隔爆兼本质安全型电源

关键词： 矿山

隔爆兼本质安全型电源（精选七篇）

隔爆兼本质安全型电源 篇1

数字矿山是物联网在煤炭行业的一种新的理念,可实现采矿自动化、智能化以至无人矿井,保障了矿山安全、高效、绿色、集约开采和生产[1]。随着数字矿山的建设,井下智能型控制系统的本质安全型电气设备应用广泛。作为本质安全系统不可缺少的组成部分——本质安全型电源,它的技术可靠性及产品质量决定了本质安全系统的可靠性,关系到整个矿井安全生产、抗灾能力和矿工安危[2]。

本文介绍一种矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源(以下简称本安电源)的设计,该电源已通过煤安认证。

1 总体要求及设计

本质安全型电路是指在规定的试验条件下正常工作或在规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物的电路[3]。本文设计的是复合式本质安全型电源,非本质安全部分采用加防爆外壳、浇封等防爆措施,但其电源的输出侧为本质安全电路。为达到这种要求,本安电源设计采用降压、整流、稳压、过流过压保护、充电及快速切断的模块。最主要的是多重保护模块的可靠性,要通过采取限制电流输出、电压输出和放电时间的措施来实现。

本文设计的本安电源原理框图如图1所示。127 V的交流电输入隔离变压器T,经整流、滤波、稳压输出直流电,一路给蓄电池充电,一路给负载供电,经过切换电路,所选择的一路输出电压经过稳压、多重过流和过压保护电路输出可靠的本安输出[4]。

2 主要电路介绍

该本安电源由交流变换降压整流滤波电路、直流稳压电路、多重保护电路、充电及切换电路组成[5]。

2.1 交流变换降压整流滤波电路

交流降压过程中其核心部分是变压器。由于是煤矿井下电网供电的本安型电气设备,则降压所用的变压器采用符合GB3836.4—83第6.1条关于可靠元器件和组件规定的变压器[6]。采用R型隔离变压器[7], 其输入侧采用变压器抽头方式。R型隔离变压器与E型变压器、环形变压器相比,具有漏磁小、温升低、体积小、重量轻、无噪音等显著特点。工作性能更强,可靠性更高, 绝缘性能强。

变压器副边输出18 V和19 V两组交流电压,整流滤波后输出直流电,分别作为本安输出和电池充电的电源(见图1)。其中采用单一电容器滤波,滤波电容值不大,不会影响电源输出电路的本安特性。如图1所示,此部分电路为切换电路左边的电路,分为2路:上面一路从变压器18 V输出侧引出,经BD1整流后再经电容滤波,通过稳压电路,为本安输出提供电源;下面一路从变压器19 V输出侧引出,经BD2整流后再经电容滤波,通过稳压充电电路,为蓄电池充电提供电源,

2.2 直流稳压电路

由于外部交流电的不稳定性及负载的影响,该本安电源中间电路经降压整流稳压后所输出的电压有一定波动,因此,设计了稳压电路。稳压电路核心器件为可以调试三端集成直流稳压器LM317,解决了利用固定式稳压器和电位器进行调压而引起的精度下降问题。LM317的输出电压范围为1.2~37 V;负载电流最大为1.5 A。在每级电路中要求稳定的电压也不同,根据需求,可以选择不同的稳压值。LM317内置有过载保护、安全区保护等多重保护[8],大大减少了一些元器件的使用。图2为该本安电源中稳压电路部分,其中可调电阻使用一个固定电阻R1和一个电位器W1,提高了调节输出电压的精度。中间经过切换电路及多重保护电路后再次连接稳压电路以确保输出电压的稳定性,其后加了2个稳压二极管D1、D2(TN4007),如果输出电压值过大,R3上有电压,采集信号返回到三极管Q1的基极,Q1导通,拉低LM317的输出,起到过压保护的作用。

2.3 过压、过流保护电路

为防止电源电路异常引起输出过高电压、或因负载短路引起的过流等现象烧坏负载和电源或引起火花等危害,因此,本安电源中要有双重的过流、过压保护电路。该本安电源电路有三重过压保护和两重过流保护,以保证保护电路响应的快速性和准确性。过压保护电路如图3所示。

(1) 在整流滤波稳压后的输出电源中,当输出电压≥18 V时,过压保护动作,D5导通,触发Q2导通,V2是DS31,输出截止,Q3截止,切断主路输出。

(2) Q3作为主路的通断元件,对输出的电压值很重要,起到一定的隔离作用,如果Q3输入后的电压比输入前的高,过压保护动作,Q4截止,采集R7的电压为0,Q5导通,拉低本安输出电压,当故障消除后自动恢复正常。

(3) 在输出本安电源前电压≥13 V时,过压保护动作,R14端由电压,反馈到图2中的Q1,Q1导通,LM317的电压拉低,故障消除后自动恢复正常。

双重过流保护电路如图4所示。

调节电位器W3或W4,可以改变过流保护的上限值,保证本安电路的多用性。一般上限值范围在1 A之内。当电路出现过流现象,三极管Q6或Q7导通,切断主通路,迅速降低电压输出。使用双重过流保护的原则,提高其可靠性。

2.4 充电及切换电路

备用电源是在市电停止供电时,蓄电池开始工作,减少不必要的危害。该部分电路主要使用2个继电器来控制充电、切换电路,设计巧妙,结构简单,并且使用LED灯直观显示工作状态。充电及切换电路如图5所示。

在交流输入正常时,Q9导通,继电器K1吸合,为充电状态;采集R22端电压,市电供电,三极管Q10截止,继电器K2断开,蓄电池不供电;三极管Q8导通,绿灯亮。

当交流输入中断时,瞬间蓄电池供电,Q9还是导通状态,继电器K1吸合,三极管Q10导通,继电器K2吸合,蓄电池供电;若蓄电池电压<9 V时,Q9截止,继电器K1断开,蓄电池不能供电,防止蓄电池电压低于这个值时产生大电流快速放电,从而会烧坏电路;三极管Q8截止,红灯亮。

3 结语

本安电源使用LM317元件实现稳压功能,使用方便,应用广泛;巧妙地设计了多重保护电路和充电及切换电路,具有电路简单、变换效率高、不间断供电、成本低等优点。该本安电源供电电压为AC127 V,允许波动范围为75%~110%;输出电压为12 V,工作电流≤800 mA(其值可以根据相应的负载需求来调节)。经过火花等相关试验的测试,该电源达到本安标准,并获得了安标证书。

摘要：基于本质安全型电源的原理及特点,提出了一种矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源的设计方案,详细介绍了该电源主要电路的设计。该电源采用LM317可调稳压芯片实现稳压功能,具有使用方便、电路简单、变换效率高、成本低等优点。测试结果表明,该电源达到了本安标准,满足了安全型电气设备的需求。

关键词：矿用电源,备用电源,直流稳压电源,本质安全电路,保护电路

参考文献

[1]孙明.数字矿山建设的研究及应用[J].湖南安全与防灾,2010(5):46-47.

