Pārārkāpuma atveseļošanās spriegums (TRV) mazām induktīvām straumēm, pārtrauktām līkstrūklā
Lineāru sistēmu pagaidu parādību analīze, izmantojot superpozīcijas principu
Analizējot lineāru sistēmu pagaidu parādības, kas izraisītas iekšējo pārslēgumu darbībā, superpozīcijas princips ir lielisks rīks. Savienojot pastāvīgo stāvokli, kas bija pirms atslēguma operācijas, ar pagaidu reakcijām, ko izraisa īslaicīgi uzsāktie strāvas avoti un atslēguma kontakta ieplūstošais strāvas avots, var iegūt visaptverošu aprakstu par pārslēguma procesu.
Atslēguma operāciju pagaidu analīze
Atslēguma operācijas laikā strāva, kas plūst caur atslēguma kontaktiem, pēc operācijas jākļūst nullei. Tāpēc sistēmā ieplūstošajai strāvai jābūt vienādai ar to strāvu, kas plūda caur atslēguma kontaktiem pirms atslēguma. Kad atslēguma kontakti sāk atdalīties, tūlītīšķi veidojas pagaidu atveseļošanās spriegums (TRV) uz kontaktiem. TRV parādās tūlīt, kad strāva sasniedz nulles vērtību, un praksē parasti ilgst milisekundes. Reālos elektrotīklos TRV raksturojumi ir būtiski šķērsleju pārtrauktāju darbībai un uzticamībai.
Pagaidu atveseļošanās sprieguma (TRV) nozīme
Lieliska izpratne par šķērsleju pārtrauktāju operācijām saistītajām pagaidu parādībām var būtiski uzlabot testēšanas prakses un palielināt slēdziena ierīču uzticamību. Standarti ieteica simulācijai izmantot TRV raksturojumus, kas palīdz inženieriem labāk prognozēt un projektēt slēdziena ierīču darbību.
Dažādi šķērsleju pārtraukumu veidi
Nākamajā diagrammā attēloti šķērsleju pārtrauktāja kontaktos izveidojamais TRV, pārtraucot strāvu ļoti vienkāršos tīklos. Katrs gadījums rezultē dažādos formām, atkarībā no tīkla rakstura:
Resistoriskā slodze: Ja slodze ir tikai resistoriska, strāva ātri krit no nulles pēc pārslēguma, veidojot salīdzinoši gludu TRV formu.
Induktīvā slodze: Induktīvajām slodzēm indukcijas spriegums sasniedz maksimālo vērtību, kad strāva kļūst par nulles. Tā kā induktors saglabā enerģiju, kas jāiznīcina citās komponentēs (piemēram, kondensatoros), notiek oscilācijas. Šīs oscilācijas ir radītas enerģijas pārnesē starp induktoru un kondensatoru.
Kondensatoriskā slodze: Kondensatoriskām slodzēm strāva ātri samazinās pēc pārslēguma, bet spriegums strauji pieaug. TRV forma parasti attēlo strauju sprieguma impulsu.
Mazu strāvu pārtraukšana un strāvas sadalīšanas parādības
Elektrotīklos mazu strāvu pārtraukšana var izraisīt parādības, kas pazīstamas kā strāvas sadalīšana un virtuālā sadalīšana. Šīs parādības būtiski ietekmē pagaidu atveseļošanās spriegumu (TRV) un var izraisīt pārspriegumu un jauno apglušanos.
Normāla pārtraukšana vs. strāvas sadalīšana
Normāla pārtraukšana: Ja strāva tiek pārtraukta dabiski, kad tā krusto nulles punktu, tas ir ideāls pārslēguma process. Šajā gadījumā TRV parasti paliek noteiktajos robežās, un nekasā nepārspriegums vai jauna apglušana nav.
