Зависимость пробивного напряжения от давления

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Зависимость пробивного напряжения от давления

Cтраница 2

Р�зучение зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ давления газа представляет значительный интерес СЃ точки зрения использования газовой изоляции РІ условиях, РєРѕРіРґР° ее электрическая прочность может достигать значений прочности жидких РЅ твердых диэлектриков. Применение РІРѕР·РґСѓС…Р° РїСЂРё повышенных давлениях ограничивается вследствие того, что РїСЂРё его ионизации образуются РѕР·РѕРЅ, РѕРєРёСЃСЊ Рё закись азота, вызывающие РєРѕСЂСЂРѕР·РёСЋ металлических деталей Рё окисление органической изоляции. Вместо РІРѕР·РґСѓС…Р° применяют азот – инертный газ, имеющий практически такую же электрическую прочность, как Рё РІРѕР·РґСѓС….  [17]

Р� появляется зависимость РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ температуры, так как СЃ ростом обратного тока увеличивается разогрев РґРёРѕРґР° Рё может произойти тепловой РїСЂРѕР±РѕР№ перехода.  [18]

Такой характер зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ температуры определяется РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј кремний-органическим составом, так как толщина стеклоэмале-РІРѕРіРѕ покрытия мала.  [20]

Многочисленные исследования зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения сплавных СЂ-Рї переходов РѕС‚ удельного сопротивления германия показали, что обычно экспериментальное значение РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения оказывается ниже расчетного. РћРґРЅРѕР№ РёР· возможностей устранения поверхностного РїСЂРѕР±РѕСЏ сплавных переходов является защита РёС… диффузионным слоем повышенного сопротивления того же типа проводимости, что Рё сопротивление РёСЃС…РѕРґРЅРѕРіРѕ германия. Р�Р· экспериментального исследования сплавных переходов найдено сопротивление поверхностного слоя ps, смещающее РїСЂРѕР±РѕР№ РІ объем сплавных переходов.  [21]

Для некондиционированных электродов зависимость РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ СЂРѕРґР° РёС… материала практически отсутствует.  [23]

Строго РіРѕРІРѕСЂСЏ, зависимость РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ длительности воздействия электрического поля существует Рё РїСЂРё тепловом, Рё РїСЂРё электрическом РїСЂРѕР±РѕРµ. Это положение вытекает как РёР· существующих теорий, так Рё РёР· опытного материала. Р’ областях Рђ Рё Р’, РіРґРµ разрядное время лежит РІ пределах РѕС‚ долей микросекунд РґРѕ немногих долей секунд, РїСЂРѕР±РѕР№ может быть только электрическим, так как никакие РґСЂСѓРіРёРµ процессы РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ развиваться Р·Р° столь короткое время.  [24]

Это РІРёРґРЅРѕ РёР· зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РІРѕР·РґСѓС…Р° между шарами РїСЂРё промышленной частоте Рё импульсах ( кривая 1 РЅР° фиг.  [25]

Большой интерес представляют зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения электрических кабелей РѕС‚ времени приложенного напряжения.  [27]

РќР° СЂРёСЃ. 25 приведены зависимости РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения 50 РіС† для элегаза Рё РІРѕР·РґСѓС…Р° РѕС‚ расстояния между цилиндрическими соосными электродами, находящимися РІ фарфоровой камере.  [28]

РќР° СЂРёСЃ. 9.9 приведена зависимость РїСЂРѕР±РёРІРЅРѕРіРѕ напряжения РѕС‚ толщины диэлектрика для аппаратной изоляции трансформаторов тока восьмерочного ( звеньевого) типа, электродами которого являются РґРІР° тороида.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: https://www.ngpedia.ru/id21203p2.html

Электрический пробой

Зависимость пробивного напряжения от давления

В воздухе при атмосферном давлении необходимо напряжение в 30 тыс. в, чтобы пробить зазор в 1 см между шарами с радиусом также в 1 см. Раздвинем шары. Придется приложить более высокое напряжение, чтобы пробить воздушный промежуток.

Невольно напрашивается аналогия из механики. В стальной баллон накачивается воздух. Он давит на стенки. При очень высоком давлении они в конце концов могут разорваться. Чем толще стенки, тем более высокое давление выдерживает баллон. При электрическом пробое кажется естественным, что больший слой воздуха выдерживает большее напряжение.

Вместо того чтобы увеличивать расстояние между электродами, можно увеличить плотность окружающего их воздуха, поместить электроды в сжатый газ. Это также увеличит пробивное напряжение.

В двигателях внутреннего сгорания смесь поджигается электрической искрой. В цилиндр двигателя ввинчивается «свеча» с двумя никелевыми электродами на расстоянии около миллиметра один от другого. При атмосферном давлении этот зазор между электродами пробивается при 3—5 кв. А когда смесь в цилиндре сжата, требуется напряжение, в несколько раз большее.