[2]王清文.提高矿用本安电源带载能力的研究与实践[J].煤炭工程,2008(11):104-106.

[3]GB3836.4—2000爆炸性环境用电气设备第4部分本质安全型“i”[S].北京:国家标准出版社,2000.

[4]王文清,田柏林.矿用本安直流稳压电源的设计与研究[J].煤炭科学技术,2008(10):61-64.

[5]王磊,李振壁.一种新型的本质安全型电源[J].工矿自动化,2008(2):82-84.

[6]陈向东.矿用本质安全电源[J].煤炭科学技术,1997(6):36-39.

[7]孟进,马伟明,张磊,等.带整流桥输入级的开关电源差模干扰特性[J].电工技术学报,2006,21(8):14-18,24.

隔爆兼本质安全型电源 篇2

关键词：矿用隔爆兼本质安全型,动力中心,组合开关,高压真空开关,微机综合保护器

矿用隔爆兼本质安全型动力中心 (简称动力中心) 是适时满足煤矿井下生产要求的一种理想配电设备。动力中心采用多电压单独或同时输出;单电压输入绕组、单电压或多电压绕组组合设计的输入功能, 集不同输出功率 (电压、电流) 于一身的设计理念, 满足不同机电设备作业要求, 节约煤矿井下有限的作业空间。动力中心有接入不同电压的功能, 使其在不同电压输出的环境中都能得到广泛应用。

1 参数、结构

1.1 主要参数

容量:800~4000k VA;变压器的连接组别为:Yyn0y0 (d11) , Dyn11y11 (d0) 或其他;轨距为:600或900mm;输入电压:它可以在不同输入电压 (指3.3k V、6k V、10k V的电压) 条件下使用;输出电压:单电压或同时输出两个电压或输出三个电压 (输出的多种电压有3450V、1200V、693V、400V及230V) 等;输出路数:6~14;本安参数:插件输入电压AC36V, 输出本安参数U0:AC20V/DC13V, I0:136m A/20m A。

1.2 结构

由动力中心用组合开关、动力中心用干式变压器和动力中心用高压真空开关三部分共同组成。

1.2.1 组合开关

KJZ系列组合开关适用于有甲烷及煤尘爆炸危险的煤矿井下。在交流50Hz, 电压为3300V、1140V供电线路中, 可对乳化液泵、喷雾泵、转载机、破碎机启动、停止及双速切换、主、从顺序控制, 并能对电动机及供电线路进行保护。可带三相交流感应电动机或交流双绕组双速电动机, 并对其启动、停止、反转及双速切换进行控制, 且能对电动机及线路进行保护。

1.2.2 动力中心用干式变压器

(1) 组成:分为防爆壳体和变压器芯体两大块, 动力中心依据标准为GB8286-2005和安标国家中心的意见稿。防爆壳体包括有底盘支架, 支架的下端面装有轨轮, 上端面安装有固定的隔爆腔体, 隔爆腔按有关技术领域的工艺制作, 要求焊制既防爆又散热的金属壳体, 隔爆腔体的外壁采用波纹板, 隔爆腔体的上部有高压分接线盒、低压转换接线盒, 隔爆腔体内放置变压器器身。

(2) 铁心:采用斜接缝、叠加、错位、台阶式连接, 常规铁芯柱叠积断面图形为圆形, 而本动力中心的铁芯柱叠积断面采用“跑道”形即两半圆和一个长方形组成 (本动力中心铁芯柱叠积断面不局限这一形状) , 而且铁芯中增加撑条设计气道以备更好散热。其目的是降低动力中心的高度, 满足于煤矿井下的使用。

(3) 绕组:器身的绕组分高压绕组、多个低压绕组, 绕组方式多种多样, 每部分的引线都与常规也有所不同, 有利于系列产品设计方案的调整。

1.2.3 动力中心用永磁机构高压真空开关

KJG系列矿用隔爆兼本质安全型动力中心用永磁机构高压真空开关适用于含有爆炸性气体 (甲烷) 和煤尘的矿井中。在交流50Hz、额定电压为10 (6) k V, 额定电流50A、75A、100A、150A、200A、315A、400A、500A、630A的中性点不接地的三相电网中, 安装在动力中心的高压侧, 能对动力中心的各种故障进行监测并切断电源。

2 主要技术特点

(1) 动力中心用组合开关采用WZBQ-8G微机监控保护装置, 装置以16位单片机为核心, 工业级外围芯片, 精密小型互感器, 小型专用继电器以及科学的算法, 保护可靠灵敏, 测量精度高。标准化、模块化硬件设计, 科学的软件编程, 高精度的A/D转换, 多种抗干扰措施, 使装置具备多功能, 高性能, 高抗干扰能力。支持国家标准Mod BUS通讯协议, 达到“遥控”、“遥测”、“遥信”、“遥调”、“遥视”等功能。重要操作设有授权密码, 既方便了用户操作, 又有效防止误操作的发生。装置具备在线查询, 修改, 事件记录, 自检等功能。

(2) 动力中心用多电压干式变压器由于设计使用了多电压单独或同时输出;单电压输入及绕组单电压或多电压组合设计的输入功能, 集不同输出功率 (电压电流) 于一身满足不同机电设备作业要求, 节约井下有限的作业空间。动力中心有接入不同电压的功能, 使其在不同电压输入的环境中都能得到广泛应用。

(3) 动力中心用永磁机构高压真空开关采用技术先进的智能化单片机控制器和人机屏 (液晶显示器及操作键盘) 系统:采样精度高、抗干扰能力强、动作性能灵敏可靠、质量稳定、参数设置灵活方便, 运行及故障画面直观简明。

(4) 同原移动变电站使用方式相比, 实现了单电压输入与多电压组合设计的输入功能, 集不同输出功率 (电压电流) 于一身满足不同机电设备作业要求。动力中心有接入不同电压的功能, 多电压干式变压器由于设计使用了多电压单独或同时输出;使其在不同电压输入的环境中都能得到广泛应用。组合开关的模块化设计, 方便有问题时产品的快速处理, 同时也方便了矿井工程技术人员的使用。重要操作设有授权密码, 既方便了用户操作, 又有效防止误操作的发生。装置具备在线查询、修改、事件记录及自检等功能。

(5) 动力中心用采用支路独立单元保护装置实现微机保护, 采用多组合控制单元对每条支路通过RS485接口进行通讯, 每条支路的逻辑控制, 每条支路可以自由组合, 可对单机单连、多机多连、单机双连、双机双速进行随用户需求进行灵活设定;采用全中文的人机交流界面, 丰富了报警系统, 提高了故障的判断;采用真空技术进行漏电检测保护, 承受30000V高压绝缘, 属国内首创, 达国际先进水平;采用自动换相系统完成电机换相的功能, 大大地减小了体积, 同时也方便了矿井工程技术人员的使用。

