第一篇：避雷器元件工作原理及設(shè)計原理

避雷器元件工作原理及設(shè)計原理

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時間：2010-01-27 避雷器元件工作原理及設(shè)計原理

電涌保護器(Surge Protection Devices,簡稱SPD),也稱浪涌保護器、過電壓保護器,俗稱避雷器、防雷器。

針對現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了各種各樣的防雷器,質(zhì)量參差不齊,有一些甚至聞所未問(如:不用接地的避雷器,到現(xiàn)在為止,都弄不明白它的工作原理),因此,通過介紹避雷器的工作原理及組成,對客戶甄別真假、優(yōu)劣,有所幫助。

防雷器元件從響應(yīng)特性看,有軟硬兩種。屬于硬響應(yīng)特性的放電元件有火花間隙(基于斬弧技術(shù)的角型火花隙和同軸放電火花隙)和氣體放電管,屬于軟響應(yīng)特性的放電元件有金屬氧化物壓敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管。這些元件的區(qū)別在于放電能力、響應(yīng)特性和殘壓,避雷器就是利用它們不同的優(yōu)缺點,揚長避短,組合成各種避雷器,保護電路。推薦迪艦防雷器品質(zhì)有保障安全系數(shù)高

一、火花間隙(Arc chopping)

1、放電間隙:原理是兩個如牛角現(xiàn)狀的電極,距離很短,用絕緣材料分開,當(dāng)兩個電極間的電場強度達到擊穿強度時,電極之間形成電流通路。當(dāng)雷電波來到的時候首先在間隙處擊穿,使間隙的空氣電離,形成短路,雷電流通過間隙流入大地,而此時間隙兩端的電壓很低,從而達到保護線路的目的。電場強度低于擊穿間隙時,放電間隙型避雷器又恢復(fù)絕緣狀態(tài)。常用于高壓線路的避雷防護中。在低壓系統(tǒng),常用于電源的前級保護。

火花間隙型避雷器產(chǎn)品的優(yōu)劣,在于制成電極的材料、間隙距離及絕緣材料。

優(yōu)點:具有很強放電能力、通流量大,10/350μs脈沖波形能夠疏導(dǎo)50KA的脈沖電流,用于8/20μs脈沖電流,可以大于100KA,很高的絕緣電阻以及很小的寄生電容,漏電流小。對正常工作的設(shè)備不會帶來任何有害影響。缺點:殘壓高(2.5~3.5KV),反應(yīng)時間長(≦100ns),動作電壓精度較低,有工頻續(xù)流,因此在保護電路中應(yīng)串聯(lián)一個熔斷器,使得工頻續(xù)流迅速被切斷。

注:由于兩只放電管分別裝在一個回路的兩根導(dǎo)線上,有時會不同時放電,使兩導(dǎo)線之間出現(xiàn)電位差,為了使兩根導(dǎo)線上的放電管能接近統(tǒng)一時間放電,減少兩線之間的電位差,又研制了三級放電管?？梢钥醋魇怯蓛芍欢壏烹姽芎喜⒃谝黄饦?gòu)成的。三級放電管中間的一級作為公共地線,另兩級分別接在回路的兩條導(dǎo)線上。

2、氣體放電管(Gas discharge tube,GDT):是一種陶瓷或玻璃封裝,管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體(如氬氣),開關(guān)型的保護元件,有二電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)電場強度達到擊穿惰性氣體強度時,就引起間隙放電,從而限制極間的電壓。8/20μs脈沖電流能夠疏導(dǎo)10KA。放電電壓不穩(wěn)定,當(dāng)電壓大于12V、電流電壓100mA時,會產(chǎn)生后續(xù)電流。通常用于測量、控制、調(diào)節(jié)技術(shù)電路和電子數(shù)據(jù)處理傳輸電路中。

