Việc phóng điện corona gây ra sự phá hủy ngắn có ảnh hưởng xấu đến mạch chuyển đổi năng lượng.CHUYEN NGU TIENG ANH QUA TIENG VIET=THICH NU CHAN TANH.

1. Giới thiệu

Mặc dù sự tồn tại của phóng điện corona đã được biết đến từ lâu, nhưng gần đây chúng đã nhanh chóng trở thành một vấn đề vì nhu cầu của điện tử tiên tiến và bảo tồn năng lượng đã nhanh chóng tăng việc sử dụng các mạch biến tần.

Phóng điện xảy ra ngay cả với dòng điện trực tiếp hoặc 50 / 60Hz. Tuy nhiên, bất kỳ sự suy giảm nào cũng có thể bị bỏ qua vì mức năng lượng quá nhỏ (vài picocoulomb mỗi chu kỳ) Tần số chuyển đổi 50 kHz tiêu thụ một nghìn lần năng lượng phóng điện 50 Hz.

Nói rõ hơn, một phần có thể được sử dụng trong 100 năm ở tần số 50 Hz có thể tồn tại khoảng một tháng ở 50 kHz ở cùng một điện áp.

2. Chất thải được ẩn trong các sản phẩm sử dụng bộ biến tần

Nhiều người quen thuộc với từ corona , nhưng ngay cả các kỹ sư điện cũng không quan tâm lắm đến việc phóng điện corona. Tuy nhiên, những tiến bộ của các mạch biến tần để bảo tồn năng lượng là nơi sinh sản cho việc thải corona. Xả ra làm giảm chất cách điện và ảnh hưởng đến tuổi thọ của các mặt hàng khác nhau bao gồm bảng mạch in cao áp, đầu nối, dây cáp, nguồn điện chuyển đổi điện áp cao và động cơ nạp biến tần của tủ lạnh, điều hòa không khí, máy giặt, xe điện.

Cần đặc biệt cẩn thận với các bộ phận có điện áp từ 300 V trở lên, chẳng hạn như đầu vào và đầu ra của bộ ghép ảnh, điểm tiếp xúc của rơle điện áp cao, máy biến áp cách ly, PCB và đầu nối.

Hấp thụ độ ẩm bởi chất cách điện và bề mặt bị biến dạng có thể gây ra sự phóng điện từ cây leo. Ảnh 1 cho thấy sự phóng điện từ một bề mặt bị lệch.

Như đã thấy trong Hình 1, sự phóng điện của cây leo là sự phóng điện dọc theo bề mặt điện môi mà không có kết nối trực tiếp qua khí quyển khi có hai cực trên các tấm cách điện.
Nói cách khác, sự phóng điện xảy ra ở điện áp thấp hơn điện áp mà tại đó đèn flash (bắt đầu phóng điện corona) xảy ra. Điện áp flashover này được gọi là Vs (và sẽ được mô tả dưới đây).

Creeping xả được coi là một loại phóng điện corona. Việc phóng điện tiến bộ giống như nó đang liếm bề mặt của chất cách điện, chẳng hạn như bobbins biến áp.
Có những trường hợp theo dõi xảy ra sau khi phóng điện leo, ngay cả khi các cực điện áp cao và thấp được cách nhau từ 15 mm trở lên.

Độ thấm của vật liệu cách nhiệt càng cao thì điện áp phóng điện càng giảm. Hơn nữa, nếu có một điện cực ngược (Hình 1 (b) và (c)), nó sẽ giảm hơn nữa và sự phóng điện có thể xảy ra ngay cả khi các điện cực được tách ra.

Thiết bị đầu cuối trên bobbins và mẫu biến áp tiêu chuẩn (lá đồng) trên PCB tương ứng với Hình 1 (a). Tuy nhiên, nếu có lõi ferrite trên PCB hoặc mẫu khác theo mẫu, các điều kiện giống như Hình 1 (b) và (c) và điện áp phóng giảm.

