基于后備電源的消防應(yīng)急卷簾門(mén)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

杭阿芳

摘？要：基于后備電源的消防應(yīng)急卷簾門(mén)控制系統(tǒng)由主控電路、掉電自動(dòng)投切控制電路、備用電源調(diào)相控制電路和備用控制電路組成。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)主控電路失電，掉電自動(dòng)投切電路中的鎳鉻電池為備控電路提供能量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉門(mén)功能。控制系統(tǒng)中充電電路以TEA1523P、PC817、TL431A為核心，達(dá)到穩(wěn)定充電的目的，同時(shí)具備過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)及過(guò)熱保護(hù)等功能。逆變采用SG3525芯片，其輸出動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性均較好。2階定K型歸一化低通濾波器和備用電源調(diào)相電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：后備電源；低通濾波器；逆變

火災(zāi)的預(yù)防和阻斷是一個(gè)關(guān)乎到生命財(cái)產(chǎn)安全的重要問(wèn)題[1]。消防卷簾門(mén)的使用可以大大降低火災(zāi)的蔓延，為救援工作爭(zhēng)取時(shí)間。火災(zāi)發(fā)生時(shí)遠(yuǎn)程控制信號(hào)的丟失將降低系統(tǒng)的可靠性，因此需要設(shè)計(jì)一款就地控制卷簾門(mén)動(dòng)作的系統(tǒng)，能自動(dòng)關(guān)閉以隔離火源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生電網(wǎng)斷電時(shí)，系統(tǒng)中的后備電源工作，可自動(dòng)將防火卷簾門(mén)關(guān)閉，阻斷火災(zāi)的蔓延。若火災(zāi)時(shí)有人誤被關(guān)入，也可通過(guò)就地手動(dòng)控制打開(kāi)防火卷簾門(mén)，門(mén)打開(kāi)到頂后還能自動(dòng)再關(guān)閉，進(jìn)行火災(zāi)的再次阻斷。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明確，就地控制大大提高了系統(tǒng)工作的安全性、可靠性。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

圖1所示為該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。它由主控電路、掉電自動(dòng)投切控制電路、備用電源調(diào)相控制電路和備用控制電路組成。沒(méi)有火災(zāi)時(shí)，主控電路控制消防卷簾電機(jī)作為日常普通卷簾門(mén)使用，同時(shí)電網(wǎng)給掉電自動(dòng)投切電路中的鎳鉻電池充電。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)主控電路失電，掉電自動(dòng)投切電路中的鎳鉻電池為備控電路提供能量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉門(mén)功能。

圖2所示為掉電自動(dòng)投切控制電路結(jié)構(gòu)框圖。它由EMI（電磁干擾）濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、充電及自動(dòng)投切電路、逆變電路和正弦波發(fā)生電路組成。EMI濾波電路濾除電路中的差模和共模干擾；開(kāi)關(guān)電源電路輸出穩(wěn)定的直流電源為后續(xù)的鎳鉻電池充電。正常時(shí)逆變電路不工作，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)電網(wǎng)斷電，鎳鉻電池通過(guò)自動(dòng)投切電路給后續(xù)的逆變電路提供能量，并通過(guò)正弦波發(fā)生電路最終輸出380V交流電。

2 整體電路設(shè)計(jì)

圖3為該系統(tǒng)的整體電路圖。比如白天的時(shí)候商場(chǎng)營(yíng)業(yè)，主控電路工作。合上斷路器QS1、QS2，卷簾門(mén)電機(jī)正常使用。按下SB3按鈕，卷簾門(mén)電機(jī)M反轉(zhuǎn)，卷簾門(mén)進(jìn)入打開(kāi)的過(guò)程，達(dá)到上限位SQ2時(shí)，電機(jī)M停轉(zhuǎn)。晚上的時(shí)候，商場(chǎng)關(guān)門(mén)，按下SB2按鈕，卷簾門(mén)電機(jī)M正轉(zhuǎn)，卷簾門(mén)進(jìn)入關(guān)閉的過(guò)程，達(dá)到下限位SQ1時(shí)，電機(jī)M停轉(zhuǎn)。期間若斷路器QS1一直處于合閘狀態(tài)，電網(wǎng)電壓給掉電自動(dòng)投切控制電路IC1提供電壓，電路中的蓄電池E進(jìn)行充電，但輸出端無(wú)輸出，后續(xù)電路不工作。當(dāng)白天發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電網(wǎng)掉電。掉電自動(dòng)投切控制電路IC1開(kāi)始工作，卷簾門(mén)電機(jī)M由蓄電池E供電，掉電自動(dòng)投切控制電路IC1從輸出端輸出的交流電經(jīng)過(guò)備用電源調(diào)相電路IC2后，可得到三相電壓。由于白天卷簾門(mén)已開(kāi)，上限位開(kāi)關(guān)SQ2一直處于閉合狀態(tài)，因此，線圈KM4得電，主觸點(diǎn)閉合。卷簾門(mén)電機(jī)M正轉(zhuǎn)，卷簾門(mén)進(jìn)入關(guān)閉的過(guò)程，達(dá)到下限位SQ1時(shí)，電機(jī)M停轉(zhuǎn)。此時(shí)通過(guò)防火卷簾門(mén)的關(guān)閉隔離了火災(zāi)。若此時(shí)有人被誤關(guān)入，可通過(guò)按下按鈕SB5讓電機(jī)M反轉(zhuǎn)來(lái)打開(kāi)卷簾門(mén)。卷簾門(mén)上行壓到上限位開(kāi)關(guān)SQ2后又將電機(jī)M切換為正轉(zhuǎn)，關(guān)閉卷簾門(mén)。消防卷簾門(mén)電機(jī)型號(hào)為FJJ 412-3P-（SXS）。