二、金屬氧化物壓敏電阻(Metal oxide varistor,MOV): 以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻,當(dāng)加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時,壓敏電阻呈高阻狀態(tài),如果并聯(lián)在電路上,該閥片呈斷路狀態(tài);當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時,壓敏電阻就會擊穿,呈現(xiàn)低阻值,甚至接近短路狀態(tài)。壓敏電阻這種被擊穿狀態(tài)是可以恢復(fù)的,當(dāng)高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后,它又恢復(fù)高阻狀態(tài)。當(dāng)電力線被雷擊時,雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿,雷電流通過壓敏電阻流入大地,使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內(nèi)。

氧化鋅壓敏電阻避雷器,現(xiàn)在市場上流通很多,我國在20世紀(jì)80年代末才大批生產(chǎn),被認(rèn)為目前最新型、技術(shù)最先進,會做專題詳細(xì)介紹?，F(xiàn)在我國的輸電線路的避雷器,都采用氧化鋅避雷器。

優(yōu)點:開關(guān)電壓范圍寬:6V~1.5KV,反應(yīng)速度快(25ns),殘壓低(可以達到終端設(shè)備的安全工作電壓),通流量大(2KA/cm2),無續(xù)流,壽命長。缺點:容易老化,動作幾次后,漏電流會增大,從而導(dǎo)致壓敏電阻過熱,最終導(dǎo)致老化失效。

電容較大,許多情況下不在高頻、超高頻系統(tǒng)中使用。該電容又與導(dǎo)線電容構(gòu)成一個低通。該低通會造成信號的嚴(yán)重衰減。但在頻率低于30KHZ時,這種衰減可以忽略。

三、瞬態(tài)抑制式二極管(Transient voltage suppressor,TVS):

1、二極放電管:有兩種形式:一是齊納型(為單向雪崩擊穿),二是雙向的硅壓敏電阻。性能類似開關(guān)二極管等。在規(guī)定的反向電壓作用下,兩端電壓大于門限電壓時,其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過,并將兩端電壓鉗制在很低的水平,從而有效地保護末端電子產(chǎn)品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈動功率,并把電壓鉗制在預(yù)定水平。適用于交流電路。

優(yōu)點:動作時間極快,達到皮秒級。限制電壓低,擊穿電壓低,應(yīng)用于各種電子領(lǐng)域。

缺點:電流負(fù)荷量小,電容相當(dāng)高,一般在20pF以下,現(xiàn)在的陶瓷放電管能夠做到3~5pF。

電子信息系統(tǒng)所需的浪涌保護系統(tǒng)一般采用兩級或三級組成。采用氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管,并利用各種浪涌抑制器的特點,實現(xiàn)可靠保護。氣體放電管一般放在線路輸入端作為一級浪涌保護器件,承受大的浪涌電流,屬于泄流型器件。二級保護器件采用壓敏電阻,可在極短時間內(nèi)(ns)將浪涌電壓限制在較低的水平。對于高度靈敏的電子電路,可采用抑制二極管作為三級保護。在更短的時間內(nèi)將浪涌電壓限制在末端電子設(shè)備的絕緣水平以內(nèi)。如圖,當(dāng)雷電等浪涌到來時,抑制二極管首先導(dǎo)通,把瞬間過電壓精確地控制在一定的水平,如果浪涌電流較大,則壓敏電阻啟動并泄放一定的浪涌電流,這時壓敏電阻兩端的電壓會有所升高,直至推動前級氣體放電管放電,把大電流泄放到地。當(dāng)三種器件在線路中的距離較遠(yuǎn)時,導(dǎo)通順序會從氣體放電管開始,依次導(dǎo)通。避雷器的工作,是從反應(yīng)時間最快、設(shè)備的最末端開始的,然后逐級往前端啟動的。推薦迪艦防雷器品質(zhì)有保障安全系數(shù)高

