微機控製係統感性負載切投時幹擾產生的機理及抑製
發布時間:2017-04-13 來源:秦鍾,李成宗 責任編輯:wenwei
【導讀】工業現場存在著大量的電感性負載,如電動機、變壓器、繼電器、接jie觸chu器qi和he電dian磁ci鐵tie等deng。由you於yu這zhe些xie設she備bei和he器qi件jian具ju有you較jiao大da的de電dian感gan和he一yi定ding量liang值zhi的de分fen布bu電dian容rong,故gu當dang對dui其qi進jin行xing切qie投tou操cao作zuo時shi,會hui產chan生sheng幅fu值zhi高gao達da數shu百bai伏fu甚shen至zhi數shu千qian伏fu的de高gao頻pin幹gan擾rao,成cheng為wei在zai附fu近jin工gong作zuo的de計ji算suan機ji的de主zhu要yao幹gan擾rao源yuan。電dian感gan性xing負fu載zai切qie投tou時shi所suo產chan生sheng的de幹gan擾rao是shi計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong最zui常chang見jian最zui嚴yan重zhong最zui難nan克ke服fu的de幹gan擾rao之zhi一yi。本ben文wen借jie助zhu等deng效xiao電dian路lu,對dui感gan性xing負fu載zai切qie投tou時shi產chan生sheng幹gan擾rao過guo程cheng作zuo了le分fen析xi研yan究jiu,並bing提ti出chu了le抑yi製zhi幹gan擾rao的de措cuo施shi。
1 序言
工業現場存在著大量的電感性負載,如電動機、變壓器、繼電器、接(jie)觸(chu)器(qi)和(he)電(dian)磁(ci)鐵(tie)等(deng)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)和(he)器(qi)件(jian)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)感(gan)和(he)一(yi)定(ding)量(liang)值(zhi)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong),故(gu)當(dang)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)切(qie)投(tou)操(cao)作(zuo)時(shi),會(hui)產(chan)生(sheng)幅(fu)值(zhi)高(gao)達(da)數(shu)百(bai)伏(fu)甚(shen)至(zhi)數(shu)千(qian)伏(fu)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao),成(cheng)為(wei)在(zai)附(fu)近(jin)工(gong)作(zuo)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)主(zhu)要(yao)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。
2 感性負載切投時的等效電路
ruokaiguanshilixiangkaiguan,jijiadingkaihuobideguochengshiyicixingde,qiegaiguochengdechixushijianweiling,namekaiguanbiheerjietongganxingfuzaishi,huiduidianwangzaochengmouzhongchengdudechongji。dangkaiguanduankaibingqieduanganxingfuzaishi,fuzaishanghuichanshengjigaodefandianshi,danyouyujiadingkaiguanshilixiangde,qichudianjianxijiangbafuzaiyudianwanggeliqilai,shiqibunengtongguochuandaozuoyongershiyudianwangcedejisuanji,erzhinengyiouhehefushedefangshiduijisuanjifashengzuoyong。yinci,zailixiangqingkuangxia,kaiguandekaiyubisuochanshengdeganraodoubusuanyanzhong。danshi,shijidekaiguancaozuobukebimiandibanyoujianxidedianhujichuanhechudiandedoudong,jiazhichudianzhijianwangwangcunyouzazhi,yinciqikaiguanguochengbukenengshilixiangxingdeyiciduankaihuobihedeguocheng,ershiyigekaibibuduanzhongfudekaibichuanguocheng,zhengshiyouyukaiguancaozuodezheyiteyouyundongshuxing,juedingledianganxingfuzaiqietoushisuochanshengganraodeyixiezhuyaotedian。zaikaolvlekaiguancaozuodekaibichuanxiaoyinghou,kejiezhuyixianxingjizongcanshudengxiaodianlulaiyanjiudianganxingfuzaiqietoushichanshengganraodeguocheng,qidengxiaodianlurutu1所示。

