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        浪涌保護器(SPD)作業原理和構造

        時間: 2021-6-25 8:39:28 發布者: admin

        浪涌保護器(Surge protection Device)是電子設備雷電防護中不可短少的一種裝置,過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。浪涌保護器的效果是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓約束在設備或體系所能接受的電壓范圍內,或將強壯的雷電流泄流入地,保護被保護的設備或體系不受沖擊而損壞。

        浪涌保護器的類型和構造按不同的用途有所不同,但它至少應包括一個非線性電壓約束元件。用于浪涌保護器的底子元器材有:放電空隙、充氣放電管、壓敏電阻、遏止二極管和扼流線圈等。

        一、SPD的分類

        按作業原理分:

        1.開關型:其作業原理是當沒有瞬時過電壓時呈現為高阻抗,但一旦呼應雷電瞬時過電壓時,其阻抗就突變為低值,答應雷電流經過。用作此類裝置時器材有:放電空隙、氣體放電管、閘流晶體管等。

        2.限壓型:其作業原理是當沒有瞬時過電壓時為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不時減小,其電流電壓特性為激烈非線性。用作此類裝置的器材有:氧化鋅、壓敏電阻、遏止二極管、雪崩二極管等。

        3.分流型或扼流型

        分流型:與被保護的設備并聯,對雷電脈沖呈現為低阻抗,而對正常作業頻率呈現為高阻抗。

        扼流型:與被保護的設備串聯,對雷電脈沖呈現為高阻抗,而對正常的作業頻率呈現為低阻抗。

        用作此類裝置的器材有:扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。

        按用途分:

        (1)電源保護器:交流電源保護器、直流電源保護器、開關電源保護器等。

        (2)信號保護器:低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。

        二、SPD的底子元器材及其作業原理1.放電空隙(又稱保護空隙)∶

        它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定空隙的金屬棒組成,其間一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線(N)相連,另一根金屬棒與接地線(PE)相銜接,當瞬時過電壓襲來時,空隙被擊穿,把一部分過電壓的電荷引進大地,防止了被保護設備上的電壓升高。這種放電空隙的兩金屬棒之間的距離可按需求調整,構造較簡單,其缺點時滅弧功能差。改進型的放電空隙為角型空隙,它的滅弧功用較前者為好,它是靠回路的電動力F效果以及熱氣流的上升效果而使電弧熄滅的。

        2.氣體放電管:

        它是由互相分開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了前進放電管的觸發概率,在放電管內還有助觸發劑。這種充氣放電管有二極型的,也有三極型的,

        氣體放電管的技術參數首要有:直放逐電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up(2~3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip;絕緣電阻R(>109 2 ) ;極間電容(1-5PF)

        氣體放電管可在直流和交流條件下運用,其所選用的直放逐電電壓Udc分別如下:在直流條件下運用:Udc1.8UO (UO為線路正常作業的直流電壓)在交流條件下運用:U dc1.44Un (Un為線路正常作業的交流電壓有用值)

        3.壓敏電阻:

        它是以Zn0為首要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻,當效果在其兩頭的電壓抵達一定數值后,電阻對電壓非常敏感。它的作業原理相當于多個半導體P-N的串并聯。壓敏電阻的特性對錯線性特性好(I=CUa中的非線性系數a),通流容量大(~2KA/cm2),常態泄露電流小(10-7~10-6A),殘壓低(取決于壓敏電阻的作業電壓和通流容量),對瞬時過電壓呼應時刻快(~10-8s),無續流。

        壓敏電阻的技術參數首要有:壓敏電壓(即開關電壓)UN,參閱電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN)﹔最大通流容量Imax;泄露電流;呼應時刻。壓敏電阻的運用條件有:壓敏電壓:UN[ ( 2×1.2)/0.7]UO (UO為工頻電源額外電壓)

        最小參閱電壓:Ulma(1.8~2) Uac(直流條件下運用)Ulma(2.22.5)Uac(在交流條件下運用,Uac為交流作業電壓)壓敏電阻的最大參閱電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來肯定,應使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設備的而損電壓程度,即(Ulma) maxUb/K,上式中K為殘壓比,Ub 為被保護設備的而損電壓。

        4.遏止二極管:

        遏止二極管具有籍位限壓功用,它是作業在反向擊穿區,因為它具有箱位電壓低和動作呼應快的長處,特別合適用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。遏止二極管在擊穿區內的伏安特性可用下式表明:I=CU a ,上式中α為非線性系數,關于齊納二極管a =79,在雪崩二極管a =57.遏止二極管的技術參數首要有

        (1)額外擊穿電壓,它是指在指定反向擊穿電流(常為lma)下的擊穿電壓,這于齊納二極管額外擊穿電壓一般在2.9V4.7V范圍內,而雪崩二極管的額外擊穿電壓常在5.6V200V范圍內。

        (2)最大籍位電壓:它是指管子在經過規矩波形的大電流時,其兩頭呈現的最高電壓。

        (3)脈沖功率:它是指在規矩的電流波形(10/1000 u s)下,管子兩頭的最大籍位電壓與管子中電流等值之積。

        (4)反向變位電壓:它是指管子在反向泄露區,其兩頭所能施加的最大電壓,在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子體系的最高作業電壓峰值,也即不能在體系正常作業時處于弱導通狀況。

        (5)最大泄露電流:它是指在反向變位電壓效果下,管子中流過的最大反向電流。

        (6)呼應時刻: 10-11s

        5.扼流線圈:扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模攪擾遏止器材,它由兩個尺寸相同,匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上,構成一個四端器材,要關于共模信號呈現出大電感具有遏止效果,而關于差模信號呈現出很小的漏電感簡直不起效果。扼流線圈運用在均衡線路中能有用地遏止共模攪擾信號(如雷電攪擾),而對線路正常傳輸的差模信號無影響。

        這種扼流線圈在制作時應滿足以下請求:

        1)繞制在線圈磁芯上的導線要互相絕緣,以確保在瞬時過電壓效果下線圈的匝間不發生擊穿短路。

        2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要呈現飽和。

        3)線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓效果下兩者之間發生擊穿。4)線圈應盡或許繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,加強線圈對瞬時過電壓的而授才干。

        6.1/4波長短路器

        1/4波長短路器是根據雷電波的頻譜剖析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號浪涌保護器,這種保護器中的金屬短路棒長度是根據作業信號頻率(90OMHZ1800MHZ)1/4波長的巨細來肯定的。此并聯的短路棒長度關于該作業信號頻率來說,其阻抗無量大,相當于開路,不影響該信號的傳輸,但關于雷電波來說,因為雷電能量首要散布在n+KHZ以下,此短路棒關于雷電波阻抗很小,相當于短路,雷電能量級被泄放入地。

        因為1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米,因此耐沖擊電流功能好,可抵達30KA(8/20 u s)以上,而且殘壓很小,此殘壓首要是由短路棒的本身電感所惹起的,其缺乏之處是工頻帶較窄,帶寬約為2%~20%左右,另一個缺點是不能對天饋設備加直流偏置,使某些應用遭到約束。

        三、SPD的電路

        浪涌保護器的電路根據不同需求,有不同的方式,其底子元器材就是上面引見的幾種,一個技術通曉的防雷產品研討作業者,可規劃出五花八門的電路,好似一盒積木可搭出不同的構造圖畫。研制出既有用又功能價錢比好的產品,是防雷作業者的重擔。

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