Дуговые электротермические установки

Электрическая дуга – это разряд в газе, характеризуется высокой степенью ионизации газа, высокой плотность тока, также температурой газа в несколько тысяч градусов и ярким свечением. Основную роль в дуговом разряде имеют электроны, имеющие высокую подвижность. Наличие свободных электроном в области дугового разряда объясняется:

1) Ионизацией (наличие) газа

2) Эмиссией электронов с поверхности катода

Ионизация газа в дуговом разряде обусловлена в основном действием высоких температур, т.е. термоионизацией, в меньшей степени ионизирующим действием излучения дуги с фотоионизацией. Эмиссия электронов катода объясняется бомбардировкой катода в ускоренном электрическом поле положительными ионами, также фотоионизацией поверхности катода, излучением дуги и нагревом катода до значительной температуры

Кроме того, высокое значение направленности электрического поля у поверхности катода приводит к мощной автоэлектронной эмиссии, при которой поле вырывает электроны с поверхности катода. Бомбардировка электронами разогревает анод, вследствие этого температура анода оказывается выше температуры катода. Температура анода составляет 4900, а температура катода от 3000 до 4000 °С. При остывании температура анода меньше 600, а катода 3300 – 3400 °С.

Если дуга горит между электродом и расплавом металла, то при отрицательной полярности на электроде дугу принято называть дугой прямой полярности. При обратной полярности на электроде – дуга обратной полярности. Напряжения зажигания дуги составляет при угольных электродах 40 – 45 В, при стальных электродах 30-35 В. При токах свыше 100 А напряжение на дуге будет определяться следующим выражением:

.

Статическая ВАХ снимается в условно установившемся тепловом равновесии между столбом дуги и окружающей средой и устанавливается процессом ионизации и рекомбинации. При быстрых изменениях тока кривая изменения напряжения не соответствует статической ВАХ, поскольку новое состояние равновесия устанавливается не сразу.

Данная характеристика имеет ярко выраженный вид гистерезисной петли, ширина петли определяется тепловой инерцией разряда и частотой тока. Их этого видно, что процессы в электрической дуге имеют очень сложный характер. Картина еще более осложняется при питании дуги переменным током.

Повторное зажигание дуги обеспечивается при высокой температуре окружающего пространства либо в атмосфере газов либо паров с низкими потенциалами ионизации. По этой причине применяют электроды, покрытые слоем обмазки, в состав которых входят ионизирующие вещества (калий и кальций).

Горение дуг переменного тока с голым электродом в обычной атмосфере неустойчиво, введение индуктивности в цепь дуги переменного тока позволяет сократить длительность перерывов горения дуги и сократить перерывы горения. ЭДС самоиндукции поддерживается на уровне, достаточном для горения в течение всего полупериода.

Для достаточно устойчивого горения дуги cosj должен быть равен 0,4 при токе до 100 А, при токе дуги равным 100-200 А cosj равен 0,4 – 0,5. При токе дуги 200 – 400 А cosj = 0,5-0,7.