矿用汽车电气系统过电压的防护

王凤林，鲍万臣

（河北钢铁集团司家营铁矿有限公司，河北 唐山 063700）

现如今在我国冶金系统矿山采录的总量中有一半是使用汽车运输，而且在露天矿山中更是有80%都是依靠汽车的运输，对于传统的矿用汽车电器的系统还是比较简单，主要是包括一些附属设备电路，如电源电路启动、电路照明和信号灯光电路等，之所以现在矿用汽车的性能不断在提升，是因为随着科技的迅速发展，矿用汽车的电子化程度也逐渐提高。

在现代的矿用汽车电子系统中，要求逐步提高的是对电气系统的电压，因为电子系统当中采用的是大量的半导体元器件，还有微处理器。矿用汽车的使用是通过电子装备可靠的工作，但是，要想电子装置正常可靠工作，就应该避免半导体元件不受到破损，因为瞬变电压对半导体原件来说十分敏感，一旦瞬变电压达到一定值时，瞬变电压会击穿半导体元件使得半导体元件完全破损导致电子装备不能正常可靠地工作。因此在矿用汽车的使用中，确保电子装备正常可靠的工作十分重要。

1 关于过电压的产生

通过过电压的性质，可以分为两种电压：第一种是浪涌性电压，第二种是非浪涌性电压。

1.1 非浪涌性电压

矿用汽车发电机的电压调节系统是造成非浪涌性过电压过的主要原因，还有可能是因为其他的一些故障造成了发电机激磁电流并没有通过调节器而直接形成了电回路，这种故障是在排除前多长时间存在的，造成发电机电压失控，电压不断地升高到非正常值。应当及时排除，避免引起蓄电池电解液的沸腾，出现75130 伏的极高电压，导致蓄电池和用电的设备早期就被损坏。

1.2 浪涌性电压

浪涌性电压分为以下几种情况：

（1）发电机激磁绕组浪涌电压。激磁回路时间常数大，在长时间内发电机端子保持十分危险的高电压是由于激磁绕组中负脉冲浪涌电压的用指数规律的衰减，造成衰减的原因是在蓄电池开关关断的时候交流发电机的激磁绕组和蓄电池之间的回路突然断开后，激磁绕阻中就会产生负脉冲浪涌电压。

（2）抛负载浪涌电压。当并没有和蓄电池连接的状态之下，突然断开其他的负载时，或者是正当发电机向蓄电池充电的过程中其连接的导线突然脱开，是造成抛负载浪涌电压的原因。众所周知，蓄电池其内阻较小，其电容较大，并且蓄电池和发电机是并联一起工作，当发电机断开负载的时候，蓄电池会吸收其产生的瞬变能量，所以浪涌电压不会产生很大。如果浪涌电压被产生特别大的原因是，发电机和蓄电池的连接发生突然的中断，或者是发电机并没有连接蓄电池。衰减时间变得越来越长，是因为浪涌电压产生的幅值越来越大。

（3）启动电源涌浪电压。如果我们用启动电源去启动发动机，当发动机被启动电源启动后，将启动电源断开时，浪涌电压会通过启动电源和发动机之间的连接导线，传入整个电气系统中。为了不让浪涌电压对电子元件产生破坏性影响，蓄电池开关一定要接通，让蓄电池吸收启动电源所产生的电涌电压。

（4）切换电源性负载浪涌电压。因自感所产生的浪涌电压，是因为当汽车正在运行过程中，切换的一些电感性辅助电器，如电喇叭、空调等。而切换的电感性辅助电器负载的大小和输出路线的抗组都会决定，浪涌电压严重的一个程度，它最高可以达到的值是300V。

（5）互耦式浪涌电压。因为汽车电气总线的布置是通过线束的方式进行的，所以在总线中，其各导线不同，电流强度的一些变化都会让各电线中产生电容耦合电动势。还有一点就是汽车上有很多的搭铁，其引起电阻耦合电动式的原因是产生了回路电位差而导致的。以上所说的由于互耦所产生的电涌电压最高的值可达到200V。

2 过电压抑制电路

我们除了提高电子元器件自身的抗压能力和过载的能力，让电子元器件自身具有保护能力之外，还可以通过对过电压进行抑制。比较直接的办法就是在容易产生过电压的设备中加入抑制的电路来降低在电气系统中过电压对汽车电子设备造成的损害。

