इलेक्ट्रिक आर्क आणि त्याची वैशिष्ट्ये

इलेक्ट्रिक चाप - दोन इलेक्ट्रोड्समधील वायूमधून विजेचा प्रवाह, ज्यापैकी एक इलेक्ट्रॉन (कॅथोड) चा स्त्रोत आहे. इलेक्ट्रोड ही एक वायर आहे जी इलेक्ट्रिकल सर्किटच्या कोणत्याही विभागात समाप्त होते.

कॅथोडमधून मोठ्या प्रमाणात उत्सर्जित होणार्‍या इलेक्ट्रॉन्समुळे इलेक्ट्रोड्समधील वायूचे मजबूत आयनीकरण होते आणि त्यामुळे इलेक्ट्रोड्समध्ये मोठा विद्युतप्रवाह वाहणे शक्य होते.

पारंपारिक गॅस डिस्चार्जच्या विपरीत इलेक्ट्रिक आर्कचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे ते कमी व्होल्टेजवर जळू शकते.

इलेक्ट्रिक आर्क सेंट पीटर्सबर्ग येथील भौतिकशास्त्रज्ञाने शोधला होता व्ही. व्ही. पेट्रोव्ह 1802 मध्ये आणि तंत्रज्ञानातील महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग सापडले.

इलेक्ट्रिक आर्क हा एक प्रकारचा डिस्चार्ज आहे जो उच्च प्रवाह घनता, उच्च तापमान, भारदस्त वायूचा दाब आणि चाप अंतरावर कमी व्होल्टेज ड्रॉप द्वारे दर्शविला जातो. या प्रकरणात, इलेक्ट्रोड (संपर्क) ची गहन हीटिंग होते, ज्यावर तथाकथित तयार होतात. कॅथोडिक आणि अॅनोडिक स्पॉट्स. कॅथोड ग्लो एका लहान चमकदार स्पॉटमध्ये केंद्रित आहे, उलट इलेक्ट्रोडचा तापदायक भाग एनोड स्पॉट बनवतो.

इंद्रधनुष्यामध्ये तीन क्षेत्रे लक्षात घेतली जाऊ शकतात, जी त्यांच्यामध्ये होत असलेल्या प्रक्रियेच्या स्वरूपामध्ये खूप भिन्न आहेत. कमानीच्या ऋण इलेक्ट्रोड (कॅथोड) कडे थेट कॅथोड व्होल्टेज ड्रॉप क्षेत्र आहे. पुढे प्लाझ्मा आर्क बॅरल आहे. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड (एनोड) कडे थेट अॅनोडिक व्होल्टेज ड्रॉप क्षेत्र आहे. हे प्रदेश अंजीर मध्ये योजनाबद्धपणे दर्शविले आहेत. १.

तांदूळ. 1. इलेक्ट्रिक आर्कची रचना

आकृतीमधील कॅथोडिक आणि अॅनोडिक व्होल्टेज ड्रॉप क्षेत्रांचे आकार अतिशयोक्तीपूर्ण आहेत. प्रत्यक्षात, त्यांची लांबी खूपच लहान आहे. उदाहरणार्थ, कॅथोडिक व्होल्टेज ड्रॉपची लांबी इलेक्ट्रॉनच्या मुक्त हालचालीच्या मार्गाच्या क्रमानुसार आहे (1 मायक्रॉनपेक्षा कमी). एनोड व्होल्टेज ड्रॉप प्रदेशाची लांबी सामान्यतः या मूल्यापेक्षा किंचित जास्त असते.

सामान्य परिस्थितीत, हवा एक चांगला विद्युतरोधक आहे. तर, 1 सेमीचे हवेतील अंतर तोडण्यासाठी आवश्यक व्होल्टेज 30 kV आहे. हवेतील अंतर कंडक्टर होण्यासाठी, त्यात चार्ज केलेल्या कणांची (इलेक्ट्रॉन आणि आयन) विशिष्ट एकाग्रता तयार करणे आवश्यक आहे.

विद्युत चाप कसा होतो

विद्युत चाप, जो चार्ज केलेल्या कणांचा प्रवाह आहे, संपर्क विभक्त होण्याच्या सुरुवातीच्या क्षणी, आर्क गॅपच्या गॅसमध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन्स आणि कॅथोडच्या पृष्ठभागावरून उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन्सच्या उपस्थितीमुळे उद्भवते. संपर्कांमधील अंतरावरील मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्राच्या शक्तींच्या कृती अंतर्गत कॅथोडपासून एनोडच्या दिशेने उच्च वेगाने फिरतात.

संपर्क अंतराच्या सुरूवातीस फील्ड ताकद अनेक हजार किलोव्होल्ट प्रति सेंटीमीटरपर्यंत पोहोचू शकते.या क्षेत्राच्या शक्तींच्या कृती अंतर्गत, कॅथोडच्या पृष्ठभागावरून इलेक्ट्रॉन काढले जातात आणि एनोडकडे जातात, त्यातून इलेक्ट्रॉन ठोकतात, जे इलेक्ट्रॉन मेघ बनवतात. अशाप्रकारे निर्माण झालेला इलेक्ट्रॉनचा प्रारंभिक प्रवाह पुढे कंस अंतराचे तीव्र आयनीकरण बनवतो.

