准谐振反激式矿用隔爆兼本质安全型开关电源的设计

摘要

矿用隔爆兼本质安全型电源是煤矿井下综采系统的动力核心，承担着井下各类设备的直流供电，电源的性能直接影响到矿井生产的效率和稳定，更关系到工作人员的人身安全。煤矿井下环境非常恶劣，电源本安性能的规定十分严格，这在一定程度上限制了本安电源的带载能力，进而使所带设备出现掉电、重启等不良现象。本课题来源于北京天地玛珂电液控制系统有限公司的“自产电源成果转化及高可靠性本安电源研究”项目。　　针对井下矿用电源所存在的问题，论文通过分析问题的根源，制定了相关性能的提升措施。结合煤矿井下电源的工作环境，为满足实际需求，论文制定了“准谐振反激式矿用隔爆兼本质安全型开关电源”的设计方案。首先，论文选用ST公司生产的开关电源多模式控制器L6566B作为控制芯片，设计准谐振反激式开关电路，采用软开关技术实现了高效率、低EMI。为提升电源的本安性能，论文选用Linear公司开发的高电压浪涌控制器LT4363IMS-2设计本质安全栅电路，该电路结构简单，一致性好，能够快速响应负载端的过压、过流故障，提升了本安电源的可靠性。最后，为实现电源隔爆性能，论文设计了隔爆兼本质安全型电源的隔爆外壳。　　结合矿井综采自动化工作面出现的问题，对电源进行仿真和实验，进一步验证了设计的可行性。测试结果表明：该电源输入电压范围宽、纹波小、效率高、本安性能优良。在井下工业性试验过程中，电源安装方便，现场设备可靠、稳定地运行。该矿用隔爆兼本质安全型电源满足煤矿井下工作面的应用需求，具有一定的推广使用价值。

目录

变量注释表

1绪 论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 本质安全电源的发展概况

1.2.1 本质安全理论的发展

1.2.2 本安电源的发展现状

1.3 课题主要研究内容

2 电源设计方案制定

2.1 电源设计要求

2.1.1 基本设计要求

2.1.2 本安特性

2.2 电源整体结构设计

2.3 开关电路的设计

2.4 本质安全栅的选型

2.4.1 齐纳安全栅

2.4.2 隔离型安全栅

2.4.3 截止型安全栅

2.4.4 集成电路型安全栅

2.5 本章小结

3 电源关键性能分析与提升

3.1 开关电源电磁干扰分析与抑制

3.2 本安电源带载能力分析与提升

3.2.1 带载能力分析

3.2.2 带载能力提升措施

3.3 本质安全栅瞬态特性分析

3.3.1 上电冲击特性

3.3.2 负载瞬态响应

3.4 本章小结

4 电源电路设计

4.1.1 工作原理分析

4.1.2 其他器件的选取

4.2 准谐振反激变换电路设计

4.2.1 芯片选型

4.2.2 准谐振反激变换电路设计

4.2.3 副边反馈控制回路设计

4.3 高频变压器设计

4.3.1 变压器参数计算

4.3.2 变压器的绕制

4.4 RCD吸收电路设计

4.5 本质安全栅电路设计

4.5.1 芯片选型

4.5.2 参数整定

4.5.3 本质安全栅电路仿真

4.6 PCB设计

4.7 本章小结

5 电源隔爆外壳设计

5.1 电源隔爆外壳结构设计

5.2 电源隔爆外壳壁板参数计算

5.3 隔爆外壳法兰参数计算

5.4 本章小结

6 电源性能测试结果与分析

6.1 电源电路板测试结果与分析

6.1.1 电源电路板测试步骤

6.1.2 电源电路测试结果与分析

6.2 电源测试系统检验结果与分析

6.2.1 测试系统简介

6.2.2 测试系统结构与原理

6.2.3 常规测试结果

6.3 井下工业性试验

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录

作者简历

致谢

学位论文数据集