礦用汽車電氣系統(tǒng)過電壓的防護

王鳳林，鮑萬臣

（河北鋼鐵集團司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

現(xiàn)如今在我國冶金系統(tǒng)礦山采錄的總量中有一半是使用汽車運輸，而且在露天礦山中更是有80%都是依靠汽車的運輸，對于傳統(tǒng)的礦用汽車電器的系統(tǒng)還是比較簡單，主要是包括一些附屬設備電路，如電源電路啟動、電路照明和信號燈光電路等，之所以現(xiàn)在礦用汽車的性能不斷在提升，是因為隨著科技的迅速發(fā)展，礦用汽車的電子化程度也逐漸提高。

在現(xiàn)代的礦用汽車電子系統(tǒng)中，要求逐步提高的是對電氣系統(tǒng)的電壓，因為電子系統(tǒng)當中采用的是大量的半導體元器件，還有微處理器。礦用汽車的使用是通過電子裝備可靠的工作，但是，要想電子裝置正常可靠工作，就應該避免半導體元件不受到破損，因為瞬變電壓對半導體原件來說十分敏感，一旦瞬變電壓達到一定值時，瞬變電壓會擊穿半導體元件使得半導體元件完全破損導致電子裝備不能正常可靠地工作。因此在礦用汽車的使用中，確保電子裝備正常可靠的工作十分重要。

1 關于過電壓的產(chǎn)生

通過過電壓的性質(zhì)，可以分為兩種電壓：第一種是浪涌性電壓，第二種是非浪涌性電壓。

1.1 非浪涌性電壓

礦用汽車發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是造成非浪涌性過電壓過的主要原因，還有可能是因為其他的一些故障造成了發(fā)電機激磁電流并沒有通過調(diào)節(jié)器而直接形成了電回路，這種故障是在排除前多長時間存在的，造成發(fā)電機電壓失控，電壓不斷地升高到非正常值。應當及時排除，避免引起蓄電池電解液的沸騰，出現(xiàn)75130 伏的極高電壓，導致蓄電池和用電的設備早期就被損壞。

1.2 浪涌性電壓

浪涌性電壓分為以下幾種情況：

（1）發(fā)電機激磁繞組浪涌電壓。激磁回路時間常數(shù)大，在長時間內(nèi)發(fā)電機端子保持十分危險的高電壓是由于激磁繞組中負脈沖浪涌電壓的用指數(shù)規(guī)律的衰減，造成衰減的原因是在蓄電池開關關斷的時候交流發(fā)電機的激磁繞組和蓄電池之間的回路突然斷開后，激磁繞阻中就會產(chǎn)生負脈沖浪涌電壓。

（2）拋負載浪涌電壓。當并沒有和蓄電池連接的狀態(tài)之下，突然斷開其他的負載時，或者是正當發(fā)電機向蓄電池充電的過程中其連接的導線突然脫開，是造成拋負載浪涌電壓的原因。眾所周知，蓄電池其內(nèi)阻較小，其電容較大，并且蓄電池和發(fā)電機是并聯(lián)一起工作，當發(fā)電機斷開負載的時候，蓄電池會吸收其產(chǎn)生的瞬變能量，所以浪涌電壓不會產(chǎn)生很大。如果浪涌電壓被產(chǎn)生特別大的原因是，發(fā)電機和蓄電池的連接發(fā)生突然的中斷，或者是發(fā)電機并沒有連接蓄電池。衰減時間變得越來越長，是因為浪涌電壓產(chǎn)生的幅值越來越大。

（3）啟動電源涌浪電壓。如果我們用啟動電源去啟動發(fā)動機，當發(fā)動機被啟動電源啟動后，將啟動電源斷開時，浪涌電壓會通過啟動電源和發(fā)動機之間的連接導線，傳入整個電氣系統(tǒng)中。為了不讓浪涌電壓對電子元件產(chǎn)生破壞性影響，蓄電池開關一定要接通，讓蓄電池吸收啟動電源所產(chǎn)生的電涌電壓。

（4）切換電源性負載浪涌電壓。因自感所產(chǎn)生的浪涌電壓，是因為當汽車正在運行過程中，切換的一些電感性輔助電器，如電喇叭、空調(diào)等。而切換的電感性輔助電器負載的大小和輸出路線的抗組都會決定，浪涌電壓嚴重的一個程度，它最高可以達到的值是300V。

（5）互耦式浪涌電壓。因為汽車電氣總線的布置是通過線束的方式進行的，所以在總線中，其各導線不同，電流強度的一些變化都會讓各電線中產(chǎn)生電容耦合電動勢。還有一點就是汽車上有很多的搭鐵，其引起電阻耦合電動式的原因是產(chǎn)生了回路電位差而導致的。以上所說的由于互耦所產(chǎn)生的電涌電壓最高的值可達到200V。

2 過電壓抑制電路

我們除了提高電子元器件自身的抗壓能力和過載的能力，讓電子元器件自身具有保護能力之外，還可以通過對過電壓進行抑制。比較直接的辦法就是在容易產(chǎn)生過電壓的設備中加入抑制的電路來降低在電氣系統(tǒng)中過電壓對汽車電子設備造成的損害。

2.1 電容抑制電路

我們可以利用電容器兩端的電壓，不能突變的性質(zhì)來吸收持續(xù)時間比較短且副值比較高的電壓，這種方法比較簡單，并且十分有效，但是，對于電容器的抗壓的要求比較高。

