基于软开关的中央变电所本安型一体化通信电源研究与设计
发布时间：2021-10-28 11:45
随着社会需求和技术的发展,煤矿井下变电站逐步向智能变电站发展。变电站内通信电源的设计和配置是智能变电站发展的根本。传统井下变电站站用通信电源单独设计,阻碍了其向智能变电站的发展,因此一体化通信电源是必要的。在一体化通信电源系统中将变电站内直流电源系统和通信电源用的DC/DC变换器组合为一体,共用一个蓄电池组。但将一体化通信电源应用于井下中央变电所中也带来了一些新的问题:首先DC/DC变换器的高频化带来了大量的开关损耗和电磁干扰等问题;其次是DC/DC变换器短路故障时出现的电火花极有可能引爆周围的爆炸性气体。针对以上问题,本文将软开关技术引入一体化通信电源的DC/DC变换器中来提高变换效率,减小电磁干扰,并将DC/DC变换器设计为本质安全型,来提高其安全性。本文主要工作如下:（1）本文根据矿井下环境的恶劣性分析了中央变电所对一体化通信电源系统的特殊要求,分析对比各类软开关的优缺点,选择了 Buck ZVS PWM变换器和有源钳位反激变换器应用于一体化通信电源的DC/DC变换器中。（2）分别通过这两类变换器的原理分析,建立起数学模型,得出传统Buck变换器和反激变换器的电感电流和纹波电压关...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?—体化通信电源工作状态示意图??Ｆｉ．?２．１?Ｗｏｒｋｉｎｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｗｅｒ?ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎ??
图３．３输出电压和电感电流??Ｆｉｇ．?３．３?Ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ??根据图３．３得出，Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ电路的输出纹波电压与电感电流略大于??传统Ｂｕｃｋ电路，但大致是相同的。由此说明加入的谐振电感和谐振电容对电路??的输出的影响是很小的，因此传统Ｂｕｃｋ电路的输出纹波电压和电感Ｚ电流的公??式同样适用于Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ电路。??３．２关键电路参数的分析??（１）?ＢｕｃｋＺＶＳＰＷＭ变换器临界电感??当开关频率、负载电阻及输入和输出电压不变时，Ｂｕｃｋ?ＺＶＳＰＷＭ变换器??的工作模式仅取决于电感。根据在开关管Ｓ，＊断期间，电感Ｚ的电流会不会下??降到０，分成２种模式：连续导电模式（ＣＣＭ）和不连续导电模式（ＤＣＭ）。??根据文献丨５９］，Ｂｕｃｋ变换器的ＣＣＭ和ＤＣＭ之间的临界电感乙为：??Ｌ?＿（Ｕｍ－Ｕ０）Ｒ０ｄ??４－?２风?（３．２６）??当时，Ｂｕｃｋ变换器处于ＣＣＭ；当时，Ｂｕｃｋ变换器处于ＤＣＭ。??（２）?ＣＣＭ下的纹波电压和峰值电感电流??根据文献［５９］
?４本安型有源钳位反激变换器的研究??有源钳位反激变换器的输入和输出电气隔离，相对于Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ变换??器能够有更好的安全性。??４．１工作原理及数学模型的建立??反激型有源钳位电路，谐振电感心与主开关管Ｓ，并联的电容Ｇ和钳位电??容Ｃｅ产生谐振，在ＣＣＭ和ＤＣＭ运行模式下均可实现主开关的零电压开通和??关断，因此使开关管在开通和关断时的电压应力最小，也就减小了开关损耗，??从而变换效率有所提闻。??根据钳位电容位置的差异，可分为高边有源钳位和低边有源钳位电路，??高边有源钳位电路如图４．１所示，低边有源钳位电路如图４．２所示［５８］。本文将以??低边有源钳位电路为例来说明其工作原理。??Ｌ：?Ｄ３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变电站一体化电源系统的管理方法[J]. 陈杰,李守棋. 农村电工. 2018(04)
[2]矿用本安型电源软开关电路的设计[J]. 钟宁帆,冯展华,王小婧. 煤炭技术. 2018(01)
[3]高频开关电源中的电磁干扰与处置方式[J]. 靳慧,冯铮. 电子技术与软件工程. 2018(01)
[4]电力通信设备采用交直流一体化电源系统供电的可靠性[J]. 盛丹红. 电子技术与软件工程. 2017(22)
[5]浅析智能变电站电源系统的设计及应用[J]. 梁国坚,李福鹏,朱玲芬,陶熠昆. 电源技术. 2017(09)
[6]试论交直流一体化电源系统的优化设计[J]. 张岩. 通信电源技术. 2017(02)
[7]煤矿井下电力电子设备电磁干扰的研究[J]. 刘旭东. 电子制作. 2017(06)
[8]智能供电技术在煤矿中的应用[J]. 张欣华,李彦春. 内蒙古煤炭经济. 2016(24)
[9]智能变电站关键技术应用与研究[J]. 卜少明. 电工文摘. 2016(03)
[10]矿用隔爆型电气设备防爆壳体的轻薄化设计[J]. 安郁熙,王程程,崔焕鹏. 煤矿机电. 2016(01)
硕士论文
[1]软开关技术对开关频率调制引起的振动噪声的研究[D]. 季慧颖.沈阳工业大学 2017
[2]单端反激式多路开关电源设计[D]. 周志明.苏州大学 2017
[3]电力电子变压器DC-DC变换器的设计[D]. 贺威.中国矿业大学 2016
[4]变电站交直流电源在线监测系统设计[D]. 马新国.济南大学 2015
[5]煤矿井下本质安全开关电源的研究[D]. 黄奔宇.安徽理工大学 2014
[6]基于LM5025的有源箝位反激变换器的设计与实现[D]. 于孟春.华中科技大学 2013
[7]本质安全型开关电源的研制[D]. 俞优姝.安徽理工大学 2011
[8]本质安全型单端反激变换器的分析与设计[D]. 梁欢迎.西安科技大学 2008
本文编号：3462756
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?—体化通信电源工作状态示意图??Ｆｉ．?２．１?Ｗｏｒｋｉｎｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｗｅｒ?ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎ??
