Khi đi qua các tiệm hàn điện, chúng ta thường thấy các tia lửa phát ra để hàn các thiết bị, các tia lửa đó được gọi là hồ quang điện. Vậy hồ quang điện là gì? Điều kiện tạo ra hiện tượng phóng điện hồ quang và ứng dụng của hồ quang điện ra sao? Chúng ta hãy cùng tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây nhé.
1. Hồ quang điện là gì?
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Trên thực tế nó là một dạng plasma tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục. Nó thường đi kèm theo tỏa sáng và tỏa nhiệt mạnh.
Hồ quang điện có một số tính chất cơ bản như sau:
–
– Trung tâm hồ quang thường có nhiệt độ rất lớn, trong các khí cụ nhiệt độ có thể lên đến 6000 – 80000 K.
– Ở Ca tốt, mật độ dòng điện lớn, vào khoảng 104 – 105 A/cm2.
– Thực tế, sụt áp ở Ca tốt không phụ thuộc vào dòng điện, và thường bằng 10 – 20V.
2. Điều kiện tạo ra hồ quang điện:
2.1. Điều kiện:
Có 2 điều kiện:
– Làm cho hai điện cực nóng đỏ lên đến mức có thể phát hiện electron.
– Tạo ra một điện trường đủ mạnh ở giữa hai điện cực để ion hoá không khí, tạo ra tia lửa điện, cường độ điện trường.
2.2. Quá trình hình thành hồ quang điện:
– Đối với tiếp điểm có dòng nhỏ: Ban đầu khoảng cách tiếp điểm rất bé, Do đó điện trường đặt lên điện cực rất cao. Nếu đạt E > 3.107 V/m dẫn đến phát xạ electron tự do. Khi mật độ electron phát xạ lớn có thể phát sinh hồ quang từ sự phóng điện.
– Đối với tiếp điểm có dòng lớn: Lúc mở tiếp điểm lực ép tiếp điểm giảm. Tiết diện tiếp xúc thực tế nhỏ dần dẫn tới mật độ dòng điện tăng cao khoảng vài trăm A/mm2. Sự phát nóng do mật độ cao làm kim loại tại điểm tiếp xúc chảy lỏng thành giọt. Khi các tiếp điểm tiếp tục rời xa nhau giọt chất lỏng bị kéo căng thành các cầu chất lỏng. Nhiệt độ tiếp xúc càng tăng cao dẫn đến chất lỏng kim loại bốc hơi và quá trình phát nóng rất nhanh gây nổ cùng sự ion hóa phát triển nhanh do điện trường lớn dẫn đến hình thành hồ quang. Quá trình này thường kéo theo sự mài mòn tiếp điểm.
3. Ứng dụng hồ quang điện:
– Hàn hồ quang điện là công nghệ hàn phổ biến nhất hiện nay để nối, không tháo rời các chi tiết bằng nguồn nhiệt dùng để hàn, nguồn nhiệt này là hồ quang điện.
– Trong công nghệ hàn hồ quang điện, hồ quang tập trung trên một điểm của vật hàn, nhiệt lượng tương đối tập trung, vật hàn dễ dàng nóng chảy tức thì, nhiệt năng này không truyền ra rộng nên sự biến dạng của vật hàn không trầm trọng như hàn khí. Thao tác hàn hồ quang điện tương đối khó khăn, nhưng đối với nơi có điện thì khá thuận tiện và rẻ.
– Hàn hồ quang điên hiện đang được phát triển rộng rãi và trong tương lai nó còn được áp dụng rộng rãi hơn
4. Bài tập về hồ quang điện:
Câu 1: Hồ quang điện là gì? Tác hại và cách dập tắt hồ quang điện xảy ra như thế nào?
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Trên thực tế nó là một dạng plasma tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục. Nó thường đi kèm theo tỏa sáng và tỏa nhiệt mạnh.
Hồ quang điện đem lại nhiều lợi ích tuy nhiên nó cũng có một số tác hại nhất định:
– Thứ nhất, ảnh hưởng đến các thiết bị điện:
+ Hiện tượng phóng hồ quang điện làm các thiết bị điện bị phá huỷ. Nguyên nhân là do sự thay đổi điện áp đột ngột, ngắn mạch hệ thống cục bộ. Cụ thể, các tiếp điểm động lực bị đánh mòn, hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cao.
+ Phải thay thế các thiết bị đóng cắt hằng năm, có thể với số lượng lớn sẽ gây khó khăn cho
– Thứ hai, ảnh hưởng đến con người:
+ Phóng điện hồ quang có thể gây cháy nổ, hoả hoạn làm ảnh hưởng đến sức khoẻ và tính mạng con người.
+ Tia hồ quang có sức mạnh rất lớn. Nếu nhìn trực tiếp vào tia lửa hồ quang có thể làm cho các tế bào niêm mạc mắt bị chết, dẫn tới đau mắt hàn. Nếu không trang bị đồ bảo hộ trong quá trình hàn, có thể làm cho các tế bào bên ngoài da bị chết, làm bong da mặt.