Strāvas sadalīšana: Ja strāva tiek pārtraukta agrāk, pirms tā sasniedz nulles, šo parādību sauc par strāvas sadalīšanu. Strāvas tūlītējais pārtraukums izraisa pagaidu pārspriegumus, kas var izraisīt augstfrekvences apglušanu. Šis veids no neatbilstoša pārslēguma rada potenciālas briesmas šķērsleju pārtrauktājam un sistēmai.
Strāvas sadalīšanas sekas
Ja šķērsleju pārtrauktājs pārtrauc strāvu tuvu tās virsotnei, spriegums gandrīz tūlītīšķi pieaug. Ja šis pārspriegums pārsniedz šķērsleju pārtrauktāja dielektriskās stipruma robežu, notiek apglušana. Ja šis process atkārtojas vairākkārt, spriegums turpina strauji pieaugt, dēļ augstfrekvences apglušanas. Šis augstfrekvences svārstību kontrolēšanu nodrošina saistītā tīkla elektriskie parametri, tīkla konfigurācija un šķērsleju pārtrauktāja dizains, vedot pie nulles krustpunkta pirms patiesā strāvas frekvences nulles punkta sasniedz nulles vērtību.
Atšķirība starp strāvas sadalīšanu un virtuālo sadalīšanu
Strāvas sadalīšana: Notiek, ja strāva tiek pārtraukta pirms tā sasniedz nulles, izraisojot pagaidu pārspriegumu un augstfrekvences apglušanu.
Virtuālā sadalīšana: Notiek, ja strāva tiek pārtraukta tuvu nulles punktam, lai gan tā ir ļoti tuvu nulles vērtībai. Tas var izraisīt nelielu pārspriegumu un apglušanu.
Slodzes puses sprieguma un TRV salīdzinājums
Nākamajā diagrammā salīdzināts slodzes puses spriegums un TRV divos atšķirīgos scenārijos:
Pārtraukšana strāvas nulles punktā: Šajā gadījumā slodzes puses spriegums strauji pieaug, un TRV paliek noteiktajos robežās, nodrošinot normālu sistēmas darbību.
Pārtraukšana pirms strāvas nulles punkta (strāvas sadalīšana): Šajā gadījumā slodzes puses spriegums strauji pieaug, un TRV būtiski palielinās, varbūtīgi izraisojot pārspriegumu un apglušanu. No šī piemēra skaidrs, ka otrs scenārijs ir smagāks.
Strāvas sadalīšanas nozīmes izpratne
Lai labāk izprastu strāvas sadalīšanas ietekmi, apsvērsim, ignorējot slodzes puses zaudējumus. Pēc strāvas pārtraukšanas nulles punktā slodzes puses enerģija galvenokārt atrodas kondensatoros, kur spriegums sasniedz maksimālo vērtību. Tomēr, ja strāva tiek sadalīta pirms nulles, kondensatoros saglabātā enerģija nevar pilnībā iznīcināt, izraisojot strauju sprieguma pieaugumu un pārspriegumu un apglušanu.
(a) Ekvivalentais tīkls. (b) Loka pārtraukšana strāvas nulles punktā. (c) Loka pārtraukšana pirms strāvas nulles punkta.
Strāvas sadalīšana un augstfrekvences pagaidu parādības
Gadījumā ar strāvas sadalīšanu, loka nestabilitāte tuvu strāvas nulles punktam var izraisīt augstfrekvences pagaidu strāvas, kas plūst blakus tīkla komponentēs. Šī augstfrekvences strāva liekās uz mazāko strāvas frekvences strāvu, kas efektīvi tiek sadalīta līdz nulles vērtībai. Konkrēti:
Loka nestabilitāte tuvu strāvas nulles punktam: Kad strāva pietiekami tuvojas nulles vērtībai, loks var kļūt nestabils, izraisojot augstfrekvences pagaidu strāvas. Šīs strāvas liekās uz jau mazāko strāvas frekvences strāvu, papildinot sistēmas pagaidu atbildes sarežģītību.
