直流复杂电感电路本安性的瞬态分析

提出了直流复杂电路中电感支路电弧放电的抛物线模型，用“模拟电源法”对直流复杂电路的电感支路本质安全型进行瞬态分析。     

本质安全电路放电特性的研究

在介绍本质安全电路中简单电容电路火花放电和简单电感电路弧光放电特性的同时,从实际电路出发,分析了电容电感复合型电路放电特性,提出了电容电感复合型电路在火花点燃试验中特定时间段内放电能量大于简单电容电路和简单电感电路放电能量,希望给本质安全电路设计提供指导性建议。     

本质安全型电路的消火花电路分析

消除电感电路放电火花是研究本质安全电路的重要内容。通过对本质安全型电路的消火花电路分析,提出了保护方式和设计方法。结合实例分析不同消火花电路的特点,有助于优化保护电路,提高防爆产品的安全可靠性能。     

软火花电路的本安特性及优化分析

提出一种可以有效提高本质安全型开关电源输出功率的电路结构——软火花电路,即在开关电源等效容性电路模型的末端添加附加电感,利用电感可延缓电流变化的作用减小短路火花电压与火花电流的重叠面积(即火花功率),进而提高本安电源输出功率。为了探究软火花电路的本安特性,首先通过数学推导得到在振荡和非振荡两种状态下火花电流和火花功率的数学表达式,并利用Mathcad仿真软件分析两种状态下电容量和电感量对短路火花功率的影响,结果表明附加电感在非振荡状态范围内取值对提高本安电源输出功率具有良好的效果;然后分析附加电感对原电路电气性能的影响,结果表明附加电感的存在对原电路的启动性能和负载动态响应性能没有显著影响,在可接受范围内;接着采用粒子群算法对软火花电路在多约束条件下的功率进行最优化分析,得到火花功率最优参数值;最后通过实验验证了分析结果的正确性。     

本质安全Boost变换器的非爆炸内部本质安全判据

为了得到本质安全Boost变换器的非爆炸内部本质安全判据,提出了一种将Boost变换器的电感分断放电特性等效为简单电感电路的分析方法--等效电阻法.根据变换器电感分断火花试验在开关导通和关断时的等效电路,推导出输出电压变化的递推关系式.应用单一线性衰减模型和迭代法,得出电感分断放电的电弧持续时间和输出电压变化量,从能量等效的角度得出等效简单电感电路的等效电感电流.指出流过变换器的电感电流远小于所对应的引燃电流时,电感分断也会引燃爆炸性气体,并且其引燃能力与输出电容有关.得出了Boost变换器的非爆炸内部本质安全判据.实验结果验证了所提出的判断方法的可行性和理论分析的正确性.     

典型电感电路的等效电感值计算方法

通过对2种典型电感电路进行理论计算,得到电路的等效电感,通过电路的等效电感及国家标准中的参考曲线得到的最小点燃电流值,与通过试验得到的最小点燃电流进行对比,得出用计算电路等效电感的方法来对电路进行本安评定具有可操作性,从而对电路的本质安全性能进行无试验评价。     

矿用红外光学透雾摄像仪研究与应用

针对煤矿粉尘、水雾环境下图像噪声明显、纹理细节不突出、图像边缘锐化不明显等问题,研制一款矿用红外光学透雾摄像仪。利用红外透雾原理进行成像,根据煤矿井下对设备安全性的要求设计了本安保护电路,并设计光电保护电路以保证信号稳定传输。实验证明,该摄像仪能在复杂的矿井环境下增强图像质量,有效视距可提高2～3倍。     

本质安全电路电弧能量关系的研究

本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性,即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。本质安全电路电弧引燃能力直接取决于触点关断的方法和速度。研究了电感、电容、电阻电路触点关断的方法对点火能力的影响,建立了能量模型来描述电弧放电能量分布状况,提出了评估电弧点火能力参数—"有效点火能量"的概念。     

