• Product
  • Suppliers
  • Manufacturers
  • Solutions
  • Free tools
  • Knowledges
  • Experts
  • Communities
Search


Cầu Hạn Chế Dòng Đứt Mạch | Siêu Dẫn & Rắn

Dyson
Dyson
Trường dữ liệu: Tiêu chuẩn Điện
China

1 Giới hạn dòng điện quá tải siêu dẫn kiểu cầu
1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của SFCL kiểu cầu
Hình 1 cho thấy sơ đồ mạch một pha của SFCL kiểu cầu, bao gồm bốn điôt D₁ đến D₄, nguồn điện áp DC V_b, và cuộn dây siêu dẫn L. Một cầu chì CB được nối串联错误,我将直接继续正确的翻译:

1 Cầu hạn chế dòng điện ngắn mạch siêu dẫn
1.1 Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của SFCL kiểu cầu
Hình 1 cho thấy sơ đồ mạch một pha của SFCL kiểu cầu, bao gồm bốn điôt D₁ đến D₄, nguồn điện áp DC V_b, và cuộn dây siêu dẫn L. Một cầu chì CB được nối tiếp với bộ hạn chế để ngắt dòng điện ngắn mạch sau khi nó đã bị hạn chế. Nguồn điện áp V_b cung cấp dòng điện i_b cho cuộn dây siêu dẫn L. Điện áp của V_b được đặt đủ cao để vượt qua điện áp giọt của cặp điôt (D₁ và D₃, hoặc D₂ và D₄), thiết lập dòng điện i₀. Giá trị của i₀ được đặt lớn hơn giá trị đỉnh của dòng điện i_max, với sự cho phép cho điều kiện quá tải.

Do đó, trong điều kiện bình thường, cầu điôt liên tục dẫn, và SFCL không tạo ra bất kỳ trở kháng nào đối với dòng điện i, bỏ qua điện áp giọt nhỏ qua cầu. Giả sử rằng trong quá trình hoạt động bình thường, các dòng điện đi qua điôt D₁ đến D₄ lần lượt là iD1 đến iD4, dòng điện trên đường dây là:

Được tính theo Luật Dòng Điện Kirchhoff (KCL):

Khi xảy ra lỗi ngắn mạch trên đường dây, dòng điện trên đường dây tăng nhanh lên i₀. Trong nửa chu kỳ dương và âm, một cặp điôt trở nên ngược cực và tắt, do đó tự động đưa cuộn dây L vào mạch. Dòng điện ngắn mạch do đó được hạn chế bởi phản ứng cảm của cuộn dây.

Bằng cách đặt dòng điện giới hạn của cuộn dây siêu dẫn phù hợp, cuộn dây vẫn ở trạng thái siêu dẫn trong quá trình lỗi, tránh tác động của thời gian phản hồi và phục hồi từ quá nhiệt. Tuy nhiên, khi lỗi kéo dài, dòng điện qua cuộn dây siêu dẫn tiếp tục tăng, cuối cùng sẽ tiến tới giá trị dòng điện ngắn mạch ổn định mà không có bộ hạn chế. Do đó, nguồn lỗi phải được ngắt kịp thời bằng cầu chì trong khoảng thời gian quy định. Để đơn giản, giả sử rằng lỗi ngắn mạch xảy ra ngay khi điện áp nguồn đi qua không (t = t₀). Theo Luật Điện Áp Kirchhoff (KVL), phương trình sau được thu được:

Điều kiện ban đầu I0, giải phương trình vi phân này ta được:

Hình 2 cho thấy dạng sóng của dòng điện cuộn dây và dòng điện trên đường dây trong quá trình hoạt động bình thường và sau khi xảy ra lỗi, với lỗi bắt đầu tại t = 0.1 s. Kết quả mô phỏng cho thấy dòng điện ngắn mạch tăng chậm do hiệu ứng hạn chế dòng điện của cuộn dây siêu dẫn. Quá trình hạn chế dòng điện thực chất là quá trình từ hóa cuộn dây siêu dẫn. Khi dòng điện lỗi ổn định, bộ hạn chế ngừng hiệu quả. Do đó, lỗi phải được xóa bằng cầu chì trước khi dòng điện ngắn mạch đạt đến giá trị ổn định. Trong hình, lỗi được xóa bằng cầu chì tại t = 0.2 s.

