基于故障电流变化率的大功率本安电源设计

针对现有本安电源存在的输出功率小、保护效果差、动态响应速度慢等问题,设计了一种基于故障电流变化率的大功率本安电源。将本安电源等效为电势电容(EC)电路,分析了EC电路短路故障特性:短路初始阶段火花放电电流迅速上升,电流变化率会发生突变。通过检测短路故障后电路中故障电流变化率的值,可以提前预知故障状态,在故障电流达到传统电流保护方法所设置的保护阈值之前便触发保护功能,并在短路故障的初始阶段切断输出回路,提高本安电源的输出功率。大功率本安电源包括开关电源和本安保护电路2个部分:开关电源采用反激变换结构,其控制电路以UC3842为核心,反馈电路以光耦与三端稳压器TL431为核心;本安保护电路基于故障电流变化率来限制火花放电的能量,主要包括故障检测电路、比较电路、自恢复电路、软启动电路、驱动电路。本安电源样机性能测试结果表明,交流输入电压在90~265 V波动时,本安电源功率因数不小于0.96,输出直流电压纹波在20 mV以内,电源效率在85%以上。短路实验结果表明,本安电源在发生短路故障后的瞬态输出能量为65μJ,满足设计要求。     

多重保护本安电源测试装置

针对现有本安电源测试方法存在操作不便、流程复杂、准确率低等问题,设计了一种多重保护本安电源测试装置。该装置由自适应电压模块、自适应电流模块、控制模块等核心部件组成,具有测试12、18、24V电源等多种本安电源及本安电源模块的功能。测试本安电压时,自适应电压模块向被测本安电源加载额定电压值的输入电源,被测本安电源输出端空载,控制模块控制自适应电压模块的输出电压值,并监控本级本安保护电路的输出电压值是否正常,从而实现本级本安电压的测试;测试本安电流时,自适应电压模块向被测本安电源加载额定电压值的输入电源,自适应电流模块加载于被测本安电源输出端,控制模块控制自适应电流模块的负载电流值,并监控本级保护电路的输出电压值是否正常,从而实现本级本安电流的测试;控制模块可控制多重保护电路测试之间的切换。测试结果表明,该装置能自动识别不同电压等级的本安电源,自动加载不同电源负载,可自动预警及准确分析本安电源的性能状态,实现了本安电源测试的自动化及智能化。     

自制电子负载仪

电子负载仪是电源制作,电池性能测试必不可少的一种仪器;顾名思义电子负载仪是由电子器件组成模拟负载用来检测各类电源带负荷特性和化学电源输出性能的仪器。在恒电流测试时加以同步计时,就可精确测出电池容量值。《自制电子负载仪》设计了一款用LM324运放为主控器件的电子负载仪,整个仪器由电子开关、斜波发生、电流检测放大、比较调节、PWM驱动单元组成。该仪器可对12V~48V电源和电池进行放电性能测试,最大电流20A,操作非常方便。     

一种矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计

提出了一种基于BUCK开关电源控制芯片LM22671的矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计方案,详细介绍了该电路中输入抗浪涌与本安化处理部分、软启动电路、本安型BUCK开关电源的硬件设计及工作原理,给出了电路中关键元器件参数的优化方法及实验数据。当BUCK开关电源的电感值不小于47μH时,开关频率保持在500kHz且不会出现频率交叉,纹波电压基本保持在10mV且不会突然增大,开关电源关键负载点的测试效率均不低于80%,电源电路的最大短路电流、最大容性负载、最大感性负载均符合GB3836.4—2010的本安要求。该电源电路已通过火花试验和I级抗浪涌试验,证实该电路具有较高的可靠性。     

电势电容电路短路火花放电影响因素分析

现有针对容性电路电火花放电和大功率本安电源研究的模型和方法大多只考虑了储能元件在放电过程中的放电特性,没有考虑电源电势对容性电路放电特性的影响;在分析容性电路放电特性时都是在空载情况下进行的,没有考虑实际应用中带载的情况。针对上述问题,在分析容性电路短路火花放电特性的基础上,将本安电源等效为电势电容(EC)电路,引入电源电势与外部负载,建立其火花放电等效数学模型,推导在电路发生故障时火花放电电流、放电电压和放电功率的数学表达式,并结合数学模型和Matlab进行了仿真研究,分析了电源电势、滤波电容、短路回路电阻及短路前负载电流对短路故障时火花放电电流、放电电压及放电功率的影响。理论分析和仿真结果表明,EC电路短路时火花放电电流与火花放电功率在起始阶段迅速上升到最大值,后缓慢下降,火花放电电压迅速下降到最小值;EC电路短路时,不改变其他电路参数,随着电源电势增大,火花放电电流明显增大,火花放电功率也明显增大,对电路本质安全性能威胁较大;随着滤波电容增大,火花放电电流尖峰增大,火花放电功率增大,需要考虑输出电压纹波与本质安全性能,合理选择滤波电容的容值;随着短路时的回路电阻增大,火花放电电流明显减小,火花放电功率也明显减小,能够有效提升电路本质安全性能;随着短路前负载电流增大,火花放电电流与火花放电功率有所增大,但增大不明显,对电路的本质安全性能影响不大。     

