采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件設(shè)計

劉經(jīng)緯

（1.中煤科工集團(tuán)上海有限公司，上海 200030；2.天地上海采掘裝備科技有限公司，上海 200030）

0 引 言

采煤機(jī)作為煤礦井下采煤工作面的重要設(shè)備，其可靠穩(wěn)定運行至關(guān)重要。隨著自動化水平的提高，采煤機(jī)內(nèi)部增加了功能豐富的控制模塊，以控制采煤機(jī)相關(guān)自動化功能。自動化采煤機(jī)的可靠穩(wěn)定運行依賴于控制模塊，而決定控制模塊是否穩(wěn)定運行的一個重要因素是供電電源狀態(tài)。若供電電源存在故障，模塊未正常供電，則將影響采煤機(jī)運行。因此，對采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)進(jìn)行檢測與監(jiān)測至關(guān)重要。

采用指示燈呈現(xiàn)電源或電力設(shè)備狀態(tài)檢測與監(jiān)測的結(jié)果是一種重要方式。該種方式直觀且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如液力緩速器工作指示燈、開關(guān)柜開關(guān)的分合閘指示燈、變電站指示燈、汽車的故障指示燈、消防指示燈等[1-5]。其中，使用交流電源的電路指示燈一般采用氖燈，但采煤機(jī)（天地上海采掘裝備科技有限公司）內(nèi)部控制模塊供電電源由控制變壓器提供，控制變壓器的副邊包含多個電壓等級，如交流18 V，小于氖燈正常工作電壓，導(dǎo)致氖燈失去指示作用。針對該問題設(shè)計了一種專用的采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件，可實現(xiàn)對交流小電壓的帶電狀態(tài)指示，且同樣包含直流電源帶電狀態(tài)指示功能，對于實現(xiàn)采煤機(jī)控制模塊供電電源的狀態(tài)監(jiān)測具有一定的實際應(yīng)用意義。

1 供電電源狀態(tài)指示組件原理

采煤機(jī)控制模塊供電電源包含交流電源和直流電源2 種。對直流電源帶電狀態(tài)進(jìn)行檢測指示，是在電源的輸出側(cè)并聯(lián)一個檢測回路。該回路包含1個限流電阻和1 個發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED），二者串聯(lián)。直流電源帶電狀態(tài)檢測原理如圖1 所示。

圖1 直流電源帶電狀態(tài)檢測原理

控制模塊所需的交流電源由采煤機(jī)電控箱內(nèi)部控制變壓器副邊提供，包含220 V、132 V、36 V 以及18 V 等多個電壓等級。對于大于100 V 的交流電源，可采用氖燈作為指示燈。但是，為了統(tǒng)一元器件及電源狀態(tài)指示組件整體外觀，均采用直流LED 燈作為指示燈。在LED 燈前級、變壓器后級增加整流濾波電路及限流電阻，使交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，保證LED 正常工作，并將該電路并聯(lián)在電源輸出側(cè)。交流電源帶電狀態(tài)檢測原理如圖2 所示。

圖2 交流電源帶電狀態(tài)檢測原理

2 供電電源狀態(tài)指示組件設(shè)計

現(xiàn)有技術(shù)對交流電源帶電狀態(tài)進(jìn)行指示，多采用電阻或電容串聯(lián)氖燈的方式。利用電阻或電容進(jìn)行分壓限流使氖燈正常工作，但氖燈的正常工作電壓有最小限制值。低于50 V 的交流電一般無法使用氖燈進(jìn)行帶電狀態(tài)指示，因此提出將交流電經(jīng)過整流濾波轉(zhuǎn)換為直流電，使用LED 燈進(jìn)行指示，而直流電源依然采用LED 燈進(jìn)行帶電狀態(tài)指示。