3 应用前景

(1) 使用本产品将显现出极大的经济效益

在煤矿建井初期 (建设周期一般为3年) , 由于受当地电压的限制或其他原因, 仅有6k V或3k V供电网络, 迫于当时的供电环境, 矿主若仅选用一种供电电压的变压器, 该产品服务周期为20年, 一旦矿建完成, 而需10k V的电源变压器, 前面购置的产品就将面临闲置17年或更久时间, 使设备不能合理使用, 造成不必要的浪费。煤矿生产过程中, 由于煤矿井下的采掘所需供电电压为3.45 k V、1.2k V、0.693k V和0.133k V, 若分别设置不同的供电电压的变压器, 势必造成矿井开拓空间的加大及变压器台数、供电电缆、耗用电量、管理成本的增加。若使用新型的动力中心及多电压干式变压器, 根据匡算初期投资会增加约20%, 而选用此产品后综合回报率为150%, 减少矿主的设备投资, 提高有限的采煤工作空间, 满足同一工作面不同功率 (电压和电流) 机电设备的供电需求。

(2) 动力中心在国内外的报道中没有发现对该项目进行如此全面的研究、分析、开发和制造方面的报道, 此种研究在外文献检索尚未有报道。所以动力中心具有较好推广应用前景。

4 结语

隔爆兼本质安全型电源 篇3

关键词：矿用组合开关,先导电路,智能控制,本质安全,自启动,抗干扰,电子器件

0 引言

矿用组合开关与远方控制按钮之间的联接电路称先导电路,它是控制主电路闭合(或)断开时最先接收指令信号的控制电路,必须是本质安全型的。在煤矿井下,随着采掘功率的增大,控制方式越来越趋向集中化,组合开关的远控距离越来越长,致使远控电缆被短接的概率增大,矿用设备如采煤机、运输机自启动现象会导致机械和电气故障造成人身伤亡事故。因此,在设计先导电路时必须克服每一个不可靠因素,以确保煤矿井下供电系统的可靠运行[1]。

目前,先导控制技术普遍采用智能化控制,即通过单片机完成各种逻辑判断,进而控制设备的启停,但它存在自启动、非完全本质安全和抗干扰能力差等问题,周围一旦产生干扰信号,设备将无法稳定运行,造成不应有的损失。笔者在实验的基础上设计出了一种新型的具有高稳定性的先导电路,有效地解决了原有的先导电路存在的自启动和抗干扰能力差的问题,使先导电路的工作可靠性、保护灵敏性和安全性[2]均得到显著提高,并在实际产品中成功应用。

1 先导电路构成及工作原理

先导电路由信号产生电路、信号采集电路、信号鉴别电路和执行电路组成,如图1所示。

信号产生电路中,交流电压经先导二极管整流,直流电流在电阻上产生压降,该压降即为先导信号;当出现误启动、远控电缆断路和短接等故障时,先导信号电压是不相同的;信号采集电路采用RC滤波电路对先导信号滤波,用于控制接地故障和启停、断路控制,并把采集的先导信号送到由运算放大器、直流小型大功率继电器等元器件构成的信号鉴别电路,用于综合检测结果、鉴别控制指令和判断先导回路控制线状态;执行电路根据信号电压值的不同,控制运算放大器的输出继而控制继电器的吸合,以控制主控电路的导通,执行控制功能。

2 先导电路的硬件实现

根据上述分析设计出了如图2所示的具体实施电路,实验证明该电路能够满足要求,实现各种保护功能。

(1) 信号产生电路

图2中,SB1、SB2分别为先导电路远方启动和停止按钮,K1-a、K2-b为远控电缆。AC12 V交流电压经先导二极管D0整流后,在电阻R1、RP2上产生直流电压降,作为先导信号。经实验测试,当SB1闭合时信号电压经滤波后为6.5 V,SB1松开时信号电压经滤波后为7.9 V;当SB2断开或者远控电缆出现断路时,信号电压经滤波后为11.2 V;当K1-a段和K2-b段被短接时,信号电压经滤波后为0.4 V。信号产生电路以SB1、SB2的配合使用作为启动信号,当设备启动时需要先按下SB2按钮使回路形成断路,然后再按下SB1按钮,最后松开SB2,设备启动;几秒种后松开SB1,设备进入运

行阶段。若仅仅按下SB1按钮, 继电器J分开,继电器K释放,电路无法完成启动,电路将作为误启动信号进行处理,提高了电路的可靠性[3]。

(2) 信号采集电路

R6、R7、R16、R17和C1～C4对采集信号滤波,分别向运算放大器A1、A2提供信号电压。由R11～R15、A1、二极管D1和三极管Q1、继电器K实现启停和断路保护,其中R11～R15构成分压器向A1提供基准电压,并通过开关K的状态为不同运行状态提供不同的基准电压。R4～R5、R9～R10、A2、Q2和继电器J实现当远控电缆短接时继电器J稳定工作,其中C5、R9和常开开关J构成延时单元,控制继电器J延时释放,由电容放电时间常数τ=RC可知,取C5为100 μF、R9为51 kΩ可实现5 s左右的延时;通过对常闭开关J的控制可实现对继电器K的控制,避免接地时继电器反复动作[4]。

(3) 信号鉴别和执行电路

先导回路控制线与先导二极管D0正常且没有按下先导回路控制按钮时,UA1+UA1-,A1输出高电平,Q1导通,继电器K吸合, A1基准电压变大,保证松开SB1后UA1+>UA1-仍能成立。按下SB2、断线或跳开程控继电器KC时,先导信号产生回路形成断点,UA1+

当远控电缆发生短路故障时,UA2+> UA2-,A2输出高电平,Q2导通,继电器J吸合,其常闭开关J断开,继电器K释放[6]。同时常开开关J闭合,接通RC充电回路,当接地故障排除后,UA1-和UA2-电压均升高,由于电容电压不能突变,UA2-升高速度小于UA1-,只要保证当UA1-已经升高到大于UA1+时,UA2-才升高到大于UA2+,就可以有效避免继电器K自动吸合,保证了先导电路的安全性。

该先导电路中J和K采用MATSUSHITA DS2Y-S-DC12 V型继电器。依据额定参数和电路参数,可计算出启动电流Is=8.5 mA,维持电流Ih=6.5 mA。正常工作时,信号产生电路电流I实测为12 mA,当出现短路故障时,信号产生电路电流I实测为24 mA。查电阻性电路本质安全参数曲线[2]可知,电路在DC12 V电压作用下的最小引爆电流为5 A。由此说明,该先导电路是本质安全型电路[7]。

