CN201629687U - 矿用直流架线整流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型矿用直流架线整流电源，包括交流接触器、电压互感器、电流互感器、整流斩波电路和微处理器，外接交流电源经交流接触器接至整流斩波电路，整流斩波电路向架线输出回路输出稳定直流电压。交流接触器、电压互感器、电流互感器分别与微处理器相连，直流电压反馈接至微处理器，微处理器的控制信号分别接至交流接触器和整流斩波电路。其优点在于：当现场电网波动时，通过调整输出脉冲的占空比，实现直流电压的稳定输出，给生产企业用户带来方便。同时，采用微处理器和上位机，实现智能化处理，可以对输出电流和交流输入电压进行采样，当超过设定保护值时***迅速切断主电路的交流接触器，从而提高煤矿直流架线牵引作业的安全性。

Description

矿用直流架线整流电源

技术领域

本实用新型涉及矿井电源设备，特别涉及一种矿用直流架线整流电源。

背景技术

架线式直流电机车一直是我国煤矿井下广泛使用的运输工具，而且在今后相当长的时期内，其重要作用不会被其它运输工具完全取代。电机车直流架线牵引网路供电***是构成轨道运输***的重要组成部分，是电机车的动力电源。架线电机车直流牵引网络主要由牵引变流所、馈电线、接触线、分区开关、轨道回流线等部分组成。牵引变流所输出的直流电源由变压器和整流电源组成。目前，采用的整流电源的电路拓扑主要是三相全桥二极管整流，功能单一，效果不佳。整流电源的输出电压随着电网电压的波动而波动，同时由于变压器的内阻的存在，整流电源的输出电压又随着负载的变化而变化。也就是说，整流电源的电源调整率和负载调整率非常低下，而且是不可控的，无法输出可调的稳定直流电压。

煤矿直流架线网络上除了电机车之外还有其它设备，包括各种分区开关，弯道信号报警器，直流电焊机，自动停送电开关等。由于直流架线整流电源输出电压的波动，这些设备无法工作在额定状态之下。当牵引电网电压波动大，出现高压尖峰，尽管持续时间很短，但还是有足够能量损坏这些设备。因此，直流架线整流电源输出稳定的直流电压，这对提高煤矿直流架线运输安全效果和运输效率有着重要的意义，而目前还没有这种电源产品出现。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种具有稳定直流电压输出，可以提高煤矿直流架线作业安全性的矿用直流架线整流电源。

为达到上述目的，本实用新型提供的矿用直流架线整流电源，包括交流接触器、电压互感器、电流互感器、整流斩波电路和微处理器，外接交流电源经交流接触器接至整流斩波电路，整流斩波电路向架线输出回路输出稳定直流电压，电压互感器接于整流斩波电路的输入端，电流互感器串接于架线输出回路中，交流接触器、电压互感器、电流互感器分别与微处理器相连，直流电压反馈接至微处理器，微处理器的控制信号分别接至交流接触器和整流斩波电路。

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中所述微处理器设有用于与上位机进行数据传输的RS232接口。

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中所述整流斩波电路由三相可控硅全控桥和斩波二极管串联构成。

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中所述微处理器设有CPU和与其相连的：

AD转换模块，用于将电压互感器和电流互感器的模拟信号转换为数字信号；

同步移相触发模块，用于形成三相可控硅全控桥触发电路的触发脉冲；

定时模块，用于定时启动和关断同步移相触发模块；

比较模块：用于判断直流架线电压是否下降到零，并输出控制信号至定时模块。

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中所述整流斩波电路由三相二极管整流桥和直流斩波电路串联构成。

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中所述微处理器设有CPU和与其相连的：

AD转换模块，用于将电压互感器和电流互感器的模拟信号转换为数字信号；

PWM模块：用于向三相二极管整流桥输出PWM触发信号；

另一定时模块，用于输出直流间歇式电压的占空比D，定时启动和关断PWM触发模块。

本实用新型矿用直流架线整流电源的优点和积极效果在于：由于设置了交流接触器、电压互感器、电流互感器、整流斩波电路和微处理器，当现场牵引电网电压波动时，通过调整输出脉冲的占空比，实现直流电压的稳定输出，给生产企业和用户带来方便。

同时，采用微处理器和上位机，实现智能化处理，可以通过对输出电流和交流输入电压进行采样，当超过设定保护值时***能够迅速切断主电路的交流接触器，从而实现过流和过压保护，大大提高煤矿直流架线牵引作业的安全性。