中,單純用氣體放電管保護后端的設(shè)備會出現(xiàn)下列問題:導(dǎo)通時間過長,殘壓過大,有可能超過后端設(shè)備的耐壓水平。放電后,會產(chǎn)生工頻續(xù)流。為避免上述問題,采用另外一種電路(圖三)。為了解決產(chǎn)生工頻續(xù)流的問題,同時也避免壓敏電阻因漏電流過大而發(fā)熱自爆或老化,我們在氣體放電管上串聯(lián)一個壓敏電阻,這樣就可避免產(chǎn)生工頻續(xù)流,又可以防止壓敏電阻因漏電流而自爆、老化。但新的問題又產(chǎn)生了,這樣避雷器的動作時間為氣體放電管的導(dǎo)通時間和壓敏電阻導(dǎo)通時間的總和。假設(shè)氣體放電管的導(dǎo)通時間為100ns,壓敏電阻的導(dǎo)通時間為25ns,則它們總的反應(yīng)時間為125ns。為了減小反應(yīng)時間,在電路中并入一個壓敏電阻,這樣可使總的反應(yīng)時間為25ns。:當(dāng)過電壓出現(xiàn)時,抑制二極管作為動作最快的元件首先動作,線路設(shè)計為,在抑制二極管可能毀壞之前,放電電流即隨著幅值的上升轉(zhuǎn)換到前置的放電路徑上,即充氣式放電路上。

Us+△u≥Ug

Us:抑制二極管上的電壓

△u:去耦感應(yīng)線圈上的電壓

Ug:氣體放電管的動作電壓

如果放電電流小于該值,則充氣放電管不動作。采用這種線路不僅可以在低保護水平的條件下利用放電器動作迅速的優(yōu)點,同時還可以達到很高的放電電容。這樣就可以消除抑制二極管過載一級熔斷器在出現(xiàn)電源續(xù)流時頻繁切斷電路的缺點。

頻率較高的線路也可以采用歐姆式電阻作為去耦元件,與低電容橋接線路共同使用。

2、三極放電管:在兩根的導(dǎo)線上,安裝兩個二極放電管,會出現(xiàn)電位差,因此就有三極放電管,多了一極做公共接地,可以減少時間差(0.15~0.2μs),及由此產(chǎn)生的橫向雷電壓幅值。市場上普通電源避雷器器件一般采用壓敏電阻,用于一級、二級和三級電源。這種組合方式在距離大于5米時,導(dǎo)通時間從第一級開始逐級向后導(dǎo)通。

若第一級采用氣體放電管,二級和三級采用壓敏電阻,則必須滿足第一級與第二級滿足大于十米的距離,第二級與第三級滿足大于5米的距離,這樣才能保證前一級先動作。否則可能導(dǎo)致第一級不動作的現(xiàn)象,而二級和三級避雷器又沒有那么大的通流量,導(dǎo)致避雷器無法切實保護設(shè)備。這點在工程設(shè)計中一定要引起注意。

四、避雷器的種類: 避雷器的種類基本上分三大類型:一是電源避雷器(安裝時主要是并聯(lián)方式,也串聯(lián)方式),按電壓的不同,分22V的單相電源避雷器和380V的三相電源避雷器。二是信號避雷器,多數(shù)用于計算機網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)上,安裝的方式是串聯(lián)。三是天饋線避雷器,是它適用于有發(fā)射機天線系統(tǒng)和接收無線電信號設(shè)備系統(tǒng),連接方式也是串聯(lián)。推薦迪艦防雷器品質(zhì)有保障安全系數(shù)高

第二篇：避雷器元件工作原理及設(shè)計原理1放電間隙與放電管放電間隙所謂

避雷器元件工作原理及設(shè)計原理

1、放電間隙與放電管

放電間隙：所謂放電間隙是把暴露在空氣中的兩塊相互隔離一空氣間隙的金屬物作為避雷放電的裝置。通常把其中一塊金屬接在需要防雷的導(dǎo)線上如電源的相線，另一塊金屬與地線連接。當(dāng)雷電波來到的時候首先在間隙處擊穿，使間隙的空氣電離，形成短路，雷電流通過間隙流入大地，而此時間隙兩端的電壓很低，從而達到保護線路的目的。常用于高壓線路的避雷防護中。