图３．３输出电压和电感电流??Ｆｉｇ．?３．３?Ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ??根据图３．３得出，Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ电路的输出纹波电压与电感电流略大于??传统Ｂｕｃｋ电路，但大致是相同的。由此说明加入的谐振电感和谐振电容对电路??的输出的影响是很小的，因此传统Ｂｕｃｋ电路的输出纹波电压和电感Ｚ电流的公??式同样适用于Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ电路。??３．２关键电路参数的分析??（１）?ＢｕｃｋＺＶＳＰＷＭ变换器临界电感??当开关频率、负载电阻及输入和输出电压不变时，Ｂｕｃｋ?ＺＶＳＰＷＭ变换器??的工作模式仅取决于电感。根据在开关管Ｓ，＊断期间，电感Ｚ的电流会不会下??降到０，分成２种模式：连续导电模式（ＣＣＭ）和不连续导电模式（ＤＣＭ）。??根据文献丨５９］，Ｂｕｃｋ变换器的ＣＣＭ和ＤＣＭ之间的临界电感乙为：??Ｌ?＿（Ｕｍ－Ｕ０）Ｒ０ｄ??４－?２风?（３．２６）??当时，Ｂｕｃｋ变换器处于ＣＣＭ；当时，Ｂｕｃｋ变换器处于ＤＣＭ。??（２）?ＣＣＭ下的纹波电压和峰值电感电流??根据文献［５９］
?４本安型有源钳位反激变换器的研究??有源钳位反激变换器的输入和输出电气隔离，相对于Ｂｕｃｋ?ＺＶＳ?ＰＷＭ变换??器能够有更好的安全性。??４．１工作原理及数学模型的建立??反激型有源钳位电路，谐振电感心与主开关管Ｓ，并联的电容Ｇ和钳位电??容Ｃｅ产生谐振，在ＣＣＭ和ＤＣＭ运行模式下均可实现主开关的零电压开通和??关断，因此使开关管在开通和关断时的电压应力最小，也就减小了开关损耗，??从而变换效率有所提闻。??根据钳位电容位置的差异，可分为高边有源钳位和低边有源钳位电路，??高边有源钳位电路如图４．１所示，低边有源钳位电路如图４．２所示［５８］。本文将以??低边有源钳位电路为例来说明其工作原理。??Ｌ：?Ｄ３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变电站一体化电源系统的管理方法[J]. 陈杰,李守棋. 农村电工. 2018(04)
[2]矿用本安型电源软开关电路的设计[J]. 钟宁帆,冯展华,王小婧. 煤炭技术. 2018(01)
[3]高频开关电源中的电磁干扰与处置方式[J]. 靳慧,冯铮. 电子技术与软件工程. 2018(01)
[4]电力通信设备采用交直流一体化电源系统供电的可靠性[J]. 盛丹红. 电子技术与软件工程. 2017(22)
[5]浅析智能变电站电源系统的设计及应用[J]. 梁国坚,李福鹏,朱玲芬,陶熠昆. 电源技术. 2017(09)
[6]试论交直流一体化电源系统的优化设计[J]. 张岩. 通信电源技术. 2017(02)
[7]煤矿井下电力电子设备电磁干扰的研究[J]. 刘旭东. 电子制作. 2017(06)
[8]智能供电技术在煤矿中的应用[J]. 张欣华,李彦春. 内蒙古煤炭经济. 2016(24)
[9]智能变电站关键技术应用与研究[J]. 卜少明. 电工文摘. 2016(03)
[10]矿用隔爆型电气设备防爆壳体的轻薄化设计[J]. 安郁熙,王程程,崔焕鹏. 煤矿机电. 2016(01)
硕士论文
[1]软开关技术对开关频率调制引起的振动噪声的研究[D]. 季慧颖.沈阳工业大学 2017
[2]单端反激式多路开关电源设计[D]. 周志明.苏州大学 2017
[3]电力电子变压器DC-DC变换器的设计[D]. 贺威.中国矿业大学 2016
[4]变电站交直流电源在线监测系统设计[D]. 马新国.济南大学 2015
[5]煤矿井下本质安全开关电源的研究[D]. 黄奔宇.安徽理工大学 2014
[6]基于LM5025的有源箝位反激变换器的设计与实现[D]. 于孟春.华中科技大学 2013
[7]本质安全型开关电源的研制[D]. 俞优姝.安徽理工大学 2011
[8]本质安全型单端反激变换器的分析与设计[D]. 梁欢迎.西安科技大学 2008
本文编号：3462756
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