Hvad er de praktiske anvendelser af transformatorer i effektelektronik?
1. Funktionsprincip for sparkelækken
Sparkelækken fungerer på grundlag af gassediskhastning. Når en tilstrækkelig høj spænding anvendes mellem to elektroder, ioniseres gassen mellem elektroderne, og der dannes en ledende kanal, hvilket fører til sparkeldiskhastning. Denne proces er lignende den diskhastning, der finder sted mellem skyer og jorden under lyn. Ioniseringen af gassen skyldes, at elektriske feltstyrken er stærk nok til at give elektronerne i gasmolekyler tilstrækkelig energi til at bryde fri fra bundet til atomer eller molekyler, hvilket resulterer i frie elektroner og ioner. Disse frie elektroner og ioner accelererer under indflydelse af det elektriske felt, kolliderer med andre gasmolekyler, skaber flere ioniseringsprocesser, og fører til sidst til nedbrydning af gassen og dannelse af sparkeldiskhastning.
Ifølge Paschens lov er nedbrydningsspændingen for en gas en funktion af gaspresset, elektrodernes afstand og gassens type. Givet en bestemt gastype og tryk, er der et bestemt forhold mellem elektrodernes afstand og nedbrydningsspændingen. Generelt set er jo større elektrodeafstand, jo højere nedbrydningsspænding.
2. Grundlæggende metoder for brug af sparkelækken til at bestemme spændingen
Kalibrering af sparkelækkeenheden
Først er det nødvendigt at kalibrere sparkelækken ved hjælp af en kendt spænding. En standardspændingskilde, såsom en højpræcis DC- eller AC-spændingsgenerator, kan anvendes og forbundet til elektroderne i sparkelækken. Øg gradvist spændingen, indtil sparkeldiskhastning observeres, og notér spændingsværdien samt den tilsvarende elektrodeafstand i dette øjeblik. For eksempel, for en sparkelække med luft som medium, når elektrodeafstanden er 1 mm, er den målte nedbrydningsspænding ved hjælp af standardspændingskilden 3 kV, hvilket giver et kalibreringsdatapunkt.
Ved at ændre elektrodeafstanden og gentage ovenstående proces, kan en række nedbrydningsspændingsdata for forskellige elektrodeafstande opnås, og forholdskurven mellem elektrodeafstand og nedbrydningsspænding kan tegnes. Dette giver et kalibreringsgrundlag for den efterfølgende måling af en ukendt spænding.
Måling af den ukendte spænding
Når man skal fastslå en ukendt spænding, forbinder man den ukendte spændingskilde til den kalibrerede sparkelækkeenhed. Øg gradvist spændingen, indtil sparkeldiskhastning observeres. Mål elektrodeafstanden i dette øjeblik, og find derefter den tilsvarende spændingsværdi ifølge den tidligere tegnede kalibreringskurve. Denne spændingsværdi er omtrent lig med den ukendte spænding. For eksempel, når man måler spændingen af en højspændingspuls, hvis sparkeldiskhastning observeres, når elektrodeafstanden er 2 mm, og den tilsvarende spænding, der opnås fra kalibreringskurven, er 6 kV, så fastslås spændingen af højspændingspulsen til at være omtrent 6 kV.
3. Precautions and Sources of Error
Indflydelse af gasforhold: Gasstype, tryk og fugtighed kan have en betydelig indflydelse på nedbrydningsspændingen. For eksempel vil i et miljø med høj fugtighed, hvor vanddampindholdet i luften stiger, nedbrydningsspændingen falde. Derfor er det nødvendigt at holde gasforholdene så stabile som muligt under målingen. Hvis muligt, er det bedst at foretage målingen under standardatmosfæriske tryk og i et tørt miljø, eller foretag rettelser for ændringer i gasforhold.
Indflydelse af elektrodens form og overfladebetegnelse: Elektrodens form (såsom kugleformet, nålestumpet, fladepladeformet osv.) og overfladebetegnelse (såsom ruhed, tilstedeværelse af oxideringslag osv.) vil også påvirke nedbrydningsspændingen for sparkelækken. Forskellige former for elektroder vil føre til en ulige fordeling af det elektriske felt, hvilket vil ændre nedbrydningsspændingen. For eksempel har nåle-plade-elektrodestrukturen et elektrisk felt koncentreret ved spidsen af nåleelektroden, hvilket gør den mere tilbøjelig til nedbrydning, og dens nedbrydningsspænding er relativt lav. Ruhed og oxideringslag på elektrodens overflade kan absorbere gasmolekyler eller ændre fordelingen af det elektriske felt. Derfor er det nødvendigt at sikre konsistensen af elektrodens form og overfladebetegnelse under målingen, eller tage disse faktorer i betragtning og foretag rettelser.
Begrænsninger for målenøjagtighed: Måling af spænding ved hjælp af en sparkelække er en relativt grov metode, og dens nøjagtighed er begrænset af flere faktorer. Uden for de ovennævnte gasforhold og elektrodefaktorer, er selve sparkeldiskhastningen en øjeblikkelig og noget tilfældig proces, som er svær at præcist kontrollere og måle. Desuden kan der i højspændingssituationer opstå flere diskhastninger eller kontinuerlige buer, hvilket også vil påvirke præcisionen af måleresultaterne. Derfor bruges denne metode normalt til en grov vurdering af spændingen snarere end til højpræcis spændningsmåling.
