Τι είναι ένας Τόξος; | Τόξος σε Συρραγέτη Κύκλου

Πριν προχωρήσουμε στις λεπτομέρειες των τεχνολογιών σβέσιμου τόξης ή εξαφάνισης τόξης που χρησιμοποιούνται σε διακόπτες, πρέπει να γνωρίζουμε πρώτα τι είναι η τόξη.

Τι είναι η Τόξη

Κατά την ανοίγηση των επαφών που φέρουν ρεύμα σε έναν διακόπτη, το μέσο μεταξύ των ανοιχτών επαφών γίνεται υψηλά ιονισμένο, μέσω του οποίου το διακόπτον ρεύμα παίρνει έναν χαμηλό αντιστατικό διάδρομο και συνεχίζει να ρέει μέσα αυτόν τον διάδρομο, ακόμη και όταν οι επαφές είναι φυσικά χωρισμένες. Κατά τη διάρκεια της ροής του ρεύματος από τη μία επαφή στην άλλη, ο διάδρομος θερμαίνεται τόσο πολύ ώστε να λάμψει. Αυτό ονομάζεται τόξη.

Η Τόξη στον Διακόπτη

Όποτε, κατά την ανοίγηση των επαφών που φέρουν ρεύμα σε διακόπτη, η τόξη στον διακόπτη εγκαθίσταται μεταξύ των χωρισμένων επαφών.

Ενώ η τόξη διατηρείται μεταξύ των επαφών, το ρεύμα μέσω του διακόπτη δεν θα διακοπεί τελικά, καθώς η τόξη είναι ο ίδιος ένας διακόπτων διάδρομος ρεύματος. Για την πλήρη διακοπή του ρεύματος, είναι απαραίτητο να σβηστεί η τόξη το ταχύτερο δυνατό. Ο βασικός σχεδιασμός ενός διακόπτη είναι να παρέχει κατάλληλη τεχνολογία σβέσιμου τόξης στον διακόπτη για την ταχεία και ασφαλή διακοπή του ρεύματος. Έτσι, πριν προχωρήσουμε στις διαφορετικές τεχνικές σβέσιμου τόξης που χρησιμοποιούνται σε διακόπτη, πρέπει να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τι είναι η τόξη και η βασική θεωρία της τόξης στον διακόπτη, ας συζητήσουμε.

Θερμική Ιονισμός Αερίου

Υπάρχουν αρκετά ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα σε ένα αέριο σε θερμοκρασία δωματίου λόγω των υπεριώδων ακτίνων, των κοσμικών ακτίνων και της ραδιοενεργότητας της Γης. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα είναι τόσο λίγα που δεν είναι αρκετά για να διατηρήσουν την ηλεκτροπαραγωγή. Τα μόρια του αερίου κινούνται τυχαία σε θερμοκρασία δωματίου. Λέγεται ότι ένα μόριο αέρα σε θερμοκρασία 300oK (θερμοκρασία δωματίου) κινείται τυχαία με μέση ταχύτητα περίπου 500 μέτρα/δευτερόλεπτο και συγκροτά άλλα μόρια με ρυθμό 1010 φορές/δευτερόλεπτο.

Αυτά τα τυχαία κινούμενα μόρια συγκροτούν το ένα με το άλλο με πολύ συχνό τρόπο, αλλά η κινητική ενέργεια των μορίων δεν είναι αρκετή για να απομονώσει ένα ηλεκτρόνιο από τα άτομα των μορίων. Εάν η θερμοκρασία αυξηθεί, ο αέρας θα ζεσταθεί και, ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα των μορίων θα αυξηθεί. Υψηλότερη ταχύτητα σημαίνει υψηλότερη επίδραση κατά την αντιμοριακή σύγκρουση. Σε αυτή την κατάσταση, μερικά από τα μόρια αποσυνδέονται σε άτομα. Εάν η θερμοκρασία του αέρα αυξηθεί περαιτέρω, πολλά άτομα απορρίπτουν τα ηλεκτρόνια τους και ιονίζουν το αέριο. Τότε αυτό το ιονισμένο αέριο μπορεί να ηλεκτροπαράγει λόγω των αρκετών ελεύθερων ηλεκτρονίων. Αυτή η κατάσταση οποιουδήποτε αερίου ή αέρα ονομάζεται πλάσμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμική ιονισμός αερίου.

