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浪涌及其抑制

 郎中骑 2022-01-26

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什么是浪涌

,就是瞬间出现超出稳定值的峰值,它包括浪涌电压和浪涌电流

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浪涌也叫突波,普遍存在于配电系统中,常见的表现有,在正常情况下,机器会自停或自启,电脑控制系统经常出现无理由复位,电机经常要更换或重绕,电气设备由于故障,复位或电压问题而缩短使用寿命,浪涌产生的时间非常短,属于微秒级别的水平。

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典型的浪涌性负载
在继电器线圈注入电压以后,在开关断开的一瞬间,就会产生一个很大的浪涌电压。这是自身产生的浪涌电压,虽然是仅仅在几百万分之一秒时间内出现的剧烈脉冲,但是对外部电路会造成很大干扰尤其是电子线路,甚至会瞬间烧坏。在多个继电器同时使用时,浪涌会加剧,会相互干扰。

电动机是典型的感性负载,送电开始,此时的电流最大,此电流称为启动冲击电流,它等于电动机额定工作电流的10-14倍,当电动机进入启动阶段,此时的电流大约等于额定工作电流的5-7倍,当转速稳定后,此时的电流小于或等于额定电流,因为电动机拖动负载运行,它的转速上升需要有过渡过程,不可能一上电,电动机就能达到稳定转速,显然电动机的电流会对配电系统产生浪涌冲击

含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。
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浪涌保护器

浪涌保护器是把线路中入侵的尖峰电流和电压引入大地,从而保护线路和电气设备的安全,免受大电流冲击而损坏,是雷电防护中不可缺少的装置。

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浪涌保护器平常对地是开路的,只有存在尖峰电流或电压时才和地线导通。一般接在主断路器下方。浪涌保护器的电气符号一般用SPD表示。

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一二级浪涌保护器的区别:

为了避免雷击损坏电器设备,常用多级浪涌保护,一级采用开关型雷击浪涌保护器,位于电源线入户位置,二级限压型雷击浪涌保护器,一般与一级浪涌保护器距离不低于11.25米,因为雷击浪涌沿着电力电缆侵入,到第一级放电间隙响应有延时,会继续前行,达到二级时释放不了强大的电流,失去了防雷击的意义。

浪涌保护器技术参数:

Uc275V指浪涌保护器的工作额定电压,可以长期工作的电压,在选择浪涌保护器时,要选择和被保护线路中的额定电压相匹配。超过额定电压浪涌保护器就会导通。

Imax 40kA 指浪涌保护器的最大放电电流(峰值电流),也就是浪涌保护器在保护时最大的对地放电电流。

In 20KA 指额定的放电电流。

Up是保护的电压等级。按被保护电气设备的耐受冲击电压值的80%进行选择,表示了浪涌保护器的防雷性能,当浪涌保护器端子上面的电压升高至Up值时,其开始保护。

窗口显示绿色代表正常,存在保护作用。显示红色代表已无保护作用,需要更换。


浪涌保护器接线图
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负载浪涌的抑制

例如PLC的数字量输出常常连接有驱动能力的设备,电磁阀、继电器、接触器、这些设备都有一个共同特点带有线圈,这些设备都是感性负载。感性负载在其工作线圈接通或断开时,会产生浪涌电压和冲击电流,不仅损坏触点,同时所产生的强烈脉冲噪声将通过辐射和传导向外发射,影响其他电路的正常工作。

感性负载断电后电流迅速减小,电感线圈储存的能量由于自感效应线圈会产生一个反向的电势阻止电流的变化,这其实是一个能量释放过程,电感线圈开路其两端产生的电压将几倍于电源电压,可能击穿设备绝缘。

那么如何处理感性负载在切断时所产生的噪声呢?最常用的大致有以下几种:

(1)在继电器线圈两端并联续流二极管:

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继电器并联二极管,由于继电器线圈的是感性负载,作用是吸收驱动三极管在断开时继电器线圈的自感电压,根据楞次定律,电感上的电流在减小时,会产生一个自感电压,这个电压的方向是正电源端为负,驱动管集电极为正,这个电压会击穿三极管,所以在继电器上并联一个吸收二极管,吸收这个自感电压。

继电器线圈其实是一个比较大的电感,当一个电流流经电感时,电感内部的磁场不允许电流突变,继电器突然断开,因为电流不能突变,继电器两端会产生一个比较高的电压,可能会损坏(晶体管)触点开关,用续流二极管帮助电流建立另外一条通路,这种方法叫做续流。在使用时应注意一下几点:(1) 续流二极管的极性不能接错,否则将造成短路事故。(2) 续流二极管对直流电压总是反接的,即二极管的负极接直流电的正极端。(3) 续流二极管工作在正向导通状态。

(2)在线圈两端并联双向稳压管:

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在稳压管两端加一定的反向电压之后,二极管反向导通,从而达到稳压的作用。普通的二极管如果反向导通,称为反向击穿,一般来说是不可恢复的,而稳压管则不同,在反向电压值下降之后,仍然保持反向截止的特性。电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(接入一只普通二极管原理一样),当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了。

(3)并联压敏电阻:

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压敏电阻的特性是在它两端的电压低于某一数值时,它几乎不导电,相当于开路。而当其上电压超过某一数值以后,它被击穿,几乎相当于短路(使保险丝熔断,或者空气开关跳闸)。选择压敏电阻的安全工作电流要大于线圈的电流,这样压敏电阻在断电以后就可以恢复开路状态。选择压敏电阻的击穿电压要大于线圈的通电电压,就可以避免压敏电阻在线圈正常通电时有电流。


(4)线圈并联RC回路:

电感线圈断电时,会产生反向自感电动势,造成和电源电压叠加(相当于电源电压和自感线圈产生的自感电压串联),造成开关管击穿,并联RC回路,当产生这样的反向自感电动势时,通过RC释放掉,避免开关管击穿。



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