二极管安全栅脉冲试验装置介绍
时间: 2017-02-25 09:23 浏览次数:
0 引言 本质安全型防爆型式具有成本低、体积
0 引言
   本质安全型防爆型式具有成本低、体积小、重量轻、允许在线测量和带电维护等优点,因此,被广泛应用于低电压、低功率的电气设备中。本安系统是通过限制危险能量进入危险区从而实现电气防爆的电路系统,关联设备二极管安全栅是本安防爆系统的重要组成部分,文章就二极管安全栅脉冲试验装置及其电路测试技术进行了论述。
 
1  二极管安全栅原理及其脉冲试验要求
1. 1  二极管安全栅原理

   二极管安全栅又称齐纳安全栅,其防爆原理是用齐纳二极管控制输出电压,用限流电阻限制输出电流,电路简单可靠。二极管安全栅电路由快速熔断器FA1 ,限压元件VD1 、 VD2( 齐纳二极管或二极管) ,限流电阻 R( 电阻器或非线性元件) 三部分组成,如图1所示。
二极管安全栅电路原理图
   在正常工作时,非本安端 1 、 2 之间所加的电压一般低于齐纳二极管的齐纳电压。
   此时VD1 、VD2 处于不导通状态,除有极微小的漏电流以外,是“开路”状态,安全栅电路等效于一个电阻串联
在回路内,只要漏电流小于规定值,安全栅电路就不会影响系统的正常工作。而当非本安端发生故障,例如在非本安端1 、2 之间因某种原因混入高电压,使齐纳二极管 VD1 、 VD2反向击穿,呈“导通”状态,此时齐纳二极管VD1 、 VD2把混入的高电压限制在齐纳电压上,在安全栅的本安端 3 、 4 上就不会出现高电压。
   齐纳二极管一旦导通以后,其电流急剧上升( 雪崩过程) ,把串联在电路中的
熔断器FA1瞬时熔断,切断了电源,防止危险能量窜入危险区,从而保护了现场设备及人员的安全。当本安端3 、 4 之间发生故障,例如负载短路了,安全栅电路中的限流电阻 R 起限流作用,将短路电流值限制在安全范围内,故现场也是安全的。
   1. 2  二极管安全栅和安全分流器的脉冲试验要求
   根据GB 3836. 4—2000 中10. 12 对脉冲试验有以下规定:
 
   二极管应由制造厂说明书或由下列试验表明能够承受峰值电压Um 除以熔断器电阻( 20 ℃时)及其串联的可靠电阻值和的电流。
每一种型式的二极管应承受住沿使用方向( 齐纳二极管为齐纳方向) ,重复5 次的持续时间为50μ s的矩形电流脉冲试验,各次试验间隔为 20 ms 。
脉冲幅值由Um 峰值除以在20 ℃时熔断器冷态电阻值( 加上电路中可靠串联电阻的阻值) 得到。在制造厂数据表明预先-击穿时间大于50 μ s 时,该电流脉冲宽度将变成实际预先-击穿时间。在预
先-击穿时间不可能从制造厂获得现成的数据时,10只熔断器应承受预期电流和预先-击穿时间测定试验。如果该值大于50 μ s可以使用。
   2 测试原理
   根据二极管安全栅型式试验对脉冲试验的要求,在矩形电流脉冲输出时,Um 作用在二极管及熔断器回路上,将产生上百安培的电流( Um =250V 、二极管及熔断器电阻在 1 Ψ以下) ,矩形电流
脉冲瞬时功率达到100 kW 以上,如此大功率设备在制作及安全性能上都很难实现。通过对试验的分析和研究,我们发现虽然矩形电流脉冲瞬时功率很大,但响应时间很短,在矩形电流脉冲时间
内,甚至5次重复脉冲时间内,实际消耗的功率并不是很大,按5次 50 μ s矩形脉冲计算( 假设二极管及熔断器电阻和为0. 1 Ψ, Um=250 V) :
W= U2
R ×t
=2502
0. 1
×50×10- 6
×5=156. 25 Ws ( 1)
通过式( 1) 的计算不难发现,实际测试只需要很小的能量,只是要求瞬时功率比较大。针对这种情况,我们采用了电容并联技术。
在测量电路中,电容组作为电容性蓄电池,用以提供矩形电流脉冲所需的瞬时能量,电路中采用了48 只220 μ f/450 V 的电容并联,总电容量:48×220 μ f=10 560 μ f( 防短路) 。防短路能量: 计算值≈1 300 Ws ,实际测量值≈760 Ws ,远远大于5 次矩形脉冲所需能量156. 25 Ws 。
   

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