מדוע הקשת החשמלית מכופפת? קשת חשמלית: מאפיינים. הגנת קשת

לקטגוריה:

הרכבה של מבני מתכת

קשת חשמליתותכונותיו

קשת חשמלית היא פריקה חשמלית ארוכת טווח המתרחשת במרווח הגז בין שני מוליכים - האלקטרודה והמתכת המרותכת בזרם משמעותי. היינון של שכבת האוויר, המופיע ללא הרף בהשפעת זרימה מהירה של יונים ושליליים ואלקטרונים חיוביים בקשת, יוצרת את התנאים הדרושיםלבעירה מתמשכת קשת ריתוך.

אורז. 1. קשת חשמלית בין אלקטרודת מתכת למתכת המרותכת: א - דיאגרמה של הקשת, b - גרף מתחי קשת באורך 4 מ"מ; 1 - אלקטרודה, 2 - הילה להבה, 3 - עמודת קשת, 4 - מתכת מרותכת, 5 - כתם אנודה, 6 - בריכה מותכת, 7 - מכתש, 8 - כתם קתודה; h - עומק החדירה בקשת, A - רגע של הצתת קשת, B - רגע של בעירה יציבה

הקשת מורכבת מעמוד, שבסיסו ממוקם בשקע (מכתש) שנוצר על פני הבריכה המותכת. הקשת מוקפת בהילה של להבה שנוצרת על ידי אדים וגזים המגיעים מעמוד הקשת. לעמוד יש צורה של חרוט והוא החלק העיקרי של הקשת, שכן כמות האנרגיה העיקרית מרוכזת בו, המקבילה לצפיפות הגבוהה ביותר של הזרם החשמלי העובר בקשת. חלקו העליון של העמוד, הממוקם על אלקטרודה 1 (קתודה), הוא בעל קוטר קטן ויוצר כתם קתודה 8. המספר הגדול ביותר של אלקטרודות פולט דרך כתם הקתודה. הבסיס של חרוט עמודת הקשת ממוקם על המתכת המרותכת (אנודה) ויוצר את נקודת האנודה. קוטר נקודת האנודה בערכים ממוצעים זרם ריתוך קוטר גדול יותרכתם קתודה בערך 1.5 ... 2 פעמים.

לריתוך משתמשים בזרם ישיר וזרם חילופין. בעת שימוש בזרם ישר, המינוס של מקור הזרם מחובר לאלקטרודה (קוטביות ישרה) או לחומר המרותך "" (קוטביות הפוכה). קוטביות הפוכה משמשת במקרים בהם יש צורך להפחית את שחרור החום על המוצר המרותך: בעת ריתוך מתכת דקה או מתכת נמוכה, סגסוגת, פלדות אל חלד ועתירות פחמן הרגישות להתחממות יתר, וכן בעת ​​שימוש סוגים מסוימים של אלקטרודות.

מייצר כמות גדולה של חום ובעל טמפרטורה גבוהה. במקביל, הקשת החשמלית מייצרת חימום מרוכז מאוד של המתכת. לכן, במהלך הריתוך, המתכת נשארת מחוממת מעט יחסית גם במרחק של כמה סנטימטרים מקשת הריתוך.

פעולת הקשת ממיסה את המתכת לעומק מסוים h, הנקרא עומק החדירה או החדירה.

הקשת מתרגשת כאשר האלקטרודה מתקרבת למתכת המרותכת ומקצרת את מעגל הריתוך. בשל ההתנגדות הגבוהה בנקודת המגע של האלקטרודה עם המתכת, קצה האלקטרודה מתחמם במהירות ומתחיל לפלוט זרם של אלקטרונים. כאשר קצה האלקטרודה מתרחק במהירות מהמתכת למרחק של 2...4 מ"מ, נוצרת קשת חשמלית.

המתח בקשת, כלומר המתח בין האלקטרודה למתכת הבסיס, תלוי בעיקר באורכה. באותו זרם, המתח בקשת קצרה נמוך יותר מאשר בקשת ארוכה. זאת בשל העובדה שעם קשת ארוכה ההתנגדות של פער הגז שלו גדולה יותר. העלייה בהתנגדות ב מעגל חשמליבזרם קבוע, זה דורש עלייה במתח במעגל. ככל שההתנגדות גבוהה יותר, המתח חייב להיות גבוה יותר כדי להבטיח שאותו זרם יעבור במעגל.

הקשת בין אלקטרודת המתכת למתכת בוערת במתח של 18 ... 28 V. כדי להפעיל את הקשת, נדרש מתח גבוה מזה הדרוש כדי לשמור על הבעירה הרגילה שלה. זה מוסבר על ידי העובדה שברגע הראשוני מרווח האוויר עדיין לא מחומם מספיק ויש צורך לתת לאלקטרונים מהירות גבוהה כדי לנתק את המולקולות והאטומים של האוויר. ניתן להשיג זאת רק עם מתח גבוה יותר ברגע הצתת הקשת.

גרף השינויים בזרם I בקשת בזמן הצתתה ושריפתה היציבה (איור 1, ב) נקרא המאפיין הסטטי של הקשת ומתאים לשריפת קשת יציבה. נקודה א' מאפיינת את רגע הצתת הקשת. מתח הקשת V יורד במהירות לאורך עקומת AB לערך נורמלי המתאים לקשת יציבה בנקודה B. עלייה נוספת בזרם (מימין לנקודה B) מגבירה את חימום האלקטרודה ואת קצב ההיתוך שלה, אך אינה משפיעה על יציבות הקשת.

קשת יציבה היא כזו שנשרפת באופן שווה, ללא הפסקות שרירותיות הדורשות הצתה מחדש. אם הקשת נשרפת בצורה לא אחידה, לעתים קרובות נשברת ויוצאת, אז קשת כזו נקראת לא יציבה. יציבות הקשת תלויה בהרבה סיבות, העיקריות שבהן הן סוג הזרם, הרכב ציפוי האלקטרודה, סוג האלקטרודה, הקוטביות ואורך הקשת.

עם זרם חילופין, הקשת בוערת פחות ביציבות מאשר בזרם ישר. זה מוסבר על ידי העובדה שברגע שבו הזרם n, מגיע לאפס, היינון של מרווח הקשת פוחת והקשת יכולה לצאת. כדי להגביר את היציבות של קשת זרם החילופין, יש צורך ליישם ציפויים על אלקטרודת המתכת. זוגות אלמנטים הכלולים בציפוי מגבירים את היינון של מרווח הקשת ובכך תורמים לשריפה יציבה של הקשת בזרם חילופין.

