專利名稱：礦用多功能數(shù)字開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦山井下額定工作電流為80A、120A、225A、300A、400A，額定工作電壓為AC660V或1140V系列開關(guān)。這種開關(guān)適用于礦山井下有瓦斯或煤塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，控制電機(jī)或其他設(shè)備并對(duì)其和供電線路進(jìn)行保護(hù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有礦山井下使用的開關(guān)是五十年代原蘇聯(lián)援助我國(guó)的技術(shù)，人稱“大肚子開關(guān)”，后來(lái)在技術(shù)上作了一些改進(jìn)，如將部分空氣式接觸器改成真空接觸器，保護(hù)采用了JDB電子保護(hù)器，等等。但從總體上看仍然技術(shù)落后，開關(guān)使用的接觸器、繼電器的接點(diǎn)多，通過(guò)接點(diǎn)的電流大，工作時(shí)由于操作頻繁，損壞嚴(yán)重，壽命短，故障多，維護(hù)量大，繼電保護(hù)可靠性靈敏性差，嚴(yán)重威脅到礦山的安全生產(chǎn)工作。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有礦用控制開關(guān)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型采用數(shù)字控制技術(shù)提供一種礦用多功能數(shù)字開關(guān)，其特點(diǎn)是多功能、壽命長(zhǎng)、故障少、維護(hù)量小，工作靈敏可靠。
在解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，在隔爆外殼內(nèi)，小電流控制電路、零投切電路、頻控開關(guān)電路、數(shù)字式電機(jī)保護(hù)控制電路及漏地閉鎖保護(hù)電路，順序電連接，其特征是提高主控回路工作電壓，增加副控回路；控制模塊GM采用電壓過(guò)零投切輸入輸出光電隔離器件；頻控開關(guān)遠(yuǎn)控；三相電流互感器LH采樣并將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸入單片機(jī)DZK A/D口，經(jīng)其計(jì)算處理，輸出BM、KM連接副控和主控電路。實(shí)用新型控制技術(shù)如下1、采用小電流控制技術(shù)，提高主控回路電源電壓，由控制電源AC220V、主控接觸器CZ和控制模塊GM輸出端串接成主控回路。在主控回路與單片機(jī)DZK之間連接由TA、QA、KM、BM、CZ、GM輸入端及DC8V控制電源組成的副控回路。主控與副控回路之間由GM連接，實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)叫‰娏骺刂?。主控回路電壓由傳統(tǒng)的AC36V提高到AC220V或380V，控制電壓提高了5至10倍，控制功率不變，控制電流減小了5至10倍。副控回路工作電流小于30MA，實(shí)現(xiàn)小電流控制。
2、采用過(guò)零投切功率模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)工作，GM輸出端串接在主控回路，輸入端連接副控回路BM、KM、QA、TA及控制電源。GM選用零投切模塊，輸入端光電二極管導(dǎo)通發(fā)光，觸發(fā)輸出端雙向光控可控硅，并通過(guò)內(nèi)部電壓捕零電路使電壓過(guò)零導(dǎo)通。
3、采用頻控開關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，頻控開關(guān)由信號(hào)發(fā)生模塊FX為555或雙音頻集成塊，連接分頻電阻R1，R2，分頻電容C1，C2及起停按鈕1QA，1TA，并用3芯電纜與被控多功能數(shù)字開關(guān)連接。頻控開關(guān)電源由單片機(jī)電源板提供，輸出頻率信號(hào)f接到單片機(jī)輸入端8口，f的范圍200Hz至1000Hz。按1QA，f輸出f1，單片機(jī)KM瞬間輸出導(dǎo)通信號(hào)，GM觸發(fā)導(dǎo)通，CZ合閘并自保，電機(jī)啟動(dòng)。按1TA，f輸出f2，單片機(jī)BM輸出截止信號(hào)，GM失電截止，CZ斷電跳閘，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
