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地磅的浪涌保護器設計應用

時間:2018-01-08 09:19:57   點擊數:

本文闡述了地磅產生浪涌電壓的機理;介紹了浪涌保護器的特性及常用浪涌吸收保護器,并給出瞬態過電壓分級保護措施以及 分級保護器件使用。旨在解決電子衡器在浪涌電壓和防雷環境中穩定工作問題

1.地磅浪涌現象

浪涌現象是指沿線路傳送的電流、電壓或功率的瞬態變化。大型地磅一般爆露室外工作,秤臺及鋼軌等金屬構件遭受雷電襲 擊或接通、斷開電路瞬間特別容易產生由于電磁感應而導致的瞬態 過電壓沖擊,這種瞬時過電壓(或過電流稱為浪涌電壓(或浪涌電 流,是一種瞬變噪聲,其放電過程中放電電流可以高達幾千安。安 裝在秤臺下的傳感器及與其相連的儀表、計算機系統,處于電氣連 接狀態,而傳感器的彈性體與電子電路之間耐壓極限只有1KV 1.5KV,傳感器彈性體上感應的高電壓可將傳感器的應變片及其電 路擊穿,很容易遭到損壞。消除浪涌干擾、防止浪涌損害是關系到地磅安全可靠運行的核心問題。

為了避免浪涌電壓擊毀敏感地磅,所有出現這種浪涌電壓 的單元應考慮在同一接地點上安裝對應的浪涌保護器,很快的同電 位均衡系統短接(引入大地。一旦某處感應到過電壓(或遭受雷 擊,浪涌保護器將使該系統的高電位限定在端口可以允許的電位 范圍,接地點電位上升時,其他設置的浪涌保護器以最短的時間,使 各端口的輸入電壓限定在允許范圍內。因此,空氣火花間隙、充氣式 過電壓放電器、壓敏電阻、雪崩二極管等元器件,以單獨或組合電路

形式被應用到被保護電路中,由于各浪涌保護器件的放電能力、響 應特性、滅弧性能、限壓精度等特性不同,所以應根據應用場合、設 備對浪涌電壓保護的要求及產品特性來安裝保護系統。

2.浪涌保護器及特性

由于地磅的傳感器信號輸出為毫伏級,所以在雷擊和過電 壓沖擊等場合增加浪涌保護環節尤為重要。其浪涌保護一般分為兩 部分第一是加裝在電源端的過電壓保護裝置以消除電網浪涌電 壓、雷電感應電壓、開關頻繁切換等意外對電子衡器的沖擊和損壞; 第二是儀表和傳感器的浪涌保護設計。浪涌保護器有過電壓保護元 件和過電流保護元件兩種。避雷器以及浪涌抑制器”、“過電壓 限制器、齊納二極管等均屬于電壓限制元件。浪涌干擾一般用浪涌 吸收器進行抑制,常用的浪涌吸收器有氧化鋅壓敏電阻器,RCD 合浪涌吸收器瞬態電壓抑制器。

2.1氣化鋅壓敏電阻器以氣化鋅(ZnO)為主體材料制成的氣 化鋅壓敏電阻是一種具有優良限壓特性(壓敏特性)的非線性電 阻,具有能量容量大、殘壓低、漏電流小、電壓范圍寬、動作速度快、 保護性能穩定,工藝簡單、成本低廉、適應廣泛廣等優點。適用于交 流電源電壓、各種線圈、接點間浪涌電壓吸收及滅弧,同時也作為三 極管、晶閘管等電力電子器件的浪涌電壓保護器。壓敏電阻器按其 用途有時也稱為浪涌(電沖擊)吸收器(抑制器。

2.2 RCD組合浪涌吸收器RCD組合浪涌吸收器也稱為剩余 電流保護器,當漏電流或不平衡電流達到一定值時便斷開電路接點 的機械開關或組件,以組合的形式被用在保護電路中,它可依據電 路的不同特性要求進行不同的組合安裝,該組合吸收器適用直流電路,圖1 1)是高電平直流控制系統的單向保護1 1)是采用齊納 穩壓管或雙向二極管正、反向保護的電路系統。

