สาเหตุ ลักษณะ และวิธีการจำกัดกระแสกระแสเข้าของสวิตช์ตัวเก็บประจุ

I. สาเหตุของการสลับกระแสไฟกระชากของตัวเก็บประจุ

สาเหตุหลักของกระแสพุ่งเข้าของการเปลี่ยนตัวเก็บประจุคือตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบในการกักเก็บพลังงาน และแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมขั้วต่อไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทันที ในขณะที่เปิดเครื่อง จะเทียบเท่ากับ "โหลดคาปาซิทีฟที่เชื่อมต่อกับวงจรกะทันหัน" โดยมีอิมพีแดนซ์ลูปต่ำมาก ส่งผลให้เกิดการกระแทกกระแสไฟขนาดใหญ่ในทันที เงื่อนไขเฉพาะมีรายละเอียดดังนี้:

 

1. การสลับครั้งแรก (สถานะไม่มีประจุ): ในขณะที่การดำเนินการสวิตช์ครั้งแรกของตัวเก็บประจุ แผ่นของตัวเก็บประจุจะอยู่ในสถานะไม่มีประจุ และแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นข้ามขั้วคือ 0 หลังจากเปิดสวิตช์ในเวลานี้ แรงดันไฟฟ้าของระบบจะถูกนำไปใช้กับปลายทั้งสองด้านของตัวเก็บประจุทันที เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทันที จึงเกิดกระแสการชาร์จทันทีในวงจร กระแสไฟฟ้านี้ถูกจำกัดโดยอิมพีแดนซ์ลูปรวมเท่านั้น (รวมถึงตัวเหนี่ยวนำสาย ตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลง และความต้านทานอนุกรม ESR ที่เทียบเท่าของตัวเก็บประจุ) เนื่องจากอิมพีแดนซ์ลูปที่เท่ากันมีขนาดเล็กมาก (ใกล้กับสถานะลัดวงจร-) ในขณะที่เปิดสวิตช์ กระแสกระชากขนาดใหญ่จึงถูกสร้างขึ้น กระแสกระชากสูงสุดมักเกิดขึ้นในขณะที่เปิดเครื่อง (เกี่ยวข้องกับเฟสของแรงดันไฟฟ้าของระบบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของระบบอยู่ใกล้ค่าสูงสุดระหว่างการเปิดเครื่อง แอมพลิจูดของกระแสกระชากจะค่อนข้างใหญ่กว่า)

 

2. การสลับ-ใหม่โดยไม่มีการคายประจุที่เพียงพอ (การสลับการชาร์จ): หากตัวเก็บประจุถูกเปิดใหม่- โดยไม่มีการคายประจุที่เพียงพอหลังจากถูกตัดและเลิกใช้งาน แอมพลิจูดของกระแสพุ่งเข้าของสวิตช์สามารถเป็นสองเท่าของค่าการจ่ายกระแสไฟครั้งแรก (สถานะไม่มีประจุ) เหตุผลหลักคือหลังจากที่ตัวเก็บประจุถูกตัดออก ประจุที่เหลืออยู่จะยังคงอยู่บนเพลต (หากไม่ปล่อยออกมา แรงดันตกค้างจะใกล้เคียงกับแรงดันเฟสที่กำหนดของระบบ) เมื่อ-เปิดสวิตช์อีกครั้ง หากแรงดันไฟฟ้าของระบบและแรงดันไฟฟ้าตกค้างของตัวเก็บประจุอยู่ในสถานะเฟสตรงข้ามของ "ขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม" ความต่างศักย์ไฟฟ้าทันทีทั่วทั้งขั้วของตัวเก็บประจุจะเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าเฟสที่กำหนด ส่งผลให้กระแสไฟชาร์จเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และส่งผลให้กระแสพุ่งเข้าของสวิตช์มีขนาดใหญ่ขึ้น ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ต่ออุปกรณ์ที่เกิดจากการสวิตซ์ชาร์จ ตัวเก็บประจุจะต้องถูกคายประจุจนหมด (โดยปกติจะคายประจุจนต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยผ่านตัวต้านทานการคายประจุ) ก่อนที่จะ-เปิดสวิตช์อีกครั้งหลังจากถูกตัดและเลิกใช้งาน

