矿用127V交流电源制造技术

本发明专利技术矿用127V交流电源，主要包括交流接触器、电压互感器、电流互感器、整流电路、高频隔离DC/DC变换器、储能模块、逆变电路和数字微处理器。使用上述结构的矿用127V交流电源，其优点在于：不需网侧电压检测即可单位功率因数运行；功率密度高且电源高频隔离；抑制网侧电压波动能力强；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系统迅速切断主电路的交流接触器，从而提高煤矿井下127V交流电源的安全性。同时，储能模块的增加又可以使交流电源在电网掉电时仍能正常的进行一段时间的工作，这对矿井安全生产及异常数据采集都具有重大意义。

127V AC power supply for mine

The mine 127V AC power supply mainly includes AC contactor, voltage transformer, current transformer, rectifier circuit, high-frequency isolation DC/DC converter, energy storage module, inverter circuit and digital microprocessor. Mine 127V AC power using the above structure, the utility model has the advantages: no need of network side voltage detection to unit power factor; high power density and high frequency power supply isolation; restraining voltage fluctuation ability; intelligent processing, can be sampled on the output current and AC input voltage, when the AC contactor exceeds the set protection the value of the system quickly cut off the main circuit, so as to improve the safety of 127V AC power supply in coal mine. At the same time, the increase of energy storage module can make AC power work normally for a period of time when the power grid is down, which is of great significance for mine safety production and abnormal data collection.

