1、4 礦用電源及備用電源4.1 礦用電源的特點及主要技術指標 4.1.1 礦用電源的特點 4.1.2 礦用電源的主要技術指標 4.1.3 礦用電源的分類4.2 礦用線性直流電源4.3 礦用開關電源4.4 礦用備用電源14.1.1 礦用電源的特點礦用電源（監(jiān)控系統(tǒng)、甲烷斷電儀、甲烷風電閉鎖電源等）除向分站、傳感器、聲光報警器、斷電器等提供本質安全防爆直流電源外，還須保證井下交流電網(wǎng)停電后維持系統(tǒng)正常工作時間不少于2h。其特點：本質安全型防爆輸出。電網(wǎng)電壓波動適應能力強。效率高、體積小、重量輕。保護能力強。輸入電壓范圍寬。一般選36、127、220、380、660V 2額定輸入電壓U1是礦用電源標稱

2、輸入電壓，如：36、127、220、380V等。允許輸入電壓范圍是礦用電源允許輸入電壓范圍，通常用額定輸入電壓的百分比表示（如75%110%U1）。也可用允許輸入電壓的上限和下限表示（如95V140V）。當輸入電壓超出輸入電壓范圍，電源將損壞，或不正常或失去防爆。額定輸出電壓是礦用電源標稱輸出電壓。如5、6、9、12、15、18、24V等。4.1.2 礦用電源的主要技術指標3輸出電壓范圍是礦用電源在規(guī)定的輸入電壓范圍內和輸出電流不大于額定輸出電流的情況下，輸出電壓變化范圍?？捎蒙舷孪奕纾?.755.25V，也可用額定輸出電壓的相對值表示：5%。最大輸出電壓是指礦用電源在開路等情況下所能輸出的最

3、大電壓。若礦用電源的輸出電壓大于最大輸出電壓，將無法保證電源的防爆性能，井下嚴禁使用。最大輸出電流是指礦用電源在短路等情況所能輸出的最大電流。若礦用電源的輸出電流大于最大輸出電流，無法保證防爆。4穩(wěn)壓系數(shù)是指輸入交流電壓變化V1所引起的輸出直流變化V0的變化量。穩(wěn)壓系數(shù)越小輸出越穩(wěn)定。穩(wěn)壓系數(shù)又分絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)。電壓調整率是指負載為額定負載時，輸入交流電壓在額定值上下變化10%時，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化值。電流調整率。輸出電阻（內阻）。紋波電壓。紋波系數(shù)。54.1.3 礦用電源的分類線性直流電源 電源穩(wěn)定度高，負載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，瞬態(tài)響應速度快，線路結構簡單，便于維護

4、，沒有開關干擾等優(yōu)點。但也存有缺點，見書。開關直流電源 體積小，重量輕，電網(wǎng)電壓波動適應能力強，過載能力強，輸入電壓范圍寬等。 由于開關電源輸出端一般都有用于濾波的大電感和大電容，難以滿足本質安全電氣防爆，故目前少用。64.2 礦用線性直流電源線性直流電源又可分：穩(wěn)壓源、恒流源和非穩(wěn)定電源3種。礦用線性直流電源一般由變壓器、整流電路、濾波電路、雙重限流（恒流）限壓（穩(wěn)壓）電路組成。變壓器除有穩(wěn)壓作用外，還具有電磁隔離功能，保證本質安全防爆的安全。整流電路將交流整流為直流。濾波電路濾除整流電路輸出中的交流成份。雙重限流限壓電路保證本質安全型防爆電源的輸出，同時可作為穩(wěn)壓和恒流電路，輸出穩(wěn)壓或恒流

