尖峰電壓

尖峰電壓

尖峰電壓屬於浪涌電壓里的一種,持續時間極短但數值很高。電機、電容器和功率轉換設備(如變速驅動器)是產生尖峰電壓的主要因素。雷電擊中室外的輸電線路也會引起極危險的高能瞬變。它們會在低壓電源電路中定期發生,峰值可能會達到數千伏。

對電動機的影響

(1)使電動機的絕緣強度下降

在變頻器的輸出電壓中,都含有高次諧波衝擊電壓。這些高次諧波衝擊電壓如長期作用於電動機線圈上,將會使電動機繞組的絕緣強度下降,特別是PWM控制型變頻器更為明顯。

(2)使電動機繞組的絕緣損傷

無濾波器時變頻器的輸出電壓波形 無濾波器時變頻器的輸出電壓波形

如圖所示是無濾波器時變頻器的輸出電壓波形,在變頻器輸出電壓波形的上升沿有著明顯的衝擊電壓,如不採取抑制措施,就很容易導致電動機繞組絕緣損傷。

處理方法

為了防止電動機繞組的絕緣過早老化或引起電動機、變頻器的損壞,通常可以提供加接輸出電抗器的方法來減小在電動機端腳上的高次諧波衝擊電壓。當變頻器與電動機之間的電纜線較長時,加裝輸出電抗器雖然可以減小負荷電流的峰值,但輸出電抗器不能減小電動機端腳上的瞬變電壓峰值。因此,一定要儘量縮短變頻器與電動機之間的電纜線的長度。

(1)增加電抗器或濾波器:在連線變頻電動機電纜的兩側增加電抗器(扼流圈)或濾波器,這樣可以有效減緩電源端輸出電壓脈衝的上升速度。

(2)縮短電纜長度:在設計線路時,應儘量減少變頻器與電動機之間電纜的長度。通過縮短電纜長度來降低兩者之間的暫態波過程的振盪周期,以此來降低電動機兩端的過電壓。

(3)此外,還應確保電動機鐵心在檢修過程中不受損傷或短路,電動機軸承等部件的裝配滿足精度要求,儘量降低渦流損耗等引起的局部發熱和機械配合問題對電動機絕緣的影響。

尖峰電壓吸收電路

尖峰電壓吸收電路是反激型開關電源必須的輔助電路。當開關電源的功率MOSFET由導通變成截止時,在高頻變壓器的一次繞組上就會產生尖峰電壓和感應電壓。

尖峰電壓吸收電路的典型結構 尖峰電壓吸收電路的典型結構

尖峰電壓吸收電路主要有三種設計方案:①利用齊納二極體和超快恢復二極體(SRD)組成齊納鉗位電路;②利用阻容元件和超快恢復二極體組成的R、C、SRD軟鉗位電路;③由阻容元件構成RC緩衝吸收電路。尖峰電壓吸收電路的典型結構如圖所示。吸收電路可以並聯到高頻變壓器的一次繞組上,也可連線在功率MOSFET的漏極與地線之間。

緩衝吸收電路和鉗位電路具用於兩種截然不同目的。如果錯誤使用,會對開關電源內的功率管造成很大的損害。緩衝電路用於降低尖峰電壓幅度和減小電壓波形的變化率。這有利於功率管工作在安全工作區,還降低了所有射頻干擾輻射的頻譜,從而減少射頻輻射的能量。鉗位電路僅用於降低尖峰電壓的幅度,它沒有影響電壓波形的變化率。因此,它對減少射頻干擾的作用不大,鉗位電路的作用是防止功率管因電壓過高造成擊穿。軟鉗位電路的參數選擇合理時,可以同時起到鉗位和緩衝的作用。

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