礦用大容量不間斷本質(zhì)安全電源的研究.pdf

1、本課題是山西省晉城煤業(yè)集團(tuán)科技攻關(guān)項目“高可靠井下UPS研制”(No:20080821-2)的重要組成部分，主要針對煤礦井下電網(wǎng)供電電能質(zhì)量差、供電不連續(xù)，直流電源容量小、工作不穩(wěn)定，經(jīng)常嚴(yán)重影響煤礦井下電氣設(shè)備的正常工作等問題提出的。目前監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)和通訊設(shè)備在高產(chǎn)高效礦井中應(yīng)用十分普遍，是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證。然而，傳統(tǒng)的礦用直流電源輸出功率小，穩(wěn)定性差，體積大且非常笨重，易受煤礦井下交流電網(wǎng)波動大、供電電能質(zhì)量差、非線

2、性和沖擊負(fù)載等的影響，且大部分沒有不間斷供電功能。因此研制一種大容量不間斷本質(zhì)安全電源具有重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。
　　根據(jù)任務(wù)書要求，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，本文設(shè)計了大容量不間斷本質(zhì)安全電源，由本質(zhì)安全開關(guān)電源和不間斷供電兩部分組成。本文深入分析了本安電源的工作原理，制定了控制策略和具體實施方法，搭建了實驗平臺，進(jìn)行了性能測試，主要研究內(nèi)容如下:
　　結(jié)合煤礦井下本安電源的實際工作環(huán)境，制定了課題的技術(shù)和性能指標(biāo)。在查閱

3、大量與課題相關(guān)文獻(xiàn)，深入了解國內(nèi)外動態(tài)的基礎(chǔ)上，確立了本安電源的整體設(shè)計方案。
　　研究了開關(guān)變換電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定了半橋逆變形式的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以TL494為核心制定了合理的PWM控制策略，實現(xiàn)了電壓和電流雙閉環(huán)控制，提出了以MAX4211為核心的雙重過流過壓本安保護(hù)方式。
　　針對本安電源的具體要求，結(jié)合PWM控制策略和本安保護(hù)方案，設(shè)計了本質(zhì)安全開關(guān)電源部分的硬件電路，包括輸入整流濾波電路，高頻逆變電路，控制電路，

4、輸出整流濾波電路，本安保護(hù)電路等，并進(jìn)行了仿真和實驗。仿真和實驗結(jié)果表明，電路設(shè)計合理，能達(dá)到性能指標(biāo)要求。
　　對應(yīng)所設(shè)計的硬件電路，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，利用AP法對高頻變壓器和濾波電感等磁性元件進(jìn)行了參數(shù)計算和設(shè)計，完成了整流橋、功率開關(guān)管、保護(hù)開關(guān)管和儲能元件的選型設(shè)計。所設(shè)計元器件能滿足硬件電路要求。
　　開發(fā)了以STM32F103VCT6為控制核心的不間斷供電硬件電路和軟件程序。硬件電路包括最小系統(tǒng)，電流檢測電路，

5、電壓檢測電路，采樣電路，通訊電路等。在RealView MDK開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計了不間斷供電部分的主程序，采樣程序，電壓調(diào)整程序，過充保護(hù)程序，過放保護(hù)程序。并對硬件和軟件進(jìn)行了實驗測試。測試結(jié)果表明，軟件程序編寫合理，硬件電路運行穩(wěn)定可靠。
　　搭建了試驗平臺，完成了本安電源的性能測試試驗，并在煤炭科學(xué)院太原分院進(jìn)行了火花實驗。試驗結(jié)果表明，本安電源設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，運行穩(wěn)定，達(dá)到了系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，同時證明所制定系統(tǒng)方案的可行性和