一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法
2023-05-28 00:23:06 1
一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法
【專利摘要】本發明公開了一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法，屬於防爆電氣安全【技術領域】。本發明中的本質安全電感電路由電源、電阻和電感串聯構成，電源的正向端通過第一線路與電阻電連接，電阻通過第二線路與電感電連接，電感通過第三線路與電源的反向端電連接，電感的兩端反向並聯二極體，第一、第二和第三線路的兩端分別並聯由二極體和PCB放電間隙電路並聯構成的滅弧電路。本發明通過在線路兩端反向並聯二極體和PCB放電間隙電路，使得開路放電火花不能形成最危險的電弧放電階段，放電火花能夠自動熄滅，與其並聯的二極體反向偏置將電源自動切斷，從而顯著地提高了電感電路的安全性能。
【專利說明】—種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及防爆電氣安全【技術領域】，特別涉及一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法。
【背景技術】
[0002]應用於爆炸性氣體環境的本質安全電路，按GB3836.4-2000標準定義為:在本標準規定條件(包括正常工作和規定的故障條件)下產生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規定的爆炸性氣體環境的電路,其具體表現為:在IEC(Internat1nalElectrotechnical Commiss1n,國際電工委員會)火花試驗裝置上進行規定條件的檢測試驗，電路的任何一處出現短路、開路和接地三種情況下均不能點燃規定濃度的爆炸性氣體。
[0003]對於典型本質安全電感電路，最危險的放電形式是開路火花放電(也稱為電弧放電)，如圖1所示。由圖1可以看出，開路處的火花放電能量來源於兩處:一是電源、二是儲能元件電感。目前，為減小電火花能量，提高電路本質安全性能，常採用如下三種技術解決方案:第一種是通常使用的能量限制方法，在電感的兩端反並聯二極體D，如圖2所示；第二種是採用動態電弧火花識別及終止方法，簡稱DART (Dynamic Arc Recognit1n andTerminat1n)方法，其原理是通過識別放電火花的電弧電壓、電弧電流和電流變化率,快速切斷電源，熄滅放電火花；第三種是採用MOS管旁路的方法，發生開路時控制MOS管導通，如圖3所示。第一種方法簡單，但卻忽略了電源作用的一直存在；第二種和第三種方法可大幅提高本質安全性能，但均需要採用電力電子器件和複雜的檢測控制電路。考慮到本質安全的實質定義，如果能夠控制火花放電能量或者火花放電功率在一定範圍內，就不足以點燃規定濃度的爆炸性氣體，進而達到本質安全性。因此就提出是否存在一種方法，當火花放電發生後能夠分配這種火花放電，使得每處火花放電能量或者火花放電功率均達到本質安全。
【發明內容】
[0004]為了解決現有本質安全電感電路的開路電弧放電滅弧方法控制電路複雜等問題，本發明提供了一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法，所述本質安全電感電路由電源、電阻和電感串聯構成，所述電源的正向端通過第一線路與電阻電連接，所述電阻通過第二線路與電感電連接，所述電感通過第三線路與電源的反向端電連接，所述電感的兩端反向並聯二極體，所述第一、第二和第三線路的兩端分別並聯一滅弧電路；所述滅弧電路由二極體和PCB放電間隙電路並聯構成；所述二極體反向並聯在對應線路的兩端，所述二極體的陽極與對應所述PCB放電間隙電路的輸出端電連接，所述二極體的陰極與對應所述PCB放電間隙電路的輸入端電連接。
[0005]所述PCB放電間隙電路為一組完全鏡像的PCB印刷線路板，所述PCB印刷線路板中間包括放電間隙；所述PCB印刷線路板在所述間隙一側為由錐形、半球形和矩形構成的組合放電電極結構，以形成放電端部。
[0006]本發明通過在線路兩端反向並聯二極體和PCB放電間隙電路，使得開路放電火花不能形成最危險的電弧放電階段，放電火花能夠自動熄滅，與其並聯的二極體反向偏置將電源自動切斷，從而顯著地提高了電感電路的安全性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是現有技術本質安全電感電路原理示意圖；
[0008]圖2是現有技術本質安全電感電路電感反向並聯二極體的電路原理示意圖；
[0009]圖3是現有技術本質安全電感電路線路正向並聯二極體和MOS電晶體的電路原理示意圖；
[0010]圖4是本發明實施例本質安全電感電路線路反向並聯二極體和PCB放電間隙電路的電路原理不意圖；
[0011]圖5是本發明實施例本質安全電感電路的第一種滅弧工作原理示意圖；
[0012]圖6是本發明實施例本質安全電感電路的第二種滅弧工作原理示意圖；
[0013]圖7是本發明實施例本質安全電感電路的第三種滅弧工作原理示意圖；