氣體放電管：把一對互相隔開的冷飲電極，封裝在玻璃或陶瓷管內(nèi)，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體（如氬氣），就構(gòu)成了一只放電管。

優(yōu)點：具有很強的浪涌吸收能力，即放電能力強、通流量大（可做到100KA以上），很高的絕緣電阻以及很小的寄生電容，漏電流小。對正常工作的設(shè)備不會帶來任何有害影響。

缺點：殘壓高（2～4KV），反應(yīng)時間長（>100ns），動作電壓精度較低，有工頻續(xù)流，因此在保護電路中應(yīng)串聯(lián)一個熔斷器，使得工頻續(xù)流迅速被切斷。

注：由于兩只放電管分別裝在一個回路的兩根導(dǎo)線上，有時回不同時放電，使兩導(dǎo)線之間出現(xiàn)電位差，為了使兩根導(dǎo)線上的放電管能接近統(tǒng)一時間放電，減少兩線之間的電位差，又研制了三級放電管?？梢钥醋魇怯蓛芍欢壏烹姽芎喜⒃谝黄饦?gòu)成的。三級放電管中間的一級作為公共地線，另兩級分別接在回路的兩條導(dǎo)線上。如圖

2、壓敏電阻：

當(dāng)加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，如果并聯(lián)在電路上，該閥片呈斷路狀態(tài)；當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時，壓敏電阻就會擊穿，呈現(xiàn)低阻值，甚至接近短路狀態(tài)。壓敏電阻這種被擊穿狀態(tài)是可以恢復(fù)的，當(dāng)高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后，它又恢復(fù)高阻狀態(tài)。當(dāng)電離線被雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內(nèi)。

優(yōu)點：同開關(guān)電壓范圍寬（6——1.5KV），反應(yīng)速度快（25ns）,通流量大（2KA/CM2），無續(xù)流。

缺點：容易老化，動作幾次后，漏電流會增大，從而導(dǎo)致壓敏電阻過熱，最終導(dǎo)致老化失效。

電容較大，許多情況下不在高頻率信息傳輸中使用。該電容又與導(dǎo)線電容構(gòu)成一個低通。該低通會造成信號的嚴(yán)重衰減。但在頻率低于30KHZ時，這種衰減可以忽略。

3、抑制式二極管（TVS）：

有兩種形式：一是齊納型（為單向雪崩擊穿），二是雙向的硅壓敏電阻。性能類似開關(guān)二極管等。在規(guī)定的反向電壓作用下，兩端電壓大于門限電壓時，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過，并將兩端電壓鉗制在很低的水平，從而有效地保護末端電子產(chǎn)品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈動功率，并把電壓鉗制在預(yù)定水平。適用于交流電路。

優(yōu)點：動作時間極快，達到微微秒范圍。限制電壓低，擊穿電壓低，應(yīng)用于各種電子領(lǐng)域。

缺點：電流負(fù)荷量小，電容相當(dāng)高。

第三篇：避雷器避雷針的工作原理

避雷器避雷針的工作原理

避雷器能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量保護電工設(shè)備免受瞬時過電壓危害又能截斷續(xù)流不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間與被保護設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時避雷器立即動作流過電荷限制過電壓幅值保護設(shè)備絕緣電壓值正常后避雷器又迅速恢復(fù)原狀以保證系統(tǒng)正常供電。避雷器避雷針原理避雷針分為被動/普通避雷針和主動/提前放電避雷針。提前放電避雷針主要由激發(fā)器從自然界的電場中吸收并貯存能量規(guī)范的避雷針安裝使避雷針針尖與大地處于等電位狀態(tài)。該避雷針保護范圍比普通避雷針的保護范圍更大。雷閃發(fā)生前激發(fā)器與針尖之間的電位差大致相當(dāng)于雷云與大地之間的電位它們之間的電壓降使避雷針尖端放電從而產(chǎn)生一個早期的上升先導(dǎo)改變雷云的向下先導(dǎo)的走向?qū)⒔ㄖ锏穆淅c轉(zhuǎn)移到自身上來并迅速、安全地將雷電安全地泄放到大地避免建筑物受到雷擊。避雷器的特點及作用 避雷器的作用是用來保護電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一個電器。避雷器的類型主要有保護間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護間隙主要用于限制大氣過電壓一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進線段保護。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護在500KV及以下系統(tǒng)主要用于