当先导回路工作电源AC发生波动或者由于远控电缆长度发生变化引起阻抗值变化时,先导信号电压将会随之发生变化,由于A1和A2取自于同一电路,其电压也将随之发生变动,故二者的电压波动值能够线性相互抵消,自适应性强,提高了电路的抗干扰性能[8]。

3 实验仿真及数据分析

先导信号采集是否准确决定了整个电路的控制准确性,所以采集信号是整个电路的核心。利用电子仿真软件Multisim10.0仿真可得到当先导电路启动、运行和远控电缆出现故障时c点(见图2)电压波形,如图3所示。使用该先导电路经多次实验,测得实验数据如表1所示。

从图3及表1可看出,当先导电路正常启动时, c点电压值为6.5 V,低于A1同相端电压7.2 V, Q1导通,使主控电路接通;当远控电缆发生断路故障时,c点电压值为11.9 V, 高于A1同相端电压7.5 V,Q1关断,使主控电路断路,起到保护作用;当

远控电缆发生短路故障时,c点电压值为1.5 V, 低于A1同相端电压7.5 V, 但此时A2输出高电平,Q2导通,继电器J吸合,其常闭开关J断开,继电器K释放,使主控电路断路, 起到保护作用。所以当直接按启动键启动时,电路无法完成启动;当远控电缆发生断路、短路故障时,设备能够可靠停止运行,并且故障排除后不会出现自启动现象。

4 结语

详细介绍了先导电路的硬件实现,利用仿真软件Multisim10.0对该电路进行了模拟仿真,从实验数据可看出:该电路检测精度高,动作灵敏,能够避免设备停机后的自启动现象,实现了断路、短路等保护功能。而且该电路采用电子器件实现先导控制和故障保护功能,未采用传统的以处理器为核心的控制方式,所以具有较强的自适应性和良好的抗干扰能力。目前,该电路已成功应用在3.3 kV矿用隔爆型组合开关中,运行稳定可靠。

参考文献

[1]朱前伟.矿用本质安全电源的基本要求和设计方法[J].工矿自动化,2012(2):22-25.

[2]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2011.

[3]李海英,郝俊芳,宋建成,等.矿用隔爆兼本质安全型磁力控制站测控系统的研究[J].太原理工大学学报,2001(11):580-583.

[4]许正亚.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,1996.

[5]BERTH M,KUNG L,LIMBEEK E F D E.Switching Overvoltages in Motor Circuits[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2001,37(6):1582-1589.

[6]王德胜.附加直流电源检测法在漏电保护中的应用[J].工矿自动化,2010(2):62-64.

[7]柳春生.矿用防爆型磁力起动器的故障预测及故障闭锁[J].仪器仪表学报,2001,22(4):235-236.

隔爆兼本质安全型电源 篇4

随着煤炭资源的高产能开采, 大功率采、掘、运设备不断增加, 其电压等级也逐步升高。目前矿井综采工作面大多数以1 140 V作为供电系统的主导电压, 设备也由单机拖动改为多机驱动, 单机容量已达1 000 k W, 起动方式有调压软起动器、液力耦合器、双速电机。这些方式起动力矩小, 当设备处于重载下 (胶带机、刮板机突然断电出现压煤时) 不能将设备起动, 不能对多驱设备进行功率平衡调节, 不能实现恒压供液, 采用变频技术将有效解决大功率胶带输送机、刮板输送机、乳化液泵等设备的重载软起动、调速、功率平衡、恒压供液等问题。为此, 大同煤矿集团机电装备中央机厂对国内煤矿带式输送机、刮板输送机、乳化油泵等设备使用状况、现存问题进行调研, 经过综合分析论证, 决定研制1 000 k W/1 140 V矿用隔爆兼本安型变频器, 用于带式输送机、刮板输送机、乳化油泵等设备的变频调速控制。该变频器具有起动转矩大、调速性能好、控制功能齐全、性价比适中, 对确保矿井安全生产, 提高机械设备使用寿命, 提高矿井生产自动化水平, 节能降耗, 推动煤炭行业技术进步具有极其重要的意义。

1 研究内容和技术难点

本项目的主要研究内容包括:隔爆外壳的设计、主回路设计 (包括输入滤波器、整流单元、逆变单元、光线分配单元) , 以及与主回路相关的辅助功能 (包括欠压保护、先导、漏电闭锁等功能) , 同时需要解决散热、EMC等问题。从调速装置方案、调速装置主电路设计、控制策略、保护电路设计、本安关键电路设计、防爆系统设计、软启动功能设计、防爆功能和系统监控与通讯系统设计等9个方面着手, 采用ABB直接转矩控制技术和英飞凌的高压大容量IGBT技术及CONCEPT驱动技术, 研制出1 140 V/1 000 k W防爆调速装置, 适用于煤矿井下带式输送机、刮板输送机、乳化液泵等设备的变频调速装置, 实现节能和自动化运行, 满足现代化矿井大型设备的需要。实现大功率隔爆变频器的设计目标, 要重点解决如下技术难点:

1) 功率器件散热方式:开放式水冷、宽水道曲路设计增加了导率, 有效地防止了水道堵塞。水垢主要是钙盐和镁盐, 它们随温度升高溶解度降低, 冷却水水温控制不超过50℃, 结垢量将大大降低, 针对煤矿普通用水, 可保证5年不堵塞。

2) 直接转矩控制:ABB公司的直接转矩控制技术, 已经在青岛天信电气有限公司低压和中压变频器产品中得到了充分的认证和应用, 具有良好的低速大转矩特性。

3) 整流电路。采用六脉波整流, 降低了器件功率, 有效降低了对电网的干扰。

4) LCL滤波器的设计。LC参数的选择考虑对EMI的抑制, 保证各项指标符合国标要求。

5) 整机散热方式。整机的发热主要来自IGBT和功率电抗器, IGBT产生的热量被循环水带走, 而电抗器在隔爆箱体内热量不能及时散走, 故将电抗器安装在独立隔爆壳体内, 使其产生的热量不影响变频器主机的正常运行。

6) 功率器件及驱动。功率器件选用英飞凌公司1200A/3300V IGBT, 驱动选择CONCEPT公司产品, 设计开发转换单元, 将Infineon大功率模块驱动技术与ABB变频控制技术进行完美结合。

