直流穩(wěn)壓電源在煤礦電氣設(shè)備中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

申殿豪

神華杭錦能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017400

1 煤礦直流穩(wěn)壓電源在煤礦電氣設(shè)備中的應(yīng)用

隨著煤礦管理現(xiàn)代化的需要,以弱電控制強電的直流穩(wěn)壓電源廣泛應(yīng)用在礦井供電系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、主運輸系統(tǒng)等各大系統(tǒng)中,各大系統(tǒng)的穩(wěn)定性,直接關(guān)乎礦井安全生產(chǎn)、抗災(zāi)救險能力和煤礦人員的安危。而煤礦直流穩(wěn)壓電源是各個系統(tǒng)不可或缺的組成部分,其在各個系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量占有很大的比重,煤礦直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)面貌、適應(yīng)性,其產(chǎn)品的質(zhì)量直接影響到整個電氣設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。據(jù)統(tǒng)計,電子設(shè)備故障問題百分之騎士都是因為電源導(dǎo)致的,因此煤礦直流電源的質(zhì)量、技術(shù)逐漸受到煤礦機電管理人員的關(guān)注。

1.1 煤礦井下電氣設(shè)備對煤礦直流穩(wěn)壓電源的要求

①本質(zhì)安全型輸出

因為煤礦井下的作業(yè)條件通常處于陰暗潮濕,同時具有的危險物質(zhì)是瓦斯和煤塵。在相關(guān)規(guī)章制度中明確規(guī)定出一定要使用防爆型的電氣設(shè)備。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,煤礦井下的電子設(shè)備逐漸趨于小型化、本質(zhì)安全化方向發(fā)展,所以防爆型的電氣設(shè)備也必將朝防爆兼本質(zhì)安全型方向發(fā)展,從而可以充分滿足煤礦電氣設(shè)備的安全性需求。

②適應(yīng)一定的電壓波動

電源適應(yīng)性通常是指電源使用電網(wǎng)波動的性能。伴隨著煤礦行業(yè)深入發(fā)展,大功率采煤機和輸送電機的應(yīng)用,且供電距離遠,很多設(shè)備要直接進行啟動,通常情況下會出多次的啟動和停止的操作狀況,很容易導(dǎo)致煤礦井下電網(wǎng)出現(xiàn)大幅度的變動,在檢測127V 的時候,最低的情況下是79V,最高會到達150V。所以,這就需要通過直流穩(wěn)壓器在規(guī)定電壓的75%－110%點電源波動范圍內(nèi)保持穩(wěn)定運行狀態(tài)。同時要確保技術(shù)性能參數(shù)達到使用的標準。

③多路隔離輸出

由于電氣關(guān)聯(lián)的電子電路占用的空間比較小,因此帶來的電磁干擾很小。如：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備種類比較大,通常具有的環(huán)境參數(shù)傳感器有瓦斯、溫度、風(fēng)速等,具有的生產(chǎn)參數(shù)傳感器有設(shè)備開/停、箕斗計數(shù)等,有電力參數(shù)傳感器以及各種分站。因此,煤礦直流穩(wěn)壓電源一定要充分達到輸出功率的要求?？墒?有些設(shè)備通常使用的是電壓比較低、功率比較小的集成電路。防爆形式通常應(yīng)用本質(zhì)安全方式,然而本質(zhì)安全型煤礦直流穩(wěn)壓電源的電路輸出功率并不是達到最大。因而,一個功率稍大穩(wěn)壓直流電源向多個設(shè)備供電,既多路隔離供電在煤礦供電系統(tǒng)必將有更加廣闊的前景。

④連續(xù)性供電

如果在煤礦井下交流供電的時候出現(xiàn)停電的狀況,依據(jù)相關(guān)規(guī)定,在電網(wǎng)停電之后的兩個小時的情況下,瓦斯、風(fēng)速等比較重要環(huán)環(huán)境的參數(shù)傳感器要具有不間斷供電的功能。所以,煤礦直流穩(wěn)壓電源要有備用電池,可以在電網(wǎng)停電的情況下提供充足的電源。

