工学矿用隔爆兼本安电源设计Word格式.docx
- 文档编号:14742544
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:250.46KB
工学矿用隔爆兼本安电源设计Word格式.docx
《工学矿用隔爆兼本安电源设计Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工学矿用隔爆兼本安电源设计Word格式.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
煤炭;
瓦斯;
本安
Abstract
Electricpoweristhemaindrivingforceofmoderncoalmining,istoensurethattheprerequisiteofproduction.Minepowersupplyrequirementstoensurereliablepowersupplyinterruption,theminewillnotonlyaffectthecoalproductionyield,butalsocausestheminedrainagesystemtostopworking,andtheundergroundpowertostopthewind,cancausegasaccumulation,resultingindamagetotheequipment,productiontoastandstill,endangerpersonalsafetyunderthewell,theseriousconsequences.Withthedevelopmentofcoalminemanagementmodernizationtoimprove,intrinsicallysafeelectricalequipmentinundergroundsurveillance,communications,signals,instrumentsandautomationsystembecomesmorewidely.Intrinsicallysafepowerasanindispensablepartofintrinsicallysafesystem,itsadvancedtechnologyandproductqualityhasdecidedtheintrinsicallysafeequipmentreliability,whichdirectlyaffectstheaccuracyofdataacquisitionmonitoringsystem,reliability,stability.Therefore,intrinsicallysafepowersupplyquality,developingleveloftechnologyhasbeenpaidmoreandmoreattention.
Keywordselectricpower;
coal;
wase;
intrinsicsafety
第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1课题研究的背景
煤炭是我国国民发展生产必不可少的重要能源之一,我国的煤炭生产和消费位居世界首列,在我国的一次性能源生产和消费结构中煤炭占的比例约六成左右。
在开发出新能源之前,煤炭仍然是用于生产的主要能源。
然而生产煤炭的环境十分恶劣,有大量的甲烷等易燃易爆气体及粉尘等其他易爆物质存在,稍有不慎即会引发火灾、爆炸等惨剧。
由于我国煤炭产量的日益增多以及现代科技的迅猛发展,机械设计制造及其自动化程度不断改善,新型的高集成度智能化电气设备被应用到易燃易爆的场合中,不合理的使用电气设备或者线路自身老化都是容易引起短路并产生火花,引燃或者是引爆可燃气体混合物,严重影响生产生活并有可能造成重大损失。
2009年11月21日黑龙江省的新兴煤矿发生了一起特大的瓦斯爆炸事故,事故造成108人遇难,多人重伤;
2010年12月7日,河南义马煤业集团巨源煤业公司发生瓦斯爆炸事故,共造成26人遇难。
2012年3月22日,辽宁省辽阳市灯塔市大黄二矿发生了一起重大的瓦斯爆炸事故,造成5人死亡、1人受伤。
在一次又一次的重大事故面前,生命是如此的苍白无力。
因此,在得益于煤炭工业取得成就的同时,煤矿生产中的安全问题也应该引起我们的重视。
为了安全生产业为了人民群众生命财产的安全,对于在易燃易爆环境中使用的所有电气设备必须要满足防爆要求的相关等级,作为井下供电必须使用的电源的防爆技术就显得至关重要了。
1.1.2课题研究的意义
现代科技的迅速进步,直流稳压电源的控制元器件已经集成化,元件成本下降,为设计、生产出高效率的开关电源奠定了基础。
与线性稳压电源相比较,开关稳压电源所具备的优势可以归纳如下:
其一,开关电源的体积相对小,重量比较轻,效率也高;
线性稳压电源的调整管多工作在线性放大区,效率较低,发热量大和损耗大是不可避免的,除此之外它要使用工频变压器这就导致它的体积和质量变大。
开关稳压电源的开关管工作在高频开关状态,故损耗小,效率高,无需组装大的散热器件;
开关电源采用高频变压器代替工频变压器,从而降低了电源的体积和重量。
其二,输出过电压的危险性小;
对于线性电源来说,电路中串联的有调整管,这会使得电压下降很多,一旦它因击穿而遭到损坏时,很可能会使得输出电压上升,损坏负载;
线性电源中含有高频变压器,当开关管损坏,主回路将会停止工作,就没有电压输出,这对过电压比较敏感的负载是有利的。
其三,开关稳压电源在电网波动比较大的场合同样有很强的适应能力;
如果线性稳压电源输入电压和输出电压之差增大,那么调整管的功耗和温升也随之增加,所以线性电源不适合使用在电压波动大的场合。
