一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置的制造方法
【专利摘要】一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，直流电源，所述直流电源通过逆变模块与风机配电模块连接，风机配电模块与风机连接；风机配电模块还与锁相模块连接，锁相模块与DSP数字控制模块连接，DSP数字控制模块与逆变模块连接。本实用新型，一种基于逆变器锁相环的快速无扰动切换煤矿通风机电源的控制装置，在不对风机系统产生影响的情况下，利用目前新能源并网中应用较广泛的逆变器锁相环可以快速跟踪电网相位等信息的特点，在原有的配电装置基础上加入该装置，大大的提高了煤矿通风系统不间断供电的可能性。
【专利说明】
一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及煤矿风机供电技术领域，特别是一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置。
【背景技术】
[0002]煤矿通风系统是矿井安全作业最基本的需求，通风机给矿井提供新鲜的空气，并排出井下空气中具有毒性以及爆炸性的气体、粉尘等，为井下工作人员的工作环境和生命安全提供最基本的保障。但是煤矿企业供电系统输电线路多为架空线路，易受雷电、大风等自然灾害因素的影响，系统停电、电压跳变等事件时有发生，造成大量通风机、瓦斯抽放栗停机，使得矿井下通风中断，严重威胁到了井下工作人员的人生安全。因此，持续稳定供电对煤矿企业的安全生产显得尤为重要。
[0003]目前矿井采用多条母线备用供电，在某种意义上来说提高了安全性，在某一条线路发生故障时还可以采用备用母线供电，在极其恶劣的环境下，多条线路故障或断开，极大地威胁到煤矿井下工作人员的安全。目前采用最多的是使用UPS不间断供电电源来供电，在一定程度上解决了电网全停电带来的影响。但是大多数UPS采用疾速切换继电器，而没有采用静态的开关，因而切换时间长了一些。由于在正常供电时，UPS直接将导通到负载端，也就没有整流、滤波等功能，易受到电网电压以及谐波电流的影响。一般在机房和家庭PC以及商场收银等对电流量要求不高的场所使用。
[0004]因此最大限度的防止井下供电系统供电故障及突然停电，安全快速的为风机提供持续稳定供电，保证井下不间断通风对确保井下工作人员的人生安全具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，在多条供电线路都出现故障停电的情况下可快速无扰动切换不间断供电电源。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，直流电源，所述直流电源通过逆变模块与风机配电模块连接，风机配电模块与风机连接;风机配电模块还与锁相模块连接，锁相模块与DSP数字控制模块连接，DSP数字控制模块与逆变模块连接。
[0007]优选的，所述逆变模块包括IPM模块和光耦接口芯片，所述风机配电模块包括风机配电箱和配电网，所述锁相模块包括锁相环;直流电源与IPM模块连接然后与风机配电箱连接，DSP数字控制模块通过光耦接口芯片与IPM模块连接，配电网为风机配电箱供电;所述锁相环与风机配线箱连接，监测风机的运行状态，然后与DSP数字控制模块连接。
[0008]优选的，还包括电网监测装置，所述电网监测装置监测配电网的运行状况，电网监测装置与锁相环及DSP数字控制模块连接。
[0009]优选的，所述电网监测装置包括电压互感器及电流互感器。
[0010]优选的，所述锁相环为加低通滤波器的锁相环。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0012]I)本实用新型，一种基于逆变器锁相环的快速无扰动切换煤矿通风机电源的控制装置，与传统的煤矿通风供电系统相比，传统的煤矿通风供电系统采用多条线路供电，半自动人为参与的电路切换时间过长，在电网都断电的特殊情况下，直流备用电源通过逆变电路，利用加低通滤波器锁相环实时准确跟踪电网电压与相位的变化，并实现电源无扰动快速切换；
[0013]2)本实用新型，一种基于逆变器锁相环的快速无扰动切换煤矿通风机电源的控制装置，在不对风机系统产生影响的情况下，利用目前新能源并网中应用较广泛的逆变器锁相环可以快速跟踪电网相位等信息的特点，在原有的配电装置基础上加入该装置，大大的提高了煤矿通风系统不间断供电的可能性。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0015]图1为本实用新型的结构不意图；
[0016]图2为本实用新型的详细结构示意图；
[0017]图3为本实用新型锁相环的控制原理图。
【具体实施方式】
[0018]如图1-2中，一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:包括直流电源，所述直流电源通过逆变模块与风机配电模块连接，风机配电模块与风机连接;风机配电模块还与锁相模块连接，锁相模块与DSP数字控制模块连接，DSP数字控制模块与逆变模块连接。
[0019]优选的，所述逆变模块包括IPM模块和光耦接口芯片，所述风机配电模块包括风机配电箱和配电网，所述锁相模块包括锁相环;直流电源与IPM模块连接然后与风机配电箱连接，DSP数字控制模块通过光耦接口芯片与IPM模块连接，配电网为风机配电箱供电;所述锁相环与风机配线箱连接，监测风机的运行状态，然后与DSP数字控制模块连接。
[0020]优选的，还包括电网监测装置，所述电网监测装置监测配电网的运行状况，电网监测装置与锁相环及DSP数字控制模块连接。