3. Phóng điện và sự cố điện môi

Trong phóng điện corona, các electron được kéo bởi các cực dương và tăng tốc lên tốc độ rất cao. Chúng liên tục tấn công các phân tử không khí và đánh bật các electron của chúng, gây ra sự ion hóa. Điều này có tác dụng phụ của việc tạo ra ozone (O3).

Khí Ozone là một chất oxy hóa mạnh và dần dần oxy hóa và phá vỡ các chất cách điện. Hơn nữa, các electron và ion tốc độ cao va chạm với các chất cách điện và làm mòn ở bề mặt của chúng.
Cuối cùng, corona tạo ra nhiệt và sự kết hợp của các tác dụng phụ này dần dần phá vỡ các chất cách điện. Cuối cùng, sự cố điện môi và đèn flash xảy ra.

Tuy nhiên, phóng điện corona là phóng điện yếu bất thường. Hơn nữa, dạng sóng hoạt động của hầu hết các mạch là bình thường. Do đó, không có bất thường xuất hiện và các sản phẩm vượt qua kiểm tra.

Trong khi năng lượng của việc thải corona chỉ là vài picocoulomb mỗi chu kỳ, sự suy giảm có thể tích tụ trong vài tháng.

4. Phát hiện phóng điện corona

Các sự kiện sau đây xảy ra cùng với việc phóng điện corona và chúng có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của sự phóng điện corona.

Hình 2. Dạng sóng của màn hình XT-330.350 ch2
; 4kV / div, ch3; 5mA / div, ch4; 5V / div, 5ms / div

Ch 2: Điện áp ứng dụng 3,7 kV rms, 60 kHz
Ngay cả khi có phóng điện corona, dạng sóng điện áp cao vẫn bình thường. Ngay cả với hệ thống dây cao áp silicon UL 3239 có điện trở DC 20 kV, một corona đã xảy ra ở mức 3,7 kV rms.

Ch 3: Dạng sóng hiện tại
Do điện dung tải, dòng điện tiến lên pha 90 °. Vùng được khoanh tròn (○) là xung dòng phóng điện corona.

Ch 4: Dạng sóng bộ đếm cho thấy phát hiện corona
Một xung đếm xảy ra mỗi khi có phóng điện corona.

Một xung phóng điện corona được tạo ra
Các xung phóng điện là các xung ngẫu nhiên có chiều rộng vài ns và dòng điện cực đại vài mA. Tần số của chúng được trải rộng trên một phạm vi cực rộng, từ vài trăm kHz đến vài GHz.

Máy kiểm tra phóng điện một phần truyền thống và Dòng CORONA-i XT của chúng tôi phát hiện tín hiệu xung này.
Hình 2 cho thấy sóng màn hình của dòng phóng điện corona từ Máy kiểm tra Corona X-330 . Thử nghiệm này là một dây cách điện bằng silicon có điện áp chịu được DC 20 kV. Tuy nhiên, phóng điện corona xảy ra ở mức 3,7 kV rms.
Sóng điện từ được tạo ra
Bức xạ điện từ xảy ra cùng với dòng xung để coronas có thể được phát hiện bằng cách nhận sóng điện từ bằng ăng ten.
Coronas có thể được phát hiện mà không cần tiếp xúc nhưng hướng của sóng điện từ và ăng ten phải đáp ứng. Mitsubishi công bố sự tồn tại của một ăng ten như vậy (tại Hội nghị quốc gia năm 2009 của Viện Kỹ sư điện Nhật Bản 2-012).
Ánh sáng yếu được tạo ra
Ánh sáng được tạo ra rất mờ nhưng có thể nhìn thấy trong một căn phòng tối. Một phần của coronas có thể được xác định nhưng coronas xảy ra bên trong không thể được nhìn thấy.
Ozone (O3) được tạo ra
Ozone có mùi nhận dạng có thể được sử dụng để phát hiện coronas. Đây là một phương pháp hiệu quả trong quá khứ khi các thiết bị cần thiết chưa được phát triển. Tuy nhiên, ozone là chất oxy hóa mạnh và được cho là gây ung thư nên không được hít vào.
Âm thanh đôi khi được tạo ra
Coronas có thể được phát hiện bằng dao động âm thanh. Tuy nhiên, có những trường hợp khi coronas không tạo ra tiếng ồn, điều này làm hạn chế độ tin cậy của phương pháp này.

