Formiranje i svojstva luka. Električni luk i njegova svojstva

Godine 1802. ruski fizičar Vasilij Vladimirovič Petrov (1761-1834) ustanovio je da ako se dva komada drvenog uglja pričvrste na stupove velike električne baterije i, dovodeći ugljeve u kontakt, lagano ih razdvoje, tada između njih nastaje sjajan plamen. krajevi ugljeva i sami krajevi ugljevi se zagrijavaju do bijele boje, emitujući blistavu svjetlost (električni luk). Ovaj fenomen je sedam godina kasnije nezavisno posmatrao engleski hemičar G. Davy, koji je u čast A. Volte predložio da se ovaj luk nazove „voltaičnim“.

Na sl. 159 pokazuje najjednostavniji način dobivanja električnog luka. U regulacionom postolju su pričvršćena dva uglja, za koje je bolje uzeti ne običan drveni ugalj, već posebno izrađene šipke dobivene presovanjem mješavine grafita, čađi i veziva (lučni ugalj). Mreža rasvjete može poslužiti kao izvor struje. Da bi se spriječio kratki spoj u trenutku spajanja ugljeva, reostat treba spojiti serijski sa lukom.

Rice. 159. Instalacija za dobijanje električnog luka: 1 i 2 - ugljenične elektrode

Tipično, rasvjetna mreža se napaja izmjeničnom strujom. Luk, međutim, gori stabilnije ako se kroz njega propušta konstantna struja, tako da je jedna od njegovih elektroda uvijek pozitivna (anoda), a druga negativna (katoda). Fotografija zagrijanih elektroda takvog luka prikazana je na sl. 160. Između elektroda je stub vrućeg gasa, dobar provodnik struje. U običnim lukovima, ovaj stup emituje mnogo manje svjetlosti od vrućeg uglja, pa se stoga ne vidi na fotografiji. Pozitivni ugalj, koji ima višu temperaturu, gori brže od negativnog uglja. Zbog jake sublimacije uglja na njemu se formira udubljenje - pozitivni krater, koji je najtopliji dio elektroda. Temperatura kratera u vazduhu pri atmosferskom pritisku dostiže 4000°C.

Rice. 160. Elektrode za električni luk (fotografija)

98.1. U lučnim svjetiljkama koriste se posebni regulatori - satni mehanizmi koji spajaju oba uglja istom brzinom kojom gori. Međutim, debljina pozitivnog ugla je uvijek veća od negativnog. Zašto to rade?

Luk također može izgorjeti između metalnih elektroda (gvozdenih, bakrenih, itd.). U ovom slučaju, elektrode se tope i brzo isparavaju, što troši mnogo topline. Stoga je temperatura kratera metalne elektrode obično niža od temperature ugljične elektrode (2000-2500°C).

Izazivanjem luka između ugljičnih elektroda u komprimiranom plinu (oko 20 atm) bilo je moguće dovesti temperaturu pozitivnog kratera na 5900°C, odnosno na temperaturu površine Sunca. Istovremeno je uočeno i topljenje uglja. Još viša temperatura ima stup plinova i para kroz koji nastaje električno pražnjenje. Energetsko bombardovanje ovih gasova i para elektronima i jonima, vođeno električnim poljem luka, dovodi temperaturu gasova u stubu na 6000-7000°C. Stoga se u stubu luka tope skoro sve poznate supstance. i pretvaraju se u paru, a omogućene su mnoge hemijske reakcije koje se ne odvijaju na nižim temperaturama. Nije teško, na primjer, rastopiti vatrostalne porculanske štapiće u lučnom plamenu.

Za održavanje lučnog pražnjenja potreban je mali napon: luk dobro gori kada je napon na njegovim elektrodama 40-45 V. Struja u luku je prilično značajna. Tako, na primjer, čak i u malom luku, u eksperimentu prikazanom na sl. 159, postoji struja od oko 5 A, au velikim lukovima koji se koriste u industriji, struja doseže stotine ampera. Ovo pokazuje da je otpor luka mali; prema tome, svjetlosni plinski stup također dobro provodi električnu energiju.