אורך הקשת נקבע על ידי המרחק בין קצה האלקטרודה למשטח המתכת המותכת של העבודה המרותכת. בדרך כלל, אורך הקשת הרגיל לא יעלה על 3...4 מ"מ עבור אלקטרודת פלדה. קשת כזו נקראת קצרה. קשת קצרה בוערת בהתמדה ומבטיחה זרימה תקינה של תהליך הריתוך. קשת ארוכה מ-6 מ"מ נקראת ארוכה. בעזרתו, תהליך המסת המתכת של האלקטרודה ממשיך בצורה לא אחידה. במקרה זה, ניתן לחמצן במידה רבה יותר את טיפות המתכת הזורמות מקצה האלקטרודה על ידי חמצן ולהעשיר אותם בחנקן אוויר. המתכת המופקדת מתבררת כנקבוביה, לתפר יש משטח לא אחיד, והקשת בוערת בצורה לא יציבה. עם קשת ארוכה, פרודוקטיביות הריתוך יורדת, ניתזי מתכת גדלים ומספר המקומות של חוסר חדירה או איחוי לא שלם של המתכת המופקדת עם המתכת הבסיסית גדל.

העברת מתכת האלקטרודה למוצר במהלך ריתוך קשת מתכלה אלקטרודה היא תהליך מורכב. לאחר הצתת הקשת (עמדה /), נוצרת שכבה של מתכת מותכת על פני קצה האלקטרודה, אשר בהשפעת כוח המשיכה ומתח פני השטח מתאספת לטיפה (עמדה //). טיפות יכולות להגיע לגדלים גדולים ולחפוף את עמוד הקשת (מצב III), וליצור קצר במעגל הריתוך לזמן קצר, לאחר מכן נשבר גשר המתכת הנוזלי שנוצר, הקשת מופיעה שוב, ותהליך יצירת הטיפות חוזר על עצמו.

גודל ומספר הטיפות העוברות בקשת ליחידת זמן תלויים בקוטביות וחוזק הזרם, בהרכב הכימי ובמצב הפיזי של מתכת האלקטרודה, בהרכב הציפוי ובמספר תנאים נוספים. טיפות גדולות, המגיעות ל-3...4 מ"מ, נוצרות בדרך כלל בעת ריתוך באלקטרודות לא מצופות, טיפות קטנות (עד 0.1 מ"מ) - בעת ריתוך באלקטרודות מצופות וזרם גבוה. תהליך הטיפות העדינות מבטיח בעירה יציבה בקשת ומעדיף את התנאים להעברת מתכת אלקטרודה מותכת בקשת.

אורז. 2. תכנית העברת מתכת מהאלקטרודה למתכת המרותכת

אורז. 3. סטייה של הקשת החשמלית על ידי שדות מגנטיים (a-g)

כוח הכבידה יכול לקדם או לעכב העברת טיפות בקשת. במהלך ריתוך תקרה וחלקו אנכי, כוח המשיכה של הטיפה נוגד את העברתה למוצר. אבל הודות לכוח של מתח פני השטח, בריכת המתכת הנוזלית נשמרת מלזרום החוצה בעת ריתוך בתקרה ובמצבים אנכיים.

מעבר זרם חשמלי דרך מרכיבי מעגל הריתוך, כולל המוצר המרותך, יוצר שדה מגנטי שעוצמתו תלויה בעוצמת זרם הריתוך. עמודת הגז של קשת חשמלית היא מוליך גמיש של זרם חשמלי, ולכן היא כפופה לשדה המגנטי שנוצר במעגל הריתוך. IN תנאים רגיליםעמוד הגז של הקשת, בוער בגלוי באטמוספירה, ממוקם באופן סימטרי לציר האלקטרודה. בהשפעת כוחות אלקטרומגנטיים, הקשת סוטה מציר האלקטרודה בכיוון הרוחבי או האורך, אשר במראהו דומה לעקירה של להבה פתוחה תחת זרמי אוויר חזקים. תופעה זו נקראת פיצוץ מגנטי.

הִצטָרְפוּת חוט ריתוךבסמיכות לקשת, הוא מפחית בחדות את הסטייה שלו, מכיוון שלשדה המגנטי המעגלי של הזרם עצמו יש השפעה אחידה על עמודת הקשת. אספקת הזרם למוצר במרחק מהקשת תוביל להטייתו עקב עיבוי קווי החשמל של השדה המגנטי המעגלי מצדו של המוליך הזרם.

בכל הנוגע למאפיינים של קשת וולטאית, ראוי להזכיר כי יש לה מתח נמוך יותר מפריקת זוהר והיא מסתמכת על קרינה תרמית של אלקטרונים מהאלקטרודות התומכות בקשת. במדינות דוברות אנגלית, המונח נחשב ארכאי ומיושן.

ניתן להשתמש בטכניקות דיכוי קשת כדי להפחית את משך או הסבירות להיווצרות קשת.

בסוף המאה ה-19, הקשת הוולטאית הייתה בשימוש נרחב לתאורה ציבורית. כמה קשתות חשמליות לחץ נמוךמשמשים ביישומים רבים. לדוגמה, עבור תאורה הם משתמשים מנורות פלורסנט, מנורות כספית, נתרן ומתכת הליד. קסנון מנורות קשתמשמש למקרני סרטים.

פתיחת קשת וולטאית

מאמינים כי התופעה תוארה לראשונה על ידי סר האמפרי דייווי במאמר משנת 1801 שפורסם ב-Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts של ויליאם ניקולסון. עם זאת, התופעה שתיאר דייווי לא הייתה קשת חשמלית, אלא רק ניצוץ. מאוחר יותר כתבו חוקרים: "זהו כמובן תיאור לא של קשת, אלא של ניצוץ. עיקרו של הראשון הוא שהוא חייב להיות רציף, ואסור לו לגעת בקטבים לאחר שקם. הניצוץ שיצר סר האמפרי דייווי בבירור לא היה רציף, ולמרות שהוא נשאר טעון במשך זמן מה לאחר מגע עם אטומי הפחמן, כנראה שלא היה צורך בחיבור קשת לסיווגו כוולטאי".

באותה שנה, דייוי הדגים בפומבי את ההשפעה בפני החברה המלכותית על ידי העברת זרם חשמלי דרך שני מוטות פחמן נוגעים ואז משיכתם במרחק קצר זה מזה. ההפגנה הראתה קשת "חלשה", בקושי ניתנת להבדלה מניצוץ מתמשך, בין נקודות פחם. הקהילה המדעית סיפקה לו יותר סוללה חזקהשל 1000 לוחות, ובשנת 1808 הוא הדגים התרחשות של קשת וולטאית בקנה מידה גדול. הוא זוכה גם בשמו שפה אנגלית(קשת חשמלית). הוא קרא לזה קשת מכיוון שהיא לובשת צורה של קשת עולה כשהמרחק בין האלקטרודות מתקרב. זה נובע מתכונות המוליכות של גז חם.