5. Quên đi sự khôn ngoan thông thường về chất cách điện

5-1 Không tin tưởng điện áp DC

Nói chung, điện áp kháng DC và điện áp tại đó phóng điện corona bắt đầu khác nhau rất nhiều. Như được hiển thị trong Hình 2, một corona có tần số 60 kHz và 3,7 kV xảy ra với dây UL 3239 với điện áp DC 20 kV.
Không tin tưởng điện áp DC. Các mục phải được đo trước tiên bằng máy kiểm tra corona.

5-2 Thử nghiệm điện áp chịu được và thử nghiệm phóng điện corona là khác nhau.

Ảnh 2 cho thấy thử nghiệm phóng điện corona của cặp dây nam châm xoắn. Dây điện từ này có điện áp từ 3kVrms trở lên trong thử nghiệm điện áp chịu được thực hiện bởi 50Hz.
Việc phóng điện corona bắt đầu bằng 700Vrms khi thử nghiệm phóng điện corona được thực hiện bởi 70kHz, và nó bị ngắn mạch ở 3 giây khi áp dụng 990Vrms. Do đó, kiểm tra điện áp chịu được thực hiện bởi dòng điện trực tiếp và 50 / 60Hz là không đủ, và cần phải thực hiện kiểm tra phóng điện corona.

Ảnh 2 (b)
sau 3,8 giây, quần short dây nam châm

5-3 Tấm cách nhiệt không ngăn được sự phóng điện

Các biện pháp xả tiêu chuẩn UL có hiệu quả đối với việc xả corona không? Trong ảnh 3 (a), khi thêm 70 kHz và 6 kV rms trong khoảng cách bóng 1,2 mm, sẽ xảy ra hiện tượng lóe sáng. Trong ảnh 3 (b), một tấm nhựa phenolic 1 mm được chèn vào khe hở để tránh phóng điện.
Điện áp chịu được của tấm nhiều lớp nhựa phenolic là 16 kV / mm và phải là một giải pháp triệt để, tuân thủ theo tiêu chuẩn UL.

Flashovers chắc chắn đã dừng lại. Tuy nhiên, khi kiểm tra chặt chẽ, một corona mạnh xuất hiện ở đầu điện cực. Sự phóng điện corona này là vô cùng mạnh mẽ. Chỉ trong 10 giây, tấm nhựa nhiều lớp phenolic bị đốt cháy, như trong Hình 3 (c).
Cách nhiệt không hiệu quả như một biện pháp chống xả thải.

Ảnh 3 (b)
Tấm nhựa nhiều lớp phenolic 1,0 mm được chèn vào khe hở để tránh đèn flash

Ảnh 3 (c)
Chỉ trong 10 giây, tấm nhựa nhiều lớp phenolic bị biến dạng.

Cách điện 5-4 là vật liệu điện môi

70 kHz và 5 kV rms được thêm vào khoảng cách bóng 3,2 mm (Xem Ảnh 4 (a)). Vì khoảng cách này đủ rộng, không xảy ra phóng xạ corona hay chớp nhoáng. Theo đó, cách nhiệt này là đủ cho đèn flash và coronas. Tuy nhiên, để cách nhiệt khu vực hơn nữa, một tấm cách nhiệt 3 mm (tấm nhựa nhiều lớp phenolic) đã được chèn vào khe hở. Tuy nhiên, một sự phóng điện mạnh mẽ đã xảy ra, như đã thấy trong Ảnh 4 (b).

Tấm cách nhiệt này đã trở thành một tấm điện môi corona. Sau 30 phút, tấm nhựa nhiều lớp phenolic đã bị đốt cháy, như trong Hình 4 (c).
Thay vì cách điện, cần phải suy nghĩ về vật liệu điện môi. Khi xem xét suốt chỉ của máy biến áp, trong trường hợp này, giải pháp là một vấn đề khó khăn.

