感性负载电路的试验分析与设计

王震 唐力军

中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089

引言

通常情况下，一般把负载带电感参数的负载，称为感性负载。通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3～7倍）的启动电流[1]。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于交流供电器所能承受的电压值，很容易引起产品的瞬间超载，从而影响产品的使用寿命，反电动势一般出现在电磁线圈中，如电磁阀、电动机等。只要存在电能与磁能转化的电气设备，在断电的瞬间，均会有反电动势，文献[2]和[3]虽阐述了感性负载干扰发生的机理，讨论了抑制性负载干扰的原理、措施及仿真并提出了设计方案。但并未阐述实际工作中如何应用设计。

本文基于地面试验为基础，通过出现的故障现象，进行相应的试验，并对试验数据进行详细分析，最终确定为未完全考虑实际工作现场的接入感性负载的数目，未正确控制反电动势，从而造成上级控制该设备的按钮开关频繁烧结的故障原因。

1 问题的提出

某型设备在做试验时，发现某型按钮开关一个7A的触点出现频繁烧结现象，并在相同设备上进行了故障复现。

2 某型按钮开关试验分析

2.1 某型按钮开关结构图

具体结构图见图1所示。

图1 某型按钮开关结构图

2.2 试验一

试验目的：测试在部分系统工作情况下，进行不带载通断和带载通断时通过开关的电流。

2.2.1 设备连接示意图

试验用到的主要设备为：示波器、交直流电流传感器、电源、按钮开关开关；设备连接如图2所示。

图2 试验设备连接框图

2.2.2 试验方法

由于某型设备电磁阀工作顺序为：1和4、2和3，每组间隔为220ms，按钮开关两组触点有效闭合的同步时间不超过70ms，因此在按钮开关有负载电流通过时，可以完全保证按钮开关两组触点已经有效闭合。

a) 不带载通断试验

按下按钮开关后保持至少5S，以确保按钮开关断开触点时无大电流通过。

b)带载通断试验

按下按钮开关后在180ms内松开开关，使按钮开关带载断开触点。

2.2.3 试验数据：典型电流波形如图3所示。

表1 试验数据

图3 典型电流波形

2.2.4 试验结果

经过8次5S以上的不带载断开试验和2次带载断开试验，按钮开关未烧结。

2.2.5 试验结论

在两路触点完全接触后，按钮开关可以承受较大负载电流（远超过14A的额定负载电流）。

2.3.试验二

试验目的：测试在所有系统工作情况下，进行不带载通断和带载通断时通过开关的电流。

2.3.1 设备连接示意图

试验用到的主要设备为：示波器、交直流电流传感器、电源、按钮开关开关；设备连接如图4所示。

2.3.2 试验方法

同2.2.2条。

2.3.3 试验数据：典型电流波形分析如图5、6所示。

图4 试验设备连接框图

表2 试验数据

图5 不带载典型电流波形

图6 带载烧结电流波形

2.3.4 试验结果

按钮开关烧结：第11次试验时，B与D针短路，按钮开关烧结。

图7 更改前

图9 更改后

2.3.5 试验结论

在按钮开关通有大负载电流时断开，可能会导致触点烧结。

2.4 某型按钮开关试验

a) 试验部件：按钮开关中7A的微动开关；

b) 试验电流：15A、25A、45A；

c) 试验时间：2S、5S；

d) 试验过程：不带载通断、带载通断。

2.4.1 试验电路连接图

图8 试验电路图

2.4.2 试验结果

a)不带载通断:

15A、45A负载持续2S、5S各20次，未烧结。

b)带载通断

15A、25A、45A负载，持续2S，每次开关均烧结。

2.4.3 试验结论

某型按钮开关无法支持大负载时通断。

3 故障分析

经以上某型设备部分系统工作和全部系统工作，对按钮开关不带载和带载开/关试验及按钮开关内一个7A纽子开关不带载和带载开/关试验；证明：按钮开关烧结故障是由于按钮开关在较大工作电流下开/关时，开关触点拉弧融化引起的。

4 改进措施

经以上试验数据分析，结合原电磁阀设计电路（如图5），在不对某型设备进行大的更改时，在原电磁阀电路中串联一只1欧的大功率限流电阻，当正常电流通过时，此压降很小，不会影响电路的正常工作，当大电流通过时，则会吸收一部分能量，从而降低对上级开关的影响，更改后的电路图(如图6)。更改后，经试验及设备通电验证，此按钮开关故障排除。

5 结语

通过本次试验分析，对于继电器类开关来说，在断电瞬间，反电动势会在开关的触点之间产生火花，能造成触电烧蚀，而克服反电动势最简单有效的方法，是在线圈两端反向并联一支二极管，当产生反电动势时，电流通过二极管释放，从而保护控制元件，若多个感性负载同时工作时，就应在电路中串联一个电阻和分级控制的方式，起到吸能、分能的作用，更要准确确定感性负载的参数[4]和直流电阻[5]。最后，我们注意从下级设备的工作情况、负载属性以及与以前设备的工作方式、数量之间的区别，快速、简洁地分析出上级控制元件的烧结原因，并提出改进方法。

[1]崔宇.针对感性负载高压设备一次元件选型及采取的措施[J].企业技术开发（下半月），2009，28（9）：132-132.

[2]张圣元、杨文杰、邹涛.感性负载对机载电子设备的干扰及抑制措施研究[C]//中国航空学会.中国航空学会航空电气工程第四届学术年会论文集.银川：中国航空学会，2001.08:34-37.

[3]秦文娟，王海波.导弹感性负载驱动电路浪涌防护技术[J].电子产品可靠性与环境试验，2008，24（8）：09-12.

[4]彭君如.感性负载参数的测定[J].河南教育学院学报，2003,12（2）：35-36.

[5]李维波，李启炎，王宇，张东辉.电力系统中感性负载直流电阻智能化测试仪的研制与探讨[J].电测与仪表，2001，38（5）：12-15.