矿用电源检验用交流电压阶跃试验装置的研究.pdf

第 4 1卷 第 l 2期 2 0 1 5年 1 2月 工矿 自 动化 I n dus t r y an d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 1 No ． 1 2 De c ． 2 0 1 5 ． ’ “ ’ ’ ’ 科研成果 ◆_ ． ◆Ⅲ ◆ ◆ 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 1 2 0 0 5 5 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 1 4 王 海潮 ． 矿 用 电源检 验用 交 流 电压 阶跃 试验 装 置 的研 究 E J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 2 5 5 5 8 ． 矿用电源检验用交流电压阶跃试验装置的研究 王 海潮 。 1 ． 煤炭 科学 技术 研究 院有 限公 司 检测 分 院 ， 北 京 1 0 0 0 1 3 ； 2 ． 煤 炭资 源高 效开 采 与洁净 利用 国家 重点 实验 室 ，北京 1 0 0 0 1 3 摘 要 介 绍 了一种 矿 用 电源检验 用交流 电压 阶跃 试验 装 置 。该 装置 以触摸 屏作 为指 令输 入 和 电压 指 示 窗 口， 以 Mo d b u s RT U 作 为通信 方 式 ， 用单 片机 控 制 交流 固态继 电器 实现 不 同交流 电压之 间的 阶跃 功 能 。 1 2 7 V 电压等级带载试验结果表明， 该装置能够安全、 可靠地进行 电压阶跃试验 ， 最大带载电流不低 于 5 A， 阶跃 时间不超 过 5 0 ms 。 关键 词 矿 用 电源 ；源效应试 验 ；电压 阶跃试 验 ；触摸 屏 ；交流 固态继 电器 中图分类 号 T D6 1 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 1 2 0 4 1 5 4 2 网 络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 1 2 0 4 ． 1 5 4 2 ． 0 1 4 ． h t ml Re s e a r c h o f AC v o l t a g e s t e p e xp e r i me nt i n s t r u me n t f o r mi n e us e d p o we r s u p pl y t e s t i n g W ANG H a i c ha o l l 1 ． Te s t B r a n c h，Ch i n a Co a 1 Re s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a ； 2 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f C o a l Mi n i n g a n d Cl e a n Ut i l i z a t i o n，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a Abs t r a c t An AC v ol t a ge s t e p e x pe r i me n t i ns t r u me nt f or m i n e us e d p o we r s up pl y t e s t i n g wa s i n t r od uc e d． The i ns t r ume n t u s e s t o uc h s c r e e n a s wi n do w o f c o mma nd i np ut a n d v o l t a g e i nd i c a t o r ， M od bus RTU a s c o mm u ni c a t i o n pr o t o c ol ，a nd s i n gl e c hi p m i c r o c o mput e r t o c on t r ol AC s o l i d s t a t e r e l a y t o r e a l i z e s t e p a mon g di f f e r e nt v ol t a ge s ． Loa d t e s t r e s ul t s ho ws t ha t un de r 1 2 7 V v o l t a g e l e v e l ， t he i ns t r u m e n t c a n d o s t e p v o l t a g e e xp e r i me nt s a f e l y a nd r e l i a b l y，wi t h t he ma x l oa d c u r r e nt of m o r e t h a n 5 A a n d s t e p t i me o f l e s s t h a n 5 0 ms ． Ke y wo r d s mi n e u s e d p o we r s u p p l y；s o u r c e e f f e c t e x p e r i me n t ；v o l t a g e s t e p e x p e r i me n t ；t o u c h s c r e e n； AC s o l i d s t a t e r e l a y 0 引言 由于井下大型设备较多 ， 用电量时常波动 ， 导致 交 流 电压不 稳定 ， 直 接 影 响矿 用 电源 输 入 供 电 电 压 ， 造成 矿 用 电源 性 能 不稳 。