19229

ИСКРОВОЙ И КОРОННЫЙ РАЗРЯДЫ

Лекция

Физика

Искровой и коронный разряды Искровые разряды связаны с природными явлениями известными с древнейших времен: атмосферное электричество линейные молнии искры при электризации предметов и т.д. Но систематическое изучение искровых разрядов и их механизма пробоя было...

Русский

2013-07-11

118 KB

16 чел.

Искровой и коронный разряды

Искровые разряды связаны с природными явлениями, известными с древнейших времен: атмосферное электричество, линейные молнии, искры при электризации предметов и т.д.  Но систематическое изучение искровых разрядов и их механизма пробоя было начато в 40х годах XX века. Искровые разряды нашли в настоящее время широкое применение в ряде коммутационных устройств и газовых лазеров. Для искровых разрядов типичны достаточно сильные токи   I~102 – 105 A  при малых временах пробоя ~10-9–10-3 c, причем расстояние между электродами может варьироваться от расстояний менее 1 мм до метров, как в длинных искрах и даже километров, как в линейной молнии. Характерной отличительной чертой искровых разрядов является наличие стримерного механизма пробоя, что имеет место при атмосферном и повышенном давлении.

Важным этапом в изучении искровых разрядов явилось экспериментальное исследование формирования электронных  лавин. Для опытов использовались камеры Вильсона с наполнением парами воды или спирта.  Исследования Ретера, выполненные в 40х годах XX века с применением сверхскоростной съемки, дали представление о форме электронных лавин (рис.1). Типичной формой лавины является конусообразная с закруглением на конце. Электронная концентрация в лавине обычно составляет величину n 1012 см-3.

                             

                                                                    Рис.1

                                                                                                                            

       К основным процессам в электронных лавинах следует отнести ионизацию, прилипание и диффузию. Ионизация и прилипание (образование отрицательных ионов) описывается следующими уравнениями:

     

                           

        

           - коэффициент ионизации, - коэффициент прилипания                                        

                 

       Формирование электронных лавин происходит от затравочных электронов вблизи катода, что затем подразумевает экспоненциальный рост численности частиц при . Радиальное расширение лавин объясняется процессом диффузии,  которое подразумевает расплывание формы лавины (рис.1). Поток диффузии выражается в виде:   

              

Важной величиной является значение диффузионного шага:

      

Характерное значение скорости дрейфа электронов в электронных лавинах обычно составляет:

   v~ 106-107 см/c

При значениях концентрации n1012 см-3 требуется учет пространственного заряда лавины. Для соотношения между процессами ионизации в лавине записывается соотношение:

             

Предполагается, что поле в головной части лавины составляет  E~2-3 % E0 .    

              

Отличительной чертой механизма пробоя искрового разряда является образование отрицательного стримера (потока). Для данного процесса характерно превышение скорости распространения стримера  над дрейфовой скоростью движения электронов  ввиду сильной фотоионизации. Рассмотрим схему распространения отрицательного стримера (рис.2).

                                                             Рис.2

                                                                                                   

Допустим, что вблизи катода возникает электронная лавина (рис.2). Типичным процессом в стримере является возникноние УФ -фотонов, приводящих к последующей фотоионизации и к появлению электронных лавин.

Для образования и поддержания стримера требуется выполнение определенных условий. Первое условие Мика заключается в том, чтобы фотоэлектроны и лавины вливались в канал основной лавины. Это может не произойти и отдельные лавины,, возникшие под действием фотонов могут затухнуть в стороне от основного потока – стримера (рис.2). Вторым условие является условие Леба состоящее в том, что головка лавины должна излучать количество фотонов, достаточное для поддержания и распространения стримера. Также отдельные лавины должны сливаться в сплошной поток, который затем достигает анода.

       Отличие положительного стримера заключается в его образовании вблизи анода и его движении в направлении катода. Направление отдельных лавин в положительном стримере совпадает с направлением в отрицательном стримере.

                             

       В качестве исходного условия возникновения стримера при разработке одной из первых теорий пробоя была сделана оценка электрического поля головной части лавины в виде:

              

       E – поле пространственного заряда, E0 – внешнее поле, R – радиус головной части

       лавины

Предполагается, что поверхность головной части лавины имеет сферическую форму и равномерно заряжена (рис.3). Коэффициент ионизации  считается зависящим от внешнего поля  E0. Для условия пробоя Мика формулируются следующие условия:      

                    

  

                                                                         Рис.3

                                                                                                    

Общее построение теории учитывает поле головной части лавины, а также процессы ионизации электронным ударом и возникновение определенной концентрации во всей лавине. Увеличение размеров лавины, т.е. ее конусообразная форма возникает ввиду диффузионного расплывания заряженных частиц в лавине. В теории также учитывается дрейфовое движение частиц во внешнем поле. Подразумевается, что стример начинает развиваться, когда поле лавины равно внешнему полю  .                       

       Для искрового пробоя промежутка Миком было получено уравнение:

   

Логарифмическая форма записи данного уравнения следующая:

  

               

Отношение    как функция   также, как и в теории Таунсенда  берется из условия:

  

Графическое представление формулы Мика, т.е. зависимости напряжения пробоя от произведения   pd  показано на рис.4.

