論文類別：專家論文
作 者：佚名
所在地區(qū)：機電設(shè)備遠程控制開關(guān)電源設(shè)計研究
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摘 要：
摘要:礦井綜采工作面由于存在瓦斯、CO以及H2S等有害氣體以及大量粉塵導(dǎo)致其生產(chǎn)環(huán)境相對惡劣。為優(yōu)化綜采工作面機電設(shè)備供電問題，將開關(guān)電源應(yīng)用于工作面。本文分析開關(guān)電源工作面原理、軟硬件設(shè)計等方面進行探討。實踐表明，開關(guān)電源能夠為綜采工作面提供穩(wěn)定、安全的電壓，實現(xiàn)設(shè)備供電遠程控制功能。
關(guān)鍵詞:煤礦；開關(guān)電源；遠程控制；機電設(shè)備；自動化
1開關(guān)電源工作原理的分析
開關(guān)電源的設(shè)計原理為基于電子技術(shù)通過半導(dǎo)體等元器件控制開關(guān)的打開和關(guān)閉，從而確保電壓能夠穩(wěn)定輸出;此外，基于開關(guān)電源能夠控制內(nèi)部晶體管的開關(guān)。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，電壓低、電流較大;當(dāng)晶體管閉合時，電壓高、電流較小。在各類半導(dǎo)體元件的作用下可確保開關(guān)電源能夠在損耗較低的情況下為機電設(shè)備提供多種規(guī)格的穩(wěn)定電源。交流電壓在整流、濾波作用下轉(zhuǎn)化為直流電壓。此時所得的直流電壓中含有一定的脈動成分。將具有一定脈動成分的電壓經(jīng)高頻交換器再次整流濾波操作后得出可供給機電設(shè)備的穩(wěn)定直流電壓�；趯﹂_關(guān)電源工作原理分析的基礎(chǔ)上，得出開關(guān)電源的設(shè)計總體思路如下:選用合適的高頻交換器及濾波器等元器件對交流電壓進行整流、濾波等操作。此外，還可通過上位機對電源實時輸出的電壓及電流波形進行顯示，用戶可實時操作開關(guān)電源實現(xiàn)對機電設(shè)備的遠程控制。
2開關(guān)電源的設(shè)計
開關(guān)電源的設(shè)計主要包括有硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。其中，硬件設(shè)計主要指的是開關(guān)電源中的輸入電路、功率變換電路等電路及其中關(guān)鍵元器件的選型;軟件設(shè)計指用戶可通過上位機操作系統(tǒng)實現(xiàn)對機電設(shè)備的遠程控制功能。
2．1開關(guān)電源的硬件設(shè)計
2．1．1輸入電路的設(shè)計輸入電路即為交流電壓輸入系統(tǒng)中的路徑�；趯﹂_關(guān)電源工作原理分析研究的基礎(chǔ)上，輸入電路中需配置相應(yīng)的濾波器和整流濾波電路。其中，濾波器的主要功能是消除輸入交流電壓內(nèi)的電磁干擾。2．1．2功率變換電路的設(shè)計根據(jù)功率變換電路的功能要求，需為該電路配置相應(yīng)規(guī)格的功率管、變壓器以及控制芯片等。2．1．2．1功率管的選型功率管為半橋式逆變電路的核心元器件。因此，根據(jù)開關(guān)管所能承受的最高電壓為輸入電壓的一半。為安全起見，一般取開關(guān)管所能承受的最高電壓即為輸入電壓。設(shè)定開關(guān)管的最高電壓為350V，經(jīng)換算可得其對應(yīng)的電流值為14A。結(jié)合上述計算結(jié)果，所選功率管的型號為GT60。該功率管的具體參數(shù)如表1所示。2．1．2．2變壓器選型根據(jù)生產(chǎn)需求，設(shè)定開關(guān)電源的可輸出的最大功率值為1600W。結(jié)合經(jīng)驗及各類變壓器的性能對比，最終選定變壓器的型號EE55鐵氧體磁芯比變壓器。該變壓器的關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。2．1．2．3芯片的選型控制芯片作為功率變換電路的核心處理器，基于控制芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對半橋變換電路中功率開關(guān)管占空比的調(diào)節(jié)，并在相應(yīng)功率管驅(qū)動電路的作用下，確保開關(guān)電源所輸出的直流電壓為穩(wěn)定電壓。本開關(guān)電源所選芯片的型號為KA3525。2．1．3保護電路的設(shè)計為提升開關(guān)電源為機電設(shè)備供電的穩(wěn)定性，降低對機電設(shè)備的沖擊，還需為開關(guān)電源配置欠壓保護電路、過溫保護電路以及過壓保護電路等保護電路。開關(guān)電源中的各類保護電路均是基于LM324比較器對相應(yīng)參數(shù)對比分析后，將對比結(jié)果傳輸至PWM控制器中達到對開關(guān)電源欠電壓、過電壓以及過溫保護功能。2．1．4單片機的選型為了實現(xiàn)用戶對礦井機電設(shè)備的遠程控制，將開關(guān)電源與上位機之間基于相應(yīng)通信功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，單片機為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站不僅可以采集電源實時輸出的電壓值和電流值，并通過波形的形式顯示于上位機上;還可將用戶在上位機所設(shè)定電壓值和電流值經(jīng)單片機控制器傳遞至開關(guān)電源的控制端。鑒于工作面相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境以及可靠性的要求下，本開關(guān)電源所選擇的單片機型號為STM32F107。
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