Иная зависимость пробивного напряжения от давления и зазора в электровакуумных приборах. В тиратронах, например, уменьшают зазор между сеткой и анодом, чтобы увеличить пробивное напряжение. В тиратронах уменьшение расстояния увеличивает электрическую прочность прибора.

Пробой газового промежутка развивается так: в зазоре между электродами всегда имеется некоторое количество свободных электронов. Когда к электродам прикладывается напряжение, то электроны начинают двигаться к положительному электроду.

На своем пути эти электроны могут встречать нейтральные молекулы газа. Расстояние между двумя такими встречами, двумя соударениями называется свободным пробегом электрона. Свободный пробег зависит от плотности газа. При атмосферном давлении свободный пробег — это ничтожные доли миллиметра.

А при высоком разрежении свободный пробег достигает нескольких сантиметров.

Если электрон ударяется о нейтральную молекулу с достаточно большой скоростью, он разбивает ее — вырывает из нее один или даже несколько электронов. Эти электроны совместно с начальными движутся также к положительному электроду.

На пути они могут встретить еще нейтральные молекулы, вырвать из них еще новые электроны. Когда напряжение между электродами достаточно велико, то возникает электронная лавина.

Небольшое начальное количество электронов в результате многочисленных столкновений возрастает, как снежный ком, катящийся с горы.                                     

Возникновение электронной лавины — это и есть пр’обой. Когда плотность газа велика, то электрон на пробеге между двумя соударениями может накопить достаточно энергии, чтобы выбить из молекулы новый электрон лишь при высоком напряжении между электродами. Чем больше плотность газа, тем выше напряжение, при котором может образоваться электронная лавина и произойдет пробой.

Если же плотность газа мала, свободный пробег электронов велик, то большое их число будет пролетать между электродами, вообще не встречая молекул газа и не выбивая новых электронов.

В этом случае чем меньше плотность газа или чем меньше расстояние между электродами, тем большее напряжение необходимо, чтобы вызвать лавину электронов, произвести пробой.

На фиг. 7-22 приведена примерная кривая зависимости пробивного напряжения от произведения плотности газа на зазор между электродами.

Фиг. 7-22. Зависимость пробивного напряжения между ‘двумя электродами от произведения плотности р газа, окружающего электроды, на расстояние d между электродами.

Наименьшее пробивное напряжение получается, когда свободный пробег электрона имеет величину одного порядка с расстоянием между электродами.

Пробивное напряжение возрастает в обоих случаях: и когда свободный пробег электрона значительно меньше расстояния между электродами (область высоких давлений) и когда свободный пробег электрона значительно больше расстояния между электродами (область низких давлений).

Наименьшее напряжение требуется для пробоя, когда расстояние между электродами одного порядка со свободным пробегом электрона. В электрических цепях часто применяются разрядники. Они действуют как предохранительные клапаны. Их назначение быть самым слабым местом в электрической цепи. В разрядниках так подбирают конструктивные размеры, что они соответствуют минимуму кривой пробоя.

При атмосферном давлении, чтобы получить малое пробивное напряжение, надо давать зазор между электродами разрядника несколько микрон. Удобнее поместить электроды разрядника в колбу с пониженным дав лением. Тогда минимальное пробивное напряжение соответствует зазору в несколько миллиметров.

Минимальное пробивное напряжение может быть 100—200 в. Если уменьшить плотность газа, окружающего электроды, величина пробивного напряжения возрастет. В газотронах (фиг.

2-4) расстояние между катодом и анодом такое же, как и в разрядниках, но в разрядниках давление газа в баллоне — несколько миллиметров ртутного столба, а в газотронах давление равно всего лишь нескольким десятитысячным миллиметра ртутного столба.

Пробивное напряжение газотрона около 20 000 в. При еще большем разрежении между электродами пробивное напряжение возрастает до нескольких сотен тысяч вольт.

Плоскогорье вместо вершины

Бывает, что точка максимума выражена неотчетливо.

При индукционном нагреве в плавильной печи (фиг.

7-     9), или для поверхностной закалки (о закалке будет рассказано в последующих разделах) важно получить высокий к. п. д. Переменный ток, циркулирующий в индукторе, создает вокруг его проводников быстропеременный электромагнитный поток.

Этот поток пронизывает помещенное в индуктор изделие, возбуждает в изделии вихревые токи. Отношение мощности, выделяемой в изделии вихревыми -токами, ко всей мощности, подводимой к индуктору,— это и есть интересующий нас электрический к. п. д.

индуктора.

При низкой частоте тока в индукторе изделие, как уже говорилось, прозрачно для магнитного потока. Вихревые токи в изделии слабы, мощность, ими выделяемая, ничтожна по сравнению с потерями в индукторе. С повышением частоты тока в индукторе мощность в изделии растет сначала как квадрат частоты. Быстро растет к. п. д. Но затем рост к. п. д. замедляется.

Вихревой ток в изделии не может быть интенсивнее, нежели породивший его ток индуктора. Коэффициент полезного действия приближается к некоторому предельному значению. Эго предельное значение к. п. д.