下面将结合实施例参照附图进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型矿用直流架线整流电源的方框图；

图2是实施例一中整流斩波电路的电路原理图；

图3是实施例一中整流斩波电路的输出波形图；

图4是实施例二中整流斩波电路的电路原理图；

图5是实施例二中整流斩波电路的输出波形图。

具体实施方式

这里提供本实用新型矿用直流架线整流电源两种实现方案，下面结合附图详细说明本实用新型矿用直流架线整流电源的实施例。

实施例一

参照图1，本实用新型矿用直流架线整流电源，包括交流接触器1、电压互感器4、电流互感器3、整流斩波电路2和微处理器5。电流互感器3采用直流电流霍尔传感器，电压互感器4采用交流电压霍尔传感器。电压互感器4接于整流斩波电路2的输入端，电流互感器3串接于架线输出回路中，交流接触器1、电压互感器4、电流互感器3分别与微处理器5相连。直流电压Ud反馈接至微处理器5，微处理器5的控制信号分别接至交流接触器1和整流斩波电路2。外接交流电源经交流接触器1接至整流斩波电路2，整流斩波电路2向架线输出回路输出稳定直流电压Ud。

整流斩波电路2可以采用两种电路形式：在第一种整流斩波电路2中，设有三相可控硅全控桥KP1-KP6，该可控硅全控桥的触发电路受控于微处理器5。参阅图2，整流斩波电路2由三相可控硅全控桥KP1-KP6和斩波二极管VD串联构成，整流功能和斩波功能在此电路中实现。图1中的M表示负载电机，煤矿现场使用最广泛的是直流串激牵引电动机，也就是说励磁绕组的电感串于回路中，这样就可以省去了整流斩波电路2中所需的续流电感。

微处理器5设有CPU和与其相连的下述模块：

AD转换模块，用于将电压互感器4和电流互感器3的模拟信号转换为数字信号。同步移相触发模块，用于形成三相可控硅全控桥触发电路的触发脉冲，三相可控硅全控桥KP1-KP6的驱动由同步移相触发模块完成，输出与主电路相同步的触发信号。触发脉冲方波在定时模块中形成。定时模块，用于定时启动和关断同步移相触发模块，其输出信号经触发脉冲形成电路、功放电路和同步脉冲变压器输出至整流斩波电路2的控制端。比较模块，用于判断直流架线电压是否下降到零，并输出控制信号至定时模块。

在本实用新型矿用直流架线整流电源的实施例中，微处理器5还设有用于与上位机6进行数据传输的RS232接口。

下面结合附图详细说明本实用新型矿用直流架线整流电源的工作过程。

微处理器5过定时模块产生的触发脉冲信号控制三相可控硅全控桥逐个开通，在三相可控硅全控桥导通期间，产生不对称方波电路向直流架线提供正向脉动直流电源，经过定时时间t₁后，微处理器5发出关断信号关断三相可控硅全控桥，比较模块检测直流架线电压是否下降到零，并进行可靠性判断，确定三相可控硅全控桥是否已经可靠关断，此时负载电机M的电流并不会有太大的下降，因为电路中的斩波二极管VD与负载电机M的励磁电感构成续流回路。在从关断信号发出到输出电压至零所需的时间t₂后，微处理器5根据正向脉动直流电源输出得出还需要延时等待的时间t₃。在定时时间t₃到后，微处理器5再次发出导通信号。

设U_s为三相二极管全桥整流的平均输出直流电压，U₁为输入三相交流线电压的有效值，则有：U_s＝1.35U₁，正向脉动直流电源输出的平均电压为：

$U_d=(U_s*t_s+{\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}\sqrt{2}{U}_1\cos \mathrm{\ωtd\ωt})/T=(1.35*t_s+\sqrt{2})*U_1/T,$

其中，T为间歇工作周期时间，则有

T＝t₁+t₂+t₃，

t_s为上述平均电压持续的时间。由于电网电压频率为50HZ，因此有

t_s＝t₁+t₂-20ms/4。

在微处理器5的控制过程中，微处理器5定时时间t₁不变，t₂可通过计数得出，那么要得到预先设定了输出电压大小的正向脉动直流电源，当U₁经过采样计算得到以后，只需按照下式计算出t₃即可：