2 应用情况及创新点

2.1 应用情况

1 000 k W/1 140 V大功率防爆变频器以其突出的最大起动转矩和调速范围大、调速精度高、节能效果好、运行可靠、维护方便等优势, 将广泛应用于煤矿井下带式输送机、刮板输送机、乳化液泵等设备, 实现大转矩零速启动、恒压供液、功率平衡;同时, 通过标准的现场总线通讯链, 将设备运行状态和参数实时传输给地面调度系统, 并可通过地面调度系统进行起停车操作、参数设定、生产运行统计等, 大大提高了自动化的水平;同时采用变频器后减少了设备的机械磨损和冲击, 减少了维修费用和工时, 延长使用寿命, 降低了生产成本, 具有广阔的推广应用前景, 必将带来显著的经济、社会效益。煤矿井下带式输送机、刮板输送机、乳化液泵等设备采用变频调速后的经济效益主要体现在以下几个方面:1) 采用变频调速装置后功率因数可达0.95以上, 降低了无功功耗;2) 采用变频调速装置后, 电机与减速器之间可直接联接, 去掉液力耦合器后传递效率可提高5%~10%;3) 多电机驱动设备 (带式输送机、刮板输送机) 采用变频调速装置后, 变频器具有动态脱并机功能, 可根据负荷量状况进行脱机和并机控制, 实现节能;4) 采用变频调速装置对乳化液泵实行恒压供液控制, 解决了压力波动和管路冲击问题, 减少了高压管件的损耗, 更重要的是实现了安全可靠的经济运行, 避免了泵站电机空载运行造成的电能损耗。

2.2 主要技术特点

1) 采用ABB公司原装控制主板, 其控制功能达到ABB公司ACS800系列变频器的全部功能;2) 采用ABB公司DTC直接转矩控制技术, 可实现零速满转矩起动, 最大起动转矩不低于220%的电机额定转矩, 而其他厂家产品最大不超过200%;3) 选用英飞凌1 200 A/3 300 V IGBT作为逆变功率元件, 具有2倍以上的安全系数, 变频器可在120%过载状态下长时间运行, 因此可按电机功率选择同功率变频器, 而其他厂家产品必须按高于电机功率一个功率段选择变频器;4) 变频器输出电缆允许长度550 m, 而其他厂家产品最大不超过50 m, 因此本公司产品可应用在胶带及刮板输送机上, 实现输送机的变频软起和调速运行;5) 可组成长距离 (5 km以内) 多点多台变频器的联台控制系统, 实现多机程序控制和功率平衡调节;6) 具有动态脱并机功能, 多机驱动一台胶带输送机, 将某台从机设为备投机, 胶带输送机起动运转后, 主机根据负荷量状况 (根据电机电流计算) 进行脱机和并机控制, 实现节能;7) 具有低速运行验带功能, 以便对胶带进行检查;8) 具有过载、短路、过电压、欠电压、缺相、过热、漏电、接地、电动机超温等保护功能;9) 配有10.4 in彩色液晶显示屏, 可显示系统图形、运行参数、故障信息、历史记录的查询;10) 具有强大的软件功能, 通过选取不同的应用宏, 完成对不同设备的调速控制, 并可通过键盘进行应用参数的选择、整定和读取;11) 具有对冷却水系统进行调节控制和温度检测功能;12) 具有多种上传通讯接口, 可与各种通讯协议匹配, 可与矿井信息化系统对接, 实现远程控制;13) 具有数字量控制接口和模拟量检测接口, 可对辅助设备进行控制和检测。

3 结语

变频调速是近年来迅速发展且应用势头良好的交流电机调速方法, 变频调速装置的核心是变频器, 其结构和种类很多, 但功能基本一致。变频调速是今后交流电机调速电控装置发展的主要方向。

摘要：针对目前煤矿综采设备采用调压软起动器、液力耦合器、双速电机等启动方式, 而这些方式存在起动力矩小、不能对多驱设备进行功率平衡调节, 不能实现恒压供液等问题, 介绍了一种矿用隔爆兼本质安全型交流变频器, 将有效解决大功率胶带输送机、刮板输送机、乳化液泵等设备的重载软起动、调速、功率平衡、恒压供液等问题。此变频器有启动转矩大、起停平稳等特点, 能实现交流电机在各种负载情况下的平滑起动、调速、停车等功能, 消除机械及电气冲击, 延长机械设备使用寿命, 降低对电网起动容量的要求

关键词：矿用隔爆,安全,交流变频器

参考文献

[1]庞宝良, 邱锦川, 韩菊娣.交流变频器在煤矿井下应用的现状及其前景[J].煤炭科学技术, 2003 (10) :54-56.

[2]祝龙记, 张旭立.防爆变频器在煤矿应用中的关键技术[J].工矿自动化, 2012 (2) :19-22.

隔爆兼本质安全型电源 篇5

郑煤集团煤矿井下使用直接启动设备是QJZ-300/1140隔爆兼本质安全型真空磁力启动器。QJZ-300/1140隔爆兼本质安全型真空磁力启动器使用于含有爆炸性气体和煤尘的矿井中，主要用作直接启动停止或远距离启动停止额定电压1140V，频率50HZ，额定容量在40-440KW范围内的矿用隔爆型三相笼型电动机。具有失压、过压、过载、短路、断相、漏电闭锁、真空管漏气闭锁、防止控制回路发生短路时的自启动保护，并具有过载、短路、断相、漏电闭锁、真空管漏气闭锁故障显示及电源和运行显示。如何快速的培训郑煤集团在职职工和学院学生掌握QJZ-300/1140隔爆兼本质安全型真空磁力启动器?我浅谈一下我的认识。

1 QJZ-300/1140隔爆兼本质安全型真空磁力启动器开门关门操作训练

1.1 结构特征与元件布置

(1)结构特征：撬形底架、方形隔爆外壳具有接线防爆空腔和主防爆空腔，主腔内有千伏级元件、折页式控制线路组件，前门为平面止口式。

(2)内部使用导线特征：红色-千伏级、蓝色-本安级、黑色-接地线、白色或其他色-其他。

(3)元件布置：接线空腔有电源接线柱、负载接线柱、接地端子、七心接线柱、接线端子排、四个大喇叭口为电源电缆、负载电缆进出口，四个小喇叭口为控制电缆配出口。前门装配有复位按钮、检查开关(漏电、运行、过流三位置)、启动按钮、信号指示板。前门右侧外壳有停机按钮、闭锁杆、真空隔离换向手柄。停机按钮和真空隔离换向手柄设有机械闭锁，只有按下停机按钮才能转动真空隔离换向手柄。其作用是换向开关与真空交流接触器的停电、送电次序。真空隔离换向手柄和前门之间设有机械闭锁，只有真空隔离换向手柄在断开位置才能旋入闭锁杆、用前门左侧开门手柄打开前门，打开前门时手柄不能转动闭合。其作用是送电状态禁止开门，开门状态禁止送电，保证用电安全。主腔内右侧外壳装配有真空隔离换向开关、电流互感器、停机按钮、机械闭锁。主腔内后侧固定芯板装配有真空交流接触器，主控变压器，电容器C2，高压熔断器1GRD、2GRD、3GRD、4GRD,CA插接件。主腔内顶部外壳装配有RC阻容吸收器。折页式芯板装配的正面有本安变压器，先导组件XDZ(近控远控选择开关)，继电器组JDZ(1J-5J)，小绝缘板设有：整流桥1D-4D、程控单机选择开关。熔断器1RD、2RD，中间继电器2ZJ、3ZJ，保护组件BHZ，电源时间组件DSZ，信号整定组件XZZ，漏电组件LDZ，电流整定粗调，两个CA插接。背面有四个CA插接，具有防误插功能。