98.2. Za lučnu lampu potrebna je struja od 300 A pri naponu od 60 V. Koliko se toplote oslobodi u takvom luku za 1 minut? Koliki je otpor takvog luka?

Ovako jaka jonizacija gasa moguća je samo zbog činjenice da lučna katoda emituje mnogo elektrona, koji svojim udarima jonizuju gas u prostoru pražnjenja. Jaka elektronska emisija sa katode je obezbeđena činjenicom da se sama lučna katoda zagreva na veoma visoku temperaturu (od 2200 do 3500°C u zavisnosti od materijala). Kada prvi put dovedemo ugalj u kontakt da zapalimo luk, tada se na tački kontakta, koja ima veoma visok otpor, oslobađa skoro sva džulova toplota struje koja prolazi kroz ugalj (§ 59). Zbog toga su krajevi ugljeva vrlo vrući, a to je dovoljno da između njih izbije luk kada se razdvoje. U budućnosti, katoda luka održava se u zagrijanom stanju samom strujom koja prolazi kroz luk. Glavnu ulogu u tome igra bombardiranje katode pozitivnim ionima koji padaju na nju.

Strujno-naponska karakteristika luka, odnosno odnos između jačine struje u luku i napona između njegovih elektroda, potpuno je osebujnog karaktera. Do sada smo se susreli sa dva oblika takve zavisnosti: u metalima i elektrolitima struja raste proporcionalno naponu (Ohmov zakon), kod nesamoodrživog provođenja gasova struja prvo raste sa porastom napona, a tada dostiže zasićenje i ne zavisi od napona. U lučnom pražnjenju, kako se struja povećava, napon na terminalima luka opada. Za luk se kaže da ima opadajuću strujno-naponsku karakteristiku.

Dakle, u slučaju lučnog pražnjenja, povećanje struje dovodi do smanjenja otpora lučnog razmaka i smanjenja napona na njemu. Zato je, da bi luk gorio postojano, potrebno uključiti reostat (sl. 159) ili neki drugi tzv. balastni otpor u nizu s njim.

• Električni luk (naponski luk, lučno pražnjenje) je fizička pojava, jedna od vrsta električnog pražnjenja u plinu.

  Prvi put ga je 1802. opisao ruski naučnik V. Petrov u knjizi „Vijesti o galvansko-voltaičkim eksperimentima pomoću ogromne baterije, koja se ponekad sastoji od 4200 bakrenih i cink krugova“ (Sankt Peterburg, 1803). Električni luk je poseban slučaj četvrtog oblika stanja materije - plazme - i sastoji se od jonizovanog, električno kvazi-neutralnog gasa. Prisutnost slobodnih električnih naboja osigurava vodljivost električnog luka.

  Električni luk između dvije elektrode u zraku pri atmosferskom pritisku nastaje na sljedeći način:

  Kada se napon između dvije elektrode poveća na određeni nivo u zraku, dolazi do električnog kvara između elektroda. Električni probojni napon ovisi o udaljenosti između elektroda i drugim faktorima. Potencijal jonizacije prvog elektrona atoma metala je približno 4,5 - 5 V, a napon luka je dvostruko veći (9 - 10 V). Potrebno je potrošiti energiju na izlazak elektrona iz atoma metala jedne elektrode i na ionizaciju atoma druge elektrode. Proces dovodi do formiranja plazme između elektroda i sagorevanja luka (za poređenje: minimalni napon za stvaranje varničnog pražnjenja malo premašuje izlazni potencijal elektrona - do 6 V).

  Da bi se pokrenuo slom na dostupnom naponu, elektrode se približavaju jedna drugoj. Za vrijeme kvara, između elektroda obično dolazi do iskre, čime se impulsno zatvara električni krug.

