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1、(10)申请公布号 CN 102290714 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102290714 A *CN102290714A* (21)申请号 201110234521.X (22)申请日 2011.08.16 H02B 1/24(2006.01) H02B 1/20(2006.01) H02M 5/40(2006.01) H02P 27/04(2006.01) (71)申请人 郭福香 地址 046000 山西省长治市延安南路六中 (72)发明人 郭福香 张义堂 (74)专利代理机构 太原高欣科创专利代理事务 所 ( 普通合伙 ) 14109 代理人 崔雪花 (54) 。
2、发明名称 矿用隔爆兼本质安全型驱动中心 (57) 摘要 本发明矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 涉 及一种应用于煤矿井下、 隧道等具有瓦斯等爆炸 性气体及煤尘爆炸危险的危险场所的电压变换、 电机调速控制设备 ； 所要解决的技术问题是 ： 提 供一种能够在煤矿井下达到隔爆、 防水要求的集 电压变换、 电机起动、 调速和保护于一体的设备 ； 采用的技术方案是 ： 矿用隔爆型高压真空配电装 置、 矿用移动变电站用干式变压器和矿用隔爆兼 本质安全型变频器分别设置于三个独立的防爆箱 体内 ； 三个防爆箱体依次通过法兰连接 ； 本发明 可以广泛应用于矿井下、 露天煤矿， 港口、 隧道等 恶劣的环境中。 (5。
3、1)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102290730 A1/2 页 2 1. 矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 包括 ： 矿用隔爆型高压真空配电装置 （1） 、 矿用移 动变电站用干式变压器 （2） 和矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） ； 其特征在于 ： 矿用隔爆型 高压真空配电装置 （1） 、 矿用移动变电站用干式变压器 （2） 和矿用隔爆兼本质安全型变频 器 （3） 分别设置于三个独立的防爆箱体内 ； 所述三个防爆箱体依次通过法兰连接 ； 所述矿用隔爆型高压真空配电装置 （1） 的进线端 。
4、1.1 连接井下区域变电所输出高压电 源 （4） ， 矿用隔爆型高压真空配电装置 （1） 的出线端 1.2 连接矿用移动变电站用干式变压器 （2） 的输入端 ； 所述矿用移动变电站用干式变压器 （2） 的输出端连接矿用隔爆兼本质安全 型变频器 （3） 的输入端 3.1 ； 所述矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） 的输出端 3.2、 3.3 分别 连接电机 M1、 M2。 2. 根据权利要求 1 所述的矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 其特征在于 ： 所述矿用隔 爆型高压真空配电装置 （1） 的电路结构为 ： 高压隔离开关 SW1 的输入端接矿用隔爆型高压 真空配电装置 （1） 的进线端 1.1，。
5、 高压隔离开关 SW1 的输出端接高压真空断路器 K1 的输入 端 ； 所述高压真空断路器 K1 的三相输出端 U1、 U2、 U3 分别串接电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 后 与矿用隔爆型高压真空配电装置 （1） 的出线端 1.2 连接 ； 变压器 T1 的输入端连接高压隔离开关 SW1 的输出端 Ua、 Uc， 变压器 T1 的输出端连接 综合保护部件 （5） 的电源端 ； 所述电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 分别连接综合保护部件 （5） 的 输入端 ； 所述综合保护部件 （5） 的通讯端连接第一显示器 （6） ； 所述第一显示器 （6） 连接第 一键盘 （7） 。 3. 。
