时间：2022-06-01 05:04:32
【摘要】 在对比IEEE推荐的标准模型的基础上,结合对1/2μs、4/10μs以及标准8/20μs冲击电流下MOV的波前特性,提出了MOV响应快上升时间脉冲的模型,分析了建模方法和过程。
【关键词】 MOV陡波前模型
1 引言
氧化性压敏电阻(MOV)以其优良的过电压防护性能被广泛使用在电力、电子系统的防护中。MOV在标准雷电波8/20μs冲击下,冲击残压有个显著的特点:残压波形的上升沿时间要比冲击电流的上升沿时间快。MOV冲击残压在标准雷电波冲击下到达峰值的时间,岁试品的不同以及冲击电流峰值的不同而不同。IEEE在大量实验研究的基础上提出了非线性模型,但该模型未充分考虑陡波效应。文章在分析了IEEE模型的基础上,提出了利用非线性电感(L)和非线性电阻(R)的建模思路,并给出了详细的建模方法。
2 IEEE推荐模型的分析
2.1 冲击测试回路
在分析之前需对测试主回路进行介绍。冲击测试回路如图1所示。
其中C为充电电容,L、R为调波电感和调波电阻,GAP为放电隔离间隙,C.S和V.D分别为分流器和分压器。
2.2 IEEE模型分析
IEEE模型如图2所示,该模型可以应用在波前上升时间从0.5μs至45μs的波形。
非线性电阻A0和A1和有RL构成的滤波结构相连。RL滤波器是由R1和L1并联构成。对于较缓上升时间的波形,RL滤波器提供了低阻抗的泄流通道,R0、L0和R1、L1并联而成,这两部分是必要的。对于陡波前的过电流,RL滤波器的阻抗效应就显得很显著,这导致A0中流过的电流多,而A1中流过的电流少,其中A0和A1是设计用来分流的非线性结构,由于分流不均匀,该模型输出电压由A0和A1通过R1和L1的并联结构决定。A0和A1是有冲击电压波的测试结果决定,RL滤波结构的值由8/20μs冲击电流的测试结果决定,其它(如C)由模块尺寸等因素决定。
3 考虑陡波前的非线性模型
3.1 模型的搭建
研究表明,MOV的冲击残压到达峰值的时间要比施加的冲击电流到达峰值的时间要快。在IEEE模型中是由非线性电阻来表示非线性的,但由于非线性电阻不能完善的表达其非线性效果,因此考虑串联一个非线性电感来增强其非线性能力。要计算模型中的非线性电感值,首先需要建立一条试品的类似“磁滞回线”的曲线来确定其V-I特性[1]。
该基于非线性电感模型的提出是以IEEE模型为基础的,分析如下。陡脉冲和标准雷电脉冲下的上升速率(RR, Rising Rate)可以用RR=(PV1-PV8)*100/PV8来表示,其中PV1表示陡脉冲(1/2μs)下的冲击峰值,PV8表示8/20μs下的冲击峰值。下面分析上图所示“磁滞回线”的构造方法。
（图3）中的回线分为两部分,其中上升部分为OSHT,下降部分为TLO,其中点S的值是在冲击电流为1mA下的残压。LO下降部分是以IEEE推荐模型为基础所作出的仿真曲线结果,将LO部分沿着纵轴上移,可以得到SH曲线。(PV1-PV8)表示的是不同上升时间陡脉冲在试品上所产生冲击残压的区别,因此,上升部分OS可以以该差值的1.5倍来计算。最高T点是将传统模型所制作的V-I曲线的上升部分(1.5/2)一到15kA处。然则,曲线OAT则表示模型的V-I特性。
3.2 非线性电感的计算
从上图中可以看出,当冲击电流施加在模型两端的时候,其两端电压可计算为:V(t)=R(i)*i(t)+L(i)*di/dt。将该式变形为:L(i)=(V(t)- R(i)*i(t))/(di/dt)。则电感上的磁通变化量为:φ=∫L(i)di。
至此,模型的计算分析工作完成。
参考文献:
[1]Study Committee of insulation coordination against surge,“several paraments and their effects in lightning surge analysis for the power stations and the substations”.Technical report,IEE Japan, No.Ⅱ-301, June 1989:77-79.
作者简介:徐竹泉(1978-),助理工程师,从事防雷检测评估理论和技术的研究工作;于月东(1979-),工程师,从事防雷产品的研发及管理工
作、测试技术的研究,MBA在读。