为 保 证 井 下设 备 安全 可靠工作 ， 矿用电源必须满足 MT／ T 4 O 8 1 9 9 5 { 煤 矿 用 直 流 稳 压 电 源 要 求 。MT／ T 4 0 8 1 9 9 5第 5 ． 2 ． 3 条 的源效 应试 验模 拟 了井下 交 流 电压波 动 ， 并 规 定 了电源 的技 术 性 能 。 目前 ， 该 试 验 所 需 的交 流 电压 阶跃 装 置并无 理 想 的试 验 仪 器 ， 主 要 有 2种 解 决方案 ① 应 用可编程交 流电源产生所需 电压变 化 ； ② 采 用 调 压 器 手动 调 整 电压 。方 案 ① 中 ， 可 编 程交流电源能够输 出满足用户要求的电压 、 电流、 频 率 、 谐波含量以及相应变化曲线， 但用于电压阶跃试 验中存在大量功能冗余 ， 且设备购置费用高， 功率容 量 有 限 ， 因此 很少 被 采 用 。方 案 ②是 目前 采 用较 多 收稿 日期 2 0 1 5 一 1 0 一 i 0 ； 修回 日期 2 0 1 5 1 卜0 2 ； 责任编辑 李明。 基金项 目 煤炭科学技术研究 院科技发展基金项 目 2 0 1 4 C X2 2 ； 煤炭科学技术研究 院检测分 院科技发展基金项 目 2 o 1 5 J C O 7 。 作者 简介 王海潮 1 9 8 4 一 ， 男 ， 河北唐 山人 ， 工程师 ， 硕士， 现主要从事防爆电气检验及电磁兼容技术的研究工作 ， E - ma i l w h c h a o 2 0 0 7 1 2 6 ． c o rn。 2 0 1 5年 第 1 2期 王 海潮 等 矿 用电源检 验 用交流 电压 阶跃 试验 装置 的研 究 5 7 性负 载 时 ， 在 电源 接 通 与 断 开 瞬 间会 产 生 较 高 的浪 涌 电压 。为 了防止 交流 固态 继 电器 因过 电压导 致延 时关断 ， 甚至关断失败而导致误动作 ， 在交流固态继 电器 输 出端并 接 1只压 敏 电阻 。压敏 电阻的标 称工 作 电压 按 固 态 继 电 器 工 作 电 压 有 效 值 的 1 ． 7 ～ 1 ． 9倍选 取 。 多 抽 头 变压 器容 量 为 1 5 k VA， 输 入 额定 电压 为 2 2 0 V， 输 出 电压 包 括 2 7 ， 3 6 ， 3 9 ． 6 ， 9 5 ． 2 5 ， 1 2 7 ， 1 3 9． 7，1 6 5， 2 2 0， 2 42， 28 5，3 8 0， 4 1 8， 4 95， 6 6 0， 7 26， 8 5 5 ， 1 1 4 0 ， 1 2 5 4 V 共 1 8路 。 2 ． 4阶跃 电压 采 集 电路 阶 跃 电压 采集 电路 如 图 5 所 示 。阶跃 电压 经过 信号采集变压器输入到整流桥转换为脉动的直流信 号 ， 然 后 进入 单 片机控 制模 块进 行 处理 ， 最后 被送 至 触摸屏进行实时显示 。为避免采集信号过电压而损 坏单片机 ， 在输出侧增加了 5 ． 1 V稳压管进行保护。 ⋯压 I 图 5阶跃 电压 采集电路 3装 置软 件设 计 装置软件部分包括触摸屏操作界面程序、 控制 逻辑程序及通信程序。主程序流程如图 6 所示。 图 6装 置 主 程 序 流 程 上位机 触摸屏人机交互 模块 与下位机 单片 机控制模块 之间采用 Ma x 4 8 5通信接口和 Mo d b u s ～ R TU 通信 协议 ， 通 信 波 特 率 为 9 6 0 0 b i t ／ s ， 数 据 格 式为 1 0位异步通信方式 ， 即 1个起 始位 ， 8个数 据 位 ， 1 个 停止 位 ， 无奇偶 校 验位 。 4装置 带载试 验 装置带载试验以 1 2 7 V 电压等级为例 ， 采用大 功率 5 O O W 可 调 电阻 作 为 装 置 负 载 ， 通 过 调 整 阻 值来 改 变 电流 ， 实 现在 1 2 7 V 额定 电压 时输 出 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 A 电 流 ， 并 进 行 7 5 U 一 U 一 1 1 0 u 一 U 一 7 5 己 ， ， 即 9 5 ．2 5 V一 1 2 7 V一 1 3 9 ．7 V一 1 2 7 V一9 5 ． 2 5 V之 间的电压阶跃。