איך הופיעה הקשת הוולטאית? הקשת הרציפה הראשונה נצפתה באופן עצמאי ב-1802 ותוארה ב-1803 כ"נוזל מיוחד עם תכונות חשמליות" על ידי המדען הרוסי וסילי פטרוב, שהתנסה בסוללת נחושת-אבץ המורכבת מ-4,200 דיסקים.

מחקר נוסף

בסוף המאה התשע-עשרה, הקשת הוולטאית הייתה בשימוש נרחב לתאורה ציבורית. הנטייה של קשתות חשמליות להבהב ולשרוק הייתה בעיה רצינית. בשנת 1895, הרטה מרקס איירטון כתבה סדרה של מאמרים על חשמל, והסבירה שהקשת הוולטאית היא תוצאה של חמצן שבא במגע עם מוטות הפחמן ששימשו ליצירת הקשת.

בשנת 1899, היא הייתה האישה הראשונה אי פעם שקראה את המאמר שלה בפני המוסד למהנדסי חשמל (IEE). הדו"ח שלה היה תחת הכותרת "מנגנון קשת החשמל". זמן קצר לאחר מכן, נבחרה איירטון כחברה הראשונה במכון מהנדסי חשמל. האישה הבאה התקבלה למכון ב-1958. איירטון ביקשה לקרוא מאמר בפני החברה המלכותית, אך היא לא הורשה לעשות זאת בגלל מגדרה, ואת מנגנון הקשת החשמלית קרא במקומה על ידי ג'ון פרי ב-1901.

תיאור

קשת חשמלית היא הסוג עם צפיפות הזרם הגבוהה ביותר. כמות הזרם המקסימלית שנישאת הקשת מוגבלת רק על ידי הסביבה החיצונית ולא על ידי הקשת עצמה.

קשת בין שתי אלקטרודות יכולה להיות יזומה על ידי יינון ופריקת זוהר כאשר הזרם דרך האלקטרודות גדל. מתח הפירוק של פער האלקטרודות הוא פונקציה משולבת של לחץ, המרחק בין האלקטרודות וסוג הגז המקיף את האלקטרודות. כאשר מתחילה קשת, מתח המסוף שלה נמוך בהרבה מזה של פריקת זוהר, והזרם גבוה יותר. קשת בגזים ליד לחץ אטמוספרי מאופיינת באור נראה, צפיפות גבוההנוכחי וטמפרטורה גבוהה. זה שונה מפריקת זוהר בערך באותן טמפרטורות אפקטיביות של אלקטרונים וגם של יונים חיוביים, ובפריקת זוהר ליונים יש הרבה יותר נמוך אנרגיית תרמיתמאשר אלקטרונים.

בעת ריתוך

קשת מורחבת יכולה להיות יזומה על ידי שתי אלקטרודות בתחילה במגע ומופרדות במהלך הניסוי. פעולה זו יכולה ליזום קשת ללא פריקת זוהר במתח גבוה. זו הדרך בה הרתך מתחיל לרתך מפרק על ידי נגיעה מיידית באלקטרודת הריתוך באובייקט.

דוגמה נוספת היא הפרדת מגעים חשמליים על מתגים, ממסרים או מפסקים. מעגלי אנרגיה גבוהה עשויים לדרוש דיכוי קשת כדי למנוע נזק למגע.

קשת וולטאית: מאפיינים

התנגדות חשמליתלאורך קשת רציפה יוצר חום המיינן יותר מולקולות גז (כאשר מידת היינון נקבעת לפי הטמפרטורה), ולפי רצף זה הגז הופך בהדרגה לפלזמה תרמית, הנמצאת בשיווי משקל תרמי, מאחר והטמפרטורה מפוזרת באופן אחיד יחסית על פני כל האטומים, המולקולות, היונים והאלקטרונים. האנרגיה המועברת על ידי אלקטרונים מתפזרת במהירות עם חלקיקים כבדים יותר עקב התנגשויות אלסטיות בשל הניידות הגבוהה שלהם מספרים גדולים.

הזרם בקשת נשמר על ידי פליטת תרמיונית ושדה של אלקטרונים בקתודה. ניתן לרכז את הזרם לנקודה חמה קטנה מאוד על הקתודה - בסדר גודל של מיליון אמפר לסנטימטר רבוע. שלא כמו פריקת זוהר, לקשת יש מבנה עדין, שכן העמוד החיובי הוא די בהיר ומשתרע כמעט עד האלקטרודות בשני הקצוות. נפילת הקתודה וירידת האנודה של מספר וולט מתרחשות בתוך שבריר של מילימטר מכל אלקטרודה. לעמוד החיובי יש שיפוע מתח נמוך יותר והוא עשוי להיעדר בקשתות קצרות מאוד.

קשת בתדר נמוך

קשת AC בתדר נמוך (פחות מ-100 הרץ) דומה לקשת DC. בכל מחזור, הקשת מופעלת על ידי התמוטטות והאלקטרודות מחליפות תפקידים כאשר הזרם משנה כיוון. ככל שתדירות הזרם עולה, אין מספיק זמן ליינון בהתבדלות של כל חצי מחזור, ואין עוד צורך בפירוק כדי לשמור על הקשת - מאפייני המתח והזרם הופכים לאוהמיים יותר.

מקום בין תופעות פיזיקליות אחרות

צורות שונותקשתות חשמליות הן תכונות מתעוררות של דפוסי זרם לא ליניאריים ו שדה חשמלי. הקשת מתרחשת בחלל מלא בגז בין שתי אלקטרודות מוליכות (לעתים קרובות טונגסטן או פחמן), וכתוצאה מכך טמפרטורות גבוהות מאוד המסוגלות להמיס או לאדות את רוב החומרים. קשת חשמלית היא פריקה מתמשכת, בעוד פריקת ניצוץ חשמלי דומה היא מיידית. קשת וולטאית יכולה להתרחש במעגלי זרם ישר או במעגלי זרם חילופין. במקרה האחרון, זה יכול להכות שוב בכל חצי מחזור של הדור הנוכחי. קשת חשמלית שונה מפריקת זוהר בכך שצפיפות הזרם גבוהה למדי ונפילת המתח בתוך הקשת נמוכה. בקתודה, צפיפות הזרם יכולה להגיע למגה אמפר אחד לסנטימטר רבוע.

פוטנציאל הרסני

לקשת חשמלית יש קשר לא ליניארי בין זרם ומתח. לאחר יצירת הקשת (או על ידי התקדמות מפריקת הזוהר או על ידי נגיעה רגעית באלקטרודות ואז הפרדתן), העלייה בזרם גורמת למתח נמוך יותר בין מסופי הקשת. אפקט התנגדות שלילי זה מחייב צורה כלשהי של עכבה חיובית (כמו נטל חשמלי) להיות ממוקם במעגל כדי לשמור על קשת יציבה. תכונה זו היא הסיבה לכך שקשתות חשמליות בלתי מבוקרות במכשיר הופכות להרסניות כל כך, כי לאחר התרחשותה הקשת תצרוך יותר ויותר זרם מהמקור מתח DCעד להשמדת המכשיר.

