一种矿用隔爆型双回路馈电开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用隔爆型双回路馈电开关，隔爆外壳，隔爆外壳包括主腔和接线腔，主腔内设有芯架和双回路馈电开关电路板，主腔侧面设有双回路转换开关，接线腔上设置多条接线出口；双回路馈电开关电路板包括有主馈电开关回路、次馈电开关回路和双回路电源切换模块，主馈电开关回路包括主转换开关、第一信号采集电路、第一中央处理器、第一电源控制电路、第一外部信号输入电路和第一执行电路，次馈电开关回路的电路元件及连接关系与主馈电开关回路一致。
【专利说明】一种矿用隔爆型双回路馈电开关
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种馈电开关，尤其涉及一种矿用变频一体化局扇控制用隔爆型双回路馈电开关。
【背景技术】
[0002]随着煤炭工业的快速发展，煤矿井下机械化和自动化的提高，对矿用局部通风机的调速和控制提出更高的要求。煤矿的通风机通过变频器和电源来控制，通过调节变频器的频率来控制风机的转速，其中，还要通过馈电开关来完成变频器的控制，从而控制风机。现有的馈电开关直接连接电源送电端和用电设备(风机、变频器)，属于独立的控制，仅能为一台局扇提供电源。但是，随着矿井自动化技术的应用和矿井安全程度的提高，局扇总以一用一备的运行方式应用，并且随着风、机、电变频一体化局扇的研发和推广，现有的馈电开关技术已经不能满足实际需求。势必寻求一种智能化程度较高的馈电方式，解决局扇的电源和变频一体化控制，综合采集电源、变频器、风机的所有运行参数。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种矿用隔爆型双回路馈电开关，能够实现两台变频器一体化局扇的一键开机、自动切换电源、自动并联运行，保证一路电源断电的情况下，不影响变频器的正常控制与运行。
[0004]本实用新型采用的技术方案为:
[0005]一种矿用隔爆型双回路馈电开关，包括隔爆外壳，隔爆外壳包括主腔和接线腔，主腔内设有芯架和双回路馈电开关电路板，主腔侧面设有双回路转换开关，接线腔上设置多条接线出口 ；双回路馈电开关电路板包括有主馈电开关回路、次馈电开关回路和双回路电源切换模块，主馈电开关回路包括主转换开关、第一信号采集电路、第一中央处理器、第一电源控制电路、第一外部信号输入电路和第一执行电路，主转换开关串联于主电源与主负载的三相回路中，所述的第一信号采集电路输入端串接于主转换开关与主负载之间，第一信号采集电路的输出端连接第一中央处理器的采集信号输入端，第一中央处理器的状态信息输入端连接第一外部信号输入电路的输出端，第一中央处理器的控制输出端连接第一执行电路，第一执行电路的动作触点连接负载；所述的第一电源控制电路，第一电源控制电路包括主合闸控制模块、主分闸控制模块和主变压模块，主变压模块的电源引线端连接两相主电源，主变压模块的电源输出端连接双回路电源切换模块的主电源输入端，双回路电源切换模块的第一电源输出端连接主合闸控制模块，双回路电源切换模块的第二电源输出端连接主分闸控制模块；所述的次馈电开关回路包括次转换开关、第二信号采集电路、第二中央处理器、第二外部信号输入电路、第二执行电路、第二电源控制电路，次馈电开关回路的电路元件及连接关系与主馈电开关回路一致，第二电源控制电路包括次合闸控制模块、次分闸控制模块和次变压模块，次变压模块的电源输出端连接双回路电源切换模块的次电源输入端，次合闸控制模块连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，次分闸控制模块连接双回路电源切换模块的第二电源输出端。