1.2 开门关门操作

按下停机按钮，将换向手柄置分断位置。将闭锁杆旋入锁住换向开关。左手抬起前门左侧开门关门手柄，将前门抬起30mm，右手轻拉前门右侧，旋开前门。松开折页芯板右侧紧固螺钉，解开挂扣，可旋出折页芯板。同(上)操作相反，固定好折页芯板。左手抬起前门左侧开门关门手柄，将前门抬起30mm，右手轻推前门右侧，旋转前门贴紧防爆面。下按左侧操作手柄闭紧防爆门。旋出闭锁杆锁住防爆门。按下停机按钮，转动换向手柄位置。

其操作技巧，闭锁杆不能旋入：手柄位置不对或不到位;将换向手柄置分断位置或轻提、轻按手柄到位即可轻松旋入。闭锁杆不能旋出：前门下压太紧;轻提前门左侧手柄，闭锁杆对准前门锁孔即可轻松旋出。前门断开后落下：先旋转前门，使左侧手柄凸轮进入槽内，然后将前门抬起30mm合紧，再下压。

1.3 两机械闭锁操作

换向操作手柄和停机按钮闭锁操作方法：按下停机按钮，才的能转动换向手柄;换向开关闭合到位，停机按钮才能弹出。换向开关和前门的闭锁的操作方法是将手柄闭锁在分断位置，才能打开前门;打开防爆门，手柄不能闭合。两机械闭锁操作注意开门关门操作时，右侧手柄不能抬起太高，水平稍高即可。

2 QJZ-300/1140正反转控制操作和停电送电操作

QJZ-300/1140正反转控制操作和停电送电操作，就必须掌握其工作原理，会看图，会画图。

2.1 工作原理

(1)启动前的准备过程：送电过程，提供直流和交流电源，电源指示灯亮。保护检测包括过载检测，断相检测，短路检测，真空触头室漏气检测。漏电检测为启动先导回路做准备。

(2)启动过程：包括就地控制、远方控制、自保过程和停机。

2.2 观察启动器工作过程

观察开关启动前准备过程。闭合上一级开关，将换向手柄置分断位置，旋入闭锁杆，打开防爆门，旋出折页芯板，再旋出闭锁杆，闭合换向开关，观察各个发光管和继电器动作情况。要结合工作原理;注意安全;为观察清楚可以通过重复按下复位按钮，进行逐个观察对比。

观察漏电闭锁工作。断开上一级开关，打开防爆接线空腔，将负载接线柱的一相接地，闭合接线空腔，将换向手柄置分断位置，旋入闭锁杆，打开防爆门，旋出折页芯板，再旋出闭锁杆，闭合换向开关，观察显示窗漏电闭锁发光管和LDJ组件中指示继电器动作情况的发光管发光情况。如果显示窗漏电闭锁发光管亮，LDJ组件中指示继电器动作情况的发光管，可以用万用表交流50V电压档测本安变压器一、二次侧电压。如果确定无电压可以按启动按钮观察能否启动。打开接线空腔，拔掉负载线柱接地线，重新观察、测量上述情况，并启动。要结合工作原理;注意安全负载线接地漏电试验时一定要在确定闭锁指示灯亮且本安变压器无电压的情况下，才能按启动试验该试验严禁学生私自进行。

观察启动过程，按启动按钮，观察继电器5J、1J、2J、2ZJ、3ZJ 1SJ、2SJ动作和运行指示灯。

观察停机过程，按下停机按钮，观察继电器5J、1J、2J、2ZJ、3ZJ、1SJ、2SJ动作和指示灯。

2.3 QJZ-300/1140正反转控制操作和停电送电操作

(1)准备：将开关设置为近控或远控，接好电源和负载，接好控制线，闭合好接线空腔。

(2)送电正转和反转控制：首先闭合上一级开关，然后按下停机按钮，将换向手柄置正转位置。按启动按钮，电机正转。按停机按钮停机。按下停机按钮，将换向手柄置反位置，按启动按钮，电机反转。

(3)停机停电操作：按停机按-停机-按下本机停机，将换向手柄置分断位置-分断上一级开关。

3 QJZ-300/1140远控按钮控制线的判定接线及操作

3.1 远控线的判定

将万用表置欧姆档，短接测棒，欧姆调零。分别测量三根控制线两两之间电阻，找到电阻为零的两线，另一根为一号线。将一号线缠到一根测棒上，同时按下两按钮，用表笔分别接触另外俩线。与一号线电阻为无穷大的一根是3号线。与一号线电阻为零的一根是2号线。

3.2 远方控制接线与操作

上一级开关分断或本机开关手柄分断且接线盒中绝缘防护良好情况下，断开接线盒。将控制线电缆经控制喇叭口穿入接线空腔。用万用表判断出三根控制线标号。一号接K2，二号接K3，三号接二极管正极，二极管负极接K4.整理好线，盖好接线盒。闭合上一级开关，将控制选择开关置远控，闭合换向开关。按远控启动-启动并运行，按远控停止-停机。按远控启动—启动运行，按本机停机按钮—停机。

4 用试验检查开关检查开关保护功能的操作

闭合上一级开关，闭合换向开关，电源指示灯亮。将检查开关置漏电闭锁，漏电闭锁指示灯亮，说明漏电保护继电器正常。将检查开关置运行位置，漏电闭锁指示灯熄灭，说明漏电闭锁无记忆功能。将检查开关置过流位置，短路指示灯亮，说明短路保护正常。等待10秒左右，过载指示灯亮，说明过载保护正常。将检查开关置运行位置，电源、过载、短路指示灯仍亮。说明过载、短路具有记忆功能。按一下复位按钮，松开后只有电源指示灯亮。说明一切正常，可以启动。