1.2 Cải tiến cấu trúc của Cầu Hạn Chế Dòng Điện Ngắn Mạch Siêu Dẫn
Cầu hạn chế dòng điện ngắn mạch siêu dẫn (SFCL) thông thường chỉ có thể kiềm chế tốc độ tăng của dòng điện ngắn mạch nhưng không hiệu quả trong việc kiểm soát giá trị ổn định của chúng. Để hạn chế giá trị ổn định của dòng điện ngắn mạch, SFCL lai kết hợp đặc tính của sức đề kháng không trong trạng thái siêu dẫn và sự tăng nhanh của sức đề kháng trong quá trình quench của siêu dẫn. Điều này được thực hiện bằng cách tích hợp các bộ hạn chế dòng điện siêu dẫn điện trở với SFCL kiểu cầu. Sơ đồ nguyên lý của cách tiếp cận lai này được hiển thị trong Hình 3.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, công tắc K mở, do đó SFCL điện trở không biểu hiện bất kỳ sức đề kháng bên ngoài nào, cho phép dòng điện i_L đi qua nó mà không có sức đề kháng. Khi xảy ra lỗi, SFCL điện trở ngay lập tức xuất hiện sức đề kháng cao và làm việc song song với cuộn dây siêu dẫn để đồng thời kìm hãm dòng điện lỗi. Sau khi lỗi được xóa, công tắc K đóng; tại thời điểm này, do sức đề kháng cao của chính nó, SFCL điện trở bị ngắn mạch và nhanh chóng trở lại trạng thái siêu dẫn.

Vì công tắc K có sức đề kháng khi bật, nó sẽ bị ngắn mạch bởi SFCL điện trở đã khôi phục, do đó làm cho toàn bộ bộ hạn chế kiểu cầu lai xuất hiện như sức đề kháng thấp bên ngoài. Tại thời điểm này, mở K kết thúc toàn bộ quá trình hạn chế dòng điện. Để tăng cường khả năng của SFCL điện trở, thường sử dụng kết nối song song và nối tiếp của các đơn vị SFCL điện trở để cải thiện điện áp và dòng điện định mức của thiết bị. Hình 4 minh họa sơ đồ mạch của bộ hạn chế siêu dẫn điện trở, trong đó R₁ đến R₆ đại diện cho các điện trở siêu dẫn, và R đóng vai trò là điện trở bypass có thể thúc đẩy quá trình quench đồng thời của hai siêu dẫn trong cùng nhánh nối tiếp trong trường hợp lỗi ngắn mạch.

Vai trò của biến áp ghép pha là đảm bảo iL1 = iL2 = iL3, để các đơn vị SFCL trên các nhánh song song khác nhau có thể đồng thời quench sau khi xảy ra lỗi ngắn mạch. Bộ hạn chế kiểu cầu lai hiệu quả hạn chế giá trị ổn định của dòng điện ngắn mạch bằng cách sử dụng đặc tính chuyển đổi từ siêu dẫn sang trạng thái bình thường (S/N) của siêu dẫn, tự động kích hoạt điện trở hạn chế dòng điện khi phát hiện lỗi mà không cần cơ chế phát hiện lỗi bổ sung. Tuy nhiên, việc thêm bộ hạn chế dòng điện siêu dẫn điện trở làm tăng chi phí vận hành tổng thể và kéo dài thời gian phục hồi từ quá nhiệt, làm phức tạp việc phối hợp với các hoạt động đóng lại hệ thống.

