【正文】 9 O h m _ 1 %R154 9 9 O h m _ 1 % 圖 31 過壓過流保護電路 9 設(shè)計 的過壓過 流保護電路 電路中除了 用到了常用電氣元件電阻，電容外，還用到了晶體三極管和二極管，電路的的過流過壓保護功能主要通過控制三極管的通斷來實現(xiàn)。 為了使電源更可靠安全一般 在本安電氣設(shè)備中電路都需要采用雙重 過壓過流 保護電路 ， 即 一級過壓過流保護電路、二級過壓過流保護模塊。 根據(jù)設(shè)計 礦用 本安電源 功能 ， 設(shè)計的本安直流電源電路相對 7 比較復(fù)雜，為了方便、簡化設(shè)計，將 設(shè)計電路根據(jù)功能分為三個設(shè)計模塊，即 過壓過流 保護 模塊，穩(wěn)壓模塊，開關(guān)控制模塊。 第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計 電源 電路的總體 設(shè)計思路 依據(jù) 標準規(guī)定，本質(zhì)安全型電源需要雙重過壓過流保護， 保證在出現(xiàn)一級故障的情況下，依然能夠滿足本質(zhì)安全的要求， 這樣可極大地提高了下電路工作的安全系數(shù)。 在設(shè)計礦用電源時一定要充分考慮到這些 供電要求， 供電可靠 、 供電安全 一定要滿足，在滿足著兩個條件的前提下，再對考慮 供電質(zhì)量 、 供電經(jīng)濟 的要求 。供電頻率由發(fā)電廠保證，用電企業(yè)無法改變。因此，要向用戶供應(yīng)質(zhì)量合 6 格的電能，其電壓和頻率必須穩(wěn)定。煤礦安全供電的三大任務(wù)是防爆、防火、防觸電。尤其是礦井井下，工作環(huán)境特殊，特別容易發(fā)生上述事故。因此，當電力系統(tǒng)因故障必須拉閘限電時，首先停三類負荷，必要時再停二類負荷，但必須保證一類負荷的用電。 對電力負荷分類的目的是為了便于合理地供電。 三類負荷 :三類負荷是指除一類、二類負荷外的其他負荷，如礦山企業(yè)的附屬車場。 二類負荷 :凡因突然停電，造成大量減產(chǎn)或生產(chǎn)大量廢品的負荷。一類負荷中影響人身與設(shè)備安全的負荷又叫保安負荷。 一類負荷 :凡因突然中斷供電，可能造成人身傷亡事故或重大設(shè)備損壞，給國民經(jīng)濟造成重大損失 的或在政治上產(chǎn)生不良影響的負 5 荷，均屬一類負荷。因此，礦山企業(yè)對供電提出以下基本要求： 1 供電可靠 供電可靠就是要求供電不間斷。 3 礦山企業(yè)對供電的基本要求 電力是礦山生產(chǎn)的主要能源。在電路實現(xiàn)上 ,就是要有過流或短路、過壓、快速切斷功能。 （ 4） 輸出功率受限制。 本安型電氣設(shè)備根據(jù)安全程度的不同分為 IA 和 IB 等級 。因此 ,本安電源必須具有備用電池 ,以便在電網(wǎng)停電時由備用電池繼續(xù)向負載 供電 。 （ 2）不間斷供電 煤礦井下交流電因多種原因造成供電中斷。 由于本安電源的輸人端為非本安輸出 ,輸出端為本安型輸出 ,電路內(nèi)部是由非本安向本安轉(zhuǎn)換的過程。 應(yīng)用 礦用本安電源的 特殊 性 本安電源與非本安電源相比 ,具有許多特殊性 ， 使得 更便于用于煤礦生產(chǎn)中。 ia 等級是指電路在正常工作、一個或兩個計數(shù)故障時，都不能點燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。由 3 于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電路本身被認為是安全的 , 電路產(chǎn)生的放電火花、電 弧以及熱能均不能點燃電路周圍環(huán)境中的爆炸性混合物 , 所以本質(zhì)安全電路及設(shè)備在使用過程中 , 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡單、維護方便、制造成本低等優(yōu)點 , 更重要的是可以應(yīng)用在易燃、易爆等危險工作環(huán)境中 , 目前本質(zhì)安全電路及設(shè)備已經(jīng)成為不可缺少的安全設(shè)備。 本質(zhì)安全 型 電路的基本原理 礦用本質(zhì)安全電路及相關(guān)設(shè)備 , 主要應(yīng)用于礦井通訊、安全監(jiān)測、監(jiān)控、報警等系統(tǒng)中。 第二章 礦用本安電源的 簡介 本安電源即本質(zhì)安全電源，這種電源在正常工作和故障狀態(tài)下，其輸出的 最高電壓、最大電流均具有本安性能。本文中設(shè)計的 礦用 本安 直流 電源， 滿足了礦井工作對電源的高度要求， 并 在仿真實驗過程中 各個功能模塊 效果很好，證明了它能夠在易燃等危險環(huán)境下正常使用。在國標 中規(guī)定了本質(zhì)安全型電路的各種 指 標 ,主要有：輸出電壓或電流不能點燃周圍可燃 2 性氣體；本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間必須有可靠的電氣隔離； 要采用雙重過壓過流保護電路 ；這些指標給本安電源的設(shè)計提供了明確的設(shè)計方向。一般情況 下，礦井下有如瓦斯等爆炸性氣體存在 ，這就需要本安電 源在設(shè)計過程中充分地考慮到電路中的電壓和電流以及功率情況，并做好保護工作 , 以防止過壓或過流產(chǎn)生的火花點燃井下氣體，造成設(shè)備和人員的損壞和傷亡。 煤礦自動化的高速發(fā)展 使得本安電源在礦井中的使用越來越頻繁，同時對它的使用要求也越來越嚴格。直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。本文結(jié)合新版國家標準 GB3836. 4 2021 和安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心的相關(guān)要求 , 介紹了一種礦用本安直流電源的設(shè)計，并通過仿真軟件 Multisim 的調(diào)試驗證，基本實現(xiàn)了礦用電源的要求。 據(jù)資料統(tǒng)計 ,電子設(shè)備的故障大約有 80%是由于電源引起的 。 隨著煤礦管理現(xiàn)代化的提高 , 本安設(shè)備越來越多地被煤礦所采用 。 1 礦用本安 直流 電源的設(shè)計 摘 要 電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要動力，在煤炭生產(chǎn)中占有重要的地位，是保證礦業(yè)生產(chǎn)的先決條件。礦井供電要求保證可靠，礦井供電中斷時不僅會影響原煤的生產(chǎn)產(chǎn)量，而且會導(dǎo)致礦井排水系統(tǒng)停止工作，同時井下停電停風后，還會造成瓦斯積累，從而導(dǎo)致設(shè)備 損 壞、生產(chǎn)停頓、危害井下人身安全，造成礦井的破壞，后果比較嚴重 。本安電源作為本安系統(tǒng)不可缺少的組成部分 ,關(guān)系到礦井安全生產(chǎn)、抗災(zāi)能力和礦工安危 ， 其技術(shù)先進性 和產(chǎn)品質(zhì)量決定了本安設(shè)備的可靠性 , 從而直接影響到監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準確性、可靠性 、穩(wěn)定性 。因此 ,本安電源的質(zhì)量 、技術(shù)發(fā)展水平越來越得到人們的重視 。 