【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（說 明 書）煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)電源箱電路板設(shè)計 目 錄第一章 礦井監(jiān)測系統(tǒng)及電源箱宏觀綜述 1. 概述礦井監(jiān)測系統(tǒng)的作用、第二章 電路設(shè)計方案設(shè)計本安兼隔爆的能實現(xiàn)21V/12V輸出電壓的內(nèi)帶備用電源的電源箱1電源箱整體規(guī)劃（1）.從整體上電源箱設(shè)內(nèi)部外觀分布設(shè)計（2）底板結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)劃（3）接電源線電纜設(shè)計說明（4.）接電源線電纜設(shè)計說明（5）電源箱指示燈設(shè)計規(guī)劃2礦用備用電源闡述（1）基本描述（2）主要技術(shù)指標（3）.礦用備用電源與礦用電源的連接方式第三章 具體電路設(shè)計及元件參數(shù)計算（設(shè)計前的注意事項）（1）礦用線性直流電源（2）變壓器設(shè)計選用說明（1）電路原理圖（2）原理及設(shè)計電器元件分析（1）電路原理圖（2）原理及設(shè)計電器元件分析（1）電路原理圖（2）原理及設(shè)計電器元件分析第四章 使用方法說明（1）基本使用（2）注意事項致謝第一章 1. 概述礦井監(jiān)測系統(tǒng)的作用 監(jiān)控系統(tǒng)是煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的重要保證。世界各主要產(chǎn)煤國對此都十分重視，研制、生產(chǎn)和推廣使用了環(huán)境安全、軌道運輸、膠帶運輸、提升運輸、供電、排水、礦山壓力、火災、水災、煤與瓦斯突出、大型機電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，增強了礦山安全。由于煤礦井下是一個特殊的工作環(huán)境，有瓦斯（主要成份是甲烷）等易燃、易爆性氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體，有淋水、環(huán)境潮濕、空間狹小、礦塵大，電磁干擾嚴重、電網(wǎng)電壓波動大、工作場所分散且距離遠。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。這主要體現(xiàn)在電氣防爆、傳輸距離遠、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)宜采用樹形結(jié)構(gòu)、監(jiān)控對象變化緩慢、電網(wǎng)電壓波動適應能力強、抗干擾能力強、抗故障能力強，不宜采用中繼器、傳感器宜采用遠程供電、設(shè)備外殼防護性能要求高等方面。因此，一般工業(yè)監(jiān)控原理和技術(shù)難以直接運用到礦井監(jiān)控系統(tǒng)中。因此，有必要借鑒一般工業(yè)監(jiān)控原理和先進技術(shù)，針對礦井監(jiān)控的特殊性，進行礦井監(jiān)控理論和系統(tǒng)的研究，這對于促進礦井監(jiān)控理論和技術(shù)發(fā)展、促進產(chǎn)品標準化與通用化，降低設(shè)備成本、提高系統(tǒng)可靠性、保障煤炭高產(chǎn)、高效安全生產(chǎn)，具有重大的理論意義和實用價值。同時，對石油、化工等爆炸性環(huán)境和其它礦井監(jiān)控具有參考價值。 礦井監(jiān)控系統(tǒng)是由單一甲烷監(jiān)測和就地斷電控制的瓦斯遙測系統(tǒng)和簡單的開關(guān)量監(jiān)測模擬盤調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展而來的。這些系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)單一，監(jiān)測容量小，電纜用量大、系統(tǒng)性能價格比低，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應用，為適應機械化采煤的需要，礦井監(jiān)控系統(tǒng)已由早期的單一參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展為多參數(shù)單方面監(jiān)控系統(tǒng)（例如，環(huán)境安全、軌道運輸、膠帶運輸、提升運輸、供電、排水、礦山壓力、火災、水災、煤與瓦斯突出、大型機電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系統(tǒng)）?，F(xiàn)有礦井監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率方面起到了重要作用，但存在著硬件不通用、軟件不兼容、信道不共享、信息不共享等問題。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)將綜合組態(tài)軟件、現(xiàn)場總線、可編程控制器、多媒體、計算機網(wǎng)絡(luò)和智能傳感器等技術(shù)，向著硬件通用、軟件兼容、信道共享、信息共享、多參數(shù)、多功能、多媒體全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)的方向發(fā)展。早期的瓦斯遙測系統(tǒng)雖在早期的煤礦安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率方面起到了重要作用，但由于這些系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)單一，監(jiān)測容量小，電纜用量大、系統(tǒng)性能價格比低。因此，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要，特別是采 煤機械化程度的提高，對礦井監(jiān)控提出了越來越高的要求。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應用，為適應機械化采煤的需要，礦井監(jiān)控系統(tǒng)由早期的單一參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展為多參數(shù)單方面監(jiān)控系統(tǒng)。 （監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框圖）由于煤礦井下具有甲烷等易燃、易爆性氣體，硫化氫等腐蝕性氣體，環(huán)境潮濕，有淋水，有礦塵，電網(wǎng)電壓波動范圍大（75 ％～110 % ) ，空間狹小，工作場所分散。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源同一般直流電源相比具有如下待點：(1) 本質(zhì)安全型防爆輸出。 (2) 電網(wǎng)電壓波動適應能力強。 (3) 效率高、體積小、重量輕。 (4) 保護功能強。 (5) 輸人電壓范圍寬。 ： 由于煤礦井下具有甲烷等易燃、易爆性氣體，硫化氫等腐蝕性氣體，環(huán)境潮濕，有淋水，有礦塵，電網(wǎng)電壓波動范圍大（75 ％～110 % ) ，空間狹小，工作場所分散。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源同一般直流電源相比具有如下待點： (1) 本質(zhì)安全型防爆輸出。煤礦井下具有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性氣體和煤塵，為防止電氣設(shè)備的危險溫度和電火花引起瓦斯和煤塵爆炸，用于煤礦井下爆炸性環(huán)境的電氣設(shè)備必須是防爆型電氣設(shè)備。由于本質(zhì)安全型防爆電氣設(shè)備具有體積小、重量輕、成本低，特別當電纜發(fā)生故障所產(chǎn)生的電火花，能量很低，不會引爆井下爆炸性氣體混合物等優(yōu)點。因此，礦井監(jiān)控設(shè)備應優(yōu)先采用本質(zhì)安全型或本質(zhì)安全型其他防爆型式的復合型。特別是當甲烷超限時，斷電控制區(qū)域的礦井安全監(jiān)控設(shè)備必須為本質(zhì)安全型，以保證當甲烷超限時，監(jiān)控設(shè)備連續(xù)工作。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源必須為本質(zhì)安全型輸出。由于礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源需從井下交流電網(wǎng)獲取能量，而交流電網(wǎng)的引人難以使礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源制做成單一本質(zhì)安全型。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源一般為隔爆兼本質(zhì)安全型或澆封兼本質(zhì)安全型。(2) 電網(wǎng)電壓波動適應能力強。采煤機、掘進機，輸送機等井下電氣設(shè)備功率大，直接啟動，頻繁啟動，供電距離遠等造成了井下交流電網(wǎng)電壓波動范圍大（75％～110 % ）。因此，要求礦用電源電網(wǎng)電壓波動適應能力強，在75％～110 ％的額定電壓范圍內(nèi)正常工作。(3) 效率高、體積小、重量輕。井下空間狹小。因此，要求礦用電源體積小，重量輕。礦用電源電網(wǎng)電壓波動范圍大，負載變化大，為減小礦用電源的體積和重量，就必須提高電源效率，減小散熱片面積。因為散熱片體積的增大，還會進一步導致隔爆外殼體積的增大和重量的增加。 (4) 保護功能強。礦用電源工作在環(huán)境惡劣的煤礦井下，井下潮濕，有淋水和礦塵，頂板垮落，機械碰撞等，這些會造成負載或電纜短路。因此，礦用電源要有短路保護，過流保護等功能，同時要防潮、防水、防塵、防霉、防腐。(5) 輸人電壓范圍寬。煤礦井下交流電網(wǎng)電壓等級較多。36V 、127V 、380 V 、660v 、1140V 、3300V 等，礦用電源的輸人電壓一般選36V 、127V 、380V 和660V ，還應兼顧地面的220V 。因此，要求礦用電源輸人電壓范圍寬。 （由于工作環(huán)境及功能要求設(shè)計礦用電源的主要技術(shù)指標達到其穩(wěn)定性工作）礦用電源的主要技術(shù)指標有額定輸入電壓、允許輸人電壓范圍、額定輸出電壓、輸出電壓范圍、最大輸出電壓、額定輸出電流、最大輸出電流、穩(wěn)定系數(shù)、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、輸出電阻（內(nèi)阻）、最大紋波電壓、紋波系數(shù)。其中最大輸出電壓、最大輸出電流是本質(zhì)安全防爆電源的必備安全參數(shù)。( l ) 額定輸人電壓Ui 是礦用電源標稱輸人電壓，如：36v 、127v 、220V 、380V 等。(2)允許輸人電壓范圍是礦用電源允許輸人電壓范圍，通常用額定輸人電壓的百分比表示（如：75％～110% Ui ) ，也可用允許輸入電壓的上限和下限表示（如95V ～140V ）。當輸人電壓超出輸人電壓范圍，電源將損壞或工作不正常，或失去防爆性能。(3）額定輸出電壓是礦用電源標稱輸出電壓，如：5V 、6V 、9V 、12V 、15V 、18V 、24V等。(4）輸出電壓范圍是礦用電源在規(guī)定的輸人電壓范圍內(nèi)和輸出電流不大于額定輸出電流的清況下，輸出電壓變化范圍。輸出電壓的變化范圍可以用輸出電壓的上、下限，如： ～ 表示，也可以用額定輸出電壓的相對值來表示，如：土5％。(5）最大輸出電壓是指礦用電源在開路等情況下所能輸出的最大電壓。這是本質(zhì)安全型防爆電源的一個重要指標。若礦用電源的輸出電壓大于最大輸出電壓，將無法保證電源的防爆性能，這種電源嚴禁在井下爆炸性環(huán)境中使用。(6）額定輸出電流是礦用電源的標稱電流。當輸出電流不大于額定輸出電流，輸人電壓不超過允許輸人電壓范圍時，電源的防爆性能和輸出電壓范圍均可得到保證。當電源的輸出電流大于額定輸出電流時，電源的一些技術(shù)指標將難以保證，但防爆性能必須保證。(7）最大輸出電流是指礦用電源在短路等情況所能輸出的最大電流。這是本質(zhì)安全防爆電源的一個重要指標。若礦用電源的輸出電流大于最大輸出電流，將無法保證電源的防爆性能，這種電源嚴禁在井下爆炸性環(huán)境中使用。(8）穩(wěn)壓系數(shù)是指輸人交流電壓變化△Vi ．所引起的輸出直流變化△V。的變化量。穩(wěn)壓系數(shù)越小，說明輸出越穩(wěn)定。穩(wěn)壓系數(shù)又分為絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對穩(wěn)壓系數(shù)是指當負載不變（△Io＝0 ）環(huán)境溫度不變（△T＝0 ) ，而輸人交流電壓變化時，穩(wěn)壓電源輸出直流