[0014]圖8是本發明實施例PCB放電間隙電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例，對本發明技術方案作進一步描述。
[0016]本發明實施例是在圖2所示的本質安全電感電路能量限制方法的基礎上，分別在每條線路的兩端反向並聯二極體和PCB放電間隙電路，從而避免了弧光放電的產生，達到了自動熄滅開路火花，與其並聯的二極體反向偏置將電源自動切斷，顯著地提高了電感電路的安全性能。
[0017]如圖4所示，本實施例中的本質安全電感電路由電源E、電阻R和電感L串聯構成，其中:A1、A2為電源E的接線端子，A3、A4為電阻R的接線端子，A5、A6為電感L的接線端子。電源E的正向端通過第一線路A2A3與電阻R電連接，電阻R通過第二線路A4A5與電感L電連接，電感L通過第三線路A6A1與電源E的反向端電連接，電感L的兩端反向並聯二極體D，線路A2A3、線路A4A5和線路A6A1的兩端分別並聯一滅弧電路。其中，滅弧電路由二極體和PCB放電間隙電路並聯構成，具體是:線路A2A3兩端反向並聯二極體Dl和PCB放電間隙電路MHl，線路A4A5兩端反向並聯二極體D2和PCB放電間隙電路MH2，線路A6A1兩端反向並聯二極體D3和PCB放電間隙電路MH3 ;二極體Dl的陽極與PCB放電間隙電路MHl的輸出端電連接，二極體Dl的陰極與PCB放電間隙電路MHl的輸入端電連接；二極體D2的陽極與PCB放電間隙電路MH2的輸出端電連接，二極體D2的陰極與PCB放電間隙電路MH2的輸入端電連接；二極體D3的陽極與PCB放電間隙電路MH3的輸出端電連接，二極體D3的陰極與PCB放電間隙電路MH3的輸入端電連接。
[0018]PCB放電間隙電路為一組完全鏡像的PCB印刷線路板，PCB印刷線路板的中間包括放電間隙，PCB印刷線路板在間隙一側為由形狀不同、大小不同及放電間隙距離不同的放電電極並聯組合而成，以保證放電擊穿的實現。本實施例中，PCB印刷線路板在間隙一側為由錐形、半球形和矩形構成的組合放電電極結構，以形成放電端部，如圖8所示。放電間隙的間距最小距離為PCB印刷線路板可加工的最小距離，並且間距可以根據具體電路進行修正，以達到能滿足本質安全的放電要求。PCB放電間隙電路可放電電極的形狀是可以變的，每個形狀的大小是可以變化的，每個形狀間的間隙距離也是可以變的；但考慮到擊穿場強與距離的反比關係，每個形狀間的間隙距離不宜變化過大，形狀的並聯是考慮到放電途徑的隨機性。
[0019]當發生開路故障或者在IEC火花試驗裝置上進行開路火花放電試驗時，開路處可以為A2A3、A4A5和A6A1三條線路中的任意一條線路，開路處將產生放電火花G，分別如圖5、圖6、圖7所示。不失一般性，以圖5為例，當在線路A6A1上出現開斷時，開路處將形成放電火花G，一方面由於二極體D3的反向偏置作用，導致電源E的通路被自動切斷，使得放電火花G只能通過PCB放電間隙電路MH3進行放電，但由於二極體D3的存在，使得放電火花的電壓為二極體D3的導通電壓值，是本質安全的；另一方面電感L的儲能會通過自身的反並聯二極體D予以減小。由此可見，放電火花的放電功率和電感能量均被維持在本質安全放電範圍以內，電路達到了本質安全。
[0020]圖6、圖7分別描述了電路其它位置開路時的情況，其電路工作原理與圖5所示的電路工作原理基本相同。
[0021]需要特別說明的是:從理論上來說，在線路兩端反向並聯二極體和PCB放電間隙電路，表面上看這兩個元件是被線路短路的，但對於檢測環節而言，卻被認為是一種保護，因為線路一旦斷開，放電火花電流被分流到PCB放電間隙電路，反並聯二極體自動切斷電源，從而避免產生弧光放電，並且自動熄滅開路火花。
[0022]本發明實施例通過在線路兩端反向並聯二極體和PCB放電間隙電路，使得開路放電火花不能形成最危險的電弧放電階段；由於PCB放電間隙電路的強分流作用，使開路處的火花電流被減小到幾乎為零，反並聯二極體能自動切斷電源，從而顯著地提高了電感電路的安全性能。此外，本發明實施例的電路結構簡單，安全保障性能好，提高了本質安全電感電路的功率。
[0023]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法，所述本質安全電感電路由電源、電阻和電感串聯構成，所述電源的正向端通過第一線路與電阻電連接，所述電阻通過第二線路與電感電連接，所述電感通過第三線路與電源的反向端電連接，所述電感的兩端反向並聯二極體，其特徵在於，所述第一、第二和第三線路的兩端分別並聯一滅弧電路；所述滅弧電路由二極體和放電間隙電路並聯構成；所述二極體反向並聯在對應線路的兩端，所述二極體的陽極與對應所述放電間隙電路的輸出端電連接，所述二極體的陰極與對應所述放電間隙電路的輸入端電連接。
2.如權利要求1所述的本質安全電感電路的放電間隙滅弧方法，其特徵在於，所述？(?放電間隙電路為一組完全鏡像的？⑶印刷線路板，所述？⑶印刷線路板中間包括放電間隙；所述？⑶印刷線路板在所述間隙一側為由錐形、半球形和矩形構成的組合放電電極結構，以形成放電端部。
【文檔編號】H02H3/22GK104410059SQ201410705563
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】孟慶海, 劉叢偉, 王庭政, 解進軍, 朱金猛, 趙顏錦, 陳鵬 申請人:北方工業大學