本質安全型開關電源基礎理論與應用研究.pdf

1、基于數字礦山和感知礦山的實際需要，以及礦山物聯網技術的發(fā)展，井下檢測監(jiān)控設備如本安型傳感器、本安控制器等的數量大大增加，加大了對大功率本安電源的需求。因此，論文對本安型開關電源的基礎理論進行研究，在此基礎上提出了提高本安電源功率的方法，對大功率本安電源的設計與研究具有重要理論意義及實用價值。
　　隨著對本安電路的研究深入，新的研究對象與內容不斷出現，為理順其與原有系統(tǒng)的關系，融入原有系統(tǒng)的概念體系，論文針對本安防爆系統(tǒng)的結構體系在

2、原有基礎上進行了重新整理，由此引出一次本安電源、二次本安電源、前端保護模式、后端保護模式以及火花放電的自然放電模式和截止放電模式等概念，并對其結構、特性、等方面進行了詳細的說明與探討。
　　建立了LC型和CL型復合電路自然放電模式時在開路與短路兩種狀態(tài)下的數學模型，并研究了不同電氣參數下的火花能量及功率的變化規(guī)律，結合仿真得出：在振蕩及非振蕩情況下，增大電感量，火花電流、火花功率及火花能量都有所減小，并且延遲了火花電流達到峰值的時

3、間，有利于提高安全性能，且大電感非振蕩情況較振蕩情況更有利于安全性能。另外，還分析了EC電路的火花放電特性，研究電源電勢對火花放電的影響，并根據能量等效原則將其等效變換為一簡單電容電路，便于應用現有的火花點燃曲線進行非爆炸性評價。
　　基于數理推導的方法建立了電容電路及CL復合電路火花放電數學模型，研究截止放電模式下本質安全開關電路火花放電機理及規(guī)律，定量分析截止時間等電氣參數對本安電路安全性能的影響。研究發(fā)現截止放電模式與自然放

4、電模式在火花放電規(guī)律方面有顯著的差異：對于電容電路，在自然放電模式下，火花能量最終達到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)時火花放電能量與電容值的大小成正比；而在截止放電模式下，火花能量與電容值的大小近似成指數變化。隨電容量趨于無窮大，火花放電能量趨向于一個穩(wěn)態(tài)值。對于CL復合電路，在自然放電模式下，增加電感值，火花功率上升到最大值的時間延長，同時最大值減小，火花能量最終達到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)時火花能量與電感量無關。而在截止放電模式下，增加電感值，火花功率最大值的時間不

5、變，但最大值減小，火花能量隨著電感值的增大而單調減小。最后采用實驗驗證的方式對本安特性分析研究的結論進行驗證。
　　通過分析影響火花放電能量的因素，提出了提高本安電源容量的方法，通過提高開關頻率、縮短截止時間、采用虛擬軟開關等方法提高本安電源功率。并將此方法應用到實際本安電源設計中，現已通過中煤科工集團上海研究院檢測中心的認證。
　　設計了一款適用于大功率本安電源的截流自恢復保護電路結構及實現方法，并選取反激式三電平拓撲研制