复合型本安电路放电特性影响因素分析

现有针对复合型本安电路放电特性的研究或缺少数学分析,或对放电特性影响因素考虑不全面。针对上述问题,分析了复合型本安电路放电原理,推导出复合型本安电路在非振荡状态下的放电电流、功率及能量数学模型,采用Matlab软件对电源电压、电感、电容、电阻等参数对复合型本安电路放电特性的影响进行了仿真研究。结果表明:随着电源电压增大,放电电流和功率稳定值增大,同一时刻的放电能量增大;随着电感增大,对电流的阻碍作用增大,放电功率和能量均逐渐减小;在初始阶段,放电电流、功率和能量不随电容变化而变化,之后均随电容增大而逐渐增大;电阻R越小,对放电电流、功率及能量的影响越大;放电电流、功率及能量均随电阻R1增大而减小。     

一种新型矿用本安电源保护电路的设计

在分析传统矿用本安电源保护电路优缺点的基础上,提出了一种采用LM339比较器和MAX4080SASA电流检测芯片的新型矿用本安电源保护电路设计方案,并详细分析了该设计方案的原理和特点,为矿用本安电源的设计提供了一种高质量的解决方案。     

一种本安防爆型手持式无线数据终端的设计与实现

为满足手持式终端在易燃易爆等特殊场所使用的需求,本文给出基于ARM处理器的本安防爆型手持式无线终端的硬件设计方案,介绍了基于uC/OS-II操作系统的软件设计方案,并对系统通信协议以及电源节能方面进行了阐述。     

D-STATCOM用于负荷补偿电流检测方法研究

本文提出一种改进的基于电源电压矢量的补偿电流检测方法,该方法在电网电压不平衡条件下能实现负载电流中的无功、谐波和负序分量的综合检测,仿真研究表明检测效果有明显改善。证明了本文所提检测方法的正确性和有效性。     

一种简化DFT的滑窗迭代算法在电力谐波检测中的应用

文章介绍了一种在有源滤波控制器应用中基于简化离散傅立叶变换的谐波电流检测技术的设计和应用。为检测由非线性负载产生的谐波电流成分,运算过程中应用了滑窗迭代算法,它能有效地提高系统的实时性、目标跟随特性和抗干扰性,并且具有计算量小、容易工程实现的特点。该算法的有效性通过实验和仿真结果得到了证明。     

煤矿井下本质安全电气系统设计及技术发展

我国目前还没有针对煤矿井下本质安全电气系统的标准,新版IEC 60079-25对I类本质安全系统的技术规定也很不完善。文章给出了本质安全电气系统的概念,分析了煤矿井下爆炸性环境的特殊性;针对整体或部分用于煤矿井下爆炸性环境中时需达到I类EPL Ma级或EPL Mb级保护水平、防爆类型为本质安全型"i"的本质安全电气系统,论述了系统结构设计和防爆参数评定的关键要素,并提出了实用方法;提出了系统设备故障分析和系统互连电缆故障分析方法;最后分析了国内外本质安全技术的现状及发展。     

基于TD-SCDMA的煤矿智能电力故障检测与分析系统

针对煤矿井下供电设备故障给煤矿安全生产带来很大隐患的问题,提出了一种基于TD-SCDMA技术的煤矿智能电力故障检测与分析系统。该系统通过供电检测采集系统实时采集各段母线电压、各分支电流、功率、断路器状态以及故障信息,然后通过TD-SCDMA/工业以太网络支撑系统将煤矿供配电系统各设备运行状态、运行参数、故障信息传输到智能电力故障分析系统,完成煤矿供配电系统的信息加工、分析和故障诊断与处理。应用结果表明,该系统提高了供电可靠性,为煤矿的安全生产提供了保障。     

矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源的设计

基于本质安全型电源的原理及特点,提出了一种矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源的设计方案,详细介绍了该电源主要电路的设计。该电源采用LM317可调稳压芯片实现稳压功能,具有使用方便、电路简单、变换效率高、成本低等优点。测试结果表明,该电源达到了本安标准,满足了安全型电气设备的需求。     