שימוש מעשי

IN בקנה מידה תעשייתיקשתות חשמליות משמשות לריתוך, חיתוך פלזמה, עיבוד מכני על ידי פריקה חשמלית, כמנורת קשת במקרני סרטים ובתאורה. תנורי קשת חשמליים משמשים לייצור פלדה וחומרים אחרים. סידן קרביד מתקבל בדרך זו מכיוון שנדרשת כמות גדולה של אנרגיה כדי להשיג תגובה אנדותרמית (בטמפרטורות של 2500 מעלות צלזיוס).

אורות קשת פחמן היו האורות החשמליים הראשונים. הם שימשו לפנסי רחוב במאה ה-19 ולמכשירים מיוחדים כמו פנסים עד מלחמת העולם השנייה. כיום משתמשים בקשתות חשמליות בלחץ נמוך בתחומים רבים. לדוגמה, מנורות פלורסנט, מנורות אדי כספית, מנורות אדי נתרן ומנורות מתכת הליד משמשות לתאורה, בעוד מנורות קשת קסנון משמשות למקרני סרטים.

היווצרות של קשת חשמלית עזה, בדומה להבהב קשת בקנה מידה קטן, היא הבסיס של מפוצצי נפץ. כאשר מדענים למדו מהי קשת וולטאית וכיצד ניתן להשתמש בה, מגוון כלי הנשק בעולם התחדש בחומרי נפץ יעילים.

היישום העיקרי שנותר הוא מתח גבוה מיתוגעבור רשתות תמסורת. מכשירים מודרנייםנעשה שימוש גם בגופרית hexafluoride בלחץ גבוה.

סיכום

למרות התדירות של צריבות קשת וולטאית, היא נחשבת לתופעה פיזיקלית שימושית מאוד, שעדיין נעשה בה שימוש נרחב בתעשייה, בייצור וביצירת חפצי נוי. יש לה אסתטיקה משלה, והתדמית שלה מופיעה לעתים קרובות בסרטי מדע בדיוני. פגיעה בקשת מתח אינה קטלנית.

קשת חשמלית (קשת וולטאית, פריקת קשת) - תופעה פיזיקלית, אחד מסוגי הפריקה החשמלית בגז.

מבנה קשת

הקשת החשמלית מורכבת מאזורי קתודה ואנודה, עמודת קשת ואזורי מעבר. עובי אזור האנודה הוא 0.001 מ"מ, אזור הקתודה הוא כ-0.0001 מ"מ.

הטמפרטורה באזור האנודי בעת ריתוך עם אלקטרודה מתכלה היא בערך 2500 ... 4000 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה בעמודת הקשת היא מ 7,000 עד 18,000 מעלות צלזיוס, באזור הקתודה - 9,000 - 12,000 מעלות צלזיוס.

עמוד הקשת הוא ניטרלי מבחינה חשמלית. בכל אחד מהקטעים שלו יש אותו מספר של חלקיקים טעונים של סימנים מנוגדים. ירידת המתח בעמודת הקשת פרופורציונלית לאורכו.

קשתות ריתוך מסווגות לפי:

• חומרי אלקטרודה - עם אלקטרודה מתכלה ולא מתכלה;
• דרגות דחיסת עמודות - קשת חופשית ודחוסה;
• על פי הזרם המשמש - קשת DC ו-AC קשת;
• על פי הקוטביות של זרם חשמלי ישיר - קוטביות ישירה ("-" על האלקטרודה, "+" - על המוצר) וקוטביות הפוכה;
• בעת שימוש בזרם חילופין - קשתות חד פאזי ותלת פאזי.

ויסות עצמי של הקשת במהלך ריתוך חשמלי

כאשר מתרחש פיצוי חיצוני - שינויים במתח הרשת, מהירות הזנת חוטים וכו' - מתרחשת הפרעה בשיווי המשקל שנקבע בין מהירות ההזנה לקצב ההיתוך. ככל שאורך הקשת במעגל גדל, זרם הריתוך ומהירות ההיתוך של חוט האלקטרודה יורדים, ומהירות ההזנה, בעודה נשארת קבועה, נעשית גדולה יותר ממהירות ההיתוך, מה שמוביל לשיקום אורך הקשת. ככל שאורך הקשת יורד, מהירות התכת החוט הופכת לגדולה ממהירות ההזנה, דבר זה מוביל לשיקום אורך הקשת הרגיל.

היעילות של תהליך הוויסות העצמי של הקשת מושפעת באופן משמעותי מצורת מתח הזרם האופיינית למקור הכוח. המהירות הגבוהה של תנודות אורך הקשת מעובדת אוטומטית עם מאפייני I-V קשיחים של המעגל.

נלחם בקשת חשמלית

במספר מכשירים התופעה של קשת חשמלית מזיקה. אלה הם בעיקר התקני מיתוג מגע המשמשים באספקת חשמל ובכוננים חשמליים: מתגי מתח גבוה, מפסקי זרם, מגעים, מבודדים חתכים ברשת המגע של מחושמל מסילות ברזלותחבורה חשמלית עירונית. כאשר העומסים מנותקים על ידי המכשירים לעיל, נוצרת קשת בין מגעי הפתיחה.

מנגנון התרחשות הקשת ב במקרה הזההַבָּא:

• הפחתת לחץ המגע - מספר נקודות המגע יורד, ההתנגדות ביחידת המגע עולה;
• תחילתה של סטיית מגע - היווצרות "גשרים" מהמתכת המותכת של המגעים (בנקודות המגע האחרונות);
• קרע והתאיידות של "גשרים" ממתכת מותכת;
• היווצרות קשת חשמלית באדי מתכת (התורם ליינון גדול יותר של מרווח המגע ולקושי בכיבוי הקשת);
• שריפת קשת יציבה עם שחיקה מהירה של מגעים.

כדי למזער נזקים למגעים, יש צורך לכבות את הקשת במינימום זמן, תוך מאמץ למנוע מהקשת להישאר במקום אחד (ככל שהקשת נעה, החום המשתחרר בה יתפזר באופן שווה על גוף המגע ).

