Lülitavate kulude väikeste induktiivsete voolude katkestamisel tekkinud ajutine taastuv jõud (TRV)
Lineaarsete süsteemide lülitusel tekkivate ajutiste nähtuste analüüs Superpositsiooni printsiibi abil
Lineaarsete süsteemide lülitusel tekkivate ajutiste nähtuste analüüsimisel on superpositsiooni printsiip tugev vahend. Kombineerides lülituse eel olnud püsivastuse, lühikutega võrgulähte ja avatud tsirkviitide poolt tekitatud ajutiste vastustega ning arvestades lülituspunktide kaudu süsteemi sisse virtaavat virta, saab lülitusprotsessi täieliku kirjelduse.
Avatud tsirkviitide lülitusel tekkivate ajutiste nähtuste analüüs
Avatud tsirkviitide lülitusel peab lülituspunktide kaudu virtav virta lülituse järel nulliks saama. Seetõttu peab süsteemi sisse virtaav virta olema sama, mis lülituse eel lülituspunktide kaudu virtas. Kui lülituspunktid alustavad eraldumist, tekib lülituspunktide vahele kohe ajutine taastumispinge (TRV). TRV ilmub kohe pärast seda, kui virta nulliks jõuab, ja kestab tavaliselt tegelikes süsteemides millisekundid. Praktikas on TRV omadused olulised lülitite toimimise ja usaldusväärsuse seisukohalt.
Ajutise taastumispinge (TRV) tähtsus
Lülitite lülitusel elektrivõrkudes tekkivate ajutiste nähtuste üksikasjalik mõistmine võib oluliselt parandada testitusi ja suurendada lülitusseadmete usaldusväärsust. Standardid soovitavad simuleerida TRV-d, mis aitavad inseneritel paremini ennustada ja disainida lülitusseadmete käitumist.
Erinevad lülituste tüübid
Järgnev diagramm illustreerib TRV-d lülitite lülitusel väga lihtsates tsirkviitides. Iga juhtum toob kaasa erineva lainekuju, sõltuvalt tsirkviidi omadustest:
Resistiivne laadi: Puhul puhtalt resistiivsetes laadides langab virta lülituse järel kiiresti nulliks, mis viib suhteliselt sileale TRV lainekujule.
Induktiivne laadi: Puhul induktiivsetes laadides jõuab induktoril olev pinge maksimaalsele väärtusele, kui virta nulliks jõuab. Kuna induktor säilitab energiat, mis tuleb teiste komponentide (näiteks kondensaatorite) kaudu lahustada, tekivad oskilleerumised. Need oskilleerumised on tingitud energiaedastusest induktorist kondensaatori.
Kondensaatoriline laadi: Puhul kondensaatorilisi laadeid langab virta lülituse järel aeglaselt, samas kui pinge tõuseb kiiresti. TRV lainekuju näitab tavaliselt kiiresti tõusvat pingepulsku.
Väikeste virtade lõpetamine ja virtade katkestamine
Elektrivõrkudes võib väikeste virtade lõpetamine viia nii virtade katkestamiseni kui ka virtuaalsete katkestamiseni. Need nähtused avaldavad olulist mõju ajutisele taastumispingele (TRV) ja võivad põhjustada ülepinge ja uuesti söömise probleeme.
Tavaline lõpetamine vs. Virtade katkestamine
Tavaline lõpetamine: Kui virta lõpetatakse loomulikult nullpunktis, siis see on ideaalne lülitusoperatsioon. Sellisel juhul jääb TRV tavaliselt määratud piiride piires, ega tekita ülepinge ega uuesti söömist.
Virtade katkestamine: Kui virta lõpetatakse enne, kui see jõuab nullini, siis see nähtus nimetatakse virtade katkestamiseks. Virta kiire lõpetamine viib ajutiste ülepingete tekkimiseni, mis võivad põhjustada kõrgefrekventsia uuesti söömist. See tüüp abnormalset lülitusoperatsiooni võib olla ohtlik lülititele ja süsteemile.
Virtade katkestamise tagajärjed
Kui lülitik lõpetab virta selle maksimumpunkti lähedal, tõuseb pinge kohe. Kui see ülepinge ületab lülitikule määratud dielektrilise tugevuse, toimub uuesti söömine. Kui see protsess kordub mitu korda, tõuseb pinge kiiresti kõrgefrekventsia uuesti söömise tõttu. See kõrgefrekventsia oskilleerumine reguleeritakse seotud tsirkviidi elektrooniliste parameetrite, tsirkviidi konfiguratsiooni ja lülitite disaini poolt, viies nullpunktini enne, kui tegelik võrgufrekventsia virta jõuab nullini.
Virtade katkestamine ja virtuaalne katkestamine erinevuses
Virtade katkestamine: Toimub, kui virta lõpetatakse enne, kui see jõuab nullini, mis viib ajutiste ülepingete ja kõrgefrekventsia uuesti söömise tekkimiseni.
Virtuaalne katkestamine: Toimub, kui virta lõpetatakse just enne, kui see jõuab nullini, kuigi see on väga lähedal nullile. See võib ikkagi põhjustada väikese ülepinge ja uuesti söömist.
Laadiga pinge ja TRV võrdlus
Järgnev diagramm võrdleb laadiga pinge ja TRV-d kahe erineva stsenaariumi korral:
Lõpetamine nullpunktis: Sel juhul tõuseb laadiga pinge tasakaalis, ja TRV jääb määratud piiride piires, tagades normaalset süsteemi tööd.