4、采用數(shù)字式電機(jī)控制及過(guò)電流、斷相、短路和電流不平衡保護(hù)，三相電流互感器采樣電流信號(hào)iaibic輸入單片機(jī)DZK輸入端4、5、6、7A/D口，將模擬信號(hào)變成三相數(shù)字信號(hào)，經(jīng)DZK運(yùn)算處理，BM端輸出保護(hù)信號(hào)，數(shù)碼輸出故障狀態(tài)信號(hào)。
5、漏地閉鎖保護(hù)，由檢測(cè)電源24V連接隔離二級(jí)管D1D2一端，D1的另一端接大地00，D2的正極分別與R1R2相連后接u的輸入端，R1的另一端通過(guò)CZ5與d1相接。R2的另一端、U的共用端與24V的0端相接，u的輸出端LD接單片機(jī)12口。
本實(shí)用新型有益效果是小電流、零投切控制技術(shù)提高開關(guān)工作壽命，減少故障及維護(hù)；數(shù)字化控制與保護(hù)技術(shù)提高開關(guān)的可靠性和靈敏性，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，處理故障；頻控開關(guān)防止控制電纜被砸短路引起設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，避免事故發(fā)生，控制距離增加10倍以上。
以下結(jié)合附

圖1、附圖2、附圖3和實(shí)施例作進(jìn)一步闡述。
附圖1是礦用多功能數(shù)字開關(guān)電氣原理圖附圖2是頻控開關(guān)電氣原理圖附圖3是漏地檢測(cè)接口電路電氣原理圖在附圖1中，X1，X2，X3為電源進(jìn)線，d1，d2，d3為負(fù)荷輸出線，GK為換向隔離開關(guān)，CZ1，CZ2，CZ3為接觸器CZ的三組主觸頭，LH為電流互感器，B1為控制變壓器，B2為隔離變壓器，CZ為接觸器，GM為控制模塊，BM為保護(hù)輸出模塊，KM為控制輸出模塊，TA為停止按鈕，QA為啟動(dòng)按鈕，M、Y、S為設(shè)定按鈕，RD1，RD2為熔斷器，DZK為單片機(jī)。
在附圖2中，F(xiàn)X為頻率信號(hào)發(fā)生模塊，1QA為遠(yuǎn)控啟動(dòng)按鈕，1TA為遠(yuǎn)控停止按鈕，C2、C3為分頻電容，R1、R2為分頻電阻，C1為濾波電容，f為信號(hào)輸出端。
在附圖3中，U為線性信號(hào)隔離放大器，D1、D2為隔離二級(jí)管，R1為限流電阻，R2為采樣電阻，C1為濾波電容，00為大地，d1為負(fù)荷輸出端，CZ5為CZ的輔助接點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
在附圖1中可以看出接觸器線圈電壓由原來(lái)的AC36V提高到AC220V或380V，通過(guò)功率模塊GM的電流減少至原來(lái)的六分之一。所選擇的GM的工作電流是20A，額定工作電壓AC380V，其導(dǎo)通或關(guān)斷是在電流過(guò)零時(shí)進(jìn)行的。這樣可防止導(dǎo)通時(shí)的浪涌電流及切斷時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生，主回路與副控回路連接采用光電隔離的GM模塊，其耐壓達(dá)1500V以上?？刂戚敵鯧M和保護(hù)輸出BM均用光電隔離的雙向可控硅，通過(guò)QA，TA、BM、KM的電流小于30mA，工作電壓為DC3V至32V。
頻控開關(guān)是由本質(zhì)安全火花控制盒組成的。它由頻率信號(hào)發(fā)生器FX、停止按鈕1TA、啟動(dòng)按鈕1QA組成。頻率信號(hào)發(fā)生器由555集成電路和雙音頻電路及電阻、電容組成，它的頻率范圍很寬，可達(dá)1Hz到數(shù)百kHz，這里采用200Hz到1000Hz范圍。在R1、R2選定的情況下，選擇不同的C2、C3產(chǎn)生啟動(dòng)和停止所用的頻率。單片機(jī)接收到這些頻率信號(hào)后，經(jīng)處理對(duì)應(yīng)輸出啟動(dòng)或停止信號(hào)。人工按1QA，f輸出f1(280Hz)至A/D口，經(jīng)DZK處理，使KM、GM導(dǎo)通，CZ得電合閘，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。人工按停止按鈕1TA，f輸出f2(680Hz)至A/D口，經(jīng)DZK處理，BM輸出截止信號(hào)，GM截止，CZ失電跳閘，電機(jī)停轉(zhuǎn)。頻率控制不但控制距離遠(yuǎn)，而且抗干擾能力強(qiáng)，有效地克服了因控制線被砸導(dǎo)致短路設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)的問(wèn)題。
