基于电子电路仿真软件（PSPICE）的MOV全电流仿真模型的建立-论文.pdf

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1、第14卷第2期2014年1月科学技术与_[程Vo1．14No．2Jan．20141671—1815(2014)02一叭12—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．基于电子电路仿真软件(PSPICE)的MOV全电流仿真模型的建立刘艳张其林李祥超(南京信息工程大学大气物理学院，南京210044)摘要MOV(metaloxidevaristors)被广泛应用在低压配电系统的后续雷击防护中，MOV的应用特性已被广泛研究。但为了便于设计，常常需要借助仿真手段进行初步研究来对MOV进行选型；因此MOV的建模便成了重要的一方面。基于P

2、SPICE，考虑了MOV在小电流区的伏安特性和快速脉冲作用下响应特性，并转化成电路模型，给出了MOV在全电流下的模型；并利用8／20s冲击电流发生回路和上升时间为2ns的方波回路进行实测。仿真验证了模型的可行性。这对工程设计有一定的应用价值。关键词金属氧化物变阻器(MOV)小电流区模型8／20Ixs冲击电流纳秒方波全电流模型中图法分类号TM865；文献标志码AMOV(metaloxidevaristors)在低压配电系统中应用越来越广泛，重要性越来越高，作为辅助设计的一种方法，其仿真模型的建立显得越来越重要，现有的(、J模型大多是理论化了的电路模型，很难利用在复杂的R实际工程上。要建立一

3、种适合于所有工作条件下的MOV等效模型是很困难的，这不仅导致电路结构上(b)考虑电流极化效应后的等效电路的复杂化，还为使用者在应用时增加了难度。然而工程实践中对MOV等效模型的使用是各有偏重的，根图1MOV在小电流区的电路模型据MOV常工作的浪涌环境和它工作在f特性曲线研究表明MOV的介电常数、电容值、阻性电流和介质的不同区域时的自身状态提出的等效模型是自然合损耗均伴随着外加电压频率的变化而变化¨．2J。因此理的。在分析了MOV在小电流低电场区的等效电路文献[2]提出了更全面反映小电流区域MOV非线性模型、冲击等效电路模型、在快速暂态过电压作用下电阻杼陛的等效电路，如图1(b)所示。在等

4、效电路的等效电路的基础上，提出了一种基于PSPICE的实中增加了由极化电阻和极化电容c组成的串联际可使用的全电流仿真模型，并对仿真模型在典型环支路，来考虑小电流区的极化现象。其中设立了尺和境下的动作情况进行了仿真试验。c为快速极化支路，尺p2和为慢速极化支路。1MoV在典型情况下的等效模型文献[3]中介绍了如何由测量到的，特性参数分析求解等效电路的参数，各参数为动态变量，随着施加电压波形的不同而变动。动态参数可以通过在对1．1MOV在小电流低电场区域的等效模型MOV施加一定的直流偏压基础上叠加一个小阶跃电MOV工作在小电流区域时，常采用简单的RC并压，由其电流响应波形拟合计算即可。联结构

5、来等效，如图1(a)所示，其中C为氧化锌的本分析表明，这种等效电路可以较准确地模拟体固有电容，一般在pF量级；R为表征MOV非线性MOV在小电流区域的特性，仿真获得的电容、介质损特性的非线性电阻。这种电路模型可以有效的进行耗随频率的变化特性与试验结果相符。该电路考虑仿真，在对MOV的阻性电流进行测试时，对容性电流极化现象，物理概念清楚，但在实践工程应用中常用进行补偿便可得到阻l生电流。(a)中电路来简化。由于在小电流区，MOV存在电流极化现象。经1．2MOV冲击等效电路模型在大电流冲击作用下建立等效模型，需要考虑2013年8月12日收到周家自然科学基金(41075025)资助MOV的动态

6、I／．，特性，也即作用在MOV上的实时电第一作者简介：刘艳(1972一)，女，硕十。研究方向：防雷检测技术。E—mail：liuyanfanglei@163．COIn。压值不仪和实时电流值有关，而且和冲击波头的时问114科学技术与工程l4卷电流模拟时可以忽略。电容c和电压陡度与温度U=385V的MOV确定其仿真参数。有关。是模拟内部和外部磁场的电感，在暂态脉3．18／20laS电流波冲击下：冲下，能模拟形成波头的过冲。MOV的陡脉冲响应能力是考核MOV性能的一个重要的指标，在陡脉冲下会有很多有趣的现象，这点在后面会进行阐述。2实际使用的仿真模型2．1实用仿真模型在基于PSPICE仿真时，

7、如果对于不同的浪涌源，都去建立一个对应的模型来进行仿真显然是不合适的，因此需要一个实用而且有一定精度，能表征图6模型在8／20s冲击电流下的响应波形MOV的伏安特性曲线的仿真模型来进行仿真研究。结合小电流区、大电流冲击下、快速暂态脉冲下的各在约2OkA的8／20s的电流波冲击下，模型种电路结构，建立了一个实用的仿真模型。的电压响应波形如图6所示。从上述波形可以看出，电压响应时间要快于电流波先到达峰值，并且在峰值过后，能缓慢的下降。在