基于礦用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與故障維護(hù)分析

趙瑞林

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

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基于礦用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與故障維護(hù)分析

趙瑞林

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。礦用開(kāi)關(guān)電源是礦業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的可靠性、安全性至關(guān)重要。該類(lèi)電源的特點(diǎn)是多路輸出。礦用電源故障問(wèn)題，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)排除法對(duì)礦用電源問(wèn)題逐一排查，來(lái)確定問(wèn)題所在，然后用相應(yīng)的方法進(jìn)行解決。

開(kāi)關(guān)電源；礦用；故障現(xiàn)象；排故方法

0 前 言

開(kāi)關(guān)電源是一種小型化、輕型化、高可靠性、高效率的穩(wěn)壓電源，廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，各種礦用電氣設(shè)備大量采用開(kāi)關(guān)電源。隨著礦業(yè)控制系統(tǒng)信息自動(dòng)化程度的日益提高和完善，各種新型電氣電子設(shè)備也在不斷應(yīng)用，作為電氣設(shè)備的主要組成部分，開(kāi)關(guān)電源的可靠性、安全性變得至關(guān)重要。開(kāi)關(guān)電源是礦用電氣設(shè)備的重要組成部分，特點(diǎn)是多路輸出，但在日常使用和維護(hù)時(shí)，常會(huì)碰到一些電源故障問(wèn)題無(wú)法解決。

1 開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)電源從電路結(jié)構(gòu)功能上分析，由以下幾部分組成：交流輸入電路、整流電路、功率變換電路、脈寬調(diào)制電路、PS-ON和PW-ON產(chǎn)生電路、穩(wěn)壓與保護(hù)電路、多路直流穩(wěn)壓輸出電路。開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)控制電力電子開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)快速的導(dǎo)通與關(guān)斷[1]，將直流電變換為頻率較高的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)所需要的一組或多組電壓。變換為高頻交流電的原因是高頻交流電在變壓器變壓電路中的效率要比50 Hz高很多，因而變壓器可以做的很小，且工作時(shí)不是很熱，成本較低。開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程如下。

1) 交流電源經(jīng)整流成直流。交流電源經(jīng)過(guò)整流變換為直流時(shí)，在輸入和輸出端都必須經(jīng)過(guò)濾波，可以濾掉電網(wǎng)上的干擾信號(hào)，也可以濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾信號(hào)[2]。

2) 通過(guò)PWM控制將信號(hào)加到變壓器一次側(cè)。功率一樣時(shí)，器件的導(dǎo)通關(guān)斷頻率越高，變壓器的體積就越小。

3) 變壓器二次側(cè)輸出高頻電壓，經(jīng)整流供給直流負(fù)載，變壓器二次側(cè)可以有一個(gè)或多個(gè)帶抽頭繞組，以得到合適的電壓[3]。

4) 輸出經(jīng)過(guò)反饋電路，控制PWM的占空比K，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。另外還需增加保護(hù)電路，以免燒壞開(kāi)關(guān)電源。

2 礦用開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)

礦用的開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)如圖2所示，此電路有直流漏電保護(hù)和零序電流漏電保護(hù)，可完成礦下低壓電網(wǎng)漏電時(shí)橫向和縱向選擇功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)漏電保護(hù)動(dòng)作電阻值的穩(wěn)定性，使開(kāi)關(guān)電源可靠安全[4]。

圖2 礦用開(kāi)關(guān)電源電路

三相交流信號(hào)與零序信號(hào)通過(guò)IO板上的通道模塊處理后，DSP采集的信號(hào)進(jìn)入CPU板，送給上位機(jī)顯示,上位機(jī)的信號(hào)參數(shù)下發(fā)到CPU板，再發(fā)到IO板。電源板輸入是24V直流信號(hào),處理之后轉(zhuǎn)換為+5 V送入饋電模塊使用，其它內(nèi)部電壓也都由此+5 V轉(zhuǎn)換而得到。

3 常見(jiàn)故障與檢修

礦用開(kāi)關(guān)電源由于使用頻率高，容易出現(xiàn)問(wèn)題，故障繁多。為了方便排除故障，以圖2所示的礦用開(kāi)關(guān)電源電路為例，分析經(jīng)常容易出現(xiàn)的故障及其排故方法[5]。

