Oorgangsherstelspanning (TRV) tydens die onderbreking van klein induktiewe strome deur skakelaars
Oorspronklike Analise van Oorgangsverskynsels in Lineêre Stelsels deur die Beginsel van Superposisie
By die analise van oorgangsverskynsels wat veroorsaak word deur skakeloperasies in lineêre stelsels, is die beginsel van superposisie 'n kragtige hulpmiddel. Deur die bestaande vaste-toestandoplossing voor die oop-sirkelbedryf met die oorgangsame antwoorde te kombineren wat deur kortsluitingspanningsbronne en oop-sirkelstroombronne veroorsaak word, en die stroom wat deur die skakelekontakte ingespot word, in ag te neem, kan 'n omvattende beskrywing van die skakelproses verkry word.
Oorgangsanalise van Oop-Sirkelbedrywe
Tydens 'n oop-sirkelbedryf moet die stroom wat deur die skakelekontakte vloei, ná die bedryf nul word. Dus moet die stroom wat in die stelsel ingespot word, gelyk aan die stroom wees wat deur die skakelekontakte vloei voordat die oop-sirkelbedryf plaasgevind het. Wanneer die skakele kontakte begin skei, ontwikkel 'n oorgangsherstelspanning (TRV) onmiddellik oor die kontakte. Die TRV verskyn onmiddellik nadat die stroom nul bereik het en duur tipies millisekondes in werklike stelsels. In praktiese kragstelsels is die eienskappe van die TRV krities vir die prestasie en betroubaarheid van sirkuitskeppers.
Belangrikheid van Oorgangsherstelspanning (TRV)
'n Grondige begrip van die oorgangsverskynsels geassosieer met sirkuitskepperbedrywe in kragstelsels kan toetspraktyke beduidend verbeter en die betroubaarheid van skakeltoerusting verhoog. Standarde spesifiseer aanbevole karakteristieke waardes vir die simulasie van TRV, wat ingenieurs help om die gedrag van skakeltoerusting beter te voorspel en te ontwerp.
Verskillende Tipes Sirkelskakeling
Die volgende diagram illustreer die TRV by die sirkuitskepperkontakte wanneer stroom in baie eenvoudige sirkels onderbreek word. Elke geval lei tot verskillende golfforme, afhangende van die aard van die sirkel:
Resistiewe Last: Vir puur resistiewe laste, daal die stroom vinnig na nul ná die skakelbedryf, wat 'n relatief gladde TRV-golfform gee.
Induktiewe Last: Vir induktiewe laste, bereik die spanning oor die induksie sy maksimumwaarde wanneer die stroom nul word. Aangesien die induksie energie opberg, wat deur ander komponente (soos kondensators) moet verbruik word, vind osillasies plaas. Hierdie osillasies word veroorsaak deur die energie-oordrag tussen die induksie en die kondensator.
Kondensatiewe Last: Vir kondensatiewe laste, daal die stroom geleidelik ná die skakelbedryf, terwyl die spanning vinnig styg. Die TRV-golfform wys tipies 'n vinnig stygende spanningspuls.
Klein Stroomonderbreking en Stroomverkorting Verskynsels
In kragstelsels kan die onderbreking van klein ströme lei tot verskynsels bekend as stroomverkorting en virtuele verkorting. Hierdie verskynsels het beduidende impakte op die oorgangsherstelspanning (TRV) en kan lei tot oorspanning en heraansteking.
Normale Onderbreking vs. Stroomverkorting
Normale Onderbreking: Wanneer die stroom natuurlik by sy nulpunt onderbreek word, is dit die ideale skakelbedryf. In hierdie geval bly die TRV tipies binne gespesifiseerde limiete, en daar vind geen oorspanning of heraansteking plaas nie.
Stroomverkorting: As die stroom vroeg onderbreek word voordat dit nul bereik, word hierdie verskynsel stroomverkorting genoem. Die plotselinge onderbreking van stroom lei tot die generering van oorgangsame oorspanning, wat hoë-frekwensie heraansteking kan veroorsaak. Hierdie tipe abnormale onderbreking bied potensiële risiko's vir die sirkuitskepper en die stelsel.
Konsekwensies van Stroomverkorting
Wanneer 'n sirkuitskepper die stroom naby sy piek onderbreek, styg die spanning amper onmiddellik. As hierdie oorspanning die di-elektriese sterkte oorskry wat vir die sirkuitskepper gespesifiseer is, vind heraansteking plaas. Wanneer hierdie proses meermal keer herhaal, styg die spanning vinnig as gevolg van hoë-frekwensie heraansteking. Hierdie hoë-frekwensie osillasie word beheer deur die elektriese parameters van die geassosieerde sirkel, die sirkelkonfigurasie, en die ontwerp van die sirkuitskepper, wat lei tot 'n nulpunt voordat die werklike kragfrekwensiestroom nul bereik.
Verskil Tussen Stroomverkorting en Virtuele Verkorting
Stroomverkorting: Kom voor wanneer die stroom vroeg onderbreek word voordat dit nul bereik, wat lei tot oorgangsame oorspanning en hoë-frekwensie heraansteking.
Virtuele Verkorting: Kom voor wanneer die stroom net voor nul onderbreek word, alhoewel dit baie naby nul is. Dit kan steeds minime oorspanning en heraansteking veroorsaak.
Vergelyking van Laastakspanning en TRV
Die volgende diagram vergelyk die laastakspanning en TRV onder twee verskillende scenario's:
Onderbreking by die Stroom Nulpunt: In hierdie geval styg die laastakspanning stadig, en die TRV bly binne gespesifiseerde limiete, wat normale stelselbedryf verseker.
