为何有感电容接通电源瞬间会产生高于电源的电压

天涯海角sr

为何有感电容接通电源瞬间会产生高于电源的电压 [复制链接]

 

如图所示，3000V直流电源，A、B两点接示波器，电容C1为有感电容，S闭合瞬间会产生高于3000V的电压，大约4300V，这是为什么呢？
通常，感性负载只有在断开瞬间才会产生高于电源的电压（反向），而闭合时产生的电动势应该是小于电源电压的（正向）。

PowerAnts

谐振, 峰值为平均值(输入电压)的根号2倍 你要串个二极管, 电容上的直流电压最高就是这个电压, 条件是C上初始电压为0

maychang

开始我也认为是电容和电感构成谐振回路导致开关闭合时产生尖峰脉冲。但这样的模型会带来矛盾。

maychang

按照楼主所说，使用的直流电源应该是接近理想的电压源。
矛盾在于：如果直流电源是接近理想的电压源，那么A、B两点之间电压超过直流电源输出电压时，电流将“倒灌”，当然能量也倒灌。这样，A、B两点之间电压不可能超过直流电源输出电压。
所以，该直流电源不可能是接近理想的电压源。
不允许电流“倒灌”的直流电源，显然是非线性的。有一种可能是电源中串联了二极管(也可以是接成桥式的四支二极管)，而且二极管之后没有较大电容。这样，电流就不会“倒灌”。

不过，现实中遇到这样的电源，可能性非常非常小，可以排除。

maychang

另外一种可能，是开关接触点发生跳动，即：接通－>断开－>接通。发生跳动是因为接触点的弹性。
再假定电路中存在比较大的分布电感，例如使用了较长的联接导线。分布电感图中标注为Lx。

如果开关K是“接通－>断开－>接通”这样动作的，那么再添上电感Lx，可以解释尖峰产生。开关K接通，直流电源向电容C充电，此时分布电感Lx会流过较大电流。开关K又断开，分布电感Lx的自感电动势叠加在直流电源输出电压上，造成尖峰。然后开关K又接通，电压保持稳定。

maychang

另外，楼主的示波器是接在A、B两点，还是接在电容两端？
接在A、B两点之间，示波器上波形应该是水平直线上有一个尖峰。
接在电容两端，示波器上波形应该是个“台阶”，尖峰位于台阶前沿。

普通示波器是不可能测量3kV甚至5kV电压的。楼主必定使用了高压探头。如果探头和地线夹是接在电容两端，那么还有一种可能性：示波器探头的频率响应在高频段强而在较低频段弱。

maychang

别看楼主的问题好像非常简单，其实分析起来是相当麻烦的。要考虑到的因素相当多，而且不确定。

bobde163

进来学习，看似简单，但是却不知为什么会这样，跟着大神们学习

PowerAnts

maychang 发表于 2016-12-19 06:51
按照楼主所说，使用的直流电源应该是接近理想的电压源。
矛盾在于：如果直流电源是接近理想的电压源，那么 ...

也许是参数刚好落在开关抖动的间隙里吧, 高压电容一般容量不大, 这得多大的电感啊, 我也纳闷

maychang

PowerAnts 发表于 2016-12-19 10:01
也许是参数刚好落在开关抖动的间隙里吧, 高压电容一般容量不大, 这得多大的电感啊, 我也纳闷

“也许是参数刚好落在开关抖动的间隙里吧”
有这种可能。

另外，如果示波器是接在电容两端而不是接在直流电源两端，那么开关抖动造成尖峰就容易理解：LC自由振荡的后半周期刚好落在开关断开那段时间里。

gmchen

楼主在1楼已经讲清楚在AB两点之间测电压。由于普通示波器不可能测量4300V的高压，所以估计通过某种降压设备间接测量后换算的。有没有可能由于这种降压设备的分布参数构成谐振？例如高压探头的分布电容。