η„ зависит от сопротивления материала индуктора рь сопротивления материала нагреваемого изделия рв и от соотношения поверхностей, омываемых быстропеременным магнитным потоком в индукторе St и изделии Sa.

Можно повысить частоту тока в 10 или даже в. 100 раз, но к. п. д. никогда не достигнет значения η0 При еще большем повышении частоты к. п. д.

может начать падать из-за того, что индуктор станет излучать электромагнитную энергию во все стороны, как антенна широковещательной радиостанции, и появятся большие потери в окружающих индуктор предметах.

Но до этого предела обычно никогда не доходят по ряду других причин.

Фиг. 7·23. Коэффициент полезного действия индуктора, нагревающего шар, в зависимости от частоты тока. Размеры шара и индуктора показаны в верхнем леЕсм углу рисунка.

Кривая « — Шар из магнитной стали (у;ельное электросопротивление р ■» 1C·’ ом. см и магнитная пронииаемость μ ■» 100); γ— сталь немагнитная (нагретая вьше 7oSe С); р — ΙΟ-4, μ — 1; С — графит: р — 5·10-5, μ — 1; Си — медь: р—1,7*10·*, μ-1*

На фиг. 7-23 представлен ход кривых к. п. д. для случая нагрева шаров диаметром 50 мм из разных материалов, помещаемых внутрь индуктора в виде цилиндрической спирали с высотой и диаметром, равным 100 мм (кривые построены на основе расчетов, проведенных мною перед войной на заводе «Светлана»).

Как здесь определить наивыгоднейшую частоту? Точки максимума на этих кривых нет. После крутого подъема идет перегиб, а затем почти горизонтальный участок.

Прежде всего надо указать, что нагревательный индуктор — это лишь одно звено установки высокочастотного нагрева.

С индуктором всегда соединена (непосредственно или через трансформатор) конденсаторная батарея. И стоимость этой батареи, и потери в ней зависят от частоты.

При одной и той же передаваемой полезной мощности затраты на батарею конденсаторов для разных частот могут отличаться в несколько раз.

От частоты тока зависит и тип генератора. Если частота тока выше 10 000 гц, то целесообразно применять только генераторы с электронными лампами. Потери энергии в этих лампах могут превышать 20% от преобразуемой мощности.

При более низких частотах можно применять и машинные генераторы, и генераторы с ионными лампами, в которых потери меньше 10%. Может оказаться выгодным несколько пожертвовать к. п. д. индуктора, но зато выиграть на к. п. д.

генератора.

Можно построить кривую полного к. п. д. и полных эксплоатационных расходов нагревательной установки в зависимости от частоты тока. Но и эта кривая большей частью не имеет вида острого пика, а напоминает собой плоскогорье.

Но здесь электрик должен прислушаться к голосу металлурга и машиностроителя. При высокочастотном нагреве металлов энергетика — только служанка технологии. Основное назначение нагревательной установки — это не экономить энергию, а давать продукцию высшего качества.

При поверхностной закалке часто приходится выбирать частоту, значительно более высокую, чем это нужно по соображениям к. п. д. Так бывает при нагреве изделий сложной формы. Только высокочастотный ток может обойти ‘по всем выступам и впадинам изделия.

Иногда же, наоборот, выбирают явно заниженную с точки зрения электрика частоту, для того чтобы получить прогрев сразу в толстом слое и узкую переходную зону между нагретым и сердцевинным металлом.

Поэтому на кривой зависимости к. п. д. нагревательного индуктора от частоты тока надо иметь только какую-то опорную точку. Точку, ниже которой к. п. д. растет быстро, а выше — медленно.

Но это не такая определенная вещь, как точка максимума или минимума, которая определяется математически совершенно однозначно.

Точка перехода от крутого склона к пологой части (колено на кривой) это понятие условное.

В моей книге «Индукционный нагрев металлов» я так определил минимально допустимую частоту тока, или, что одно и то же, максимальную допустимую длину волны:

«При нагреве цилиндра. или шара из немагнитного материала надо, чтобы длина электромагнитной волны в этом цилиндре или шаре была меньше его радиуса. Коэффициент полезного действия сильно ухудшается, если ток имеет более низкую частоту и, следовательно, более длинную волну.

При нагреве шара из магнитного материала колено кривой к. п. д. соответствует волне, которая в магнитную проницаемость ( μ) раз меньше радиуса шара.

Когда нагревается не шаровое и не цилиндрическое изделие, а плоская плита, то желательно, чтобы ширина индуктора была больше длины волны».

Разные авторы неоднократно предлагали иные формулировки дляграницы «достаточного электрического к. п. д.». Одни писали, что волна должна в полтора, два раза быть меньше радиуса нагреваемого цилиндра, а другие, наоборот, считали, что достаточно иметь волну, равную трем четвертям от радиуса.

Мне приходилось слышать споры: «Ваш критерий не точен, а вот формула такого-то дает прекрасные [результаты». Другие, наоборот, хвалили мое определение. Кто же прав? Да никто. Определение «достаточного электрического к. п. д.

