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摘 要:用1.2/50对1/4波长短路线型电涌保护器进行限制电压的测量,及在8/20冲击电流波对1.3和2的1/4波长短路线型电涌保护器进行残压和通流的测试,且采用Origin软件分析得出电流电压数据波形,从而提出1/4波长短路线型电涌保护器对信号的衰减小,对雷电波的抑制能力强,应用于各种微波通信系统,系统工作稳定的结论。
关键词:1 / 4波长输入阻抗;冲击测试
1 电涌保护器的主要技术参数
(1)标称电压。与被保护系统的额定电压相符,在信息系统中此参数表明了应该选用的SPD的类型,它标出交流或直流电压的有效值。
(2)最大持续运行电压。能长久施加在保护器的指定端,而不引起SPD特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。
(3)每一保护模式的试验类别及放电参数 。I类试验的和;II类试验的和;III类试验的。
(4)限制电压。施加规定波形和幅值的冲击电压时,在SPD接线端子间测得的最大电压峰值。
(5) 电压保护级别。SPD在下列测试中的最大值:1/斜率的跳火电压;额定放电电流的残压。
(6)数据传输速率。表示在一秒内传输多少比特值,单位:;是数据传输系统中正确选用SPD的参考值,SPD的数据传输速率取决于系统的传输方式。
2 冲击测试与分析
测低压电源电涌保护器(SPD)冲击实验分类:
Ⅰ级分类试验:用标称放电电流,1.2/50冲击电压和冲击电流做的试验。在10内通过的电荷()的数值等于电流幅度()的二分之一。Ⅱ级分类试验:用标称放电电流,1.2/50冲击电压和最大放电电流的试验。Ⅲ级分类试验:用复合波(1.2/50冲击低压、8/20冲击电流)做的试验。
(1) 1.2/50?s测量限制电压
对于含开关型元件的SPD用1.2/50冲击电压测量放电(点火)电压。
1) 发生器输出电压以大约10%的幅度分级增加,直至观察到放电。从发生器最后一次没發生放电的设定值开始试验,发生器输出电压以5%的幅度分级增加,直至所有10次施加的冲击(正、负极性各5次)都发生放电。
2) 试验次数为正、负极性各5次,每次间隔时间能使试品冷却到环境温度。温度的判定可使用温枪配合数字温度计实现。
3)最后得到的限制电压是10次测量峰值(绝对值)的平均值。
a.充电电压为0.97限制电压随时间的变化规律为:时间为0时限制电压为0,1微秒时限制电压达到最大为-4.8伏,1微秒到4微秒时限制电压呈脉冲状振荡变化,4微秒到45微秒限制电压趋于稳定趋势接近于0。
b.充电电压为2.00限制电压随时间的变化规律为:时间为0时限制电压为0,之后在很短的时间内迅速升到最大值为8伏,0微秒到5微秒时限制电压呈脉冲状振荡变化,5微秒到45微秒限制电压趋于稳定趋接近于0。
(2)8/20μs冲击电流测试残压和通流
测试设备举例:
冲击发生器,一般应能产生三种波形:300的crowbar触发电压;10/350 最大116首次雷击电流波形;8/20 最大208后续雷击电流波形。
a.进行三次8/20电流波冲击测试冲击试验,第一次冲击电流为10,依次累加5,从10增到到20,不难发现,随着冲击电压的依次增大,残压的数值依次增大,而通流的数值也是随着增大。
10KA电流的变化(只分析0点以下):在0微秒时为0,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,10微秒时达到最大值为-17千安,10微秒到30微秒电流呈现递减的趋势,15微秒时电流为-15千安。
10KA残压的变化:0微秒残压为-10伏达到最大值,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到25微秒内残压继续减小到1伏。25微秒到55微秒残压逐渐增大,55微秒之后残压的变化逐渐平稳为—2伏。
15KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒时电流为0,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到27微秒电流逐渐增大,27微秒电流达到最大值为—26千安,27微秒到60微秒电流逐渐减小,60微秒电流为—2.5千安。
15KA残压的变化:残压在1微秒时达到最大值为-6伏,0微秒到12微秒残压的变化呈脉冲变化,12微秒到45微秒残压逐渐减小,45微秒到55微秒残压的变化呈脉冲变化,55微秒到60微秒残压的变化趋于稳定,变化不是很明显。
20KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒时刻电流值为0,5微秒到14微秒电流逐渐增大,14微秒到25微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,25微秒到30微秒电流逐渐减小,30微秒时电流为0千安。
20KA残压的变化:残压在1微秒达到最大值为-25伏,1微秒到10微秒残压的变化趋势呈脉冲状变化。10微秒到22微秒残压的变化趋势为逐渐减小,22微秒到26微秒残压的变化趋势呈脉冲状变化,26微秒到50微秒的残压变化趋势逐渐增大,但增大的趋势较缓慢,50微秒时残压为—2.5伏。