3 掉電自動(dòng)投切電路設(shè)計(jì)

3.1 EMI濾波電路

該EMI濾波電路[2]濾除電網(wǎng)中的高頻干擾信號(hào)，同時(shí)也保證后續(xù)電路產(chǎn)生的高頻信號(hào)不流入電網(wǎng)中。壓敏電阻RV1為MYL1-250型。當(dāng)電網(wǎng)電壓高于250 V時(shí)壓敏電阻RV1擊穿短路。互感濾波器L1和L2消除共模干擾。電容C1、C2、C3、C4為高頻濾波電容。電容C1和電容C4濾除差模干擾，電容C2和電容C3濾除共模干擾。互感濾波器L1和L2為磁環(huán)電感0.4 mH。EMI濾波電路如圖4所示。

3.2 開(kāi)關(guān)電源電路

圖5所示為開(kāi)關(guān)電源電路。控制芯片采用TEA1523P，該芯片將PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制與電力MOSFET管（金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）集成，縮小了開(kāi)關(guān)電源的體積和復(fù)雜性[3]。經(jīng)過(guò)EMI濾波的交流電Ui送入整流橋U1進(jìn)行橋式整流，再經(jīng)過(guò)電容C5濾波后，得到300V左右的直流電。該直流電通過(guò)高頻變壓器T1的1、2腳和電感L3后進(jìn)入控制電路U2的8腳，電路啟動(dòng)工作，則高頻變壓器T1的二次側(cè)感應(yīng)出電壓。高頻變壓器T1的3、4腳感應(yīng)電壓經(jīng)二極管VD2整流和電阻R5限流及C7電容濾波后，得到20 V電壓送入控制電路U2的1腳，并取代8腳的電壓，使得電路U2由啟動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。

3.3 充電及自動(dòng)投切電路

充電及自動(dòng)投切電路[4]是該系統(tǒng)進(jìn)行電能切換的樞紐，其電路如圖6所示。該電路與后續(xù)的電路配合工作，可以完成卷簾門(mén)消防隔火的功能，工作原理大致如下：沒(méi)有火災(zāi)時(shí)，Uo對(duì)鎳鉻電池E進(jìn)行充電，VT3截止，鎳鉻電池E不為其后電路提供量，后續(xù)的逆變電路無(wú)法工作，高頻變壓器T2無(wú)輸出，消防卷簾門(mén)電機(jī)M不工作。當(dāng)有火災(zāi)時(shí)，電網(wǎng)斷電，鎳鉻電池E可以給后續(xù)電路供電，VT3導(dǎo)通，后面的逆變電路進(jìn)行工作，高頻變壓器T2有輸出，消防卷簾門(mén)電機(jī)M自動(dòng)工作，隔離火源。當(dāng)火情消除，電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)供電，電網(wǎng)上有電壓后，VT3又截止，消防卷簾門(mén)電機(jī)M不工作。

3.4 逆變電路

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)搭建的具有后備電源的消防應(yīng)急卷簾門(mén)控制電路，輸入采用EMI濾波，達(dá)到抗干擾的目的。充電電路以TEA1523P、PC817、TL431A為核心，達(dá)到穩(wěn)定充電的目的，同時(shí)具備過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)及過(guò)熱保護(hù)等功能。逆變采用SG3525芯片，其輸出動(dòng)、穩(wěn)態(tài)特性均較好。其中2階定K型歸一化低通濾波器和備用電源調(diào)相電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊晨，馬峻.某大型商業(yè)綜合體火災(zāi)蔓延路徑分析與消防應(yīng)對(duì)措施[J].建筑安全， 2021，36（4）：36-40.

[2] 劉春華.經(jīng)典電子電路300例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[3] 黃海宏，王瑩，王海欣.基于TEA1523P的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù)，2007，40（6）：65-67.

[4] 劉春華.經(jīng)典電子電路300例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[5] 張德樹(shù)，吳乃海.基于SG3525A的小功率逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，19（4）：14-18.

[6] 王天鳳.基于SG3525的推挽式逆變電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2020，4：4-6.

[7] 劉硯濤，劉玉蓓，尹偉.LC濾波器設(shè)計(jì)方法介紹及其仿真特性比較[J].電子測(cè)量技術(shù)，2010，33（5）：17-21.

[8] 林志琦，紹建波，李嚴(yán)軍.一種寬范圍的移相電路[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，40（1）：20-25.

3237500589286