Які практичні застосування трансформаторів у силовій електроніці

1. Принцип роботи розрядника

Розрядник працює на основі принципу газового розряду. Коли між двома електродами застосовується достатньо високе напруга, газ між електродами іонізується, утворюючи провідний канал, і таким чином відбувається розряд. Цей процес схожий на явище розряду, яке відбувається між хмарами та землею під час блискавки. Іонізація газу відбувається через те, що напруженість електричного поля достатньо сильна, щоб електрони в молекулах газу отримали достатню енергію для визволення від зв’язку атомів або молекул, утворюючи вільні електрони та іони. Ці вільні електрони та іони прискорюються під дією електричного поля, зіткуються з іншими молекулами газу, утворюючи більше іонізаційних процесів, і, врешті-решт, призводять до пробою газу та утворення розряду.

Згідно з законом Пашена, пробойне напруга газу є функцією тиску газу, відстані між електродами та типу газу. При заданому типу газу та тиску існує певна залежність між відстанню між електродами та пробойним напруга. Загалом, чим більша відстань між електродами, тим вищим є пробойне напруга.

2. Основні методи використання розрядника для визначення напруги

Калібрування пристрою розрядника

Спочатку необхідно калібрувати розрядник за допомогою відомої напруги. Для цього можна використовувати стандартний джерело напруги, такий як високоточний генератор постійного або змінного струму, який підключається до електродів розрядника. Поступово збільшуйте напругу, поки не спостерігається розряд, і зафіксуйте значення напруги та відповідну відстань між електродами. Наприклад, для розрядника з повітря як середовищем, коли відстань між електродами становить 1 мм, пробойне напруга, виміряне за допомогою стандартного джерела напруги, становить 3 кВ, отже, отримується точка калібрування.

Змінюючи відстань між електродами та повторюючи вищезазначений процес, можна отримати ряд даних про пробойне напруга, відповідне різній відстані між електродами, та побудувати криву залежності між відстанню між електродами та пробойним напруга. Це надає базу для калібрування для подальшого вимірювання невідомої напруги.

Вимірювання невідомої напруги

При визначенні невідомої напруги, підключіть джерело невідомої напруги до каліброваного пристрою розрядника. Поступово збільшуйте напругу, поки не спостерігається розряд. Виміряйте відстань між електродами в цей момент, а потім, відповідно до раніше побудованої кривої калібрування, знайдіть відповідне значення напруги. Це значення є приблизно невідомою напругою. Наприклад, при вимірюванні напруги високої напруги імпульсу, якщо спостерігається розряд при відстані між електродами 2 мм, а відповідне значення напруги, отримане з кривої калібрування, становить 6 кВ, то напруга високої напруги імпульсу визначається приблизно 6 кВ.

3. Зауваження та джерела помилок

Вплив умов газу: Тип, тиск та вологість газу можуть мати значний вплив на пробойне напруга. Наприклад, у високовологому середовищі, збільшення вмісту водяного пару в повітрі знизить пробойне напруга газу. Тому під час вимірювання необхідно зберігати умови газу максимально стабільними. Якщо можливо, краще проводити вимірювання при стандартному атмосферному тиску та в сухому середовищі, або враховувати зміни умов газу та вносити корективи.

Вплив форми та стану поверхні електродів: Форма (наприклад, сферична, голкова, плоска та ін.) та стан поверхні (наприклад, шорсткість, наявність оксидних шарів та ін.) електродів також впливають на пробойне напруга розрядника. Різні форми електродів призводять до нерівномірного розподілу електричного поля, що змінює пробойне напруга. Наприклад, конструкція голково-плоского електрода має концентрацію електричного поля на вершині голкового електрода, що робить його більш схильним до пробою, і його пробойне напруга відносно низьке. Шорсткість та оксидні шари на поверхні електродів можуть адсорбувати молекули газу або змінювати розподіл електричного поля. Тому під час вимірювання необхідно забезпечити однаковість форми та стану поверхні електродів, або врахувати ці фактори та внести корективи.

Обмеження точності вимірювання: Вимірювання напруги за допомогою розрядника є відносно грубим методом, і його точність обмежена багатьма факторами. Крім вищезазначених умов газу та факторів електродів, сам розряд є миттєвим та дещо випадковим процесом, який важко точно контролювати та вимірювати. Більше того, у випадку високої напруги, можуть відбуватися кілька розрядів або постійні дуги, що також впливає на точність результатів вимірювання. Тому цей метод зазвичай використовується для приблизного оцінювання напруги, а не для високоточного вимірювання напруги.