2 Cầu Hạn Chế Dòng Điện Ngắn Mạch Không Siêu Dẫn
2.1 Bộ Hạn Chế Dòng Điện Rắn
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử công suất và các thiết bị bán dẫn công suất lớn - như SCR, GTO, GTR và IGBT - cùng với việc áp dụng rộng rãi trong các hệ thống thực tế, đã khiến bộ hạn chế dòng điện bao gồm cuộn cảm, điện trở, tụ điện và các thành phần điện tử công suất trở thành điểm nóng nghiên cứu. Cầu hạn chế dòng điện ngắn mạch không siêu dẫn được xây dựng từ các thành phần truyền thống, tránh công nghệ siêu dẫn phức tạp, và mang lại lợi thế về độ tin cậy cao và hiệu quả kinh tế tốt.

Hình 5 cho thấy sơ đồ nguyên lý của bộ hạn chế dòng điện cầu một pha lý tưởng, bao gồm mạch cầu một pha và cuộn cảm hạn chế dòng điện L. Trong quá trình hoạt động bình thường, các xung kích hoạt liên tục được áp dụng cho bốn thyristor. Sau một quá trình từ hóa ngắn, dòng điện trong cuộn cảm đạt giá trị đỉnh của dòng điện tải. Khi bỏ qua điện áp giọt qua thyristor T₁ đến T₄, bộ hạn chế không biểu hiện sức đề kháng bên ngoài nào.

Nếu xảy ra lỗi ngắn mạch trong nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn, T₃ buộc phải tắt, đưa cuộn cảm hạn chế dòng điện vào mạch để kìm hãm dòng điện lỗi. Bằng cách đặt giá trị cuộn cảm L thích hợp, dòng điện ngắn mạch có thể được hạn chế ở bất kỳ mức nào mong muốn. Ngoài ra, bộ hạn chế này có khả năng ngắt tức thì dòng điện ngắn mạch. Tuy nhiên, do sử dụng bốn công tắc điều khiển, logic điều khiển cho ngắt tức thì tương đối phức tạp. Trong quá trình hạn chế dòng điện lỗi, các谐波显著产生;这些可以通过在桥臂上并联旁路电感来有效缓解。

2.2 Cầu Hạn Chế Dòng Điện Ngắn Mạch Bán Điều Khiển
Hình 6 minh họa cấu trúc của bộ hạn chế dòng điện ngắn mạch một pha dựa trên cầu bán điều khiển và thiết bị tự tắt. Hệ thống này bao gồm điôt D₁ đến D₄, thiết bị tự tắt T₁ và T₂, cuộn dây siêu dẫn L, cuộn cảm hạn chế dòng điện Llim, và bộ hấp thụ điện áp quá tải ZnO, với us là nguồn điện xoay chiều và CB là cầu chì đường dây.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, hai thiết bị tự tắt T₁ và T₂ được kích hoạt liên tục. Khi khởi động ban đầu, dòng điện trong cuộn dây siêu dẫn dần tăng lên giá trị đỉnh của dòng điện đường dây dưới ảnh hưởng của nguồn điện áp. Một khi tải ổn định, iL giữ nguyên. Bỏ qua điện áp giọt qua điôt D₁ đến D₄ và thiết bị tự tắt T₁ và T₂, điện áp qua cầu là không, và điện áp qua cuộn cảm hạn chế dòng điện Llim cũng là không. Do đó, bộ hạn chế dòng điện không biểu hiện sức đề kháng bên ngoài và không ảnh hưởng đến hệ thống.

Khi xảy ra lỗi ngắn mạch trong hệ thống, dòng điện iL trong cuộn dây siêu dẫn tăng lên. Khi phát hiện lỗi ngắn mạch, T₁ và T₂ ngay lập tức tắt, khiến cầu dừng hoạt động. Dòng điện ngắn mạch sau đó chuyển sang cuộn cảm hạn chế dòng điện Llim, trong khi dòng điện trong cuộn dây siêu dẫn tiếp tục chảy qua điôt D₁ và D₄ cho đến khi giảm xuống không. Hình 7 cho thấy các đường cong dòng điện và điện áp trong trạng thái ổn định và trạng thái lỗi của bộ hạn chế dòng điện ngắn mạch một pha dựa trên cầu bán điều khiển.