电感性电路本质安全性能判别式的研究

将最小建弧电压这一参数引入电感性本质安全电路,得到无未知参数的放电时间关系式,进而建立了电感电路本质安全性能的判别式。     

应用放电电流线性衰减模型评价电感性本质安全电路

电感性本质安全电路的放电电流线性衰减模型以放电时间为参数,该参数是电路参数的隐函数．通过分析电弧放电实际过程,引入最小建弧电压,放电时间不但可由电路参数直接表示出来,而且得出放电时间与电感和稳定电流的乘积成正比的结论．此外,进一步应用能量法建立了评价电感电路本质安全性能的判别式,对设计人员预估电路本安性能提供一定帮助．     

输出本质安全型Boost变换器的改进电路研究

本文提出一种基于输出本质安全要求的改进型Boost变换器。当其输出出现短路故障时,通过控制隔离开关的关断和主开关的导通,可彻底切断输入电源并旁路电感能量,阻止电源和电感能量传输到输出端。实验结果证明了分析的正确性和改进方案的可行性。     

Buck-Boost型本安超声驱动系统设计

针对常规超声设备非本质安全问题,提出了一种基于降压升压(Buck-Boost)变换器输出与多通道复用高压切换方法相融合的本质安全型超声驱动系统。首先通过计算驱动系统中储能元件的最小点燃能量来分析系统的本安性能,对Buck-Boost电路的元件参数进行了本安化研究,再设计出满足本安要求的供电单元、升压单元、切换单元和控制单元的电路结构,最后通过超声驱动平台实验验证驱动系统的实际效果,并与传统的中频变压器驱动系统进行对比。结果表明,在16~36 V驱动电压下两种系统驱动效果接近,采用灵敏超声探头检测两种驱动系统发射信号的绝对误差可控制在4 mV以内,由此判定Buck-Boost电路基本实现了超声驱动的本质安全要求,可对各类在危险环境下应用的超声波接收与发送设备提供参考。     

电力电子电路中的分岔、混沌及其应用研究

以Twin-T电路和基于忆阻器的混沌电路(Memristor based Chaotic Circuit-MCC)为辅助,主要分析了数字控制电力电子电路中的分岔和混沌现象,并将混沌应用到电力电子电路中,以达到性能优化的目的。通过在Twin-T电路中两个电容直接相连的连接点上接入发光二极管元件,设计了一个新Twin-T混沌电路。以控制信号强度为分岔参数绘制分岔图,结果显示系统随控制信号强度增加经周期递加分岔步入混沌振荡。利用忆阻器元件取代蔡氏电路非线性二极管,结合分岔图、功率谱、最大Lya-punov指数等数值分析工具研究了系统分岔路径和双涡卷奇异吸引子结构。考虑到Twin-T电路优良的选频特性,设计了一种基于Twin-T电路的陷波混沌控制器。此控制器包含了一个陷波滤波器和一个电压电流转换接口电路。理论分析和实验结果均表明此控制器可以快速有效地将系统混沌控制到周期轨道上。超混沌系统具有至少两个大于零的Lyapunov指数,系统动态规律也更为复杂。通过修改MCC,设计了一个新的四阶超混沌电路。采用奇异值分解方法计算系统的Lyapunv指数谱,结果显示系统在某些参数区间内具有两个Lyapunov指数的值大于零。目前对变换器电路中的分岔和混沌现象研究多集中在模拟控制方式下,对于数字控制方式产生的时间延迟和量化误差很少考虑。以一台数字控制同步Buck变换器(Synchronous Buck Converter-SBC)为研究对象,利用z域小信号模型分析了比例-积分补偿策略下系统的分岔行为。在此基础上,利用描述函数等效出量化误差在控制环路引入的动态增益,并估算出系统的极限环区间。开关磁阻调速系统(Switched Reluctance Drive-SRD)可以看作是包含运动部件的电力电子电路。由于其特殊的定转子双凸极结构,系统存在铁磁饱和、频繁换相等非线性特征。在假设相电感与相电流无关的基础上,对比了模拟和数字两种控制方式下SRD的分岔行为。考虑到线性模型精度不高的因素,设计了一个新的基于指数函数的磁链非线性模型,利用分岔图和功率谱分析工具研究了数字控制SRD非线性模型中的分岔和混沌行为。以MCC为测试对象,验证了相空间重构技术恢复系统原吸引子的有效性。采用互信息量和虚假邻点方法获取最佳重构时延和嵌入维数,同时结合G-P算法和小数据量方法计算了系统的分形维和最大Lyapunov指数。在此基础上,基于MATLAB的Simulink仿真环境构建了采用模糊控制策略的SRD系统,并计算其重构相空间的分形维和最大Lyapunov指数。计算结果表明模糊控制SRD系统存在较大范围的混沌区间。混沌信号的一些特殊性质可以采取措施加以利用。以MCC电压信号作信号源,实现了SBC的混沌扩频。基于模糊控制SRD存在较大范围混沌区间这一研究结论,提出一种基于反馈转差变换率序列的SRD系统混沌扩频策略,仿真和实验结果均证实此扩频策略可以有效降低系统在开关频率及次谐波点的功率谱尖峰幅值。同时,分析数字控制SRD变换器不同单相故障下滤波电容电压频率谱,结合细节电压信号的混沌特征不变量,实现了变换器单相故障的识别。     

