混合动力装甲车辆电网的瞬变电压和抑制措施研究

【摘要】本文着重探讨坦克电源系统在电网中产生的瞬变电压，它们的危害和如何把它们控制在规定的范围内。从电磁兼容性的观点来说明把车辆电气系统作为一个完整的功能体系进行分析和认识的必要。

【关键词】电源系统；瞬变电压；电磁兼容性

1.瞬变电压的产生

坦克电网是在一个紧骤的电子空间里，由一个较小容量的电源承受剧烈而颇繁的负荷冲击。坦克电源通常由发电机为主电源，蓄电池作辅助电源。电源系统瞬变电压的产生从木质上说是发电机工作状况发生快速变化时能量转换的过渡过程的一种表现形式。发电机是利用电磁感应原理将机械能变换为电能的装置。基于这个原理，从控制论时域的观点来看发电机是一个时滞环节，过渡过程的表现比较明显。因此它是坦克电网中产生瞬变电压的主要根源。

由电机的磁场有效时间常数和电压调节器响应特性决定的电机瞬变特性，与电机电枢绕组电感、连接导线电感、负载阻抗、开关装置或电流的通断特性及负载加卸量大小，即电流变化率有关的次瞬态特性决定了电机过渡过程电压偏离和持续时间。

坦克发电机都由主发动机驱动，在瞬变电压的作用期间内，相对来说驱动转速可以认为与电气负荷的变化无关。由于缓慢的负荷变化过程在现代的电子式调压器的控制下，已完全可以将发电机的输出电压稳定在士2%左右的精度范围内。问题在于人为的或偶然发生的负荷突然变化。在坦克电源系统特殊的组合条件下，就会出现超出正常波动范围的电压尖峰。

2.瞬变电压的危害

瞬变电压作为一种幅值超出正常规定范围，频率成分复杂的电压波形对电子设备的工作影响是显而易见的。表现为以下几个重要方面：

（1）超出规定幅值的瞬变电压信号通过导线进入电子设备内部，在连接导线和元件的藕合作用下，使一些线路的敏感环节产生微弱的信号。由于这种瞬变电压贮存能量较大，频率成分中高次谐波含量丰富。因此在一些电磁类设备中还引起一定强度的电磁波幅射，对通讯系统及高灵敏的电子线路的工作有一定危害。

（2）由过渡过程引起的电压瞬时尖峰值可超过电网额定电压的两倍以上，而瞬变电压的幅值往往是造成半导体元器件电压击穿的直接原因而且极高的脉冲波形前沿造成电网中电子器件较高的电压和电流上升率，增加了误动作和元件损坏的可能性。

（3）由于大负荷的接通，引起电网电压的急剧下跌，往往造成电子线路的失压工况，导致记忆装置中贮存的信息丢失，高精度的稳压线路准确性降低，继电器脱扣，或将负脉冲电压作为某种控制信息输入装置中引起误动作。

总之，瞬变电压的危害情况比较复杂，而且往往有多种因素共同作用。监测和控制都比较困难。在现代坦克电子设备和自动控制装置越来越多的情况下，在有关的调查报告中提供了不少诸如起动时计算机丢失数据电台遥控开关动作，甚至出现切断大负荷时引起电引信炮弹走火等严重事故。对瞬变电压危害的认识分析和采取必要的防范措施是坦克电气系统电磁兼容性必须研究的重要课题。

3.瞬变电压的抑制

上面就瞬变电压产生的原因和危害进行了分析，如何采取针对性措施保证系统中各部件正常工作是我们研究间题的目的。它包括一系列新的设计原则、新的元器件和控制线路的应用。总的说来达到这个目标有如下一些途径：

（1）系统的合理配置。坦克上一般只有一个统一的电源系统，而对供电精度的要求却按设备类型的不同而有差别。在电网的输配电布局上进行适当的安排和调整，隔离两类负荷，以不同精度的馈电方式分别提供电能。在坦克电网中蓄电池的作用不再仅仅是一个稳定的直流电源。在布线上对并行导线按不同信息传输强度和动力线适当分类，对导线和所有连接件采用有效的屏蔽，都是抑制干扰的重要措施和常用的方法。

（2）在被保护侧采取的措施。被保护设备和元器件根据各部件自身的容量和对电压精度的要求，普遍设置有滤波器及二次电源。特别是二次电源，除将电网电压变换为电气，电子设备需要的不同电压等级外，往往与稳压、限幅、滤波等线路组合而向设备提供了满足精度要求的电能，与主电网有一定的隔离作用。对于特殊应用的半导体器件还采用并联电容、稳压管及旁通泄流电阻等方式加以专门保护。

由以上的分析可以看出，发电机的加卸载过程是瞬变电压产生的主要根源，对发电机的瞬变电压抑制可以在励磁侧和输出端采取不同的方法。所谓强制励磁则是从电压的角度来分析这一过程，用在磁场两端施加与正常方向相反的电压来理解磁场电流的衰减过程。正是由于磁场电流的这种衰减过程，造成了与磁场电压的时滞，反应在发电机的输出端就出现了不受调压器控制的电压上升尖峰。

4.结论

根据对车辆供电系统电压瞬变过程的研究，我们认为：与发电机并联供电的蓄电池是性能最好的峰值电压抑制装置。造成危害的瞬变电压主要来自发电机和输电线路的电感性影响。随看供电系统容量与负荷电流扰动比的增加，系统的瞬变电压值和峰值电压将趋于降低。瞬变电压的危害在现在坦克的总体和分系统设计中必须予以充分注意。而随着新的电磁电子元器件和新的工作原理的应用，还会不断地产生一系列的课题，在坦克紧骤的电子空间里，技术集成度越来越高，系统和部件电磁兼容性的研究应该向更广泛的领域和更深刻的认识程度不断发展。

参考文献

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作者简介：李俊萍，硕士研究生，现就读于中北大学，研究方向：动态测试与智能仪器。