»—это не формула и не критерий, это скорее мнемоническое правило. Никакой особой точки на колене не существует. Это правило только указывает «быстро» или «медленно» растет к. п. д. на данном участке кривой. А конкретные значения этого к. п. д.

надо получать полным расчетом.

И в других областях электротехники приходится сталкиваться с кривыми, не имеющими максимума. Кривая намагничения стали идет сначала круто, а затем переходит в пологий участок.

Где здесь точка насыщения? При каком значении индукции происходит перегиб в кривой? И здесь нельзя дать точною однозначного указания, а можно лишь отметить некоторую область магнитных индукций.

Ниже нет насыщения, выше оно есть.

Источник: Электричество работает Г.И.Бабат 1950-600M

Источник: http://nauchebe.net/2015/03/elektricheskij-proboj/

Секреты высоковольтного пробоя

Зависимость пробивного напряжения от давления

Основная задача системы зажигания современного бензинового двигателя – формирование импульсов высокого напряжения, необходимых для воспламенения топливно-воздушной смеси. 

Первоначальное воспламенение смеси происходит от энергии, выделяющейся в шнуре пробоя. В объеме шнура электрическая искра вызывает практически мгновенный термический нагрев молекул смеси, их ионизацию и химическую реакцию между ними.

Если выделившейся при этом энергии достаточно для начала реакции горения смеси в оставшемся объеме камеры сгорания, то воспламенение смеси произойдет, и цилиндр отработает нормально.

В противном случае возможен пропуск воспламенения. Поэтому система зажигания играет одну из ключевых ролей в обеспечении надежного воспламенения топливно-воздушной смеси.

Проверка элементов системы зажигания – обязательная операция при проведении диагностических работ

Проверка элементов системы зажигания включает в себя достаточно обширный перечень действий с применением разнообразных методик. К числу последних относится анализ осциллограммы высоковольтного пробоя и горения искры, полученный с помощью мотортестера.

Вкратце напомним характерные моменты этой осциллограммы.

Время накопления – это время, в течение которого происходит накопление энергии в магнитном поле катушки. Оно определяется блоком управления в соответствии с заложенной в него программой либо коммутатором зажигания. Когда-то давно время накопления зависело от угла замкнутого состояния контактов, но подобные системы уже безнадежно устарели, и рассматриваться нами не будут.

Время горения – это время существования тока между электродами свечи. Зависит от очень многих факторов и составляет 1..2 мс.

В момент размыкания первичной цепи системы зажигания во вторичной катушке генерируется высоковольтный импульс. Значение напряжения, при котором происходит пробой искрового промежутка, называется напряжением пробоя. При анализе осциллограммы это значение необходимо измерить и оценить.

Поговорим о том, каким образом это можно сделать, от чего оно будет зависеть.

Самый важный тезис, который обязательно необходимо озвучить, прежде чем продолжить разговор, заключается в следующем: система зажигания современного двигателя является частью системы управления двигателем, исполнительным механизмом этой системы.

 В чём коренное отличие современной системы от системы с центробежным и вакуумным регуляторами, известной по автомобилям ВАЗ классической компоновки?

Отличие заключается в самом главном.

Если ранее в перечень задач системы зажигания входило формирование времени накопления энергии в катушке и регулировка угла опережения зажигания в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель, то функция современной системы зажигания заключается только в генерации высоковольтных импульсов и распределении их по цилиндрам двигателя. Задача расчёта оптимального УОЗ и времени накопления возложена на электронный блок управления двигателем. Для грамотного анализа осциллограмм необходимо четко представлять, как функционирует система управления двигателем в части управления системой зажигания.

Для правильного понимания методик диагностики нужно знать принцип работы того или иного элемента, видеть причинно-следственные связи, и прежде всего совершенно необходимо иметь представление о том, как происходит пробой искрового промежутка.

Механизм формирования шнура пробоя

Рассмотрим в упрощенном виде механизм формирования шнура пробоя. В общем случае газы и их смеси являются идеальными изоляторами.

Но в результате действия ионизирующего космического излучения в воздухе всегда присутствуют свободные электроны и соответственно, положительно заряженные ионы – остатки молекул.

Поэтому, если газ разместить между двумя электродами и подать на них напряжение, между электродами возникнет электрический ток. Однако величина этого тока очень незначительна вследствие малого количества электронов и ионов.

Рассматриваемый вариант является идеальным. Между плоскими электродами, находящимися на малом расстоянии друг от друга, формируется однородное электрическое поле. Однородным называют поле, напряжённость которого в любой точке остаётся неизменной.

Внутри искрового промежутка электроны движутся к положительно заряженному электроду, получая ускорение вследствие действия на них электрического поля.

  При определенном значении напряжения на электродах приобретенной электроном кинетической энергии становится достаточно для ударной ионизации молекул.

Сказанное поясняет рисунок:

Свободный электрон 1 при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон 2 и  положительный ион. Электроны 1 и 2 при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны 3 и 4 и положительные ионы, и т. д.