【技术实现步骤摘要】
矿用127V交流电源
本专利技术涉及矿井电源设备，特别涉及一种矿用127V交流电源。
技术介绍
在煤炭行业中，矿用127V交流电源一直是我国煤矿井下广泛使用的一种电源，而且在今后相当长的时期内，井下的照明、安全监控和信息采集都要依赖于127V交流电源。服务于照明、安全监控和信息采集的供电系统是煤炭安全生产生活的重要保证，传统矿用127V交流电源系统主要由转换电源、馈电线、分区开关、回流线等部分组成，转换电源多是由工频变压器串接保护和检测装置构成，其功能单一，非单位功率因数运行，体积庞大，防爆成本高，且电网电压的升高，跌落以及谐波均会在127V交流电源的输出侧电压中反映，同时由于变压器内阻的存在，使得传统127V交流电源的输出电压又随着负载的变化而变化，所有上述问题使得传统127V交流电源的输出电压质量较差。另外，传统127V交流电源系统由于没有配套相应储能系统，因此一旦供电网络故障断电，传统127V交流电源系统也不具备继续供电的能力。煤矿127V交流电源网络上除了照明设备之外，还包括各种分区开关，瓦斯信号报警器，对讲装置和一系列传控装置等。由于传统变压器无法抑制电网的波动，一旦过压或者欠压，这些设备无法工作在额定状态之下。当主电网电压波动大，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。同时，在向非线性负载供电时，大量的无功和谐波将被注入电网，严重污染电网。因此，一种既能消除电网波动影响又能够实现单位功率因数运行，且当电网故障断电后仍能维持一段时间稳定供电的127V交流电源，对提高煤矿安全和有效信息采集有着重要意义，而目前还没有这种电源产品出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述缺陷，设计一种具有高电能质量、输出稳定、单位功率因数运行且在电网断电时仍能进行一段时间稳定供电的矿用127V交流电源。为达到上述目的，本专利技术提供的矿用127V交流电源，包括交流接触器、电压互感器、电流互感器、整流电路、高频隔离DC/DC变换器、逆变电路和数字微处理器。外接交流电源经交流接触器接至整流电路，整流电路向高频隔离DC/DC变换器电路原边输入稳定直流电压。直流电压经过高频隔离DC/DC变换器后产生稳定隔离直流电压向储能模块和逆变电路供电，最后由逆变电路输出稳定交流127V电源。电压互感器接于高频隔离DC/DC变换器的副边及逆变电路的输出端，电流互感器接于逆变电路输出回路和交流接触器与整流电路之间，交流接触器、电压互感器、电流互感器分别与微处理器相连，高频隔离DC/DC变换器输出直流电压(Ud)和逆变电路交流输出电压(Uout)反馈接至数字微处理器，数字微处理器的控制信号分别接至交流接触器、整流电路和逆变电路。本专利技术矿用127V交流电源，所述微处理器设有用于与上位机进行数据传输的RS232接口或CAN总线接口。本专利技术矿用127V交流电源，所述整流电路由VIENNA整流器构成：三开关VIENNA整流器：由可控电力电子开关器件(SA、SB、SC)和续流二极管(VD)构成。六开关VIENNA整流器：由六个电力电子开关器件(S±A、S±B、S±C)和续流二极管(VD)构成。本专利技术矿用127V交流电源，所述整流电路由三相PWM整流器构成：由六个电力电子开关器件(S1-S6)和续流二极管(VD)构成。本专利技术矿用127V交流电源，所述数字微处理器设有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驱动模块：用于向VIENNA整流器(三开关/六开关)或三相PWM整流器及逆变电路电力电子开关器件输出PWM触发信号；保护模块，用于判断交流127V电源输出是否存过流、过压或欠压等异常状态，并输出控制信号关断PWM模块和交流接触器；通信模块：用于将电压、电流和功率等信息上传至上位机，进行信息监测并读取上位机指令。本专利技术矿用127V交流电源，所述高频隔离DC/DC变换器由M(M＝1，2，3…)个全控H桥和M(M＝1，2，3…)个二极管整流桥和高频变压器M级输入串联输出并联构成，能量单向流动。本专利技术矿用127V交流电源，所述高频隔离DC/DC变换器由2N(N＝1，2，3…)个全控H桥和N(N＝1，2，3…)个高频变压器M级输入串联输出并联构成，能量双向流动。本专利技术矿用127V交流电源，所述频隔离DC/DC变换器驱动信号，由高频脉冲发生器产生，形成开环控制。本专利技术矿用127V交流电源，所述整流电路，由高频隔离DC/DC变换器输出直流电压(Ud)作为直流反馈电压，形成两级电路一级控制，该控制可以达到：交流侧单位功率因数运行；高频隔离DC/DC变换器(5)输出稳定直流电压(Ud)。本专利技术矿用127V交流电源，所述储能模块，由超级电容器、蓄电池或超级电容器和蓄电池混合构成。本专利技术矿用127V交流电源，所述逆变电路，由Z(Z＝1，2，3…)个单相全控H桥或Z(Z＝1，2，3…)个三相全控桥构成。本专利技术矿用127V交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、整流电路、高频隔离DC/DC变换器、储能模块、逆变电路和数字微处理器，因而不需网侧电压检测即可单位功率因数运行；功率密度高且电源高频隔离；抑制网侧电压波动能力强，当现场主电网电压波动时，通过调整输出脉冲的占空比，实现交流电压的稳定输出，给企业生产和用户提供稳定127V交流电压。同时，采用数字微处理器和上位机，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系统迅速切断主电路的交流接触器，从而提高煤矿井下127V交流电源的安全性。同时，储能模块的增加又可以在电网掉电时仍能正常的进行一段时间的工作，这对矿井安全及异常数据采集都具有重大意义。下面将结合实施例参照附图进行详细说明。附图说明图1是本专利技术矿用127V交流电源的方框图；图2是三相PWM整流器的电路原理图；图3是实施例中三开关VIENNA电路的电路原理图；图4是六开关VIENNA电路的电路原理图；图5是能量单向流动的高频隔离DC/DC变换器M级输入串联输出并联示意图；图6是能量双向流动的高频隔离DC/DC变换器N级输入串联输出并联示意图；图7是实施例中能量单向流动且M＝1的高频隔离DC/DC变换器电路原理图；图8是单相PWM逆变电路Z级输入并联输出串联示意图图9是三相PWM逆变电路Z级输入并联输出串联示意图图10是实施例中单相PWM逆变器电路原理图；图11是实施例中VIENNA电路的等效电路原理图；图12是实施例中VIENNA电路的单周期控制示意图；图13是实施例中新型矿用127V交流电源的A相输入电压及电流波形图；图14是实施例中新型矿用127V交流电源的三相电流输入波形图；图15是实施例中新型矿用127V交流电源的高频隔离DC/DC变换器输出电压波形图；图16是实施例中新型矿用127V交流电源的输出波形图。具体实施方式这里提供本专利技术矿用127V交流电源的一种实现方案，下面结合附图详细说明本专利技术矿用127V交流电源的实施例。实施例：参照图1，本专利技术矿用127V交流电源，包括交流接触器(1)、电压互感器(2)、电流互感器(3)、VIENNA整流电路(4)、高频隔离DC/DC变换器(5)、储能模块(6)、逆变电路(7)、数字微处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用127V交流电源，其特征在于：包括交流接触器(1)、电压互感器(2)、电流互感器(3)、整流电路(4)、高频隔离DC/DC变换器(5)、储能模块(6)、逆变电路(7)、数字微处理器(8)和上位机(9)。外接交流电源经交流接触器(1)接至整流电路(4)，整流电路(4)向高频隔离DC/DC变换器电路(5)原边输入稳定直流电压。此后，高频隔离DC/DC变换器(5)副边产生稳定且与原边隔离的直流电压，该直流电压向储能模块(6)和逆变电路(7)供电，最后由逆变电路(7)输出稳定的交流127V电压。电压互感器(2)接于高频隔离DC/DC变换器(5)的副边及逆变电路(7)输出端，电流互感器(3)接于逆变电路(7)输出回路和交流接触器(1)与整流电路(4)之间。交流接触器(1)、电压互感器(2)、电流互感器(3)分别与微处理器(8)相连，高频隔离DC/DC变换器(5)输出直流电压(Ud)和逆变电路(6)交流输出电压(Uout)反馈至数字微处理器(8)，数字微处理器(8)的控制信号分别接至交流接触器(1)、整流电路(4)和逆变电路(7)。

