Как материал контактов влияет на напряжение дуги при прерывании постоянного тока? - Блог

При прерывании постоянного тока, поскольку ток естественным образом не проходит через нулевую точку, гашение дуги в основном зависит от таких методов, как удлинение дуги, охлаждение дуги и увеличение напряжения дуги, чтобы напряжение дуги превышало напряжение источника питания, тем самым вызывая падение тока. Материал контактов оказывает прямое влияние на напряжение дуги (напряжение/напряжение дуги), что в основном отражается в следующих аспектах:

1. Работа выхода и энергия ионизации контактных материалов.

Материалы с низкой работой выхода и низкой энергией ионизации с большей вероятностью будут испускать электроны и генерировать пары металла, что способствует поддержанию дуги;

Такие материалы обычно имеют более низкое напряжение дуги, что неблагоприятно для прерывания постоянного тока;

Материалы с высокой работой выхода и высокой энергией ионизации могут усложнить поддержание дуги, вызывая повышение напряжения дуги.

Например:

Медь (Cu): низкая работа выхода, относительно низкое напряжение дуги;

Вольфрам (W), M (Mo): трудно испаряется и ионизируется, высокое напряжение дуги.

2. Давление пара контактного материала

Материалы с высоким давлением пара (такие как серебро и медь) легко испаряются под дугой, образуя большое количество паров металла для поддержания проводимости, что приводит к низкому напряжению дуги;

Материалы с низким давлением пара и высокой температурой плавления (такие как W и WC) выделяют мало пара, что приводит к низкой проводимости столба дуги и высокому напряжению дуги;

Для прерывания постоянного тока полезно соответствующим образом увеличить напряжение дуги, поэтому обычно используются тугоплавкие материалы или композитные контакты.

3. Влияние материала контактов на катодное падение напряжения.

Напряжение дуги постоянного тока можно аппроксимировать как: [ U_arc=U_cathode U_plasma U_anode ], где основную часть составляет падение напряжения на катоде. Падение катодного напряжения варьируется в зависимости от разных материалов; Материалы с высокими температурами плавления и работой выхода имеют большое катодное падение напряжения; Материал контактов напрямую влияет на напряжение дуги, изменяя поведение катодного пятна и падение напряжения на катоде.

4. Материал контакта и энергия дуги, пары металла.

Плавкие материалы образуют большое количество паров металла в дуге, снижая сопротивление столба дуги и напряжение дуги; Огнеупорные материалы уменьшают испарение, что приводит к высокому сопротивлению столба дуги и высокому напряжению дуги;

Однако чрезмерная огнеупорность может привести к неравномерной эрозии контактов и затруднениям в аргонии, поэтому требуется всестороннее рассмотрение.

5. Распространенные контактные материалы и их характеристики.

Характеристики материала Влияние на напряжение дуги

Cu Хорошая проводимость, легко испаряется. Низкое напряжение дуги.

Ag Хорошая проводимость, высокое давление паров, низкое напряжение дуги.

W, Mo Огнеупор, низкое давление пара Более высокое напряжение дуги

CuW, AgW Комплексная проводимость и дуговая стойкость – высокое напряжение дуги

CuCr Обычно используется в вакуумных выключателях. Умеренное напряжение дуги, легко разорвать дугу.

6. Общее влияние на прерывание постоянного тока

Контактный материал влияет:

Падение напряжения на катоде

Концентрация паров металлов

Проводимость столба дуги

Стабильность дуги

В конечном итоге определяя:

Величина дуги

Текущая скорость падения

Надежность прерываний и эрозия контактов

Проще говоря:

Легко испаряющиеся материалы с низкой работой выхода → дугу легко поддерживать, напряжение дуги; тугоплавкие материалы с высокой работой выхода → дугу трудно поддерживать, напряжение дуги высокое, что более благоприятно для прерывания постоянного тока.

Если вам нужно, я могу дополнительно использовать вакуумное прерывание постоянного тока, элегазовое прерывание постоянного тока или специальные типы автоматических выключателей.

Tulip Contact for Vacuum Circuit Breaker