火花放電法簡介

工業(yè)用途

火花放電可用于金屬加工，鉆細(xì)孔。火花間隙可用來保護(hù)電器設(shè)備，使之在受雷擊時(shí)不會(huì)被破壞。

本項(xiàng)目依據(jù)防爆現(xiàn)場日益增多的對大容量本安電源的需求，提取其中關(guān)鍵的科學(xué)問題進(jìn)行研究。 本項(xiàng)目將截止型本安開關(guān)電源等效為更加符合實(shí)際情況的截止型EC電路模型。首先，通過大量IEC火花實(shí)驗(yàn)采集實(shí)驗(yàn)波形、圖像及數(shù)據(jù)，結(jié)合物理過程分析截止型EC電路的火花放電機(jī)理；其次，根據(jù)典型實(shí)驗(yàn)波形分析并總結(jié)火花放電規(guī)律，建立其火花放電數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)值分析方法研究影響火花放電能量的因素，得出減小火花能量、提高本安電源容量的方法；最后通過邊界實(shí)驗(yàn)以及模型推導(dǎo)的方法對截止速度與最小點(diǎn)燃電壓的關(guān)系進(jìn)行研究，依據(jù)安全原則選取數(shù)據(jù)，繪制二者之間的關(guān)系曲線。 本項(xiàng)目研究將初步建立截止放電模式下火花放電理論，并為截止型大容量本安電源的設(shè)計(jì)確定提供科學(xué)依據(jù)。

以截止型EC電路模型作為研究對象，研究截止放電模式下的EC電路火花放電機(jī)理，確定火焰穩(wěn)定傳播條件與電氣參數(shù)之間的定量關(guān)系，研究揭示伴隨著火焰的發(fā)生和擴(kuò)展所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象之間的相互關(guān)系，從而揭示截止型本質(zhì)安全電路火花放電機(jī)理。通過對典型波形的分析，以火花能量集中階段為研究對象建立其火花放電的數(shù)學(xué)模型，以數(shù)學(xué)方式描述截止放電模式下安全火花放電規(guī)律。確定火花放電能量與電氣參數(shù)之間的定量關(guān)系，為大容量本安電源的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 通過對以上內(nèi)容的深入研究，本項(xiàng)目取得如下成果：提出截止型輸出短路保護(hù)方式下本質(zhì)安全型開關(guān)變換器火花放電的容性等效電路模型。通過在IEC火花試驗(yàn)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，研究截止型保護(hù)方式下容性電路火花放電的規(guī)律，建立截止型保護(hù)方式下容性電路火花放電數(shù)學(xué)模型。截止放電模式與自然放電模式在火花放電規(guī)律方面有顯著的差異；截止放電模式下減小截止時(shí)間和減小電容值均能提高本質(zhì)安全性能，但在不同取值范圍效果不同。電容電路模型不能滿足對于開關(guān)型本質(zhì)安全電源的研究，為此提出了更精確的電勢電容EC電路模型作為研究對象。通過不斷優(yōu)化改進(jìn)截止電路的性能，依據(jù)實(shí)驗(yàn)波形，發(fā)現(xiàn)截止型EC電路火花放電波形具有直接截取特性；進(jìn)而依據(jù)基于IEC火花試驗(yàn)裝置而獲得的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了火花放電特性的分段研究，建立了火花放電階段截止型EC電路等效火花放電模型電路，推導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。 隨著爆炸性環(huán)境下電氣化、自動(dòng)化的發(fā)展，用于監(jiān)測、保護(hù)、控制、通信的產(chǎn)品種類越來越多，這些電氣產(chǎn)品要求優(yōu)先做成本質(zhì)安全型，但是由于本安電源火花放電能量限制，極大地制約了這些電氣產(chǎn)品的使用。本項(xiàng)目通過對截止型EC電路短路火花放電機(jī)理及規(guī)律等方面的研究，建立了截止放電模式下的火花放電理論，對大容量本安電源的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，對截止型大容量本安電源的發(fā)展起到積極作用。

電弧放電是由于電極間消電離不充分，放電點(diǎn)不分散，多次連續(xù)在同一處放電而形成，它是穩(wěn)定的放電過程，放電時(shí)，爆炸力小，蝕除量低。而火花放電是非穩(wěn)定的放電過程，具有明顯的脈沖特性，放電時(shí)爆炸力大，蝕除量高。

電弧放電的伏安特性曲線為正值（即隨著極間電壓的減小，通過介質(zhì)的電流減?。?，而火花放電的伏安特性曲線為負(fù)值（即隨著極間電壓的減小，通過介質(zhì)的電流卻增加）。

電弧放電通道形狀顯圓錐形，陽極與陰極斑點(diǎn)大小不同，陽極斑點(diǎn)小，而陰極斑點(diǎn)大，因此，其電流密度也不相同，陽極的電流密度約為2800 A/ cm2 ，陰極電流密度為300 A/ cm2。

火花放電通常為鼓形陽極與陰極斑點(diǎn)大小相等。因此兩極上的電流密度相同而且很高，可達(dá)105～106 A/ cm2

電弧放電通道和電極上的溫度約為7000～8000℃，而火花放電通道和電極上的溫度約為10000～12000℃。

電弧放電的擊穿電壓低，而火花放電的擊穿電壓高。

電弧放電中蝕除量較低，而陰極腐蝕比陽極多，而在電火花放電中，大多數(shù)情況下是陽極腐蝕比陰極多，為此，電火花加工時(shí)工件接脈沖電源正極。