礦用大容量不間斷本質安全電源的研究.pdf

1、本課題是山西省晉城煤業(yè)集團科技攻關項目“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)常嚴重影響煤礦井下電氣設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)和通訊設備在高產高效礦井中應用十分普遍，是煤礦安全生產的重要保證。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、供電電能質量差、非線

2、性和沖擊負載等的影響，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安全電源具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。
　　根據(jù)任務書要求，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，本文設計了大容量不間斷本質安全電源，由本質安全開關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，進行了性能測試，主要研究內容如下:
　　結合煤礦井下本安電源的實際工作環(huán)境，制定了課題的技術和性能指標。在查閱

3、大量與課題相關文獻，深入了解國內外動態(tài)的基礎上，確立了本安電源的整體設計方案。
　　研究了開關變換電路的拓撲結構，確定了半橋逆變形式的主電路拓撲結構。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方式。
　　針對本安電源的具體要求，結合PWM控制策略和本安保護方案，設計了本質安全開關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，本安保護電路等，并進行了仿真和實驗。仿真和實驗結果表明，電路設計合理，能達到性能指標要求。
　　對應所設計的硬件電路，結合相應的技術指標，利用AP法對高頻變壓器和濾波電感等磁性元件進行了參數(shù)計算和設計，完成了整流橋、功率開關管、保護開關管和儲能元件的選型設計。所設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，設計了不間斷供電部分的主程序，采樣程序，電壓調整程序，過充保護程序，過放保護程序。并對硬件和軟件進行了實驗測試。測試結果表明，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，并在煤炭科學院太原分院進行了火花實驗。試驗結果表明，本安電源設計結構合理，運行穩(wěn)定，達到了系統(tǒng)性能指標的要求，同時證明所制定系統(tǒng)方案的可行性和