Ảnh 4 (a)
Khi khoảng cách là 3,2 mm, không xảy ra phóng điện, ngay cả khi áp dụng 5 kV rms.

Ảnh 4 (b)
Một phóng điện corona bắt đầu khi một tấm cách nhiệt 3 mm được chèn vào một khoảng trống nơi không xảy ra phóng điện.

Ảnh 4 (c)
Tấm nhựa nhiều lớp phenolic 3.0 mm đã bị đốt cháy.

6. Xả corona là gì?

6-1 Bản sắc thực sự của sự phóng điện corona là sự ion hóa không khí

Trong khi phóng điện corona không được biết đến như vậy, chúng thực sự là sự ion hóa không khí, giống như đèn flash. Nếu một điện trường trên một lượng nhất định được áp dụng cho khí, quá trình ion hóa xảy ra.
Khi điện áp được đặt vào một điện cực tấm song song, điện áp gây ra chớp nhoáng, Vs , được biểu thị theo công thức sau. Masamichi Ohki: Kỹ thuật điện cao thế, tr.57 [ISBN 4-8375-0506-6]

Hình 3 là một biểu đồ của Công thức 1 tại một bầu không khí. Khi không gian giữa các điện cực được lấp đầy bằng không khí bị ion hóa, sự phóng điện hoàn toàn (flashover) xảy ra.
Khi một tấm cách điện được đặt giữa các điện cực, tấm sẽ cản trở dòng điện để đèn flash không xảy ra. Tuy nhiên, điện trường không được ngăn chặn nên không khí bị ion hóa một phần. Điều này được gọi là xả một phần và là một xả corona điển hình.

Điểm ở đây là tấm có thể dừng dòng điện nhưng không phải là điện trường. Trong thực tế, việc chèn tấm cách nhiệt giúp tăng cường điện trường của không khí (vì độ thấm của vật liệu điện môi lớn hơn không khí). Đây là nguyên nhân của việc phóng điện corona trong 5-4 .
Vs trong công thức 1 là điện áp tại đó xảy ra chớp nhoáng. Điện áp này áp dụng một điện trường làm ion hóa không khí. Việc không khí bị ion hóa trở thành phóng điện hoàn toàn (flashover) hay phóng điện một phần (phóng điện corona) phụ thuộc vào không gian giữa các điện cực. Nói cách khác, Vs giống như điện áp mà tại đó phóng điện corona bắt đầu.

Các trường hợp trên là cho các điện cực tấm song song. Đối với các điện cực kim, các điện trường chỉ tập trung ở các đầu và sự phóng điện corona dễ dàng xảy ra ở đó. Trong thực tế, sự phóng điện xảy ra tại các nút như các thiết bị đầu cuối máy biến áp.

6-2 Nguyên tắc

Hình 4 giải thích các nguyên tắc xả thải corona. Tia cực tím và tia vũ trụ tạo ra một lượng nhỏ các ion và electron đi lạc trong không khí. Khi điện áp được đặt vào các điện cực như trong Hình 4, các electron di chuyển đến cực dương và các ion dương di chuyển đến cực âm.
Nếu điện trường mạnh lên, các electron di chuyển với tốc độ cao, va chạm với các phân tử không khí và đánh bật các electron của chúng, làm ion hóa các phân tử. Electron chảy vào cực dương và các ion dương chảy vào cực âm. Đây là một phóng điện corona. Tuy nhiên, như đã thấy trong Hình 4 (b), tấm cách nhiệt đang dần bị nhiễm điện. Điều này làm suy yếu trường không gian và ngừng phóng điện.

Khi điện áp trực tiếp được đặt vào các điện cực, sự phóng điện corona xảy ra ngay sau khi bật công tắc, như trong Hình 4. Tuy nhiên, corona sau đó tiêu tan, như trong Hình 4 (b). Trong trường hợp này, xả corona không gây ra nhiều suy giảm. Hãy xem xét khi bật hoặc tắt điện áp trực tiếp. Ngay cả khi điện áp thêm vào bị tắt, như trong Hình 4 (c), điện tích mà tấm điện cách điện không phóng điện. Do đó, nó không trở về điều kiện ON (Hình 4 (a)) mà thay vào đó xen kẽ giữa Hình 4 (c) và Hình (b). Điều này gây khó khăn cho việc xả corona xảy ra. Hơn nữa, điều này cho thấy các ứng dụng lặp đi lặp lại cùng một điện áp phân cực không phù hợp để thử nghiệm phóng điện corona.