關(guān)鍵詞：本安 直流 電源 故障 Multisim 調(diào)試驗證 2 Abstract Electric power is the main driving force of modern coal mining industry, coal production occupies an important position, is to ensure that the mining production power supply requirements to ensure reliable power supply interruption, the mine will not only affect the coal production yield, but also causes the mine drainage system to stop working, and the underground power to stop the wind, can cause gas accumulation, leading to equipment with bad, production to a standstill, endanger personal safety under the coal mine well, causing damage, more serious the development of coal mine management modernization to improve, intrinsically safe equipment is increasingly being used in coal mine. Intrinsically safe power as an indispensable part of intrinsically safe system, its advanced technology and product quality has decided the intrinsically safe equipment reliability, which directly affects the accuracy of data acquisition monitoring system, reliability, stability, matter to the safety in production of coal mine, the ability that fight calamity and miners. According to statistics, the electronic 3 equipment fault about 80% is the result caused by power supply. Therefore, intrinsically safe power supply quality, developing level of technology has been paid more and more attention. This paper introduces a kind of mine intrinsically safe DC power supply design, and through the Multisim simulation software debugging test, the basic realization of the mine power supply. Key words: intrinsically safe power supply fault Multisim debugging verification 4 目 錄 摘 要 第一章 緒論 ................................... 1 第二章 礦用本安電源的簡介 ...................... 2 本質(zhì)安全型電路的基本原理 .................. 2 應(yīng)用礦用本安電源的 特殊性 .................. 3 3 礦山企業(yè)對供電的基本要求 ................ 4 第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計 ................. 6 過壓過流保護電路的設(shè)計 ................... 7 穩(wěn)壓電路的設(shè)計 .......................... 17 開關(guān)控制電路的設(shè)計 ...................... 19 整體設(shè)計電路圖 .......................... 22 第四章 礦用本安直流電源設(shè)計電路的仿真實驗 .... 24 Multisim 仿真軟件 ........................ 25 過壓過流保護電路的仿真實驗 .............. 30 穩(wěn)壓電路的仿真實驗 ...................... 36 5 4 開關(guān)控制電路的仿真實驗 ................. 38 總體礦用本安直流電源電路的仿真實驗 ..... 38 第五章 畢業(yè)設(shè)計 總結(jié)和 體會 .................... 42 參考文獻： ..................................... 42 致 謝 ......................................... 44 附錄： ......................................... 45 1 第一章 緒論 不間斷電源（ uninterrupted power supply， UPS）， 是針對電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對電源的可靠性要求，克服中、大型計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣的問題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純在線式智能型 UPS。 礦井井下工作環(huán)境特殊，特別容易發(fā)生事故 ，引起人身安全，對電源的要求特別高。在礦井等存在易燃、易爆氣體的工作環(huán)境中，本安電源已經(jīng)是不可缺少的安全設(shè)備。 本安電源，即本質(zhì)安全型電源，本質(zhì)安全電路是指在正常工作和規(guī)定的故障條件下 , 產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。 所以，設(shè)計一種性能優(yōu)良、通用性強、體積較小、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的不間斷供電電源單元有非常好的應(yīng)用前景。而且它還有著體積小、安裝簡單、成本較低等一系列優(yōu)點 ，實際應(yīng)用性強。本安性能指本質(zhì)安全電源電路在標準規(guī)定條件 (包括正常工作和標準規(guī)定的故障條件 )下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境。本質(zhì)安全電路及設(shè)備的防爆原理是 :通過規(guī)定電氣設(shè)備電路中的各種電氣參數(shù)或者采用必要的保護措施來控制電路出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的電火花能量和熱能 ,從而實現(xiàn)電氣設(shè)備防爆。 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備根據(jù)其安全程度不同分為 ia 和 ib兩個等級。 ib 等級是指電路在正常工作或一個計數(shù)故障時，不能點燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。 （ 1）輸入和輸出端電氣隔離。為防