1) 通電后沒(méi)有任何反應(yīng)

故障現(xiàn)象：通電后指示燈不亮，整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有任何反應(yīng)。

排故方法：這是開(kāi)關(guān)電源最常見(jiàn)的故障，查看電源有沒(méi)有元器件燒壞，用萬(wàn)用表逐個(gè)檢測(cè)靜態(tài)電阻，是否有短路。

2) 通電就燒斷熔斷器

故障現(xiàn)象：電源開(kāi)關(guān)一接通，熔斷器燒斷[6]。

排故方法：接通電源開(kāi)關(guān)就燒斷熔斷器，表明電流過(guò)大，除短路之外，變壓器一次側(cè)繞組之前會(huì)有問(wèn)題。

3) 直流輸出電壓為零

故障現(xiàn)象：電源開(kāi)關(guān)接通后，±5 V、±24 V直流電沒(méi)有輸出。

排故方法：開(kāi)關(guān)電源輸出±5 V、±24 V四組電壓，若+5 V輸出電路有故障，整個(gè)電源電路會(huì)自動(dòng)

保護(hù)導(dǎo)致其它也沒(méi)有輸出，因此+5 V的產(chǎn)生與輸出電路是重點(diǎn)檢查的環(huán)節(jié)[7]。

4) 直流輸出電壓偏差過(guò)大

故障現(xiàn)象：電源開(kāi)啟后，各組直流電壓都有輸出，但偏離±5 V、±24 V很高或低很。

排故方法：直流輸出電壓偏差過(guò)大，可調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓電位器使各檔電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。

5) 帶負(fù)載能力低

故障現(xiàn)象：電源給輕負(fù)載供電正常，但接上更多負(fù)載時(shí)，開(kāi)關(guān)電源就不工作。

排故方法：輕負(fù)載下可以工作，表明電源沒(méi)有本質(zhì)性故障，可能是工作點(diǎn)沒(méi)有選好。適當(dāng)提高振蕩電路晶體管的增益，改變放大晶體管的工作點(diǎn)位于線(xiàn)性區(qū)，提高電源的負(fù)載能力[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

開(kāi)關(guān)電源作為電氣設(shè)備的主要組成部分，其可靠性、安全性至關(guān)重要。礦用電源故障問(wèn)題，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)排除法對(duì)礦用電源問(wèn)題逐一排查，來(lái)確定問(wèn)題所在，然后用相應(yīng)的方法進(jìn)行解決。根據(jù)工作中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)礦用開(kāi)關(guān)電源經(jīng)常遇到的幾種具有代表性的故障問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，找出相應(yīng)的解決路徑和方法，從而為有效解決開(kāi)關(guān)電源故障問(wèn)題，提高礦用開(kāi)關(guān)電源維護(hù)和保養(yǎng)工作水平提供借鑒。

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[3] 游青山. 基于鎳氫電池的隔爆型電氣設(shè)備備用電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 工礦自動(dòng)化, 2013(5): 9-12.

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[7] 程旭. 新型礦用直流開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究[D]. 太原: 太原理工大學(xué), 2010.

[8] 劉亞輝, 郭江濤, 林引. 礦用寬電壓自適應(yīng)防爆本質(zhì)安全型電源設(shè)計(jì)[J]. 工礦自動(dòng)化, 2013(4): 36-39.

BasedonMineSwitchingPowerSupplyDesignAnalysisandFaultMaintenance

ZHAO Ruilin

(CollegeofElectricalEngineering,ShannxiPoletechnicInstitute,Xianyang,Shanxi712000,China)

The switching power supply is the use of modern electronic technology, including the control switch transistor turn-on and turn off time ratio to maintain a stable output voltage power supplies. Switching power supply is an important part of mine mining system, critical reliability and safety performance. Characteristics of this type of power is the multi output power supply fault, mine, as can be in the experience. We can achieve in process of elimination of mine power supply problems one by one to determine the problems.

Switching power; Mine; Fault phenomenon; Repair methods

2016-09-10

趙瑞林(1976-)，男，陜西寶雞人，副教授，研究方向：控制工程與控制理論；手機(jī)：13759854582，E-mail：zrl1976@163.com.

TD605

：Bdoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.038