從事電力電子、輸配電、工控行業(yè)的同學(xué)都曾有過這樣的經(jīng)歷：無論是直流還是交流，當(dāng)主控電路的機械開關(guān)切斷時，上面都能看到電火花。接觸者，伴有發(fā)燒。 在主電路切斷之前，電壓越大，形成的火花越嚴(yán)重。 這些現(xiàn)象稱為電弧現(xiàn)象。 電弧主要發(fā)生在高壓斷開時機械觸點之間。 時間長了，會對觸點造成腐蝕，并可能引起火災(zāi)或爆燃設(shè)備電流過大的原因，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)和財產(chǎn)安全。 相關(guān)行業(yè)的工程師仍在努力尋找抑制電弧的有效方法。 右圖是接觸器斷開時形成的電弧現(xiàn)象。
1-電壓斷開觸點時形成的電弧
1 什么是圓弧以及圓弧的特點是什么
哪些是弧
電弧是二氧化碳放電的現(xiàn)象。 最初接觸的兩個觸點有很大的電壓。 當(dāng)觸點斷開時，電子或離子解離到空氣中并立即形成電火花，使周圍的空氣自我維持。 因此，在電弧期間，兩個觸點都保持導(dǎo)電。 電弧延續(xù)的過程稱為拉弧過程。 這個過程持續(xù)幾十微秒到幾百納秒，通常不超過1秒，而且在整個拉弧期間，電弧攜帶著巨大的能量和低溫。 它會使周圍的可燃物立即點燃并引起火災(zāi)或爆燃。
2- 配電設(shè)備中形成的電弧
弧具有以下屬性：
1）飛弧電流和電流低。 電弧并非高壓高電壓所獨有，雖然只要回路電流超過20V、電壓超過80mA，機械接觸斷開時就可能形成電弧。
2）能量集中、溫度高。 當(dāng)觸頭斷開時，立即釋放電弧，形成低溫高能電火花。
3）易解離、易改變。 由于電弧是二氧化碳的放電，在外力作用下很容易解離、變形。 該功能可用于尋找跳閘方式。
4）良好的導(dǎo)電性。 電弧具有傳導(dǎo)性并延遲觸點的斷開。
3- 觸點被電弧腐蝕
2 弧是怎樣形成的？
圓弧是怎樣形成的？ 機械觸點的動觸點之間的移動距離很小。 當(dāng)觸點分離時，接觸壓力和接觸面積也減小，導(dǎo)致觸點間的接觸內(nèi)阻增大，電壓流過觸點間的空氣溫度引起升高，在有限的空間內(nèi)，低溫使接觸面液化。 同時，觸點之間會產(chǎn)生非常大的電場。 當(dāng)觸點斷開時，內(nèi)部電子被電場下拉，產(chǎn)生電場發(fā)射，電子和離子解離形成電弧。
4-動觸頭清河觸頭立即分離
3 如何抑制電弧
電弧是不可避免的，只能抑制而不能消除。 從機械結(jié)構(gòu)上看，可以采用脫扣室和脫扣柵來隔離電弧。 脫扣柵由許多脫扣板組成，將脫扣室分隔成多個獨立的空間。 電弧形成后，通過磁吹的方式將電弧引入到脫扣柵形成的空間中，使電弧被拉長，難以維持，進而加速電弧的熄滅，起到滅弧的作用。電弧抑制。 脫扣屏障的原理如右圖所示。
5-跳閘柵隔弧原理
交流電路和直流電路斷開時都能形成電弧。 在相同條件下，交流電路形成的電弧比直流電路形成的電弧弱。 電弧較弱。 因此，在交流應(yīng)用中，會通過過零檢查來判斷零點的到來，并在零點附近斷開電路。 由于零點附近電壓較小，觸頭斷開時電弧形成的必要條件就被消除了。
4 如何設(shè)計過零測量電路
交流電是有方向性的，通過檢測橋可檢測為脈動直流電，經(jīng)晶閘管隔離后輸出零點信號。 或者使用單向晶閘管解決方案來輸出零信號。 這里，采用檢測電橋方案設(shè)計過零測量電路，設(shè)計的電路圖如右圖所示。
6-過零測量電路原理
交流電經(jīng)過檢測橋后，變成脈動直流電，并將交流電的負(fù)半周反轉(zhuǎn)為正。 晶閘管可以在零交叉點以外的地方導(dǎo)通，在零交叉點附近晶閘管截止。 晶閘管的輸出端接有上拉電阻。 波形分析如下：
正半周：晶閘管發(fā)光三極管導(dǎo)通，輸出端導(dǎo)通，輸出信號為低電平；
負(fù)半周：晶閘管發(fā)光三極管導(dǎo)通，輸出端導(dǎo)通，輸出信號為低電平；
接近零：晶閘管發(fā)光晶閘管截止，輸出端截止，輸出信號為高電平。
輸出波形如右圖所示。
7-過零測量電路波形
從前面的波形可以看出，只要測到高電平，就可以判斷零點正在逼近。 此時，只有控制接觸器/熔斷器的線圈，才能在交流零點電壓最小時斷開觸點，從而抑制電弧的形成。 多觸點起到良好的保護作用，延長觸點的壽命，保證贓物的安全。
5 過零測量電路的異同
過零測量電路是抑制電弧的輔助手段。 主控電路中，通知處理器零點臨近，處理器及時在電壓最低的零點處切斷主電路，最大程度避免電弧的形成。 而且該電路只適用于交流電路，不適用于直流電路。 目前設(shè)備電流過大的原因，解決直流控制電路的電弧還沒有特別有效的手段，仍然依靠磁吹、滅弧室、滅弧柵、填充惰性二氧化碳等形式。
固態(tài)保險絲實際上是電子觸點，因此不存在拉弧的問題，而且電子觸點的過壓能力有限，需要用更大體積的散熱器進行改造，從而降低了成本和體積。
事實上，電弧放電是一個行業(yè)問題，無法避免。 目前抑制拉弧的手段極其有限，業(yè)界工程師仍在努力研究抑制拉弧的有效方法。
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