天涯海角sr

@gmchen @maychang @PowerAnts
实际模型如下：
直流耐压测试仪输出3000V，端线分别接在两个固定铜片上，示波器加了衰减器后也分别接在两铜片，用有感电容去靠近铜片两极。
耐压测试仪内部的确有单支整流二极管，还有储能电容。



我们是用这种方式快速检测电容的耐电压，后来发现很多电容直接被打死（短路或容量衰减），接了示波器后发现有高于3000V的电压产生。（具体波形我不太清楚）
到底是这种测试方法导致的问题（断续的接触手法造成电容过压），还是电容本身太差的问题呢？

maychang

天涯海角sr 发表于 2016-12-19 15:23
@gmchen @maychang @PowerAnts
实际模型如下：
直流耐压测试仪输出3000V，端线分别接在两个固定铜片上， ...

电容器的耐压测试我不知道，但仪器设备抗电强度测试(例如开关电源模块单相交流输入线与外壳之间)要求测试电压逐渐升高，不允许直接加全部测试电压。

maychang

天涯海角sr 发表于 2016-12-19 15:23
@gmchen @maychang @PowerAnts
实际模型如下：
直流耐压测试仪输出3000V，端线分别接在两个固定铜片上， ...

“用有感电容去靠近铜片两极”
从你的叙述中，这种碰触方式必定有“接通－>断开－>接通”的过程。
所以我认为，测试方法导致的问题可能性比较大。至于电容器质量，考虑用较缓慢升压的方法测试。如果较缓慢升压测试一批均能够满足耐压标准，而用这种方法测试经常损坏，那就可以排除电容器质量问题。

maychang

天涯海角sr 发表于 2016-12-19 15:23
@gmchen @maychang @PowerAnts
实际模型如下：
直流耐压测试仪输出3000V，端线分别接在两个固定铜片上， ...

从你的叙述中看，是手动一支一支电容这样测试。
建议从耐压测试仪到铜片串联一支电阻(最好是多几支串联，例如五支甚至十支)，电阻值1千欧左右。这样，电容碰触到铜片时需要几毫秒才能够稳定，但几毫秒时间对人来说感觉不出来。

PowerAnts

像楼主这么测耐压简直是瞎搞, 若是要你测一个衣柜大的电力补偿电容器(储能相当于一颗手榴弹), 你这么搞那不是型出事故? 电容器测耐压又不是搞破坏试验.
正确的测试方法是: 用高压可调电源串一大电阻和电流表为电容器充电, 同时监测电容端电压, 若充电电流等于电容额定漏电流, 这就是电容器实际的直流耐压. 你这么小的电容, 要用微安表, 测试电流在1uA以下, 电容不会产生不可逆的击穿的

修改原因: 增加红体字,免生崎义, 呵呵...

天涯海角sr

@gmchen @maychang @PowerAnts

对，确实这种测试手法极不规范，但考虑到效率原因无法去纠正操作者的不良手法，目前只有小电容时敢这样做。

这种“通-断-通”的接触，从微观过程上讲，会不会使电容器承受（或自己产生）高于3000V的电压呢？
耐压测试仪电源输出线的分布电感应该比较小吧？加起来1米左右的原装线。

我的分析是这样的：
第一步：“断”了之后，电容因自感会产生一个电动势，（未接示波器时）该电动势没有泄放途径，方向与电源相反（即回路形式）。相当于电容自身一直在承受该电压。
第二步：再次“通”，由于刚才“断”动作产生电动势未泄放，两电压路径上是回路，于是电容承受着二电压之和（电压击穿）；或者说电流过大造成电容损坏。

不知道我的分析是否符合电感的特性。

gmchen

这样测试，前面大家分析的各种情况都有可能出现。
maychang的办法是最简单有效的，串几个电阻，使得电压上升速率受限，估计什么事都没了。

QQAINI999

楼主这个问题可有解答了，最近我也遇到一个相似的问题。具体是什么原因导致的瞬间高压啊。
接电阻貌似不会有这个电压。