6、根据权利要求 1 所述的矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 其特征在于 ： 所述矿用隔 爆兼本质安全型变频器 （3） 的电路结构包括 ： 第一变频电路 （8） 、 第二变频电路 （9） 和风机 电路 （10） ； 第一漏电保护电路 （11） 与矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） 的输入端 3.1 连 接 ； 所述第一变频电路 （8） 的电路结构为 ： 熔断器 F1 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变 频器 （3） 的输入端 3.1， 熔断器 F1 的输出端依次串接真空接触器 K2、 进线电抗器 L1 和第一 滤波器 （12） 后接第一整流单元 （13） 的输入端 ； 所述第一整流单元 （13） 的正。
7、输出端 a1 并 接电阻 R1 的一端、 电容 C1 的一端、 电容 C2 的一端、 第一逆变单元 （14） 的输入端 b1 和第二 逆变单元 （15） 的输入端 b3， 第一整流单元 （13） 的负输出端 a2 并接电阻 R1 的另一端、 电容 C1 的另一端、 电容 C2 的另一端、 第一逆变单元 （14） 的输入端 b2 和第二逆变单元 （15） 的输 入端 b4 ； 所述第一逆变单元 (14) 的输出端接出线电抗器 L2 的输入端， 所述第二逆变单元 (15) 的输出端接出线电抗器 L3 的输入端， 所述第一逆变单元 (14) 的控制端和第二逆变单 元 （15） 的控制端分别连接第一控。
8、制板 （16） ； 所述第一控制板 （16） 连接第二键盘 （17） ； 所述 出线电抗器 L2 、 L3 的输出端并接后接矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） 的输出端 3.2 ； 第 二漏电保护电路 （18） 与矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） 的输出端 3.2 连接 ； 所述第二变频电路 （9） 的电路结构与第一变频电路 （8） 的电路结构相同 ； 所述第二变频电路 （9） 的熔断器 F2 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频器 （3） 的输 入端 3.1 ； 第二变频电路 （9） 的出线电抗器 L4、 L5 的输出端并接后接矿用隔爆兼本质安全 型变频器 （3） 的输出端 3.3 ； 第二。
9、变频电路 （9） 的第三漏电保护电路 （19） 与矿用隔爆兼本 质安全型变频器 （3） 的输出端 3.3 连接 ； 所述第一变频电路 （8） 的第一控制板 （16） 和第二变频电路 （9） 的第二控制板 （20） 分 权 利 要 求 书 CN 102290714 A CN 102290730 A2/2 页 3 别连接主控制器 （21） ； 所述主控制器 （21） 连接第二显示器 （22） ； 所述第二显示器 （22） 连接 鼠标 （23） ； 所述风机电路 （10） 的电路结构为 ： 熔断器 F3 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频 器 （3） 的输入端 3.1， 熔断器 F3 的输出端串接真。
10、空接触器 K4 后接风机电动机 M3 ； 所述风机 电动机 M3 的输入端连接第四漏电保护电路 （24） 。 权 利 要 求 书 CN 102290714 A CN 102290730 A1/4 页 4 矿用隔爆兼本质安全型驱动中心 技术领域 0001 本发明矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 涉及一种应用于煤矿井下、 隧道等具有 瓦斯等爆炸性气体及煤尘等危险场所的电压变换、 电机调速控制设备。 背景技术 0002 我国目前煤矿井下设备的供电方式为 ： 地面变电所 - 井下中央变电所 - 区域变 电所 - 馈电开关 - 移动变电站 - 多个防爆变频器 - 多个防爆电机 - 多个工作机 ； 煤矿井下。
11、的装机设备功率大、 设备多 , 包括煤矿井下皮带运输机， 刮板机， 风机， 水 泵等大型设备， 这些设备电力供给、 电机调速、 软启、 自动控制、 设备间的电路连接、 信号通 信、 保护兼容、 防爆安全性能等综合性问题越来越突出， 特别是大功率变频器与其它设备配 合问题很多 ； 由于变频器本身是一个巨大的干扰源， 在使用中有会干扰其它设备的正常运 行 , 造成与前级开关的配合等问题， 使开关的漏电保护误动作 ； 这种由于不同厂家的变频 器本身设计原理及前级开关的设计方式不兼容， 产生的相互之间不匹配造成的问题， 实际 中很难根本解决 ； 由于井下的条件限制， 不可能照搬地面上一般工业系统的解决。
