直流稳压电源在煤矿电气设备中的应用及发展趋势

申殿豪

神华杭锦能源有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯 017400

1 煤矿直流稳压电源在煤矿电气设备中的应用

随着煤矿管理现代化的需要,以弱电控制强电的直流稳压电源广泛应用在矿井供电系统、监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统、主运输系统等各大系统中,各大系统的稳定性,直接关乎矿井安全生产、抗灾救险能力和煤矿人员的安危。而煤矿直流稳压电源是各个系统不可或缺的组成部分,其在各个系统中的设备数量占有很大的比重,煤矿直流稳压电源的技术面貌、适应性,其产品的质量直接影响到整个电气设备系统的稳定性和性能。据统计,电子设备故障问题百分之骑士都是因为电源导致的,因此煤矿直流电源的质量、技术逐渐受到煤矿机电管理人员的关注。

1.1 煤矿井下电气设备对煤矿直流稳压电源的要求

①本质安全型输出

因为煤矿井下的作业条件通常处于阴暗潮湿,同时具有的危险物质是瓦斯和煤尘。在相关规章制度中明确规定出一定要使用防爆型的电气设备。随着电子技术的不断发展,煤矿井下的电子设备逐渐趋于小型化、本质安全化方向发展,所以防爆型的电气设备也必将朝防爆兼本质安全型方向发展,从而可以充分满足煤矿电气设备的安全性需求。

②适应一定的电压波动

电源适应性通常是指电源使用电网波动的性能。伴随着煤矿行业深入发展,大功率采煤机和输送电机的应用,且供电距离远,很多设备要直接进行启动,通常情况下会出多次的启动和停止的操作状况,很容易导致煤矿井下电网出现大幅度的变动,在检测127V 的时候,最低的情况下是79V,最高会到达150V。所以,这就需要通过直流稳压器在规定电压的75%－110%点电源波动范围内保持稳定运行状态。同时要确保技术性能参数达到使用的标准。

③多路隔离输出

由于电气关联的电子电路占用的空间比较小,因此带来的电磁干扰很小。如：监测监控系统中的设备种类比较大,通常具有的环境参数传感器有瓦斯、温度、风速等,具有的生产参数传感器有设备开/停、箕斗计数等,有电力参数传感器以及各种分站。因此,煤矿直流稳压电源一定要充分达到输出功率的要求。可是,有些设备通常使用的是电压比较低、功率比较小的集成电路。防爆形式通常应用本质安全方式,然而本质安全型煤矿直流稳压电源的电路输出功率并不是达到最大。因而,一个功率稍大稳压直流电源向多个设备供电,既多路隔离供电在煤矿供电系统必将有更加广阔的前景。

④连续性供电

如果在煤矿井下交流供电的时候出现停电的状况,依据相关规定,在电网停电之后的两个小时的情况下,瓦斯、风速等比较重要环环境的参数传感器要具有不间断供电的功能。所以,煤矿直流稳压电源要有备用电池,可以在电网停电的情况下提供充足的电源。

⑤安装使用方便

煤矿直流稳压电源的体积比较小、重量很轻,受到煤矿管理和使用者的欢迎;与此同时,还可以节省资源,降低作业人员工作强度,降低产品成本,提升整个系统的性价比。

1.2 煤矿直流稳压电源在实际应用的弊端和常见故障

通常下,在煤矿直流稳压电源运用过程中存在的不足之处主要是因为煤矿直流稳定电源处于煤矿井下的特殊环境中。为了充分达到隔爆的效果,电源芯子通常放置在隔爆外壳腔内部,这就会导致电源芯子不通风的问题,其散热条件很差。当设计的电源运行效率比较低的情况下,电源运行过程中会消耗一定的功率,然而,这个耗能过程并不能产生一定热量,很容易出现温度升高的额情况。可是,壳内部的空气热阻也会升高,如果不能及时散掉热量,很容易导致电源过热,出现带载能力下降的情况,很容易影响到电源的正常运行。从而明显的降低了电源的可靠性。针对于煤矿直流稳压电源而言,最重要的就是提升工作效率,降低自身消耗。

煤矿直流稳压电源在实际应用中,常见故障有三类：

①无电压输出

对于无电压输出的故障主要是指电源开机之后并没有任何反应,首先要明确电源后端的输出保险丝是否存在烧坏的情况,如果出现烧坏要更好同一型号的保险丝,然后在电源开机;如果没有烧坏,就代表输出电力可以出现短路问题。这个时候就需要检查输出电路的输出开关是否正常。再者是对电源控制面板进行检查,查看二极管、电抗器、电容器、线路接头等有无击穿现象,如果有击穿或烧焦现象的,则更换同型号配件。最后是检查电源输出端进行检查,查看其是否有短路现象,如果输出端有短路现象,电源将没有输出。