 

ครั้งที่สอง ลักษณะที่เกี่ยวข้องของการสลับกระแสไหลเข้าของตัวเก็บประจุ

แอมพลิจูดทวีคูณของกระแสกระแสพุ่งเข้าของตัวเก็บประจุส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับปัจจัยสองประการ: ประการแรก ความจุของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อ (ยิ่งความจุมากขึ้น แอมพลิจูดกระแสไหลเข้าก็จะมากขึ้น); ประการที่สอง ความสามารถในการลัดวงจร-ของสถานที่ติดตั้ง (ยิ่งความจุการลัดวงจรของระบบ-มากขึ้น การเหนี่ยวนำลูปที่เท่ากันก็จะยิ่งน้อยลง แอมพลิจูดกระแสกระชากก็จะมากขึ้น และความถี่การสั่นก็จะยิ่งสูงขึ้น) หากติดตั้งตัวเก็บประจุในวงจรที่มีความจุลัดวงจร-มาก ความเหนี่ยวนำของลูปจะมีน้อยและมีอิมพีแดนซ์ต่ำ ดังนั้นกระแสพุ่งเข้าไม่เพียงแต่มีแอมพลิจูดขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังมีความถี่การแกว่งที่สูงกว่าอย่างมากด้วย

 

ข้อมูลที่วัดได้แสดงให้เห็นว่าในระบบไฟฟ้าแบบธรรมดา แอมพลิจูดของกระแสพุ่งเข้าของตัวเก็บประจุที่เปลี่ยนมักจะเป็น 5~15 เท่าของกระแสไฟที่กำหนดของตัวเก็บประจุ (ค่าเฉพาะจะได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ลูป ตัวอย่างเช่น การกำหนดค่าของเครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมสามารถลดความกว้างของกระแสพุ่งเข้าได้อย่างมาก) ความถี่การสั่นของกระแสพุ่งเข้าโดยทั่วไปคือ 250~400Hz (เป็นของกระแสพุ่งเข้าความถี่สูง-) ในเวลาเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าเกินจะเกิดขึ้นทันทีในระหว่างกระบวนการสวิตชิ่ง และแอมพลิจูดของมันจะอยู่ที่ประมาณ 2~3 เท่าของแรงดันไฟฟ้าเฟสของระบบ (แรงดันไฟฟ้าเกินนี้เป็นแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่มีระยะเวลาสั้นมาก แต่อาจยังคงส่งผลกระทบต่อฉนวนของตัวเก็บประจุ)

คำอธิบายระดับมืออาชีพเพิ่มเติม: ในทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ เพื่อระงับกระแสพุ่งเข้าแบบสวิตช์ โดยปกติแล้วเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก (เครื่องปฏิกรณ์ปราบปรามกระแสไหลเข้า) มักจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมในลูปตัวเก็บประจุ ซึ่งสามารถจำกัดแอมพลิจูดกระแสพุ่งเข้าเป็น 2~5 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด และในเวลาเดียวกันก็ลดแอมพลิจูดแรงดันไฟเกินชั่วคราวเพื่อปกป้องตัวเก็บประจุและอุปกรณ์ลูป

 

III. วิธีการจำกัดกระแสไฟฟ้าไหลเข้าของตัวเก็บประจุ

กระแสไฟฟ้าในการทำงานของตัวเก็บประจุไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานของแหล่งจ่ายไฟเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องเชิงบวกกับความถี่แรงดันไฟฟ้าด้วย (ตามสูตรปฏิกิริยารีแอกแตนซ์แบบ capacitive X_C= 1/2πfC): เมื่อรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟบิดเบี้ยวและ-แรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกลำดับสูงถูกจ่ายให้กับตัวเก็บประจุ เนื่องจากความถี่ฮาร์มอนิกสูงกว่าความถี่พื้นฐานอย่างมาก รีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟของตัวเก็บประจุจะลดลงอย่างมาก ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าฮาร์มอนิกที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน กระแสของตัวเก็บประจุก็มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความจุด้วย ยิ่งความจุมากขึ้น ค่ารีแอกแตนซ์ของประจุก็จะยิ่งน้อยลง และกระแสที่ไหลผ่านก็จะมากขึ้น (รวมถึงกระแสพื้นฐานและกระแสฮาร์มอนิกด้วย) ซึ่งจะทำให้ความผิดเพี้ยนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ารุนแรงขึ้นอีกและก่อให้เกิดวงจรอุบาทว์