12、方案， 迫切 要求有一种即可以解决电压变换、 电机起动、 调速， 又要体积小、 防爆、 防水性能优良、 高可 靠性的一体化电气设备。 发明内容 0003 本发明克服了现有技术存在的不足， 所要解决的技术问题是 ： 提供一种能够在煤 矿井下达到隔爆、 防水要求的集电压变换、 电机起动、 调速和保护于一体的设备。 0004 为解决上述技术问题， 本发明所采用的技术方案是 ： 矿用隔爆兼本质安全型驱动 中心， 包括 ： 矿用隔爆型高压真空配电装置、 矿用移动变电站用干式变压器和矿用隔爆兼本 质安全型变频器 ； 矿用隔爆型高压真空配电装置、 矿用移动变电站用干式变压器和矿用隔 爆兼本质安全型变频器分别。
13、设置于三个独立的防爆箱体内 ； 所述三个防爆箱体依次通过法 兰连接 ； 所述矿用隔爆型高压真空配电装置的进线端 1.1 连接井下区域变电所输出高压电源， 矿用隔爆型高压真空配电装置的出线端 1.2 连接矿用移动变电站用干式变压器的输入端 ； 所述矿用移动变电站用干式变压器的输出端连接矿用隔爆兼本质安全型变频器的输入端 3.1 ； 所述矿用隔爆兼本质安全型变频器的输出端 3.2、 3.3 分别连接电机 M1、 M2。 0005 所述矿用隔爆型高压真空配电装置的电路结构为 ： 高压隔离开关 SW1 的输入端接 矿用隔爆型高压真空配电装置的进线端 1.1， 高压隔离开关 SW1 的输出端接高压真空断。
14、路 器 K1 的输入端 ； 所述高压真空断路器 K1 的三相输出端 U1、 U2、 U3 分别串接电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 后与矿用隔爆型高压真空配电装置的出线端 1.2 连接 ； 变压器 T1 的输入端连接高压隔离开关 SW1 的输出端 Ua、 Uc， 变压器 T1 的输出端连接 综合保护部件的电源端 ； 所述电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 分别连接综合保护部件的输入端 ； 所述综合保护部件的通讯端连接第一显示器 ； 所述第一显示器连接第一键盘。 说 明 书 CN 102290714 A CN 102290730 A2/4 页 5 0006 所述矿用隔爆兼本质安全型变频。
15、器的电路结构包括 ： 第一变频电路、 第二变频电 路和风机电路 ； 第一漏电保护电路与矿用隔爆兼本质安全型变频器的输入端 3.1 连接 ； 所述第一变频电路的电路结构为 ： 熔断器 F1 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频 器的输入端 3.1， 熔断器 F1 的输出端依次串接真空接触器 K2、 进线电抗器 L1 和第一滤波器 后接第一整流单元的输入端 ； 所述第一整流单元的正输出端 a1 并接电阻 R1 的一端、 电容 C1 的一端、 电容 C2 的一端、 第一逆变单元的输入端 b1 和第二逆变单元的输入端 b3， 第一整 流单元的负输出端 a2 并接电阻 R1 的另一端、 电容 C1 的另一。
16、端、 电容 C2 的另一端、 第一逆 变单元的输入端 b2 和第二逆变单元的输入端 b4 ； 所述第一逆变单元的输出端接出线电抗 器L2的输入端， 所述第二逆变单元的输出端接出线电抗器L3的输入端， 所述第一逆变单元 的控制端和第二逆变单元的控制端分别连接第一控制板 ； 所述第一控制板连接第二键盘 ； 所述出线电抗器 L2 、 L3 的输出端并接后接矿用隔爆兼本质安全型变频器的输出端 3.2 ； 第 二漏电保护电路与矿用隔爆兼本质安全型变频器的输出端 3.2 连接 ； 所述第二变频电路的电路结构与第一变频电路的电路结构相同 ； 所述第二变频电路的熔断器 F2 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频。
