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具有多输入自动切换功能的不间断本安电源研究.pdf

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摘要

摘要

近年来,随着全国煤炭行业的稳定发展和煤炭需求量的不断上升,煤矿井下应用的

智能化系统对于供电的要求也日益增高。这些系统的核心控制器大多采用直流供电,通

常以本安电源的形式实现。煤矿智能化系统的正常运行,首要前提是有着可靠和稳定的

供电电源,任何供电电源的故障或停电都可能对煤矿井下的安全生产造成严重影响,甚

至导致人员伤亡。目前煤矿井下本安电源的结构基本上为单路交流供电输入,一路或多

路本安电源输出,同时配置矿用电池作为备用电源。但由于单路供电的不可靠性和电池

缺乏维护,当前实际应用的本安电源不可控的停电时有发生,影响煤矿智能化系统的正

常运行。因此,研发一种具备多输入自动切换功能、不间断供电并可充放电的本安电源,

对于提升煤矿井下供电安全具有极其重要的意义。

首先,本文对不间断本安电源进行了分析,介绍了本安电源的定义、技术要求和性

能指标;考虑到煤矿井下的具体应用场景,文章详细列出了当前的需求分析;本文还对

多输入电源切换进行了深入分析,设计了利用直流小电流控制主备两路交流侧电源的切

换方式;论文还详细讨论了煤矿井下使用的各种电池类型,并阐述了选择矿用磷酸铁锂

电池作为备用电源的原因及其性能指标。

接着,本文给出了不间断本安电源的整体框架,以电流型PWM芯片UC3842为核

心,设计了反激式开关电源的电路结构,并利用MULTISIM软件搭建了反激式开关电

源仿真模型,实现了稳定的24V直流电压输出。在此基础上,依据GB/T3836.4-2021爆

炸性环境系列标准,设计了基于LT4363双重过压过流保护电路,以确保本安电源的稳

定、可靠和安全输出。

此外,本文还进行了基于PI控制器的矿用磷酸铁锂电池充放电系统仿真。通过双

闭环控制策略构建双向半桥DC-DC变换器,在MATLAB/SIMULINK中搭建了一个完

整的矿用磷酸铁锂电池充放电整体模型,对磷酸铁锂电池充放电过程进行了仿真实验,

实验验证了模型的正确性和控制算法的可行性,为后续电池充放电电路板的设计提供了

理论参考和实践指导。

最后,本文描述了实验样机的搭建过程并进行了实验验证。通过立创EDA进行了

电源切换的原理图绘制、PCB布局和制板工作;使用AD2020绘制了本安电源和双重过

压过流保护电路的PCB电路板。将这些组件与矿用磷酸铁锂电池结合,组装成实验样

机,测试了实验样机的工作波形,验证了设计的可行性。

关键词:本安电源,反激变换器,自动切换,不间断电源,矿用磷酸铁锂电池

I

盐城工学院硕士学位论文

Abstract

Inrecentyears,withthesteadydevelopmentofthenationalcoalindustryandtherising

demandforcoal,intelligentsystemsusedinundergroundcoalmineshaveincreasinglyhigher

requirementsforpowersupply.ThecorecontrollersofthesesystemsmostlyuseDCpower

supply,usuallyimplementedintheformofintrinsicallysafepowersupplies.Thefirst

prerequisiteforthenormaloperationofcoalmineintelligentsystemsisareliableandstable

powersupply.Anyfailureorpoweroutageofthepowersupplymayhaveaseriousimpacton

thesafeproductionofcoalminesandevenleadtocasualties.Atpresent,the

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