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緩沖電路分析的意義
緩沖電路分析的意義
許多電路元件可能由于過壓、過熱、過流或電壓和電流的不必要變化而失效。對(duì)于過流情況，可以通過在特定位置使用熔斷器來(lái)保護(hù)組件。同樣，對(duì)于過熱，散熱片和風(fēng)扇用于將多余的熱量從不需要的區(qū)域推開。雖然開關(guān)負(fù)載在大型配電設(shè)施中是常見的做法，但在某些情況下，開關(guān)可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生瞬態(tài)條件，從而擾亂系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
這種干擾會(huì)導(dǎo)致設(shè)備絕緣水平的超出，即隨著時(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(rèn)的方法，可以減輕開關(guān)瞬變的影響，以保持電力系統(tǒng)齒輪的可靠性并使其長(zhǎng)期運(yùn)行。
什么是緩沖電路？
定義：緩沖器是一種電路，它通過限制或停止（緩沖）電壓尖峰即開關(guān)電壓幅度及其上升速率來(lái)起到保護(hù)作用，從而降低總功耗。它通過鉗位電壓尖峰來(lái)工作，但不會(huì)改變系統(tǒng)的振鈴頻率。
當(dāng)這個(gè)由電阻器、電容器、保險(xiǎn)絲和避雷器組成的電路與所需設(shè)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常化。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(jī)會(huì)之前。
電壓異常或擾動(dòng)也稱為瞬態(tài)恢復(fù)電壓 (TRV)，其原因有很多，包括：
系統(tǒng)絕緣損壞。
立即中斷輸電線路上的斷路器。
一道雷擊。
系統(tǒng)負(fù)載的突然變化。
閃絡(luò)（弧閃）。
變壓器故障。
機(jī)器立即跳閘。
用于緩沖電路設(shè)計(jì)的開關(guān)波形
在直接進(jìn)入緩沖電路的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的信息。
日常使用的許多不同設(shè)備都有不同的電路。幸運(yùn)的是，它們都有一個(gè)共同的類或與之相關(guān)的共同波形。這種分類使我們能夠輕松地為一組具有相同特性的設(shè)備設(shè)計(jì)緩沖電路，而不是從每個(gè)設(shè)備收集數(shù)據(jù)。
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(duì)電路基礎(chǔ)有深入而扎實(shí)的知識(shí)，設(shè)計(jì)它是電路設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的任務(wù)之一。但是，閱讀本文后，您可能對(duì)如何設(shè)計(jì)所需器件的良好緩沖電路略有了解。
緩沖電路設(shè)計(jì)
緩沖電路的設(shè)計(jì)由串聯(lián)的電容器和與晶閘管并聯(lián)的電阻器組成。當(dāng)最初施加電壓時(shí)，緩沖電路表現(xiàn)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(nèi)。在接通晶閘管之前，電容器已充滿電，一旦晶閘管接通，它就會(huì)通過可控硅二極管 (SCR) 放電。
然后通過與電容器 (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(nèi)。
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(tǒng)的緩沖電路必須滿足兩個(gè)主要要求。
緩沖電容器中存儲(chǔ)的能量應(yīng)大于電路電感中的能量。
緩沖電路的時(shí)間常數(shù)是預(yù)期導(dǎo)通時(shí)間的 10%，即與最短導(dǎo)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(shè)計(jì)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(duì)相關(guān)區(qū)域及其下游連接的設(shè)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(shù)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(duì)不同的場(chǎng)景進(jìn)行了許多模擬，包括最壞的情況，并估計(jì)了設(shè)備損壞的概率。
頻率響應(yīng)（故障區(qū)域下游）：
下一步是對(duì)相關(guān)區(qū)域下游系統(tǒng)設(shè)備的頻率響應(yīng)進(jìn)行分析，以找出系統(tǒng)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(fù)此步驟以避免此類事件的進(jìn)一步發(fā)生。
緩沖電路參數(shù)：
此過程的最后一步是為緩沖電路的設(shè)計(jì)推薦合適的參數(shù)，以將系統(tǒng)的浪涌和開關(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(yīng)與系統(tǒng)的頻率響應(yīng)同步，并嚴(yán)格記錄和記錄其響應(yīng)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(shè)備的立即跳閘會(huì)導(dǎo)致阻抗突然變化到很高的值，這種情況允許小電流流過設(shè)備，從而在設(shè)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(zhǎng)期發(fā)揮作用。
緩沖電路負(fù)責(zé)以下功能：
降低設(shè)備開/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(tǒng)中的浪涌。
保護(hù)敏感設(shè)備以長(zhǎng)期執(zhí)行。
緩沖電路分析的預(yù)期結(jié)果
相關(guān)保護(hù)設(shè)備或任何斷路器甚至下游系統(tǒng)都針對(duì)瞬變的“不想要的最壞情況”條件進(jìn)行了至關(guān)重要的評(píng)估，并通過緩沖電路分析的反推薦行動(dòng)計(jì)劃來(lái)處理此類情況。
總結(jié)整個(gè)討論，可以從緩沖電路分析中得出以下主要觀點(diǎn)：
下游系統(tǒng)和瞬變之間的共振可能性降低。
在到達(dá)下游設(shè)備之前將浪涌和瞬變處理到安全水平。
設(shè)備需要更少的維護(hù)，即延長(zhǎng)使用壽命。
系統(tǒng)的整體性能 % 可靠性提高。
閱讀完這篇技術(shù)博客后，您應(yīng)該對(duì)電源系統(tǒng)中這種緩沖器電路研究的重要性有所了解。
如何通過仿真檢測(cè)最壞情況瞬變？
為什么要將開關(guān)瞬變降低到最低水平？
如何減少設(shè)備損壞，提高系統(tǒng)可靠性？
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