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电气防爆 2 0 1 1 ， 4 简单电感电路放电特性研究及探讨 简单电感电路放电特性研究及探讨 陈思忠 。 汪淳 ( 中煤科工集团上海研究 院检测中心 ， 上海 2 0 1 4 0 1 ) 关键词本质安全； 电感电容电路； 火花点燃试验 摘要电感和电容的储能作用是影响电路本安性能的重要因素， 电路处于欠阻尼振荡 或阻尼缓慢上升振荡状态 ， 也会影响火花点燃试验的准确性 。对 电感电路、 电容 电路、 电感 电 容混合 电路分别建立的放电数学模型进行 了探讨。 中图 分类 号 T M 1 3 3 文献标识码 A 文章编号3 2 0 0 4 9 1 1 8 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 0 2 0 3 Te s tin gme t h o d s a n d d i s c h a r g e c h a r a c t e r i s t i c s o fi n t r i n s ic a l l y s a f e c ir c u i t s C I -I E N S iz l l0 n g ， WA NG C h u n ( 航 R e s e a r c h I n s g z u t e l e s t C e n t e r o fC h i n a C o a l T e c h n o l o g y &E n g in e e r i n g G r o u p C o r p ， S h a n g h 2 0 2 4 0 1 ) Ke y wo r d s ： i n t r i n s i c a l l y 、s a f e ；L Cc i r c u it ；s p a r k i g n it i o n t e s t A b s t r a c t ： B e c a u s efu n c t i o n o fi n d u c t i o n a n d c a p a c i t anc e s t o r a g e e n e r g y ，c i r c ui t s a r ei n s t a t e o f d a mr o s c i l l a t i o n a n d t h e s l o w r is e ， the t w o s t a t e s a l l w i l l a ff e c t the a c c u r a c y o f s p a r k ig n i t i o n t e s t T h e p a p e r s e ts u p t h r e e d i s c h a r g e ma the ma tic mo d e l o f in d u c t i o n 、 c a p a c it ance、 i n d u c t i o n c a pac i t anc e c i r c ui t s ，a n d i n v e s tig a t es me tho d s o f s p ark ig n itio n t e s t O 引言 电路 的火花放 电是一种 时间极 短 的过渡过 程。在此， 用数学分析的方法探讨和研究各种电 路的火花放电规律 ， 进而研究火花试验 中火花放 电的规律性。 l 典型 电感 电路 电感电路火花放电电路如 图 1 所示。感性电 路闭合时不产生火花， 或只产生一点很小的火花， 主要是在断开时发生火花放电。 由图 1 可得电压方程如下 ： I： “=E一 一 ( 1 ) 式中， E 空载电压 电路总电阻 电路的总电感 火花放 电的瞬时电流 火花放电的瞬时电压 火花放电时间瞬时值 图 1 电感 电路 的火 花放电示例 感性电路断开初瞬， 电流等于 ， ， 电压等于 0 ； 火花放电持续时间 后， 电路断开末瞬， 电流等 于 0 ， 电压等于 E。 经分析式( 2 ) 满足 以上边界条件 的函数 ： i=I c o s 百 7r t ) ( n 1 ， O ) ( 2 ) 将( 2 ) 代人 ( 1 ) 式 ， 得 ： = E 1 一 c 。 s n 7t 了 t + 号 等 C O $n 二 上 收稿日期】 2 0 1 1 0 9 一 O 1 【 作者简介 陈思忠， 男， 1 9 8 3 年生， 2 0 1 0 年毕业于中国矿业大学 ， 主要从事本质安全防爆电气技术的研究与检验工作。 