  Elektroni u varničkom pražnjenju jonizuju molekule u vazdušnom procepu između elektroda. Uz dovoljnu snagu izvora napona u zračnom rasporu, formira se dovoljna količina plazme za značajan pad probojnog napona ili otpora zračnog raspora. U tom slučaju, iskri se pretvaraju u lučno pražnjenje - plazma kabel između elektroda, koji je plazma tunel. Nastali luk je, u stvari, provodnik i zatvara električni krug između elektroda. Kao rezultat toga, prosječna struja se još više povećava, zagrijavajući luk do 5000-50000 K. U ovom slučaju se smatra da je paljenje luka završeno. Nakon paljenja, stabilno gorenje luka osigurava se termoionskom emisijom iz katode zagrijane strujom i jonskim bombardiranjem.

  Interakcija elektroda sa lučnom plazmom dovodi do njihovog zagrijavanja, djelomičnog topljenja, isparavanja, oksidacije i drugih vrsta korozije.

  Nakon paljenja, luk može ostati stabilan kada su električni kontakti razdvojeni do određene udaljenosti.

  Prilikom rada visokonaponskih električnih instalacija, u kojima je pojava električnog luka neizbježna, borba protiv njega vodi se pomoću elektromagnetnih zavojnica u kombinaciji sa lučnim žlebovima. Između ostalih metoda, poznata je upotreba vakuumskih, zračnih, SF6 i uljnih prekidača, kao i metode za preusmjeravanje struje na opterećenje pod naponom koji samostalno prekida električni krug.

Električni luk (naponski luk, lučno pražnjenje) je fizička pojava, jedna od vrsta električnog pražnjenja u gasu.

Struktura luka

Električni luk se sastoji od katodnog i anodnog područja, stuba luka, prelaznih područja. Debljina anodnog područja je 0,001 mm, katodnog područja je oko 0,0001 mm.

Temperatura u području anode tokom zavarivanja potrošne elektrode je oko 2500 ... 4000 ° C, temperatura u stupu luka je od 7000 do 18 000 ° C, u području katode - 9000 - 12000 ° C.

Stub luka je električno neutralan. U bilo kojem njegovom dijelu nalazi se isti broj nabijenih čestica suprotnih predznaka. Pad napona u stubu luka proporcionalan je njegovoj dužini.

Lukovi za zavarivanje se klasifikuju prema:

• Elektrodni materijali - sa potrošnom i nepotrošnom elektrodom;
• Stupanj kompresije stupa - slobodni i komprimirani luk;
• Prema korištenoj struji - luk jednosmjerne struje i luk naizmjenične struje;
• Prema polaritetu jednosmerne električne struje - direktni polaritet ("-" na elektrodi, "+" - na proizvodu) i obrnuti polaritet;
• Pri korištenju naizmjenične struje - jednofazni i trofazni lukovi.

Samoregulacija luka kod električnog zavarivanja

Kada dođe do eksterne kompenzacije - promjene mrežnog napona, brzine povlačenja žice, itd. - dolazi do kršenja uspostavljene ravnoteže između brzine dodavanja i brzine topljenja. S povećanjem duljine luka u krugu, struja zavarivanja i stopa taljenja elektrodne žice se smanjuju, a brzina dodavanja, ostajući konstantna, postaje veća od brzine topljenja, što dovodi do obnavljanja duljine luka. Sa smanjenjem dužine luka, stopa taljenja žice postaje veća od brzine pomaka, što dovodi do obnavljanja normalne dužine luka.

Na efikasnost procesa samoregulacije luka značajno utiče oblik strujno-naponske karakteristike izvora napajanja. Velika brzina oscilacije dužine luka se automatski razrađuje sa krutom strujno-naponskom karakteristikom kola.

Borba električnog luka

Kod brojnih uređaja fenomen električnog luka je štetan. To su prvenstveno kontaktni sklopni uređaji koji se koriste u napajanju i elektropogonu: visokonaponski prekidači, automatske sklopke, kontaktori, sekcijski izolatori na kontaktnoj mreži elektrificiranih željeznica i gradskog elektroprevoza. Kada se gore navedeni uređaji otkače opterećenja, između prekidačkih kontakata nastaje luk.