Аналогичное явление происходит и при движении положительно заряженных ионов:

Возникает лавинообразное размножение положительных ионов и электронов при соударении положительных ионов с нейтральными молекулами.

Таким образом, процесс идет по нарастающей, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Это явление вполне аналогично снежной лавине в горах, для зарождения которой бывает достаточно ничтожного комка снега. Поэтому и описанный процесс был назван ионной лавиной.

В результате между электродами возникает значительный электрический ток, который создает сильно нагретый и ионизированный канал. Температура в канале достигает 10 000К.

Напряжение, при котором возникает ионная лавина, и есть ранее рассмотренное напряжением пробоя. Оно обозначается Uпр.

После пробоя сопротивление канала стремится к нулю, сила тока достигает десятков ампер, а напряжение падает.

Первоначально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого роста температуры канал пробоя расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образуется ударная волна, воспринимаемая на слух как характерный треск.

С практической точки зрения наиболее важным является значение напряжения пробоя, которое можно измерить и оценить после получения осциллограммы.

Проанализируем факторы, от которых оно зависит:

1. Совершенно очевидно, что на значение напряжения пробоя будет оказывать влияние расстояние между электродами.

Чем больше расстояние, тем ниже напряжённость электрического поля в пространстве между электродами, тем меньшую кинетическую энергию будут приобретать заряженные частицы при движении.

И соответственно, при прочих равных условиях потребуется большее значение прикладываемого напряжения для пробоя искрового промежутка.

2. Чем ниже концентрация молекул газа в искровом промежутке, тем меньшее число молекул находится в единице объема, и тем больший путь свободно пролетают заряженные частицы между двумя последовательными соударениями.

Соответственно, тем большее количество кинетической энергии они запасают в процессе движения, и тем выше вероятность последующей ударной ионизации. Поэтому  напряжение пробоя увеличивается с ростом концентрации молекул газа.

На практике это означает, что напряжение пробоя увеличивается с ростом давления в камере сгорания.

3. Для решения задач диагностики важно знать зависимость напряжения пробоя от наличия в воздухе молекул углеводородов, то есть топлива. В общем случае молекулы топлива являются диэлектриком.

Но они представляют собой длинные углеводородные цепочки, разрушение которых в электрическом поле наступает раньше, чем относительно устойчивых двухатомных молекул атмосферных газов.

Вследствие этого увеличение количества молекул топлива (обогащение смеси) приводит к понижению напряжения пробоя.

4. На величину напряжения пробоя будет оказывать значительное влияние форма электродов свечи. В рассмотренном выше идеальном случае предполагалось, что электроды плоские, и возникающее между ними электрическое поле однородное.

В реальности форма электродов  свечи зажигания отлична от плоскости, что вызывает неоднородную структуру электрического поля.

Можно утверждать, что значение напряжения пробоя будет в значительной мере зависеть от формы электродов и создаваемого ими электрического поля. 

5. Значение напряжения пробоя реальной свечи зажигания будет зависеть от полярности приложенного напряжения. Причина этого явления заключается в следующем. При нагревании металла до достаточно высокой температуры свободные электроны начинают покидать пределы кристаллической решетки металла. Это явление называется термоэлектронной эмиссией.

Образуется электронное облако, обозначенное на рисунке желтым цветом. Вследствие того, что центральный электрод свечи зажигания имеет более высокую температуру, чем боковой, термоэлектронная эмиссия с его поверхности имеет более ярко выраженный характер.

Поэтому подача на боковой электрод  положительного потенциала приведет к пробою искрового промежутка при меньшем напряжении, чем в противоположном случае.

6. Так как рассматриваемый процесс пробоя происходит в камере сгорания реального двигателя, то влияние на напряжение пробоя будут оказывать характер движения газов в камере сгорания, их температура и давление в момент искрообразования, материал и температура электродов свечи,  а также особенности конструкции применяемой системы зажигания.

7. Также интересен в прикладном смысле следующий факт. Положительно заряженные ионы представляют собой ядра молекул и обладают значительной массой. Из курса физики известно, что практически вся масса молекулы заключена в ядре, а масса электрона по сравнению с ядром ничтожна.

Ионы, достигая отрицательного электрода, получают электрон и превращаются в нейтральную молекулу, но при этом они бомбардируют электрод, разрушая его кристаллическую решётку. На практике это выражается в эрозии электрода.

Положительный электрод подвержен меньшему разрушению, ведь его бомбардируют электроны, обладающие малой массой.

Ну и наконец, рассмотрим еще один важный момент, о котором всегда нужно помнить, анализируя осциллограмму высокого напряжения.

Обратимся к рисунку:

На нем изображен график изменения давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала при отсутствии воспламенения.

Предположим, что момент искрообразования соответствует углу опережения зажигания УОЗ 1. Давление в цилиндре при этом составит Р1. Соответственно, в момент УОЗ 2 давление будет равно Р2. Совершенно очевидно, что давление в момент искрообразования, а соответственно и напряжение пробоя, зависит от угла опережения зажигания.