17、器的输入端 3.1 ； 第二变频电路的出线电抗器 L4、 L5 的输出端并接后接矿用隔爆兼本质安全型变频器 的输出端 3.3 ； 第二变频电路的第三漏电保护电路与矿用隔爆兼本质安全型变频器的输出 端 3.3 连接 ； 所述第一变频电路的第一控制板和第二变频电路的第二控制板分别连接主控制器 ； 所 述主控制器连接第二显示器 ； 所述第二显示器连接鼠标 ； 所述风机电路的电路结构为 ： 熔断器 F3 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频器的 输入端3.1， 熔断器F3的输出端串接真空接触器K4后接风机电动机M3 ； 所述风机电动机M3 的输入端连接第四漏电保护电路。 0007 本发明与现有技术相比具。
18、有的有益效果是 ： 本发明将现有井下供电方式 ： 地面变 电所-井下中央变电所-区域变电所-馈电开关-移动变电站-多个防爆变频器-多 个防爆电机-多个工作机 ； 变为 ： 地面变电所-井下中央变电所-区域变电所-隔爆兼 本质安全型驱动中心-防爆电机-工作机 ； 减少了中间环节， 连接点少， 连接电缆线短， 降 低了故障率， 消除了因不同厂家设备之间不匹配造成的故障， 设备的安全性、 可靠性大为提 高， 本发明结构紧凑， 节省了设备安装空间， 可以广泛应用于矿井下、 露天煤矿， 港口、 隧道 等恶劣的环境中。 附图说明 0008 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 0009 。
19、图 1 是本发明的电路结构图 ； 图 2 是矿用隔爆型高压真空配电装置的电路结构图 ； 图 3 是矿用隔爆兼本质安全型变频器的电路结构图。 0010 图中 ： 1 为矿用隔爆型高压真空配电装置、 2 为矿用移动变电站用干式变压器、 3 为 矿用隔爆兼本质安全型变频器、 4 为井下区域变电所输出高压电源、 5 为综合保护部件、 6 为 第一显示器、 7为第一键盘、 8为第一变频电路、 9为第二变频电路、 10为风机电路、 11为第一 漏电保护电路、 12为第一滤波器、 13为第一整流单元、 14为第一逆变单元、 15为第二逆变单 说 明 书 CN 102290714 A CN 102290730。
20、 A3/4 页 6 元、 16 为第一控制板、 17 为第二键盘、 18 为第二漏电保护电路、 19 为第三漏电保护电路、 20 为第二控制板、 21 为主控制器、 22 为第二显示器、 23 为鼠标、 24 为第四漏电保护电路、 25 为 第二滤波器、 26 为第二整流单元、 27 为第三逆变单元、 28 为第四逆变单元、 29 为第三键盘。 具体实施方式 0011 本发明矿用隔爆兼本质安全型驱动中心， 包括 ： 矿用隔爆型高压真空配电装置 1、 矿用移动变电站用干式变压器 2 和矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 ； 矿用隔爆型高压真空 配电装置1、 矿用移动变电站用干式变压器2和矿用隔爆兼本。
21、质安全型变频器3分别设置于 三个独立的防爆箱体内 ； 所述三个防爆箱体依次通过法兰连接 ； 所述矿用隔爆型高压真空配电装置1的进线端1.1连接井下区域变电所输出高压电源 4， 矿用隔爆型高压真空配电装置 1 的出线端 1.2 连接矿用移动变电站用干式变压器 2 的输 入端 ； 所述矿用移动变电站用干式变压器 2 的输出端连接矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输入端 3.1 ； 所述矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输出端 3.2、 3.3 分别连接电机 M1、 M2。 0012 所述矿用隔爆型高压真空配电装置 1 的电路结构为 ： 高压隔离开关 SW1 的输入端 接矿用隔爆型高压真空配电装置1。
22、的进线端1.1， 高压隔离开关SW1的输出端接高压真空断 路器 K1 的输入端 ； 所述高压真空断路器 K1 的三相输出端 U1、 U2、 U3 分别串接电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 后与矿用隔爆型高压真空配电装置 1 的出线端 1.2 连接 ； 变压器 T1 的输入端连接高压隔离开关 SW1 的输出端 Ua、 Uc， 变压器 T1 的输出端连接 综合保护部件 5 的电源端 ； 所述电流互感器 TA1、 TA2、 TA3 分别连接综合保护部件 5 的输入 端 ； 所述综合保护部件 5 的通讯端连接第一显示器 6 ； 所述第一显示器 6 连接第一键盘 7。 0013 所述矿用隔爆兼本质。