Onderbreking Voor die Stroom Nulpunt (Stroomverkorting): Hier styg die laastakspanning vinnig, en die TRV verhoog beduidend, wat potensieel kan lei tot oorspanning en heraansteking. Dit is duidelik uit hierdie voorbeeld dat die tweede scenario meer ernstig is.
Belangrikheid van Begrip van Stroomverkorting
Om die impak van stroomverkorting beter te verstaan, kan die effekte van laastakverliese genegeer word. Nadat die stroom by die nulpunt onderbreek is, is die energie op die laastak hoofsaaklik in die kondensators, waar die spanning sy maksimumwaarde bereik. Maar as die stroom vroeg onderbreek word voordat dit nul bereik, kan die energie in die kondensators nie volledig verbruik word nie, wat lei tot 'n vinnige spanningsstyging en subsequente oorspanning en heraansteking.
(a) Ekwivalente Sirkel. (b) Boogonderbreking by Stroom Nulpunt. (c) Boogonderbreking Voor Stroom Nulpunt.
Stroomverkorting en Hoë-Frekwensie Oorgangsverskynsels
In die geval van stroomverkorting, kan die onstabiele boog naby die stroom nulpunt lei tot hoë-frekwensie oorgangströme wat in aangrensende netwerkkomponente vloei. Hierdie hoë-frekwensie stroom leg oor die kleiner kragfrekwensiestroom, wat effektief na nul gekap word. Spesifiek:
Boogonstabiele Naby Stroom Nulpunt: As die stroom nul nader, kan die boog onstabiel word, wat hoë-frekwensie oorgangströme genereer. Hierdie tröme superponeer op die reeds klein kragfrekwensiestroom, wat die stelsel se oorgangsantwoord verdere kompliseer.
Impak van Hoë-Frekwensie Oorgangströme: Die teenwoordigheid van hoë-frekwensie oorgangströme kan lei tot oorspanning en heraansteking, veral in induktiewe laste. As gevolg van die vinnige veranderinge in hierdie tröme, kan hulle uitermate hoë spanningspieke in 'n kort tyd produseer, wat 'n bedreiging vir die isolasie-materiaal in die stelsel bied.
Virtuele Verkorting en Sy Effekte
In die geval van virtuele verkorting, word die boogonstabiele erger gemaak deur osillasies met aangrensende fases, wat lei tot die generering van hoë-frekwensie tröme selfs voordat die stroom nul bereik. Spesifiek:
Meganisme van Virtuele Verkorting: Virtuele verkorting kom tipies voor wanneer die stroom naby maar nog nie nul bereik het. Op hierdie punt kan die boog interakteer met osillasies van aangrensende fases, wat hoë-frekwensie stroom genereer. Dit destabiliseer die stelsel verder en verhoog die risiko van heraansteking.
Gewaardeerde Verskynsel: Virtuele verkorting is waargeneem in gasboë in lug, SF6, en olie. Vakuumboë is ook hoog sensitief vir stroomverkorting omdat die boog in 'n vakuumomgewing meer vatbaar is vir buitestande, wat lei tot verhoogde onstabieleheid.
Oorsake van Verkorting en Heraansteking
Die verskynsels van verkorting en heraansteking, saam met geassosieerde hoë-frekwensie osilleerende oorspanning, word hoofsaaklik toegeskryf aan die ontwerp van die sirkuitskepper. Spesifiek:
Ontwerp vir Hoë Foutströme: Sirkuitskeppers word tipies ontwerp om hoë foutströme te hanteer. As die ontwerp slegs fokus op doeltreffende prestasie vir hoë ströme, kan dit ook effektief wees vir klein ströme, wat probeer om hulle vroeg te onderbreek voordat hulle hul natuurlike nulpunt bereik.
Negatiewe Konsekwensies: Hierdie ontwerpaanpak kan lei tot stroomverkorting en heraansteking, wat oorspanning en ander ongewensde effekte veroorsaak. Byvoorbeeld, kan oorspanning die stelsel se isolasie skade, wat lei tot toerustingfaal of verkorte leeftyd.
Optimering van Sirkuitskepperontwerp
Om beide klein en groot ströme doeltreffend aan te spreek, moet sirkuitskepperontwerp verskeie kenmerke insluit om betroubare prestasie onder verskillende omstandighede te verseker. Spesifieke aanbevelings sluit in:
Balansering van Prestasie vir Klein en Groot Ströme: Sirkuitskepperontwerp moet beide klein en groot ströme in ag neem, en vermy om een tipe te ooptimaliseer ten koste van die ander. Byvoorbeeld, kan die pasmaak van kontakte-materiaal, boogblusser-kamerontwerp, en beheerstrategieë help om prestasie oor verskillende stroomvlakke te balanseer.
Vermindering van Hoë-Frekwensie Osillasies: Die ontwerp moet beoog om hoë-frekwensie osillasies, veral naby die stroom nulpunt, te verminder. Dit kan bereik word deur gepaste dempingselemente in te voer of sirkelparameters te optimaliseer om hoë-frekwensie oorgangströme te onderdruk.
Versterking van Isolasieprestasie: Om potensiële oorspanning te hanteer, moet die sirkuitskepper se isolasieontwerp voldoende di-elektriese sterkte hê. Die keuse van hoëprestasie-isolasie-materiaal en optimalisering van die isolasiestructuur kan betroubare isolasie selfs onder ekstreme omstandighede verseker.
