瞬态电压抑制器的雷电通流与箝压特性测试

为提高箝位电压和峰值脉冲电流测量的准确度,利用冲击电流发生器测试3种系列不同类型瞬态电压抑制器的雷电流通流能力、箝位电压特性和伏安特性,分析了它们与额定电压、脉冲峰值功耗及极性的关系。结果表明,TVS额定电压越高,雷电流通流能力越小,同样额定电压的TVS管,脉冲峰值功耗增大后通流能力并未增大,TVS管只适宜作为次级限压性防护元件。随着额定电压的升高,箝位电压逐渐增大,临界箝位系数趋于减小,低额定电压时箝位电压分散性大,高额定电压时箝位电压分散性小,选用和考虑TVS绝缘配合时应予注意。     

简介瞬态电压抑制贴片二极管

瞬态电压抑制贴片二极管(TVS)是利用PN结反向击穿特性进行电压箝位与分流浪涌电流,以抑制与消除电路系统中瞬间电压的一种实现保护功能的二极管。其具有响应速度快、瞬间耐流高等特点。常用瞬态电压抑制贴片二极管外形如图1所示。     

用于高功率电磁脉冲防护的SiC-TVS器件设计研制

高功率电磁脉冲可在电子信息设备电缆上耦合产生浪涌骚扰,瞬态电压抑制器(transient voltage suppressor,TVS)是抑制浪涌骚扰的重要防护器件。现有TVS器件多为Si基材料,受限于材料特性,在响应速度和通流能力上存在不足。因此,选择Si C材料设计新型Si C-TVS器件,新型器件采用NPN结构,通过动态响应仿真确定了基本参数,对器件在高功率电磁脉冲下的热失效进行了仿真研究。采用深度刻蚀槽工艺加工了该批器件,选取结面积和工作电压相近的Si-TVS进行对比测试;测试结果表明:新研制的Si C-TVS器件在快前沿脉冲下的响应速度显著优于Si-TVS;在10/1 000μs浪涌脉冲注入下,Si C-TVS的通流能力为Si-TVS的6倍。     

大气压氩气纳秒脉冲针—水结构气液放电特性研究北大核心CSCD

为了在提高放电等离子体活性的同时保持较为稳定的放电,文中利用纳秒脉冲电源驱动大气压氩气中针—水结构气液放电,研究了不同脉冲电压和频率下的放电电学特性、发光图像和发射光谱强度,并讨论了相关参数对放电特性的影响原因。结果表明:在氩气纳秒脉冲气液放电中,脉冲电压和频率不会对放电模式产生影响。随着脉冲电压的增大,上升沿电流、下降沿电流和平均功率均增大,且上升沿电流总是大于下降沿电流;当脉冲频率增大时,上升沿电流和平均功率增大,下降沿电流逐渐减小。等离子体特性方面,在不同脉冲电压和频率下均测到了较强的Ar(4p→4s)、H(656 nm)和O(777 nm)谱线和较弱的H(486 nm)谱线,并且4种激发态活性粒子的发射光谱强度均随着脉冲电压和频率的增大而增大。     

静电放电电磁脉冲辐射场数值建模与仿真

针对静电放电(ESD)电磁脉冲测试及其防护这一静电研究领域的难点问题,利用时域有限差分法并采用电偶极子辐射模式建立了ESD电磁脉冲辐射场的数值模型。在分析了拟合IEC 61000—4—2标准规定的ESD电流波形的5种数值模型后,根据t=0时刻电流值和电流导数为0的ESD电流要求,选择脉冲3项式作为ESD电流表达式进行仿真计算。采用4 kV放电电压作为脉冲源,通过仿真计算得出相对辐射源3个位置处的电磁场分量Ex和Hx。计算结果表明,ESD电磁脉冲辐射场在自由空间的时域特点是脉冲具有极快上升沿、幅度变化剧烈且衰减较快。仿真结果为ESD电磁脉冲测试及其防护提供理论支撑。     