Augstfrekvences pagaidu strāvas ietekme: Augstfrekvences pagaidu strāvas var izraisīt pārspriegumu un apglušanu, it īpaši induktīvās slodzes gadījumā. Dēļ šo strāvu strauji mainīgās vērtības, tās var izraisīt ļoti augstus sprieguma virsotņus īsā laikā, radot draudus sistēmas izolācijas materiāliem.
Virtuālā sadalīšana un tās efekti
Gadījumā ar virtuālo sadalīšanu, loka nestabilitāte tiek pasliktināta blakus fāzu oscilācijām, izraisojot augstfrekvences strāvas pat pirms strāva sasniedz nulles. Konkrēti:
Virtuālās sadalīšanas mehānisma: Virtuālā sadalīšana parasti notiek, kad strāva ir tuvu, bet vēl nav sasniedzusi nulles. Šajā punktā loks var intereferēt ar blakus fāzu oscilācijām, izraisojot augstfrekvences strāvas. Tas papildināti destabilizē sistēmu un palielina apglušanas risku.
Novērota parādība: Virtuālā sadalīšana ir novērota gāzes lokos gaismā, SF6 un eļļā. Vakuumā esošie loki ir arī ļoti jūtīgi pret strāvas sadalīšanu, jo vakuumā esošais loks ir vairāk atkarīgs no ārējām apstākļiem, kas palielina nestabilitāti.
Sadalīšanas un apglušanas cēloņi
Sadalīšanas un apglušanas parādības, kā arī ar tām saistītie augstfrekvences oscilācijas pārspriegumi, galvenokārt ir saistīti ar šķērsleju pārtrauktāja dizainu. Konkrēti:
Dizains augstām defektu strāvām: Šķērsleju pārtrauktāji parasti ir izstrādāti, lai apstrādātu augstās defektu strāvas. Ja dizains koncentrējas tikai uz efektīvu darbību augstām strāvām, tas var būt tikpat efektīvs arī mazām strāvām, mēģinot tās pārtraukt pirms tās dabiski sasniedz nulles.
Nebiezāku sekas: Šis dizaina pieejas var izraisīt strāvas sadalīšanu un apglušanu, izraisojot pārspriegumu un citas nevēlamās efektes. Piemēram, pārspriegums var bojāt sistēmas izolāciju, izraisojot ierīču kaitējumu vai samazinājot to dzīves laiku.
Šķērsleju pārtrauktāju dizaina optimizācija
Lai efektīvi risinātu gan mazās, gan lielas strāvas, šķērsleju pārtrauktāju dizainam jāiekļauj vairāki elementi, lai nodrošinātu uzticamu darbību dažādos apstākļos. Konkrētas ieteikumi ietver:
Līdzsvars mazām un lielām strāvām: Šķērsleju pārtrauktāju dizains jāņem vērā gan mazās, gan lielas strāvas, izvairot pārmērīgu optimizāciju viena veida rēķonā ar citu. Piemēram, kontaktmaterialu pielāgošana, loka iznīcināšanas kameras dizains un vadības stratēģijas var palīdzēt līdzsvarot veiktspēju dažādām strāvas līmeņiem.
Augstfrekvences oscilāciju samazināšana: Dizainam jācenšas minimizēt augstfrekvences oscilācijas, it īpaši tuvu strāvas nulles punktam. To var panākt, ieviešot atbilstošus dempfērus vai optimizējot tīkla parametrus, lai samazinātu augstfrekvences pagaidu strāvas.
Izolācijas veiktspējas uzlabošana: Lai apstrādātu potenciālus pārspriegumus, šķērsleju pārtrauktāja izolācijas dizains jāpiešķir pietiekamu dielektrisko stiprumu. Izvēloties augstveidotus izolācijas materiālus un optimizējot izolācijas struktūru, var nodrošināt uzticamu izolāciju pat ekstrēmās apstākļos.