圖中L1、C1、R1分別為負載一側的等效電感、電容和電阻。L2為電源一側的等效電感,它主要由電源線電感構成,一般情況下其量值在幾十
以下,且
。C2為電源側的分布電容,其量值約為幾十pF,R2為電源側的電阻,主要指電源線的電阻,也為一很小值,絕大多數情況下
數量級上下。
3 開關斷開而無擊穿時的幹擾分析
yinweikaiguanduankaihuojietongshi,doubukebimiandihuichanshengkaibichuanxiaoying,yinqichudiandezhongfukaibi,guciliangzhongqingkuangxiachanshengdeguochengdatiyizhi。xianjinyikaiguanduankaishideqingkuangweilifenxiganraochanshengdejili。
當開關斷開時,由於L1的儲能作用,其中的電流不會突然降至為零,因而
中的電流將流向
並對其充電,若忽略上的能量損耗及電容的初始儲能,可求的開關斷開後
上的所能達到的最大值
同理可得
上的最大電壓值
式中I為開關斷開瞬間流經電源導線,即電感性負載中的電流值。當電流越大,其兩側的電壓越高。由於
知,
。當開關斷開,而未發生擊穿時,僅有
通過供電線路與計算機相連,因其量值較小,不會對計算機構成嚴重幹擾。
開關斷開後,其兩側將形成一個回路,故開關兩側的電壓將按照二階網絡的運動規律變化。其以電壓
為變量負載側的微分方程為
當開關斷開瞬時,若
恰為電源峰值電壓時,則因滯後其90度,故
為最小值零,因而,
回路將以
為初始震蕩幅值作衰減震蕩,對於20V交流電源係統來說,此起始震蕩電壓幅值為311V,並不會形成嚴重幹擾。
當開關斷開瞬時,若
為零,則
將達到最大值
,即電感中儲能最大,此時,負載側電壓最高,往往達數千伏,故幹擾最為嚴重。以此為初始條件可求得負載側電壓

同理可求得電源側的電壓

有上述可知:
(1)當dang開kai關guan斷duan開kai後hou,在zai開kai關guan兩liang側ce形xing成cheng一yi個ge回hui路lu,每mei一yi回hui路lu均jun出chu現xian一yi衰shuai減jian震zhen蕩dang過guo程cheng,它ta們men的de振zhen幅fu幅fu值zhi由you開kai關guan斷duan開kai時shi的de初chu始shi狀zhuang態tai決jue定ding。電dian感gan儲chu能neng最zui大da時shi的de震zhen蕩dang情qing況kuang可ke由you式shi(1)和式(2)描述。
(2)負載側與電源側的衰減震蕩頻率分別為:
(3)負載側與電源側的震蕩均隨時間作指數衰減,衰減速率取決於電路參數R和L。由於
與
的量值極為懸殊,故有:
,即電源側的震蕩衰減要快得多。
因此在開關斷開時未發生擊穿的情況下,電源側與負載側將分別產生震蕩,這兩個震蕩無論在幅值頻率和衰減率上都有極大的區別:電dian源yuan側ce的de震zhen蕩dang頻pin率lv高gao,幅fu值zhi小xiao,衰shuai減jian快kuai,且qie可ke直zhi接jie作zuo用yong到dao計ji算suan機ji係xi統tong上shang形xing成cheng幹gan擾rao,而er負fu載zai側ce的de震zhen蕩dang頻pin率lv低di幅fu值zhi高gao,衰shuai減jian慢man,由you於yu開kai關guan的de隔ge離li使shi它ta無wu法fa直zhi接jie幹gan擾rao計ji算suan機ji。
4 開關觸點間隙擊穿時的幹擾分析
電感性負載被開關斷開後其上的最大電壓為
,wangwangkedashuqianfu,erkaiguanduankaidezuichushike,qichudianjianxiquehenxiao,dangcigaoyajiayuqishangshi,chudianjianxibiranhuibeijichuan,jiangkaiguanliangcedianluzhongxinliantong,suoyi,fuzaicedeganraojiubuhuizaishidanyidejiaopinlvwei
的低幅值幹擾了,而要嚴重和複雜得多。
一般認為開關觸點間隙的最小擊穿電壓
約為320V。在開關斷開過程中隨著其觸點間隙的增大,擊穿電壓也相應升高,觸點間可能達到的最大擊穿電壓主要由負載側的最大震蕩電壓幅值
決定,即
在開關斷開的最初瞬間,負載側的電壓絕對值
將以震蕩形式升高,該電壓將與電源側的震蕩電壓串聯而施加於開關的觸點上,當
大於觸點擊穿電壓
時,間隙被擊穿,產生飛弧,將開關S兩側的電路連通,若忽視較小的弧壓降,可得圖2所示的等效電路。

