矿用本质安全型开关电源研究

蔡 辉

(西山煤电 安全管理部，山西 太原 030053)

0 引言

矿用本质安全型开关电源是一种专门为矿业生产环境设计的开关电源。它具有高效、安全、可靠等特点,可以确保矿业生产过程中电力系统的正常运行。矿业生产环境中的安全与效率是极其重要的,因此需要一种可靠的开关电源来保证电力系统的正常运行。矿用本质安全型开关电源具有很高的安全性,能够预防可能对工人造成的危害,同时保证电力系统的有效运转,从而促进矿业生产的高效、安全和可持续。随着矿业生产技术的不断发展,矿用本质安全型开关电源技术得到了进一步的提升。相较于过去,现代矿用本质安全型开关电源更加紧凑、轻便,同时具有更高的效率和更长的使用寿命。随着科技的进步,矿用本质安全型开关电源也开始采用更加先进的控制系统,如数字控制、智能监测等,以保证电力系统的安全和效率[1-5]。

1 矿用本质安全开关电源

矿用本质安全开关电源防爆等级为Exd[ib]I,适用于煤矿井下含有爆炸性气体和粉尘的环境。它拥有一级过流保护和二级过流保护,以及一级过压保护,输入电压为127 V AC,输出为两路5 V DC,每路额定工作电流为600 mA,额定工作电压为5 V,最大输出电流不超过800 mA,最大输出电压不超过5.8 V。其源效应和负载效应均小于5%,输出电压的纹波值小于250 mV。电源壳体具有隔爆功能。该电源包括交流输入电路、一级过流保护电路、二级过流保护电路、过压保护电路和直流输出电路,矿用本质安全开关电源结构框图见图1。交流输入电路将127 V交流电压转换为12 V直流电压。一级过流保护电路和二级过流保护电路用于防止电源的输出电流过大(当电源的输出电流超过800 mA时,电源将进入保护状态)。过压保护电路用于防止电源的输出电压过大(当电源的输出电压超过5.8 V时,电源将进入过压保护状态)。直流输出电路主要用于确保电源的输出稳定为5 V电压。

图1 矿用本质安全开关电源的结构框图

2 硬件原理

矿用本质安全开关电源的硬件原理如图2所示,127 V的交流输入电压通过FLPA31-2A电源滤波器进行滤波,得到纯净的电压。电压分两路依次通过保险管和压敏电阻进行过流和输入过压保护,然后进入LH15-10B12电源稳压模块,电源稳压模块将127 V交流输入电压转换为12 V直流电压输出。12 V直流电压通过电容进一步滤波后送入LM317集成模块,LM317集成模块输出10 V直流电压,然后经过3 W的限流电阻和两个场效应管Q5和Q6得到5 V输出电压。

图2 硬件原理图

过压保护电路如图3所示。在图3中,如果电源输出电压超过了5.8 V,稳压二极管D9和D10将被反向击穿,从而导通晶闸管SCR3和SCR4。SCR3和SCR4的导通将使电流迅速增加,并且会在很短的时间内将输出电压拉低到0 V附近,以实现过压保护。由于SCR3和SCR4的压降很小,所以它们可以承受很大的电流,因此过压保护能够有效地工作。

图3 过压保护电路原理

3 矿用本质安全电源的技术措施

3.1 电气隔离

本质安全开关电源在设计和制造过程中都要采取电气隔离的措施,以保证在危险环境下具有足够的安全性。常见的电气隔离措施包括:①两次绝缘:在电源内部和外部分别安装两层绝缘保护,防止漏电的产生;②全封闭:整个电源采用密封式设计,防止灰尘、液体等物质侵入;③设备隔离:煤矿中的电气设备和其他的危险物品应当通过隔离装置相隔开,以保证互不干扰;④接地保护:开关电源的接地线应当接在煤矿内的接地系统中,以确保安全。这些措施都是为了确保本质安全开关电源在危险环境下的安全性,避免造成火灾、爆炸等事故。

3.2 抗波动性

煤矿电网的供电质量可能不稳定,波动范围较大,超过地面电网的±10%。井下的动力设备功率大,有些需要直接启动,容易引发电压波动。为了保证设备能够稳定工作,煤矿井下的本质安全开关电源需要具有良好的抗波动能力。为了适用于不同电压等级,本质安全开关电源需要具有强的适应性。

3.3 限制功率输出

本质安全开关电源通过一系列措施来限制输出功率。这些措施包括:

(1) 限流措施:通过设置电流限制器,限制电源的最大输出电流。

(2) 限压措施:通过设置电压限制器,限制电源的最大输出电压。

(3) 热保护措施:通过设置温度传感器和自动断电装置,在电源发生过热时自动断电。

(4) 超负载保护措施:通过设置超负载保护器,在电源超负载时自动断电。

通过这些措施,本质安全开关电源确保了在紧急情况下的安全性,并保证了电源的可靠性和稳定性。因此,本质安全开关电源是煤矿等危险环境中的理想选择。

4 使用和维护要点

(1) 安装:在安装煤矿本质安全电源开关时,应遵循严格的安装规范,以确保安全隔离和限制的准确性。

(2) 使用:应遵循本质安全电源开关的使用说明书,并严格遵守操作规程。此外,在使用本质安全电源开关时,应严格控制电源电压,以防止对系统造成危害。

(3) 维护:应定期对本质安全电源开关进行维护,以确保其安全性和可靠性。此外,应定期检查电源电压,以确保其在规定范围内。

(4) 更换:如果发现本质安全电源开关存在故障或损坏,应立即更换。在更换本质安全电源开关时,应遵循严格的安全操作规程,以避免对工作人员造成危害。

通过遵循以上要点,可以确保矿用本质安全电源开关的安全性和可靠性,从而保障工作人员的生命安全和财产安全。除此之外,应定期培训工作人员,以确保他们能熟练掌握使用和维护本质安全电源开关的知识和技能。如果发现本质安全电源开关出现故障或异常,应立即寻求专业人员的帮助,以确保安全。

5 矿用本质安全电源的发展

未来矿用本质安全电源会朝着更安全、更高效率和低环境影响性方向发展。

(1) 更安全:安全性是矿用本质安全型开关电源的关键因素。为了确保矿井环境的安全,研究人员需要评估开关电源的可靠性和安全性,并确保其在紧急情况下不会造成危害。通过模拟测试可评估电源在异常情况下的表现,以确定其是否具有足够的安全性。

(2) 更高效率:效率是矿用本质安全型开关电源的另一个关键因素。研究人员需要评估开关电源的能量转换效率,以确保其在需要时能够提供足够的能量;研究人员还需要评估开关电源的功率输出,以确保其能够满足矿井内的电力需求。

(3) 低环境影响性:可持续性也是矿用本质安全型开关电源的一个关键因素。研究人员需要评估开关电源的环境影响,以确保其对矿井环境的影响是最小的;研究人员还需要评估开关电源的资源消耗,以确保其对能源和资源的利用是最优的。

6 结束语

本文详细阐述了矿用本质安全型开关电源的原理和使用要求,以及它的抗波动性和抗干扰能力;也介绍了矿用本质安全型开关电源的安装、使用和维护方法。通过对矿用本质安全型开关电源的介绍,可以发现,它对矿山安全生产起着非常重要的作用。因此,在使用和维护矿用本质安全型开关电源时,应该严格遵循安全操作规程。最后,希望通过本文的介绍,能够引起工作人员对矿用本质安全型开关电源的重视,并加强管理和保护。