[0021]优选的，所述电网监测装置包括电压互感器及电流互感器。
[0022]优选的，所述锁相环为加低通滤波器的锁相环。
[0023]锁相环实时监测电压和相位信息，并传送给DSP数字控制模块，DSP数字控制模块发出使能信号，令逆变模块工作，根据锁相环锁定的电网电压突降时刻的相角、频率，令逆变电压跟随此相位及频率继续进行逆变给风机供电。在电网恢复供电时以同样的方式将风机交由电网供电。
[0024]如图3所示，锁相环对电网电压进行Clark变换和Park变换，由三相静止abc坐标系的电压变量转换到两相同步旋转dq坐标系的电压变量。这种变换的优势在于将三相静止abc坐标系中的正弦量变换成两相同步旋转dq坐标系中的直流量，通过闭环控制实现相位锁定。在Uq的输出端与PI调节器之间加低通滤波器(LPF)，用来消除滤波器截止频率以上的信号干扰，对期望的低频信号无衰减的传输，而对高频干扰信号则尽量大的衰减和抑制，得到锁相期望的直流分量，抑制交流分量的通过。设定输入截止角速度ω为30rad/s，通带内允许起伏-3d B，阻带衰减-15dB。对于在高于30 Hz的信号，滤波器输出为0，达到了滤交流的目的。
[0025]DSP数字控制模块采用德州仪器(TI)公司的浮点DSP芯片TMS320F28335，软件控制程序主要是基于C语言进行编程。锁相环模块采样电路将采集电压、电流、相位、频率等信号限定在一定的电压范围内输入到DSP的A/D接口单元。根据采样电网电压瞬时值和锁相环检测的电网相位信息，DSP芯片收集这些信息并通过软件SVPWM6路用于控制IGBT模块的PffM驱动脉冲。DSP-F28335主程序主要是根据系统初始化、外设资源配置、中断初始化、自定义变量初值设定等。在主程序初始阶段需要封锁PWM输出以避免误操作，在主函数最后开启PWM模块，允许正常输出。I/O控制和显示灯用来提醒实验者机器的处于的状态。
[0026]IPM模块由三菱公司生产的智能功率模块IPM50RSA060，IPM智能功率模块是近年来流行的先进功率器件，而且IPM内部集成了逻辑、控制、监测和保护电路，使用起来方便，不仅减少了系统的体积，缩短了开发时间，也增强了系统的可靠性，适应了当今功率器件的发展方向，在功率电子领域得到了越来越广泛的应用。其输出端用的是第三代IGBT，且自带特性能的驱动器，具有体积小、饱和压降低、保护功能齐全、功率余量大等特点，由于IPM对驱动电路输出电压要求很严格，驱动电压一般为13.5V-16.5V，所以采用光耦驱动模块。来自控制电路的PWM信号经过限流后通过光耦模块驱动IPM内部电路控制开关管工作。上述的光耦采用的是美国安捷伦公司(原惠普公司)专为IPM等功率器件设计的光电隔离接口芯片4504，即可以起安全隔离的作用又为高速开关的死区时间确保了安全;上述IGBT的控制为:平时CHJ输出控制脚I处于高电平，IPM控制输入低电平有效，逻辑或门输出高电平，IPM输入锁定。当CPU输出低电平有效时，高频瓷片电容通过电阻放电，逻辑或门输入脚2仍然维持高电平，逻辑或门输出高电平，IPM输入仍然锁定。当电容放电完毕，或门输入脚2变为低电平时逻辑输出才为低电平，I PM控制输入有效，因此，电容放电时间就是CPU控制输出到I PM控制输入有效的延时时间。当CHJ控制输出关断即输出重新变为高电平时，尽管电容处于充电状态而使或门输入脚2处于低电平，逻辑或门输出仍然立即变为高电平，锁定IPM输入。上述电路是六路IPM控制输入的其中一路，其他五路做同样处理，通过调整R、C的参数，就可以实现所需要的延时时间。
[0027]锁相环实时监测电网电压的相位信息，跟踪锁定电网交流信号的相位。当检测到电网供电系统出现电压降落时，控制器发出使能信号，令逆变模块开始工作，给逆变器模块触发信号。根据锁相环锁定的电网电压突降时刻的相角、频率，令逆变电压跟随此相位及频率继续进行逆变给风机负载供电。从而避免了电网供电故障对负载的影响，当电网电压恢复后再将负载交由电网供电，最后实现通风机的连续无扰动供电。
[0028]上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:包括直流电源，所述直流电源通过逆变模块与风机配电模块连接，风机配电模块与风机连接;风机配电模块还与锁相模块连接，锁相模块与DSP数字控制模块连接，DSP数字控制模块与逆变模块连接。2.根据权利要求1所述一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:所述逆变模块包括IPM模块和光耦接口芯片，所述风机配电模块包括风机配电箱和配电网，所述锁相模块包括锁相环;直流电源与IPM模块连接然后与风机配电箱连接，DSP数字控制模块通过光耦接口芯片与IPM模块连接，配电网为风机配电箱供电；所述锁相环与风机配线箱连接，监测风机的运行状态，然后与DSP数字控制模块连接。3.根据权利要求2所述一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:还包括电网监测装置，所述电网监测装置监测配电网的运行状况，电网监测装置与锁相环及DSP数字控制模块连接。4.根据权利要求3所述一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:所述电网监测装置包括电压互感器及电流互感器。5.根据权利要求2所述一种快速无扰动煤矿风机电源切换装置，其特征在于:所述锁相环为加低通滤波器的锁相环。
【文档编号】H02J9/06GK205666678SQ201620529923
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】陈代才, 陈逸馨, 卢月娥, 张鑫, 陈显满, 吴成明, 王毅
【申请人】三峡大学