Многочисленные эксперименты, подобные описанным выше, позволили определить границы между различными модами (формами) существования СВД. На этом этапе были исследованы дуги, питаемые полуволной тока с переменным межэлектродным промежутком. Основные экспериментальные методики – электрические измерения, скоростная фотосъёмка и анализ эрозионных поражений после погасания дуги. Выяснение природы различия между модами и причин перехода из одной моды в другую потребовало расширения арсенала методик эксперимента. Однако использование всего арсенала современных экспериментальных методик в течение десятков лет не смогло обеспечить успеха. Внутренне непротиворечивая картина процессов стала формироваться только в последнее десятилетие. Можно указать две основные причины того, почему долго не удавалось добиться успеха.
Во-первых, сильноточная вакуумная дуга в коммутационных аппаратах, действительно, чрезвычайно сложный объект. Развитие дуги после поджига происходит в меняющемся межэлектродном промежутке и при меняющемся токе. Очень трудно распутать этот клубок, в котором переплетены зависимости параметров дуги от времени, тока и длины. Догматический подход, требовавший изучать именно тот объект, который существует в реальной ВДК, тормозил исследования. Для успеха исследований требовалось, как всегда, вначале расчленить задачу, разобраться в различных функциональных зависимостях по отдельности, а потом уже сложить полученные знания и разработать модель реального процесса. Поэтому не удивительно, что весьма продуктивными оказались работы, в которых изучалась дуга фиксированной (но варьируемой) длины, поджигаемая дополнительным электродом и питаемая прямоугольным импульсом тока варьируемой амплитуды. Во-вторых, получилось так, что, начиная с конца 70-ых годов, среди исследователей доминировали стационарные (квазистационарные) подходы и, соответственно, рассматривались стационарные модели вакуумной дуги. Эти модели строились на аналогиях с хорошо изученными к тому времени газовыми дугами при пониженном давлении . Такие дуги в достаточно широком диапазоне изменения внешних параметров горят устойчиво и хорошо описываются стационарными моделями. В газовых дугах, как правило, можно выделить неравновесные приэлектродные области и, так называемый, положительный столб дуги, состояние плазмы и процессы в котором определяются только родом плазмообразующего вещества и током и не зависят от процессов в приэлектродных областях. Попытка провести аналогию между процессами в межэлектродном промежутке сильноточной вакуумной дуги и процессами в таком однородном стационарном столбе заводила заведомо в тупик. Значительно более продуктивным оказывается подход, основанный на ясном понимании того, что сильноточная вакуумная дуга – сугубо динамический объект, в котором доминирующую роль играют приэлектродные процессы.
Сильноточная вакуумная дуга.
Свободногорящая дуга. Развитие дуги. Межэлектродный промежуток фиксирован, поджиг вспомогательным электродом, питание прямоугольным импульсом тока.
Кадр скоростной фотосъёмки дуги на медных контактах. D = 75 мм, h = 25 мм, I = 4.3 кА, t = 1,5 мс после поджига, диаметр кольца КП 50 мм. Катод внизу. Камера наклонена на угол 120 к плоскости катода.
После поджига дуги в центре катода образуется кольцевая структура КП, диаметр который растёт со временем и достигает края электрода. На электродах из чистых металлов (например, меди) КП располагаются практически только на кольце, внутри кольца возникают и отмирают лишь отдельные пятна. На электродах из композиционных материалов значительная часть КП существует внутри кольца. В случае чистых металлов, когда КП расположены только на кольце, экспериментально доказано, что расширение кольца есть ни что иное, как ретроградное движение КП в магнитном поле, создаваемом током, протекающим через все остальные пятна, и подчиняется тем же закономерностям, что и движение одиночного КП в слаботочной дуге под действием внешнего тангенциального магнитного поля.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.