 2 - столб дуги; 3 - прианодное падение потенциала). Процессы ионизации нейтральных атомов происходят в основном в столбе дуги, так как протяжённость областей 1 и 3 мала. Поскольку градиент потенциала в столбе дуги невелик, то электроны между двумя последовательными столкновениями не успевают приобрести достаточную для ионизации скорость, а поэтому процесс ионизации в столбе дуги носит, в основном, ступенчатый характер.

    Особенность открытой дуги постоянного тока при атмосферном давлении и относительно небольших токах заключается в том, что её статическая вольтамперная характеристика имеет падающий вид, как это показано на рис. 3.2, причём электрическая дуга будет гореть устойчиво, лишь в том случае если во внешней цепи последовательно включено сопротивление. При существовании дуги в точке А и случайном увеличении тока э.д.с. L(di/dt) положительна, что приводит к дальнейшему увеличению тока и  дуга переходит в точку В характеристики. При случайном уменьшении тока э.д.с. L(di/dt) отрицательна, что приводит к уменьшению тока и погасанию дуги. Таким образом точка А является неустойчивой. Напротив, в точке В при случайном увеличении тока э.д.с. L(di/dt)  отрицательна, а при случайном уменьшении тока э.д.с. L(di/dt)  положительна. В обоих случаях дуга возвращается в точку В  характеристики, которая является   устойчивой.

.                              Для электрической дуги переменного тока имеет смысл говорить только о её динамических характеристиках. Изменение тока и напряжения на разрядном промежутке существенно зависит от электрических параметров контура дуги и условий её охлаждения. На рис. 3.3 а) даны осциллограммы тока дуги и напряжения на ней для одного периода напряжения источника питания, а на рис. 3.3 в) динамическая ВАХ дуги

               3.3.Описание лабораторных стендов.

       Лабораторная работа выполняется на двух стендах. Рабочее задание п.1 (снятие статической ВАХ дуги постоянного тока) выполняется на стенде, электрическая схема которого приводится на рис.3.4., п.2 и п.3 (в части снятия динамической ВАХ дуги переменного тока) выполняется на стенде, электрическая схема которого приводится на рис.3.5.

      В обоих стендах вертикальные дуговые электроды расположены в медной водоохлождаемой гильзе - дуговой камере KD, нижний электрод имеет ручной привод перемещения для зажигания дуги и установления требуемой её длины. Изображение дуги через диафрагму в стенке дуговой камеры проецируется на экран в масштабе 2:1 (на стенде дуги постоянного тока на экран нанесена сетка с ячейками 2х2 мм)