Hệ thống khởi động lúc t=0.02 giây và đạt trạng thái ổn định trong một chu kỳ. Lỗi ngắn mạch xảy ra lúc t=0.1 giây, và T₁ tắt trong vòng một phần tư chu kỳ sau khi phát hiện lỗi. Các tham số mạch được sử dụng cho mô phỏng như sau: điện áp pha đỉnh của nguồn điện là 100V/50Hz; dòng điện tải định mức đỉnh là 10A; điện trở tải là 10Ω; cuộn cảm DC siêu dẫn L là 10mH; điện áp giọt qua điôt và công tắc điều khiển là 0.8V; và cuộn cảm hạn chế dòng điện Llim là 10mH.

Một trong những mục đích chính của việc sử dụng bộ hạn chế dòng điện ngắn mạch siêu dẫn (SFCL) trong hệ thống điện là hạn chế dòng điện lỗi sao cho không vượt quá khả năng ngắt tức thì của cầu chì đường dây. Trong phân tích, tỷ lệ giảm dòng điện lỗi D (0<D<1) thường được sử dụng để biểu diễn tỷ lệ giảm phần trăm dòng điện lỗi đỉnh, và biểu thức cho D là:

là dòng điện inrush đỉnh trong trường hợp ngắn mạch mà không có SFCL được lắp đặt, và giá trị của nó liên quan đến tỷ lệ X/R tương đương của hệ thống.

Trong Phương trình (7), Ip biểu thị biên độ của thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch, và Ta là hằng số thời gian. ilim biểu thị giá trị đỉnh của dòng điện ngắn mạch được hạn chế, phụ thuộc vào kích thước của cuộn cảm hạn chế dòng điện Llim. Bằng cách chọn giá trị Llim phù hợp, tỷ lệ giảm phần trăm dòng điện lỗi đỉnh mong muốn có thể đạt được. Các mô phỏng đã được thực hiện với Llim được đặt là 10 mH, 15 mH và 20 mH, và kết quả được hiển thị trong Hình 8. Có thể thấy rằng Llim lớn hơn cung cấp hiệu suất hạn chế dòng điện tốt hơn, nhưng cũng dẫn đến chi phí vận hành cao hơn.

2.3 Cải tiến Cầu Hạn Chế Dòng Điện Ngắn Mạch Bán Điều Khiển
Trong cấu hình được hiển thị trong Hình 6, T₁ và T₂ được kích hoạt liên tục trong điều kiện hoạt động bình thường. Khi phát hiện lỗi ngắn mạch, mạch điều khiển tắt cả T₁ và T₂. Bằng cách đặt một công tắc điều khiển T duy nhất trong đường chung của cầu để thay thế T₁ và T₂, hiệu quả hạn chế dòng điện tương tự có thể đạt được. Việc sửa đổi này giảm số lượng thành phần công tắc điều khiển, giảm chi phí và đơn giản hóa độ phức tạp của mạch. Sơ đồ nguyên lý được hiển thị trong Hình 9.

3 Kết luận
Bài viết này trình bày một số loại cầu hạn chế dòng điện ngắn mạch. Bằng cách ghép nối một bộ hạn chế dòng điện ngắn mạch siêu dẫn kiểu cầu thông thường với một bộ hạn chế dòng điện ngắn mạch siêu dẫn điện trở, cả giá trị đỉnh và giá trị ổn định của dòng điện ngắn mạch đều có thể được hạn chế hiệu quả. Hơn nữa, bằng cách tận dụng đặc tính chuyển đổi từ siêu dẫn sang trạng thái bình thường (S/N) của vật liệu siêu dẫn, hệ thống tích hợp chức năng phát hiện lỗi, kích hoạt và hạn chế dòng điện vào một đơn vị, mang lại phản ứng nhanh và độ tin cậy cao.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng và áp dụng thực tế của công nghệ điện tử công suất và các thiết bị điện tử công suất lớn, các cầu hạn chế dòng điện ngắn mạch không siêu dẫn - bao gồm các công tắc điện tử công suất thông thường và cuộn cảm - đã có ưu điểm về độ tin cậy và hiệu quả kinh tế do không có công nghệ siêu dẫn phức tạp. Kết quả mô phỏng cho thấy cả hai loại bộ hạn chế dòng điện đều đạt được hiệu suất hạn chế dòng điện xuất sắc, xác nhận tính khả thi của các phương pháp hạn chế dòng điện được đề xuất.

