CHƯƠNG IV BUỒNG DẬP HỒ QUANG
I. KHÁI NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN
1.Quá trình phóng điện trong chất khí:
Ở điều kiện bình thường, chất khí là môi trường cách điện tốt.
Nếu đặt lên hai điện cực trong môi trường không khí một điện trường có cường độ đủ lớn thì phá vỡ tính cách điện của chất khí: nó trở nên dẫn điện tốt, phụ thuộc vào tính chất của chất khí, áp suất của nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện trường.
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện lớn ( 102 ÷ 103 A/mm2 ), điện áp rơi trên catôt bé ( 10 ÷ 12 V ), nhiệt độ hồ quang cao ( 6000 ÷ 18000oK ) và kèm theo hiệu ứng ánh sáng.
Hồ quang điện là quá trình điện và nhiệt liên quan mật thiết với nhau.
Vùng catôt khoảng cách ngắn ( cỡ 10-3 mm ) với Uc cỡ 10 ÷ 20 V, nên cường độ điện trường ở vùng này khá lớn 20.103 V/mm.
Vùng anôt có điện áp rơi thấp, cỡ 5 ÷ 20 V và chiều dài cỡ 10-2 mm, vì vậy EA thấp hơn nhiều so với EC . Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường Ehq gần như không đổi, cỡ từ 1 ÷ 20 V/mm, phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động của các phần tử khí, vận tốc di chuyển của hồ quang. Điện áp rơi trên thân hồ quang phụ thuộc vào chiều dài của hồ quang:
Uhq = Ehq.lhq.
Nguyên nhân phát sinh và dập tắt hồ quang là quá trình ion hoá và quá trình phản ion hoá trong vùng hồ quang.
Quá trình ion hoá xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường, va đập ... và có các dạng ion hoá sau:
- Quá trình phát xạ nhiệt điện tử . - Quá trình tự phát xạ điện tử . - Quá trình ion hoá do va chạm . - Quá trình ion hoá do nhiệt .
Quá trình phản ion hoá là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang. Nguyên nhân chính của quá trình phản iôn là tái hợp và khuyếch tán.
2.Hồ quang điện xoay chiều:
Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số của lưới điện. Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện áp trùng pha nhau. Trong 1/4 chu kì đầu, điện áp hồ quang tăng nhanh đến trị số cháy. Khi hồ quang cháy, điện áp giảm dần.
Dòng điện tăng từ 0 đến điểm cháy, dòng điện đạt trị số cực đại và điện áp hồ quang hầu như không đổi. ở 1/4 chu kì sau dòng điện giảm dần, đến thời
điểm tắt, điện áp hồ quang tăng, sau đó suy giảm về 0 cùng với dòng điện.
Nếu hồ quang ổn định thì quá trình này sẽ được lặp lại ở nửa chu kì sau.
Tại thời điểm dòng điện đi qua 0, hồ quang không được cấp năng lượng nên quá trình ion hoá xảy ra trong vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên hai điện cực bé hơn trị số điện áp cháy thì hồ quang sẽ bị tắt.
Khi dòng điện gần trị số 0, nó không còn theo quy luật hình sin liên tục nữa, vì lúc này quá trình phản ion hoá rất mạnh nên điện trở hồ quang rất lớn, có thể coi dòng điện bằng 0. Khoảng thời gian này cỡ micrô giây, phụ thuộc vào đặc tính tải, dòng điện hồ quang ...và gọi là thời gian không dòng điện của hồ quang.
Khi dòng điện đi qua điểm 0 , ở khu vực hồ quang đồng thời xảy ra hai quá trình: quá trình phục hồi độ bền điện và quá trình phục hồi điện áp.
Quá trình phục hồi độ bền điện đặc trưng bằng quá trình phản ion mãnh liệt khi dòng điện đi qua 0 và nó làm cho hồ quang mất dần tính dẫn điện, tăng tính cách điện. Đại lượng đặc trưng cho mức độ cách điện giữa hai điện cực là điện áp chọc thủng. Với I = 0, ta có Ucto và nó có trị số từ 150 ÷ 250V ở môi trường không khí, hồ quang cháy tự nhiên.
Quá trình phục hồi điện áp là quá trình thành lập điện áp trên hai cực kể từ khi hồ quang tắt cho tới khi điện áp đạt trị số điện áp nguồn.
Sau thời điểm dòng điện bằng 0, nếu trị số của điện áp phục hồi thấp hơn trị số của điện áp chọc thủng thì hồ quang tắt hẳn. Vậy điều kiện để dập tắt hồ quang điện xoay chiều là đặc tuyến của quá trình phục hồi độ bền điện phải nằm cao hơn và không cắt đặc tuyến của quá trình phục hồi điện áp giữa hai tiếp điểm.