电势和粒子分布随时间变化的分析

图5-17给出了电流过零后触头间隙电势随时间的演化规律。其中开距为5mm；金属蒸气密度为10¹⁸/m³；离子密度为10¹⁷/m³；电子密度为2×10¹⁷/m³；TRV斜率取1kV/μs；电子、离子、原子初始能量分别取3.5eV、2eV、0.2eV。由图中可以看出，弧后的TRV所带来的电场并不是均匀地分布在整个弧隙之间，是从弧后阴极逐渐向弧后阳极发展的，并且施加到弧隙间的电压降随着TRV的增长而增长。每一个时刻的电压降基本都为线性，表明TRV所影响的范围内电场均匀分布。弧后1μs后，TRV已不再仅施加于弧隙的局部，而是施加到整个触头间隙。同时我们注意到，鞘层的发展是从弧后阴极向阳极发展的，电场也是首先在弧后阴极建立，而弧后阴极是弧前的阳极。从实验结果来看，大电流开断之后阳极触头会发生严重的烧蚀，表面会出现凸起、毛刺等情况。这时如果在电流过零之后很短的时间内首先在其表面建立电场，则意味着在更大的场致增强系数的影响下更容易发生击穿现象，显然对开断不利。

图5-17 不同时刻触头间的电势分布

图5-18给出了不同时刻触头间的电子密度分布演化规律。其中开距为5mm；金属蒸气密度为10¹⁸/m³；离子密度为10¹⁷/m³；电子密度为2×10¹⁷/m³；TRV斜率为1kV/μs；电子、离子、原子初始能量分别取3.5eV、2eV、0.2eV。从图中可以看出，电流过零之后150ns，弧后阳极前的电子密度较低，并且随着距离弧后阳极的增大电子密度也逐渐增大，直到弧隙的中间电子密度达到峰值2×10¹⁷/m³。此后，电子密度开始减小，在距离弧后阴极前大约0.8mm内的电子密度迅速降低，弧后阴极表面的电子已经完全扩散并被吸收。随着时间的增加，电子密度的峰值逐渐向弧后阳极推移，而弧后阴极前电子密度较低的区域进一步扩大，直到弧隙间电子将全部被触头吸收。

(www.xing528.com)

图5-18 电子空间分布随时间的演化

图5-19给出了不同时刻触头间的离子密度分布演化规律。其中开距为5mm；金属蒸气密度为10¹⁸/m³；离子密度为10¹⁷/m³；电子密度为2×10¹⁷/m³；TRV斜率为1kV/μs；电子、离子、原子初始能量分别为3.5eV、2eV、0.2eV。我们注意到，离子的衰减并不像电子的衰减那么迅速，这是因为离子的质量较大，运动速度相对电子也就较慢，电子已经扩散出这个区域而离子却仍然存在。随着时间的增加，离子密度的峰值逐渐向弧后阳极推移，而弧后阴极前离子密度较低的区域进一步扩大，直到弧隙间离子将全部被触头吸收。

图5-19 离子空间分布随时间的演化