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摘要：以煤礦本安型傳感器為試驗對象，利用ADS仿真軟件對浪涌抗擾度試驗進行模擬;針對試驗中施加正向浪涌干擾，傳感器端電壓出現反向缺口復位重啟的現象，通過變量掃描仿真分析探討了模型中各參數對反向缺口的影響。仿真結果表明：傳感器的4種等效模型不影響仿真波形，但TVS會加速缺口的產生，作為輔助設備參與試驗的供電電源內阻會對端電壓波形產生較大影響，而置于TVS前端的電感和二極管都對反向電壓缺口有改善作用。

關鍵詞：煤礦本安型傳感器；電磁兼容；浪涌抗擾度；仿真分析；參數掃描分析

煤礦井下巷道呈條狀分布、空間有限，各種大型或高頻電氣設備產生的電磁騷擾影響著礦井監控和通信系統等電子設備的正常工作[1-2]。浪涌作為一種常見的干擾形式，是開關電源設備、變頻設備等大功率設備的啟停引起的一種瞬態的過電壓和短路電流，對電子設備的破壞也最為嚴重[3]。目前對礦井浪涌的電磁特性及防爆殼體對浪涌屏蔽效能等方面研究取得了部分成果[4-8]，但對煤礦產品特別是本安型設備的浪涌抗干擾設計方面的文章較少，大都是一些綜述性或通用性的整改建議[9-11]。與非煤行業相比，煤礦本安型設備以性能判據A通過浪涌抗擾度試驗仍是各廠家公認的難點，這從最新的標準[12]和通知[13]對浪涌抗擾度試驗要求僅為判據B可以體現。其原因一方面是受制于煤礦安規[14-17]的特殊要求[18]；另一方面是各企業技術人員整改時，大都直接移植其他領域成熟的防護電路來作試探性的測試，對試驗機理和瞬態過程研究不深，以至于無法準確把握整改方向。為此以本安型傳感器為研究對象，針對電源端口浪涌抗擾度試驗的具體問題，利用仿真軟件對試驗現象進行分析研究。

1浪涌抗擾度試驗現象及仿真模型建立

1.1試驗現象按照標準[19-20]要求，進行傳感器直流電源端口浪涌抗擾度試驗，傳感器作為被試設備（EUT），穩壓源作為輔助設備（AE），采用發生器直接注入的方式進行，試驗電壓為線-線1kV（3級），正負各5次，脈沖間隔時間1min。在傳感器初級整改后，仍會在正向浪涌抗擾度試驗中出現復位重啟，通過示波器對傳感器電源入口電壓捕捉發現，在施加+1kV浪涌干擾時，傳感器電源端電壓出現近500μs的反向電壓缺口，穩壓源輸出電壓也出現下降。正是此缺口造成了傳感器的短時斷電復位。為解決這一問題，利用ADS軟件對該試驗進行仿真，以便分析各電路參數對反向缺口的影響，理清后續整改思路。

1.2仿真模型建立浪涌抗擾度試驗仿真模型由發生器、耦合去耦網絡（CDN）、被試設備（EUT）、輔助設備（AE）4部分組成。

2仿真模型參數變量分析

在仿真模型中，發生器和CDN模型參數是確定的，EUT和AE的參數并不確定，了解各參數對波形的變化影響，有助于后續傳感器電路的整改設計。將傳感器等效電路中保護器件TVS去除，分別在傳感器等效為純電阻R等效、RC等效、LR等效、LRC等效的4種情況下進行仿真，傳感器仿真波形如圖2。如圖2（a），傳感器電源端口電壓與浪涌發生器輸出電壓基本同步，隨著發生器浪涌電壓回落0軸振蕩一起振蕩，因沒有鉗位器件存在，所以幅度更大，出現的反向電壓缺口也都在500μs左右，與圖2（b）加入TVS時的波形比較可得，TVS的引入在鉗位浪涌高壓保護傳感器的同時也加速電壓反向缺口的產生。

3仿真整改思路探討

第2節中，對Li的掃描仿真分析顯示，位于TVS后端的電感雖然無力減小反向缺口，但其缺口波形呈現出了些許變化。因電感對高壓不敏感，且電感本安參數取值較電容相對寬裕，可從實際電路設計和整改出發，考慮將TVS前端串入電感，再次進行仿真。

4結語

1）浪涌抗擾度試驗中，本安型設備受儲能元件容量限制，無法與CDN中大電容大電感抗衡，浪涌干擾的反向振蕩會引起反向電壓缺口，電壓型防護器件會加速這種缺口的到來。2）本安型傳感器浪涌抗擾度試驗中，為其供電的輔助設備參數可能會影響試驗的最終結果。3）本安允許的條件下，在電壓型浪涌防護器件外部串聯電感，有助于緩解反向缺口。4）浪涌抗擾度試驗中，二極管的應用對于改善反向缺口具有重要作用，但需要注意其選型。

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作者：張子良1，2，3單位：1．煤炭科學技術研究院有限公司，2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，3．北京市煤礦安全工程技術研究中心