- 頭條如何評估模擬元件對本安電路安全性的影響？北方工大學者發表成果2022-06-29 作者：孟慶海、田媛 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語對于本質安全電路，如果電路中含有有源阻抗變換電路，在判斷電路的本質安全性能時，不僅要考慮實體電感和實體電容的作用，還要考核模擬電感和模擬電容的影響。北方工業大學電氣與控制工程學院的研究人員孟慶海、田媛，在2022年第3期《電工技術學報》上撰文，在分析模擬電感和模擬電容的基本原理和端口特性的基礎上，通過分別計算實體儲能元件和模擬儲能元件的能量，對其“潛在”的危險性進行了量化和分級。并在此基礎上，從本安電路的防爆安全性出發，利用評定本質安全電路安全性的參考曲線和數據，建立模擬電感和模擬電容電路本質安全性能評價判據，以達到正確評估模擬元件對本安電路防爆安全性影響的目的。
本質安全電路是指在標準規定下，包括正常工作和規定的故障條件，產生任何電火花或任何熱效應均不能點燃規定的爆炸性氣體環境的電路。顯然，這種防爆型式是通過限制電路能量和功率的方法來實現防爆的，而在本質安全型電氣設備和電路中，阻抗變換電路會直接影響電路的防爆安全性。這是由于當本安電路中采用阻抗變換電路時，有可能會產生“模擬電感”和“模擬電容”。
模擬電感和模擬電容是指在模擬電子電路中，某些包含儲能元件的電路環節中可能形成的“虛擬”電感和“虛擬”電容。對這種“虛擬”的儲能元件的討論來源于對回轉器的研究。模擬電感和模擬電容的存在解決了由于電路集成化程度的提高，傳統儲能元件在量值和體積之間存在的矛盾。因此這種模擬元件目前廣泛應用于濾波器和其他信號處理電路中，從而實現了模擬元件對實體元件的替換。
目前對開關變換器本安性能判定方法的研究較多，而對于模擬元件對本質安全電路安全性影響的研究較少。有學者提出了模擬電感和模擬電容這種既改變屬性又改變數量的異常效應的存在，會影響本安電路的防爆安全性。但是其僅從理論上對模擬電感和模擬電容進行了定性探討，并沒有定量地分析模擬電感和模擬電容對本安電路防爆安全性的影響，也沒有給出相應的潛在危險判據。
北方工業大學電氣與控制工程學院的研究人員在分析模擬電感和模擬電容的基本原理的基礎上，對由不同阻抗變換電路實現的模擬元件的性能用Multisim進行了仿真與比較，得出了模擬元件只能在有限的頻率范圍內替代其等效的實體元件的結論；然后在此頻率范圍內分別計算實體儲能元件和模擬元件的本質安全邊界并進行對比分析以判斷電路的本安性能；最終建立模擬電感和模擬電容電路本質安全性能評價判據，以達到恰當評估其“潛在”危險性的目的。
他們認為：
1）模擬電感和模擬電容電路的存在不僅可能改變屬性（電感性和電容性），還有可能產生量值的變化。
2）由于運放的帶寬和阻抗變換電路結構、等效電路模型的不同，模擬電感和模擬電容只有在有限的頻率范圍內才能替代實體電感和實體電容。
3）由于實體元件對本安電路的防爆安全性的影響顯而易見，因此要將研究的重點放在模擬元件的危險性上。顯然實體元件本安且模擬元件非本安是存在潛在危險的情況，研究該情況發生的條件是有必要性的。
4）由于模擬電感和模擬電容的存在對本安電路的影響不可忽略，因此要采用模擬電感和模擬電容電路本質安全性能評價判據，對它們帶來的潛在危險性進行恰當的評估。
另外，研究人員指出，對于含有模擬儲能元件的電路，采用模擬電感和模擬電容電路本質安全性能評價判據，考核本安電路安全性能，能夠正確評估模擬儲能元件對本安電路產生的危險性。這對應用在易燃易爆氣體環境中的本安電路的設計有一定的參考作用。但這種本質安全性能評估判據的使用需要大量實驗數據驗證支撐，后續還需要開展更詳細的實驗以驗證前述理論分析。
本文編自2022年第3期《電工技術學報》，論文標題為“本質安全電路模擬儲能元件潛在危險性分析及其本質安全判據”，作者為孟慶海、田媛。
