【正文】 9 O h m _ 1 %R154 9 9 O h m _ 1 % 圖 31 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路 9 設(shè)計(jì) 的過(guò)壓過(guò) 流保護(hù)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(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能主要通過(guò)控制三極管的通斷來(lái)實(shí)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(guò)壓過(guò)流 保護(hù)電路 ， 即 一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊。 根據(jù)設(shè)計(jì) 礦用 本安電源 功能 ， 設(shè)計(jì)的本安直流電源電路相對(duì) 7 比較復(fù)雜，為了方便、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將 設(shè)計(jì)電路根據(jù)功能分為三個(gè)設(shè)計(jì)模塊，即 過(guò)壓過(guò)流 保護(hù) 模塊，穩(wěn)壓模塊，開(kāi)關(guān)控制模塊。 第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計(jì) 電源 電路的總體 設(shè)計(jì)思路 依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本質(zhì)安全型電源需要雙重過(guò)壓過(guò)流保護(hù)， 保證在出現(xiàn)一級(jí)故障的情況下，依然能夠滿(mǎn)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(jì)礦用電源時(shí)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(mǎn)足，在滿(mǎn)足著兩個(gè)條件的前提下，再對(duì)考慮 供電質(zhì)量 、 供電經(jīng)濟(jì) 的要求 。供電頻率由發(fā)電廠保證，用電企業(yè)無(wú)法改變。因此，要向用戶(hù)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(dāng)電力系統(tǒng)因故障必須拉閘限電時(shí)，首先停三類(lèi)負(fù)荷，必要時(shí)再停二類(lèi)負(fù)荷，但必須保證一類(lèi)負(fù)荷的用電。 對(duì)電力負(fù)荷分類(lèi)的目的是為了便于合理地供電。 三類(lèi)負(fù)荷 :三類(lèi)負(fù)荷是指除一類(lèi)、二類(lèi)負(fù)荷外的其他負(fù)荷，如礦山企業(yè)的附屬車(chē)場(chǎng)。 二類(lèi)負(fù)荷 :凡因突然停電，造成大量減產(chǎn)或生產(chǎn)大量廢品的負(fù)荷。一類(lèi)負(fù)荷中影響人身與設(shè)備安全的負(fù)荷又叫保安負(fù)荷。 一類(lèi)負(fù)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(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失 的或在政治上產(chǎn)生不良影響的負(fù) 5 荷，均屬一類(lèi)負(fù)荷。因此，礦山企業(yè)對(duì)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(duì)供電的基本要求 電力是礦山生產(chǎn)的主要能源。在電路實(shí)現(xiàn)上 ,就是要有過(guò)流或短路、過(guò)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(jí) 。因此 ,本安電源必須具有備用電池 ,以便在電網(wǎng)停電時(shí)由備用電池繼續(xù)向負(fù)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(guò)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(jí)是指電路在正常工作、一個(gè)或兩個(gè)計(jì)數(shù)故障時(shí)，都不能點(diǎn)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(rèn)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(diǎn)燃電路周?chē)h(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(guò)程中 , 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn) , 更重要的是可以應(yīng)用在易燃、易爆等危險(xiǎn)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(cè)、監(jiān)控、報(bào)警等系統(tǒng)中。 第二章 礦用本安電源的 簡(jiǎn)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(jì)的 礦用 本安 直流 電源， 滿(mǎn)足了礦井工作對(duì)電源的高度要求， 并 在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 各個(gè)功能模塊 效果很好，證明了它能夠在易燃等危險(xiǎn)環(huán)境下正常使用。在國(guó)標(biāo) 中規(guī)定了本質(zhì)安全型電路的各種 指 標(biāo) ,主要有：輸出電壓或電流不能點(diǎn)燃周?chē)扇?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(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路 ；這些指標(biāo)給本安電源的設(shè)計(jì)提供了明確的設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(hù)工作 , 以防止過(guò)壓或過(guò)流產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃井下氣體，造成設(shè)備和人員的損壞和傷亡。 煤礦自動(dòng)化的高速發(fā)展 使得本安電源在礦井中的使用越來(lái)越頻繁，同時(shí)對(duì)它的使用要求也越來(lái)越嚴(yán)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB3836. 4 2020 和安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)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(jì)，并通過(guò)仿真軟件 Multisim 的調(diào)試驗(yàn)證，基本實(shí)現(xiàn)了礦用電源的要求。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì) ,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(lái)越多地被煤礦所采用 。 1 礦用本安 直流 電源的設(shè)計(jì) 摘 要 電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要?jiǎng)恿Γ诿禾可a(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(shí)不僅會(huì)影響原煤的生產(chǎn)產(chǎn)量，而且會(huì)導(dǎo)致礦井排水系統(tǒng)停止工作，同時(shí)井下停電停風(fēng)后，還會(huì)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(yán)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(jìn)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(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)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(lái)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(yàn)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(jiǎn)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(duì)供電的基本要求 ................ 4 第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計(jì) ................. 6 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ................... 7 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) .......................... 17 開(kāi)關(guān)控制電路的設(shè)計(jì) ...................... 19 整體設(shè)計(jì)電路圖 .......................... 22 第四章 礦用本安直流電源設(shè)計(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn) .... 24 Multisim 仿真軟件 ........................ 25 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn) .............. 30 穩(wěn)壓電路的仿真實(shí)驗(yàn) ...................... 36 5 4 開(kāi)關(guān)控制電路的仿真實(shí)驗(yàn) ................. 38 總體礦用本安直流電源電路的仿真實(shí)驗(yàn) ..... 38 第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì) 總結(jié)和 體會(huì) .................... 42 參考文獻(xiàn)： ..................................... 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(duì)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(duì)電源的可靠性要求，克服中、大型計(jì)算機(jī)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(wèn)題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純?cè)诰€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(duì)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(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。 所以，設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)良、通用性強(qiáng)、體積較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(jiǎn)單、成本較低等一系列優(yōu)點(diǎn) ，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)。本安性能指本質(zhì)安全電源電路在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件 (包括正常工作和標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(guò)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(hù)措施來(lái)控制電路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生的電火花能量和熱能 ,從而實(shí)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(gè)等級(jí)。 ib 等級(jí)是指電路在正常工作或一個(gè)計(jì)數(shù)故障時(shí)，不能點(diǎn)燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。 （ 1）輸入和輸出端電氣隔離。