[0006]所述的第一信号采集电路包括主负载零序电流采集互感器、主负载运行电流采集互感器组、主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器，所述的主负载零序电流采集互感器和主负载运行电流采集互感器组均采用穿心结构串接于主转换开关与主负载的三相回路中，主负载零序电流采集互感器和主负载运行电流采集互感器组的输出端连接第一中央处理器；所述的主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器的输入端并接于主转换开关与主负载的三相回路中，主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器的输出端连接第一中央处理器。
[0007]所述的主负载零序电压采集电抗器的初级线圈的一端连接通过主转换开关的辅助常闭触点和电阻连接第一中央处理器的电抗器中性点检测输入端。
[0008]主馈电开关回路还包括第一负载频率、电流反馈电路，第一负载频率、电流反馈电路的输入端连接负载，第一负载频率、电流反馈电路的输出端连接第一中央处理器的三相模拟量输入端，三相模拟量输入端两两之间并联一个电阻。
[0009]所述的第一电源控制电路的主变压模块包括第一变压器，第一变压器的初级线圈的输入端为电源引线端，次级线圈的三路输出端连接双回路电源切换模块的主电源输入端；所述的第一电源控制电路的主合闸控制模块包括第一桥式整流电路，第一桥式整流电路的输入端连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，第一桥式整流电路的正极输入端串联有手动合闸按钮，第一桥式整流电路的输出端连接主转换开关合闸线圈；所述的第一电源控制电路的主分闸控制模块包括第二变压器，第二变压器的初级线圈连接双回路电源切换模块的第二电源输出端，第二变压器的第一次级线圈的输出端分别连接主负载零序电流采集互感器、主负载运行电流采集互感器组、主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器，第二变压器的第二次级线圈的输出端通过整流模块同时连接第二桥式整流电路和第三桥式整流电路的输入端，第二桥式整流电路的正极输入端串联变频停止继电器触点开关，第二桥式整流电路的输出端连接主转换开关失压分闸线圈，第三桥式整流电路的正极输入端串联手动分闸按钮和主转换开关同步自动开关，且手动分闸按钮并联有故障反馈自动开关，第三桥式整流电路的输出端连接主转换开关分励分闸线圈。
[0010]所述的第一外部信号输入电路包括多个负载运行控制手动按钮和主转换开关合闸反馈开关、变频故障自动开关，所述的多个负载运行控制手动按钮包括变频启动按钮、变频停止按钮、变频升频按钮、变频降频按钮、变频急停按钮，主转换开关合闸反馈开关和变频器故障输出端继电器的常开触点为自动开关。
[0011]所述的第一执行电路包括变频启动控制线圈、变频停止控制线圈、变频急停控制线圈、系统故障控制线圈、动力电闭锁故障控制线圈和升、降频控制模块。
[0012]所述的升、降频控制模块包括电压传感器，电压传感器的输入端连接第一中央处理器的升、降频控制输出端，电压传感器的输出端连接负载。
[0013]所述的第一中央处理器和第二中央处理器同时连接触摸显示屏。
[0014]所述的第一中央处理器和第二中央处理器采用低压电网智能保护模块。
[0015]本实用新型将主馈电开关回路和次馈电开关回路中的双电源通过双回路电源切换模块输出电能，保证只要有一条回路通电，都能使得电源控制电路正常工作，电源控制电路主要通过合闸控制模块和分闸控制模块完成转换开关的开/合闸；同时，信号采集电路采集负载端的电流、电压信号，便于实时监测负载端状态；进一步地，通过外部信号输入电路，将控制命令信息输送给中央处理器，再由中央处理器通过控制输出端向执行电路发送信息，执行电路中对应外部信号输入电路的控制线圈得电，继而控制负载的运行状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的电路原理图；
[0017]图2为本实用新型的机械机构主视图；
[0018]图3为本实用新型的机械机构右视图。
【具体实施方式】