【技术特征摘要】
1.一种矿用127V交流电源，其特征在于：包括交流接触器(1)、电压互感器(2)、电流互感器(3)、整流电路(4)、高频隔离DC/DC变换器(5)、储能模块(6)、逆变电路(7)、数字微处理器(8)和上位机(9)。外接交流电源经交流接触器(1)接至整流电路(4)，整流电路(4)向高频隔离DC/DC变换器电路(5)原边输入稳定直流电压。此后，高频隔离DC/DC变换器(5)副边产生稳定且与原边隔离的直流电压，该直流电压向储能模块(6)和逆变电路(7)供电，最后由逆变电路(7)输出稳定的交流127V电压。电压互感器(2)接于高频隔离DC/DC变换器(5)的副边及逆变电路(7)输出端，电流互感器(3)接于逆变电路(7)输出回路和交流接触器(1)与整流电路(4)之间。交流接触器(1)、电压互感器(2)、电流互感器(3)分别与微处理器(8)相连，高频隔离DC/DC变换器(5)输出直流电压(Ud)和逆变电路(6)交流输出电压(Uout)反馈至数字微处理器(8)，数字微处理器(8)的控制信号分别接至交流接触器(1)、整流电路(4)和逆变电路(7)。2.根据权利要求1所述的矿用127V交流电源，其特征在于：所述微处理器(8)设有用于与上位机(9)进行数据传输的RS232或CAN总线接口。3.根据权利要求1所述的矿用127V交流电源，其特征在于：所述整流电路(4)由VIENNA整流器构成：三开关VIENNA整流器：由可控电力电子开关器件(SA、SB、SC)和续流二极管(VD)构成。六开关VIENNA整流器：由六个电力电子开关器件(S±A、S±B、S±C)和续流二极管(VD)构成。4.根据权利要求1所述的矿用127V交流电源，其特征在于：所述整流电路(4)由三相PWM整流器构成：由六个电力电子开关器件(S1-S6)和续流二极管(VD)构成。5.根据权利要求1、3或4所述的矿用127V交流电源，其特征在于：所述数字微处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，程红，刘瑨琪，卢其威，邹甲，胡昊雨，赵志浩，田长庚，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11