强电磁脉冲下金属氧化物避雷器瞬态响应特性

高空电磁脉冲是少数能够同时干扰广域分布系统的强电磁脉冲干扰之一,通过场线耦合能在电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的传导环境。为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过实验研究现有常规金属氧化物避雷器对高空电磁脉冲的瞬态响应特性。本文通过实验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下金属氧化物避雷器的过冲峰值、残压峰值以及响应时间等关键参数,并通过实验分析了金属氧化物避雷器加电与不加电状态对关键参数的影响。实验结果表明：高空电磁脉冲传导环境作用下该型金属氧化物避雷器的过冲电压峰值为雷电冲击电流残压峰值的2.19倍;其残压峰值相对于雷电冲击电流残压峰值提高了115.6%;响应时间基本不随脉冲电流幅值变化。另外,是否加电对该型避雷器过冲峰值、残压峰值、响应时间等参数随脉冲电流幅值变化规律的影响可忽略。     

负载对PEM燃料电池瞬态响应特性的影响

利用暂态测量方法,比较了纯阻性负载和纯感性负载及加载方式对质子交换膜燃料电池(PEMFC)瞬态响应特性的影响。结果证明,PEMFC瞬态响应与电池负载类型、负载的加载方式有密切联系。同样的阶跃电流,PEMFC加载纯阻性负载比加载纯感性负载响应时间更短,低调量更小。感性负载由于其自感效应会带来更长的响应时间和更大的低调量。PEMFC加载纯阻性负载时,固定电流加载方式电压低调量稍大,而固定电压的加载方式不会带来低调电压;两种加载方式的响应时间接近。总之纯阻性负载、固定电压方式加载的情况下,质子交换膜燃料电池瞬态响应特性最佳。     

ESD防护器件HMM和TLP测试方法及性能评价EI北大核心CSCD

人体–金属模型波形(HMM)和传输线脉冲(TLP)波形是静电放电防护器件测试时常用的注入波形。针对静电放电(ESD)防护器件,介绍了这2种波形的测试方法。通过对同一型号瞬态电压抑制器进行测量,获取器件的瞬态波形、钳位电压、损伤阈值、瞬态阻抗等特性参数,并对结果进行分析比较。测试结果表明,基于IEC标准的HMM测试所能得到的有效信息最少;基于TLP的HMM测试可直观得到被测器件的静电放电瞬态响应;TLP矩形波测试结果的稳定性好,测量参数的可重复性高。     

一种真空触发开关控制器的设计建模与仿真研究

为研究真空触发开关(TVS:Triggered Vacuum Switch)控制器的模型参数对其触发精度和输出脉冲电压的影响,设计了一套TVS控制回路原理图.采用面向功能结构图的建模方法,建立了TVS控制器的仿真模型,并通过MATLAB仿真,得到的输出正脉冲电压可达11kV以上,反向电压小于200V,波形振荡小,脉宽250,且上升沿陡峭,波前陡度为10左右,验证了该设计的可行性.通过改变参数对比不同参数下的输出电压仿真波形,可得出模型参数对TVS控制器的触发精度和输出脉冲电压的影响,利于研究和设计最佳模型参数的TVS控制器.     

ESD防护器件HMM和TLP测试方法及性能评价

人体–金属模型波形(HMM)和传输线脉冲(TLP)波形是静电放电防护器件测试时常用的注入波形。针对静电放电(ESD)防护器件,介绍了这2种波形的测试方法。通过对同一型号瞬态电压抑制器进行测量,获取器件的瞬态波形、钳位电压、损伤阈值、瞬态阻抗等特性参数,并对结果进行分析比较。测试结果表明,基于IEC标准的HMM测试所能得到的有效信息最少;基于TLP的HMM测试可直观得到被测器件的静电放电瞬态响应;TLP矩形波测试结果的稳定性好,测量参数的可重复性高。     

电磁脉冲对数字电路的辐照效应研究

为研究电磁脉冲对数字电路的辐照耦合规律,介绍了雷电电磁脉冲的模拟装置并以某装备上信息处理的串行数据分配电路为试验研究对象,研究了电磁脉冲辐射场对数字电路的辐照效应,通过改变场的强度、极性、被试器件的类型等试验条件,探讨了电磁脉冲对数字电路的耦合规律。试验结果表明:影响电磁脉冲对电路的辐照耦合的因素有场的强度、接收天线形状、器件电路的内部结构与阻抗特性、设备或系统在电磁场中的方向、以及线上的信号(即高或低电平信号)等。     

