Kondensaatorite lülituspingevoolu põhjused, omadused ja piiravad meetodid

I. Kondensaatorite lülitusvoolu põhjused

Kondensaatori sisselülitusvoolu peamine põhjus on see, et kondensaator on energiasalvesti komponent ja selle klemmide pinge ei saa järsult muutuda. Sisselülitamise hetkel võrdub see "mahtuvusliku koormuse äkitselt vooluahelaga ühendamisega" äärmiselt madala kontuuritakistusega, mille tulemuseks on hetkeline suur voolumõju. Konkreetsed tingimused on üksikasjalikult kirjeldatud järgmiselt:

 

1. Esimene sisselülitamine (laadimata olek): kondensaatori esimese lülitusoperatsiooni hetkel on selle plaadid laadimata olekus ja algpinge klemmidel on 0. Pärast sel ajal sisselülitamist rakendatakse kondensaatori mõlemasse otsa koheselt süsteemi pinge. Kuna kondensaatori pinge ei saa järsult muutuda, tekib ahelas hetkeline laadimisvool. Seda voolu piirab ainult ahela kogutakistus (sealhulgas liini induktiivsus, trafo lekkeinduktiivsus ja kondensaatori enda samaväärne jadatakistus ESR). Kuna ekvivalentne silmustakistus on sisselülitamise hetkel üliväike (lühise{5}}lähedane voolutugevus), tekib suur sisendvool. Maksimaalne käivitusvool tekib tavaliselt sisselülitamise hetkel (seotud süsteemi pinge faasiga; kui süsteemi pinge on sisselülitamise ajal tippväärtuse lähedal, siis on käivitusvoolu amplituud suhteliselt suurem).

 

2. Taaslülitamine ilma piisava tühjenemiseta (laetud lülitus): kui kondensaator lülitatakse pärast väljalülitamist ja tööst eemaldamist uuesti sisse ilma piisava tühjenemiseta, võib lülitusvoolu amplituud olla kaks korda suurem kui esimesel lülitamisel (laadimata olek). Peamine põhjus seisneb selles, et pärast kondensaatori väljalülitamist jäävad plaatidele jääklaengud (kui ei tühjene, on jääkpinge lähedane süsteemi nimifaasipingele). Sisselülitamisel, kui süsteemi pinge ja kondensaatori jääkpinge on täpselt vastupidises faasiseisundis "võrdne suurus ja vastupidine suund", on hetkeline potentsiaalide erinevus kondensaatori klemmide vahel kaks korda suurem kui nimifaasipinge, mis põhjustab laadimisvoolu järsu suurenemise ja seega suurema lülitusvoolu. Seetõttu tuleb laetud lülitustest põhjustatud seadmete suurte sisselülitusvoolukahjustuste vältimiseks enne kondensaatori väljalülitamist ja tööst eemaldamist uuesti{7}}tühjendada (tavaliselt tühjendada tühjendustakisti kaudu alla ohutu pinge).

 

II. Kondensaatorite lülitussisendvoolu seotud karakteristikud

Kondensaatori sisselülitusvoolu amplituudi kordaja on peamiselt seotud kahe teguriga: esiteks ühendatud kondensaatori võimsus (mida suurem on võimsus, seda suurem on tavaliselt käivitusvoolu amplituud); teiseks, paigalduskoha lühise-võimsus (mida suurem on süsteemi lühise-võimsus, seda väiksem on ekvivalentahela induktiivsus, seda suurem on käivitusvoolu amplituud ja seda suurem on võnkesagedus). Kui kondensaator on paigaldatud suure-lühise mahtuvusega vooluringi, on ahela induktiivsus väike ja takistus madal, nii et tõmbevoolul pole mitte ainult suur amplituud, vaid ka oluliselt kõrgem võnkesagedus.

 

Mõõdetud andmed näitavad, et tavapärases elektrisüsteemis on kondensaatori lülitusvoolu amplituud tavaliselt 5–15 korda suurem kondensaatori nimivoolust (konkreetset väärtust mõjutavad kontuuriparameetrid; näiteks jadareaktori konfiguratsioon võib oluliselt vähendada käivitusvoolu amplituudi); käivitusvoolu võnkesagedus on üldiselt 250–400 Hz (mis kuulub kõrge-sagedusliku sisselülitusvoolu hulka); samal ajal kaasneb lülitusprotsessi ajal hetkeline liigpinge ja selle amplituud on umbes 2-3 korda suurem süsteemi faasipingest (see liigpinge on ülilühikese kestusega mööduv liigpinge, kuid see võib siiski mõjutada kondensaatori isolatsiooni).