由於
,因此圖2電路中起主要作用的電感支路是
串聯支路,同樣由於
,可知兩並聯電容支路起主要作用的是
支路,所以可將圖2電路再進行簡化為圖3所示的電路。圖中
約等於
。

因為
suogouchengdezhendanghuilujuyoupinlvgao,fuzhixiaoshuaijiankuaidetedian,zaifuzaidianliujiaoxiaodeqingkuangxia,kerenweidangjichuanfashengshi,gaihuiluzhongdedianliudianyajunyishuaijianerjiejinyuling。jichushitiaojianwei:

從而求得在觸點間隙擊穿後,電路中所產生的幹擾電壓的較為簡潔的描述形式為

由此可知擊穿情況下所產生幹擾的性質,其特點如下:
(1)電感性負載切投時,必然會出現開關間隙擊穿現象,形成開閉串過程,從而產生頻率很高幅值極大的幹擾電壓。
(2)當(dang)擊(ji)穿(chuan)發(fa)生(sheng)後(hou),開(kai)關(guan)兩(liang)側(ce)共(gong)同(tong)構(gou)成(cheng)一(yi)新(xin)的(de)震(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu),其(qi)震(zhen)蕩(dang)電(dian)壓(ya)幅(fu)值(zhi)和(he)初(chu)相(xiang)角(jiao)均(jun)由(you)擊(ji)穿(chuan)時(shi)的(de)初(chu)始(shi)條(tiao)件(jian)確(que)定(ding)。在(zai)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)較(jiao)小(xiao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),振(zhen)蕩(dang)電(dian)壓(ya)幅(fu)值(zhi)約(yue)為(wei)
,因
取值在320V與
之間,故幅值極高,震蕩的角頻率
,而擊穿前電路的另外的兩個震蕩角頻率分別為
,比較三個頻率有
,而
與
較為接近。
觸點間隙擊穿後出現的震蕩電壓
兼有
幅值大和
頻pin率lv高gao的de特te點dian,而er又you直zhi接jie出chu現xian在zai電dian源yuan係xi統tong上shang,因yin而er成cheng為wei對dui計ji算suan機ji最zui嚴yan重zhong和he最zui主zhu要yao的de幹gan擾rao。由you網wang絡luo理li論lun知zhi,該gai震zhen蕩dang電dian壓ya達da到dao峰feng值zhi時shi,電dian路lu中zhong的de震zhen蕩dang電dian流liu將jiang降jiang為wei零ling,此ci時shi觸chu點dian間jian的de電dian弧hu熄xi滅mie,負fu載zai側ce和he電dian源yuan側ce又you分fen別bie以yi角jiao頻pin率lv和he震zhen蕩dang,其qi起qi始shi震zhen蕩dang電dian壓ya值zhi均jun為wei熄xi弧hu時shi的de電dian壓ya。
由於
dianyuancezhendangdianyadejixingfanzhuanhenkuai,zaifuzaicedianyaderenyibanboshi,douhuiduocichuxianyufuzaicedianyatongjixingchuanlianxiangjia,guxihushi,jishifuzaicedianyadiyudangshidejichuandianya
,也可能導致間隙重新被擊穿,使角頻率為
的震蕩繼續下去,直到其電壓峰值低於
時(shi),觸(chu)點(dian)間(jian)電(dian)弧(hu)才(cai)完(wan)全(quan)熄(xi)滅(mie)。電(dian)弧(hu)熄(xi)滅(mie)後(hou),負(fu)載(zai)側(ce)電(dian)壓(ya)將(jiang)繼(ji)續(xu)按(an)上(shang)述(shu)規(gui)律(lv)震(zhen)蕩(dang)升(sheng)高(gao),當(dang)其(qi)達(da)到(dao)新(xin)的(de)更(geng)高(gao)的(de)一(yi)個(ge)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)值(zhi)時(shi),間(jian)隙(xi)再(zai)次(ci)被(bei)擊(ji)穿(chuan),又(you)重(zhong)複(fu)上(shang)述(shu)的(de)角(jiao)頻(pin)率(lv)為(wei)
的震蕩過程,形成所謂的開閉串。
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