锥形绕组特快速暂态过电压分布研究

为了研究在陡波前、高重复频率的电压冲击下,脉冲变压器(PT)锥形绕组中的特快速暂态过电压(VFTO)分布特性,建立了基于多导体传输线(MTL)理论的PT二次绕组分布参数模型;利用锥形绕组结构上的特性,提出一种有限元法(FEM)和插值公式相结合的方法以快速计算锥形绕组的感应系数矩阵K;通过求解频域下的电报方程可得到绕组的对地电压分布以及匝间电压分布;进行了绕组暂态电压的测量,从实验结果可以看出电压分布的一定规律,并分析了造成计算与实验结果间误差的原因;结合实验提出一种改善电压分布的措施,对大功率PT二次绕组的绝缘设计有一定的参考意义。     

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。     

微机保护抗电快速瞬变脉冲群干扰的研究

用P90.1型脉冲发生器模拟微机保护装置实际运行中所受到的干扰,用数字示波器LeCroy9310A实验分析电快速瞬变脉冲群的特性及其频谱并讨论了电快速瞬变脉冲群在微机保护装置各个端口的传播途径,结合抗干扰原理提出了弱电滤波、增大共模回路阻抗等相应措施。实例证明,采取预防措施后装置的抗干扰能力得到提高,能一次性通过电快速瞬变脉冲群干扰检测。     

基于电力系统全数字实时仿真装置的大电网机电暂态–电磁暂态混合仿真

对高压直流输电和柔性交流输电系统设备的准确仿真需建立详细的电磁暂态模型,而大电网中建立所有设备的电磁暂态模型来进行计算是不现实的,针对该问题,采用了3个典型算例,详细介绍了应用电力系统全数字实时仿真装置的混合仿真功能进行大规模电网仿真的过程。将大电网分为电磁暂态子网和机电暂态子网,其中大电网局部或某些关注的设备作为电磁暂态子网,其余网络作为机电暂态子网,电磁暂态子网中的设备用详细的电磁暂态模型描述。将混合仿真计算结果与传统的机电暂态仿真结果相比较,验证了混合仿真的准确性。     

变电站瞬态电磁场耦合二次电缆数值方法研究

提出瞬态电磁场耦合细线问题的三维时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)数值方法的一种改进模型。基于电磁散射理论推导出有限长直细导线终端以及拐角附近的电磁场分量的离散方程。利用改进模型计算电磁脉冲激励下双导体传输线终端负载上的电流电压响应,并进行实验验证。结果表明计算结果与实验结果吻合较好,说明改进的三维FDTD数值模型对研究瞬态场线感应问题是有效的,可用于变电站瞬态电磁场对二次电缆干扰问题的研究。     

ESD辐射场的计算及对传输线的耦合研究

为分析静电放电的辐射场及其对传输线与负载终端的影响,采用了一种基于脉冲函数的静电放电电流波形解析表达式计算了静电放电电磁脉冲辐射场并给出了近场和远场波形。结果表明放电电场包括由初始电荷引起的静电场和由放电电流引起的辐射场,在放电电极附近,静电场远大于辐射场,但静电场随空间距离衰减得很快,在远区场主要由放电电流引起的辐射场。利用传输线理论建立静电放电场对电长导线的耦合计算模型得出了静电放电辐射场在线上的感应电压和感应电流计算方程。     

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压测量用电容传感器的标定

为保证特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）中特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）测量用手孔式电容传感器的准确性,必须对其进行标定。研制了用于电容传感器的标定系统,它由3种不同幅值及波形的脉冲源及相应测量系统组成。其中：低电压陡脉冲源用于校验电容传感器的高频特性;高电压陡脉冲源用于校验传感器在高压下的稳定性;低电压长波尾电源用于校验传感器的低频特性。水电阻分压器及金属膜电阻分压器用于测量3种脉冲源的输出波形,在标定电容分压器前,对电阻分压器的频率特性及线性度特性进行了试验。电容传感器的标定试验结果表明,华北电力大学和清华大学研制的电容传感器均具有良好的频率特性、线性度和稳定性,可以满足特高压GIS设备VFTO测量工作的需要。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

有源箝位抑制IGBT浪涌电压的研究

提出采用有源箝位抑制IGBT关断浪涌电压的方法.IGBT集电极和门极间采用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,简称TVs)构成有源箱位电路,并根据IGBT耐压值和直流母线电压选择箱位电压值.当关断IGBT时,浪涌电压击穿TVs并箱位集射极电压,同时升高IGBT门极电压,减缓IGBT关断,抑制浪涌电压.在1.5 MW风电变流器上进行了相关实验,实验结果验证了该方法的有效性,并在成本、体积和可靠性等方面有一定的优势.