本質(zhì)安全型開關(guān)電源基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究.pdf

1、基于數(shù)字礦山和感知礦山的實(shí)際需要，以及礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，井下檢測(cè)監(jiān)控設(shè)備如本安型傳感器、本安控制器等的數(shù)量大大增加，加大了對(duì)大功率本安電源的需求。因此，論文對(duì)本安型開關(guān)電源的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上提出了提高本安電源功率的方法，對(duì)大功率本安電源的設(shè)計(jì)與研究具有重要理論意義及實(shí)用價(jià)值。
　　隨著對(duì)本安電路的研究深入，新的研究對(duì)象與內(nèi)容不斷出現(xiàn)，為理順其與原有系統(tǒng)的關(guān)系，融入原有系統(tǒng)的概念體系，論文針對(duì)本安防爆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系在

2、原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了重新整理，由此引出一次本安電源、二次本安電源、前端保護(hù)模式、后端保護(hù)模式以及火花放電的自然放電模式和截止放電模式等概念，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、特性、等方面進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明與探討。
　　建立了LC型和CL型復(fù)合電路自然放電模式時(shí)在開路與短路兩種狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，并研究了不同電氣參數(shù)下的火花能量及功率的變化規(guī)律，結(jié)合仿真得出：在振蕩及非振蕩情況下，增大電感量，火花電流、火花功率及火花能量都有所減小，并且延遲了火花電流達(dá)到峰值的時(shí)

3、間，有利于提高安全性能，且大電感非振蕩情況較振蕩情況更有利于安全性能。另外，還分析了EC電路的火花放電特性，研究電源電勢(shì)對(duì)火花放電的影響，并根據(jù)能量等效原則將其等效變換為一簡(jiǎn)單電容電路，便于應(yīng)用現(xiàn)有的火花點(diǎn)燃曲線進(jìn)行非爆炸性評(píng)價(jià)。
　　基于數(shù)理推導(dǎo)的方法建立了電容電路及CL復(fù)合電路火花放電數(shù)學(xué)模型，研究截止放電模式下本質(zhì)安全開關(guān)電路火花放電機(jī)理及規(guī)律，定量分析截止時(shí)間等電氣參數(shù)對(duì)本安電路安全性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)截止放電模式與自然放

4、電模式在火花放電規(guī)律方面有顯著的差異：對(duì)于電容電路，在自然放電模式下，火花能量最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)時(shí)火花放電能量與電容值的大小成正比；而在截止放電模式下，火花能量與電容值的大小近似成指數(shù)變化。隨電容量趨于無(wú)窮大，火花放電能量趨向于一個(gè)穩(wěn)態(tài)值。對(duì)于CL復(fù)合電路，在自然放電模式下，增加電感值，火花功率上升到最大值的時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)最大值減小，火花能量最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)時(shí)火花能量與電感量無(wú)關(guān)。而在截止放電模式下，增加電感值，火花功率最大值的時(shí)間不

5、變，但最大值減小，火花能量隨著電感值的增大而單調(diào)減小。最后采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式對(duì)本安特性分析研究的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。
　　通過(guò)分析影響火花放電能量的因素，提出了提高本安電源容量的方法，通過(guò)提高開關(guān)頻率、縮短截止時(shí)間、采用虛擬軟開關(guān)等方法提高本安電源功率。并將此方法應(yīng)用到實(shí)際本安電源設(shè)計(jì)中，現(xiàn)已通過(guò)中煤科工集團(tuán)上海研究院檢測(cè)中心的認(rèn)證。
　　設(shè)計(jì)了一款適用于大功率本安電源的截流自恢復(fù)保護(hù)電路結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，并選取反激式三電平拓?fù)溲兄?/p>