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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。對于過流情況，可以通過在特定位置使用熔斷器來保護組件。同樣，對于過熱，散熱片和風扇用于將多余的熱量從不需要的區域推開。雖然開關負載在大型配電設施中是常見的做法，但在某些情況下，開關可能會導致產生瞬態條件，從而擾亂系統的穩定性。
這種干擾會導致設備絕緣水平的超出，即隨著時間的推移降低其絕緣效果。這就是緩沖電路發揮作用的地方。緩沖電路是一種公認的方法，可以減輕開關瞬變的影響，以保持電力系統齒輪的可靠性并使其長期運行。
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）電壓尖峰即開關電壓幅度及其上升速率來起到保護作用，從而降低總功耗。它通過鉗位電壓尖峰來工作，但不會改變系統的振鈴頻率。
當這個由電阻器、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，它會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之前。
電壓異常或擾動也稱為瞬態恢復電壓 (TRV)，其原因有很多，包括：
系統絕緣損壞。
立即中斷輸電線路上的斷路器。
一道雷擊。
系統負載的突然變化。
閃絡（弧閃）。
變壓器故障。
機器立即跳閘。
用于緩沖電路設計的開關波形
在直接進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力，更重要的是提供了一種模式來了解緩沖器的使用和有關其設計的信息。
日常使用的許多不同設備都有不同的電路。幸運的是，它們都有一個共同的類或與之相關的共同波形。這種分類使我們能夠輕松地為一組具有相同特性的設備設計緩沖電路，而不是從每個設備收集數據。
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的知識，設計它是電路設計中最復雜的任務之一。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的電容器和與晶閘管并聯的電阻器組成。當最初施加電壓時，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，電容器已充滿電，一旦晶閘管接通，它就會通過可控硅二極管 (SCR) 放電。
然后通過與電容器 (C) 串聯的電阻器 (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足兩個主要要求。
緩沖電容器中存儲的能量應大于電路電感中的能量。
緩沖電路的時間常數是預期導通時間的 10%，即與最短導通時間相比較小。
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 個主要步驟完成：
量化瞬態：
對相關區域及其下游連接的設備進行徹底研究、分析，然后在 EMTP（電磁瞬態程序）中建模。在該程序中，TRV 的關鍵參數包括其幅度、上升速率、頻率和能量是從建議的模擬中提取的。針對不同的場景進行了許多模擬，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）：
下一步是對相關區域下游系統設備的頻率響應進行分析，以找出系統自然發生頻率與瞬態之間共振的任何可能性。在任何可能的每個可能點重復此步驟以避免此類事件的進一步發生。
緩沖電路參數：
此過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關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，設備的立即跳閘會導致阻抗突然變化到很高的值，這種情況允許小電流流過設備，從而在設備上產生高電壓。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期發揮作用。
緩沖電路負責以下功能：
降低設備開/關狀態下的電壓。
將電流和電壓的變化率保持在瞬態中的最佳值。
消除電力系統中的浪涌。
保護敏感設備以長期執行。
緩沖電路分析的預期結果
相關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”條件進行了至關重要的評估，并通過緩沖電路分析的反推薦行動計劃來處理此類情況。
總結整個討論，可以從緩沖電路分析中得出以下主要觀點：
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，即延長使用壽命。
系統的整體性能 % 可靠性提高。
閱讀完這篇技術博客后，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。
如何通過仿真檢測最壞情況瞬變？
為什么要將開關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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