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《浪涌保護(hù)器(SPD)工作原理和結(jié)構(gòu)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、浪涌保護(hù)器(SPD)工作原理和結(jié)構(gòu)電涌保護(hù)器(SurgeprotectionDevice)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置,過(guò)去常稱為“避雷器”或“過(guò)電壓保護(hù)器”英文簡(jiǎn)寫(xiě)為SPD。電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi),或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地,保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。電涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同,但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件。用于電涌保護(hù)器的基本元器件有:放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。一、SPD的分類:1、按工作原理分:1
2、.開(kāi)關(guān)型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻抗,但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí),其阻抗就突變?yōu)榈椭?,允許雷電流通過(guò)。用作此類裝置時(shí)器件有:放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。2.限壓型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減小,其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有:氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。3.分流型或扼流型分流型:與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗,而對(duì)正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。扼流型:與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗,而對(duì)正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。
3、用作此類裝置的器件有:扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長(zhǎng)短路器等。按用途分:(1)電源保護(hù)器:交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開(kāi)關(guān)電源保護(hù)器等。(2)信號(hào)保護(hù)器:低頻信號(hào)保護(hù)器、高頻信號(hào)保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。二、SPD的基本元器件及其工作原理:1.放電間隙(又稱保護(hù)間隙):它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成,其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線(N)相連,另一根金屬棒與接地線(PE)相連接,當(dāng)瞬時(shí)過(guò)電壓襲來(lái)時(shí),間隙被擊穿,把一部分過(guò)電壓的電荷引入大地,避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之
4、間的距離可按需要調(diào)整,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,其缺點(diǎn)時(shí)滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙,它的滅弧功能較前者為好,它是靠回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。2.氣體放電管:它是由相互離開(kāi)的一對(duì)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(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率,在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)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(shù)參數(shù)主要有:直流放電電壓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?);極間電容(1-5PF)氣體放電
5、管可在直流和交流條件下使用,其所選用的直流放電電壓Udc分別如下:在直流條件下使用:Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)在交流條件下使用:Udc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)3.壓敏電阻:它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻,當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后,電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好(I=CUα中的非線性系數(shù)α),通流容量大(~2KA/cm2),常態(tài)泄漏電流?。?0-7~10-6A),殘壓低(取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容
6、量),對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓響應(yīng)時(shí)間快(~10-8s),無(wú)續(xù)流。壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有:壓敏電壓(即開(kāi)關(guān)電壓)UN,參考電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏電流;響應(yīng)時(shí)間。壓敏電阻的使用條件有:壓敏電壓:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)最小參考電壓:Ulma≥(1.8~2)Uac(直流條件下使用)Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流條件下使用,Uac為交流工作電壓)壓敏電阻的最大參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來(lái)確定,應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損
7、電壓水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中K為殘壓比,Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。4.抑制二極管:抑制二極管具有箝位限壓功能,它是工作在反向擊穿區(qū),由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn),特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的最末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示:I=CUα,上式中α為非線性系數(shù),對(duì)于齊納二極管α=7~9,在雪崩二極管α=5~7。抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有(1)額定擊穿電壓,它是指在指定反向擊穿電流(常為lma)下的擊穿電壓,這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V~4.7V范圍內(nèi),而雪崩二極管的額定擊穿電
8、壓常在5.6V~200V范圍內(nèi)。(2)最大箝位電壓:它是指管子在通過(guò)規(guī)定波形的大電流時(shí),其兩端出現(xiàn)的最高電壓。(3)脈沖功率:它是指在規(guī)定的電流波形(如10/100