आयनीकरण प्रक्रियेसोबत, डीआयनीकरण प्रक्रिया कंसमध्ये समांतर आणि सतत घडतात. डीआयनायझेशनच्या प्रक्रियेत असे असते की जेव्हा दोन वेगवेगळ्या चिन्हांचे आयन किंवा एक सकारात्मक आयन आणि एक इलेक्ट्रॉन एकमेकांकडे येतात तेव्हा ते आकर्षित होतात आणि टक्कर होऊन तटस्थ होतात, याव्यतिरिक्त, चार्ज केलेले कण आत्म्याच्या जळत्या क्षेत्रातून हलतात. - कमी एकाग्रतेसह वातावरणात शुल्काची उच्च एकाग्रता. या सर्व घटकांमुळे कंसचे तापमान कमी होते, ते थंड होते आणि गायब होते.

तांदूळ. 2. इलेक्ट्रिक आर्क

प्रज्वलन नंतर चाप

स्थिर ज्वलन मोडमध्ये, ionization आणि deionization च्या प्रक्रिया समतोल स्थितीत असतात. मुक्त सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्काच्या समान प्रमाणात असलेल्या चाप बॅरलमध्ये उच्च प्रमाणात गॅस आयनीकरण होते.

एक पदार्थ ज्याची आयनीकरणाची डिग्री एकतेच्या जवळ आहे, म्हणजे. ज्यामध्ये तटस्थ अणू आणि रेणू नसतात त्याला प्लाझ्मा म्हणतात.

इलेक्ट्रिक आर्क खालील वैशिष्ट्यांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे:

1. चाप शाफ्ट आणि पर्यावरण यांच्यातील स्पष्टपणे परिभाषित सीमा.

2. चाप बॅरलच्या आत उच्च तापमान, 6000 - 25000K पर्यंत पोहोचते.

3. उच्च प्रवाह घनता आणि चाप ट्यूब (100 — 1000 A / mm2).

4. अॅनोडिक आणि कॅथोडिक व्होल्टेजची लहान मूल्ये कमी होतात आणि व्यावहारिकपणे वर्तमान (10 - 20 V) वर अवलंबून नाहीत.

विद्युत चापचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य

डीसी आर्कचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे विद्युत् प्रवाहावरील आर्क व्होल्टेजचे अवलंबित्व, ज्याला वर्तमान-व्होल्टेज (VAC) वैशिष्ट्य म्हणतात.

चाप एका विशिष्ट व्होल्टेजवर (चित्र 3) संपर्कांच्या दरम्यान उद्भवते, ज्याला इग्निशन व्होल्टेज Uz म्हणतात आणि संपर्कांमधील अंतर, वातावरणाचे तापमान आणि दबाव आणि संपर्क वेगळे करण्याच्या गतीवर अवलंबून असते. चाप extinguishing व्होल्टेज Ug नेहमी कमी ताण U3.

तांदूळ. 3. DC चाप (a) आणि त्याच्या समतुल्य सर्किट (b) चे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य

वक्र 1 हे कंसचे स्थिर वैशिष्ट्य आहे, म्हणजे. हळूहळू प्रवाह बदलून प्राप्त. वैशिष्ट्यात एक घसरण वर्ण आहे. वर्तमान वाढते म्हणून, चाप व्होल्टेज कमी होते. याचा अर्थ चाप अंतराचा प्रतिकार विद्युत् प्रवाह वाढल्याने जलद कमी होतो.

जर एका वेगाने किंवा दुसर्‍या वेगाने कंसमधील विद्युत् प्रवाह I1 वरून शून्यावर कमी केला आणि त्याच वेळी कंस बाजूने व्होल्टेज ड्रॉप निश्चित केले, तर वक्र 2 आणि 3 परिणाम होतील. या वक्रांना गतिमान वैशिष्ट्ये म्हणतात.

करंट जितक्या वेगाने कमी होईल तितकी डायनॅमिक I — V वैशिष्ट्ये कमी होतील. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की विद्युतप्रवाह कमी झाल्यामुळे, बॅरेलचा क्रॉस सेक्शन, तपमान यासारख्या कमानीच्या पॅरामीटर्समध्ये त्वरीत बदल होण्यास वेळ नसतो आणि प्रवाहाच्या कमी मूल्याशी संबंधित मूल्ये प्राप्त होतात. स्थिर स्थिती.

आर्क गॅप व्होल्टेज ड्रॉप:

Ud = Usc + EdId,

जेथे Us = Udo + Ua — इलेक्ट्रोडजवळ व्होल्टेज ड्रॉप, एड — कंसमधील रेखांशाचा व्होल्टेज ग्रेडियंट, ID — कमानीची लांबी.

हे सूत्रावरून पुढे आले आहे की कंसाची लांबी जसजशी वाढत जाईल तसतसे कंसवरील व्होल्टेज ड्रॉप वाढेल आणि I — V वैशिष्ट्य अधिक वर स्थित होईल.

ते इलेक्ट्रिकल स्विचिंग डिव्हाइसेसच्या डिझाइनमध्ये आर्किंगचा सामना करतात. मध्ये इलेक्ट्रिक आर्कचे गुणधर्म वापरले जातात इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंगसाठी स्थापना आणि मध्ये चाप वितळण्याची भट्टी.