②输出电压不稳定

针对于直流稳压电源发生运行电压不稳定的问题,当电源指示灯亮起,并且电压表的读数是正常状态,可是输出的电压并不稳定,就需要全面检查辅助电压稳压管的运转情况,与此同时,还要检查运放和电流输出比间运放的运行状况。其次,要详细检查电压输出电位器,明确是否可以正常运行。断开电位器线路后就可以使用万用表来检查电阻,同时依次旋转电位器按钮,看万用表中显示出的电阻值是否可以稳定变化,从而可以明确电位器的运行状况。在调节输出电压的过程中,当继电器发生异常情况的时候,就会出现输出电压闪动的情况,这就需要及时的更换续电器,应用同型号的新继电器。

③输出出现满偏现象

当电源指示灯是正常点亮的情况下,输出就会出现满偏的情况,同时是不能进行调节的。通过使用万用表可以对输出端实施电压检查工作,如果结果显示为额定电源值1.1倍或以上,从而可以判定故障问题是输出端开路。导致输出端开路的原因一般是调整管短路,通常情况下,调整管是并联状态,当一路调整管发生短路故障的时候,整个控制电路就会失去功效。通常体现为输出为满偏输出,并不能人为进行调整。通常会使用万用表全面检查调整管的集电极和发射极出现短路问题,在发生短路问题的时候,就代表调整管出现的损坏情况,这就需要对同型号的调整管进行更换。

2 煤矿直流稳压电源的分类及特点

煤矿直流稳压电源,当前,普遍应用的有线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源两种形式,线性稳压电源用的比较多。现对这两种电源进行比较.

2.1 线性直流稳压电源 线性直流稳压电源是一个由电子元器件组成的线性反馈系统。它发展的最早,目前已经非常成熟。线性直流稳压电源的优点是：工作在线性放大状态,瞬间反应快,电压和负荷稳定性高,输出电压的周期性随机性偏移值小,射频干扰小;电路结构简单,所用元器件少。且对调整管、滤波器等元件性能无特殊要求,可靠性高。其缺点是：

①承受过载和短路的能力差,效率低。因为调整管消耗的功率比较大,管内温度会明显升高,这种情况下就需要使用比较大公路的套整管,同时要具备大体积的散热器,从而进一步缩小了电源的体积和重量。

②电网使用性差。当如果电网的电压处于电源额定输入的两种极限的时候,线性直流稳压电源就无法确保输出电压的稳定性能。而随着电网电压升高,线性直流稳压电源就会出现大幅度功耗问题,导致元器件的温升比较高,严重影响到电源的可靠性,尤其是在额定输入电压上限,使得电源不能工作,这在平常检验中常有发生。

③为了满足多路和不间断供电的要求,多路输出线性直流稳压电源要确保各路输出带存备用的电源,这明显缺乏科学性;如果在多路稳压电路中使用一组备用电池,就没办法解决每路电源输出不共地的情况,每个稳压电源要充分实现共地,从而使各个回路相互联系,进而影响到电源输出端的本安功能。。

2.2 开关型直流稳压电源 开关型稳压电源大约出现在20世纪60年代,目前在各行各业得到了广泛的应用。其电路是一个非线性反馈系统,其调节管工作在开关状态,功率损耗小,工作效率高,大约为60%至90%;稳压器体积小,重量轻;调节管损耗小,温升低,散热器也随之减小。开关型电源适应电网电压波动范围大,在额定供电电压的波动范围内(75%～110%),完全能正常工作,而且功耗和温升几乎保持不变。电源设备温升小,对提高产品的可靠性有较重要的意义。此外,开关电源的开关频率一般为几十千赫,滤波电感。电容可用较小数值的元件,同时高频变压器原、副各绕组之间相互隔离,这对于矿用电源的本安处理也有好处。

对于多路输出不间断供电的要求,开关型直流稳压电源可以设计成共用一组备用电池,仅需对开关电源的高频变压器多设几组输出电阻,就可以获得不同的极性,不同电压值的多路输出电压,也克服了线性不间断直流稳压电源造价高、体积大、重量重的问题。

和线性直流稳压电源相对比,开关型直流稳压器存在着以下缺点：控制电路较为复杂,造价较高,瞬间相应差,周期性随机性偏移值大,射频、电磁干扰大,可靠性略差。

3 结语

根据全分析线性直流稳压电源与开关型直流稳压电源的特性,结合煤矿电气设备对煤矿直流稳压电源的要求,伴随着科学技术的发展和开关电源技术的进步,成功研制出新型抗干扰性能比较强的高频开关变换器,煤矿直流稳压电源采用开关型本安电源是煤矿技术发展的主要方向。