一种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统及方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及防爆变频器技术领域，尤其是涉及适用于煤矿井下矿井提升机用 660V/1140V四象限的一种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统及方法。
【背景技术】
[0003] 目前，防爆变频器作为一种新型节能环保产品，在煤矿井下、粉尘环境等易燃易爆 性场所的应用越来越普遍。根据矿井提升机的工艺要求，在调速的同时还需要实现四象限 运行。然而，煤矿井下环境恶劣、高温高湿，且对空间和安全要求极其苛刻，防爆变频器既要 实现隔爆以保证安全，又要实现变频调速性能，以满足工艺要求和节能指标，温升、EMC、可 靠性、安装维护简易性、体容比、调速比等问题成了产品设计的短板，尤其是应用在矿井提 升机场合，这些短板若处理不好，将给煤矿安全生产带来极大隐患。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有的矿井提升机专用防爆变频器电气绝缘监视、安全联锁等方面的不 足，易导致其存在诸多安全隐患，本发明提供了一种防爆变频器的多重化安全连锁保护系 统及方法，不仅能够有效地解决上述安全隐患，同时还具有检测单元标准化、无源在线式实 时检测、安全报警等特点。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供了以下技术方案： 一种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，包括：快开门安全闭锁机构、多重化安全 连锁保护电路，所述快开门安全闭锁机构通过转换开关与多重化安全连锁保护电路相连， 多重化安全连锁保护电路由充放电安全闭锁电路、漏电检测安全闭锁电路、多路PWM故障 闭锁电路和常规的继电器安全保护电路构成。
[0006] -种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，所述快开门安全闭锁机构，包括：连 锁机构（1)、转换开关（2)、卡条（3)、隔爆壳体（4)、左右箱门（5)、操作手柄（6)，所述隔爆 壳体（4)的左右箱门（5)之间设置有连锁机构（1)，连锁机构（1)由左箱门挡块（1. 1)、右箱 门挡块（1. 6)、上齿条（1. 2)、下齿条（1. 5)、转换开关旋钮（1. 3)和导向块（1. 4)组成，转换 开关旋钮（1. 3)的转轴通过导向块（1. 4)与转换开关（2)连接，转换开关旋钮（1. 3)的转轴 端的方轴与上齿条（1. 2)、下齿条（1. 5)啮合连接，连锁伸出或缩进的上齿条（1. 2)、下齿条 (1. 5)另一端分别与左右箱门（5)上分别固定的左箱门挡块（1. 1)、右箱门挡块（1. 6)配合 位接触。
[0007] 所述隔爆壳体（4)的左右箱门（5)上端分别与门轴上的左右操作手柄（6)相连，左 右箱门（5 )底端边设置有固定在隔爆壳体（4 )上的卡条（3 )。
[0008] -种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，所述充放电安全闭锁电路，包括：放 电电路9、整流电路7、预充电电路10、直流侧储能电路8、控制电路11，所述直流侧储能电路 8第一输入端与整流电路7相连，第二输入端与预充电电路10相连，直流侧储能电路8输出 端与放电电路9相连；所述放电电路9由真空接触器KM (9. 1)与小功率耐高压电阻R电连 接构成，放电电路的两端直接并联在直流侧正、负极两端； 其中，整流电路7的信号端与预充电电路10的信号端相连；预充电电路10、直流侧储 能电路8、放电电路9的信号端与控制电路11相连。
[0009] -种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，所述漏电闭锁检测电路4由高压接 触器KM与漏电闭锁检测装置LB电连接构成，高压接触器KM -端与防爆变频器输出端点相 连，漏电闭锁检测装置LB -端与大地连接；防爆变频器输出端点为逆变电路与电机的连接 点；漏电检测安全闭锁电路的信号端通过信号线与控制电路相连；控制电路另一信号端通 过信号线与逆变电路信号端相连。
[0010] 一种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，所述多路PWM故障闭锁电路，包括： 第一上下桥臂光电转换器、第二上下桥臂光电转换器、逻辑互锁电路、指示显示电路、多路 并联信号处理接口电路，连接控制电路11的第一上下桥臂光电转换器通过逻辑互锁电路 与多路并联信号处理接口电路相连，多路并联信号处理接口电路的驱动输出端、信号输入 端与全控型开关元件相连；多路并联信号处理接口电路的信号输出端通过指示显示电路、 第二上下桥臂光电转换器与控制电路11相连；其中，第一上下桥臂光电转换器输出端与指 示显示电路相连； 所述逻辑互锁电路，包括：非门电路、电容充放电电路、与门电路，所述非门电路通过电 容充放电电路与与门电路电连接；所述非门电路为六反相斯密特触发器，所述与门电路为 四组两输入端与门电路。
