4.4. Самопроизвольное погасание дуги

Время жизни дуги

Одним из до сих пор не объясненных феноменов дуги является ее самопроизвольное погасание. Причем оно происходит при токах, значительно превышающих пороговый. Время до погасания носит статистический характер, поэтому обычно требуется большое число наблюдений.

Экспериментально вычислялось число отсчетов N с продолжительностью разряда, превышающей то или иное значение t.. Полученное распределение их достаточно хорошо описывается функцией

, (4.2)

то есть приближается к чисто случайному.

Устойчивость горения дуги

. Время  не зависит от длины промежутка d Например, для ртутной дуги с жидким катодом при изменении d от 1 до 27 см это время не меняется. Время  растет с ростом тока. Однако, при токе i много большем, чем пороговый, скорость роста меньше, чем при низких токах. На слаботочном участке экспериментально доказано, что зависимость (i) имеет экспоненциальный характер

, (4.3)

где i_п  пороговый ток дуги, ₀  средняя продолжительность разряда при токе i = i_п. что Зависимость (4.3) является эмпирической.

Наложение магнитного поля, как и введение газовой среды, приводит к увеличению продолжительности существования дуги; В области слаботочного участка кривых (i) это увеличение достигается за счет увеличения ее угла наклона;Для влияния магнитного поля характерно изменение угла наклона кривой (i) как на слаботочном, так и на сильноточном участках. Влияние поля в области слаботочного участка учитывается в основном параметром , который может быть представлен с помощью эмпирической формулы

, (4.4)

где Н  магнитное поле в килоэрстедах.

Влияние параметров разрядного контура на устойчивость дуги

Результаты измерений средней продолжительности существования дуги с жидким ртутным катодом в зависимости от тока при различных величинах напряжения U₀ в контуре дуги представлены на рис. 2 и почти все имеют вид прямых линий в полулогарифмическом масштабе. Угол наклона увеличивается с ростом U₀ приблизительно прямолинейно

Рис.4.2 Зависимость средней продолжительности горения дуги  при различных величинах напряжения U0 источника энергии (сплошные кривые) и индуктивности (пунктирные). 1  11,5 В; 2  30 В; 3  60 В; 4  90 В; 5  120 В; 6  60 В и 1103 Гн; 7  60 В и 5103 Гн.

, (4.5)

где U₀ измеряется в вольтах. Из (4.5) следует, что при U₀, близких к напряжению горения дуги и катодному падению, время горения дуги не зависит от U₀. На одну из возможных причин этого указывают пунктирные линии на рис. 4.2 для U₀ = 60 В, но при включении индуктивностей, равных 110^3 и 510^3 Гн. Как видно из сравнения этих кривых, включение индуктивности эквивалентно увеличению напряжения U₀. При токе 1 А индуктивность 10^3 Гн дает стабилизирующее действие, эквивалентное росту U₀ на 50 В. Это означает, что на устойчивость дуги влияет э.д.с. самоиндукции.

4.5. Движение катодного пятна

Беспорядочное движение. Пятна первого типа

При функционировании катодного пятна происходит его движение характер которого зависит от состояния поверхности катода, тока дуги и магнитного поля. Существуют катодные пятна первого и второго типов. Катодное пятно первого типа состоит из ряда фрагментов удаленных друг от друга. Кажущееся движение происходит из-за отмирания одних и возникновения других ячеек и фрагментов пятна. Среднее значение квадрата отклонения пятна за время е

S²/t = Const. (4.6)

Таким образом проявляется беспорядочный характер движения пятна.

Поскольку экспериментально доказан хаотический характер движения пятен первого типа по катодной поверхности, радиальная скорость расширения области, контролируемой пятном, может быть найдена из выражения

, (4.7)

где l₀  среднее расстояние между соседними фрагментами.

Движение катодных пятен второго типа

Для дуг второго типа сдвиг катодного пятна происходит на расстояние, не превышающее радиус кратера Это означает, что

(4.8)

где время формирования кратера. При сравнительно больших токах (> 50 А) радиус кратераr_c~i. Для медиr_c/i0.06 мкм/А, а для молибденаr_c/i0.1 мкм/А.

“Обратное движение” катодного пятна

Направление движения катодного пятна в тангенциальном магнитном поле аномально с точки зрения законов электродинамики. Оно направлено противоположно вектору IB, гдеIток,Bмагнитное поле. Этот эффект получил название “обратного движения” катодного пятна. Обратное движение превратилось в одно из главных направлений исследования дуги,

Рис.4.3 Обратное движение катодного пятна

Робсон показал, что если внешнее магнитное поле будет не строго тангенциально, а направлено под углом _Вк поверхности катода, то направление движения катодного пятна отклоняется на угол_R. Этот эффект получил название угол Робсона (рис. 4.3).

Есть предположение обратному движению способствует образующийся в этих условиях в зоне пятна кольцеобразный поток обратных электронов. Этот поток выходит из катодной плазмы и возвращается снова на катод.

Согласно этому принципу максимума магнитного поля направление движения пятна в каждой точке траектории совпадает с направлением максимума суммарной напряженности магнитного поля. Под суммарным магнитным полем понимается результат векторного сложения стороннего поля и собственного поля дуги в районе катодного пятна. Максимуму магнитного поля в пятне соответствует максимум концентрации плазмы вследствие уменьшения диффузии заряженных частиц поперек магнитного поля. Поскольку новые пятна должны возникать в месте наибольшей концентрации плазмы, такое объяснение следует признать логичным. Движение пятна в сторону максимального поля это направление вектора Пойнтинга, то есть это направление потока электромагнитной энергии.