Следствием этой зависимости является тот факт, что при увеличении частоты вращения путем плавного открытия дроссельной заслонки будет наблюдаться снижение значения напряжения пробоя. И вообще, напряжение пробоя зависит от УОЗ на всех режимах работы двигателя.

Теперь нужно вспомнить о том, что электронный блок управления осуществляет контроль частоты вращения на холостом ходу путем изменения УОЗ. Процесс регулировки можно наблюдать сканером  в режиме «поток данных» при работе двигателя с полностью закрытой дроссельной заслонкой.

УОЗ при этом изменяется в достаточно широких пределах, особенно на изношенных или неисправных двигателях. Если же приоткрыть дроссельную заслонку и тем самым вывести блок из режима управления частотой вращения, можно увидеть, что значение УОЗ становится достаточно стабильным.

Именно вследствие работы программного регулятора оборотов на осциллограмме высокого напряжения наблюдаются разные значения напряжения пробоя даже в пределах одного кадра:

На основании изложенных соображений представляется несложным прийти к заключению:

1. Делать какие-либо однозначные выводы из абсолютного значения напряжения пробоя нельзя. Даже на одном и том же двигателе оно будет зависеть от того, какой марки установлены свечи, от формы электродов, от межэлектродного зазора.

Зависит оно и от типа установленной системы зажигания и даже от конструкции камеры сгорания. Например, на холостом ходу разных двигателей можно увидеть напряжение пробоя от 5 до 15 кВ, и любое из этих значений будет являться нормальным.

2. Разброс значений напряжения пробоя на холостом ходу двигателя, оснащенного электронной системой управления, не является дефектом. Это следствие работы алгоритма управления частотой вращения на холостом ходу.

3. Если имеет место система DIS, то напряжение пробоя в парных цилиндрах всегда будет различным. Это следствие того, что в системе DIS полярность приложенного к свечам напряжения противоположна, соответственно различаться будут и значения напряжения пробоя.

4. Имеет смысл сравнительная оценка напряжения пробоя в разных цилиндрах. Мотортестеры чаще всего отображают статистические данные: среднее, максимальное и минимальное значение напряжения пробоя.  При значительном отклонении в одном или нескольких цилиндрах необходим дальнейший поиск.

Об особенностях конструкции современных систем зажигания и их элементов, о методиках диагностики таких систем “врукопашную” и мотортестером подробно рассказано в обучающем курсе “Диагностика систем зажигания”.

Источник: https://pakhomov-school.ru/bagazh-znanij/articles/proboy.html

Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена

Зависимость пробивного напряжения от давления

Ответ:Однородное электрическое поле может быть получено между плоскими электродами с закругленными краями. В таком поле продолжительность подготовки к пробою газа (для промежутка 1 см) составляет 0,001…0,01 мкс при достижении напряжения строго определенной величины, зависящей от температуры и давления газа.

При этом между электродами возникает искра, которая потом переходит в дугу, если источник напряжения имеет достаточную мощность. Влияние внешних факторов на пробой газов рассмотрим на примере воздуха.

В нормальных условиях, то есть при давлении 0,1 МПа и температуре 20 0С, электрическая прочность воздуха при расстоянии между электродами в 1 см составляет 3,2 МВ/м.

При малом расстоянии между электродами электрическая прочность воздуха значительно возрастает, что поясняется сложностью формирования разряда на расстоянии, которое сопоставимо с длиной свободного пробега заряженных частиц или даже меньших ее (рис.2.27).

Влияние давления газа на пробивное напряжение,удобно оценивать с помощью кривой Пашена, которая представляет собой зависимость пробивного напряжения от произведения давления газа на расстояние между электродами Р×d (рис 2.

28) Следует отметить наличие минимума, отвечающего определенному для данного газа значению произведения Р×d. Минимальные значения пробивных напряжений для разных газов составляют 280…420 В, а для воздуха около 300 В.

При возрастании давления и, как следствие, повышении плотности газа расстояние между отдельными молекулами уменьшается. Вследствие этого сокращается длина свободного пробега электронов и электрическая прочность газа увеличивается.

Но значительное уменьшение давления газа приводит к уменьшению численности молекул в единице объема газа до столь малого количества, при котором возможность столкновения электронов с молекулами значительно уменьшается. В таком случае электрическая прочность газа также возрастает.

При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением “вырывания” электронов из поверхности электрода (холодная эмиссия). Большую электрическую прочность вакуума используют в технике, например, при конструировании высокочастотных вакуумных конденсаторов, которые предназначенные для повышенных напряжений. Пробивное напряжение газа в однородном электрическом поле, изменяется в зависимости от частоты, в особенности в области радиочастоты (рис 2.29).

При небольших частотах амплитудное значение пробивного напряжения совпадает со значением пробивного напряжения при постоянном токе, поскольку полупериод изменения внешнего поля значительно больше, чем время формирования электронных лавин.