限制大氣過電壓在超高壓系統(tǒng)中還將用來限制內(nèi)過電壓或作內(nèi)過電壓的后備保護。開放式間隙避雷器 間隙避雷器的工作原理基于電弧放電技術(shù)當(dāng)電極間的電壓達到一定程度時擊穿空氣電弧在電極上進行爬電。優(yōu)點放電能力強通流量大可以達到100KA漏電流小 熱穩(wěn)定性好 缺點殘壓高反映時間慢存在續(xù)流 工藝特點由于金屬電極在放電時承受較大電流所以容易造成金屬的升華使放電腔內(nèi)形成金屬鍍膜影響避雷器的啟動和正常使用。放電電極的生產(chǎn)主要還是集中在國外一些避雷器生產(chǎn)企業(yè)電極的主要成分是鎢金屬的合金。工程應(yīng)用該種結(jié)構(gòu)的避雷器主要應(yīng)用在電源系統(tǒng)做B級避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火災(zāi)避雷器動作后飛出脫離配電盤等事故。根據(jù)型號的不同適合與各種配電制式。工程安裝時一定要考慮安裝距離避免引起不必要的損失和事故。密閉式間隙避雷器 優(yōu)點放電電流大 測試最大50KA實際測量值漏電流小 無續(xù)流 無電弧外瀉 熱穩(wěn)定性好 缺點殘壓高反映時間慢 工藝特點石墨為主要材料產(chǎn)品內(nèi)采用全銅包被解決了避雷器在放電時的散熱問題不存在后續(xù)電流問題最大的特點是沒有電弧的產(chǎn)生且殘壓與開放式間隙避雷器比較要低很多。工程應(yīng)用該種避雷器應(yīng)用在各種B、C類場合與開放式間隙比較不用考慮電弧問題。根據(jù)型號的不同該種產(chǎn)品適合與各種配電制式。登高電氣有限公司為社會提供了最全面最先進的防雷產(chǎn)品登

高電氣有限公司是從事避雷針、電源防雷器、視頻監(jiān)控防雷器、計算機網(wǎng)絡(luò)防雷器、通信防雷器、防雷接地等避雷產(chǎn)品及防雷工程設(shè)計施工的高新技術(shù)防雷公司。公司產(chǎn)品經(jīng)防雷檢測部門檢測合格并有保險等資料。登高電氣有限公司技術(shù)工程部 張思保 2011年7月12日

第四篇：避雷器SPD工作原理和結(jié)構(gòu)

避雷器SPD工作原理和結(jié)構(gòu)

電涌保護器(Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

電涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。用于電涌保護器的基本元器件有：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）開關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：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)沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。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：與被保護的設(shè)備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。

扼流型：與被保護的設(shè)備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。

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波長短路器等。

2．按用途分：

（1）電源保護器：交流電源保護器、直流電源保護器、開關(guān)電源保護器等。

（2）信號保護器：低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。

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)瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進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：

它是由相互離開的一對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;工頻耐受電流In;沖擊耐受電流Ip；絕緣電阻R(>109Ω)；極間電容(1-5PF)

氣體放電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：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效

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到一定數(shù)值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流小（10-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓響應(yīng)時間快（～10-8s），無續(xù)流。

壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開關(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)時間。

SPD工作原理和結(jié)構(gòu)

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)由被保護電子設(shè)備的耐受電壓來確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設(shè)備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設(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作響應(yīng)快的優(yōu)點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。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：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時，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10/1000μs）下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。

