直流穩壓電源在煤礦電氣設備中的應用及發展趨勢

申殿豪

神華杭錦能源有限責任公司 內蒙古 鄂爾多斯 017400

1 煤礦直流穩壓電源在煤礦電氣設備中的應用

隨著煤礦管理現代化的需要,以弱電控制強電的直流穩壓電源廣泛應用在礦井供電系統、監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統、主運輸系統等各大系統中,各大系統的穩定性,直接關乎礦井安全生產、抗災救險能力和煤礦人員的安危。而煤礦直流穩壓電源是各個系統不可或缺的組成部分,其在各個系統中的設備數量占有很大的比重,煤礦直流穩壓電源的技術面貌、適應性,其產品的質量直接影響到整個電氣設備系統的穩定性和性能。據統計,電子設備故障問題百分之騎士都是因為電源導致的,因此煤礦直流電源的質量、技術逐漸受到煤礦機電管理人員的關注。

1.1 煤礦井下電氣設備對煤礦直流穩壓電源的要求

①本質安全型輸出

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

②適應一定的電壓波動

電源適應性通常是指電源使用電網波動的性能。伴隨著煤礦行業深入發展,大功率采煤機和輸送電機的應用,且供電距離遠,很多設備要直接進行啟動,通常情況下會出多次的啟動和停止的操作狀況,很容易導致煤礦井下電網出現大幅度的變動,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壓器在規定電壓的75%－110%點電源波動范圍內保持穩定運行狀態。同時要確保技術性能參數達到使用的標準。

③多路隔離輸出

由于電氣關聯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：監測監控系統中的設備種類比較大,通常具有的環境參數傳感器有瓦斯、溫度、風速等,具有的生產參數傳感器有設備開/停、箕斗計數等,有電力參數傳感器以及各種分站。因此,煤礦直流穩壓電源一定要充分達到輸出功率的要求?？墒?有些設備通常使用的是電壓比較低、功率比較小的集成電路。防爆形式通常應用本質安全方式,然而本質安全型煤礦直流穩壓電源的電路輸出功率并不是達到最大。因而,一個功率稍大穩壓直流電源向多個設備供電,既多路隔離供電在煤礦供電系統必將有更加廣闊的前景。

④連續性供電

如果在煤礦井下交流供電的時候出現停電的狀況,依據相關規定,在電網停電之后的兩個小時的情況下,瓦斯、風速等比較重要環環境的參數傳感器要具有不間斷供電的功能。所以,煤礦直流穩壓電源要有備用電池,可以在電網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,還可以節省資源,降低作業人員工作強度,降低產品成本,提升整個系統的性價比。

1.2 煤礦直流穩壓電源在實際應用的弊端和常見故障

通常下,在煤礦直流穩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定電源處于煤礦井下的特殊環境中。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部,這就會導致電源芯子不通風的問題,其散熱條件很差。當設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生一定熱量,很容易出現溫度升高的額情況?？墒?殼內部的空氣熱阻也會升高,如果不能及時散掉熱量,很容易導致電源過熱,出現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。

煤礦直流穩壓電源在實際應用中,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,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短路問題。這個時候就需要檢查輸出電路的輸出開關是否正常。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象,如果有擊穿或燒焦現象的,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象,如果輸出端有短路現象,電源將沒有輸出。

②輸出電壓不穩定

針對于直流穩壓電源發生運行電壓不穩定的問題,當電源指示燈亮起,并且電壓表的讀數是正常狀態,可是輸出的電壓并不穩定,就需要全面檢查輔助電壓穩壓管的運轉情況,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,同時依次旋轉電位器按鈕,看萬用表中顯示出的電阻值是否可以穩定變化,從而可以明確電位器的運行狀況。在調節輸出電壓的過程中,當繼電器發生異常情況的時候,就會出現輸出電壓閃動的情況,這就需要及時的更換續電器,應用同型號的新繼電器。

③輸出出現滿偏現象

當電源指示燈是正常點亮的情況下,輸出就會出現滿偏的情況,同時是不能進行調節的。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。導致輸出端開路的原因一般是調整管短路,通常情況下,調整管是并聯狀態,當一路調整管發生短路故障的時候,整個控制電路就會失去功效。通常體現為輸出為滿偏輸出,并不能人為進行調整。通常會使用萬用表全面檢查調整管的集電極和發射極出現短路問題,在發生短路問題的時候,就代表調整管出現的損壞情況,這就需要對同型號的調整管進行更換。

2 煤礦直流穩壓電源的分類及特點

煤礦直流穩壓電源,當前,普遍應用的有線性直流穩壓電源和開關型直流穩壓電源兩種形式,線性穩壓電源用的比較多?，F對這兩種電源進行比較.

2.1 線性直流穩壓電源 線性直流穩壓電源是一個由電子元器件組成的線性反饋系統。它發展的最早,目前已經非常成熟。線性直流穩壓電源的優點是：工作在線性放大狀態,瞬間反應快,電壓和負荷穩定性高,輸出電壓的周期性隨機性偏移值小,射頻干擾小;電路結構簡單,所用元器件少。且對調整管、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。因為調整管消耗的功率比較大,管內溫度會明顯升高,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電網使用性差。當如果電網的電壓處于電源額定輸入的兩種極限的時候,線性直流穩壓電源就無法確保輸出電壓的穩定性能。而隨著電網電壓升高,線性直流穩壓電源就會出現大幅度功耗問題,導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壓電源要確保各路輸出帶存備用的電源,這明顯缺乏科學性;如果在多路穩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,每個穩壓電源要充分實現共地,從而使各個回路相互聯系,進而影響到電源輸出端的本安功能。。

2.2 開關型直流穩壓電源 開關型穩壓電源大約出現在20世紀60年代,目前在各行各業得到了廣泛的應用。其電路是一個非線性反饋系統,其調節管工作在開關狀態,功率損耗小,工作效率高,大約為60%至90%;穩壓器體積小,重量輕;調節管損耗小,溫升低,散熱器也隨之減小。開關型電源適應電網電壓波動范圍大,在額定供電電壓的波動范圍內(75%～110%),完全能正常工作,而且功耗和溫升幾乎保持不變。電源設備溫升小,對提高產品的可靠性有較重要的意義。此外,開關電源的開關頻率一般為幾十千赫,濾波電感。電容可用較小數值的元件,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,開關型直流穩壓電源可以設計成共用一組備用電池,僅需對開關電源的高頻變壓器多設幾組輸出電阻,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壓電源造價高、體積大、重量重的問題。

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

3 結語

根據全分析線性直流穩壓電源與開關型直流穩壓電源的特性,結合煤礦電氣設備對煤礦直流穩壓電源的要求,伴隨著科學技術的發展和開關電源技術的進步,成功研制出新型抗干擾性能比較強的高頻開關變換器,煤礦直流穩壓電源采用開關型本安電源是煤礦技術發展的主要方向。