Mehanizam nastanka luka u ovom slučaju je sljedeći:

• Smanjenje kontaktnog pritiska - smanjuje se broj kontaktnih točaka, povećava se otpor u kontaktnom čvoru;
• Početak divergencije kontakata - formiranje "mostova" od rastopljenog metala kontakata (na mjestima posljednjih kontaktnih tačaka);
• Puknuće i isparavanje "mostova" od rastopljenog metala;
• Formiranje električnog luka u metalnoj pari (što doprinosi većoj ionizaciji kontaktnog razmaka i poteškoćama u gašenju luka);
• Stabilan luk sa brzim izgaranjem kontakata.

Za minimalno oštećenje kontakata potrebno je u minimalnom vremenu ugasiti luk, trudeći se da se luk ne nađe na jednom mjestu (kada se luk pomjeri, toplina koja se u njemu oslobađa ravnomjerno će se rasporediti po tijelu kontakta ).

Da bi se ispunili gore navedeni zahtjevi, koriste se sljedeće metode suzbijanja luka:

• lučno hlađenje protokom rashladnog medija - tekućine (prekidač ulja); gas - (prekidač za vazduh, autogas-prekidač, prekidač za ulje, SF6 prekidač), a protok rashladnog medija može proći i duž osovine luka (uzdužno prigušivanje) i poprečno (poprečno prigušivanje); ponekad se koristi uzdužno-poprečno prigušivanje;
• korištenje kapaciteta vakuuma za gašenje luka - poznato je da kada se pritisak plinova koji okružuju uključene kontakte smanji na određenu vrijednost, vakuumski prekidač dovodi do efektivnog gašenja luka (zbog odsustva nosača za stvaranje luka) .
• upotreba kontaktnog materijala otpornijeg na luk;
• upotreba kontaktnog materijala sa većim potencijalom jonizacije;
• primjena lučnih mreža (automatski prekidač, elektromagnetni prekidač). Princip primjene supresije luka na rešetkama zasniva se na primjeni efekta pada napona u luku blizu katode (veći dio pada napona u luku je pad napona na katodi; lučni otvor je zapravo niz serijski kontakti za luk koji je tamo stigao).
• upotreba

Električni luk za zavarivanje- ovo je dugotrajno električno pražnjenje u plazmi, koja je mješavina joniziranih plinova i para komponenti zaštitne atmosfere, punila i osnovnog metala.

Luk je dobio ime po karakterističnom obliku koji poprima kada gori između dvije horizontalno postavljene elektrode; zagrijani plinovi imaju tendenciju podizanja i ovo električno pražnjenje je savijeno, poprimajući oblik luka ili luka.

Sa praktične tačke gledišta, luk se može posmatrati kao gasni provodnik koji pretvara električnu energiju u toplotnu energiju. Pruža visok intenzitet grijanja i lako se kontrolira električnim parametrima.

Zajednička karakteristika gasova je da u normalnim uslovima nisu provodnici električne struje. Međutim, pod povoljnim uslovima (visoka temperatura i prisustvo spoljašnjeg električnog polja velike jačine), gasovi mogu da jonizuju, tj. njihovi atomi ili molekuli mogu osloboditi ili, za elektronegativne elemente, naprotiv, uhvatiti elektrone, pretvarajući se u pozitivne ili negativne ione, respektivno. Zbog ovih promjena, plinovi prelaze u četvrto stanje tvari koje se zove plazma, a koje je električno provodljivo.

Pobuđivanje zavarenog luka odvija se u nekoliko faza. Na primjer, pri zavarivanju MIG / MAG, kada kraj elektrode i radni komad dođu u kontakt, dolazi do kontakta između mikro izbočina njihovih površina. Velika gustina struje doprinosi brzom topljenju ovih izbočina i stvaranju sloja tekućeg metala koji se stalno povećava prema elektrodi i na kraju se lomi.