– Các
+ Kéo dài ngọn lửa hồ quang.
+ Dùng năng lượng hồ quang sinh ra để tự dập.
+ Dùng năng lượng nguồn ngoài để dập.
+ Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập.
+ Mắc thêm điện trở song song để dập.
– Cách dập tắt hồ quang điện:
+ Dập hồ quang trong thiết bị hạ áp
- Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí.
- Phân chia hồ quang ra làm nhiều đoạn ngắn.
- Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang.
- Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co.
- Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động.
- Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu.
+ Dập hồ quang trong thiết bị cao áp
- Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang.
- Dập hồ quang bằng khí nén.
- Dập hồ quang trong chân không.
- Dập hồ quang trong khí áp suất cao.
Câu 2: Trình bày về hồ quang điện một chiều. Điều kiện và biện pháp cải thiện việc dập tắt hồ quang điện một chiều.
Với U0 là điện áp nguồn, mạch có điện trở R, mạch có điện cảm mạch L và rhq đặc trưng cho điện trở hồ quang với điện áp hồ quang là uhq trên các cặp tiếp điểm khi ta đóng hoặc ngắt.
Để có thể dập tắt được hồ quang điện một chiều cần loại bỏ được điểm hồ quang cháy ổn định (điểm B). Trên đặc tính ta nhận thấy sẽ không có điểm cháy ổn định khi đường đặc tính 3 (điện áp trên hồ quang) cao hơn đường đặc tính 2 như hình (tức là hồ quang sẽ tắt khi Uhq > U0 – UR).
Câu 3: Đặc điểm của hồ quang điện xoay chiều và điều kiện dập tắt hồ quang điện xoay chiều.
Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số lưới điện. Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện áp của hò quang trùng pha nhau.
Tại thời điểm dòng điện đi qua điểm 0, hồ quang không được cấp năng lượng nên quá trình phản ion xảy ra ở vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên 2 điện cực bé hơn trị số điện áp cháy thì hồ quang sẽ tắt hẳn.
Khi hồ quang điện xoay chiều đang cháy ta đưa dòng điện và điện áp của hồ quang vào dao động kí ta sẽ được dạng sóng của dòng điện và điện áp hồ quang.
– Dập tắt hồ quang điện xoay chiều
Hồ quang điện xoay chiều khi dòng điện qua trị số 0 thì không được cung cấp năng lượng.
Nếu độ cách điện này đủ lớn và điện áp nguồn không đủ duy trì phóng điện lại thì hồ quang sẽ tắt hẳn.
Để đánh giá mức độ cách điện của điện môi vùng hồ quang là lớn hay bé người ta dùng khái niệm điện áp chọc thủng. Điện áp chọc thủng (Uch.t) càng lớn thì mức độ cách điện của điện môi càng cao.
Quá trình dập tắt hồ quang điện xoay chiều không những tùy thuộc vào tương quan giữa độ lớn của điện áp chọc thủng với độ lớn của điện áp hồ quang mà còn phụ thuộc tương quan giữa tốc độ tăng của chúng.
Câu 4: Nêu quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện
– Quá trình phát sinh:
+ Tiếp điểm có dòng điện bé, khoảng cách ban đầu giữa chúng rất nhỏ trong khi điện áp đặt vào có trị số nhất định, nên sẽ sinh ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian này và điện tử từ cathode có thể bật. Hiện tượng này gọi là phát xạ tự động điện tử hay còn gọi là phát xạ điện nguội. Khi số điện tử này càng nhiều thì chuyển động dưới tác dụng của điện trường sẽ làm ion hoá không khí gây ra hiện tượng hồ quang điện.
+ Tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang điện sẽ phức tạp hơn. Ban đầu, khi mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng sẽ có trị số khá nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc sẽ để dòng điện đi qua ít. Sự tăng đáng kể của mật độ dòng điện, có thể lên đến hàng chục nghìn A/cm2 nên tại các tiếp điểm đó, nhiệt độ của cầu chất lỏng sẽ tăng tiếp tục, sau đó bốc hơi và hồ quang điện xuất hiện trong không gian giữa hai tiếp điểm.
– Quá trình dập tắt: Quá trình này cần những điều kiện ngược lại so với quá trình phát sinh hồ quang điện, cụ thể:
+ Hạ thấp nhiệt độ hồ quang bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát.
+ Kéo dài hồ quang bằng cách dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ và thổi khí dập tắt hoặc.
+ Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ
+ Dùng năng lượng của hồ quang hoặc năng lượng bên ngoài để dập tắt nỏ
+ Tiêu thụ năng lượng hồ quang bằng cách mắc điện trở Shunt (dùng điện trở mắc song song với hai tiếp điểm sinh hồ quang).
