火花放電法

工業(yè)用途

火花放電可用于金屬加工，鉆細孔?；鸹ㄩg隙可用來保護電器設(shè)備，使之在受雷擊時不會被破壞。

本項目依據(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)鍵的科學問題進行研究。 本項目將截止型本安開關(guān)電源等效為更加符合實際情況的截止型EC電路模型。首先，通過大量IEC火花實驗采集實驗波形、圖像及數(shù)據(jù)，結(jié)合物理過程分析截止型EC電路的火花放電機理；其次，根據(jù)典型實驗波形分析并總結(jié)火花放電規(guī)律，建立其火花放電數(shù)學模型，運用數(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；最后通過邊界實驗以及模型推導的方法對截止速度與最小點燃電壓的關(guān)系進行研究，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)計確定提供科學依據(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)學模型，以數(shù)學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)計提供理論依據(jù)。 通過對以上內(nèi)容的深入研究，本項目取得如下成果：提出截止型輸出短路保護方式下本質(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火花試驗裝置上進行試驗，研究截止型保護方式下容性電路火花放電的規(guī)律，建立截止型保護方式下容性電路火花放電數(shù)學模型。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)化改進截止電路的性能，依據(jù)實驗波形，發(fā)現(xiàn)截止型EC電路火花放電波形具有直接截取特性；進而依據(jù)基于IEC火花試驗裝置而獲得的大量實驗數(shù)據(jù)，進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，推導出相應(yīng)的數(shù)學模型。 隨著爆炸性環(huán)境下電氣化、自動化的發(fā)展，用于監(jiān)測、保護、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。本項目通過對截止型EC電路短路火花放電機理及規(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)計提供科學依據(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，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)的電流減小），而火花放電的伏安特性曲線為負值（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，陽極與陰極斑點大小不同，陽極斑點小，而陰極斑點大，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大小相等。因此兩極上的電流密度相同而且很高，可達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，電火花加工時工件接脈沖電源正極。