机电产品的安全稳定性设计

余必玖

摘 要:机电产品的安全稳定性设计,包括设计的目的、元器件的选择、三防设计、抗震设计、电磁兼容性设计、安全性设计和使用与定期维护等。其目的在于提高机电产品的质量。

关键词:机电产品； 安全稳定性； 设计

Abstract: the stability of the mechanical and electronic products design, including the design purpose, components choice, three-design and seismic design, the electromagnetic compatibility design and safety design and use and regular maintenance etc. The goal is to improve the quality of the mechanical and electronic products.

Keywords: mechanical and electrical products; Safety stability; design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言:随着科学技术的迅速发展,机电产品在国防、工业、农业、商业、科研和民用等方面的应用种类越来越多,而且都离不开电源技术和其它技术的应用。1.以实验楼电器设计为例

1.1配电线路

实验楼用电器一般有二类：一类为照明电器，一类为实验仪器。随着科技的发展，实验仪器也在不断进步，其中高、精、尖仪器比例不断增加，这类仪器对电能质量要求较高，如何才能满足不同电器的用电要求呢，供配电线路的设计相当重要，在设计过程中应注意以下几点：

（1）区分负载性质，采用分路供电及控制

实验楼供电母线一般采用埋地电缆进入，楼内负载较小时，可直接采用380V / 220V 低压母线供电；负载较大，则采用3000V~10000V 高压母线供电，再通过变压器变压后配电。实验楼内负载种类多，且各种负载对电源及接地要求各不相同，设计时应考虑分路供电。

（2）合理计算负载，保证三相负载平衡

三相负载不平衡，会造成中性线电位偏移，使单相电压出现较大偏差，其上用电器不能正常工作，这个问题也是电气设计过程中必须考虑的问题。在实验楼内，由于单相用电设备较多，设计时不注意，往往会造成三相的不平衡。因此，在设计时，先计算各种用电器额定功率PN及同时需要系数Kd，再根据下式计算实际功率Pf：Pf=ΣPN×Kd

Kd值根据用电器的使用的同时性、负荷效率及平均效率确定，一般在0.4~0.7 之间。根据Pf值来分配各相上的负荷，这样，可减少三相不平衡度。例如有一相用电器中包括日光灯100 盏，额定功率PN1为4000W，需要系数Kd1=0.5；单相电热箱5台，额定功率PN2为10000W，需要系数Kd2=0.7，平均功率因数COS=0.85，则其实际功率为：

Pf=PN1×Kd1+PN2×Kd2=4000×0.5+10000×0.7=9000W

实际电流I=48.1A

1.2 接地系统

在任何的电气设计中，接地系统都相当关键，因其不仅关系到供电系统的可靠性，也关系到用电的安全性。一个完善、科学的接地系统是保证实验楼内各类用电器正常运行及操作者安全的必须条件，尤其对于计算机、精密检测仪器等电子仪器，为保证其运行的准确性高，稳定性好，应有一个稳定的基准电位，并且避免相互之间的电磁干扰，这也由接地系统来保证。

（1）接地系统选择

我国目前对于220V/380V 供电系统，电源中性点接地方式一般采用直接接地型式，按保护接地型式不同可分为TN 系统与TT 系统，其中TN 系统又主要包括TN-C、TN-S 两种系统，下面分析这几种系统的特点：

1.2.1 TN-C 系统

又称三相四线制系统，见图1。该系统中的N 线与PE 线共线，统称PEN 线，设备的外露可导电部分与之相连，并作为单相用电设备工作接地。该系统对接地故障也较为敏感，又节约导线材料，在低压配电系统中应用较为广泛。但实验楼单相负荷较多，要达到三相的完全平衡不太可能，不平衡电流在PEN 线上叠加，会造成PEN 线接地电位的漂移，使设备外壳带电，并且，无一个稳定的电位基准点，精密电子设备不能准确可靠运行，因此，该系统不适合实验楼接地系统。

1.2.2 TN-S 系统

该系统N 线与PN 线分开，用电设备外露可导电部分与公共PE 线相连，见图2。其特点是：正常情况下，PE 线上无电流通过，不会对连接PE 线上的设备产生电磁干扰，并且，N 线断线也不会影响到PE 线上其它设备的防间接触电的安全，安全可靠性能高；另外，保证各接地线都从接地体一点引出，选择正确的接地电阻值，使电子设备共同获得一个等电位基准点，可满足精密电子设备工作的要求。当实验楼内设有独立变压器时可采用该系统，但存在消耗导线材料多，投入大的缺点。