5 QJZ-300/1140近控远控操作

5.1 近控

闭合上一级开关。将近控远控选择开关置近控，闭合换向开关。按本机启动按钮，启动。按本机停机按钮停机。

5.2 远控

接好远控线，将近控远控选择开关置远控，闭合换向开关。按远控启动按钮，启动。按远控停机按钮停机。按远控启动，按本机停机按钮停机。

远控线接线错误故障特征：一、二接反停不了。一、三接反不自保。二极管接反动不了。

6 开关的初始整定

怎样使开关在不同电压等级下(660V、1140V)，按特殊控制要求保护特定容量的电机(60A/120A/80A)?初始整定。初始整定是根据电源电压正确选择主变压器一次接线端，保证控制电路的正常工作电压。根据电源电压正确选择漏电试验电阻。将漏电闭锁组件上试验电阻选择开关位置(660V/1140)与电源电压相对应。防止漏电闭锁误动或拒动。根据控制要求(程控/单机)选择程控/单机开关位置。根据控制要求选择先导组件上远控/近控选择开关位置。程控时第一台可按启动要求选择近控或远控，除第一台，其他都置远控。单机时按近控、远控要求选择。根据被保护电机的额定电流选择电流粗调。10A～20A20A～40A 40A～80 A 80A～160A 160A～320A。根据被保护电机的额定电流选择电流微调W2对应时钟。如152A时钟对应9:31。

7 结束语

总之，要熟练运用QJZ-300/1140隔爆兼本质安全型真空磁力启动器，理论和实践相结合，从结构上有一认识，再深入到原理，分步训练，就能取得较好的效果。

参考文献

[1]胡宗福主编.《煤矿电气设备维修技能训练》.中国劳动社会保障出版社,2009年.

隔爆兼本质安全型电源 篇6

煤矿井下的刮板输送机、胶带输送机、风机、水泵等设备使用的电机大多是三相鼠笼式异步电动机, 电机的转矩与加在定子端的电压平方成正比, 电机电流与定子端的电压成正比, 矿用隔爆兼本质安全型软起动器就是通过控制可控硅的导通相位角来控制电压, 电压对加速转矩和起动电流进行限制。下面以QJR-250/1140 (660) 型矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器工作原理及其特点。

1.1 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器工作原理

QJR-250/1140 (660) 型矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器以反并联的三组大功率晶闸管作为软起开关, 以DRK多功能软启动控制器作为控制核心.在电动机的起动过程中, 多功能软启动控制器根据用户预设的曲线对电动机进行自动控制, 并保证起动加速度控制在0.1m/s2≤a≤0.3m/s2范围内, 使其平滑可靠地完成起动过程。当电动机起动过程完成后, 交流接触器吸合, 使电动机投入电网全压运行, DRK多功能软启动控制器还具有电机智能综合保护功能, 它和隔离换相开关、真空接触器组成磁力起动器功能。当软起动功能故障时, 将“直起/软起”旋钮置于“直起”位置, 它就具有完备磁力起动器功能, 并有短路、过载、断相、漏电闭锁等保护功能, DRK多功能软启动控制器还兼有风电闭锁和瓦斯闭锁保护功能, DRK多功能软启动控制器同时能提供12V50m A的本安电源并构成本安先导回路, 需要时还能够进行远控和多机通讯, 以及速度传感器的速度测定。其正常工作为交流软起动器完成起动功能, 磁力起动器正常运行并完成分断功能, 可以用于多台电机驱动的场合, 从机始终跟随主机的指令工作。

1.2 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器优点

QJR-250/1140 (660) 型矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器优点很多, 一是能够最大限度地消除起动冲击负载, 有效地保护机械传动元部件;二是在重载难起动时, 可采用调频起动, 保证足够的起动力矩;三是在限制电流的软起动, 可消除电网冲击, 保护供电设备, 提高电网供电质量。四是软起动与磁力起动器 (开关) 为一体, 简化了设备布置, 取代了原开关, 实现了真空接触器的零电流分断与闭合, 大大提高开关寿命;五是具有调压起动、限流起动、限流+突跳起动、调频起动等四种软起动方式满足不同负载的起动要求。全压直接起动作为软起动的后备起动方式。六是启动器可单台使用, 也可以多台级联使用。七是启动器具有完善的短路、过流、过载、断相、漏电、堵转等保护功能;八是启动器具有完善的安全闭锁功能, 可以与前级开关实现开盖闭锁, 门与隔离开关之间具有机械、电气双闭锁, 可以与其它设备进行联锁;九是启动器既可本地控制, 也可远方控制, 远控线路、级联线路、闭锁线路具有开路、短路保护;十是具有中文显示器, 可以显示设定状态、运行参数、故障内容, 并采用可编程控制器 (PLC) 和单片计算机的可编程全数字化系统实现控制功能。

2 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器使用维护

2.1 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器使用注意事项

一是起动器适用的电源电压范围通常在75%Ue-110%Ue, 若电源超出本范围, 可能引起起动器损坏或工作不正常;二是严禁带电检修起动器, 带电检修可能引起人身伤亡事故、危及矿井安全, 因此, 检修电机时, 必须把本起动器的电源切断, 同时将本起动器的隔离换向开关置于断开位。用电笔测量进出线无电后, 方可检修;三是起动器外壳必须可靠接地, 电源进出线的地线必须可靠连接在内接地端子上;四是测量绝缘电阻时, 必须拆除控制回路接线, 否则可能引起起动器异常。用兆欧表测量输入、输出端子对机壳之间的绝缘电阻应不小于50MΩ;五是切勿用兆欧表测量端子间及晶闸管两端的绝缘电阻, 以免破坏起动器;六是通电前, 确认电压整定和漏点电压整定正确, 以免造成起动器元部件损坏。七是起动器中控制器、晶闸管组件、先导组件用户请勿私自拆卸、修理, 以免造成事故和损失。

2.2 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器维护

矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器使用中应进行定期检查, 针对检查情况进行维修。检修时, 不得随意更改本安电路元器件的型号、参数。一是定期清除外壳的污垢与煤尘, 保持其清洁;二是要定期检查外壳有无损坏, 紧固件是否松动, 电缆连接是否牢固, 操作按钮是否灵活, 显示灯是否工作正常, 同时让隔爆间隙是否超过规定值0.5mm。三是是要定期检查系统控制器的接插件是否牢靠, 电缆引入装置是否完好。

3 矿用隔爆兼本质安全型低压交流软起动器常见故障与处理方法

3.1 按下起动按钮, 电机不起动的故障及其处理方法

造成这样的原因主要有下面12种因素:SA4不在工作位、按钮接触不好、没有控制电源、漏地闭锁、晶闸管损坏、控制器出错、晶闸管组件超温、起动器级联不正确、控制器缺相、PLC与控制器通信电缆接触不良、控制器与驱动板连接线松动、复位不好。对应处理方法如下:将SA4打到工作位、更换先导组件、检查控制电路熔断器FU2及隔离换向开关的位置、找出漏地点进行处理、更换可控硅组件、更换控制器、等待, 重新起动、按附图重新连接电路、检查同步信号、检查或更换电缆、检查接线端子是否松动、复位开关RST。

