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二极管安全栅脉冲实验
发布时间:2012/12/5  阅读:1406
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、、(齐纳二极管或二极管),限流电阻(电阻器或非线性元件)三部分组成,如图l所示。在正常工作时,非本安端l、2之间所加的电压一般低于齐纳二极管的齐纳电压。此时Ⅷ,、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l、2之间因某种原因混入高电压,使齐纳二极管vD、、反向击穿,呈“导通”状态,此时齐纳二极管vD、vIh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FA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=极安全栅和安全分流静的脉冲试验要求根据C,B3836.4—2000中1O.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滑使用方向(齐纳二极管为齐纳方向).重复5次的持续时间为的矩形电流脉冲试验,各次试验间隔为∞Ⅱ尊。脉冲幅值由峰值除以在∞℃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时,该电流脉冲宽度将变成实际预先一击穿时间。在预先一击穿时间不可能从制造厂获得现成的数据时,lO只熔断器应承受预期电流和预先一击穿时间测定试验。如果该值大于5o可以使用。
 
2测试原理
根据二极臂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,£,一作用在二极管及熔断器回路上,将产生上百安培的电流(£,Ⅲ250V、二极管及熔断器电阻在ln以下),矩形电流脉冲瞬时功率达到100kW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矩形脉冲计算(假设二极管及熔断器电阻和为0.10,£,_=250V):rr2'.,_=;×50×10‘×5=156.25wB(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220pJ'/450V的电容并联,总电容量:48×22.0=10560防短路)。防短路能量:计算值一l300W_&.实际测量值760Ws,远远大于5次矩形脉冲所需能量156.25Ws。
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