一般的状态时,当供电电网的波动在-20%~+15%之间时,开关稳压电源都是可以安然无恙工作的,且内部的功耗和温升几乎不会有较大变动。
综合上文可知,线性电源和开关稳压电源都有着诸多优缺点,通过分析煤矿井下对电源的要求,如果开关电源运用于煤矿井下会比较合适;
但是根据目前的研究成果来看,开关电源多是应用于地面,它不能直接用于矿井下易燃易爆这样恶劣的工作环境。
这是由于普通的开关电源输出端有大的电容和电感等储能元器件,不能够满足本安电气所要求的防爆技术等级。
1.2本安电路理论及本安电源的发展概况
1.2.1国内外本质安全理论的发展
十九世纪八十年代亚工业大学针对瓦斯爆炸做了相关的研究和试验,并在十九世纪末期的后续试验过程中最终得出“任何电火花都是可以引起爆炸”的结论,这个结论意义深远。
1916年桑顿在参与研制了火花试验装置之后,提出设计本质安全电路的方法及相关理论,这是本质安全理论正式创立的标志。
较早时使用的本质安全电源是蓄电池组,它由多个湿式勒兰社电池串联而组成的,通过串联一个大电阻来限制短路电流,将蓄电池组合电阻封装成一个整体结构。
用蓄电池作为信号电源经常会出现故障,而且需要人工维护,这非常不便,所以人们开始使用交流电来试制电源。
二十世纪七十年代中后期,国外一些技术专家应用脉冲变压器来设计本安电源,这就是本安型开关电源的雏形。
Bock-horst等研究者于1981年成功的申请了一种可以控制的本质安全型电源专利。
到2003年,美国的科学家又成功的开发了一款能够在多数环境下使用的本安型开关电源,这一发明获得了专利,有着历史性的意义。
上个世纪六十年代初,我国开始了对本安直流稳压电源进行研究,此时的研究对象是为矿灯供电的本安型蓄电池。
随后我国又相继研究出了大容量的本质安全型的稳压电源,并开始应用于石油、煤矿等领域。
九十年代所设计的本安型开关电源,为增加其本质安全性能,在电源的输出端增加了多重保护电路,这一想法被证实是完全正确的。
我国科学家对几种常用的开关变换器分别做本安特性试验,最终提出来电感、电容最优化设计方法和判断变换器本质安全的方法,对于深入研究本安电源有着重大的理论意义。
国内外对本安型开关电源的研究成果可以归纳为:
其一,先前对的本安开关电源的研究停留在对输出的要求上,现在的研究则兼顾输出和内部的本安安全,这是一种极大的进步;
其二,先前的开关电源附加的有保护电路,这样一来可以有效的增加其本安特性,但是现在的设计理念是着手改变电路内部的设计参数;
其三,以往用以保证电路本安特性是从能量释放和分流方面来考虑的,现在则是设法减小电路产生的能量。
我国对本质安全理论的研究与国外相比较来说相对滞后,尽管如此,我国的科学家经过不懈的努力,加强对理论知识的探索学习,对于本安电源的设计研发取得了良好的成绩。
进入六十年代我国自行研发设计的煤矿用本案设备已经投入到实际应用当中,尤其是近期我国在本安理论方面的研究有着很大的进步,已于国际水平接轨。
随后我国的科技人员又对电容性电路以及更加复杂电路的引燃特性与放电特性进行了细致的理论研究和分析,并健全的相应的数学参考模型,为后续的研究提供了极大的便利。
我国生产的本安电源等相关产品与发达国家的同类产品相比可能会有些差异,但是通过我国科学家的不断努力,相信在不久的将来我们的产品也会站在世界的前端。
目前国内生产的隔爆兼本质安全电源产品种类繁多,如DXJ-24矿用隔爆兼本安电源箱、MCDX-隔爆兼本质安全型不间断电源箱、TK220矿用隔爆兼本安电源箱、KDW17矿用隔爆兼本质安全型电源箱等。
这些电源箱体的输出功率不大,不能够完全满足煤矿生产,还有许多地方需要进一步的优化改进才能够投入使用,这也是本科题研究的意义所在。
1.2.2本安防爆电源的发展现状
美国人发明了自激振荡推挽式晶体管单变压器直流变换器,这一发明敲开了高频转换控制电路的大门,随后美国的科研人员建议去除开关电源的工频变压器。
1976年美国的硅通公司率先推出了脉宽调制控制芯片,这种芯片有效的减小了体积提升了开关电源的工作可靠性,有着跨时代的意义。
国内对开关稳压电源研制始于六十年代,随后成功的研制出无工频的降压变压器开关稳压电源。
八十年代中期开始推广和应用自主研发的电源产品。
AC/DC功率变换技术也在上个世纪经历了长时间的发展和应用。
在发展和应用硬开关技术的同时,为减小开关损耗,提高电源效率和开关频率,国内外的科学研究工作者深入研究高频软开关技术原理。
当电压或电流自然过零时,关断或导通开关管,以降低功率开关元件器件的功耗,使得开关频率提高到MHz的数量级别。
全谐振动变换器最早出现在七十年代,我们称为谐振变换器。
这种变换器通常采取频率调制的方式,对负载变化很灵敏。
八十年代中期出现了多谐振变换器的准谐振变换器。
它们也是采用频率调制的控制方法,但是它们的谐振元件只能参与与能量变换的某一个阶段中,而非全过程中。
在八十年代末期出现的零开关PWM变换器所采取的都是PWM控制,谐振元件的谐振工作时间一般为开关周期的五分之一左右。
第2章方案选择
2.1本安防爆系统结构及特点
通常所见文献中涉及本安防爆系统的结构时,均给出如图2-1所示的结构框图,这是一种常见的本安防爆系统结构的基本配置,但目前尚未有结构研究工作的开展。
此外,实际应用的系统结构也非图2-1能完全概括。
本安防爆系统归纳划分成4种结构。
不同的系统结构具有不同的特点,导致其适用范围也有所不同。
图2-1本案防爆系统结构
1)第1种结构如图2-1所示。
该结构中供电系统可以是交流,也可以是直流;
关联设备一般采用安全栅实现,其作用是无论系统处于正
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工学 矿用隔爆兼 电源 设计