U trenutku pucanja skakača dolazi do brzog isparavanja metala, a praznina se popunjava ionima i elektronima koji nastaju u ovom slučaju. Zbog činjenice da se na elektrodu i radni predmet primjenjuje napon, elektroni i ioni počinju da se kreću: elektroni i negativno nabijeni ioni prema anodi, a pozitivno nabijeni ioni ka katodi, te se tako pobuđuje luk zavarivanja. Nakon što se luk pobuđuje, koncentracija slobodnih elektrona i pozitivnih iona u lučnom procjepu nastavlja rasti, jer se elektroni sudaraju s atomima i molekulama na svom putu i iz njih „izbijaju“ još više elektrona (u ovom slučaju atoma koji su izgubili jedan ili više elektrona koji postaju pozitivno nabijeni joni). Dolazi do intenzivne jonizacije gasa lučnog procepa i luk dobija karakter stabilnog lučnog pražnjenja.

Nekoliko delića sekunde nakon pokretanja luka, na osnovnom metalu počinje da se formira zavareni bazen, a na kraju elektrode počinje da se formira kap metala. I nakon otprilike 50 - 100 milisekundi, uspostavlja se stabilan prijenos metala s kraja žice elektrode u zavareni bazen. Može se izvesti ili kapljicama koje slobodno lete preko lučnog otvora ili kapljicama koje prvo stvaraju kratki spoj, a zatim teku u zavareni bazen.

Električna svojstva luka određuju se procesima koji se odvijaju u njegove tri karakteristične zone - stubu, kao iu oblastima luka blizu elektroda (katoda i anoda), koje se nalaze između stuba luka s jedne strane i elektroda i proizvod s druge strane.

Za održavanje lučne plazme tijekom zavarivanja potrošnim elektrodama dovoljno je osigurati struju od 10 do 1000 ampera i primijeniti električni napon od oko 15-40 volti između elektrode i obratka. U tom slučaju pad napona na samom stupu luka neće prijeći nekoliko volti. Ostatak napona pada na katodnom i anodnom dijelu luka. Dužina stuba luka u prosjeku doseže 10 mm, što odgovara približno 99% dužine luka. Dakle, jačina električnog polja u stubu luka je u rasponu od 0,1 do 1,0 V/mm. Katodni i anodni region, naprotiv, karakteriše veoma kratak opseg (oko 0,0001 mm za katodnu oblast, što odgovara srednjem slobodnom putu jona, i 0,001 mm za anodno područje, što odgovara srednjoj slobodni put elektrona). Shodno tome, ovi regioni imaju veoma visoku jačinu električnog polja (do 104 V/mm za katodnu oblast i do 103 V/mm za anodnu oblast).

Eksperimentalno je utvrđeno da u slučaju zavarivanja potrošnim elektrodama pad napona u području katode veći od pada napona u anodnom području: 12–20 V i 2–8 V, respektivno. S obzirom da oslobađanje topline na objektima električnog kola ovisi o struji i naponu, postaje jasno da se pri zavarivanju potrošnom elektrodom više topline oslobađa u području gdje veći pad napona, tj. u katodi. Stoga se kod zavarivanja potrošnom elektrodom koristi obrnuti polaritet priključka struje zavarivanja, kada proizvod služi kao katoda za osiguravanje dubokog prodiranja osnovnog metala (u ovom slučaju, pozitivni pol izvora napajanja je spojen na elektroda). Direktan polaritet se ponekad koristi pri izvođenju navarivanja (kada je prodiranje osnovnog metala, naprotiv, poželjno da bude minimalno).

