礦用本質(zhì)安全型開關電源研究

蔡 輝

(西山煤電 安全管理部，山西 太原 030053)

0 引言

礦用本質(zhì)安全型開關電源是一種專門為礦業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的開關電源。它具有高效、安全、可靠等特點,可以確保礦業(yè)生產(chǎn)過程中電力系統(tǒng)的正常運行。礦業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的安全與效率是極其重要的,因此需要一種可靠的開關電源來保證電力系統(tǒng)的正常運行。礦用本質(zhì)安全型開關電源具有很高的安全性,能夠預防可能對工人造成的危害,同時保證電力系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn),從而促進礦業(yè)生產(chǎn)的高效、安全和可持續(xù)。隨著礦業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,礦用本質(zhì)安全型開關電源技術(shù)得到了進一步的提升。相較于過去,現(xiàn)代礦用本質(zhì)安全型開關電源更加緊湊、輕便,同時具有更高的效率和更長的使用壽命。隨著科技的進步,礦用本質(zhì)安全型開關電源也開始采用更加先進的控制系統(tǒng),如數(shù)字控制、智能監(jiān)測等,以保證電力系統(tǒng)的安全和效率[1-5]。

1 礦用本質(zhì)安全開關電源

礦用本質(zhì)安全開關電源防爆等級為Exd[ib]I,適用于煤礦井下含有爆炸性氣體和粉塵的環(huán)境。它擁有一級過流保護和二級過流保護,以及一級過壓保護,輸入電壓為127 V AC,輸出為兩路5 V DC,每路額定工作電流為600 mA,額定工作電壓為5 V,最大輸出電流不超過800 mA,最大輸出電壓不超過5.8 V。其源效應和負載效應均小于5%,輸出電壓的紋波值小于250 mV。電源殼體具有隔爆功能。該電源包括交流輸入電路、一級過流保護電路、二級過流保護電路、過壓保護電路和直流輸出電路,礦用本質(zhì)安全開關電源結(jié)構(gòu)框圖見圖1。交流輸入電路將127 V交流電壓轉(zhuǎn)換為12 V直流電壓。一級過流保護電路和二級過流保護電路用于防止電源的輸出電流過大(當電源的輸出電流超過800 mA時,電源將進入保護狀態(tài))。過壓保護電路用于防止電源的輸出電壓過大(當電源的輸出電壓超過5.8 V時,電源將進入過壓保護狀態(tài))。直流輸出電路主要用于確保電源的輸出穩(wěn)定為5 V電壓。

圖1 礦用本質(zhì)安全開關電源的結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件原理

礦用本質(zhì)安全開關電源的硬件原理如圖2所示,127 V的交流輸入電壓通過FLPA31-2A電源濾波器進行濾波,得到純凈的電壓。電壓分兩路依次通過保險管和壓敏電阻進行過流和輸入過壓保護,然后進入LH15-10B12電源穩(wěn)壓模塊,電源穩(wěn)壓模塊將127 V交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為12 V直流電壓輸出。12 V直流電壓通過電容進一步濾波后送入LM317集成模塊,LM317集成模塊輸出10 V直流電壓,然后經(jīng)過3 W的限流電阻和兩個場效應管Q5和Q6得到5 V輸出電壓。

圖2 硬件原理圖

過壓保護電路如圖3所示。在圖3中,如果電源輸出電壓超過了5.8 V,穩(wěn)壓二極管D9和D10將被反向擊穿,從而導通晶閘管SCR3和SCR4。SCR3和SCR4的導通將使電流迅速增加,并且會在很短的時間內(nèi)將輸出電壓拉低到0 V附近,以實現(xiàn)過壓保護。由于SCR3和SCR4的壓降很小,所以它們可以承受很大的電流,因此過壓保護能夠有效地工作。

圖3 過壓保護電路原理

3 礦用本質(zhì)安全電源的技術(shù)措施

3.1 電氣隔離

本質(zhì)安全開關電源在設計和制造過程中都要采取電氣隔離的措施,以保證在危險環(huán)境下具有足夠的安全性。常見的電氣隔離措施包括:①兩次絕緣:在電源內(nèi)部和外部分別安裝兩層絕緣保護,防止漏電的產(chǎn)生;②全封閉:整個電源采用密封式設計,防止灰塵、液體等物質(zhì)侵入;③設備隔離:煤礦中的電氣設備和其他的危險物品應當通過隔離裝置相隔開,以保證互不干擾;④接地保護:開關電源的接地線應當接在煤礦內(nèi)的接地系統(tǒng)中,以確保安全。這些措施都是為了確保本質(zhì)安全開關電源在危險環(huán)境下的安全性,避免造成火災、爆炸等事故。