采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)電流、短路、斷相、不平衡保護(hù)。電機(jī)的過(guò)電流、短路、斷相、不平衡保護(hù)都是經(jīng)電流互感器采樣，將ia、ib、ic送入單片機(jī)接口電路，經(jīng)整流濾波處理后輸入A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機(jī)故障診斷程序處理判斷，確定有無(wú)故障，是什么故障。故障性質(zhì)由代碼表示“1”表示過(guò)電流，“2”表示短路，“3”表示斷相，“4”表示不平衡，“5”表示漏地。
漏地閉鎖保護(hù)由24V直流監(jiān)測(cè)電源，D1、D2、R1組成的先導(dǎo)回路，R2、C1采樣電路和U線性隔離放大集成電路連接而成。接觸器斷開后，CZ5閉合，漏地檢測(cè)電路投入工作。+24V經(jīng)D1、絕緣電阻(井下電源變壓器中心點(diǎn)不接地，00為地線，d1為相線)、CZ5、R1、R2到直流24V的負(fù)端。R2上的電壓送入隔離放大器U的輸入端，輸出端LD輸入DZK A/D口，經(jīng)單片機(jī)處理后，數(shù)碼顯示絕緣電阻值，當(dāng)絕緣電阻值達(dá)22k(660V)時(shí)單片機(jī)顯示漏電，保護(hù)接點(diǎn)BM斷開，啟動(dòng)器不能送電，隔離放大器輸入與輸出端耐壓大于2500V。D1、D2、R1組成的先導(dǎo)回路有效防止動(dòng)力電源在接觸器過(guò)零投切瞬間進(jìn)入絕緣監(jiān)測(cè)采樣電路。
單片機(jī)工作時(shí)能顯示電流、電壓及絕緣電阻，有故障時(shí)顯示故障性質(zhì)。
設(shè)定鍵M、S、Y鍵設(shè)在防爆外殼上，S鍵由啟動(dòng)鍵兼，Y鍵是移位鍵并兼作試驗(yàn)鍵，停止鍵TA兼作設(shè)定鍵。
權(quán)利要求1.一種礦用多功能數(shù)字開關(guān)，在隔爆外殼內(nèi)，小電流控制電路、零投切電路、頻控開關(guān)電路、數(shù)字式電機(jī)保護(hù)控制電路及漏地閉鎖保護(hù)電路，順序電連接，其特征是提高主控回路工作電壓，增加副控回路；控制模塊GM采用電壓過(guò)零投切輸入輸出光電隔離器件；頻控開關(guān)遠(yuǎn)控；三相電流互感器LH采樣并將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸入單片機(jī)DZK A/D口，經(jīng)其計(jì)算處理，保護(hù)輸出模塊BM、控制輸出模塊KM連接副控和主控電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用多功能數(shù)字開關(guān)，其特征是主控回路工作電壓采用交流220V或380V，并與接觸器CZ、控制模塊GM輸出端串接組成主控回路，GM的輸入端與BM、啟動(dòng)按鈕QA、停止按鈕TA及控制電源串接，KM、接觸器輔助常開接點(diǎn)CZ4與QA并接組成副控回路，主副控回路由GM連接，實(shí)現(xiàn)小電流鏈?zhǔn)娇刂啤?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用多功能數(shù)字開關(guān)，其特征是頻控開關(guān)是由集成塊555或雙音頻集成塊連接電阻R1，R2，電容C2，C3及啟動(dòng)按鈕1QA，停止按鈕1TA組成，其電源由被控開關(guān)提供，輸出頻率信號(hào)為200-1000Hz，并用三芯電纜與被控開關(guān)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及礦用多功能數(shù)字開關(guān)，其額定電源電壓為交流660V或1140V，額定電流為80A、80A(N可逆)120A、225A、300A、400A。它采用了小電流控制技術(shù)、提高控制電壓、增加控制環(huán)節(jié)，使控制電流減小，同時(shí)將繼電器改用光電雙向可控硅代替；它采用功率模塊實(shí)現(xiàn)電流過(guò)零投入工作，過(guò)零切斷電源，避免了導(dǎo)通時(shí)的浪涌電流、切斷時(shí)的過(guò)電壓產(chǎn)生；它采用了頻率控制技術(shù)，防止控制線被砸造成事故，同時(shí)使控制距離大大增加；它采用了數(shù)字式電機(jī)保護(hù)，使保護(hù)、控制做到靈敏、可靠、準(zhǔn)確，便于故障處理維護(hù)；絕緣監(jiān)視電路采用了先導(dǎo)電路，防止動(dòng)力電進(jìn)入絕緣監(jiān)測(cè)電路。由于它采用了新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)長(zhǎng)壽命、少故障、維護(hù)量小的目的。
文檔編號(hào)H02H7/09GK2754247SQ20032010890
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者張德昌 申請(qǐng)人:張德昌