כדי לעמוד בדרישות לעיל, נעשה שימוש בשיטות בקרת הקשת הבאות:

• קירור קשת על ידי זרימה של מדיום קירור - נוזל (מתג שמן); גז - (מפסק אוויר, מפסק אוטומטי גז, מפסק נפט, מפסק גז SF6), וזרימת מדיום הקירור יכולה לעבור הן לאורך ציר הקשת (כיבוי אורכי) והן לרוחב (כיבוי רוחבי); לפעמים נעשה שימוש בשיכוך אורך-רוחבי;
• שימוש ביכולת כיבוי הקשת של הוואקום - ידוע שכאשר לחץ הגזים המקיפים את המגעים המתחלפים מופחת לערך מסוים, מפסק ואקום מוביל לכיבוי יעיל של הקשת (בשל היעדר נשאים עבור היווצרות קשת).
• שימוש בחומר מגע עמיד יותר לקשת;
• שימוש בחומר מגע בעל פוטנציאל יינון גבוה יותר;
• שימוש ברשתות לכיבוי קשת (מפסק מעגל, מתג אלקטרומגנטי). העיקרון של שימוש בכיבוי קשת על רשתות מבוסס על השימוש בהשפעה של נפילת קתודה קרובה בקשת (רוב מפל המתח בקשת היא מפל המתח בקתודה; רשת כיבוי הקשת היא למעשה סדרה של מגעים טוריים עבור הקשת שמגיעה לשם).
• נוֹהָג

1. תנאים להתרחשות ושריפת קשת

פתיחת מעגל חשמלי כאשר יש בו זרם מלווה בפריקה חשמלית בין המגעים. אם במעגל המנותק הזרם והמתח בין המגעים גדולים מהקריטיים לתנאים הנתונים, אז קֶשֶׁת, משך הבעירה של אשר תלוי בפרמטרים של המעגל ותנאי deionization של פער הקשת. היווצרות קשת כאשר מגעי נחושת נפתחים אפשרית כבר בזרם של 0.4-0.5 A ומתח של 15 V.

אורז. 1. מיקום המתח U(a) והמתח בקשת DC נייחתE(ב).

בקשת מבחינים בין החלל הקרוב לקתודה, ציר הקשת וחלל הקרוב לאנודה (איור 1). כל הלחץ מתחלק בין האזורים הללו Uל, U sd, Uא. ירידת המתח הקתודה בקשת DC היא 10-20 וולט, ואורכו של קטע זה הוא 10-4-10-5 ס"מ, לפיכך, חוזק שדה חשמלי גבוה נצפה ליד הקתודה (105-106 וולט/ס"מ) . במתחים גבוהים כאלה, מתרחשת יינון השפעה. המהות שלו טמונה בעובדה שאלקטרונים שנקרעו מהקתודה על ידי כוחות שדה חשמליים (פליטת שדה) או עקב חימום הקתודה (פליטה תרמית) מואצים לתוך שדה חשמליוכשהם פוגעים באטום ניטרלי, הם נותנים לו את האנרגיה הקינטית שלהם. אם האנרגיה הזו מספיקה כדי להסיר אלקטרון אחד מהקליפה של אטום ניטרלי, אז יתרחש יינון. האלקטרונים והיונים החופשיים המתקבלים מהווים את הפלזמה של חבית הקשת.

אורז. 2. .

מוליכות פלזמה מתקרבת למוליכות של מתכות [ בְּ-= 2500 1/(Ohm×cm)]/ זרם גדול עובר בקנה הקשת ונוצר טמפרטורה גבוהה. צפיפות הזרם יכולה להגיע ל-10,000 A/cm2 או יותר, והטמפרטורה יכולה לנוע בין 6,000 K בלחץ אטמוספרי ל-18,000 K או יותר בלחץ גבוה.

טמפרטורות גבוהות בקנה הקשת מובילות ליינון תרמי אינטנסיבי, השומר על מוליכות פלזמה גבוהה.

יינון תרמי הוא תהליך היווצרות של יונים כתוצאה מהתנגשות של מולקולות ואטומים בעלי אנרגיה קינטית גבוהה ב- מהירויות גבוהותהתנועות שלהם.

ככל שהזרם בקשת גדול יותר, ההתנגדות שלו נמוכה יותר, ולכן נדרש פחות מתח כדי לשרוף את הקשת, כלומר, קשה יותר לכבות קשת בזרם גדול.

עם מתח אספקת מתח AC u CD משתנה בצורה סינוסואידית, הזרם במעגל משתנה גם הוא אני(איור 2), והזרם מפגר מאחורי המתח בכ-90°. מתח קשת uד, צריבה בין המגעים של המתג, לסירוגין. בזרמים נמוכים, המתח עולה לערך u h (מתח הצתה), אז ככל שהזרם בקשת גדל והיינון התרמי עולה, המתח יורד. בסוף חצי המחזור, כאשר הזרם מתקרב לאפס, הקשת נכבית במתח ההמרה uד בחצי המחזור הבא, התופעה חוזרת על עצמה אם לא ננקטים אמצעים לדה-יוניזציה של הפער.

אם הקשת נכבית באמצעי זה או אחר, יש להחזיר את המתח בין מגעי המתג למתח האספקה ​​- u vz (איור 2, נקודה A). עם זאת, מכיוון שהמעגל מכיל התנגדות אינדוקטיבית, אקטיבית וקיבולית, מתרחש תהליך חולף, מופיעות תנודות מתח (איור 2), המשרעת שלהן U in,max יכול לחרוג משמעותית מתח רגיל. עבור מיתוג ציוד, חשוב באיזו מהירות המתח בקטע AB משוחזר. לסיכום, פריקת הקשת מתחילה על ידי יינון השפעה ופליטת אלקטרונים מהקתודה, ולאחר ההצתה, הקשת נשמרת על ידי יינון תרמי בקנה הקשת.

בהחלפת התקנים יש צורך לא רק לפתוח את המגעים, אלא גם לכבות את הקשת המתעוררת ביניהם.

במעגלי זרם חילופין, הזרם בקשת עובר דרך אפס בכל חצי מחזור (איור 2), ברגעים אלו הקשת כבה באופן ספונטני, אך בחצי המחזור הבא היא יכולה להתעורר שוב. כפי שהאוסצילוגרמות מראות, הזרם בקשת מתקרב לאפס מעט מוקדם יותר מהמעבר הטבעי לאפס (איור 3, א). זה מוסבר על ידי העובדה שכאשר הזרם יורד, האנרגיה המסופקת לקשת יורדת, ולכן טמפרטורת הקשת יורדת והיינון התרמי נפסק. משך זמן מת ט n קטן (מעשרות עד כמה מאות מיקרו-שניות), אך ממלא תפקיד חשוב בהכחדת הקשת. אם תפתחו את המגעים בזמן מת ותעבירו אותם זה מזה במהירות מספקת למרחק כזה שלא תתרחש תקלה חשמלית, המעגל יכובה מהר מאוד.