采用 2台数字 多 用表 分别测 量 装 置输 出 电流 和 阶跃 电压 ， 试 验数 据 见表 1 ， 试验 波形 如 图 7所示 。 表 1 装置带载试验数据 阶跃 电压设定值 ／ V 序号 测量指标 9 5． 2 5 1 2 7 1 3 9 ． 7 1 2 7 9 5 ． 2 5 ． 阶 跃 电 压 ／ V 9 7 ． 7 2 1 2 7 ． 2 4 1 3 9 ． 9 1 1 2 7 ． 2 1 9 7 ． 1 1 一 电流／ A 0 ． 7 6 1 ． 0 9 l _ 1 6 1 ． 0 9 0 ． 7 5 阶跃 电压／ V 9 5 ． 8 7 1 2 7 ． 8 1 1 3 9 ． 5 4 1 2 7 ． 9 2 9 5 ． 1 6 一 电流／ A 1 ． 5 6 2 ． 0 8 2 ． 2 3 2 ． 0 9 1 ． 5 3 阶跃 电压／ V 9 6 ． 0 5 1 2 7 ． 9 2 1 3 9 ． 5 8 1 2 7 ． 7 0 9 5 ． 9 1 电流／ A 2 ． 3 4 3 ． 0 7 3 ． 3 4 3 ． 0 6 2 ． 3 3 ． 阶跃 电压／ V 9 5 ． 8 9 1 2 7 ． 7 5 1 4 1 ． 7 6 1 2 7 ． 1 9 9 5 ． 2 9 ‘ 电流／ A 3 ． 0 3 4 ． 0 4 4 ． 3 9 4 ． 0 3 3 ． 0 1 一 阶跃 电压／ V 9 4 ． 9 7 1 2 7 ． 2 3 1 3 9 ． 6 6 1 2 7 ． 3 1 9 5 ． 2 9 电流／ A 3 ． 7 7 5 ． 0 5 5 ． 3 5 5 ． 0 4 3 ． 8 1 从 表 1可看 出 ， 该 装 置在 1 2 7 V 电压 等级下 ， 其 最 大带 载 能 力 约 为 5 A。从 图 7可 看 出， 1 2 7 V一 1 3 9 ． 7 V切换 时间约为 3 0 ms ， 满 足 MT／ T 4 O 8 1 9 9 5第 5 ． 2 ． 3条源效应试验要求。 图 7 装置带载试验 中 1 2 7 V l 3 9 ． 7 V 电压切换波形 5 结语 矿用 电源 检验 用交流 电压 阶跃试 验装 置通 过与 多抽头变压器的配合实现了1 2 7 ， 3 8 0 V等电压等级 的最小值 7 5 U 一标称值 U 一最大值 1 1 O 【 ， 一 标称值 U 一最小值 7 5 U 的阶跃变化。1 2 7 V 电 压 等级 带载试 验结 果表 明 ， 该 装置 能够 安全 、 可靠地 进 行 电压 阶跃 ， 在 1 2 7 V 额定 电压 下 ， 最 大带 载 电流 不低 于 5 A， 阶跃时 间不超 过 5 0 ms 。 ＼ 幽 第 4 l卷 第 1 2期 2 0 1 5年 1 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 ． 4 1 NO ．1 2 De c ． 2 O l 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 1 2 0 0 5 8 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 1 5 王春 ， 许雯娜 ， 廖映华． 矿井通风机远程监控系统设计E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 2 5 8 6 1 ． 矿井通风机远程监控系统设计 王春 ， 许雯娜 。 ， 廖映华 1 ． 四川 理工 学 院 机 械工 程学 院 ，四川自贡6 4 3 0 0 0 ； 2 ． 过 程装 备与 控制 工程 四川 省高 校重 点实 验室 ，四川 自贡 6 4 3 0 0 0 摘要 针对 传统 矿 井通风机 监控 系统布 线难度 大 、 拓 展性 差 等 问题 ， 应 用 Z i g B e e无线 通信 技 术设 计 了通 风机远 程监 控 系统 。终 端节点 的传 感 器将检 测信 号通过 Z i g B e e无线通 信传 送到 协调 器节点 ， 再 经过 串口分 别传 送到 P L C和监 控 中心进 行 处理 。仿真 结果 表 明 ， 该 系统 实现 了对通 风机 电流 、 电压 、 风 速和 风 压 的 实 时 检 测 ， 避 免 了大量 布线 ， 且 可靠性 高 、 实时性 好 。 关键 词 矿 井通风机 ；远 程监 控 ；PL C；Z i g Be e ；组 态 中 图分 类 号 TD 6 3 5 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 1 2 0 4 1 5 4 2 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 1 2 0 4 ． 1 5 4 2 ． 