煤矿安全监测系统不间断应急电源的研究

发布时间：2017-06-19 20:02

  本文关键词：煤矿安全监测系统不间断应急电源的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，国内煤矿基本都已安装安全生产监控系统和井下人员监测定位系统，对煤矿的安全高效生产起到积极作用。但是当供电故障或井下发生事故时会引起一系列停电问题，此时监测和定位系统因自备电源时间有限，无法长时间提供可靠的信息，各种气体浓度、风速、负压、主通风机/局部通风机开停、风筒状态等主要监控量无法获得，对救援工作造成障碍，延误最佳救援时机，增加人员伤亡。提高监测及定位系统电源的供电可靠性是保证人员安全，确保煤矿安全高效生产的重要措施。 本课题为煤矿安全监测系统地面中心站设计一款应急电源，当交流电源停电时，应急电源必需要保证中心站工作2小时以上，并且交流稳压电源需满足AC220V/1000VA。系统采用串联磷酸铁锂电池组作为安监系统应急电源的电能储备，电池组直流电压经单相全桥逆变电路输出稳定可靠的交流电，并且确保市电中断时，应急电源无延迟切换，以保证安监系统的不间断供电。本文全面探讨了应急电源中的各个环节，其中蓄电池组逆变生成交流电环节作为核心部分得到了深入研究。 首先，介绍了应急电源的系统结构和整体设计方案，详细阐述了逆变器的硬件设计，主电路采用单相全桥型拓扑结构，IGBT驱动采用集成模块式驱动电路，利用SPWM逆变技术，应用增量式PI调节器实现稳压输出调节，给出了滤波器中电感设计方法。其次，，在调研电池充电方式及电池管理系统研究现状的基础上，针对本课题，研究了磷酸铁锂电池组的构成形式及充电方式，对充电控制系统方案及具体硬件实现做了详细的介绍；设计了以MAX11068、C8051F340为核心的电池管理系统，对系统框架及内部组成做了详细的介绍。然后，研究了基于DSP TMS320F2812的逆变器控制方案，分析了各功能模块的软硬件设计；最后对整体研究工作进行了试验验证，基本满足各性能要求。
【关键词】：应急电源 全桥逆变 充电控制 SPWM TMS320F2812
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 应急电源简述9-10
• 1.3 电池充电方式介绍10-11
• 1.4 电池管理系统简介及发展11-12
• 1.5 本课题研究的主要内容12-14
• 第二章 应急电源的整体研究与设计14-30
• 2.1 应急电源系统结构及工作原理14-15
• 2.2 应急电源系统主电路设计15-28
• 2.2.1 逆变器主电路拓扑结构的选择15-17
• 2.2.2 逆变系统主电路硬件组成17-22
• 2.2.3 输出滤波器的设计22-27
• 2.2.4 切换电路27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 充电系统及电池管理系统的设计30-44
• 3.1 充电系统的总体设计30-35
• 3.1.1 蓄电池组设计及充电方式的选择30-32
• 3.1.2 充电系统控制方案32-33
• 3.1.3 充电控制系统的硬件实现33-35
• 3.2 电池管理系统的设计35-43
• 3.2.1 基于 MAX11068 的电池电压监测系统及均衡系统36-40
• 3.2.2 C8051F340 电池管理系统软件设计40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 系统逆变控制技术研究44-50
• 4.1 正弦脉宽调制技术44-45
• 4.2 SPWM 波形的生成方法45-46
• 4.3 PI 调节器的数字化46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 应急电源控制系统的设计50-62
• 5.1 DSP 控制系统硬件设计50-56
• 5.1.1 TMS320F2812 简介50-51
• 5.1.2 系统电源及复位电路51-52
• 5.1.3 PWM 信号的输出52-54
• 5.1.4 A/D 转换及保护54-55
• 5.1.5 采样电路55
• 5.1.6 串口通讯接口电路55-56
• 5.2 控制系统软件设计56-59
• 5.2.1 控制系统软件整体设计56-57
• 5.2.2 各功能模块软件设计57-59
• 5.3 死区对输出波形的影响59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第六章 实验与测试62-66
• 6.1 应急电源实验62
• 6.2 电池管理系统测试62-64
• 6.3 本章小结64-66
• 第七章 总结66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果74

【参考文献】

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本文编号：463550