[0019]如图1、图2和图3所示，本实用新型包括隔爆外壳，隔爆外壳包括主腔I和接线腔2，主腔I内设有芯架和双回路馈电开关电路板，主腔I侧面设有主转换开关3和次转换开关4，接线腔2上设置多条接线出口 ；图中标号5为主馈电开关回路中多个负载运行控制手动按钮，图中标号6为次馈电开关回路中多个负载运行控制手动按钮。双回路馈电开关电路板包括有主馈电开关回路、次馈电开关回路和双回路电源切换模块，主馈电开关回路包括主转换开关QS2，、第一信号米集电路、第一中央处理器U1、第一电源控制电路、第一外部信号输入电路、第一执行电路和第一负载频率、电流反馈电路，主转换开关QS2串联于主电源与主负载的三相回路中。主阻容吸收装置ZR2并接于主转换开关QS2与负载2#变频器之间。同样次阻容吸收装置ZRl并接于次转换开关QSl与负载1#变频器之间。在图1中，接线端子L1、L2、L3接次电源(W电源)，L31、L32、L32接主电源(2#电源)，接线端子L21、L22、L23接1#变频器，接线端子L41、L42、L43接2#变频器。所述的次馈电开关回路包括次转换开关、第二信号采集电路、第二中央处理器U2、第二外部信号输入电路、第二执行电路、第二电源控制电路，次馈电开关回路的电路元件及连接关系与主馈电开关回路一致，第二电源控制电路包括次合闸控制模块、次分闸控制模块和次变压模块，次变压模块的电源输出端连接双回路电源切换模块的次电源输入端，次合闸控制模块连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，次分闸控制模块连接双回路电源切换模块的第二电源输出端。
[0020]下面以主馈电开关回路进行说明:
[0021]所述的第一信号采集电路包括主负载零序电流采集互感器TA8、主负载运行电流采集互感器组TA4、TA5、TA6、主负载零序电压采集电抗器Tll和主负载运行电压同步变压器T5，所述的主负载零序电流采集互感器TA8和主负载运行电流采集互感器组TA4、TA5、TA6均采用穿心结构串接于主转换开关QS2与主负载2#变频器的三相回路中，主负载零序电流采集互感器TA8和主负载运行电流采集互感器组TA4、TA5、TA6的输出端连接第一中央处理器Ul的引脚IA、IB、IC和10、C0M ;所述的主负载零序电压采集电抗器Tll和主负载运行电压同步变压器T5的输入端并联于主转换开关QS2与主负载2#变频器的三相回路中，主负载零序电压采集电抗器Tll和主负载运行电压同步变压器T5的输出端连接第一中央处理器Ul的引脚UA、UB、UC和U0。所述的主负载零序电压采集电抗器Tll的初级线圈的一端连接通过主转换开关的辅助常闭触点QS2和电阻R2连接第一中央处理器Ul的电抗器中性点检测输入端RL，用于检测主转换开关QS2是否合闸。[0022]所述的第一中央处理器Ul的状态信息输入端连接第一外部信号输入电路的输出端，第一外部信号输入电路包括多个负载运行控制手动按钮5和主转换开关合闸反馈开关QS2、变频故障自动开关KA6，所述的负载指矿井2#变频器，2#变频器连接2#风机，所述的多个负载运行控制手动按钮5包括变频启动按钮SB10、变频停止按钮SB11、变频升频按钮SB12、变频降频按钮SB13、变频急停按钮SB14 ;变频故障自动开关KA6为变频器故障输出端继电器的常开触点；第一中央处理器Ul的控制输出端连接第一执行电路，第一执行电路包括变频启动控制线圈KA8、变频停止控制线圈KA9、变频急停控制线圈KA10、系统故障控制线圈KA11、动力电闭锁故障控制线圈KA12和升、降频控制模块，升、降频控制模块包括电压传感器，电压传感器的输入端连接第一中央处理器的升、降频控制输出端，电压传感器的输出端连接负载。