5、電源。74.3 礦用開關電源4.3.1 礦用開關電源的特點輸出功率受限本質安全防爆措施是限制放電火花能量，即限制了電源的輸出能量。限制輸出能量即須限制輸出功率，即限電流限電壓。輸出端濾波電容和電感受限本質安全防爆限制火花放電能量，要限制電源輸出能量，要限制電源輸出端和負載中的電容和電感的儲能，以防電容或電感等儲能8元件的儲能造成火花放電能量的增大。輸入、輸出必須電氣隔離礦用電源的輸入為交流高壓，輸出為本質安全型防爆直流。為防止高壓串入本質安全型防爆直流，引起瓦斯爆炸，礦用電源的輸入與輸出之間必須電氣隔離。對主回路一般采用電磁隔離，對監(jiān)控回路一般采用光電隔離或電磁隔離。大的電壓允許輸入范圍由于井

6、下電壓波動范圍大，設備功率大，起9動頻繁，供電距離遠，為防損壞礦用電源的防爆性能規(guī)定礦用電源只能使用一個電壓等級。如既可用于127V又可用于220V的輸入電壓范圍應為95242V（即75%11%）。多重化保護為保證本質安全防爆電源在正常工作條件下和規(guī)定的故障狀態(tài)下所產生的電火花和熱效均不會引燃爆炸性氣體混合物。本質安全型電源的限流限壓等保護性元件必須雙重化（Ib）或三重化（Ia）。恒壓-恒流輸出特性10由于電源最大輸出電流電壓受限，為滿足本質安全防爆要求，提高電源帶負載能力，故本質安全型電源的輸出宜為恒壓-恒流輸出，即當負載較重（輕）時，恒流（壓）輸出。故障自動恢復礦用電源當輸出短路或開路故障

7、排除后必須能自動恢復，而不應由人工恢復。井下短路故障時有發(fā)生，距離遠，電源設在隔爆外殼內，難以人工恢復。體積小、重量輕、可靠性高114.2.3 開關電源的本質安全防爆采用半導體功率器件作為開關，將一種電源形態(tài)轉變成為另外一種電源形態(tài)，并且有穩(wěn)定輸出控制和短路等保護功能的電路稱開關電源。開關電源分交流輸入和直流輸入兩種結構。開關電源輸出端通常并聯(lián)有一個大容量濾波電容或串聯(lián)有大的電感，這樣的開關電源電路不能直接用作本質安全電源，所以必須接入雙重或多重保護元器件，當一個或兩個損壞時，應能繼續(xù)正常工作；提高開關電源工作頻率，降低濾波電容量和電感量；穩(wěn)壓限流。124.4 礦用備用電源當井下交流電網(wǎng)停電后

8、，為保證安全監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，且時間不小于2h，礦井監(jiān)控設備必須配備備用電源。其特點：應采用蓄電池。蓄電池應采用連續(xù)浮充制。備用電源要與主電路共用輸出限壓（穩(wěn)壓）和限流（恒流）電路。蓄電池要全密封免維護。蓄電池無記憶效應。135 礦用傳感器礦井監(jiān)控系統(tǒng)中所測物理量大多數(shù)是非電量，如甲烷、風速、溫度等，不能直接遠距離傳輸，必須對這些物理量進行變換為便于傳輸、存儲和處理的物理量。目前最能滿足要求的是電信號。它的測量、放大、傳輸、存儲和處理技術最為成熟。這就需要一個設備將非電信號轉換為電信號傳感器作為監(jiān)控系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，完成信息獲取和轉換的功能，其性能直接影響系統(tǒng)監(jiān)測精度。145.1 基礎知識5.

9、2 甲烷傳感器5.3 一氧化碳傳感器5.4 風速傳感器5.5 溫度傳感器5.6 開關量傳感器155.1 基礎知識傳感器主要由敏感元件、轉換元件、測量電路和輔助電源組成。如下圖所示： 傳感元件 被測參數(shù) 輸出信號敏感元件轉換元件測量電路輔助電源16在進行非電量到電量的轉換時，并非所有非電量一次直接轉換為電量，而是將被測非電量先轉換為另一種便于轉換為電量的非電量，敏感元件即是。轉換元件是將敏感元件所輸出的非電量轉換為電量的器件。如礦用超聲波旋渦式風速傳感器，首先通過敏感元件將風速轉換為與風速成正比的旋渦頻率，然后再通過轉換元件將與風速成正比的旋渦頻率轉換為電脈沖頻率。熱催化式甲烷傳感器中的敏感元件