2.1 电容抑制电路

我们可以利用电容器两端的电压，不能突变的性质来吸收持续时间比较短且副值比较高的电压，这种方法比较简单，并且十分有效，但是，对于电容器的抗压的要求比较高。

2.2 稳压管抑制电路

该方法是现如今用得比较广泛的一种，它是通过稳压管的反向击穿进行抑制和吸收，并且它也可以利用正向通道的这个特性来对反向瞬变的过电压进行短路的控制。

2.3 稳压管加续电器抑制电路

在发动机功率比较大的电器系统中，比较适合安装这种抑制电路。

2.4 压敏电阻抑制电路

这种电路是与电压相关的一种非线性的元件，是通过它的阻抗来保护电子装置的正常可靠工作，因为它的阻抗能够将瞬变电压处于一个安全值，并且能够让瞬变电压产生的破坏性能，通过热能的方式消散掉。因为它的价格低廉，吸收瞬时功率大，过载能力强，泄露电流小，所以现在已经得了大范围的应用。

3 过电压的保护措施

3.1 采用过电压保护装置

对于过电压的保护，我们有两种途径：第一是通过提高对电子装备的耐压能力，让其能够承受在电气系统当中浪涌电压对其的冲击。还有就是在过电压上增加对其的保护装置，这个保护装置是为了让电子装备进行正常可靠的工作，一旦产生各种浪涌电压，该保护装置将会用来吸收在电气系统中产生的浪涌电压。如果想在全车电系当中的集中保护，可以通过在发动机电压调节器中增加过电压保护电路来实现。

3.2 采取预防措施

尽管电气系统中一般都会装有电压保护装置，但是，要想确保电子装置正常可靠的工作，那么，在使用矿用汽车的过程中，一定要采取积极有效的预防措施。

（1）蓄电池的连接一定要牢固可靠。因为在大多数的情况下，电气系统中的浪涌电压都是可以通过蓄电池出来吸收的，所以我们一定要时时刻刻去检查蓄电池和电气系统的连接是否牢固并且是可靠的。只要蓄电池和电气系统的连接之间是可靠的，都可以在很大程度上降低和避免浪涌电压对我们电子装备的破坏，从而使得电子装备可以正常可靠地工作。

（2）使用启动电源应当小心谨慎。由于在冬季的时候发动机启动比较困难，需要通过启动电源来启动发动机，这时我们一定要注意的是，蓄电池的总开关一定要接通。在启动发动机的这个过程中，我们最好能够切断一些暂时不工作的重要电子装备的供电回路，以此避免浪涌电压的影响。

3.3 在发电机大负荷情况下断开负载需谨慎

由于在夜间工作时，矿用汽车需要打开所有的照明灯光系统，所以在这个时候发电机的负载的电流特别大。在这种情况下，为了避免发电机的定子绕组中产生特别高的浪涌电压，我们不得突然断开其所有的用电设备。可以在天亮后，关闭灯光系统的时候，逐步地关闭各个灯光的开关，因为此时的发动机惰性运转，其在定子绕组中的电流也大大地下降，并且蓄电池也会参与供电。

3.4 严禁违规操作

为了避免发生意外的事故，应当要严格按照电气操作规范来进行，以下是在对电气系统的日常使用和维护中要注意的事项。

（1）当电源接通的时候，直接进行拆卸、装置任何元器件都是不被允许的。（2）如若要拆卸蓄电池，首先必须将蓄电池总开关进行断开，在安装蓄电池时，一定要将蓄电池的正负极分辨清楚，不能将正负极接反。（3）在连接电路的时候，一定要格外注意的是，有些电子控制的装置，其输入的工作电压是12 伏，所以一定不能够将12 伏和24 伏的电源接错。（4）在检查电路的通断时，用刮火的办法是不被允许的，如果在对汽车进行焊接作业时，需要将重要的电子装备的线路全部进行断开，如若焊接处靠近电子装备，应将其移走。（5）在平时一定要注意检查电子装备的密封状况，来预防避免湿气进入电子装备。下雨天，工作和清洗车辆时，一定不能让水溅到其电子装备上。

4 结语

虽然从理论上来说，一般组成电子装备的半导体器件的寿命，都是可以达到几千万小时的，即便是日夜夜不停地工作，也可以达到几百年。但是，在电子装置当中的半导体元件承受，过电压和过电流的能力真的很差。如果其使用的电流超过其额定电流的3 倍及其以上，那么在短时间内将会损坏，如果其使用的电压超过3 倍及以上的，将会瞬时破损。浪涌电压产生的危害应当引起高度重视，是因为现在矿用汽车上的电子装备不断增多。应当以预防为主，并且按照规范操作，加强对过电压的预防，在很大程度上降低了电子装备的故障，确保矿用汽车的正常运作。