[0023]所述的主馈电开关回路还包括有第一电源控制电路，第一电源控制电路包括主合闸控制模块、主分闸控制模块和主变压模块，主变压模块包括第一变压器T2，第一变压器T2的初级线圈的输入端为电源引线端，电源引线端连接主电源的两相接线端，次级线圈的三路输出端连接双回路电源切换模块的主电源输入端；第一电源控制电路的主合闸控制模块包括第一桥式整流电路Dl，第一桥式整流电路Dl的输入端连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，第一桥式整流电路Dl的正极输入端串联有手动合闸按钮SB8，第一桥式整流电路Dl的输出端连接主转换开关合闸线圈J2，通过人工手动按压手动合闸按钮SB8，手动合闸按钮SB8闭合，则主转换开关合闸线圈J2得电，主转换开关QS2合闸动作；第一电源控制电路的主分闸控制模块包括第二变压器T3，第二变压器T3的初级线圈连接双回路电源切换模块的第二电源输出端，第二变压器T3的第一次级线圈的输出端分别连接主负载零序电流采集互感器TA8、主负载运行电流采集互感器组TA4、TA5、TA6、主负载零序电压采集电抗器Tll和主负载运行电压同步变压器T5，为信息采集电路中的元器件提供电能；第二变压器T3的第二次级线圈的输出端通过整流模块同时连接第二桥式整流电路D2和第三桥式整流电路D3的输入端，第二桥式整流电路D2的正极输入端串联变频停止继电器触点开关KA9，当第一执行电路中的变频停止控制线圈KA9得电时，此变频停止继电器触点开关KA9自动闭合，则第二桥式整流电路D2输出端连接的主转换开关失压分闸线圈J5得电，从而使得主转换开关QS2分闸动作；第三桥式整流电路D3的正极输入端串联手动分闸按钮SB9和主转换开关同步自动开关QS2，且手动分闸按钮SB9并联有故障反馈自动开关KA7，线圈KA7连接开关电源，同时，线圈KA7串联有2#变频器故障反馈信号触点KA6。当2#变频器故障时，发出故障信号，故障触点KA6闭合，线圈KA7得电，则故障反馈自动开关KA7闭合。第三桥式整流电路D3的输出端连接主转换开关分励分闸线圈J6。
[0024]主馈电开关回路还包括负载频率、电流反馈电路，负载频率、电流反馈电路的输入端连接负载，负载频率、电流反馈电路的输出端连接第一中央处理器Ul的三相模拟量输入端，三相模拟量输入端两两之间并联一个电阻R5、R6。
[0025]本实用新型正常工作时，如图1所示，本实用新型采用两个完全独立的回路，即主馈电开关回路、次馈电开关回路，利用主转换开关QS2和次转换开关QSl (即真空断路器的常开触点)分别控制两台变频一体化局扇的通断，辅以主阻容吸收装置ZRl (ZR2)实现真空断路器的操作过电压保护功能。
[0026]第一电源控制电路将电能通过第一变压器T2的初级线圈采集过来，再经过第一变压器T2的次级线圈进行变压处理，分别输出220V/250w、127V/250w，输送给双回路电源切换模块，作为双回路电源切换模块的主供电端；同时，次馈电开关回路中也会向双回路电源切换模块输送电能，作为双回路电源切换模块的次供电端；其中127V电源经过双回路电源切换模块后作为真空断路器合/分闸操作电源；由于220V经过双回路电源切换模块输出至第二变压器T3、桥式整流模块输出DC48V、DC10V,其中DC48V作为两个回路真空断路器合/分闸操作电源，DClOV作为系统核心中央处理器及信号采集电路中元器件的控制电源，其中，中央处理器采用低压电网智能保护模块，型号LM3108K1。双回路电源切换模块为现有成熟技术，相当于将两个电源引入，再由一个出口输出，在此不再赘述。
[0027]低压电网智能保护模块(LM3108K1)通过主负载运行电流采集互感器组T4、T5、T6采集负载变频器运行电流、主负载零序电流采集互感器TA8采集负载变频器零序电流，作为局扇和变频器的电流保护基准；低压电网智能保护模块通过主负载运行电压同步变压器T5采集负载电压信号、主负载零序电压采集电抗器Tll采集负载零序电压信号，作为局扇和变频器的电压保护基准。
[0028]低压电网智能保护模块通过真空断路器的主转换开关QS2实现2#真空断路器的状态反馈输入，通过手动按钮SB10、SBlK SB12、SB13、SB14实现2#变频器的起动、停止、升频、降频、急停输入；低压电网智能保护模块通过向第一执行电路的控制线圈KA8、KA9、KA10、KAlK KA12实现对2#变频器的起动、停止、急停、报警、闭锁控制，从而实现控制风机的运转。