Lõpetamine enne nullpunktini (virtade katkestamine): Sel juhul tõuseb laadiga pinge kiiresti, ja TRV tõuseb oluliselt, mis võib põhjustada ülepinge ja uuesti söömist. Näha on, et teine stsenaarium on raskem.
Virtade katkestamise mõistmise tähtsus
Et paremini mõista virtade katkestamise mõju, võib ignoreerida laadiga kadunud energiat. Pärast virta lõpetamist nullpunktis on laadiga säilitatud energia peamiselt kondensaatorites, kus pinge jõuab maksimaalsele väärtusele. Kui aga virta lõpetatakse enne, kui see jõuab nullini, ei saa kondensaatorites olev energia täielikult lahustuda, mis viib kiirese pinge tõusuni ja edaspidistele ülepinge ja uuesti söömise probleemidele.
(a) Võrdluskord. (b) Loope lõpetamine nullpunktis. (c) Loope lõpetamine enne nullpunktini.
Virtade katkestamine ja kõrgefrekventsia ajutised nähtused
Puhul virtade katkestamist võib loo ebastabiilsus nullpunktis viia kõrgefrekventsia ajutiste virtude tekkeni, mis virtavad naaberlike võrgukomponendite poole. See kõrgefrekventsia virta katege väiksemat võrgufrekventsia virta, mis on efektiivselt lõpetatud nulliks. Konkreetsemalt:
Loo ebastabiilsus nullpunktis: Kui virta läheneb nullile, võib loo muutuda ebastabiilseks, tekitades kõrgefrekventsia ajutisi virtasid. Need virtad lisanevad juba väikesele võrgufrekventsia virtale, mis veelgi keerulisemat teeb süsteemi ajutise vastuse.
Kõrgefrekventsia ajutiste virtade mõju: Kõrgefrekventsia ajutiste virtade olemasolu võib põhjustada ülepinge ja uuesti söömist, eriti induktiivsetes laadides. Nende virtade kiire muutus võib lühikese aja jooksul tekitada äärmiselt kõrgeid pingevärvikke, mis ohustavad süsteemi isolatsioonimaterjale.
Virtuaalne katkestamine ja selle mõjud
Puhul virtuaalset katkestamist võib loo ebastabiilsust eksitada naaberlike faasidega oskilleerumine, mis viib kõrgefrekventsia virtade tekkeni, isegi enne, kui virta jõuab nullini. Konkreetsemalt:
Virtuaalne katkestamise mehhanism: Virtuaalne katkestamine toimub tavaliselt, kui virta on lähedal, kuid pole veel jõudnud nullini. Sel hetkel võib loo interakteeruda naaberfaaside oskilleerumistega, mis tekitab kõrgefrekventsia virtade. See destabiliseerib süsteemi veelgi ja suurendab uuesti söömise riski.
Teoreetiline nähtus: Virtuaalset katkestamist on märgatatud õhus, SF6-s ja õlis gaasloodega. Vaakumi lood on ka väga tundlikud virtade katkestamise suhtes, kuna vaakumi keskkonnas olev loo on tundlikum välisele tingimustele, mis viib suuremale ebastabiilsusele.
Katkestamise ja uuesti söömise põhjused
Katkestamise ja uuesti söömise nähtused koos kõrgefrekventsia oskilleeruvate ülepingetega tulenevad peamiselt lülitite disainist. Konkreetsemalt:
Suure veafaulti disain: Lülitikud on tavaliselt disainitud suure veafaulti töötlemiseks. Kui disain keskendub ainult suurete virtade efektiivsele töötlemisele, võib see olla samaefektiivne ka väikeste virtade töötlemiseks, püüdes neid lõpetada enne nende loomulikku nullpunktini jõudmist.
Negatiivsed tagajärjed: See disain lähenemine võib viia virtade katkestamise ja uuesti söömise tekkimiseni, mis põhjustab ülepinge ja muid ebasoodsaid mõjusid. Näiteks võib ülepinge kahjustada süsteemi isolatsiooni, mis viib seadmete vigastumisele või eluaja lühendamisele.
Lülitite disaini optimeerimine
Et efektiivselt hoolitseda nii väikeste kui ka suurte virtade eest, peaks lülitite disain sisaldama mitmeid omadusi, et tagada usaldusväärne töö erinevates tingimustes. Konkreetseid soovitusi hõlmab:
Väikeste ja suurte virtade tasakaalustamine: Lülitite disain peaks arvesse võtma nii väikeste kui ka suurte virtade, vältides ühe tüübi ülemäärase optimeerimise kulul teise tüübi. Näiteks kontaktmaterjalide, loo lõpetamise kambri disaini ja kontrollstrateegiate kohandamine aitab tasakaalustada erinevate virtatasemete suhtes.
Kõrgefrekventsia oskilleerumiste vähendamine: Disain peaks püüdma minimeerida kõrgefrekventsia oskilleerumisi, eriti nullpunktis. Selle saavutamiseks võib kasutada sobivaid dämpimise elemente või optimiseerida tsirkviidi parameetreid, et takistada kõrgefrekventsia ajutisi virtasid.
Isolatsiooni jõudluse tõstmine: Ülepinge käsitlemiseks peaks lülitite isolatsioonidisain sisaldama piisavat dielektrilist tugevust. Kõrge jõudlusega isolatsioonimaterjalide valimine ja isolatsioonistruktuuri optimeerimine tagavad usaldusväärse isolatsiooni isegi ekstreemsetes tingimustes.