На участке высоких частот продолжительность полупериода изменения поля становится меньше времени формирования электронных лавин, поэтому развитие последних затруднено.

Таким образом пробивное напряжение возрастает и может достичь значений в 1,5 раза больших чем при постоянном поле.

На участке средних частот наблюдается небольшое снижение пробивных напряжений, которое достигает минимума при частоте ~ 5 Мгц. Снижение пробивного напряжения в этом случае поясняется искривлением поля, обусловленным образованием объемных зарядов в газе, вследствие различной подвижности ионов и электронов.

Процессы, протекающие при этом, отображены на диаграмме рис. 2.30. Ионизация газа происходит лишь в те промежутки времени, когда мгновенное значение напряжения превышает порог ионизации +UІ или -UІ (интервалы t1-t2 и t3-t4).

При снижении напряжения до уровня ниже порогового ионизация прекращается и начинается рекомбинация созданного объемного заряда в межэлектродном промежутке. Скорость рекомбинации определяется скоростью дрейфа ионов в направлении катода.

На высоких частотах время полупериода изменения поля настолько мало, что ионы не успевают нейтрализоваться на катоде. Накопление объемного положительного заряда усиливает градиенты потенциала, что облегчает дальнейшую ионизацию и снижает пробивное напряжение. Электрическая прочность в значительной степени зависит от химического состава газа.

Скорость и, соответственно, энергия электронов, которую они приобретают при перемещении в электрическом поле, определяются в основном характером столкновения электронов с молекулами данного газа.

Когда электроны в газе при столкновении с молекулами имеют относительно большое количество неупругих столкновений, что характерно для сложных молекул, тогда для того чтобы они достигли энергии необходимой для ионизации, нужны большие напряженности электрического поля и электрическая прочность такого газа выше, поэтому часто газам с малым потенциалом ионизации соответствует большая электрическая прочность. Так, одноатомные инертные газы (гелий, неон), в которых указанные потери малы, имеют высокий ионизационный потенциал и низкую электрическую прочность, и наоборот, тяжелые газы с высокой молекулярной массой характеризуются повышенной электрической прочностью. К их числу, в частности, относят элегаз (гексафторид серы), фреон, у которых электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха.

Пашена Закон – устанавливает, что наименьшее напряжение зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами есть величина постоянная (характерная для данного газа) при одинаковых значениях произведения pd, где p – давление, d – расстояние между электродами. Сформулирован физиком Ф. Пашеном в 1889 г.

Пашена Закон – частный случай закона подобия газовых разрядов: явления в разряде протекают одинаково, если при увеличинии или уменьшении давления газа во столько же раз уменьшить или, соответственно, увеличить размеры разрядного промежутка, сохраняя его форму геометрически подобной исходной.

Пашена Закон – справедлив с тем большей точностью, чем меньше p и d.

Предыдущая45678910111213141516171819Следующая

Дата добавления: 2016-04-23; просмотров: 3203; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/8-338.html

Пробой газообразных диэлектриков

Зависимость пробивного напряжения от давления

В газах наблюдается только электрический пробой.

В газообразных диэлектриках есть некоторое количество свободных ионов и электронов, которые под действием электрического поля начинают перемещаться к аноду.

Важная роль при пробое, особенно в начальной стадии, принадлежит электронам как частицам, имеющим намного большую подвижность, чем ионы.

Электрон при соударении с молекулой передает ей часть своей энергии, после этого возможны два варианта событий, которые упрощенно можно описать так :

1.     молекула ионизируется, испуская электрон, таким образом, двигаются (разгоняясь в поле) два электрона, которые могут ионизировать две другие молекулы  и теперь уже движутся четыре свободных электрона, которые могут ионизировать следующие четыре молекулы — в результате наблюдается  ударная ионизация приводящая к возникновению  электронной лавины;

2.     молекула переходит в возбужденное состояние и отдает избыточную энергию в форме излучения — фотона, который может ионизировать другую молекулу, таким образом, происходит фотонная ионизация приводящая к возникновению канала с повышенной проводимостью (стримера).

Фотоны, двигаясь со скоростью света (3•108 м/с), опережают электронные лавины и  «столкнувшись» с нейтральными молекулами, ионизируют их, давая начало новым электронным («дочерним») лавинам.

Основная и дочерние лавины, двигаясь к аноду, растут, догоняют друг друга, сливаются и образуют электроотрицательный стример — цепочку электронных лавин, слившихся в единое целое. Также  образуется поток из положительных ионов, который двигается в обратном направлении, образуя электроположительный стример.

Подходя к катоду, положительные ионы, ударяясь о его поверхность, образуют светящееся катодное пятно, излучающее «вторичные» электроны. Положительный стример, заполняясь вторичными электронами и электронами, образующимися в результате электронной ударной ионизации и фотоионизации, превращается в сквозной канал газоразрядной плазмы.

Электропроводность этого канала очень высока, и по нему устремляется ток короткого замыкания  Iкз.