鹤矿热电厂电网发生谐振的原因及预防

铁磁谐振是中性点非有效接地系统经常发生的一种不正常运行现象,如果不加以治理任其发展,可能引发熔断器熔断、电压互感器烧毁、绝缘击穿、母线闪络等严重后果。文章就鹤岗矿业集团热电厂35kV供电系统的一次铁磁谐振,结合热电厂35kV供电系统结构、运行方式、事故处理程序以及谐振期间发生的现象,通过理论分析找出了发生此次铁磁谐振的原因,并提出了改进措施和运行管理的注意事项。     

矿用多路输出本安电流间接采集方法研究

针对矿用多路输出本安电源电流直接采集方法硬件复杂和可靠性低的问题,提出一种本安电流间接采集方法。通过对比分析两种本安电流采集方法的结构框图,得出本安电流间接采集方法具有电路简单、可靠性高的特点。介绍了本安电流间接采集方法的硬件电路和基于分片线性插值的软件计算方法和程序流程图,结果表明本安电流间接采集方法误差较小,能满足煤矿现场使用需求。     

本安电源降低火花能量的几个措施

为了降低本安电源火花能量,提出了几项降低火花能量的措施。当发生过流保护时,可以将DC-DC或AC-DC模块尽快关掉,并且在主回路过流保护的设计中应避免开关管工作在深度饱和状态,以及将主回路开关管的控制电路设计成以导通代替关断,另外,还可以对电路板合理布线来改善火花能量。     

Design of intrinsically safe power supply

Aiming to make a high power direct current supply safely used in coal mine production, this paper made a deep research on characteristics of intrinsically safe power supply, using the mathematical model established according to coal mine intrinsic safety standards. It provides theory support for the application of high power intrinsically safe power supply. The released energy of output short circuit of switch power supply, and the close related factors that influence the biggest output short-circuit spark discharge energy are the theoretical basis of the power supply. It is shown how to make a high power intrinsically safe power supply using the calculated values in the mathematical model, and take values from intrinsically safe requirements parameters scope, then this theoretical calculation value can be developed as the ultimate basis for research of the power supply. It gets the identification method of intrinsically safe from mathematics model of intrinsically safe power supply characteristics study, which solves the problem of theory and application of designing different power intrinsically safe power supply, and designs a kind of high power intrinsically safe power supply through this method.     

本质安全电路技术综述

简要回顾本安理论及相关标准的发展历史;介绍从不同角度提出的非爆炸性本安判定理论;探讨本安电源实现保护电路和提高功率的方法;在阐明电流变化率对本安性能产生的影响后,提出与此相适应的新评价方法和新火花试验装置需要进一步研究;给出不同类型的本安现场总线结构,总结现有本安现场总线系统冗余电源的结构;最后,展望本安理论与技术相关的研究热点和研究方向。