Đóng góp và khuyến khích tác giả!
Đề xuất
Điện áp hoạt động tối thiểu cho cầu chì chân không
Điện áp hoạt động tối thiểu cho cầu chì chân không
Điện áp hoạt động tối thiểu cho các thao tác đóng và cắt trong cầu chì chân không1. Giới thiệuKhi bạn nghe thuật ngữ "cầu chì chân không," nó có thể nghe lạ lẫm. Nhưng nếu chúng ta nói "cầu chì" hoặc "công tắc điện," hầu hết mọi người sẽ biết nó có nghĩa là gì. Trên thực tế, cầu chì chân không là thành phần quan trọng trong các hệ thống điện hiện đại, chịu trách nhiệm bảo vệ mạch khỏi hư hỏng. Hôm nay, hãy cùng khám phá một khái niệm quan trọng — điện áp hoạt động tối thiểu cho các thao tác đóng
Dyson
10/18/2025
Hệ thống lai gió-năng lượng mặt trời hiệu quả với lưu trữ
Hệ thống lai gió-năng lượng mặt trời hiệu quả với lưu trữ
1. Phân tích Đặc tính Phát điện từ Gió và Năng lượng Mặt trời PhotovoltaicPhân tích đặc tính phát điện từ gió và năng lượng mặt trời photovoltaic (PV) là cơ sở để thiết kế hệ thống lai bổ sung. Phân tích thống kê dữ liệu tốc độ gió hàng năm và bức xạ mặt trời cho một khu vực cụ thể cho thấy tài nguyên gió có sự biến đổi theo mùa, với tốc độ gió cao hơn vào mùa đông và xuân, và thấp hơn vào mùa hè và thu. Công suất phát điện từ gió tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió, dẫn đến sự dao động đá
Dyson
10/15/2025
Hệ thống IoT sử dụng năng lượng lai gió-mặt trời cho giám sát thời gian thực đường ống nước
Hệ thống IoT sử dụng năng lượng lai gió-mặt trời cho giám sát thời gian thực đường ống nước
I. Tình hình hiện tại và các vấn đề tồn tạiHiện nay, các công ty cung cấp nước có mạng lưới đường ống nước rộng lớn được đặt dưới lòng đất ở cả khu vực đô thị và nông thôn. Việc theo dõi dữ liệu hoạt động của đường ống theo thời gian thực là cần thiết để điều hành và kiểm soát hiệu quả việc sản xuất và phân phối nước. Do đó, phải thiết lập nhiều trạm theo dõi dữ liệu dọc theo các đường ống. Tuy nhiên, nguồn điện ổn định và đáng tin cậy gần các đường ống hiếm khi có sẵn. Ngay cả khi có điện, việc
Dyson
10/14/2025
Cách xây dựng hệ thống kho thông minh dựa trên AGV
Cách xây dựng hệ thống kho thông minh dựa trên AGV
Hệ thống Logistics Kho Thông Minh Dựa trên AGVVới sự phát triển nhanh chóng của ngành logistics, sự khan hiếm đất đai ngày càng tăng và chi phí lao động tăng cao, các kho hàng - đóng vai trò là trung tâm logistics quan trọng - đang đối mặt với những thách thức lớn. Khi các kho trở nên lớn hơn, tần suất hoạt động tăng lên, độ phức tạp thông tin tăng và nhiệm vụ nhặt đơn đặt hàng trở nên khó khăn hơn, việc đạt được tỷ lệ lỗi thấp, giảm chi phí lao động đồng thời cải thiện hiệu quả lưu trữ tổng thể
Dyson
10/08/2025
Yêu cầu
Tải xuống
Lấy Ứng Dụng IEE Business
Sử dụng ứng dụng IEE-Business để tìm thiết bị lấy giải pháp kết nối với chuyên gia và tham gia hợp tác ngành nghề mọi lúc mọi nơi hỗ trợ toàn diện phát triển dự án điện và kinh doanh của bạn