当需要2#变频器启动时，手动按下变频启动按钮SB10，低压电网智能保护模块接收到变频启动命令后，向第一执行电路中的变频启动控制线圈KA8送电，继而2#变频器端的控制线圈KA8的常开触点闭合，2#变频器得电工作；当需要2#变频器停止时，有两种情况，一:人为需要2#变频器停止，手动按下变频停止按钮SB11，低压电网智能保护模块接收到变频停止命令后，向第一执行电路中的变频停止控制线圈KA9送电，继而2#变频器端的控制线圈KA9的常开触点闭合，2#变频器停止工作；二，当变频停止控制线圈KA9得电时，电源控制电路中的变频停止继电器触点开关KA9自动闭合，主转换开关失压分闸线圈J5得电，主转换开关QS2分闸，断开2#变频器电源；当需要变频升频或降频时，第一中央处理器Ul判断用户在现有正在运行的频率下升、降意图，通过电压传感器P2调节模拟量的输出端输出4?20mA信号，通过该信号控制变频器的频率升降；当2#变频器出现故障时，2#变频器端的故障继电器线圈得电，第一外部信号输入电路中的变频故障自动开关KA6自动闭合，相应的第一执行电路中的系统故障控制线圈KAlO得电，系统故障报警电路拉响警报。
[0029]低压电网智能保护模块接收2#变频器输出的负载频率反馈、电流的4?20mA信号反馈.模拟量输出单元通过电压传感器P2输出标准4?20mA信号作为2#变频器的频率给定输入。
[0030]次馈电开关回路的工作原理同主馈电开关回路的工作原理一样，在此不再赘述。
[0031]本实用新型通过两个低压电网智能保护模块的通讯接口(即低压电网智能保护模块连接的单片机LM3403的光纤通讯接口 X)与触摸屏、监测站之间实现通讯，读取变频器的电流、频率、故障、电机转向、远近程信号；以以太网通讯模块(LM3403)与监测站之间通讯，接收监测站提供的瓦斯浓度、温度、二氧化碳浓度等物理量参数。
【权利要求】
1.一种矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:包括隔爆外壳，隔爆外壳包括主腔和接线腔，主腔内设有芯架和双回路馈电开关电路板，主腔侧面设有双回路转换开关，接线腔上设置多条接线出口 ；双回路馈电开关电路板包括有主馈电开关回路、次馈电开关回路和双回路电源切换模块，主馈电开关回路包括主转换开关、第一信号采集电路、第一中央处理器、第一电源控制电路、第一外部信号输入电路和第一执行电路，主转换开关串联于主电源与主负载的三相回路中，所述的第一信号采集电路输入端串接于主转换开关与主负载之间，第一信号采集电路的输出端连接第一中央处理器的采集信号输入端，第一中央处理器的状态信息输入端连接第一外部信号输入电路的输出端，第一中央处理器的控制输出端连接第一执行电路，第一执行电路的动作触点连接负载；所述的第一电源控制电路，第一电源控制电路包括主合闸控制模块、主分闸控制模块和主变压模块，主变压模块的电源引线端连接两相主电源，主变压模块的电源输出端连接双回路电源切换模块的主电源输入端，双回路电源切换模块的第一电源输出端连接主合闸控制模块，双回路电源切换模块的第二电源输出端连接主分闸控制模块；所述的次馈电开关回路包括次转换开关、第二信号采集电路、第二中央处理器、第二外部信号输入电路、第二执行电路、第二电源控制电路，次馈电开关回路的电路元件及连接关系与主馈电开关回路一致，第二电源控制电路包括次合闸控制模块、次分闸控制模块和次变压模块，次变压模块的电源输出端连接双回路电源切换模块的次电源输入端，次合闸控制模块连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，次分闸控制模块连接双回路电源切换模块的第二电源输出端。
2.根据权利要求1所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一信号采集电路包括主负载零序电流采集互感器、主负载运行电流采集互感器组、主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器，所述的主负载零序电流采集互感器和主负载运行电流采集互感器组均采用穿心结构串接于主转换开关与主负载的三相回路中，主负载零序电流采集互感器和主负载运行电流采集互感器组的输出端连接第一中央处理器；所述的主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器的输入端并接于主转换开关与主负载的三相回路中，主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器的输出端连接第一中央处理器。
