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新型矿用逆变照明电源与可控硅照明电源

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 电路进行了比较分析。 煤矿井下架线电机车照明电源是一个将550V或250V直流电源逆变成24V交流或直流输出的装置。在20世纪90年代初,我国己研制开发了“可控硅矿用直流照明变压器”并在煤矿应用推广。随着国内外集成电路技术的迅速发展和新型的功率电子器件的不断开发应用,对逆变电源也提出了体积小、重量轻、高效率及高性能的要求。于是有关部门又研制开发了新型的“矿用逆变照明电源”并在煤矿推广应用。现将新型矿用照明电源的原理作一简单介绍,并与可控硅逆变电源进行比较分析。 可控硅矿用直流照明变压器工作原理矿用直流照明变压器电路原理示于。电源接通后,经隔离二级管!i、滤波电感"0、滤波电容0组成滤波电路,再经变压器对1充电。同时,此电压经换流线"1,降压电阻%3在控制电路建立稳压。此时,由单结晶体管等组成的张弛振荡器工作,并发出脉冲信号,经整形及功率放大,由脉冲变压器MB耦合输出脉冲,触发可控硅SCR导通。SCR―经导通,则"11组成的振荡电路工作。反振时,强迫关断可控硅SCR.当下一个脉冲到来之后,再重复以上过程。由于上述工作过程中变压器均承受电压,在其输出级耦合输出一个交变电压供照明灯使用。此交变电压再经二级管电容3组成的整流滤波电路供直流电喇叭使用。 低,输出谐波成分高,工作可靠性差和噪音相对比较大等,严重制约了其在煤矿的推广应用。新型“矿用逆变照明电源”彻底用开关式电源取代原有的可控硅式电源。 新型矿用逆变照明电源工作原理2.1设计思想一是选用S5920MOS大功率开关管代替原可控硅管,提高开关速度和工作频率,设计频率为50kHz.二是选用%25B型材料的高频变压器代替原普通工频变压器,不仅频率提高,且体积减少3/4.三是选用TL494PWM脉宽调制集成电路代替原分立元件的电压调制电路,提高电路的稳定性与可靠性。 在更换主要元器件的基础上设计新一代产品,元器件要尽量集成化、小型化,电路设计力求降低自身损耗,使电路布局*优化。经过多次调试和严格筛选,使得产品结构非常紧凑,体积减至原来的1/2,输出直流稳定,保护动作灵敏。现场试验证实了原设计特点,达到了原设计要求。 2.2工作原理新型矿用逆变照明电源原理示于。当输入高压直流时,该电压经滤波隔离电路给主开关电路送一开关电平,另一路作为控制电路的开启电压经启动电路到核心控制电路PWM脉冲发生器。DWM输出开关脉冲,经脉冲放大电路分别驱动主开关电路(如所示),主开关电路采用半桥式变换电路,Mi、'2交替导通,在变压器下原边产生高频电压,经整流滤波电路,输出24V直流。 该输出电压一方面为PWM的直流电源,另一方面作为输出取样信号,经反馈环节送PWM,当不同负载下以及高压直流在一定范围内小波动或变化时,取样信号与基准信号电压比较,根据表1输入输出。原可控硅式电源逆变压输出波形上下不对称(见)。电源利用率低,一般可控硅式电源转换率为30+左右。 实验中,给开关电源输入电压600V,不同负载时,测得电源转换率变化不大。实验数据如表1.由表1得知,负载不同时,转换率分别为:可以认为,开关式电源转换效率约为55+.比可控硅式提高了近1倍。 输出稳定性高。输出电路的任务是对高频变压器次级的方波电压进行整流滤波。中,串联耦合电容3―方面起耦合作用,另一方面与输出滤波电感形成串联谐振电路。其谐振频率/R为:而Lr为了使耦合电容充电曲线呈线性变化,谐振频率/R必须低于电源工作的开关频率/s.按照上述条件,调试选择滤波电感%、3及0参数。这种具有LC滤波器的整流电路,适用于功率大、电流大、输出脉冲小的场合,尤其对高频效果更佳,当高频方波(见)经整流滤波后,输出得到稳定的24V直流,在负载变化或高压电源波动情况下,由PWM电路调制稳压,输出曲线几乎呈水平线。 可控硅式电源由于逆变压波形(见)本身不对称,谐波成分高,电源工作频率也低,输出特性软,尤其高压电源波动大时,反馈环节出现非线性,输出抖动。 可靠性高。原可控硅式电源工作时,因其自身无自关断能力,必须附加关断电路,其关断速度以及关断所需的能量取决于关断电路的参数和负载的大小等因素,电路参数一经确定,关断能力也就为定值参数,这样在井下直流电源波动较大时,就可能出现“失控”的不可关断现象,据西山矿务局某矿使用统计,因过流保护动作不及时,限流电阻及可控硅管时常被烧。新型逆变器中,主要功率器件采用MOS功率管,其特点是栅、源电压为零时,漏、源极间呈高阻状态,即具自关断能力,这样就省去了附加的关断电路。其次,中Fm、,8分别跨接于两只功率管的漏极和源极两端,它具有双重作用,当功率管截止时,它控制高频变压器的漏电感能量返回到直流电平,另一方面由于变压器中的磁通量突然增加,使漏极电压瞬时变负时,阻尼二极管可旁路功率管,直到漏极变成正电压,这样可有效预防功率管的反向导通而引起器件的损坏。 理论分析,新一代逆变电源的故障应明显减少,西山矿务局某矿使用开关式逆变电源一年多,功率管未被烧过,而且,如果发生意外负载短路时,脱弓排除故障后,电源可以自动恢复正常工作,大大减少了现场维修量。另外,原可控硅式电源基本是分立元件,电路各环节工作速度及可靠性、稳定性均无法与新型集成电路相比。 噪音低。原可控硅逆变器,由于工作在低频段,工作中会产生振荡声音。而M74场效应管工作频率比较高(5*9:;

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