以往焊接电弧热力学状态参数观测与研究的对象大多是直流稳态TIG电弧，并在局部热力学平衡条件(IXE)的前提下，应用经典热力学状态方程，观测焊接电弧的发射光谱并求解电弧等离子体的热力学状态参数，但是对于各类交流动态电弧，如方波交流、梯形波交流以及工频正弦交流等动态电弧，其观测方法和热力学状态参数诊断方面的研究都相当缺乏。 为了实现对交流动态电弧的观测，研究其热力学状态参数变化的时间特征，本文基于增强型CCD光谱仪，设计了相关接口控制电路和弧光采集装置，建立了一套新型的交流动态电弧发射光谱的观测系统，并提出了可以精确控制交流电弧光谱信息采样时刻的统计平均方法，实现了对各类交流电弧动态过程(特别是其过零过程)的连续诊断。 本文研究中发现，交流电弧与直流电弧谱线的特征参数(如谱线的展宽量和中心波长的位移量)以及热力学状态参数具有显著区别。一般情况下，交流电弧难以满足局部热力学平衡(LTE)条件。根据Griem谱线展宽和位移理论，通过观测铝合金交流TIG电弧氩特征谱线中心波长的位移效应和氢特征谱线轮廓的展宽效应，成功地诊断了交流电弧中的原子激发温度、电子数密度等热力学状态参数及其时间变化特征，并从电弧物理的角度对其进行了分析和论述。 在研究交流电弧的过零现象中，发现电弧的原子激发温度、电子数密度的变化滞后于电流的极性变换，通过观测不同交流电弧的过零现象，证实了该滞后量与交流电弧电流过零的速率有关，当电流过零速率越大，电子数密度的滞后量也越大，说明了动态电弧的微观热物理过程会滞后于电弧宏观电参数的变化；研究还发现，在交流电弧过零过程中，电极空间仍然能够保持着足够高的热力学温度和电子数密度，具有电弧放电的电离条件，这对于认识交流电弧近零和过零过程的连续性具有重要的意义。 本文在工程应用意义上，从电弧等离子体电子数密度的角度探讨了交流电弧连续燃烧的必要条件，证实了在不加稳弧脉冲的情况下，只要交流电弧过零时具有足够的电流过零速率和电子数密度就能保证交流电弧工作的连续性：从交流电弧过零过程的热力学状态特征变化的角度，探讨了弧—源系统中电弧的可控性问题：从交流电弧近零时的状态和直流电弧近零时状态的比较，进一步认识了交流电弧近零和过零过程中的微、宏观动态物理特征。