緩沖電路分析的意義

2021-10-16

緩沖電路分析的意義

許多電路元件可能由于過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)流或電壓和電流的不必要變化而失效。對于過(guò)流情況，可以通過(guò)在特定位置使用熔斷器來(lái)保護組件。同樣，對于過(guò)熱，散熱片和風(fēng)扇用于將多余的熱量從不需要的區域推開(kāi)。雖然開(kāi)關(guān)負載在大型配電設施中是常見(jiàn)的做法，但在某些情況下，開(kāi)關(guān)可能會(huì )導致產(chǎn)生瞬態(tài)條件，從而擾亂系統的穩定性。

這種干擾會(huì )導致設備絕緣水平的超出，即隨著(zhù)時(shí)間的推移降低其絕緣效果。這就是緩沖電路發(fā)揮作用的地方。緩沖電路是一種公認的方法，可以減輕開(kāi)關(guān)瞬變的影響，以保持電力系統齒輪的可靠性并使其長(cháng)期運行。

什么是緩沖電路？

定義：緩沖器是一種電路，它通過(guò)限制或停止（緩沖）電壓尖峰即開(kāi)關(guān)電壓幅度及其上升速率來(lái)起到保護作用，從而降低總功耗。它通過(guò)鉗位電壓尖峰來(lái)工作，但不會(huì )改變系統的振鈴頻率。

當這個(gè)由電阻器、電容器、保險絲和避雷器組成的電路與所需設備一起工作時(shí)，它會(huì )吸收電壓上升并使其波形中的干擾正?；?。這種電路在消除瞬態(tài)電壓和平滑諧振和反射方面是最好的，甚至在它們建立的機會(huì )之前。

電壓異?；驍_動(dòng)也稱(chēng)為瞬態(tài)恢復電壓 (TRV)，其原因有很多，包括：

系統絕緣損壞。

立即中斷輸電線(xiàn)路上的斷路器。

一道雷擊。

系統負載的突然變化。

閃絡(luò )（弧閃）。

變壓器故障。

機器立即跳閘。

用于緩沖電路設計的開(kāi)關(guān)波形

在直接進(jìn)入緩沖電路的設計之前，必須了解電源電路的波形。這些波形為我們提供了動(dòng)力，更重要的是提供了一種模式來(lái)了解緩沖器的使用和有關(guān)其設計的信息。

日常使用的許多不同設備都有不同的電路。幸運的是，它們都有一個(gè)共同的類(lèi)或與之相關(guān)的共同波形。這種分類(lèi)使我們能夠輕松地為一組具有相同特性的設備設計緩沖電路，而不是從每個(gè)設備收集數據。

雖然緩沖電路基本上由電阻器和電容器組成，但鑒于需要對電路基礎有深入而扎實(shí)的知識，設計它是電路設計中最復雜的任務(wù)之一。但是，閱讀本文后，您可能對如何設計所需器件的良好緩沖電路略有了解。

緩沖電路設計

緩沖電路的設計由串聯(lián)的電容器和與晶閘管并聯(lián)的電阻器組成。當最初施加電壓時(shí)，緩沖電路表現為短路，因此器件兩端的電壓為零。

電容器兩端的電壓逐漸增加，但速度較慢，因此晶閘管兩端的 dv/dt（電壓變化率）保持在所需范圍內。在接通晶閘管之前，電容器已充滿(mǎn)電，一旦晶閘管接通，它就會(huì )通過(guò)可控硅二極管 (SCR) 放電。

然后通過(guò)與電容器 (C) 串聯(lián)的電阻器 (R) 限制放電電流，以將電流值及其變化率 (di/dt) 保持在安全邊界內。

電容器和電阻器選擇

緩沖電路的電容器通常承受高峰值電流和電壓變化率 (dv/dt)。傳統的緩沖電路必須滿(mǎn)足兩個(gè)主要要求。

緩沖電容器中存儲的能量應大于電路電感中的能量。

緩沖電路的時(shí)間常數是預期導通時(shí)間的 10%，即與最短導通時(shí)間相比較小。

為了使緩沖電路的電阻器在此振鈴頻率下有效，電容器用于最小化頻率切換時(shí)的耗散。完美的設計是在振鈴頻率選擇電容的阻抗與電阻的阻抗相同。

緩沖電路分析方法

緩沖電路研究的分析分 3 個(gè)主要步驟完成：

量化瞬態(tài)：

對相關(guān)區域及其下游連接的設備進(jìn)行徹底研究、分析，然后在 EMTP（電磁瞬態(tài)程序）中建模。在該程序中，TRV 的關(guān)鍵參數包括其幅度、上升速率、頻率和能量是從建議的模擬中提取的。針對不同的場(chǎng)景進(jìn)行了許多模擬，包括最壞的情況，并估計了設備損壞的概率。

頻率響應（故障區域下游）：

下一步是對相關(guān)區域下游系統設備的頻率響應進(jìn)行分析，以找出系統自然發(fā)生頻率與瞬態(tài)之間共振的任何可能性。在任何可能的每個(gè)可能點(diǎn)重復此步驟以避免此類(lèi)事件的進(jìn)一步發(fā)生。

緩沖電路參數：

此過(guò)程的最后一步是為緩沖電路的設計推薦合適的參數，以將系統的浪涌和開(kāi)關(guān)瞬變降低到所需的水平。最重要的是將連接的緩沖電路的頻率響應與系統的頻率響應同步，并嚴格記錄和記錄其響應偏差。

使用緩沖電路的必要性分析

正如之前在同一篇博客中所討論的，設備的立即跳閘會(huì )導致阻抗突然變化到很高的值，這種情況允許小電流流過(guò)設備，從而在設備上產(chǎn)生高電壓。更快的電流變化率 (di/dt) 也具有非常相似的效果。這種情況需要像緩沖電路這樣的元件才能長(cháng)期發(fā)揮作用。

緩沖電路負責以下功能：

降低設備開(kāi)/關(guān)狀態(tài)下的電壓。

將電流和電壓的變化率保持在瞬態(tài)中的最佳值。

消除電力系統中的浪涌。

保護敏感設備以長(cháng)期執行。

緩沖電路分析的預期結果

相關(guān)保護設備或任何斷路器甚至下游系統都針對瞬變的“不想要的最壞情況”條件進(jìn)行了至關(guān)重要的評估，并通過(guò)緩沖電路分析的反推薦行動(dòng)計劃來(lái)處理此類(lèi)情況。

總結整個(gè)討論，可以從緩沖電路分析中得出以下主要觀(guān)點(diǎn)：

下游系統和瞬變之間的共振可能性降低。

在到達下游設備之前將浪涌和瞬變處理到安全水平。

設備需要更少的維護，即延長(cháng)使用壽命。

系統的整體性能 % 可靠性提高。

閱讀完這篇技術(shù)博客后，您應該對電源系統中這種緩沖器電路研究的重要性有所了解。

如何通過(guò)仿真檢測最壞情況瞬變？

為什么要將開(kāi)關(guān)瞬變降低到最低水平？

如何減少設備損壞，提高系統可靠性？

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