3.4.3 陽極斑點對電流過零后陽極表面溫度衰減的影響

本項研究主要針對陽極表面溫度的衰減過程。為了更大程度地分析極限電流下的溫度衰減情況，實驗采用了非對稱觸頭，觸頭材料和尺寸結(jié)構(gòu)見表3-6。

表3-6 非對稱實驗觸頭類型

①見圖3-24。

圖3-30是典型的實驗測量數(shù)據(jù)曲線。從圖3-30中可以明顯地看出，在陽極表面溫度的衰減過程中出現(xiàn)了一個拐點，衰減的速率在拐點的前后有明顯的變化。從過零時刻溫度T0a=1520K到拐點溫度1370K，陽極表面溫度快速衰減。在拐點溫度1370K之后，陽極表面溫度的衰減速度減緩。過零后溫度雙指數(shù)衰減中的拐點溫度大小可能與陽極觸頭材料的熔點有關(guān)。當電流Iarc進一步增大到8.5kA時，電流過零后陽極表面溫度整體的衰減規(guī)律更明顯，與5.8kA時情況相同，同樣呈現(xiàn)雙指數(shù)的衰減模式，從電流過零時刻到溫度衰減拐點，溫度衰減速率快，在拐點之后，陽極表面溫度的衰減速率減緩。

圖3-30 觸頭電流過零后陽極表面溫度衰減波形

（觸頭材料：CuCr25；觸頭直徑：陽極60mm，陰極12mm）

定義真空電弧電流過零后陽極表面溫度衰減時間td，指陽極表面溫度從電弧電流過零時刻到溫度衰減到雙色測溫儀最低量程值時所持續(xù)的時間。對于擴散態(tài)真空電弧，電流過零后陽極表面溫度的衰減時間td非常短暫（小于0.5ms），但陽極斑點模式真空電弧形成后衰減時間td將顯著延長。根據(jù)實驗結(jié)果，陽極表面溫度衰減時間可以達到幾個毫秒。

通過分析電流過零后陽極表面溫度衰減時間td，可以得到以下結(jié)論：①隨著電弧電流Iarc的增大，電流過零后陽極表面溫度的衰減時間td也隨著增加；②陽極斑點模式電弧電流過零后陽極表面溫度的衰減時間td要大于擴散態(tài)電弧情況，并且其衰減趨勢多呈現(xiàn)雙指數(shù)形式；③電流過零后陽極表面溫度雙指數(shù)衰減過程中，電流過零時刻到兩指數(shù)衰減拐點處所需的時間幾乎保持不變，為0.3～0.4ms。

圖3-31是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)所得的陽極表面溫度衰減時間與電弧電流的關(guān)系圖。

需要說明的是，圖3-31中的結(jié)論對擴散態(tài)電弧和陽極斑點模式電弧下電流過零后陽極表面溫度衰減時間特征都適用。在陽極斑點模式電弧下，上述溫度衰減特征更為明顯。

通過上述實驗和分析研究，可以得到以下三種過零后陽極表面溫度衰減模式（見圖3-32）：

模式I：電弧仍表現(xiàn)為擴散態(tài)，但已開始收縮，弧柱呈圓柱狀，屬于擴散態(tài)電弧和柱狀電?。蹜B(tài)電?。┲g一種過渡態(tài)電弧。該電弧模式下陽極表面溫度在電流過零時刻超過材料的熔點，從電流過零時刻開始，陽極表面溫度呈單指數(shù)形式衰減，衰減時間范圍為0～0.4ms。

圖3-31 陽極表面溫度衰減時間與電弧電流關(guān)系圖

圖3-32 大電流真空電弧電流過零后陽極表面溫度的衰減模式示意圖

模式II：電弧開始表現(xiàn)為集聚態(tài)，并可能在陽極表面收縮，在觸頭分離初期這是一種收縮態(tài)柱狀電弧，但隨著開距的增大會迅速向擴散態(tài)電弧轉(zhuǎn)變。該電弧模式下陽極斑點接近于形成，陽極燒蝕并不太嚴重，屬于陽極斑點形成前的狀態(tài)。相對于模式I的情況，此時電流過零時刻陽極表面溫度更高，同時電流過零后該溫度的衰減時間也顯著增長，大于0.4ms。陽極表面溫度從電流過零時刻開始呈雙指數(shù)形式衰減，但前后兩部分指數(shù)衰減速率差別不大，同時溫度在呈雙指數(shù)衰減過程中的拐點溫度可能大于或小于觸頭材料的熔點。

模式III：電弧表現(xiàn)為集聚態(tài)，弧柱在陽極表面進一步收縮，陽極射流出現(xiàn)。該電弧模式下陽極斑點已經(jīng)形成，陽極燒蝕嚴重。電流過零時刻陽極表面溫度相對于模式II的情況進一步提高，同時電流過零后該溫度的衰減時間也更長。陽極表面溫度從電流過零時刻開始，呈雙指數(shù)形式衰減，在衰減過程中出現(xiàn)衰減速率變化的拐點溫度。