U uslovima TIG zavarivanja (zavarivanje nepotrošnim elektrodama), pad napona na katodi je, naprotiv, mnogo manji od pada napona anode i, shodno tome, pod tim uslovima, na anodi se već stvara više toplote. Stoga se kod zavarivanja nepotrošnom elektrodom, kako bi se osiguralo duboko prodiranje osnovnog metala, radni komad spaja na pozitivni terminal izvora napajanja (i postaje anoda), a elektroda se spaja na negativnu. terminal (na taj način takođe obezbeđuje zaštitu elektrode od pregrevanja).

U ovom slučaju, bez obzira na vrstu elektrode (potrošna ili nepotrošna), toplina se oslobađa uglavnom u aktivnim područjima luka (katoda i anoda), a ne u stupcu luka. Ovo svojstvo luka koristi se za topljenje samo onih područja osnovnog metala na koje je luk usmjeren.

Oni dijelovi elektroda kroz koje prolazi struja luka nazivaju se aktivnim tačkama (na pozitivnoj elektrodi, anodna tačka, a na negativnoj elektrodi katodna tačka). Katodna tačka je izvor slobodnih elektrona, koji doprinose jonizaciji lučnog zazora. Istovremeno, tokovi pozitivnih jona jure ka katodi, koji je bombarduju i prenose joj svoju kinetičku energiju. Temperatura na površini katode u području aktivne tačke tokom zavarivanja potrošne elektrode dostiže 2500 ... 3000 °C.

Tokovi elektrona i negativno nabijenih jona jure do anodne točke, koji joj prenose svoju kinetičku energiju. Temperatura na površini anode u području aktivne tačke tokom zavarivanja potrošne elektrode dostiže 2500 ... 4000°C. Temperatura stuba luka kod zavarivanja potrošnim elektrodama kreće se od 7.000 do 18.000°C (za poređenje: temperatura topljenja čelika je približno 1500°C).

Utjecaj na luk magnetnih polja

Prilikom zavarivanja jednosmjernom strujom često se uočava pojava poput magnetskog. Karakteriziraju ga sljedeće karakteristike:

Stub luka za zavarivanje naglo odstupa od svog normalnog položaja;
- luk gori nestabilno, često puca;
- zvuk plamena luka se mijenja - pojavljuju se iskakanje.

Magnetno puhanje remeti formiranje šava i može doprinijeti pojavi takvih nedostataka u šavu kao što su nedostatak spoja i nedostatak spoja. Razlog za pojavu magnetnog udara je interakcija magnetnog polja zavarenog luka sa drugim obližnjim magnetnim poljima ili feromagnetnim masama.

Stub luka se može smatrati dijelom kruga zavarivanja u obliku fleksibilnog vodiča oko kojeg postoji magnetsko polje.

Kao rezultat interakcije magnetnog polja luka i magnetnog polja koje se javlja u zavarenom dijelu prilikom prolaska struje, zavarivački luk odstupa u smjeru suprotnom mjestu gdje je provodnik spojen.

Utjecaj feromagnetnih masa na otklon luka je zbog činjenice da zbog velike razlike u otporu prolaska linija magnetskog polja polja luka kroz zrak i kroz feromagnetne materijale (željezo i njegove legure), magnetsko polje je više koncentrisano na strani suprotnoj od lokacije mase, pa se stub luka pomera na stranu feromagnetnog tela.

Magnetno polje luka zavarivanja raste sa povećanjem struje zavarivanja. Zbog toga se efekat magnetnog mlazovanja češće manifestuje tokom zavarivanja na povišenim režimima.

Da biste smanjili učinak magnetnog mlazanja na proces zavarivanja, možete:

Izvođenje zavarivanja kratkim lukom;
- naginjanjem elektrode tako da njen kraj bude usmeren ka dejstvu magnetne eksplozije;
- približavanje strujnog odvoda luku.

Učinak magnetnog puhanja može se smanjiti i zamjenom jednosmjerne struje zavarivanja naizmjeničnom, pri čemu je magnetsko puhanje znatno manje izraženo. Međutim, treba imati na umu da je AC luk manje stabilan, jer se zbog promjene polariteta gasi i ponovo pali 100 puta u sekundi. Da bi izmjenični luk stabilno gorio, potrebno je koristiti stabilizatore luka (lagano jonizujuće elemente), koji se unose, na primjer, u premaz elektrode ili fluks.