Täiendav erialaselgitus: Praktilises tehnikas ühendatakse lülitusvoolu summutamiseks kondensaatori ahelasse tavaliselt jadamisi väike reaktor (sisselülitusvoolu summutusreaktor), mis võib piirata käivitusvoolu amplituudi 2–5-kordse nimivooluga ja samal ajal vähendada üleminekut ülepinge amplituudi ja kaitsta ahela kondensaatorit.

 

III. Meetodid kondensaatorite sisselülitamise sisselülitusvoolu piiramiseks

Kondensaatori töövool ei ole seotud mitte ainult toiteallika põhipingega, vaid ka positiivselt pinge sagedusega (vastavalt mahtuvusliku reaktantsi valemile X_C= 1/2πfC): kui toiteallika pinge lainekuju on moonutatud ja kondensaatorile rakendatakse kõrget-järku harmoonilist pinget, kuna harmooniline sagedus on põhisagedusest palju kõrgem, väheneb kondensaatori mahtuvuslik reaktants oluliselt, mis toob kaasa kondensaatorit läbiva harmoonilise voolu olulise suurenemise; samas on kondensaatori vool positiivselt seotud ka mahtuvusega. Mida suurem on mahtuvus, seda väiksem on mahtuvuslik reaktants ja seda suurem on läbiv vool (sealhulgas põhivool ja harmooniline vool), mis veelgi süvendab pinge lainekuju moonutusi ja moodustab nõiaringi.

 

1. Kondensaatori sisselülitusvoolu tõhusaks piiramiseks ja elektrivõrgu kõrget -järku harmooniliste mõju kondensaatorile mahasurumiseks on reaktori järjestikku ühendamine kondensaatori ahelas kõige sagedamini kasutatav ja tõhusam meetod inseneritöös. Selle põhiprintsiip on:Jinnengi elektriraud{0}}Tuumaharmooniliste filtritega reaktoridsuurendada ahela kogu induktiivset reaktiivtakistust, moodustada jadaresonants kondensaatori mahtuvusliku reaktantsiga (spetsiifiliste harmooniliste jaoks), mis mitte ainult ei vähenda tühjendusvoolu kondensaatori sisselülitamisel, vaid ka summutab harmoonilise voolu sissetungi. Kui jadareaktori parameetrid on õigesti valitud, saab lülitussisendvoolu stabiilselt piirata seadmete lubatud piires.

Kui jadareaktorit kasutatakse ainult sisselülitusvoolu piiramiseks, tuleks selle võimsus (reaktantsusmäär) valida väikese väärtusena, tavaliselt 0,2% ~ 1% kondensaatori nimivõimsusest (reaktsioonimäär 0,2% ~ 1%). Tehnilised töö- ja katseandmed näitavad, et kui on ühendatud reaktor, mille reaktantsus on 0,2%, saab kondensaatori lülitusvoolu märkimisväärselt maha suruda, et see vastaks tavaseadmete töönõuetele; kui harmoonilise summutamist (näiteks 3. ja 5. harmoonilise summutamist) on vaja samal ajal arvesse võtta, saab reaktantsi määra vastavalt suurendada (näiteks 3%, 5%).

 

2. Lisaks jadareaktorile on sisendvoolu -vaba kondensaatori lüliti (nttüristori lüliti) on ka tavaliselt kasutatav tõmbevoolu summutamise seade. Seda tüüpi lülitid koosnevad peamiselt kahesuunalisest türistorist, päästikahelast, neeldumisahelast, kaitseahelast ja intelligentsest jahutusradiaatorist. Tuginedes sõltumatult patenteeritud null-pinge-sisse- ja null-voolu-väljalülitamise tehnoloogiale, suudab see kiire reageerimiskiirusega ja alla 10 ms keskmise reageerimisajaga realiseerida sisendvoolu-vaba ja löögi-vaba kondensaatorite ümberlülitamise. See võib tõhusalt kompenseerida löökkoormuste reaktiivvõimsuse nõudlust ja võib hästi asendada traditsioonilise kontaktori lülitusseadme, vältides kaarelööki ja sisselülitusvoolu probleeme kontaktori vahetamise ajal.