（4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護電子系統(tǒng)的最高運行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運行時處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。

（5）最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

（6）響應(yīng)時間：10～11s 5．扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。這種扼流線圈在制作時應(yīng)滿足以下要求：

（1）繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。

（2）當(dāng)線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

（3）線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

（4）線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。

6． 1/4波長短路器

1/4波長短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號電涌保護器，這種保護器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對于該工作信號頻率來說，其阻抗無窮大，相當(dāng)于開路，不影響該信號的傳輸，但對于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對于雷電波阻抗很小，相當(dāng)于短路，雷電能量級被泄放入地。

由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達到30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2％～20％左右，另一個缺點是不能對天饋設(shè)施加直流偏置，使某些應(yīng)用受到限制。

三、SPD的基本電路

電涌保護器的電路根據(jù)不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的幾種，一個技術(shù)精通的防雷產(chǎn)品研究工作者，可設(shè)計出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結(jié)構(gòu)圖案。研制出既有效又性能價格比好的產(chǎn)品，是防雷工作者的重任 發(fā)布日期：2011-3-14 文章作者：雷晟轉(zhuǎn)載 查看次數(shù)：1705

簡 介： 電涌保護器(Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

關(guān)鍵字：電涌保護器 防雷 信號傳輸

電涌保護器(Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

電涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。用于電涌保護器的基本元器件有：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）開關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：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)沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。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：與被保護的設(shè)備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。

扼流型：與被保護的設(shè)備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。

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波長短路器等。

第五篇：《變壓器工作原理》教學(xué)設(shè)計

《變壓器工作原理》教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)目標(biāo)：

根據(jù)大綱對本節(jié)的具體要求，同時針對學(xué)生的認(rèn)知水平，結(jié)合教材，本著在教知識的同時也要培養(yǎng)能力的原則，確定本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下：

1．知識與技能

知道變壓器是用來改變交流電壓的裝置；理解互感現(xiàn)象，理解變壓器的工作原理；知道變壓器的變壓比并能說出變壓器原、副線圈中電壓的關(guān)系；知道變壓器的輸入功率等于輸出功率．能用變壓器的功率關(guān)系解決簡單的變壓器的電流關(guān)系問題、阻抗變換的關(guān)系；理解在遠(yuǎn)距離輸電時，利用變壓器可以大大降低傳輸線路的電能消耗的原因。

2．過程與方法

通過創(chuàng)設(shè)操作情景引出本課課題，以生活中學(xué)生感興趣的實例為依托，展示研究問題的情景;通過演示實驗來研究變壓器工作規(guī)律使學(xué)生在實驗基礎(chǔ)上建立規(guī)律;通過理想化模型建立及理論推導(dǎo)得出原副線圈電流與匝數(shù)間的關(guān)系;通過運用變壓器工作規(guī)律的公式來解題使學(xué)生從實踐中理解公式各物理量的含義．

3．情感態(tài)度與價值觀 通過原副線圈的匝數(shù)與繞線線徑關(guān)系中體會物理學(xué)中的和諧、統(tǒng)一美；讓學(xué)生充分體會能量守恒定律的普遍性及辯證統(tǒng)一思想；培養(yǎng)學(xué)生尊重事實，實事求是的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度．

（二）教法

“互動”與“主動”的教學(xué)模式。

“互動”即師生互動，就是教師扮演引導(dǎo)者、學(xué)習(xí)動機激發(fā)者和輔導(dǎo)者的角色，讓學(xué)生處在教學(xué)活動的中心，以平等的身份與教師互動。

（三）學(xué)法

在學(xué)法上，一是學(xué)生要多提問、多設(shè)疑，從而有了探究問題和學(xué)習(xí)的動力，而問題的解決恰好是建立新的知識結(jié)構(gòu)的過程，從而培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力；二是學(xué)生要多練習(xí)，通過知識的應(yīng)用，能使學(xué)生把新學(xué)的知識和他們已經(jīng)掌握的知識聯(lián)系起來，從多個角度更深入理解本節(jié)內(nèi)容，成為自己的東西。