10、同時兼做轉換元件，將被測非電量直接轉換為電量。17轉換元件輸出可以是電信號（電壓、電流或脈沖），也可是電阻、電容和電感等參數(shù)的變化。當轉換元件輸出為電信號時，測量電路就是一般的放大器，否則就需通過電橋先將這些參數(shù)變換成電信號，然后再進行放大。測量電路完成此功能外，一般還應具有非線性補償、阻抗和電平匹配等功能。隨著集成電路集成度的提高，微處理機芯片的應用，在智能傳感器里，測量電路還具有信號的預處理等功能。18傳感器分類：按輸入量（物理量）分：如甲烷、風速、負壓等傳感器。按變換原理分：如電化學、熱催化等。通常將上述兩種分類同時使用。如熱導式甲烷傳感器、超聲波旋渦式風速傳感器等。還有按能量傳遞方式分

11、：如有源、無源等；使用型式分。如固定式、機載式等；輸出信號分。如模擬式、數(shù)字式等。195.1.1 基本概念為了能定量度量傳感器的性能，現(xiàn)場中常用到如下參數(shù)概念：量程精度遲滯重復性線性度靈敏度205.1.2 供電方式傳感器供電方式內部供電。外部供電。內部供電分：傳感器自帶整流電源。蓄電池（或干電池）。外部供電：這是礦井監(jiān)控系統(tǒng)一般采用的。外部供電分：就近供電：由系統(tǒng)分站電源、或電控箱、或電源箱向傳感器供電，同集中供電比，有供電距離近、功耗小、簡單方便優(yōu)點，現(xiàn)場廣泛采用。為保證電網(wǎng)短時停電傳感器能正常工作不小于2h，在分站電源或電控箱或電源箱還設有一定容量蓄電池集中供電：當井下供電不正常仍需監(jiān)測時

12、，可采用集中供電，但電纜較多系統(tǒng)投資較大，不便于安裝維修。215.1.3 輸出信號礦井監(jiān)控系統(tǒng)中的被測物理量，可分為開關量和模擬量。開關量：只取兩種狀態(tài)的物理量。如：采煤機、掘進機、運輸機、水泵、風機的開停等?？捎秒妷旱挠袩o、電流的有無和極性來實現(xiàn)。模擬量：量值連續(xù)變化的物理量。如：甲烷濃度、風速、一氧化碳濃度等?？捎秒妷旱拇笮　㈦娏鞯拇笮『皖l率的高低等來實現(xiàn)。傳感器（CH4、CO、風速）的技術要求見教材P160。225.2 甲烷傳感器CH4濃度監(jiān)測是礦井安全監(jiān)控首要內容。環(huán)境中CH4濃度大于等于報警濃度則發(fā)出聲光報警信號；大于等于斷電濃度則切斷被控區(qū)域全部非本質安全型電氣設備電源并閉鎖，僅當

13、濃度低于復電濃度時解鎖。所以甲烷傳感器是礦井安全監(jiān)控中重要的、必備的設備之一。甲烷傳感器按其工作原理分為催化燃燒式（用于低濃甲烷監(jiān)測）和熱導式（用于高濃甲烷監(jiān)測）。235.2.1 催化燃燒式工作原理：在傳感元件（含敏感元件）表面的甲烷（可燃性氣體）在催化劑催化作用下發(fā)生無焰燃燒放出熱量，使傳感元件升溫，進而使傳感元件電阻變大，通過測量傳感元件電阻變化可測出CH4氣體濃度。催化燃燒式甲烷傳感器有鉑絲催化元件和載體催化元件兩種。在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)裝置中，測量低濃度甲烷傳感器主要是載體催化元件。24載體催化元件結構及工作原理載體催化元件一般由一個帶催化劑的傳感元件（俗稱黑元件）和一個不帶催化劑的補償元件（俗稱白元件）組成。兩元件結構尺寸完全相同，