本课题是国家“十一五”科技支撑计划重点项目(No:2007BAK29B05;2007BAB13B01)的重要组成部分,主要是针对煤矿井下电网电压波动大,供电质量差,供电不连续,经常影响安全生产等问题提出的。这些问题经常影响矿井安全生产监测监控系统、采煤机监控系统等的正常工作,甚至损坏系统,导致停产。另外对矿井瓦斯浓度的不间断监测是消除煤矿重大事故隐患,保证安全生产必备的前提条件。目前应用比较成熟的本质安全型开关电源一般容量都比较小,且大部分没有不间断输出功能。因此研究全数字化高稳定度三相交流电源和大容量不间断本质安全电源有非常重要的现实意义和应用价值。
　　本文对矿用高稳定度三相数字化电源(High Stability Power Supply,HSPS)和大容量不间断本质安全型开关电源(Intrinsic SafetyUninterruptible Power Supply,IUPS)的工作原理和实现方法进行了深入研究,搭建了实验平台,开发了控制系统,其主要研究内容如下:详细分析了项目性能要求和技术指标,在研究国内外发展动态的基础上,根据要求确定了系统的整体框架,设计了系统方案。根据系统方案,分析了HSPS部分高功率整流器的电路拓扑结构和工作原理,建立了低频等效数学模型,并在模型基础上深入研究其控制策略和数字化实现方案,设计了基于直接电流控制的直流电压外环网侧电流内环双闭环整流器控制方案。在分析HSPS部分逆变器的主电路拓扑结构和工作原理的基础上,设计了基于电压有效值外环电压瞬时值内环的双闭环控制策略。深入研究了PWM脉冲宽度等效原理及SPWM不对称规则采样调制策略和数字化实现过程,分析了死区对逆变器输出电压波形的影响,并提出了基于电感电流方向判断的叠加半死区时间解决方案。在对HSPS整流器和逆变器两大核心模块理论分析和控制策略研究的基础上,设计了系统中各部分的硬件电路,并进行了相应的实验,实验结果表明,电路运行可靠,抗干扰能力强。对应所开发的硬件电路,制定了HSPS系统软件总体设计方案,编写了控制程序,包括整流器系统主程序,外部中断服务程序等,通过调试,验证了所编写程序的有效性和准确性。针对IUPS部分的具体要求,设计了基于TL494的高精度开关电源和基于MAX4211的过电流、过功率双重保护方案,并采用CPU控制实现了蓄电池恒流充电和过充、过放保护。
　　本安火花实验结果表明,方案正确可行,硬件软件结构合理。搭建了实验平台,完成了系统实验,对系统主电路和控制电路的实验波形和运行数据进行了分析,实验结果表明,HSPS和IUPS系统结构合理,运行稳定可靠,满足设计要求。