3.2 抗波動性

煤礦電網(wǎng)的供電質(zhì)量可能不穩(wěn)定,波動范圍較大,超過地面電網(wǎng)的±10%。井下的動力設備功率大,有些需要直接啟動,容易引發(fā)電壓波動。為了保證設備能夠穩(wěn)定工作,煤礦井下的本質(zhì)安全開關電源需要具有良好的抗波動能力。為了適用于不同電壓等級,本質(zhì)安全開關電源需要具有強的適應性。

3.3 限制功率輸出

本質(zhì)安全開關電源通過一系列措施來限制輸出功率。這些措施包括:

(1) 限流措施:通過設置電流限制器,限制電源的最大輸出電流。

(2) 限壓措施:通過設置電壓限制器,限制電源的最大輸出電壓。

(3) 熱保護措施:通過設置溫度傳感器和自動斷電裝置,在電源發(fā)生過熱時自動斷電。

(4) 超負載保護措施:通過設置超負載保護器,在電源超負載時自動斷電。

通過這些措施,本質(zhì)安全開關電源確保了在緊急情況下的安全性,并保證了電源的可靠性和穩(wěn)定性。因此,本質(zhì)安全開關電源是煤礦等危險環(huán)境中的理想選擇。

4 使用和維護要點

(1) 安裝:在安裝煤礦本質(zhì)安全電源開關時,應遵循嚴格的安裝規(guī)范,以確保安全隔離和限制的準確性。

(2) 使用:應遵循本質(zhì)安全電源開關的使用說明書,并嚴格遵守操作規(guī)程。此外,在使用本質(zhì)安全電源開關時,應嚴格控制電源電壓,以防止對系統(tǒng)造成危害。

(3) 維護:應定期對本質(zhì)安全電源開關進行維護,以確保其安全性和可靠性。此外,應定期檢查電源電壓,以確保其在規(guī)定范圍內(nèi)。

(4) 更換:如果發(fā)現(xiàn)本質(zhì)安全電源開關存在故障或損壞,應立即更換。在更換本質(zhì)安全電源開關時,應遵循嚴格的安全操作規(guī)程,以避免對工作人員造成危害。

通過遵循以上要點,可以確保礦用本質(zhì)安全電源開關的安全性和可靠性,從而保障工作人員的生命安全和財產(chǎn)安全。除此之外,應定期培訓工作人員,以確保他們能熟練掌握使用和維護本質(zhì)安全電源開關的知識和技能。如果發(fā)現(xiàn)本質(zhì)安全電源開關出現(xiàn)故障或異常,應立即尋求專業(yè)人員的幫助,以確保安全。

5 礦用本質(zhì)安全電源的發(fā)展

未來礦用本質(zhì)安全電源會朝著更安全、更高效率和低環(huán)境影響性方向發(fā)展。

(1) 更安全:安全性是礦用本質(zhì)安全型開關電源的關鍵因素。為了確保礦井環(huán)境的安全,研究人員需要評估開關電源的可靠性和安全性,并確保其在緊急情況下不會造成危害。通過模擬測試可評估電源在異常情況下的表現(xiàn),以確定其是否具有足夠的安全性。

(2) 更高效率:效率是礦用本質(zhì)安全型開關電源的另一個關鍵因素。研究人員需要評估開關電源的能量轉(zhuǎn)換效率,以確保其在需要時能夠提供足夠的能量;研究人員還需要評估開關電源的功率輸出,以確保其能夠滿足礦井內(nèi)的電力需求。

(3) 低環(huán)境影響性:可持續(xù)性也是礦用本質(zhì)安全型開關電源的一個關鍵因素。研究人員需要評估開關電源的環(huán)境影響,以確保其對礦井環(huán)境的影響是最小的;研究人員還需要評估開關電源的資源消耗,以確保其對能源和資源的利用是最優(yōu)的。

6 結(jié)束語

本文詳細闡述了礦用本質(zhì)安全型開關電源的原理和使用要求,以及它的抗波動性和抗干擾能力;也介紹了礦用本質(zhì)安全型開關電源的安裝、使用和維護方法。通過對礦用本質(zhì)安全型開關電源的介紹,可以發(fā)現(xiàn),它對礦山安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。因此,在使用和維護礦用本質(zhì)安全型開關電源時,應該嚴格遵循安全操作規(guī)程。最后,希望通過本文的介紹,能夠引起工作人員對礦用本質(zhì)安全型開關電源的重視,并加強管理和保護。