[0011] -种防爆变频器的多重化安全连锁保护系统，所述无源交直流带电显示电路，包 括：无源交流带电显示电路、无源直流带电显示电路、PCB板，所述PCB板上的无源交流带 电显示电路通过A、B、C电极与三相电源相连，所述PCB板上的无源直流带电显示电路通过 正、负电极与直流电源相连；所述无源交流带电显示电路由三组发光电路星形连接，每组发 光电路由分压限流电阻与发光二极管串联构成；所述无源直流带电显示电路由分压限流电 阻、发光二极管和稳压二极管构成，η个分压限流电阻R-端与直流电源正电极相连，η个分 压限流电阻R另一端通过发光二极管与稳压二极管的正极相连；其中，第一稳压二极管至 第η稳压二极管为串联连接，第η稳压二极管的负极与直流电源负极相连。
[0012] -种矿井提升机用防爆变频器的防爆方法，采用防爆变频器多重化安全联锁系统 工作，其具体步骤如下： 1) 、对矿井提升机用四象限防爆变频器多重化安全联锁系统初始化； 2) 、对快开门安全闭锁机构运行闭锁的判断，当未闭锁是Ν，进入故障停止运行； 3) 、当快开门安全闭锁是Υ，进入充放电安全闭锁判断和漏电检测安全闭锁判断，当未 闭锁是Ν，进入故障停止运行； 4) 、当充放电安全闭锁和漏电检测安全闭锁均是Υ，进入多路PffM故障闭锁判断，当未 闭锁是Ν，进入故障停止运行； 5) 、当多路PffM故障闭锁是Υ，进入常规安全保护判断，当未保护是Ν，进入故障停止运 行； 6) 、当常规安全保护判断全保是Υ，四象限防爆变频器多重化安全联锁系统正常运行； 才能送电，一旦有异常，直接进入故障状态并闭锁，保证设备安全； 其中，充放电安全闭锁的方法，是当变频器上电开始工作时，控制电路（11)发出控制 信号，依靠电磁作用使真空接触器（9. 1)保持断开状态，进而直流侧正母线、接触器、电阻、 直流侧负母线构成的回路断开，停止放电，并将放电电路（9)与整流电路（7)、预充电电路 (10)、直流储能电路（8)的信号反馈给控制电路（11)，控制电路进行安全互锁，严禁变频器 工作时放电电路工作；当变频器停止工作时，依靠机械装置使真空接触器KM保持导通状 态，进而直流侧正母线、真空接触器（9. 1)、小功率耐高压电阻（9. 2)、直流侧负母线构成放 电回路，进行放电； 其中，漏电检测安全闭锁的方法，是在变频器主回路上电前，通过控制回路（11)发出 信号指令，使漏电闭锁检测电路中的高压接触器KM (14. 1)闭合，使漏电闭锁检测装置LB (14. 2)工作，对防爆变频器主回路绝缘进行检测，若绝缘无问题，则允许主回路上电，则逆 变电路（12)开始工作，使电机（13)驱动负载做功；若有问题，则报故障至控制回路（11)，禁 止变频器主回路上电；另外，当防爆变频器上电工作时，通过控制电路（11)使高压接触器 (14. 1)闭合，使漏电闭锁检测电路与变频器主回路断开，在变频器工作期间，通过软件指令 严禁高压接触器（14. 1)闭合，保证防爆变频器的正常工作运行； 注：按照保护等级分为一、二、三、四级保护，机械安全闭锁保护设置为一级保护；绝缘 检测、充放电闭锁保护设置为二级保护；PWM驱动信号及故障闭锁保护设置为三级保护；常 规安全保护设置为四级保护；系统一、二、三级保护均是在主回路断电的情况下进行安全闭 锁的，只有四级保护是在主回路通电情况下进行安全保护的，所以在主回路送电前，必须要 通过一、二、三级保护检测才能送电，一旦有异常，直接进入故障状态并闭锁。
[0013] -种矿井提升机用防爆变频器的防爆方法，所述开关连锁的方法，是防爆变频器 正常工作时，转换开关（2)实现主电路的接通，隔爆壳体（4)的左、右箱门（5)锁紧； 当隔爆壳体（4)的左、右箱门（5)需要打开时，首先转动转换开关旋钮（1. 3)，通过转换 开关（2)实现主电路的电源关闭，同时上齿条（1. 2)、下齿条（1. 5)缩进；搬动带凸轮的左右 操作手柄（6)，运动使左右箱门（5)向上移动，脱离卡条（3)，再向外旋转左右操作手柄（6)， 左、右箱门（5)打开； 当没有转动转换开关旋钮（1. 3)关闭电源，搬动左右操作手柄（6)，则上齿条（1. 2)、下 齿条（1. 5 )限制左、右箱门（5 )上移，左、右箱门（5 )无法开启。
[0014] -种矿井提升机用防爆变频器的防爆方法，所述多路驱动信号转接方法，是在上 下桥臂PffM驱动信号进行过互锁检测的前提条件下，该多路驱动信号转接电路板通过非 门、与门集成芯片构建的硬件逻辑互锁电路，及电容充放电的非线性特性来替代死区特性； 其步骤如下： 1 )、控制电路（11)的两路驱动光信号经过光电转换器（15)得到相对应的电模拟信号； 2) 、再经过逻辑互锁电路（17)对其电模拟信号进行相应的逻辑处理，得到一路具