矿用低压馈电开关中像敏短路保护的研究.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第6期 2006年12月 工矿自动化 Industry and Mine Automation No. 6 Dec. 2006 技术交流 文章编号1671 - 251X200606 - 0054 - 03 矿用低压馈电开关中相敏短路保护的研究 高俊岭1, 王清灵1, 朱咏梅2 1. 安徽理工大学,安徽 淮南 232001 ; 2.上海电子信息职业技术学院,上海 200237 摘要为保障煤矿生产的安全性,煤矿井下低压馈电开关中必须装设过电流保护装置。文章阐述了相敏 对称短路保护的工作原理,介绍了以单片机80C196KB为核心、 通过相敏整流方法检测、 计算功率因数的实 施方案。该方案抗干扰性能好,实施电路简单。 关键词煤矿;低压馈电开关;相敏短路保护;功率因数; 80C196KB 中图分类号TD76 文献标识码B The Research of Phase2sensitive Short2circuit Protection in Mine2used Low2voltage Feeder Switch GAO Jun2ling1, WANG Qing2ling1, ZHU Yong2mei2 1. Anhui University of Science 在π～2π期间,方法同前,对iA的实际值求 其平均值后加 “-” 得-IXV, -IXV除以IJV得cosφ。 由于是取电流的平均值,故该种计算方法抗干扰性 能好。 2 实现电路 2. 1 同步脉冲的产生 功率因数检测首先需要采集电网的A相电压 过零点,但由于煤矿井下电网大多数采用中性点不 接地的供电方式,无法直接取得相电压,所以系统中 通过移项的方法得到相电压。 采样电路通过电压传感器采集A、B相的线电 压uAB,uAB经过阻容移相30,即可得到与A相电压 同相位的uA′,再经过比较器和光电耦合电路,得到 A相电压的相位脉冲信号,送至单片机80C196KB 的高速输入口HSI. 0。该脉冲作为单片机采集电流 平均值的同步信号。 2. 2 电流的检测 电流检测电路如图2所示。 图2 电流检测电路图 A相交流电流iA经过电流传感器,再经电位提 升电路处理后,变成脉动的电压信号,送至单片机的 A/ D口ACH1。CT为霍尔传感器,可用于测量直 流、 交流和脉冲电流。 交流电流检测电路各点波形如图3所示。 图3 电流检测电路各点波形图 uiA为电流传感器输出电压波形,其峰值为4 V , uiA1为N1放大且偏置后的输出电压波形,其峰-峰 值为4 V ,送单片机的A/ D输入引脚ACH1。 3 软件功能 3. 1 软件锁相分频 单片机响应同步电路产生的外中断信号uD1, 首先对工频信号分频,即通过软件锁实现将工频分 成36倍的软件定时频率,软件定时周期为20 ms/ 36 555μs ,每个工频周期采样36次。 3. 2 iA的采样 在每个采样周期软件定时中断子程序中,读 uiA1,读取的瞬时值减去偏差2 V ,得到交流电流瞬 时值。根据检测电路的系数 iAk1k2 uiA1 式中k1为电流传感器的变换系数;k2为N1的 放大倍数,k2 0. 5。 读取的交流电压瞬时值除以k1k2,即可得到 实际的交流电流瞬时值。当然,还要考虑模数转换 系数。 3. 3 IJV的计算 IJV为iA的绝对值平均值,每个采样周期求出 iA的绝对值且求出其累加值,当采样次数满18次 552006年第6期高俊岭等矿用低压馈电开关中相敏短路保护的研究 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 后,求其半个周期的平均值IJA。 3. 4 IXV的计算 IXV为iA的相敏整流平均值,在电压正半周期 间,求iA的实际值且累加,采样次数满18次后,求 其前半个周期的平均值IXV。在电压负半周期间, 求iA的实际值,且累加,采样次数满18次后,求其 后半个周期的平均值IXV,且取反极性,此为相敏电 流。在电流稳定状态,正半周的IXV与负半周的 -IXV应相等。 3. 5 功率因数的计算 cosφ应半个周期计算1次,即功率因数检测的 数据为纯滞后环节,滞后时间为10 ms。 3. 6 交流电流的有效值 对于单相交流正弦波电流,其半波电流平均值 IJV与其幅值Im的关系为 IJV 2 π Im 交流电流有效值I与其幅值的关系为 I 1 2 Im 而I 1. 1IJV,根据IJV可以求出交流电流有效 值I。 3. 7 相敏信号的处理 采集到功率因数和电流幅值信号后,把两者按 一定的关系相 “与” 得到 I 3 cosφc 式中I 3 是电流倍数,为实际工作电流与最大 短路电流比值;根据电网负荷大小不同,选择不同的 c,可得到不同的工作区,从而得到最佳保护效果。 4 结语 用相敏保护原理实现井下长线路发生三相短路 故障的主保护,可以解决大容量鼠笼式异步电动机 启动电流与线路末端最小两相电流难以区分的问 题,使大型电动机启动造成误动的现象大大减少,提 高了三相短路保护的灵敏度。本文提出的基于功率 因数检测的相敏对称短路保护的实施方案,具有抗 干扰性能好、 动作准确、 实施电路简单的优点。 参考文献 [1] 国家安全局.煤矿安全规程[M].北京煤炭工业出版 社,2004. [2] 崔景岳,刘思沛,聂文龙.煤矿供电[M].北京煤炭工 业出版社,1988. [3] 宋建成,梁毅龙,孟润泉.矿用隔爆型真空馈电开关中 的过电流保护[J ].继电器,1999 ,275 . [4] 金磐石,王永明. I96系列单片微型机应用详解[M]. 北京电子工业出版社,1992. 第6期 2006年12月 工矿自动化 Industry and Mine Automation No. 6 Dec. 2006 文章编号1671 - 251X200606 - 0056 - 03 变频启动器在煤矿带式输送机上的应用 贺建华1 ,2, 鹿守明3, 丁永红4 1. 中国矿业大学信电学院,江苏 徐州 221008 ; 2.徐州建筑职业技术学院学工处,江苏 徐州 221008 ; 3.徐州矿务集团有限公司庞庄煤矿,江苏 徐州 221140 ; 4.辽河油田兴隆台采油厂,辽宁 盘锦 124010 摘要文章阐述了变频启动器如何实现煤矿带式输送机软启动的原理及其较之其它软启动的优点,详细 介绍了变频启动器的低频启动转矩保证原理、 直接转矩控制技术、 启动时间和启动转矩的设计及启动过程结 束时电机电源的切换方法等。 关键词煤矿;带式输送机;变频启动器;直接转矩控制 中图分类号TD528. 1;TM573 文献标识码B 0 引言 煤矿带式输送机在启动时,由于启动摩擦力大、 收稿日期2006 - 09 - 08 作者简介贺建华1968 - ,男,讲师,硕士研究生,主要研究方 向为电力电子与电气传动,已发表多篇论文。 常处于满载状态下启动,易出现以下几个方面的问 题 1 启动时冲击载荷引起胶带张力剧增,影响输 送胶带的使用寿命,甚至拉断胶带 ; 2 电动机转速 与胶带机转速不一致时造成连接轴断裂,即所谓的 切轴现象 ;3 胶带机滚轴转速与胶带运动速度不