截止型EC电路短路火花放电机理及特性研究

In dangerous area the demands for high power intrinsically safe power supply is greater, hence the key sicetific questions hidden in them need be researched. In this project, cut-off intrinsically safe switching power supply is equivalent to the cut-off type EC circuit model which is more in line with actual situation. Firstly，a large number of experiments in IEC spark apparatus will be taken to collect experimental waveforms ,diagrams and data which will be used to analysis the spark discharge mechanism of the EC circuit under cut-off mode combining the physical process. Secondly, the mathematical model of spark discharge about EC circuit under cut-off discharge mode can be established by analysising the tipcal experimental waveforms and summarizing the principle of spark discharge. Using mathematical analysis to get the factors influencing the spark discharge energy, obtain the method to reduce the spark energy and improve the power of intrinsically safe power supply. Finally, through the boundary experiment and the deriving model to research the relationship between cut-off velocity and the maximum capacity of the intrinsically safe power supply. select the date according to the principle of safety to draw the curve between them. The research results will initially established the spark discharge theory under cut-off discharge mode and provide scientific basis for the design of cut-off type high power intrinsically safe power supply.

本项目依据防爆现场日益增多的对大容量本安电源的需求，提取其中关键的科学问题进行研究。 本项目将截止型本安开关电源等效为更加符合实际情况的截止型EC电路模型。首先，通过大量IEC火花实验采集实验波形、图像及数据，结合物理过程分析截止型EC电路的火花放电机理；其次，根据典型实验波形分析并总结火花放电规律，建立其火花放电数学模型，运用数值分析方法研究影响火花放电能量的因素，得出减小火花能量、提高本安电源容量的方法；最后通过边界实验以及模型推导的方法对截止速度与最小点燃电压的关系进行研究，依据安全原则选取数据，绘制二者之间的关系曲线。 本项目研究将初步建立截止放电模式下火花放电理论，并为截止型大容量本安电源的设计确定提供科学依据。

以截止型EC电路模型作为研究对象，研究截止放电模式下的EC电路火花放电机理，确定火焰稳定传播条件与电气参数之间的定量关系，研究揭示伴随着火焰的发生和扩展所产生的各种现象之间的相互关系，从而揭示截止型本质安全电路火花放电机理。通过对典型波形的分析，以火花能量集中阶段为研究对象建立其火花放电的数学模型，以数学方式描述截止放电模式下安全火花放电规律。确定火花放电能量与电气参数之间的定量关系，为大容量本安电源的设计提供理论依据。. 通过对以上内容的深入研究，本项目取得如下成果：提出截止型输出短路保护方式下本质安全型开关变换器火花放电的容性等效电路模型。通过在IEC火花试验装置上进行试验，研究截止型保护方式下容性电路火花放电的规律，建立截止型保护方式下容性电路火花放电数学模型。截止放电模式与自然放电模式在火花放电规律方面有显著的差异；截止放电模式下减小截止时间和减小电容值均能提高本质安全性能，但在不同取值范围效果不同。电容电路模型不能满足对于开关型本质安全电源的研究，为此提出了更精确的电势电容EC电路模型作为研究对象。通过不断优化改进截止电路的性能，依据实验波形，发现截止型EC电路火花放电波形具有直接截取特性；进而依据基于IEC火花试验装置而获得的大量实验数据，进行了火花放电特性的分段研究，建立了火花放电阶段截止型EC电路等效火花放电模型电路，推导出相应的数学模型。. 随着爆炸性环境下电气化、自动化的发展，用于监测、保护、控制、通信的产品种类越来越多，这些电气产品要求优先做成本质安全型，但是由于本安电源火花放电能量限制，极大地制约了这些电气产品的使用。本项目通过对截止型EC电路短路火花放电机理及规律等方面的研究，建立了截止放电模式下的火花放电理论，对大容量本安电源的设计提供科学依据，对截止型大容量本安电源的发展起到积极作用。