2.3瞬態電壓抑制 器瞬態電壓抑制器 (TVg是抑制可能出現 的浪涌脈沖功率的浪 涌保護器。當瞬態電壓‘抑制器兩極受到反向 高能量沖擊時它將以 10-12s級的速度,快速使兩極間的阻抗降低、電位箝位到預定值, 收高達數千瓦的浪涌功率,從而有效防護電氣設備元器件遭受浪涌 沖擊損壞。瞬態電壓抑制器(TVS具有響應速度快、瞬態功率大、后 續漏電流低、擊穿電壓誤差小、箝位電壓易控制、體積小等優點,在 電子設備等領域被廣泛應用。目前,國內多數設備普遍采用壓敏電 阻進行浪涌保護,TVS與壓敏電阻性能參數及特點各有不同,比較 如表1所示。

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3.綜合浪涌保護系統設計應用

3.1瞬態過電壓分級保護措施地磅的浪涌保護環節應在 系統設計中予以綜合考慮,一般該系統的浪涌保護分為三級:對于地磅的供電設備而言,需要安裝雷擊電流放電器、過壓放電器 以及終端設備保護器進行保護。第一級保護是對于直接雷擊電流進 行泄放,接在用戶供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源 處,主要為了吸收承受雷電和感應雷擊的大電流和浪涌高能量,將 大量的浪涌電流分流到大地。第二級保護安裝在向重要或敏感用電 設備供電的分路配電設備處的電源防浪涌保護器,是針對前級保護 器的殘余電壓以及區內感應雷擊的防護設備。通過對用戶供電入口 浪涌放電器的剩余浪涌能量更完善吸收,抑制瞬態過電壓。一般用 戶供電系統通過二級保護就可以達到用電設備運行的要求。第三級 保護是為了完全消除微小瞬態的瞬態過電壓的終端設備保護器 接安裝在儀器儀表前端,以達到對儀器設備的保護。在等級不同的 放電器之間,應執行導線最小長度規定。供電系統中電流放電器與 過壓放電器之間的距離應大于 10m,過壓放電器與儀器設備保 護裝置之間的導線距離則應大 5m電子衡器控制系統三級 保護分布如圖2所示。

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3.2分級保護器件使用

3.2.1過電壓放電器是充有 惰性氣體的一級浪涌保護器件,

它的氣體放電器響應時間在納秒級,被廣泛應用于遠程通信系統的 保護。該器件在使用中存在兩大缺點:一是它的觸發特性與時間有 關其保護電平與氣體放電器額定電壓接近。另一是易產生續電流。 當氣體放電器被觸發時,尤其在低阻抗、電壓大于24V的電路中容 易引起該放電器在幾分之一秒內爆碎。所以在應用過電壓保護電路 中應串接熔斷器,使電路中的電流盡快中斷。

3.2.2壓敏電阻被廣泛應用在系統的二級保護中它的響應時 間在納秒級,不易產生續電流。在測控設備的保護電路中,壓敏電阻 可用于放電電流在2.5kA~5kA范圍的中級保護裝置。它的缺點是壓 敏電阻中二極管的PN結易老化及結電容較高,過載時,PN結將出 現短路,使漏電流增大。在敏感測量電路中使用時會造成測量誤差 器件易發熱現象。

3.2.3抑制二極管響應時間可達皮秒級,一般用于高靈敏的電 子電路,其限壓值可達到額定電壓的1.8倍。它的主要缺點是負荷 能力差電容隨器件額定電壓變化且較高,即器件額定電壓越低 容則越大,該電容與連接導線的電感構成低通電路,使數據傳輸阻 尼,其阻尼大小與電路信號頻率有關。

4.結語

目前,地磅廣泛應用于各行業其應用環境存在著安全隱 ,浪涌電壓以及雷擊等因素對地磅的破壞具有潛在危機。復 雜的浪涌電壓和雷擊影響,必須高度重視,充分利用各種有效手段 及途徑擬制浪涌電壓對電子設備系統造成的危害