煤矿电气安全关键技术研究

分析了2005—2009年全国重特大瓦斯爆炸事故的火源,得出了由电气火源引爆瓦斯事故最多且达48.1%的结论,并分析了矿用电气设备的安全性能,提出了矿用电气设备的使用场所及安全要求:(1)煤矿监控、通信、控制、信号等弱电系统和设备应优选本质安全型电气设备,设备之间传输的信号必须是本质安全型信号;(2)大功率电气设备应优选隔爆型电气设备,隔爆型电气设备宜将接线腔与主腔分腔布置;(3)当瓦斯浓度达到爆炸浓度时严禁开关特殊型矿灯;(4)低瓦斯矿井井底车场等非爆炸性环境宜选用矿用防爆型电气设备;(5)煤与瓦斯突出矿井严禁使用架线电机车和矿用一般型电气设备;(6)井下电气设备的欠压保护和失压保护应有延时措施,减少局部通风机停电次数;(7)井下排水设备宜选用大功率潜水泵;(8)开关等电气设备应设置在全风压进风处,若不能满足,必须设置甲烷传感器,并具备甲烷超限断电闭锁功能。文章对提高煤矿电气安全性、避免或减少瓦斯爆炸和淹井等事故发生具有指导作用。     

矿用5G频段选择及天线优化设置研究

矿井无线通信和矿用5G移动通信技术是煤矿智能化关键技术之一。为提高煤矿井下无线传输距离、绕射能力及无线通信系统的稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量,研究了矿用5G工作频段和基站天线位置对无线传输损耗和传输距离的影响。主要结论如下:①煤矿井下无线发射功率受本质安全防爆限制,接收灵敏度受电磁噪声限制,天线增益受本质安全防爆和巷道空间限制。在煤矿井下无线发射功率、接收灵敏度、天线增益受限的情况下,应通过优选无线工作频段和优化天线设置位置,提高矿井无线传输距离和绕射能力,提高系统稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量。②矿用5G工作频段应优选700 MHz。煤矿井下700 MHz频段与现有5G其他工作频段2.6,3.5,4.9 GHz相比,具有无线传输损耗小、无线传输距离远、绕射能力强、基站用量少、组网成本低和维护工作量小等优点。③提出的传输损耗/位置变化率分析方法便于分析巷道横向不同区域位置变化引起的无线传输损耗变化情况。④无线基站天线应靠近巷帮设置,距巷帮不小于0.01 m,垂向位于巷道高度约2/5处。这样既不影响行人和行车、便于安装维护,也可以满足无线传输损耗较小、无线传输距离较远的要求。⑤矿用手机、人员定位卡、便携式无线甲烷检测报警仪、多功能无线矿灯、便携式无线摄像机、便携式无线仪器设备、可穿戴无线设备、车辆定位卡、车载无线设备、无线摄像机、无线传感器、物联网设备等无线终端,在不影响使用的条件下应尽量靠近巷道中心,以提高无线传输距离。     

基于两相同步升压技术的本质安全电源设计

针对基于单相同步升压技术的本质安全电源存在输出纹波较大的问题,提出了一种基于两相同步升压技术、输出端加上滤波电感及电容的本质安全电源的设计方案;以最小点燃曲线为基础,分析了该电源的本质安全性能,并对其电路参数进行了优化设计。火花试验验证了该电源设计的可行性。     

DXH-13.2/5便携式本质安全型电源

根据神华集团神东矿区的需求,设计了DXH-13.2/5便携式本质安全型电源,详细介绍了该电源的技术指标、结构组成及选型设计。实际应用表明,该电源可为煤矿井下便携式无源仪器仪表提供5 V本安电源,具有容量大、体积小、安全性高等特点。     

煤矿井下Android可视语音通信终端设计

提出了一种基于低功耗ARM Cortex-A8内核的煤矿井下可视语音通信终端设计方案,详细讨论了可视语音通信终端的功能、硬件组成和软件模块。该方案在Android嵌入式操作系统平台上,结合SIP协议和语音视频编解码器实现井下终端的可视语音通信功能。测试结果表明,可视语音通信终端整机功耗可控制在20W以内,能够实现本质安全设计;终端进行语音对讲时CPU负荷很轻,处理视频压缩和显示时,CPU平均使用率能够保持在50%以下,性能满足可视对讲需求。     

现场总线本安型防爆系统在煤矿自动化系统中应用的可行性分析

介绍了现场总线本安型防爆系统在石化领域及煤炭生产自动化系统中的应用现状,提出了现场总线本安型防爆系统在我国煤炭生产自动化系统应用中存在的问题,指出现场总线本安型防爆系统应用于我国煤炭生产自动化和通信系统中是可行的,但需制定适合我国煤炭生产的现场总线协议标准,认证方式应由系统认证方式转变成参量认证方式。