對于交流電源的整流常采用2 種方式。一種是半波整流，即利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，? 個二極管串聯(lián)在電路中，僅交流電的上半波或者下半波可通過，進(jìn)而達(dá)到整流目的。該種方式的優(yōu)點是電路簡單，但將產(chǎn)生半個周期的時間延遲，導(dǎo)致LED 燈出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。另一種方式是采用整流橋進(jìn)行全波整流，濾波后可得到穩(wěn)定的直流電，消除了半波整流的缺點。綜合比較2 種方案，本文選用后者。采煤機(jī)控制模塊220 V 交流供電電源狀態(tài)指示整流濾波電路的原理如圖3 所示。圖4 為實物圖，其中指示燈從左至右依次對應(yīng)直流12 V、直流5 V、交流220 V、交流132 V、交流190 V、交流36 V、交流18 V、交流26 V。

圖3 220 V 交流電源帶電狀態(tài)指示電路原理

圖4 實物圖

3 實驗測試與結(jié)果

在實驗室，利用采煤機(jī)內(nèi)部實際使用的控制變壓器和直流電源模塊搭建了實驗平臺，并將設(shè)計的采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件接入進(jìn)行功能測試驗證。先對交流電壓大于100 V 的電源進(jìn)行測試，分別將220 V、190 V 以及132 V 電源接入對應(yīng)的電源狀態(tài)指示回路，LED 燈均正常工作，當(dāng)對應(yīng)的交流電源不帶電即斷開電源回路時，對應(yīng)的LED 燈熄滅。其中采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件相應(yīng)引腳接入220 V 交流電源時，對應(yīng)的測試結(jié)果如圖5 所示。

圖5 220 V 交流電源通電狀態(tài)檢測

36 V 和18 V 的交流電源難以點亮氖燈，因此電路中采用整流濾波處理，使用LED 燈進(jìn)行電源帶電狀態(tài)檢測與指示。將36 V、18 V 交流電源分別接入采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件的對應(yīng)引腳進(jìn)行測試，其中采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件相應(yīng)引腳接入18 V 交流電源時對應(yīng)的檢測結(jié)果如圖6 所示。

圖6 18 V 交流電源通電狀態(tài)檢測

由圖5 和圖6 可知，采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件中220 V 交流電源對應(yīng)的指示燈，以及18 V 交流電源對應(yīng)的LED 指示燈均正常點亮，該實驗驗證了交流220 V 電源以及交流18 V 電源，可經(jīng)過采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件中的交直流轉(zhuǎn)換電路成功轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的直流電源，并可使用LED燈指示對應(yīng)交流電源帶電狀態(tài)。

直流電源帶電狀態(tài)檢測電路相較于交流電源帶電狀態(tài)檢測電路相對簡單，其電路減少了整流濾波部分，直接將對應(yīng)限流電阻與LED 燈組成的串聯(lián)電路分別接到12 V 和5 V 直流電源輸出側(cè)進(jìn)行測試。其中采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件相應(yīng)引腳接入12 V 直流電源對應(yīng)的檢測結(jié)果如圖7 所示。

圖7 12 V 直流電源通電狀態(tài)檢測

由圖7 可知，采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件中12 V 直流電源對應(yīng)的帶電狀態(tài)指示燈正常點亮，該實驗驗證了12 V 直流電源可使用采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件指示其帶電狀態(tài)。

實驗測試結(jié)果表明，采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件可達(dá)到對采煤機(jī)內(nèi)部控制模塊供電電源狀態(tài)進(jìn)行檢測與監(jiān)測的目的。

4 結(jié) 論

通過對交流電源進(jìn)行整流濾波，增加限流電阻，實現(xiàn)了交流電源帶電狀態(tài)的直流LED 指示，并規(guī)范了交流電源和直流電源帶電指示燈的形狀和大小，使采煤機(jī)控制模塊供電電源狀態(tài)指示組件更加美觀。測試結(jié)果表明，該組件有效檢測了各電源帶電狀態(tài)，可為煤礦井下電工檢修采煤機(jī)供電部分提供直觀參考，同時可提示工人檢修時采煤機(jī)是否已安全斷電，為工人檢修采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)增加了安全保障。