 

1. เพื่อจำกัดกระแสพุ่งเข้าของตัวเก็บประจุอย่างมีประสิทธิภาพ และระงับผลกระทบของฮาร์โมนิกลำดับสูง-ในระบบกริดกำลังบนตัวเก็บประจุ การเชื่อมต่อเครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมในลูปตัวเก็บประจุเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในทางวิศวกรรม หลักการสำคัญของมันคือ:Jinneng electric Iron-เครื่องปฏิกรณ์ตัวกรองฮาร์มอนิกหลักเพิ่มค่ารีแอกแตนซ์อินดัคทีฟรวมของวงจร สร้างเรโซแนนซ์อนุกรมด้วยรีแอคแทนซ์แบบคาปาซิทีฟของตัวเก็บประจุ (สำหรับฮาร์โมนิคเฉพาะ) ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถลดกระแสคายประจุเมื่อเปิดตัวเก็บประจุเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการบุกรุกของกระแสฮาร์มอนิกอีกด้วย หากเลือกพารามิเตอร์ของเครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมอย่างเหมาะสม กระแสกระแสพุ่งเข้าแบบสวิตชิ่งจะถูกจำกัดอย่างเสถียรภายในช่วงที่อนุญาตของอุปกรณ์

เมื่อใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมเพื่อจำกัดกระแสการไหลเข้าของสวิตช์เท่านั้น ควรเลือกความจุ (อัตราปฏิกิริยา) เป็นค่าเล็ก ๆ โดยปกติคือ 0.2%~1% ของความจุสูงสุดของตัวเก็บประจุ (อัตราปฏิกิริยา 0.2%~1%) ข้อมูลการดำเนินงานทางวิศวกรรมและการทดสอบแสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการเชื่อมต่อเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอัตรารีแอกแทนซ์อนุกรมที่ 0.2% กระแสพุ่งเข้าของตัวเก็บประจุที่สลับสามารถถูกระงับได้อย่างมีนัยสำคัญเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการทำงานของอุปกรณ์ทั่วไป หากต้องพิจารณาการปราบปรามฮาร์มอนิก (เช่น การปราบปรามฮาร์โมนิกที่ 3 และ 5) ในเวลาเดียวกัน อัตรารีแอกแตนซ์สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม (เช่น 3%, 5%)

 

2.นอกเหนือจากเครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมแล้ว สวิตช์สลับตัวเก็บประจุอิสระกระแสพุ่ง- (เช่นสวิตช์ไทริสเตอร์) ยังเป็นอุปกรณ์ปราบปรามกระแสไหลเข้าที่ใช้กันทั่วไป สวิตช์ประเภทนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไทริสเตอร์แบบสองทิศทาง วงจรทริกเกอร์ วงจรดูดซับ วงจรป้องกัน และแผงระบายความร้อนอัจฉริยะ อาศัยเทคโนโลยีการเปิด-สวิตช์แรงดันไฟฟ้า-และ-การปิดสวิตช์ปัจจุบัน-เป็นศูนย์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรอย่างอิสระ ทำให้สามารถทราบถึงการเปลี่ยนตัวเก็บประจุของกระแสไฟกระชาก-และผลกระทบ-โดยไม่เสียค่าใช้จ่ายด้วยความเร็วการตอบสนองที่รวดเร็วและเวลาตอบสนองโดยเฉลี่ยที่น้อยกว่า 10 มิลลิวินาที สามารถชดเชยความต้องการพลังงานปฏิกิริยาของโหลดกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถแทนที่อุปกรณ์สวิตช์คอนแทคเตอร์แบบเดิมได้ดี หลีกเลี่ยงผลกระทบจากส่วนโค้งและปัญหากระแสไหลเข้าในระหว่างการเปลี่ยนคอนแทคเตอร์