Khi dòng điện xoay chiều được đặt vào các điện cực, điều kiện theo mẫu sau: Hình 4 (a) → (b) → (c) → (d) → (e) → (f). Điểm quan trọng ở đây là, tại điểm chuyển đổi giữa Hình 4 (c) và (d), các electron và ion dương điện hóa tấm cách điện đột nhiên chạy đến các điện cực đảo ngược điện áp.

Đồng thời, các electron va chạm với các phân tử không khí để tạo ra các ion dương (một hiệu ứng) và các ion dương va chạm với điện cực và phát ra các electron thứ cấp (hiệu ứng g).
Điều này giúp có thể hiểu được sự phóng điện corona lớn xảy ra tại công tắc giữa Hình 4 (f) và (a).

6-3 Tách các dạng sóng nhiễu

Giải thích trên cho thấy tại sao phóng điện corona chỉ xảy ra khi phân cực điện áp xoay chiều đảo ngược và khi điện áp tăng từ Hình 4 (a) và (d).
Phóng điện không xảy ra khi điện áp không đổi (Hình 4 (b) và (e)) hoặc giảm (Hình (c) và (f)). Hãy xem hình 2. Xung dòng phóng điện corona chỉ xuất hiện khi dạng sóng điện áp mở rộng. (Xung Corona xuất hiện ở những khu vực có dạng sóng điện áp giảm. Điều này xảy ra do pha của dòng điện tăng 90 ° so với điện áp vì tải là điện dung.)

Như đã thấy trong Hình 2, các xung dòng phóng điện corona rất khó tách khỏi nhiễu. Tuy nhiên, có thể xác nhận xem một xung dòng phóng điện corona thực sự đang được phát hiện hay nhiễu đã được phát hiện sai bằng cách so sánh nó với dạng sóng điện áp.
Hơn nữa, dòng điện phóng điện corona chảy theo hướng điện áp đặt vào các điện cực.

Nếu cực tính của điện áp bị đảo ngược, hướng của dòng điện tự nhiên đảo ngược. Tuy nhiên, nhiễu không liên quan đến điện áp ứng dụng và hướng và cực tính đối xứng. Do đó, xung phóng điện corona và tiếng ồn có thể được tách ra.

Hinh 4. Nguyên tắc xả thải corona

Năng lượng xả 6-4 tỷ lệ thuận với tần số

Việc bổ sung điện áp xoay chiều lặp lại theo một chu kỳ từ Hình 4 (a) đến (f). Năng lượng xả Corona là như nhau trong mỗi chu kỳ. Do đó, ở tần số 50 Hz, có 50 chu kỳ phóng điện corona mỗi giây. Ở 50 kHz, có 50.000 chu kỳ.

Nếu sự suy giảm cách điện do coronas gây ra tỷ lệ thuận với năng lượng phóng điện, thì một sản phẩm có tuổi thọ 100 năm ở tần số 50 Hz sẽ có tuổi thọ chỉ một tháng ở mức 50 kHz. Theo đó, tần suất càng cao, càng cần phải chú ý nhiều hơn đến việc xả corona.

7. Kiểm tra điện trở của dây điện từ

Thử nghiệm này được thực hiện bằng cách sử dụng dây xoắn được hiển thị trong Ảnh 3. Bảng 1 cho thấy kết quả thử nghiệm ở điện áp cao hơn 20% so với điện áp khởi động corona. Những kết quả này cho thấy rằng trong khi điện áp khởi động corona xuất hiện không liên quan đến tần số, thời gian tồn tại được rút ngắn khi tần số tăng.