במהלך ההפסקה המתה, עוצמת היינון יורדת באופן משמעותי, שכן יינון תרמי אינו מתרחש. במכשירי מיתוג, בנוסף, ננקטים אמצעים מלאכותיים לקירור חלל הקשת ולהפחתת מספר החלקיקים הטעונים. תהליכים אלו מובילים לעלייה הדרגתית בחוזק החשמלי של הפער u pr (איור 3, ב).

עלייה חדה בחוזק החשמלי של הפער לאחר שהזרם עובר דרך האפס מתרחשת בעיקר עקב עלייה בחוזק החלל הקרוב לקתודה (במעגלי AC 150-250V). במקביל, מתח ההתאוששות עולה u V. אם בכל עת u pr > uהפער לא יחורר, הקשת לא תידלק שוב לאחר שהזרם יעבור דרך האפס. אם בשלב מסוים u pr = u c, ואז הקשת נדלקת מחדש במרווח.

אורז. 3. :

א- הכחדה של הקשת כאשר הזרם עובר באופן טבעי דרך האפס; ב- עלייה בחוזק החשמלי של פער הקשת כאשר הזרם עובר דרך אפס

לפיכך, המשימה של כיבוי הקשת מסתכמת ביצירת תנאים כאלה שהחוזק החשמלי של הפער בין המגעים uהיה ביניהם יותר מתח u V.

תהליך עליית המתח בין המגעים של ההתקן הכבוי יכול להיות בעל אופי שונה בהתאם לפרמטרים של המעגל המופעל. אם מעגל עם דומיננטיות של התנגדות פעילה כבוי, אז המתח משוחזר על פי חוק א-מחזורי; אם תגובת אינדוקטיבית שולטת במעגל, אז מתרחשות תנודות, שהתדרים שלהן תלויים ביחס בין הקיבול וההשראות של המעגל. התהליך הנדנודי מוביל למהירויות משמעותיות של התאוששות מתח, וככל שהמהירות גדולה יותר דו V/ dt, כך גדל הסיכוי שהפער יתקלקל והקשת תתלקח מחדש. כדי להקל על התנאים לכיבוי הקשת, התנגדויות אקטיביות מוכנסות למעגל הזרם המנותק, ואז אופי התאוששות המתח יהיה א-מחזורי (איור 3, ב).

3. שיטות לכיבוי קשתות בהתקני מיתוג עד 1000IN

בהתקני מיתוג עד 1 קילו וולט, נעשה שימוש נרחב בשיטות כיבוי הקשת הבאות:

הארכת הקשת עם סטייה מהירה של מגעים.

ככל שהקשת ארוכה יותר, כך המתח הנדרש לקיומה גדול יותר. אם מתח מקור הכוח נמוך יותר, הקשת נכבית.

חלוקת קשת ארוכה למספר קצרות (איור 4, א).
כפי שמוצג באיור. 1, מתח הקשת הוא סכום מתח הקתודה U k ואנודה Uוירידות מתח ומתח ציר קשת U sd:

Uד= U k+ U a+ U sd= U e+ U sd.

אם קשת ארוכה המתרחשת כאשר המגעים נפתחים נמשכת לרשת כיבוי קשת עשויה לוחות מתכת, אז היא תתפצל ל נקשתות קצרות. לכל קשת קצרה יהיו נפילות מתח משלה לקתודה ואנודה Uה. הקשת נכבית אם:

Uנ Uאה,

איפה U- מתח רשת; U e - סכום נפילות מתח הקתודה והאנודה (20-25 V בקשת DC).

ניתן גם לחלק את קשת ה-AC נקשתות קצרות. ברגע שהזרם עובר דרך האפס, החלל הקרוב לקתודה מקבל מייד חוזק חשמלי של 150-250 וולט.

הקשת יוצאת אם

הכחדת קשת בחריצים צרים.

אם קשת נשרפת במרווח צר שנוצר על ידי חומר עמיד לקשת, אז עקב מגע עם משטחים קרים, מתרחשת קירור אינטנסיבי ודיפוזיה של חלקיקים טעונים סביבה. זה מוביל לדה-יוניזציה מהירה ולהכחדת קשת.

אורז. 4.

א- חלוקת קשת ארוכה לקצרה; ב- משיכת הקשת לתוך חריץ צר בתא כיבוי הקשת; V- סיבוב הקשת בשדה מגנטי; G- הכחדת קשת בשמן: 1 - מגע קבוע; 2 - גזע קשת; 3 - מעטפת מימן; 4 - אזור גז; 5 - אזור אדי שמן; 6 - מגע נע

תנועה של קשת בשדה מגנטי.

קשת חשמלית יכולה להיחשב כמוליך הנושא זרם. אם הקשת נמצאת בשדה מגנטי, אזי הוא מופעל על ידי כוח שנקבע על ידי כלל יד שמאל. אם אתה יוצר שדה מגנטי המכוון בניצב לציר הקשת, אז הוא יקבל תנועת תרגום ויימשך לתוך החריץ של תא כיבוי הקשת (איור 4, ב).

בשדה מגנטי רדיאלי, הקשת תקבל תנועה סיבובית(איור 4, V). ניתן ליצור שדה מגנטי מגנטים קבועים, סלילים מיוחדים או מעגל החלקים החיים עצמו. סיבוב ותנועה מהירים של הקשת תורמים לקירור ולדה-יוניזציה שלה.

שתי השיטות האחרונות לכיבוי הקשת (בחריצים צרים ובשדה מגנטי) משמשות גם בניתוק התקנים עם מתחים מעל 1 קילו וולט.

4. השיטות העיקריות לכיבוי הקשת במכשירים מעל 1kV.

בהתקני מיתוג מעל 1 קילו וולט, נעשה שימוש בשיטות 2 ו-3 המתוארות בפסקאות. 1.3. ושיטות כיבוי הקשת הבאות נמצאות גם בשימוש נרחב:

1. הכחדת קשת בשמן .

אם המגעים של התקן הניתוק ממוקמים בשמן, אז הקשת המתרחשת במהלך הפתיחה מובילה להיווצרות גז אינטנסיבית ולאידוי השמן (איור 4, G). סביב הקשת נוצרת בועת גז המורכבת בעיקר ממימן (70-80%); פירוק מהיר של השמן מוביל לעלייה בלחץ בבועה, מה שתורם לקירור ולדה-יוניזציה טובים יותר שלה. למימן תכונות מרווה קשתות גבוהות. מגע ישירות עם פיר הקשת, הוא תורם לדה-יוניזציה שלו. בתוך בועת הגז יש תנועה מתמשכת של גז ואדי שמן. כיבוי קשת בשמן נמצא בשימוש נרחב במפסקים.

2. גז-אוויר מַשָׁב .