3.根据权利要求2所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的主负载零序电压采集电抗器的初级线圈的一端连接通过主转换开关的辅助常闭触点和电阻连接第一中央处理器的电抗器中性点检测输入端。
4.根据权利要求3所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:主馈电开关回路还包括第一负载频率、电流反馈电路，第一负载频率、电流反馈电路的输入端连接负载，第一负载频率、电流反馈电路的输出端连接第一中央处理器的三相模拟量输入端，三相模拟量输入端两两之间并联一个电阻。
5.根据权利要求4所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一电源控制电路的主变压模块包括第一变压器，第一变压器的初级线圈的输入端为电源引线端，次级线圈的三路输出端连接双回路电源切换模块的主电源输入端；所述的第一电源控制电路的主合闸控制模块包括第一桥式整流电路，第一桥式整流电路的输入端连接双回路电源切换模块的第一电源输出端，第一桥式整流电路的正极输入端串联有手动合闸按钮，第一桥式整流电路的输出端连接主转换开关合闸线圈；所述的第一电源控制电路的主分闸控制模块包括第二变压器，第二变压器的初级线圈连接双回路电源切换模块的第二电源输出端，第二变压器的第一次级线圈的输出端分别连接主负载零序电流采集互感器、主负载运行电流采集互感器组、主负载零序电压采集电抗器和主负载运行电压同步变压器，第二变压器的第二次级线圈的输出端通过整流模块同时连接第二桥式整流电路和第三桥式整流电路的输入端，第二桥式整流电路的正极输入端串联变频停止继电器触点开关，第二桥式整流电路的输出端连接主转换开关失压分闸线圈，第三桥式整流电路的正极输入端串联手动分闸按钮和主转换开关同步自动开关，且手动分闸按钮并联有故障反馈自动开关，第三桥式整流电路的输出端连接主转换开关分励分闸线圈。
6.根据权利要求5所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一外部信号输入电路包括多个负载运行控制手动按钮和主转换开关合闸反馈开关、变频故障自动开关，所述的多个负载运行控制手动按钮包括变频启动按钮、变频停止按钮、变频升频按钮、变频降频按钮、变频急停按钮，主转换开关合闸反馈开关和变频器故障输出端继电器的常开触点为自动开关。
7.根据权利要求6所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一执行电路包括变频启动控制线圈、变频停止控制线圈、变频急停控制线圈、系统故障控制线圈、动力电闭锁故障控制线圈和升、降频控制模块。
8.根据权利要求7所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的升、降频控制模块包括电压传感器，电压传感器的输入端连接第一中央处理器的升、降频控制输出端，电压传感器的输出端连接负载。
9.根据权利要求8所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一中央处理器和第二中央处理器同时连接触摸显示屏。
10.根据权利要求9所述的矿用隔爆型双回路馈电开关，其特征在于:所述的第一中央处理器和第二中央处理器采用低压电网智能保护模块。
【文档编号】H02J9/06GK203607920SQ201320770208
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】吴宣东, 胡述静, 邢印, 张 浩, 彭小强, 许崇果 申请人:南阳防爆集团股份有限公司