1.2.3 TT 系统

中性线N 线接地与PE 线接地是分开的，该系统常用于实验楼供电来自公共电网的情况，如图3。其特点是：该系统在正常运行时，不管三相负荷平衡不平衡，在中性线N 带电情况下，PE 线都不会带电，各设备经各自的PE 线接地，相互间无电磁干扰。但当设备外壳未接地而发生设备漏电故障时，故障电流可能很小，不能导致漏电保护器动作，使设备外壳长时间带电，增加操作者的触电危险。因此，该系统应装设灵敏度高的触电保护器。正常运行时的TT 系统类似于TN-S 系统，也能取得合格的基准接地电位，适合用于数据处理及精密检测设备的供电。该系统在国外应用较多，但由于我国公共电网的电源质量不高，难以满足精密设备的要求，目前很少被采用。随着保护电器性能提高，该系统有望逐步推广。

图3 TT系统

如果在其应用中忽略了安全稳定性管理,机电产品的质量也不会得到保证。

2.元器件的选择对机电产品安全稳定性的影响

元器件的选择是机电产品可靠性的基础之一,很多机电产品的失效是由于元器件的性能和质量问题造成的。元器件的选用原则元器件的选用要遵循下述原则:

(1)根据产品要实现的功能要求和环境条件,选用相应种类、型号规格质量等级的元器件;

(2)根据元器件使用时的应力情况,确定元器件的极限值,按降额设计技术选用元器件;

(3)根据产品要求的可靠性等级,选用与其适应的并通过国家质量认证合格单位生产的元器件;

(4)尽量选用标准的、系列化的元器件,重要的关键件应选用军用级以上元器件;

(5)对非标准的元器件要进行严格的验证,使用时要经过批准;

(6)根据国家或本单位的元器件优选手册选用。

3.三防设计

任何机电产品都是在一定的环境下工作的,而潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度,引起漏电,从而导致故障。因此,必须采取防止或减少环境条件对机电产品安全稳定性影响的各种方法,以保证机电产品工作中的性能。

3.1防潮设计的原则

(1)采用吸湿性小的元器件和材料;

(2)采用喷涂、浸渍、灌封、憎水等处理;

(3)局部采用密封结构;

(4)改善整机使用环境,如采用空调、安装加热去湿装置。

3.2防霉设计防霉设计的原则

(1)采用抗霉材料,例如无机矿物质材料;

(2)采用防霉剂进行处理;

(3)控制环境条件来抑制霉菌生长,例如采用防潮、通风、降温等措施。

3.3防盐雾设计防盐雾设计的原则

(1)采用防潮和防腐能力强的材料;

(2)采用密封结构;

(3)岸上设备应当远离海岸。

4.电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此,对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作,又要注意电子设备本身不对周围其他设备产生电磁骚扰,影响其他设备正常运行。电磁兼容性控制计划应包括以下几个方面:

(1)落实电磁兼容性管理机构的职责、权限和实施计划;

(2)电磁兼容性的预测和分析;

(3)制定项目的电磁兼容性标准;

(4)进行项目的频谱管理;

(5)制定电源、结构、工艺、布局等电磁兼容性的要求;

(6)拟制电磁兼容性试验大纲。

5.机电产品使用与定期维护

正确使用与定期维护也是提高机电产品可靠性的重要内容。使用机电产品时，首先应当了解它的工作原理，其次应当严格遵循它的使用程序，最后应当对其进行定期维护，这样才能提高机电产品的可靠性。

5.1移动机电产品的电源是油机和蓄电池，它们的性能好坏是整个机电产品稳定工作的前提。为此，应当对油机和蓄电池正确使用与定期维护。

5.2电器是供电系统中的重要元器件。电器触头的烧蚀和绝缘性能的下降，往往导致重大事故。为此，应当对电器进行定期维护。

5.3活动连接件在振动场合下使用的机电产品，其活动连接件易松动，特别是导电的活动连接件松动时，会导致事故的发生。为此，应当对活动连接件进行定期维护。

5.4供电线缆是电能传递的路径，电能的主要参数是电流和电压。电流在供电线缆中流动时会发热，发热将导致供电线缆绝缘强度降低，严重的会引起供电线缆火灾。电压对供电线缆的绝缘形成应力，应用中的供电线缆绝缘性能在不断下降，一旦电压的应力超过绝缘的承受能力，会造成绝缘击穿而发生故障。应对位于金属走线槽口处的线缆应当增加保护套，以防长期磨损而可能发生对地短路的故障。

结束语：随着科学技术的迅猛发展,机电产品越来越广泛地应用于社会各个领域,其使用条件也越来越苛刻,对机电产品的安全稳定性要求越来越高。明确规范和细化机电产品安全稳定性设计其最终目的在于提高机电产品的质量,增加机电产品的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1] 刘介才. 工厂供电[M]. 北京：机械工业出版社,1996.

[2] 徐永根. 工业与民用配电设计手册[M]. 北京：水利电力出版社,1994.

[3] 章长东. 工业与民用电气安全[M]. 北京：中国电力出版社,1996.

[4] IBM 公司. IBM 计算机使用手册[M]. IBM 公司, 2000.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。