קירור קשת משתפר אם נוצרת תנועה מכוונת של גזים - פיצוץ. נשיפה לאורך או לרוחב הקשת (איור 5) מקדמת חדירת חלקיקי גז לחבית שלה, דיפוזיה אינטנסיבית וקירור הקשת. גז נוצר במהלך פירוק הנפט על ידי קשת (מתגי שמן) או חומרים המייצרים גז מוצק (פיצוץ אוטוגז). יעיל יותר לנשוף באוויר קר ולא מיונן המגיע מגלילי אוויר דחוס מיוחדים (מתגי אוויר).

3. הפסקת זרם מרובה .

כיבוי זרמים גדולים במתח גבוה הוא קשה. זה מוסבר על ידי העובדה כי מתי ערכים גדוליםעם תוספת האנרגיה ומתח ההתאוששות, דה-יוניזציה של פער הקשת הופכת מסובכת יותר. לכן, במפסקי מתח גבוה משתמשים בהפסקות קשת מרובות בכל שלב (איור 6). למתגים כאלה יש כמה התקני כיבוי המיועדים לחלק מהערך המדורג. חוּט. מספר ההפסקות לפאזה תלוי בסוג המתג ובמתח שלו. במפסקים של 500-750 קילו וולט יכולים להיות 12 הפסקות או יותר. כדי להקל על כיבוי קשת, מתח ההתאוששות חייב להיות מופץ באופן שווה בין ההפסקות. באיור. איור 6 מציג באופן סכמטי מתג שמן עם שתי הפסקות לכל שלב.

כאשר קצר חשמלי חד פאזי מנותק, מתח השחזור יתחלק בין ההפסקות באופן הבא:

U 1/U 2 = (ג 1+ג 2)/ג 1

איפה U 1 ,U 2 - מתחים המופעלים על ההפסקות הראשון והשני; עם 1 - קיבול בין המגעים של פערים אלה; ג 2 – קיבולת מערכת המגע ביחס לקרקע.

אורז. 6. חלוקת מתח על הפסקות במתג: א – התפלגות מתח על הפסקות במתג השמן; ב - מחלקי מתח קיבוליים; c – מחלקי מתח פעילים.

כי עם 2 זה הרבה יותר ג 1, ואז המתח U 1 > U 2 ולפיכך מכשירי כיבוי יפעלו בתנאים שונים. כדי להשוות את המתח, קיבולים או התנגדויות אקטיביות מחוברים במקביל למגעים הראשיים של מפסק המעגל (MC) (איור 16, ב, V). הערכים של קיבולים והתנגדויות shunt אקטיביות נבחרים כך שהמתח בהפסקות יתחלק באופן שווה. במתגים עם התנגדויות shunt, לאחר כיבוי הקשת בין המעגלים הראשיים, הזרם הנלווה, מוגבל בערכו על ידי ההתנגדויות, נשבר על ידי מגעי העזר (AC).

התנגדויות shunt מפחיתות את קצב העלייה של מתח ההתאוששות, מה שמקל על כיבוי הקשת.

4. הכחדת קשת בוואקום .

לגז נדיר מאוד (10-6-10-8 N/cm2) יש חוזק חשמלי גדול פי עשרות מונים מגז בלחץ אטמוספרי. אם המגעים נפתחים בוואקום, אז מיד לאחר המעבר הראשון של הזרם בקשת דרך האפס, עוצמת הפער משוחזרת והקשת לא נדלקת שוב.

5. הכחדת קשת בגזים לחץ גבוה .

לאוויר בלחץ של 2 MPa או יותר יש חוזק חשמלי גבוה. זה מאפשר ליצור מכשירים קומפקטיים למדי לכיבוי קשת באווירת אוויר דחוס. השימוש בגזים בעלי חוזק גבוה, כגון גופרית hexafluoride SF6 (גז SF6), יעיל אף יותר. לגז SF6 יש לא רק חוזק חשמלי גדול יותר מאשר אוויר ומימן, אלא גם תכונות טובות יותר לכיבוי קשת אפילו בלחץ אטמוספרי.

העיקרון של ריתוך בקשת חשמלית מבוסס על השימוש בטמפרטורת הפריקה החשמלית המתרחשת בין אלקטרודת הריתוך לחומר העבודה המתכתי.

פריקת קשת נוצרת עקב התמוטטות חשמלית של מרווח האוויר. כאשר תופעה זו מתרחשת, מולקולות הגז מיוננות, הטמפרטורה והמוליכות החשמלית שלו עולות, והיא עוברת למצב הפלזמה.

שריפת קשת הריתוך מלווה בשחרור כמות גדולהאור ובעיקר אנרגיה תרמית, כתוצאה מכך הטמפרטורה עולה בחדות ומתרחשת התכה מקומית של מתכת העבודה. זה ריתוך.

במהלך הפעולה, על מנת ליזום פריקת קשת, חומר העבודה נגעה לזמן קצר על ידי האלקטרודה, כלומר, היצירה קצרואחריו שבירת מגע המתכת והקמת מרווח האוויר הנדרש. בדרך זו, האורך האופטימלי של קשת הריתוך נבחר.

עם פריקה קצרה מאוד, האלקטרודה עלולה להיצמד לחומר העבודה, התכה מתרחשת בצורה אינטנסיבית מדי, מה שעלול להוביל להיווצרות צניחה. קשת ארוכה מאופיינת בחוסר יציבות של בעירה וטמפרטורה לא גבוהה מספיק באזור הריתוך.

לעתים קרובות ניתן להבחין בחוסר יציבות וכיפוף גלוי של צורת קשת הריתוך במהלך פעולתן של יחידות ריתוך תעשייתיות עם חלקים מסיביים למדי. תופעה זו נקראת נשיפה מגנטית.

המהות שלו טמונה בעובדה שזרם קשת הריתוך יוצר שדה מגנטי מסוים שמקיים אינטראקציה עם שדה מגנטי, שנוצר על ידי זרם זורם דרך חומר עבודה מסיבי.

כלומר, הסטייה של הקשת נגרמת על ידי כוחות מגנטיים. התהליך נקרא נשיפה מכיוון שהקשת מוסטת, כאילו תחת השפעת הרוח.

אין דרכים קיצוניות להילחם בתופעה זו. כדי להפחית את השפעת הפיצוץ המגנטי, נעשה שימוש בריתוך עם קשת מקוצרת, וגם האלקטרודה ממוקמת בזווית מסוימת.

מדיום בעירה

ישנן מספר טכנולוגיות ריתוך שונות המשתמשות בפריקות קשת חשמליות, שונות במאפיינים ובפרמטרים. לקשת הריתוך החשמלי יש את הסוגים הבאים:

• לִפְתוֹחַ. הפריקה מתרחשת ישירות באטמוספירה;
• סָגוּר. הטמפרטורה הגבוהה שנוצרת במהלך הבעירה גורמת לשחרור שפע של גזים מהשטף הבוער. השטף כלול בציפוי של אלקטרודות ריתוך;
• בסביבת גז מגן. באפשרות זו, גז מסופק לאזור הריתוך, לרוב הליום, ארגון או פחמן דו חמצני.