2.2 穩(wěn)壓管抑制電路

該方法是現(xiàn)如今用得比較廣泛的一種，它是通過穩(wěn)壓管的反向擊穿進行抑制和吸收，并且它也可以利用正向通道的這個特性來對反向瞬變的過電壓進行短路的控制。

2.3 穩(wěn)壓管加續(xù)電器抑制電路

在發(fā)動機功率比較大的電器系統(tǒng)中，比較適合安裝這種抑制電路。

2.4 壓敏電阻抑制電路

這種電路是與電壓相關的一種非線性的元件，是通過它的阻抗來保護電子裝置的正常可靠工作，因為它的阻抗能夠?qū)⑺沧冸妷禾幱谝粋€安全值，并且能夠讓瞬變電壓產(chǎn)生的破壞性能，通過熱能的方式消散掉。因為它的價格低廉，吸收瞬時功率大，過載能力強，泄露電流小，所以現(xiàn)在已經(jīng)得了大范圍的應用。

3 過電壓的保護措施

3.1 采用過電壓保護裝置

對于過電壓的保護，我們有兩種途徑：第一是通過提高對電子裝備的耐壓能力，讓其能夠承受在電氣系統(tǒng)當中浪涌電壓對其的沖擊。還有就是在過電壓上增加對其的保護裝置，這個保護裝置是為了讓電子裝備進行正常可靠的工作，一旦產(chǎn)生各種浪涌電壓，該保護裝置將會用來吸收在電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的浪涌電壓。如果想在全車電系當中的集中保護，可以通過在發(fā)動機電壓調(diào)節(jié)器中增加過電壓保護電路來實現(xiàn)。

3.2 采取預防措施

盡管電氣系統(tǒng)中一般都會裝有電壓保護裝置，但是，要想確保電子裝置正常可靠的工作，那么，在使用礦用汽車的過程中，一定要采取積極有效的預防措施。

（1）蓄電池的連接一定要牢固可靠。因為在大多數(shù)的情況下，電氣系統(tǒng)中的浪涌電壓都是可以通過蓄電池出來吸收的，所以我們一定要時時刻刻去檢查蓄電池和電氣系統(tǒng)的連接是否牢固并且是可靠的。只要蓄電池和電氣系統(tǒng)的連接之間是可靠的，都可以在很大程度上降低和避免浪涌電壓對我們電子裝備的破壞，從而使得電子裝備可以正常可靠地工作。

（2）使用啟動電源應當小心謹慎。由于在冬季的時候發(fā)動機啟動比較困難，需要通過啟動電源來啟動發(fā)動機，這時我們一定要注意的是，蓄電池的總開關一定要接通。在啟動發(fā)動機的這個過程中，我們最好能夠切斷一些暫時不工作的重要電子裝備的供電回路，以此避免浪涌電壓的影響。

3.3 在發(fā)電機大負荷情況下斷開負載需謹慎

由于在夜間工作時，礦用汽車需要打開所有的照明燈光系統(tǒng)，所以在這個時候發(fā)電機的負載的電流特別大。在這種情況下，為了避免發(fā)電機的定子繞組中產(chǎn)生特別高的浪涌電壓，我們不得突然斷開其所有的用電設備。可以在天亮后，關閉燈光系統(tǒng)的時候，逐步地關閉各個燈光的開關，因為此時的發(fā)動機惰性運轉，其在定子繞組中的電流也大大地下降，并且蓄電池也會參與供電。

3.4 嚴禁違規(guī)操作

為了避免發(fā)生意外的事故，應當要嚴格按照電氣操作規(guī)范來進行，以下是在對電氣系統(tǒng)的日常使用和維護中要注意的事項。

（1）當電源接通的時候，直接進行拆卸、裝置任何元器件都是不被允許的。（2）如若要拆卸蓄電池，首先必須將蓄電池總開關進行斷開，在安裝蓄電池時，一定要將蓄電池的正負極分辨清楚，不能將正負極接反。（3）在連接電路的時候，一定要格外注意的是，有些電子控制的裝置，其輸入的工作電壓是12 伏，所以一定不能夠?qū)?2 伏和24 伏的電源接錯。（4）在檢查電路的通斷時，用刮火的辦法是不被允許的，如果在對汽車進行焊接作業(yè)時，需要將重要的電子裝備的線路全部進行斷開，如若焊接處靠近電子裝備，應將其移走。（5）在平時一定要注意檢查電子裝備的密封狀況，來預防避免濕氣進入電子裝備。下雨天，工作和清洗車輛時，一定不能讓水濺到其電子裝備上。

4 結語

雖然從理論上來說，一般組成電子裝備的半導體器件的壽命，都是可以達到幾千萬小時的，即便是日夜夜不停地工作，也可以達到幾百年。但是，在電子裝置當中的半導體元件承受，過電壓和過電流的能力真的很差。如果其使用的電流超過其額定電流的3 倍及其以上，那么在短時間內(nèi)將會損壞，如果其使用的電壓超過3 倍及以上的，將會瞬時破損。浪涌電壓產(chǎn)生的危害應當引起高度重視，是因為現(xiàn)在礦用汽車上的電子裝備不斷增多。應當以預防為主，并且按照規(guī)范操作，加強對過電壓的預防，在很大程度上降低了電子裝備的故障，確保礦用汽車的正常運作。