伏安特性曲線為什麼不過原點?

時間 2022-01-02 13:05:03

1樓:Patrick Zhang

這要看是什麼元器件的伏安特性曲線了。

我們看下圖:

圖1:電阻的伏安特性曲線

請題主注意:我們從圖1看到,電阻的伏安特性曲線是一條過原點的直線。

我們另Rd為動態電阻,從圖1中我們看到,電阻的動態電阻Rd等於電阻R。其實,動態電阻就是電阻伏安特性曲線的割線斜率,因為直線的割線就等於它自身,故電阻的動態電阻就等於電阻自身了。

值得注意的是:我們看到電阻的伏安特性曲線隨著電流加大是單調上公升的,故動態電阻Rd大於零。我們把電阻的這種特性叫做正阻特性。

我們看下圖:

圖2:電弧的伏安特性曲線

圖2的左側是電路在正常工作條件下的電路圖。當圖中的開關K閉合時,我們忽略電感的線圈電阻和電源內阻,則流過開關的電流是I=E/R,而開關K兩端的電壓是零。當圖中的開關K開啟時,線路中的電流I=0,開關K兩端的電壓是電源電動勢E。

我們用一條直線把此兩點連線起來,這條線叫做開關的直流負載線。

現在,我們把電弧的伏安特性曲線迭加在直流負載線上,見圖2的右圖。

電弧的特點是:電流越大,電弧的溫度就越高,電弧等離子體的電阻Rh就越低,電弧的電壓Uh也越低。可見,電弧越強盛,它的電壓就越低;反之,電弧越弱,或者電弧即將熄滅,它的電壓就越高。

當電弧熄滅後,電弧的電壓就是開關兩端的電壓,也即電源電動勢E。

由此可知,電弧的動態電阻小於零,電弧具有負阻特性。當電弧電流增大時,它的伏安特性曲線是單調下降的。

電弧的伏安特性曲線會過原點嗎?答案是否定的。須知,在原點處電弧是不存在的。

我們再看交流電弧的伏安特性曲線,如下:

圖3:交流電弧的伏安特性曲線

圖3的1圖是電路圖,2圖是電阻的交流電壓與交流電流的波形,我們看到交流電壓與交流電流之間的相位差等於零。

圖3的3圖就是交流電弧的伏安特性曲線。

我們先看第一象限的曲線:

我們從1圖看到,當電壓載入在開關M的兩端時,電路其實是斷的。我們設開關M的動、靜觸頭間的距離是d,電源電壓是u, ,則開關M動、靜觸頭間的電場強度:

。電壓過零後,當電壓低於U0時,由於電場強度很低,對應的陰極觸頭材料的電子不會逸出,故電流等於零;當電壓高於U0後,電流開始出現。隨著電壓繼續加大,電流也增加。

當電壓等於開關M觸頭間的擊穿電壓時,間隙氣體被擊穿,電弧開始出現。

間隙氣體被擊穿並出現電弧的點就是A點,A點的電壓最高,又叫做燃弧尖峰Urh。

注意:0A曲線屬於正阻特性,曲線是單調上公升的。

電弧在A點出現後,隨著電壓增高,流過電弧的電流Ih加大,電弧電壓Uh開始下降,出現負阻特性。當電壓到達最大值Um時,電弧的溫度最高,電弧電壓Uh最低,此點就是B點。

AB階段的曲線具有負阻特性,曲線單調下降。

現在電源電壓開始下降,電弧溫度也隨之下降,電弧電壓開始上公升。當電源電壓降至C點電壓時,電弧已經不能維持,電弧熄滅。

C點的電弧電壓叫做熄弧尖峰Uxh。由於C點的電弧溫度高於A點的電弧溫度,故 。

BC階段的曲線依然具有負阻特性。

電弧熄滅後,間隙中殘存的高溫氣體中陰離子和陽離子不斷復合形成正常空氣粒子,但少量的離子依然存在,所以會有很小的電流,我們把它叫做剩餘電流。剩餘電流的大小決定了電壓過零後電弧是否會重燃。

C0階段的曲線具有正阻特性。

電壓過零後,在第三象限開始反方向的電弧重燃程序。當然,電弧是否會重燃,與C0階段的剩餘電流關係極大。若剩餘電流很小,氣體復合全面,則電弧就此熄滅。

我們看到,即便是交流電弧,它的伏安特性曲線也不會過原點,見圖3的4圖。過原點的是電弧熄滅後的熾熱氣體之伏安特性曲線。

下圖是我在電器學實驗室拍攝的交流電弧示波器曲線:

圖4:交流電弧的波形,與圖3有何關係?

圖4的曲線說明了什麼?為何燃弧尖峰與熄弧尖峰之間的曲線表現為近乎於水平線的下降曲線?圖4與圖3的3圖和4圖有何關係?

用我當年讀《電路分析》時老師的話來說:伏安特性曲線是某元器件的身份證。

通過電阻和電弧的伏安特性曲線分析,我們看到伏安特性曲線是否過原點,與它們的工作特性有關。由此可見,題主所謂的「伏安特性曲線為什麼不過原點?」要具體問題具體分析才行。

回答完畢。

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