b.进行三次8/20电流波冲击测试冲击试验,第一次冲击电流为5 ,依次累加5,从5增到到15,不难发现,随着冲击电压的依次增大,残压的数值依次增大,而通流的数值也是随着增大。
5KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,1微秒时电流达到最大为-10千安,5微秒到30微秒电流逐渐减小。
5KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大是—5伏,5微秒到30微秒残压逐渐减小,30微秒到50微秒残压变化趋势平缓,一直维持在-2.5伏。
10KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,1微秒时电流达到最大值为-18千安,5微秒到12微秒电流逐渐增大,12微秒到28微秒电流逐渐
减小。
10KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大值是—6伏,5微秒到18微秒残压逐渐增大,18微秒到50微秒变化趋势平缓,一直维持在
-2.5伏。
15KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到10微秒电流逐渐增大,10微秒的电流达到最大值为-24千安,5微秒到28微秒电流逐渐
减小。
15KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大值为—18伏,5微秒到20微秒残压逐渐减小,20微秒到50微秒残压变化趋势平缓,一直维持在-4伏。
3 结语
可见传输线的传输理论在微波通信应用方面已日趋成熟,1/4波长短路线型电涌保护器的原理采用传输线的传输理论分析,通过理论分析和实验数据得到以下结论:
(1)1/4波长短路线型电涌保护器在1.2/50冲击测试限制电压实验中分析得出:随着充电电压的增大,限制电压也增大,但随着时间的变化,电压固定在一个稳定值。
(2)1/4波长短路线型电涌保护器在8/20电流波冲击测试实验可以得出:随着冲击电流的增大,残压值通流值逐渐增大,而对比不同频率下测试的实验数据分析得出:同一冲击电流情况下,频率越大,通流值也越小。
参考文献
[1] 郭躬旭 鲍于常. 1/4波长短路线作大功率中波发射机避雷器的试验 [J].广播电视技术 1989年第六期;
[2] 江明礼.1/4波长高频避雷器在无线电网的应用[J]. 空军航天气象研究所防雷中心 2001年;
[3] 刘艳 钱美 李祥超.避雷针对微波信号影响的研究[J].科技创新导报 2009.85;
[4] 朱峰 唐正明.传输线分布参数模型和物理模型[J]. 电气电子教学学报 2010年第32卷第6期 56;
关键词:1 / 4波长输入阻抗;冲击测试
1 电涌保护器的主要技术参数
(1)标称电压。与被保护系统的额定电压相符,在信息系统中此参数表明了应该选用的SPD的类型,它标出交流或直流电压的有效值。
(2)最大持续运行电压。能长久施加在保护器的指定端,而不引起SPD特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。
(3)每一保护模式的试验类别及放电参数 。I类试验的和;II类试验的和;III类试验的。
(4)限制电压。施加规定波形和幅值的冲击电压时,在SPD接线端子间测得的最大电压峰值。
(5) 电压保护级别。SPD在下列测试中的最大值:1/斜率的跳火电压;额定放电电流的残压。
(6)数据传输速率。表示在一秒内传输多少比特值,单位:;是数据传输系统中正确选用SPD的参考值,SPD的数据传输速率取决于系统的传输方式。
2 冲击测试与分析
测低压电源电涌保护器(SPD)冲击实验分类:
Ⅰ级分类试验:用标称放电电流,1.2/50冲击电压和冲击电流做的试验。在10内通过的电荷()的数值等于电流幅度()的二分之一。Ⅱ级分类试验:用标称放电电流,1.2/50冲击电压和最大放电电流的试验。Ⅲ级分类试验:用复合波(1.2/50冲击低压、8/20冲击电流)做的试验。
(1) 1.2/50?s测量限制电压
对于含开关型元件的SPD用1.2/50冲击电压测量放电(点火)电压。
1) 发生器输出电压以大约10%的幅度分级增加,直至观察到放电。从发生器最后一次没發生放电的设定值开始试验,发生器输出电压以5%的幅度分级增加,直至所有10次施加的冲击(正、负极性各5次)都发生放电。
2) 试验次数为正、负极性各5次,每次间隔时间能使试品冷却到环境温度。温度的判定可使用温枪配合数字温度计实现。
3)最后得到的限制电压是10次测量峰值(绝对值)的平均值。
a.充电电压为0.97限制电压随时间的变化规律为:时间为0时限制电压为0,1微秒时限制电压达到最大为-4.8伏,1微秒到4微秒时限制电压呈脉冲状振荡变化,4微秒到45微秒限制电压趋于稳定趋势接近于0。
b.充电电压为2.00限制电压随时间的变化规律为:时间为0时限制电压为0,之后在很短的时间内迅速升到最大值为8伏,0微秒到5微秒时限制电压呈脉冲状振荡变化,5微秒到45微秒限制电压趋于稳定趋接近于0。