（四）教學(xué)程序

一、知識回顧

1、產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件？

2、法拉第電磁感應(yīng)定律？

3、變壓器的結(jié)構(gòu)和分類？ 設(shè)置預(yù)備知識復(fù)習(xí)問題，為新知識的學(xué)習(xí)打下鋪墊。

二、從名詞理解引入新課

變壓器，顧名思義，變換電壓的器件，實際上它在變壓的同時還能改變電流、阻抗等。那它是怎樣變換電壓呢？

三、新課教學(xué)

1、呈現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)

2、傳授新課知識

（1）展示變壓器結(jié)構(gòu)的投影片，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)變壓器工作過程。

首先必須讓學(xué)生弄懂一個名詞，那就是感應(yīng)電動勢；其次學(xué)生還要清楚感應(yīng)電動勢不僅存在于閉合電路中，在開路電路中也是存在的。

教師展現(xiàn)例題1 → 學(xué)生練習(xí)鞏固，求出變壓比及次級電壓 → 教師在原圖中把初級交流電源改變成直流電源，讓學(xué)生求剛才的問題 → 學(xué)生求解 → 教師評講。

（2）如果將負(fù)載接入次級線圈兩端，就會產(chǎn)生電流，而初次級電流之間有什么關(guān)系呢？以此引入新的教學(xué)環(huán)節(jié)。

該過程中教師首先要交代一下電壓之間的關(guān)系式是建立在理想變壓器的基礎(chǔ)之上。要使學(xué)生明白，理想變壓器是忽略了變壓器中的能量損耗，它的輸出功率與輸入功率相等，這樣才得出原、副線圈的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系式。根據(jù)輸入、輸出功率相等由同學(xué)分小組討論出電流之間的關(guān)系式，并請小組代表來講解整個過程。

例題2練習(xí)→ 學(xué)生用手勢表示答案 → 教師評價 → 復(fù)片：次級再加一個線圈，求電流三者之間的關(guān)系。

提出問題，初次級兩個電流，是誰引起了誰的變化呢？

教師演示用輸出負(fù)載調(diào)節(jié)輸入功率的實驗 → 引導(dǎo)學(xué)生注意觀察，當(dāng)負(fù)載端接入的燈泡逐漸增多時，a.原、副線圈兩端電壓表指針的變化（電壓基本上不發(fā)生變化）；b.原線圈中的電流表指針的變化（電流逐漸增大）；c.副線圈中的電流表指針的變化（電流也逐漸增大）．

學(xué)生闡述實驗現(xiàn)象，并總結(jié)實驗結(jié)論。

（3）由上面兩個知識點，阻抗的推導(dǎo)也就迎刃而解，教師可完全放手讓學(xué)生單獨完成，過后作簡單的評價，以此培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考的能力。

教師投影練習(xí)3 → 學(xué)生練習(xí)→ 教師校對答案。

（4）關(guān)于高壓輸電的電能損失問題

教師投影例題 → 學(xué)生分析 → 教師總結(jié)

3、反饋練習(xí)

4、本課總結(jié)、布置作業(yè) 整個課程的講授都是建立在理想變壓器的基礎(chǔ)之上，學(xué)生要在理解的基礎(chǔ)上去掌握公式，并明白功率的平衡說到底是能量的平衡。從中讓學(xué)生充分體會能量守恒定律的普遍性及辯證統(tǒng)一思想。

這樣的教學(xué)設(shè)計，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠用新學(xué)的知識分析解決問題，更好的構(gòu)建了自己對知識（尤其是難點知識）的正確理解。另一方面，正因為是難點，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中或多或少會遇到一些疑難，通過實驗等方式對新的物理情境的處理消除這些疑慮，使學(xué)生的認(rèn)識得到完善和優(yōu)化。