$t_3=(1.35*(t_1+t_2-5\mathrm{ms})+\sqrt{2})*U_1/U_d-(t_1+t_2),$

其输出波形如图3所示。

实施例二

本实用新型矿用直流架线整流电源，其中整流斩波电路2和微处理器5还可以采用另一种方案。参照图4，另一种整流斩波电路2替换为包括三相二极管整流桥D1-D6和与其串联的直流斩波电路G1、D，该直流斩波电路的斩波器G1受控于微处理器5。微处理器5除设有CPU和与其相连的AD转换模块外，还设有用于向三相二极管整流桥D1-D6输出PWM触发信号的PWM模块和用于确定直流间歇式电压的占空比D，定时启动和关断PWM触发模块的另一定时模块，即微处理器5通过另一定时模块和PWM触发模块输出直流电压占空比为D的间歇式电压。PWM触发模块定时控制直流架线整流电源输出的导通和关断，等效为定时间歇工作的直流工作电源，即由三相二极管整流桥D1-D6输出具有一定频率和占空比的脉冲，根据能量守恒，输出的间歇性脉冲电压可等效为脉冲电压平均值的直流电压。当电源拖动负载电机M时，负载电流只与负载转矩有关，稳态时保持基本不变。因此，当输入交流电压变化或者负载变化时，只需改变输出脉冲的占空比就能使得直流架线整流电源的输出电压保持不变，从而实现稳压功能，其输出波形如图5所示。

同样微处理器5设有与上位机6进行数据传输的RS232接口，其他部分与实施例一结构相同。

本实用新型矿用直流架线整流电源，通过检测输入的三相交流线电压，来调整输出脉冲的占空比，从而实现直流电压的稳定输出。采用微处理器和上位机，可方便地对***的输出电压进行设定，实现智能化控制，***的可靠性大大提高。

采用微处理器对输出电流和交流输入电压进行采样，当直流输出电流或者交流输入电压超过设定保护值，***能够迅速切断主电路的交流接触器，从而实现过流和过压保护，大大提高煤矿直流架线牵引作业的安全性。

另外，微处理器可将检测到的数据参数传到上位机，上位机能够将数据通过液晶显示器显示，出现保护故障时还可以声光报警，并记录故障发生的时间和当时的故障类型及故障值。由于这些为已知技术，这里不再赘述。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种矿用直流架线整流电源，其特征在于：包括交流接触器(1)、电压互感器(4)、电流互感器(3)、整流斩波电路(2)和微处理器(5)，外接交流电源经交流接触器(1)接至整流斩波电路(2)，整流斩波电路(2)向架线输出回路输出稳定直流电压(Ud)，电压互感器(4)接于整流斩波电路(2)的输入端，电流互感器(3)串接于架线输出回路中，交流接触器(1)、电压互感器(4)、电流互感器(3)分别与微处理器(5)相连，直流电压(Ud)反馈接至微处理器(5)，微处理器(5)的控制信号分别接至交流接触器(1)和整流斩波电路(2)。

2.根据权利要求1所述的矿用直流架线整流电源，其特征在于：其中所述微处理器(5)设有用于与上位机(6)进行数据传输的RS232接口。

3.根据权利要求1或2所述的具有斩波电路的矿用直流架线整流电源，其特征在于，其中所述整流斩波电路(2)由三相可控硅全控桥(KP1-KP6)和斩波二极管(VD)串联构成。

4.根据权利要求3所述的具有斩波电路的矿用直流架线整流电源，其特征在于：其中所述微处理器(5)设有CPU和与其相连的：

AD转换模块，用于将电压互感器(4)和电流互感器(3)的模拟信号转换为数字信号；

同步移相触发模块，用于形成三相可控硅全控桥(KP1-KP6)触发电路的触发脉冲；

定时模块，用于定时启动和关断同步移相触发模块；

比较模块：用于判断直流架线电压是否下降到零，并输出控制信号至定时模块。

5.根据权利要求1或2所述的具有斩波电路的矿用直流架线整流电源，其特征在于，其中所述整流斩波电路(2)由三相二极管整流桥(D1-D6)和直流斩波电路(G1、D)串联构成。

6.根据权利要求5所述的具有斩波电路的矿用直流架线整流电源，其特征在于：其中所述微处理器(5)设有CPU和与其相连的：

AD转换模块，用于将电压互感器(4)和电流互感器(3)的模拟信号转换为数字信号；

PWM模块：用于向三相二极管整流桥(D1-D6)输出PWM触发信号；

另一定时模块，用于输出直流间歇式电压的占空比D，定时启动和关断PWM触发模块。

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