⑤安裝使用方便

煤礦直流穩(wěn)壓電源的體積比較小、重量很輕,受到煤礦管理和使用者的歡迎;與此同時,還可以節(jié)省資源,降低作業(yè)人員工作強度,降低產(chǎn)品成本,提升整個系統(tǒng)的性價比。

1.2 煤礦直流穩(wěn)壓電源在實際應(yīng)用的弊端和常見故障

通常下,在煤礦直流穩(wěn)壓電源運用過程中存在的不足之處主要是因為煤礦直流穩(wěn)定電源處于煤礦井下的特殊環(huán)境中。為了充分達到隔爆的效果,電源芯子通常放置在隔爆外殼腔內(nèi)部,這就會導(dǎo)致電源芯子不通風(fēng)的問題,其散熱條件很差。當(dāng)設(shè)計的電源運行效率比較低的情況下,電源運行過程中會消耗一定的功率,然而,這個耗能過程并不能產(chǎn)生一定熱量,很容易出現(xiàn)溫度升高的額情況。可是,殼內(nèi)部的空氣熱阻也會升高,如果不能及時散掉熱量,很容易導(dǎo)致電源過熱,出現(xiàn)帶載能力下降的情況,很容易影響到電源的正常運行。從而明顯的降低了電源的可靠性。針對于煤礦直流穩(wěn)壓電源而言,最重要的就是提升工作效率,降低自身消耗。

煤礦直流穩(wěn)壓電源在實際應(yīng)用中,常見故障有三類：

①無電壓輸出

對于無電壓輸出的故障主要是指電源開機之后并沒有任何反應(yīng),首先要明確電源后端的輸出保險絲是否存在燒壞的情況,如果出現(xiàn)燒壞要更好同一型號的保險絲,然后在電源開機;如果沒有燒壞,就代表輸出電力可以出現(xiàn)短路問題。這個時候就需要檢查輸出電路的輸出開關(guān)是否正常。再者是對電源控制面板進行檢查,查看二極管、電抗器、電容器、線路接頭等有無擊穿現(xiàn)象,如果有擊穿或燒焦現(xiàn)象的,則更換同型號配件。最后是檢查電源輸出端進行檢查,查看其是否有短路現(xiàn)象,如果輸出端有短路現(xiàn)象,電源將沒有輸出。

②輸出電壓不穩(wěn)定

針對于直流穩(wěn)壓電源發(fā)生運行電壓不穩(wěn)定的問題,當(dāng)電源指示燈亮起,并且電壓表的讀數(shù)是正常狀態(tài),可是輸出的電壓并不穩(wěn)定,就需要全面檢查輔助電壓穩(wěn)壓管的運轉(zhuǎn)情況,與此同時,還要檢查運放和電流輸出比間運放的運行狀況。其次,要詳細檢查電壓輸出電位器,明確是否可以正常運行。斷開電位器線路后就可以使用萬用表來檢查電阻,同時依次旋轉(zhuǎn)電位器按鈕,看萬用表中顯示出的電阻值是否可以穩(wěn)定變化,從而可以明確電位器的運行狀況。在調(diào)節(jié)輸出電壓的過程中,當(dāng)繼電器發(fā)生異常情況的時候,就會出現(xiàn)輸出電壓閃動的情況,這就需要及時的更換續(xù)電器,應(yīng)用同型號的新繼電器。

③輸出出現(xiàn)滿偏現(xiàn)象

當(dāng)電源指示燈是正常點亮的情況下,輸出就會出現(xiàn)滿偏的情況,同時是不能進行調(diào)節(jié)的。通過使用萬用表可以對輸出端實施電壓檢查工作,如果結(jié)果顯示為額定電源值1.1倍或以上,從而可以判定故障問題是輸出端開路。導(dǎo)致輸出端開路的原因一般是調(diào)整管短路,通常情況下,調(diào)整管是并聯(lián)狀態(tài),當(dāng)一路調(diào)整管發(fā)生短路故障的時候,整個控制電路就會失去功效。通常體現(xiàn)為輸出為滿偏輸出,并不能人為進行調(diào)整。通常會使用萬用表全面檢查調(diào)整管的集電極和發(fā)射極出現(xiàn)短路問題,在發(fā)生短路問題的時候,就代表調(diào)整管出現(xiàn)的損壞情況,這就需要對同型號的調(diào)整管進行更換。

2 煤礦直流穩(wěn)壓電源的分類及特點

煤礦直流穩(wěn)壓電源,當(dāng)前,普遍應(yīng)用的有線性直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源兩種形式,線性穩(wěn)壓電源用的比較多。現(xiàn)對這兩種電源進行比較.