На рисунке 5.9 представлена схема, поясняющая развитие электрического пробоя, где лавины условно показаны  в виде заштрихованных конусов, а волнистыми линиями изображены пути фотонов. Начала волнистых линий исходят из атомов, которые были возбуждены, ударом электрона и вслед за тем испустили фотон.

Рис. 5.9. Схематическое изображение электронной лавины и образования электроотрицательного стримера при пробое газа

Образование плазменного газоразрядного канала (рисунок 5.10) фактически и есть пробой газов. Возникновение Iкз — следствие пробоя. В зависимости от величины Iкз пробой проявляется в виде искры или электрической дуги.

Рис. 5.10. Схематическое изображение образования газоразрядного плазменного канала

Для пробоя газа в постоянном однородном поле характерна зависимость Епр от давления (рисунок 5.11.а).  При значениях давления выше нормального газ сжимается и, следовательно, уменьшается средняя длина свободного пробега электрона.

Поэтому для выполнения условия возможности пробоя необходимо повысить напряженность электрического поля Е.

При разряжении газа средняя длина свободного пробега электрона возрастает, и при этом электроны могут приобрести добавочную энергию даже при меньшем значении напряженности поля.

В области высокого вакуума Епр возрастает, так как в результате сильного разряжения газа уменьшается число молекул в единице объема и снижается вероятность столкновения электронов с молекулами. Давление 0.1 МПа соответствует нормальному атмосферному давлению.

Епр воздуха в однородном поле растет, как показано на рисунке 5.11 б), с уменьшением расстояния между электродами из-за уменьшения вероятности столкновения электронов с молекулами газа. Рост электрической прочности в данном случае вызван трудностью формирования разряда  из-за малого расстояния между электродами.

Пробивное напряжение газов существенно снижается в неоднородных полях, например, для воздуха при d=1 см от 30 кВ до 9 кВ.

                                      а)                                                     б)

Рис. 5.11. Зависимость электрической прочности газа от давления

Закон Пашена. Закон Пашена показывает зависимость Unpгазообразных диэлектриков в конкретной конструкции от произведения давления Р газа на расстояние h между электродами (рис. 5.12). Закон устанавливает, что каждому газу соответствует свое минимальное значение пробивного напряжения Unp.мин  в зависимости от произведения Ph.

Для газов, состоящих из двух- и многоатомных молекул, Uпр.мин лежит в пределах от 280 В (Н2) до 420 В (СО2). На частоте 50 Гц у неионизированного воздуха в однородном электрическом поле Uпр.мин ~ 326 В. У инертных газов (газов, состоящих из одноатомных молекул) Uпр.

мин,, ниже, чем у газов из многоатомных молекул (например, у чистого аргона Uпр.мин ≈195 В, а у аргона с примесью паров натрия ~ 95 В, у неона с парами натрия ~ 85 В). Поэтому для снижения Uпр.

мин инертных газов, используемых в газоразрядных приборах, электроды изготавливают (или хотя бы их покрывают) из металлов с присадками щелочных или щелочноземельных металлов, обладающих малой работой выхода электронов.

В неоднородном поле на Uпр влияет также полярность электродов. Так, для электродов с малым радиусом кривизны Uпр при положительной полярности оказываются ниже, чем при отрицательной. Это связано с образованием положительного объемного заряда у острия в результате развития коронного разряда, что приводит к возрастанию напряженности поля в остальной части промежутка.

Рис. 5.12. Зависимость пробивного напряжения Uпр.макс воздуха (1) и неона (2)  от от произведения давления газа Р на расстояние между электродами h

При достаточно высоких частотах свободные электроны успевают сместиться на большие расстояния и достигают электродов. Ионы с большой массой за время полупериода колебаний не успевают сместиться на значительные расстояния и концентрация положительных ионов в межэлектродном пространстве растет, приводя к появлению так называемого «объемного заряда».

Поэтому, начиная с частот, превышающих десятки килогерц вероятность столкновения ионов с молекулами возрастает и электрическая прочность газов уменьшается (рисунок 5.13).

Дальнейший рост частоты электрического поля приводит к тому, что за время полупериода не только положительные ионы не успевают сместиться на значительные расстояния, но и электроны не успевают вылететь из межэлектродного пространства. Вероятность рекомбинации заряженных частиц растет и их концентрация падает.

Кроме того, снижение времени полупериода требует увеличения силы, действующей на ионы, чтобы кинетической энергии хватило для ионизации молекул. Поэтому при частотах, превышающих один мегагерц, электрическая прочность газов возрастает.

Рис. 5.13. Зависимость электрической прочности газа от частоты электрического поля

Пробою газа (воздуха) в неоднородном поле предшествует коpонный разряд или корона, являющийся неполным пробоем. Корона возникает при напряжении , которое ниже, чем Unp (Uk

Источник: http://ftemk.mpei.ru/ctlw/pubs/etm_ee/brkf/05.06.htm

ПроГипертонию
Добавить комментарий