Dây điện từ 2UEW, Dia. 0,26

Bảng 1. Kiểm tra điện trở của dây điện từ
Kiểm tra freq.	Điện áp khởi động	Trọn đời (điện áp thử nghiệm 550Vrms)
17kHz	470Vrms	638
35kHz	480Vrms	34s
70kHz	480Vrms	156s

8. Giải pháp xả thải corona

Phóng điện được gây ra bởi sự ion hóa không khí bởi các điện trường mạnh. Do đó, điều quan trọng là ngăn chặn các điện trường mạnh xảy ra. Công thức 1 là công thức cơ bản cho các điện cực tấm song song. Các điện cực thực tế bị cong và các điện trường xảy ra không đồng đều. Do đó, cần phải hiểu và mở rộng từ Công thức 1.

Đầu tiên, bắt đầu bằng cách xác nhận các phần nơi xảy ra phóng điện corona bằng máy kiểm tra phóng điện corona. Sau đó phỏng đoán nguyên nhân và thực hiện các giải pháp cho từng. Các giải pháp chính như sau.

Giải pháp 1
Khoảng cách giữa các điện cực ít nhất phải đáp ứng Công thức 1. Lưu ý rằng nếu không gian giữa các điện cực là điện môi, thì ảnh hưởng của độ thấm sẽ làm tăng cường độ của điện trường xung quanh. Hơn nữa, nếu lõi là dẫn điện, sự phóng điện corona thường xảy ra thông qua lõi.
Đối với lõi EE, tách biệt và cách điện vùng điện áp cao và thấp của lõi và tăng khoảng cách giữa cuộn dây cao áp và lõi.

Giải pháp 2
Nếu các đầu điện cực nhọn, điện trường tập trung ở đầu và phóng điện corona xảy ra. Khi phóng điện corona xảy ra giữa đầu cực và khung, lắp tấm cách nhiệt vào giữa không phải là Giải pháp hiệu quả (như đã giải thích ở trên). Cần phải cắt đầu cực hoặc mở rộng khoảng thời gian đính kèm với khung.

Giải pháp 3
Sự ion hóa không khí gây ra phóng điện corona. Do đó, loại bỏ không khí ngăn chặn xả thải.
Hút chân không silicone hoặc epoxy là rất hiệu quả. Tuy nhiên, nếu ngay cả khoảng trống nhỏ nhất còn lại bên trong, sự phóng điện corona sẽ xảy ra trong khoảng trống. Điều quan trọng là phải xem xét một cấu trúc nơi không khí có thể dễ dàng thoát ra. Để rõ ràng, chân không được đặt thành không khí 1/10 trong Hình 5. Tuy nhiên, ngay cả ở 1/100 hoặc 1/1000, các khoảng trống không biến mất trong các cấu trúc kém. Đảm bảo rằng hình dạng của lõi và suốt chỉ không bị kẹt không khí.
Hơn nữa, nếu khoảng cách giữa điểm bắt đầu và điểm cuối của cuộn dây và cực cuối bị kéo dài, phần dây rút ra sẽ trở thành điện trường cao và có thể xảy ra phóng điện corona. Nếu có những khu vực như vậy, bầu khu vực bằng silicone có thể có lợi.

Giải pháp 4
Phóng điện leo được coi là một loại phóng điện corona và có thể được phát hiện bởi những người thử nghiệm phóng điện corona. Thật không may, không có hướng dẫn hữu ích cho Giải pháp. Ngay cả khi khoảng cách giữa các chân đứng trên suốt chỉ (vật liệu điện môi) là 20 mm trở lên, thậm chí 2 kV rms có thể gây ra sự phóng điện. Do đó, thử nghiệm với một thử nghiệm corona là cần thiết.
Tấm nhựa nhiều lớp phenolic (Bakelite) thường được sử dụng để tuân thủ UL. Tuy nhiên, điều này dường như là yếu đối với sự phóng điện của cây leo, do đó, Teflon và polyacet được khuyên dùng cho đồ gá đo.

LOP DAY HOC CHO PHAT TU TAI GIA CUA QUY THAY VA QUY SU CO DAY HOC

Thursday, March 26, 2020