趙瑞林

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程學院，陜西 咸陽 712000)

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基于礦用開關(guān)電源設(shè)計與故障維護分析

趙瑞林

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程學院，陜西 咸陽 712000)

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。礦用開關(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。該類電源的特點是多路輸出。礦用電源故障問題，可以根據(jù)經(jīng)驗通過排除法對礦用電源問題逐一排查，來確定問題所在，然后用相應(yīng)的方法進行解決。

開關(guān)電源；礦用；故障現(xiàn)象；排故方法

0 前 言

開關(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)等各個領(lǐng)域，各種礦用電氣設(shè)備大量采用開關(guān)電源。隨著礦業(yè)控制系統(tǒng)信息自動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，開關(guān)電源的可靠性、安全性變得至關(guān)重要。開關(guān)電源是礦用電氣設(shè)備的重要組成部分，特點是多路輸出，但在日常使用和維護時，常會碰到一些電源故障問題無法解決。

1 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

開關(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)壓與保護電路、多路直流穩(wěn)壓輸出電路。開關(guān)電源結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

開關(guān)電源是通過控制電力電子開關(guān)器件實現(xiàn)快速的導通與關(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行變壓，產(chǎn)生現(xiàn)場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，且工作時不是很熱，成本較低。開關(guān)電源的工作過程如下。

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

2) 通過PWM控制將信號加到變壓器一次側(cè)。功率一樣時，器件的導通關(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)整流供給直流負載，變壓器二次側(cè)可以有一個或多個帶抽頭繞組，以得到合適的電壓[3]。

4) 輸出經(jīng)過反饋電路，控制PWM的占空比K，實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。另外還需增加保護電路，以免燒壞開關(guān)電源。

2 礦用開關(guān)電源電路設(shè)計

礦用的開關(guān)電源電路設(shè)計如圖2所示，此電路有直流漏電保護和零序電流漏電保護，可完成礦下低壓電網(wǎng)漏電時橫向和縱向選擇功能，實現(xiàn)電網(wǎng)對漏電保護動作電阻值的穩(wěn)定性，使開關(guān)電源可靠安全[4]。

圖2 礦用開關(guān)電源電路

三相交流信號與零序信號通過IO板上的通道模塊處理后，DSP采集的信號進入CPU板，送給上位機顯示,上位機的信號參數(shù)下發(fā)到CPU板，再發(fā)到IO板。電源板輸入是24V直流信號,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 常見故障與檢修

礦用開關(guān)電源由于使用頻率高，容易出現(xiàn)問題，故障繁多。為了方便排除故障，以圖2所示的礦用開關(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) 通電后沒有任何反應(yīng)

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

排故方法：這是開關(guān)電源最常見的故障，查看電源有沒有元器件燒壞，用萬用表逐個檢測靜態(tài)電阻，是否有短路。

2) 通電就燒斷熔斷器

故障現(xiàn)象：電源開關(guān)一接通，熔斷器燒斷[6]。

排故方法：接通電源開關(guān)就燒斷熔斷器，表明電流過大，除短路之外，變壓器一次側(cè)繞組之前會有問題。

3) 直流輸出電壓為零

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

排故方法：開關(guān)電源輸出±5 V、±24 V四組電壓，若+5 V輸出電路有故障，整個電源電路會自動

保護導致其它也沒有輸出，因此+5 V的產(chǎn)生與輸出電路是重點檢查的環(huán)節(jié)[7]。

4) 直流輸出電壓偏差過大

故障現(xiàn)象：電源開啟后，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大，可調(diào)節(jié)基準電壓電位器使各檔電壓達到標準值。

5) 帶負載能力低

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

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

4 結(jié) 語

開關(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。礦用電源故障問題，可以根據(jù)經(jīng)驗，通過排除法對礦用電源問題逐一排查，來確定問題所在，然后用相應(yīng)的方法進行解決。根據(jù)工作中積累的豐富經(jīng)驗，針對礦用開關(guān)電源經(jīng)常遇到的幾種具有代表性的故障問題進行簡要分析，找出相應(yīng)的解決路徑和方法，從而為有效解決開關(guān)電源故障問題，提高礦用開關(guān)電源維護和保養(yǎng)工作水平提供借鑒。

[1] 蔡廣亮. 礦用大容量不間斷本質(zhì)安全電源的研究[D]. 太原: 太原理工大學, 2014.

[2] 周雪峰. 一種新型礦用本安電源保護電路的設(shè)計[J]. 工礦自動化, 2013(7): 101-103.

[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[J]. 工礦自動化, 2013(5): 9-12.

[4] 于月森. 本質(zhì)安全型開關(guān)電源基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究[D]. 徐州：中國礦業(yè)大學, 2012.

[5] 黃奔宇. 煤礦井下本質(zhì)安全開關(guān)電源的研究[D]. 合肥：安徽理工大學, 2014.

[6] 江凌峰. 開關(guān)電源電路設(shè)計及其高壓功率器件研制[D]. 廈門: 廈門大學, 2014.

[7] 程旭. 新型礦用直流開關(guān)電源系統(tǒng)研究[D]. 太原: 太原理工大學, 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[J]. 工礦自動化, 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：13759854582，E-mail：zrl1976@163.com.

TD605

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