(2)8/20μs冲击电流测试残压和通流
测试设备举例:
冲击发生器,一般应能产生三种波形:300的crowbar触发电压;10/350 最大116首次雷击电流波形;8/20 最大208后续雷击电流波形。
a.进行三次8/20电流波冲击测试冲击试验,第一次冲击电流为10,依次累加5,从10增到到20,不难发现,随着冲击电压的依次增大,残压的数值依次增大,而通流的数值也是随着增大。
10KA电流的变化(只分析0点以下):在0微秒时为0,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,10微秒时达到最大值为-17千安,10微秒到30微秒电流呈现递减的趋势,15微秒时电流为-15千安。
10KA残压的变化:0微秒残压为-10伏达到最大值,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到25微秒内残压继续减小到1伏。25微秒到55微秒残压逐渐增大,55微秒之后残压的变化逐渐平稳为—2伏。
15KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒时电流为0,0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到27微秒电流逐渐增大,27微秒电流达到最大值为—26千安,27微秒到60微秒电流逐渐减小,60微秒电流为—2.5千安。
15KA残压的变化:残压在1微秒时达到最大值为-6伏,0微秒到12微秒残压的变化呈脉冲变化,12微秒到45微秒残压逐渐减小,45微秒到55微秒残压的变化呈脉冲变化,55微秒到60微秒残压的变化趋于稳定,变化不是很明显。
20KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒时刻电流值为0,5微秒到14微秒电流逐渐增大,14微秒到25微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,25微秒到30微秒电流逐渐减小,30微秒时电流为0千安。
20KA残压的变化:残压在1微秒达到最大值为-25伏,1微秒到10微秒残压的变化趋势呈脉冲状变化。10微秒到22微秒残压的变化趋势为逐渐减小,22微秒到26微秒残压的变化趋势呈脉冲状变化,26微秒到50微秒的残压变化趋势逐渐增大,但增大的趋势较缓慢,50微秒时残压为—2.5伏。
b.进行三次8/20电流波冲击测试冲击试验,第一次冲击电流为5 ,依次累加5,从5增到到15,不难发现,随着冲击电压的依次增大,残压的数值依次增大,而通流的数值也是随着增大。
5KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,1微秒时电流达到最大为-10千安,5微秒到30微秒电流逐渐减小。
5KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大是—5伏,5微秒到30微秒残压逐渐减小,30微秒到50微秒残压变化趋势平缓,一直维持在-2.5伏。
10KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,1微秒时电流达到最大值为-18千安,5微秒到12微秒电流逐渐增大,12微秒到28微秒电流逐渐
减小。
10KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大值是—6伏,5微秒到18微秒残压逐渐增大,18微秒到50微秒变化趋势平缓,一直维持在
-2.5伏。
15KA电流的变化(只分析0点以下):0微秒到5微秒电流的变化趋势呈脉冲状变化,5微秒到10微秒电流逐渐增大,10微秒的电流达到最大值为-24千安,5微秒到28微秒电流逐渐
减小。
15KA残压的变化:0微秒到5微秒残压的变化呈脉冲状变化,1微秒时残压达到最大值为—18伏,5微秒到20微秒残压逐渐减小,20微秒到50微秒残压变化趋势平缓,一直维持在-4伏。
3 结语
可见传输线的传输理论在微波通信应用方面已日趋成熟,1/4波长短路线型电涌保护器的原理采用传输线的传输理论分析,通过理论分析和实验数据得到以下结论:
(1)1/4波长短路线型电涌保护器在1.2/50冲击测试限制电压实验中分析得出:随着充电电压的增大,限制电压也增大,但随着时间的变化,电压固定在一个稳定值。
(2)1/4波长短路线型电涌保护器在8/20电流波冲击测试实验可以得出:随着冲击电流的增大,残压值通流值逐渐增大,而对比不同频率下测试的实验数据分析得出:同一冲击电流情况下,频率越大,通流值也越小。
参考文献
[1] 郭躬旭 鲍于常. 1/4波长短路线作大功率中波发射机避雷器的试验 [J].广播电视技术 1989年第六期;
[2] 江明礼.1/4波长高频避雷器在无线电网的应用[J]. 空军航天气象研究所防雷中心 2001年;
[3] 刘艳 钱美 李祥超.避雷针对微波信号影响的研究[J].科技创新导报 2009.85;
[4] 朱峰 唐正明.传输线分布参数模型和物理模型[J]. 电气电子教学学报 2010年第32卷第6期 56;