PREDAVANJE 5

ELECTRIC ARC

Pojava i fizički procesi u električnom luku. Otvaranje električnog kruga pri značajnim strujama i naponima je praćeno električnim pražnjenjem između divergentnih kontakata. Zračni jaz između kontakata se ionizira i postaje provodljiv, u njemu gori luk. Proces odvajanja se sastoji u deionizaciji zračnog raspora između kontakata, odnosno u prekidu električnog pražnjenja i vraćanju dielektričnih svojstava. U posebnim uslovima: niske struje i naponi, prekid strujnog kola naizmenične struje u trenutku kada struja prođe kroz nulu, može nastati bez električnog pražnjenja. Ovo gašenje se naziva prekid bez varničenja.

Ovisnost pada napona na pražnjenju od struje električnog pražnjenja u plinovima prikazana je na Sl. jedan.

Električni luk je praćen visokom temperaturom. Dakle, luk nije samo električni fenomen, već i termički fenomen. U normalnim uslovima, vazduh je dobar izolator. Za prekid zračnog raspora od 1 cm potreban je napon od 30 kV. Da bi zračni jaz postao provodnik, potrebno je u njemu stvoriti određenu koncentraciju nabijenih čestica: slobodnih elektrona i pozitivnih iona. Proces odvajanja elektrona od neutralne čestice i formiranje slobodnih elektrona i pozitivno nabijenih jona naziva se jonizacija. Jonizacija gasa nastaje pod uticajem visoke temperature i električnog polja. Za lučne procese u električnim aparatima od najvećeg su značaja procesi na elektrodama (termoelektronska i poljska emisija) i procesi u lučnom zazoru (termička i udarna jonizacija).

Termionska emisija naziva se emisija elektrona sa zagrijane površine. Kada se kontakti raziđu, kontaktni otpor kontakta i gustina struje u kontaktnoj površini naglo se povećavaju. Platforma se zagrijava, topi i od rastopljenog metala se formira kontaktna prevlaka. Isthmus puca kako se kontakti dalje razilaze, a metal kontakata isparava. Na negativnoj elektrodi se formira vruća površina (katodna tačka), koja služi kao osnova luka i izvor elektronskog zračenja. Termionska emisija je uzrok nastanka električnog luka kada su kontakti otvoreni. Gustina struje termoelektrane ovisi o temperaturi i materijalu elektrode.

Autoelektronska emisija nazvan fenomenom emisije elektrona sa katode pod uticajem jakog električnog polja. Kada su kontakti otvoreni, na njih se primjenjuje mrežni napon. Kada su kontakti zatvoreni, kako se pokretni kontakt približava fiksnom, jačina električnog polja između kontakata raste. Na kritičnoj udaljenosti između kontakata, jačina polja dostiže 1000 kV/mm. Takva jačina električnog polja dovoljna je da izbaci elektrone iz hladne katode. Struja emisije polja je mala i služi samo kao početak lučnog pražnjenja.

Dakle, pojava lučnog pražnjenja na divergentnim kontaktima objašnjava se prisustvom termoelektronskih i autoelektronskih emisija. Pojava električnog luka kada su kontakti zatvoreni je posljedica autoelektronske emisije.

udarna jonizacija naziva se pojava slobodnih elektrona i pozitivnih jona u sudaru elektrona sa neutralnom česticom. Slobodni elektron razbija neutralnu česticu. Rezultat je novi slobodni elektron i pozitivan ion. Novi elektron, zauzvrat, ionizira sljedeću česticu. Da bi elektron mogao ionizirati česticu plina, mora se kretati određenom brzinom. Brzina elektrona zavisi od razlike potencijala na srednjem slobodnom putu. Stoga se obično ne navodi brzina elektrona, već minimalna razlika potencijala duž dužine slobodnog puta, tako da elektron dobije potrebnu brzinu. Ova razlika potencijala naziva se jonizacioni potencijal. Potencijal jonizacije gasne mešavine određen je najnižim potencijalom jonizacije komponenti uključenih u gasnu mešavinu i malo zavisi od koncentracije komponenti. Potencijal jonizacije za gasove je 13 ÷ 16V (azot, kiseonik, vodonik), za pare metala je otprilike dva puta manji: 7,7V za pare bakra.