2 简单电感电路放电特性研究及探讨 电气防爆 2 0 1 1 ， 4 号 ( ) s 号 ( 手 用 e 表示电感的感应电势， 则： e = 号 c o s“ 一 t ) Si n ： r t ) ( 3 ) ， f f I i t | | | | | 、 、 | | 图 2 电感电路火花放电波形 由式( 2 ) 、 ( 3 ) 可得 电感 电路 的电流、 电压波形 1 曲线如图2 所示。电感能量 E= 1 L i ， 主要与电 二 路中的电流有关 ， 电流随时间递减 ， 所 以在火花点 燃试验中电极接触和断开的时间越短越好 ， 即四 根钨丝同时存在并接触良好 ， 更有利于检测到电 感 电路的最大火花能量。 电容电路的火花放 电不 同于 电感 电路 ， 电容 电路是在触点闭合时发生火花放电的。如图 3所 示 ： 、 l l ， | | | I 、 5 f =tl 图 3 电容电路火花放 电波形 由图 3可得 ： = ； c ( 4 ) 根据电容闭合火花放电的特征， 火花放电电 压和电流的初末边界条件： 当 t =0时， i=0 ， =E 当 t =T时 ， i=E R， =0 分析电容电路的电压方程和 电感电路的电流 方程和各 自的边界条件可推出电容电路的电容直 接火花放 电电路的电压函数 ： U ： E c o s n 号( ) ( 凡 1 ， 0 f )( 5 将( 5 ) 代人( 4 ) 式， 得： 一 c 警= 7r 丁C E n C O Sn T r tC O S _ ) c 一 L n J s i n 詈( ) ( 6 ) 由式( 5 ) 、 ( 6 ) 绘出放电电压、 放电电流的曲线 如图4 所示。由电容的能量可知， 电容电路的火 花能量主要与电压有关， 因此试验时要保证电容 充分充电和放电。图4 表明， 电容闭合放电时， 电 压直线下降， 因此尽量采取能够保证电容充分的 充放电方案进行试验。在 G B 3 8 3 6 4 - - 2 0 1 O中已 明确， 火花点燃试验时若电容充电时间不充分， 可 采取减少一根或多根钨丝的方法以增大电容的充 电时间， 同时增加转数以保证相同的火花数量。 图 4电容火花放 电电路示例 3 电感电容混合电路 电感 电容 电路放电实验原理示意图之一如图 5 所示， 其中， ， 分别为火花放电的瞬时电压 和瞬时电流。由于电感电容电路断开和闭合时的 初始条件不同， 因此对此混合电路没有同时满足 两个边界条件的函数。 f ( ) = d i+ 1 n ( t ) + ( ) 屁 【 ( ) ： 71 f ( f ) 电气防爆 2 0 1 1 ， 4 简单电感电路放电特性研究及探讨 3 进行拉氏变换后， 得传递函数： G = = ( 7 ) 其中， T = _ ， =R C 2 - 当 0 0 7 0 7时 ， 即 R C 2L R时 ， 电路 为欠阻尼振荡状态， 如图 6 所示 。 图 6电感 电容 电路火 花放电波形 由公式 t p = = 可知 ， 当 固定 一 d 、 1一 时， 随着 增大， 峰值时间( ) 越大。由于火花放 电的时间极短， ( 为火花放电时间瞬时值) ， 即此电路火花放电的能量无法充分释放， 不能反 映电路的实际放电情况。 当 O 7 0 7时， 电路幅频特性 曲线无相对谐 振峰值， 在其工作频率范围内幅频特性曲线平缓 变化。同理 t p时， 电路的火花能量 同样无法 充分释放。 当 = 0 7 0 7 时， 尽管通过等效计算电路处于 最佳阻尼比状态 ， 但电路存在杂散电容、 电感， 实 际情况也很难达到最佳状态。 如果将图 5的电容 电感 电路试验结果作为电 路安全的判别依据 ， 是不够完善 的。实际工作中， 遇到混合电路的情况除对电路进行必要试验外， 还应将其分解为两个独立的电路分别对其理论分 析和火花点燃试验。 4结语 综合上述对电感电路、 电容电路、 电感电容混 合电路三种电路分别建立的数学模型及电路中火 花点燃放电特性的分析， 并对典型的电感、 电容混 合负载电路进行火花点燃试验认证， 可见， 电感电 容电路的断开、 闭合所产生火花的火花放电过程 及火花能量的释放比单一的电感( 或电容) 电路复 杂得多 ， 因此在对该类 电路进行本安认证 时首先 应对电路进行分析， 用多种等效电路进行火花点 燃试验并对各组试验所得的参数进行 比对， 才能 得出最终的本安参数。 参考文献 1 刘树林 本质安全开关变换器 M 北京： 科学出版社， 2 o o 8 2 刘建华 爆炸性气体环境下本质安全电路放电理论及