0 1 5 ． h t ml De s i gn o f r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m o f mi n e v e n t i l a t o r W ANG Chu n 一，XU W e nn a 一，LI AO Yi n ghu a ， 1． Sc ho o l o f M e c ha ni c a l En g i ne e r i ng ，Si c h ua n Uni v e r s i t y o f Sc i e nc e a nd Eng i ne e r i ng，Zi g on g 6 43 0 00 Chi n a；2． Si c hua n Pr o vi nc i a l K e y La b o f Pr oc e s s Equ i pme nt a nd Con t r ol ，Zi go ng 6 4 3 00 0，Ch i na Ab s t r a c t I n v i e w o f di f f i c ul t wi r i n g a n d p o or s c a l a b i l i t y o f t r a d i t i o na l mo ni t o r i n g s ys t e m of m i n e ve nt i l a t or ， a r e m o t e m o ni t or i n g s ys t e m o f mi n e v e nt i l a t o r wa s d e s i gn e d a pp l y i n g Zi g Be e wi r e l e s s c o mm u ni c a t i o n t e c hn ol og y．Te r m i n a l n od e s e ns or t r a ns mi t s d e t e c t e d s i g na l t o c o or d i na t or no de t h r o ug h Zi gBe e wi r e l e s s c o mm u ni c a t i o n， a nd t he n t he s i gna l wa s s e n t t o PI C a nd t h e m o ni t o r i n g c e n t e r f or pr o c e s s i ng v i a t he s e r i a l p or t ．The s i m u l a t i o n r e s ul t s s ho w t ha t t he s ys t e m a c h i e v e s r e a l t i me d e t e c t i on o f c u r r e n t ，v o l t a g e，a i r s pe e d a nd p r e s s u r e of ve nt i l a t o r ，i t a v oi d s a l o t o f wi r i ng，a n d h a s h i gh r e l i a bi l i t y a n d go o d r e a l t i me p e r f or ma n c e． Ke y wor d s m i n e v e nt i l a t o r；r e mo t e m o ni t o r i n g；PLC ；Zi g Be e；c on f i gur a t i o n 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 0 0 8 ； 修回 日期 2 0 1 5 - 1 0 2 0 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 过程装备与控制lT程四川 I 省高校重点实验室基金项 目 G K2 0 1 5 0 5 ； 自贡市科技局重点项 目 2 0 1 3 J 1 9 。 作者简介 王 春 1 9 8 4一 ， 男， 四川 自贡 人 ， 讲 师 ， 硕 士 ， 主 要从 事 电动 汽 车 复合 电源 、 机 电 一体 化 等 方 面 的 教学 与研 究 1 作 ， E ma i l s u s e wa n g c h u n 1 6 3 ． C O 1T I 。 参 考 文 献 E l i [ 2 ] [ 3 ] 刘彬 ， 韩 进． 基 于单 片机 的液 晶显示 触 摸屏控 制设 计 [ J ] ． 液 晶与显示 ， 2 0 1 0 ， 2 5 2 2 4 0 2 4 4 ． MT／ T 4 O 8 1 9 9 5煤矿用直流稳压 电源[ s ] ． 刘凤新 ， 郭仪． 基于 MO D B US协 议的科 氏流量计 二次 仪表设计 [ J ] ． 计量技术 ， 2 0 0 6 7 9 - 1 2 ． [ 5 ] [ 6 ] 温建 明 ， 鲁五一 ， 袁 庆 国． 基 于 M0 D B US协 议 的触摸 屏与单片机通 信 的实现 [ J ] ． 起 重运 输机 械 ， 2 0 0 8 7 3 9 4 2． 王兆安 ， 黄峻． 电力 电子技术[ M] ． 北京 机械工 业 出版 社 ， 2 0 0 4 ． 童诗 白， 华成英． 模拟电子技术基础 [ M] ． 北京 高等教 育 出 版 社 ， 2 0 0 1 ．