3.2 电机缺相运行故障及其处理方法

造成电机缺相运行的原因主要有以下五个因素:电机本身缺相、晶闸管组件坏、控制器到触发板的接线松动、触发板到可控硅的触发线断、触发板或控制器损坏。对应处理方法如下:更换电机、更换可控硅组件、检查线路、检查线路、更换触发板或控制器。

3.3 过载时不动作故障及其处理方法

主要原因是设置的保护整定电流太大, 按相关要求重新整定保护动作电流。

3.4 晶闸管组件超温故障及其处理方法

导致晶闸管组件超温的原因主要有两个因素, 一是电机超载运行;二是电机起动过于频繁, 其对应的处理方法:一是降低电机的负载;二是降电机低起动次数。

3.5 无法远控故障及其处理方法

造成这种故障的主要原因是先导操作回路连接不正确, 处理方法根据附图重新检查连接线路。

3.6 显示器无显示或显示不正确故障及其处理方法

导致这种故障的原因主要有两条:一是电网干扰过大;显示电缆脱落。对应的处理方法:一是停车后按闭锁按钮;二是电缆重新连接。

4 结束语

总之, 矿用隔爆兼本质安全型软起动器软是一种用来控制三相异步电动机的新型电机控制装置, 能很好地解决起动过程中产生的机械冲击、电网冲击及难起动等问题, 可降低系统的配电容量, 实现电动机的平稳起停, 提高电动机的寿命, 是实现电动机精确控制、替代传统起动器的理想选择。

参考文献

[1]张守宏.电动机软启动器故障检修[N].电子报, 2009.[1]张守宏.电动机软启动器故障检修[N].电子报, 2009.

[2]苏淦万.软起动在皮带输送机电机控制中的应用[A].赣闽皖苏湘五省煤炭学会联合学术交流会论文集[C], 2004.[2]苏淦万.软起动在皮带输送机电机控制中的应用[A].赣闽皖苏湘五省煤炭学会联合学术交流会论文集[C], 2004.

隔爆兼本质安全型电源 篇7

该文旨在提出一种新型ia电源的设计方法,并根据此设计给出设计要点、分析评价和检测方法,给设计者提供一个参考方向。

1本安电气设备防爆原理和ia等级设备定义

本质安全电气设备防爆基本原理是:通过限制电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能,使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物,从而实现电气防爆[2]。

ia等级本质安全型电气设备是指电路在正常工作、1个或2个计数故障时,都不能点燃爆炸性混合物的电气设备。

计数故障的定义是:符合本标准结构要求的电气设备的部件上出现的故障。非计数故障的定义是:不符合本标准结构要求的电气设备的部件上出现的故障[3]。另外,在设计ia电源时可以使用电子限流来进行功率限制,但是需使用限流电阻来限制瞬态电流。下面介绍一种使用限流电阻限流的ia电源。

2 ia电源设计

2.1需求分析

由于煤矿井下电气设备功耗较大,矿用电源输出供电参数一般较大,该文以输入额定电压AC127V,最高输出电压Uo=16.0V,最高输出电流Io=1.0A为例,能基本满足矿用本安电气产品的供电需求。本文保护电路采用三重电子快速截流型保护方式,并采用可靠限流电阻进行瞬态能量限制,达到ia型电源的设计要求。

2.2电路设计

2.2.1主要电路介绍

如图1所示电路由电源变压器、整流滤波电路、直流稳压电路、三重限压限流电子保护电路和限流电阻组成。由于各个厂家的设计思路和实现方法不同,变压器需要符合GB3836.4-2010的规定,并通过变压器的最大负载电流型式试验和例行耐压试验;稳压电路可采用LM317等三端稳压器来实现,也可采用隔离DC/DC来实现;SF1、SF2、SF3为三重稳压限流电路;R为限流电阻,有效抑制瞬态电流的产生。整流滤波以及限压电路较为容易实现,但是限流电路则是设计的重点和难点,该文重在介绍过流保护电路的设计。

1-I等于火花试验或者附录A允许的最大电流;2-传输能力(焦耳)=V(伏特)×曲线的阴影部分面积(安培·秒)。

2.3过流保护电路

鉴于ia电源等级的划分和本安电路的设计要求,ia电源应有三重的限压限流保护措施,下面的过流保护电路为一重,将其三重化串联入电路中即可。

该限流电路采用比较器芯片TLE2142构成一个电流可调节的精密保护电路,调节可调电阻W1设定输出电流保护值,当电路出现过流现象,场效应管Q1截止,切断输出;反之就解除保护。该电路保护电流可调节,保护特性理想,提高了可靠性,限制了瞬态能量的输出。

3限流电阻的使用和分析评价

在本安电路的设计中,有一个很重要的概念,即额定值概念:与本安性能有关的元器件,在正常工作及故障状态下,其工作电压工作电流及功率不得大于其额定值的三分之二。下面以实例来介绍一下电阻额定值要求的方法。

由前所述,假设不存在非技术故障,则ia等级的产品检验需设置两重技术故障,针对图2所示的电路,将SF1、SF2、SF3三重保护中的任意两重去掉都依然还有一重保护在起作用。保护电路的输出参数为:Uo=16.0V,Io=1.0A,R=5Ω/10W。由于电子限流存在暂态过程,该暂态主要为电流暂态,实际输出暂态值一般都大于Io数倍,但电压一般不会超过Uo。所以此处限流电阻的大小可按Uo输出时的可靠限流电阻选择。查表A.1得,16.0V时考虑1.5倍安全系数,最大电流可允许值为3.3A,所以限流大足最小为16.0/3.3=4.85Ω,5Ω大于4.85Ω,符合阻值额定值要求。当输出Io=1.0A时,5 Q的限流电阻所允许的功率不小于1.5×1.02×5=7.5W,10W大于7.5W,符合功率额定值要求。

4检测方法研究

4.1测试方法

电子保护限流电路具有急剧短路的特点,该类电路不宜使用火花点燃试验来检验电路的本安符合性,而应进行GB3836.4-2010第10.1.5.3条规定的瞬态能量测试。试验测试电路如图3所示。

4.2输出电流波形示例

通过图4、图5、图6可以看出,电流峰值明显降低,使用限流电阻保护的瞬态效应明显优于无限流电阻保护电路的瞬态效,该ia电源既保证了输出功率,又有效限制了瞬态效应。

5结语

该文通过一种ia电源的设计,给出了有效的分析步骤和可行的检测方法,为设计者进行电路设计提供了清晰的思路,为检测检验通常进行火花点燃试验的现状提出了更为简单有效的检测方法和依据。

参考文献

[1]安监总煤装[2010]146号.建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知.

[2]孙纪平.矿井安全监控系统[C].中国煤炭工业劳动保护科学技术安全监控专业委员会,中国矿业大学(北京)信息工程研究所,2004.