הגנה על אזור הריתוך נחוצה כדי למנוע חמצון פעיל של המתכת הנמסה בהשפעת חמצן אטמוספרי.

שכבת התחמוצת מונעת היווצרות של מתמשך לְרַתֵך, המתכת בצומת הופכת לנקבוביות, וכתוצאה מכך ירידה בחוזק ובאטימות של המפרק.

במידה מסוימת, הקשת עצמה מסוגלת ליצור מיקרו אקלים באזור הבעירה עקב היווצרות אזור לחץ דם גבוה, מניעת זרימת אוויר אטמוספרי.

השימוש בשטף מאפשר סחיטה אקטיבית יותר של אוויר מאזור הריתוך. השימוש בגזי מגן המסופקים בלחץ פותר בעיה זו כמעט לחלוטין.

משך פריקה

בנוסף לקריטריוני ההגנה, פריקת הקשת מסווגת לפי משך הזמן. ישנם תהליכים שבהם בעירת קשת מתרחשת במצב דופק.

במכשירים כאלה, הריתוך מתבצע בהתפרצויות קצרות. במהלך ההתפרצות הטמפרטורה מצליחה לעלות לערך המספיק להתכה מקומית שטח קטן, שבו נוצר חיבור נקודתי.

רוב טכנולוגיות הריתוך בהן נעשה שימוש משתמשות בזמן שריפת קשת ארוך יחסית. במהלך תהליך הריתוך, האלקטרודה נעה כל הזמן לאורך הקצוות המצורפים.

אזור טמפרטורה גבוהה, יוצר, נע אחרי האלקטרודה. לאחר מעבר דירה אלקטרודת ריתוךכתוצאה מכך, פריקת הקשת, הטמפרטורה של האזור הנחצה יורדת, מתרחשת התגבשות של בריכת הריתוך והיווצרות ריתוך חזק.

מבנה פריקת קשת

אזור פריקת הקשת מחולק באופן קונבנציונלי לשלושה חלקים. האזורים הסמוכים מיד לקטבים (אנודה וקתודה) נקראים אנודה וקתודה, בהתאמה.

החלק המרכזי של פריקת הקשת, הממוקם בין אזור האנודה והקתודה, נקרא עמודת הקשת. הטמפרטורה באזור קשת הריתוך יכולה להגיע לכמה אלפי מעלות (עד 7000 מעלות צלזיוס).

למרות שהחום לא מועבר לגמרי למתכת, זה מספיק כדי להמיס. לפיכך, נקודת ההיתוך של פלדה, לשם השוואה, היא 1300-1500 מעלות צלזיוס.

כדי להבטיח בעירה יציבה של פריקת קשת, זה הכרחי התנאים הבאים: נוכחות של זרם בסדר גודל של 10 אמפר (זהו הערך המינימלי, המקסימום יכול להגיע ל-1000 אמפר), תוך שמירה על מתח הקשת בין 15 ל-40 וולט.

נפילת מתח זו מתרחשת בפריקת קשת. התפלגות המתח על פני אזורי הקשת אינה אחידה. רוב נפילת המתח המופעלת מתרחשת באזורים האנודיים והקתודיים.

זה נקבע בניסוי כי ב-, נפילת המתח הגדולה ביותר נצפתה באזור הקתודה. באותו חלק של הקשת נצפה שיפוע הטמפרטורה הגבוה ביותר.

לכן, בעת בחירת הקוטביות של תהליך הריתוך, הקתודה מחוברת לאלקטרודה כאשר הם רוצים להשיג את ההיתוך הגדול ביותר שלה, להגדיל את הטמפרטורה שלה. להיפך, לחדירה עמוקה יותר של חומר העבודה, הקתודה מחוברת אליו. החלק הקטן ביותר של נפילות המתח בעמודת הקשת.

בעת ריתוך עם אלקטרודה שאינה מתכלה, ירידת מתח הקתודה קטנה מזו האנודית, כלומר, אזור הטמפרטורה הגבוהה מוסט לכיוון האנודה.

לכן, בטכנולוגיה זו, חומר העבודה מחובר לאנודה, מה שמבטיח חימום טוב והגנה על האלקטרודה הלא מתכלה מפני טמפרטורה מופרזת.

אזורי טמפרטורה

יש לציין שבכל סוג של ריתוך, גם עם אלקטרודות מתכלות וגם לא מתכלות, לעמוד הקשת (במרכזו) יש הכי הרבה טמפרטורה גבוהה- בערך 5000-7000 מעלות צלזיוס, ולפעמים גבוה יותר.

אזורי הטמפרטורה הנמוכים ביותר ממוקמים באחד אזורים פעילים, קתודה או אנודית. באזורים אלה ניתן לשחרר 60-70% מחום הקשת.

בנוסף להגברה אינטנסיבית של הטמפרטורה של חומר העבודה ואלקטרודת הריתוך, הפריקה פולטת גלי אינפרא אדום ואולטרה סגול שיכולים להשפיע מזיקה על גוף הרתך. זה מחייב שימוש באמצעי הגנה.

לגבי ריתוך AC, מושג הקוטביות לא קיים שם, שכן מיקום האנודה והקתודה משתנה בתדר תעשייתי של 50 רעידות בשנייה.

הקשת בתהליך זה פחות יציבה בהשוואה לזרם ישר, הטמפרטורה שלה משתנה. היתרונות של תהליכי ריתוך באמצעות זרם חילופין כוללים ציוד פשוט וזול יותר, ואפילו היעדר כמעט מוחלט של תופעה כמו פיצוץ מגנט, המוזכרת לעיל.

מאפייני וולט-אמפר

הגרף מציג את התלות של מתח מקור הכוח בזרם הריתוך, הנקרא מאפייני המתח הזרם של תהליך הריתוך.

העקומות האדומות מציגות את השינוי במתח בין האלקטרודה לחומר העבודה בשלבי העירור של קשת הריתוך והבעירה היציבה שלה. נקודות ההתחלה של העקומות מתאימות למתח מהלך סרקספק כוח.

ברגע שהרתך יוזם פריקת קשת, המתח יורד בחדות עד לתקופה שבה פרמטרי הקשת מתייצבים ומתקבע ערך זרם הריתוך, בהתאם לקוטר האלקטרודה שבה נעשה שימוש, הספק מקור הכוח והסט אורך קשת.

עם תחילתה של תקופה זו, מתח הקשת והטמפרטורה מתייצבים, וכל התהליך הופך ליציב.