                 

            

                                    

                                  Рис.4

                                                                                

        На данном рисунке цифрой 1 обозначена кривая соответствующая формуле Мика, а цифрой  2 – экспериментальная зависимость. При значении  pd>200 экспериментальные и теоретические зависимости совпадают, а при pd<200 проявляются процессы ион- электронной эмиссии на катоде, при еще меньших значениях pd преобладают механизмы Таунсенда.

                   

       Для возникновения коронных разрядов (1) (рис.5) характерны высокие напряженности электрического поля (E>15 кВ) и сильная неоднородность поля вблизи одного из электродов (2), на который подано высокое напряжение. Причем второй (3), заземленный электрод, может быть расположен на большом расстоянии  l=0,5-2 м, либо вообще отсутствовать, а его функции будут выполнять заземленные предметы, или поверхность Земли. Корона очень эффективно возникает на заостренных электродах и имеет слабое белое или голубоватое свечение, наблюдаемое в темноте. При переменном напряжении коронный разряд также сопровождает шипение. Как правило, ионизация вблизи высоковольтного электрода невелика  ~103 ионов  в  1 см3, а токи, текущие через разряд составляют микроамперы. Для коронного разряда характерно образование электронных лавин в объеме, ион -электронная эмиссия с катода, а также процесс фотоионизации. Электронные лавины образуются вблизи высоковольтного электрода, что вызывает также возбуждение газа, приводящее к слабому свечению короны.

                  

                                                                               Рис.5

       Критерий зажигания коронного разряда представляется в форме:

              

                 - коэффициент прилипания,  x1 – точка точки, в которой .            

Для зажигания коронного разряда между коаксиальными цилиндрами имеет формула Пика:

             

        r – радиус внутреннего электрода, , н - воздуха при 1 атм. и 250 С

Коронные разряды, возникающие вблизи отрицательного и рядом с положительным электродами, имеют свои отличительные особенности в форме разряда. В частотном отношении возможны отрицательные короны до диапазона 106 Гц и положительные короны до диапазона до 104 Гц.


vдр

- +

+ -

E0

К

x

К

А

+

R

К

Us 

   pd,

 торр см

103

104

105

1

10

102

103

104

1

2

l

3

1

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37308. Усилитель звуковой частоты 723.5 KB
  Выбор обоснование и расчет структурной схемы усилителя. Расчет АЧХ усилителя. К тому же нужно обеспечить согласование источника сигнала со входом усилителя а также согласование нагрузки с выходом усилителя. В данном курсовом проекте рассматривается один из возможных вариантов синтеза усилителя звуковых частот с возможностью регулировки тембра и громкости.
37309. ЗАХИСТ КОНСТРУКЦІЙ З ДЕРЕВИНИ ВІД ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ І БІОЛОГІЧНОГО УРАЖЕННЯ 41 KB
  Вогнестійкість конструкцій з деревини Горючість деревини. Горіння являє собою реакцію зєднання горючих компонентів деревини з киснем повітря яке супроводжується виділенням тепла або диму появою полумя і жевріння. Займання деревини може виникнути в результаті короткочасного нагріву її до температури 250С або тривалого впливу більш низьких температур.
37310. Сопротивление материалов 730 KB
  Лабораторная работа №1 Испытание образца на растяжение – 4 часа Цель работы: изучение процесса растяжения образца из малоуглеродистой стали вплоть до его разрушения разрыва изучение диаграммы растяжения определение механических характеристик. Краткие теоретические сведения Испытание при осевом статическом растяжении образца является наиболее распространенным способом механических испытаний материала что объясняется следующими преимуществами. Во всех точках поперечного сечения рабочей части образца напряжения одинаковы и...
37311. Обґрунтувати формули, за якими розраховуються параметри настроювання Ку та Ті промислових регуляторів для ПІ- або ПІД-законів керування 345.5 KB
  Обґрунтувати формули, за якими розраховуються параметри настроювання Ку та Ті промислових регуляторів для ПІ- або ПІД-законів керування (згідно з завданням), які мають забезпечити вказані у завданні оцінки якості керування (Lз, γз, h, m, M). Розрахувати і побудувати графіки АЧХ об’єкту керування Аоб(ω), ФЧХ φоб(ω) та графік взаємозалежності параметрів настроювання для відповідних регуляторів Ку і Ті та визначити їх оптимальні значення.
37312. Кинематический расчет привода 1.09 MB
  Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины а его частота вращения от частоты вращения приводного вала рабочей машины.2 Определение передаточного числа привода и его ступеней Передаточное число привода определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя к частоте вращения приводного вала рабочей машины при номинальной нагрузке и равно произведению передаточных чисел закрытой и открытой передач.1 Определяем частоту вращения приводного вала рабочей машины по формуле 5 где: угловая скорость рад с 2.1...
37313. Проект межхозяйственного землеустройства сельскохозяйственного предприятия «Красное» 359.5 KB
  Межхозяйственное землеустройство – это комплекс мероприятий по образованию новых, упорядочению и изменению существующих землевладений и землепользований, специальных фондов земель, установлению границ и режима использования земель административно-территориальных и других особых формирований
37315. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ 984 KB
  Основными задачами данной общепрофессиональной дисциплины являются изучение основных принципов электромеханического преобразования энергии в электрических машинах, физических законов, лежащих в основе их работы, конструкций, видов исполнения, параметров, режимов работы, характеристик, эксплуатационных требований к ним.