Ιονισμός λόγω Σύγκρουσης Ηλεκτρονίων

Όπως συζητήσαμε, υπάρχουν πάντα κάποια ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα στον αέρα ή το αέριο, αλλά είναι ανεπαρκή για να διατηρήσουν την ηλεκτροπαραγωγή. Όταν αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εξαπολύθουν σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, αυτά κατευθύνονται προς τα σημεία υψηλότερης δυναμικής στο πεδίο και αποκτούν αρκετή ταχύτητα. Με άλλα λόγια, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται κατά την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου λόγω της υψηλής δυναμικής παραμορφώσεως. Κατά τη διάρκεια της ταξιδιάδας τους, αυτά τα ηλεκτρόνια συγκροτούν άλλα άτομα και μόρια του αέρα ή του αερίου και απομονώνουν τα ηλεκτρόνια από τις τροχιές τους.

Μετά την απομόνωση από τα γονικά άτομα, τα ηλεκτρόνια θα ταξιδέψουν επίσης κατά την κατεύθυνση του ίδιου ηλεκτρικού πεδίου λόγω της δυναμικής παραμορφώσεως. Αυτά τα ηλεκτρόνια θα συγκροτήσουν άλλα άτομα και θα δημιουργήσουν περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία θα κατευθυνθούν επίσης κατά την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Λόγω αυτής της συνδυαστικής δράσης, το πλήθος των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο αέριο θα γίνει τόσο μεγάλο ώστε το αέριο να ξεκινήσει να ηλεκτροπαράγει. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ιονισμός αερίου λόγω σύγκρουσης ηλεκτρονίων.

Αποϊονισμός Αερίου

Εάν όλες οι αιτίες του ιονισμού αερίου αφαιρεθούν από ένα ιονισμένο αέριο, αυτό επιστρέφει γρήγορα στην ουδέτερη κατάστασή του μέσω της επανενώσεως των θετικών και αρνητικών φορέων. Ο προσανατολισμός της επανενώσεως των θετικών και αρνητικών φορέων είναι γνωστός ως διαδικασία αποϊονισμού. Στον αποϊονισμό μέσω διάχυσης, τα αρνητικά ιόντα ή ηλεκτρόνια και τα θετικά ιόντα μετακινούνται προς τους τοίχους υπό την επιρροή των διαφορών συγκέντρωσης, ολοκληρώνοντας έτσι τη διαδικασία της επανενώσεως.

Ρόλος της Τόξης στον Διακόπτη

Όταν δύο επαφές ρεύματος ανοίξουν, μια τόξη συνδέει το χάσμα μεταξύ των επαφών, μέσω του οποίου το ρεύμα παίρνει έναν χαμηλό αντιστατικό διάδρομο για να ρέει, έτσι δεν θα υπάρξει καμία ξαφνική διακοπή του ρεύματος. Επειδή δεν υπάρχει καμία ξαφνική και απότομη αλλαγή στο ρεύμα κατά την ανοίγηση των επαφών, δεν θα υπάρξει καμία ανωμαλία στην αλλαγή της τάσης στο σύστημα. Εάν i είναι το ρεύμα που ρέει μέσω των επαφών ακριβώς πριν αυτές ανοίξουν, L είναι η εμπεδότητα του συστήματος, η αλλαγή τάσης κατά την ανοίγηση των επαφών μπορεί να εκφραστεί ως V = L.(di/dt), όπου di/dt είναι η ταχύτητα μεταβολής του ρεύματος ως προς το χρόνο κατά την ανοίγηση των επαφών. Στην περίπτωση του εναλλασσόμενου ρεύματος, η τόξη εξαφανίζεται προσωρινά σε κάθε μηδενικό ρεύμα. Μετά την πέραση κάθε μηδ