2.1 線性直流穩(wěn)壓電源 線性直流穩(wěn)壓電源是一個由電子元器件組成的線性反饋系統(tǒng)。它發(fā)展的最早,目前已經(jīng)非常成熟。線性直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是：工作在線性放大狀態(tài),瞬間反應(yīng)快,電壓和負荷穩(wěn)定性高,輸出電壓的周期性隨機性偏移值小,射頻干擾小;電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元器件少。且對調(diào)整管、濾波器等元件性能無特殊要求,可靠性高。其缺點是：

①承受過載和短路的能力差,效率低。因為調(diào)整管消耗的功率比較大,管內(nèi)溫度會明顯升高,這種情況下就需要使用比較大公路的套整管,同時要具備大體積的散熱器,從而進一步縮小了電源的體積和重量。

②電網(wǎng)使用性差。當(dāng)如果電網(wǎng)的電壓處于電源額定輸入的兩種極限的時候,線性直流穩(wěn)壓電源就無法確保輸出電壓的穩(wěn)定性能。而隨著電網(wǎng)電壓升高,線性直流穩(wěn)壓電源就會出現(xiàn)大幅度功耗問題,導(dǎo)致元器件的溫升比較高,嚴重影響到電源的可靠性,尤其是在額定輸入電壓上限,使得電源不能工作,這在平常檢驗中常有發(fā)生。

③為了滿足多路和不間斷供電的要求,多路輸出線性直流穩(wěn)壓電源要確保各路輸出帶存?zhèn)溆玫碾娫?這明顯缺乏科學(xué)性;如果在多路穩(wěn)壓電路中使用一組備用電池,就沒辦法解決每路電源輸出不共地的情況,每個穩(wěn)壓電源要充分實現(xiàn)共地,從而使各個回路相互聯(lián)系,進而影響到電源輸出端的本安功能。。

2.2 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 開關(guān)型穩(wěn)壓電源大約出現(xiàn)在20世紀60年代,目前在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。其電路是一個非線性反饋系統(tǒng),其調(diào)節(jié)管工作在開關(guān)狀態(tài),功率損耗小,工作效率高,大約為60%至90%;穩(wěn)壓器體積小,重量輕;調(diào)節(jié)管損耗小,溫升低,散熱器也隨之減小。開關(guān)型電源適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動范圍大,在額定供電電壓的波動范圍內(nèi)(75%～110%),完全能正常工作,而且功耗和溫升幾乎保持不變。電源設(shè)備溫升小,對提高產(chǎn)品的可靠性有較重要的意義。此外,開關(guān)電源的開關(guān)頻率一般為幾十千赫,濾波電感。電容可用較小數(shù)值的元件,同時高頻變壓器原、副各繞組之間相互隔離,這對于礦用電源的本安處理也有好處。

對于多路輸出不間斷供電的要求,開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源可以設(shè)計成共用一組備用電池,僅需對開關(guān)電源的高頻變壓器多設(shè)幾組輸出電阻,就可以獲得不同的極性,不同電壓值的多路輸出電壓,也克服了線性不間斷直流穩(wěn)壓電源造價高、體積大、重量重的問題。

和線性直流穩(wěn)壓電源相對比,開關(guān)型直流穩(wěn)壓器存在著以下缺點：控制電路較為復(fù)雜,造價較高,瞬間相應(yīng)差,周期性隨機性偏移值大,射頻、電磁干擾大,可靠性略差。

3 結(jié)語

根據(jù)全分析線性直流穩(wěn)壓電源與開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的特性,結(jié)合煤礦電氣設(shè)備對煤礦直流穩(wěn)壓電源的要求,伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和開關(guān)電源技術(shù)的進步,成功研制出新型抗干擾性能比較強的高頻開關(guān)變換器,煤礦直流穩(wěn)壓電源采用開關(guān)型本安電源是煤礦技術(shù)發(fā)展的主要方向。