​一次电路电容器放电试验分析

2018-10-30 13:06:06 kingpo

一次电路电容器放电试验分析

   在标准GB4943.12.1.1.7中,设备在设计上应当保证在电网电源外部断接处,尽量减小因接在设备内的电容器因贮存有电荷而产生的电击危险。为了验证设备内电容器贮存的电荷是否会产生危险而进行的试验我们一般称之为一次电路电容器放电试验(以下简称放电试验)。

超过42.4V交流峰值或60V直流值的电压在标准中认为是对人体危险的电压,一般设备大多数是交流220V供电,对人体是危险电压。图1是一个典型的开关电源输入电路的一部分,其中的C1C2C3是为了抑制来自电网或传向电网的电磁兼容干扰而设置的滤波电容器,其中线间的并联电容器C1是为了抑制差模干扰,C2C3是为了抑制共模干扰。当设备切断电源时,电容器上所带电荷不会马上消失,所以需要在电容器旁边并联电阻R1,组成RC放电回路,消耗电容上的电量。如果在电源在设计上没有考虑这个电阻,电容器的电量无法在电源内泄放,而此时使用者同时接触到电源插头的两级,电容器的电量将通过人体这个电阻进行放电,将会导致使用者遭受电击危险,造成电击灼伤或更严重的后果。放电试验就是为了保证电气设备使用者在断开断接装置(例如拔下电源线插头)后,不会因为触摸到导电零部件(例如插头上的极片)而发生电击危险。

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                       图1 开关电源电路原理图(部分)


当与电网电源连接的电路上,任何电容器其标明的或标称的容量超过0.1μF,则需要进行此试验。对于220V交流供电的终端设备,放电时间常数不超过1秒则认为设备是合格的。时间常数是指等效电容量(μF)和等效放电电阻值(MΩ)的乘积。如果直接测定等效电容量和电阻值有困难,则可以在外部断接点测量电压衰减,开路电压衰减到其初始值的37%的时间即为时间常数。当测量电压衰减时,使用输入阻抗由一个100MΩ±5MΩ电阻和一个输入电容量为25pF或更小的电容并联组成的仪器得到结果。

灼热丝试验仪

注意事项

测试过程比较简单,不断的插拔插头,通过示波器观察波形。但在测试中还是有一些需要注意的问题需要考虑。

1、          施加到被测设备的电压应选择额定电压上限加上最大的电压容差值(10%),即在最严酷的工作电压下,考虑电容器的放电。例如额定电压为100-240V,那测试电压应是240+240*10%=264V

2、          测试探头一定要选择内阻为大于或等于100M的高压探头,探头的内阻也是电容放电的一个回路,电阻太小会将加快电容电量消耗,影响测试结果。

3、          因为断电时间是随机的,很可能正好碰到初始电压比较低,电压越低,测试结果的误差越大,初始电压应尽量接近峰值工作电压。

4、          一次电路中的熔断器和开关位置和状态

   在标准中有这样一句话:通过检查设备和有关的电路图来检验其是否合格。 检查时要考虑到断开电源时通/断开关可能处于的任一位置。如果开关不小心放到了电容和电阻的中间,在开关的闭合状态,对测试没有影响。在开关的打开状态,则断开了放电回路,则可能直接导致电容电荷无法泄放,形成电击危险。开关的闭合和打开都是正常使用状态,在测试中是必须要考虑的。

当然如果开关的位置对放电回路没有影响,则可以不用考虑开关的位置。

   同理如果熔断器的位置位于电容和电阻中间,也可能影响放电回路。正常情况,熔断器完好,不影响放电。特殊情况,熔断器熔断,则切断了放电回路,电容无法放电,形成电击危险。熔断器熔断是对用电设备的保护,是非常可能发生,可预料到的故障状态。如果熔断器的位置位于电容和电阻中间,那应该在断开熔断器后重新测试。

      下图是一个熔断器位于电容和电阻中间的样品将熔断器断开后的放电试验测量图,横向每格4s,经过几十秒还没有降到37%以内,这对使用者是危险的,这种设计是不合格的。

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5、  负载的情况和二次电路开关的状态

电容放电试验中负载的加载情况非常重要,储存在电容中的电量,在断开电源后,除通过泄放电阻放电,同时还向后端的变压器、二次电路供电。电源的负载将加剧电量的消耗,缩短放电时间,所以在测试中应尽可能的减轻电源的负载,空载是电容放电试验最严酷的状态。对电源类产品,放电试验应在空载状态下测试。对整机产品,应调整二次电路所有开关的状态,尽可能的关闭二次电路的所有负载。

6、          整流器后的电容不需要进行试验

电容是放电试验主要考察的关键元器件,由于整流器是单相导通,如果一个电源的电容仅在整流器(图1BD1)后存在,则无须进行放电试验。

7、          电磁兼容整改的注意事项

   电容主要改善电磁兼容性能,优化电路环境。电容量越大,电磁兼容效果越好,但是电容大对安全中的接触电流和电容放电试验有不利影响。有些厂家在整改电磁兼容时,在器具插座后直接焊上电容器,这样的做法非常容易导致电容放点试验不合格,应引起注意。