Termička ionizacija nastaje pod uticajem visoke temperature. Temperatura lučnog vratila doseže 4000÷7000 K, a ponekad i 15000 K. Na ovoj temperaturi broj i brzina pokretnih čestica plina naglo se povećavaju. Nakon sudara, atomi i molekuli se uništavaju, formirajući nabijene čestice. Glavna karakteristika termalne jonizacije je stepen jonizacije, koji je odnos broja jonizovanih atoma i ukupnog broja atoma u lučnom procepu. Održavanje nastalog lučnog pražnjenja dovoljnim brojem slobodnih punjenja je obezbeđeno termičkom jonizacijom.

Istovremeno sa procesima jonizacije u luku, javljaju se i obrnuti procesi deionizacija– ponovno spajanje nabijenih čestica i formiranje neutralnih molekula. Kada se pojavi luk, preovlađuju procesi jonizacije, u stalnom plamenu, procesi ionizacije i deionizacije su podjednako intenzivni, uz prevlast procesa deionizacije, luk se gasi.

Deionizacija nastaje uglavnom zbog rekombinacije i difuzije. rekombinacija je proces kojim različito nabijene čestice, dolazeći u kontakt, formiraju neutralne čestice. Difuzija naelektrisanih čestica je proces iznošenja naelektrisanih čestica iz lučnog procepa u okolni prostor, čime se smanjuje vodljivost luka. Difuzija je posljedica i električnih i termičkih faktora. Gustoća naboja u osovini luka raste od periferije prema centru. S obzirom na to, stvara se električno polje koje tjera ione da se kreću od centra prema periferiji i napuste područje luka. Temperaturna razlika između lučnog okna i okolnog prostora također djeluje u istom smjeru. U stabiliziranom luku koji slobodno gori, difuzija igra beznačajnu ulogu. U luku koji se puše komprimiranim zrakom, kao iu otvorenom luku koji se brzo kreće, deionizacija zbog difuzije može biti bliska rekombinaciji. U luku koji gori u uskom prorezu ili zatvorenoj komori dolazi do deionizacije zbog rekombinacije.

PAD NAPONA U ELEKTRIČNOM LUKU

Pad napona duž stacionarnog luka je neravnomjerno raspoređen. Obrazac pada napona U d i uzdužni gradijent napona (pad napona po jedinici dužine luka) E d duž luka je prikazano na sl. 2.

AT anoda području, stvara se negativni prostorni naboj, što uzrokuje potencijalnu razliku U a. Elektroni koji idu prema anodi se ubrzavaju i izbacuju sekundarne elektrone iz anode koji postoje u blizini anode.

Ukupna vrijednost pada napona na anodi i katodi naziva se pad napona blizu elektrode:
i iznosi 20-30V.

U ostatku luka, zvanom stub luka, pad napona U d direktno proporcionalno dužini luka:

,

gdje E ST je uzdužni gradijent naprezanja u osovini luka, l ST je dužina osovine luka.

Gradijent je ovdje konstantan duž stabljike. Zavisi od mnogih faktora i može uvelike varirati, dostižući 100÷200 V/cm.

Dakle, pad napona u lučnom razmaku:

DC STABILNOST ELEKTRIČNOG LUKA

Za gašenje električnog luka jednosmjerne struje potrebno je stvoriti uvjete pod kojima bi procesi deionizacije u lučnom zazoru nadmašili procese ionizacije pri svim vrijednostima struje.