關於日光燈迴路的開關瞬間的電流的計算

2022-08-25 19:15:05 字數 2887 閱讀 4940

廣州地鐵三號線的一側站台遮蔽門上方有一排日光燈,共96支分6個支路從三相隔離變壓器引出。每相為2個支路共32支日光燈提供電源,日光燈額定功率40w,功率因數0.63,現對此典型日光燈迴路開關瞬間浪湧電流進行計算。

本計算忽略啟輝器動觸點與靜觸點的接觸電阻,日光燈管正常發光後的電阻。並按最大電流可能性即所以日光燈同時啟輝器放電,燈管點燃通電計算。這樣,負載的電感是鎮流器的電感,負載的電阻是燈管兩邊的燈絲和鎮流器線圈的電阻值的和。

一相總功率:p=40×32=1280w

一相電流:i=p/u/cosφ=1280/220/0.63=9.24a

阻抗:|z|=u/i=220/9.24=23.81ω

當arcos(0.63)=0.889; sin(0.889)=0.776;當arcos(0.63)=-0.889; sin(-0.889)=-0.776

電阻:r=|z| × cosφ=23.81×0.63=15.0ω

感抗:x=|z| ×sinφ=23.81×0.776=18.48ω

電感值:l=x/ω=18.48/2/3.14/50=5.88×10-2h

第一階段:當開關閉合,啟輝器放電,動靜觸點接觸,接通啟輝器迴路。預熱燈絲。

設電源電動勢:ε=21/2usin(ωt+φ1),φ1電源初相,∈[0, 2π]

乙個迴路的電動勢等於電壓降:ε=ul+ i×r, ul電感感應電壓。

ε=ldi/dt +ir

這是非齊次微分方程,先求齊次式的通解:

0=ldi/dt +ir

i = ce-rt/l

故設原解i(t)= c(t)e-rt/l,代入原方程:

c`(t)e-rt/l+ c(t)×e-rt/l×(-r/l)+c(t)×e-rt/l×(r/l)=21/2usin(ωt+φ1)/l

c`(t)e-rt/l =21/2usin(ωt+φ1)/l

c`(t)= ert/l ×21/2usin(ωt+φ1)/l

兩邊積分:

c(t)=∫ert/l ×21/2usin(ωt+φ1)/l dt

=21/2u/l×[ert/l×(-cos(ωt+φ1)/ω)+∫ert/l×r/l×cos(ωt+φ1)/ωdt

=21/2u/l×[ert/l×(-cos(ωt+φ1)/ω)+r/lω2×ert/l×sin(ωt+φ1)-r2/l2ω2∫ert/l ×sin(ωt+φ1) dt]

所以:(1+r2/l2ω2)∫ert/l ×sin(ωt+φ1) dt=ert/l[-cos(ωt+φ1)/ω+r/lω2×sin(ωt+φ1)]

∫ert/l ×sin(ωt+φ1) dt= ert/l×[lr×sin(ωt+φ1)-l2ω×cos(ωt+φ1)]/( l2ω2+ r2)

故c(t)=21/2u/( l2ω2+ r2)×ert/l×[r×sin(ωt+φ1)-lω×cos(ωt+φ1)]

當arcos(0.63)=0.889,另φ=0.889,

|z| =( l2ω2+ r2)1/2

c(t)=21/2u/|z|×ert/l×[cosφ×sin(ωt+φ1)-sinφ×cos(ωt+φ1)]+c

=21/2u/|z|×ert/l×sin(ωt+φ1-φ) +c

所以i(t)= c(t)e-rt/l

=21/2u/|z|×sin(ωt+φ1-φ) +c×e-rt/l

i(0)=0,代入上式:

0=21/2u/|z|×sin(φ1-φ) +c

c=-21/2u/|z|×sin(φ1-φ)

i(t)= 21/2u/|z|×[sin(ωt+φ1-φ)- sin(φ1-φ) ×e-rt/l]

從上面看的出,這階段的電流由乙個穩定正弦量和乙個指數衰減量組成,它是乙個以時間,電壓初相為變數的函式,我們可以借助電腦的計算能力,推算出這個階段的最大值。

第二階段:啟輝器迴路由於溫度下降動靜觸點斷開而斷開,鎮流器產生電動勢,和電源疊加在燈管兩邊,燈管被點燃。

設t0時刻啟輝器迴路斷開,電流值為0,故:

i(0)= 21/2u/|z|×[sin(ωt0+φ1-φ)-sin(φ1-φ) ×e-rt0/l]

i(∞)=0

i(t)= i(∞)+(i(0)-i(∞))×e-rt/l

=21/2u/|z|×[sin(ωt0+φ1-φ)- sin(φ1-φ) ×e-rt0/l] ×2006-10-17e-rt/l

ldi/dt=ul

=l×21/2u/|z|×[sin(ωt0+φ1-φ)- sin(φ1-φ) ×e-rt0/l] ×e-rt/l×(-r/l)

=-r×21/2u/|z|×[sin(ωt0+φ1-φ)-sin(φ1-φ) ×e-rt0/l] ×e-rt/l

對於燈管迴路,疊加的電壓為:

ε-ul=21/2usin(ωt0+φ1)+ r×21/2u/|z|×[sin(ωt0+φ1-φ)-sin(φ1-φ) ×e-rt0/l] ×e-rt/l

所以i(t)=/r

燈管端電壓在280v時燈管就可以點燃,以上方程是以t0,φ1,t為變數的函式,亦都可以通過電腦計算出最大值和畫出波形。這階段的電壓由乙個穩定正弦量和乙個指數衰減量組成,舉個例子:ωt0+φ1=3π/2,即t0=(3π-2φ1)/2ω

ε-ul=21/2usin(3π/2) + r×21/2u/|z|×[sin(3π/2-φ)- sin(φ1-φ) ×e-r×(3π-2φ1)/2ωl] ×e-rt/l

當φ1-φ=π/2,t0=(3π-2φ1)/2t=0

ε-ul=-21/2u+r×21/2u/|z|×(-cosφ- sin(π/2) ×e-r×(π-φ)/ωl

=-21/2×220-15.0×21/2×220/23.81×(0.63+e-15.0×(3.14-0.889)/314/0.0588)

=-465.98v

燈管可以點燃,且電流值為i=(ε-ul)/ r=-465.98/15.0=-31.07a

故電流可以達到31a以上,回路上的開關選型要能通過最大電流值。

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