23、安全型变频器 3 的电路结构包括 ： 第一变频电路 8、 第二变频 电路 9 和风机电路 10 ； 第一漏电保护电路 11 与矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输入端 3.1 连接 ； 所述第一变频电路8的电路结构为 ： 熔断器F1的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频 器 3 的输入端 3.1， 熔断器 F1 的输出端依次串接真空接触器 K2、 进线电抗器 L1 和第一滤波 器 12 后接第一整流单元 13 的输入端 ； 所述第一整流单元 13 的正输出端 a1 并接电阻 R1 的 一端、 电容 C1 的一端、 电容 C2 的一端、 第一逆变单元 14 的输入端 b1 和第二逆变单元 15 的 。
24、输入端 b3， 第一整流单元 13 的负输出端 a2 并接电阻 R1 的另一端、 电容 C1 的另一端、 电容 C2 的另一端、 第一逆变单元 14 的输入端 b2 和第二逆变单元 15 的输入端 b4 ； 所述第一逆变 单元 14 的输出端接出线电抗器 L2 的输入端， 所述第二逆变单元 15 的输出端接出线电抗器 L3 的输入端， 所述第一逆变单元 14 的控制端和第二逆变单元 15 的控制端分别连接第一控 制板 16 ； 所述第一控制板 16 连接第二键盘 17 ； 所述出线电抗器 L2 、 L3 的输出端并接后接 矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输出端 3.2 ； 第二漏电保护电路 。
25、18 与矿用隔爆兼本质安 全型变频器 3 的输出端 3.2 连接 ； 所述第二变频电路 9 的电路与第一变频电路 8 的电路结构相同 ； 所述第二变频电路 9 的熔断器 F2 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输入 端 3.1 ； 第二变频电路 9 的出线电抗器 L4、 L5 的输出端并接后接矿用隔爆兼本质安全型变 频器 3 的输出端 3.3 ； 第二变频电路 9 的第三漏电保护电路 19 与矿用隔爆兼本质安全型变 说 明 书 CN 102290714 A CN 102290730 A4/4 页 7 频器 3 的输出端 3.3 连接 ； 所述第一变频电路 8 的第一控制板 16 和第。
26、二变频电路 9 的第二控制板 20 分别连接主 控制器 21 ； 所述主控制器 21 连接第二显示器 22 ； 所述第二显示器 22 连接鼠标 23 ； 所述风机电路 10 的电路结构为 ： 熔断器 F3 的输入端接矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的输入端 3.1， 熔断器 F3 的输出端串接真空接触器 K4 后接风机电动机 M3 ； 所述风机电动 机 M3 的输入端连接第四漏电保护电路 24。 0014 矿用隔爆型高压真空配电装置 1 对驱动中心进行整体的控制和保护， 并作为矿用 移动变电站用干式变压器 2 的高压配电使用 ； 矿用移动变电站用干式变压器 2 实现高低 压电流与电压的转换， 。
27、提供变频器的电源供给 ； 矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 通过电力 电子器件实现对电源频率的可控变化， 保持磁通的恒定， 从而对交流电机实现降低启动电 流， 可控调整电机转速的功能 ； 三部分分别设置于三个独立的防爆箱体内并依次通过满足 GB8286-2005 的 600 X 600 的法兰连接。 0015 矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的电路结构包括 ： 第一变频电路 8 和第二变频电 路9 ； 第一变频电路8由熔断器F1、 真空接触器K2、 进线电抗器L1、 第一滤波器12、 第一整流 单元 13、 电阻 R1、 电容 C1、 C2、 第一逆变单元 14、 第二逆变单元 15、 出线电抗。
28、器 L2、 L3、 第一 控制板 16、 第二键盘 17 和第二漏电保护电路 18 构成 ； 熔断器 F1 对电路进行短路与过载保 护， 真空接触器 K2 进行主电源的控制， 进线电抗器 L1 和第一滤波器 12 进行谐波抑制与保 护， 第一整流单元13将三相交流电源转化为直流电源， 电容C1、 C2组成中间平波单元， 将脉 动的电流与电压进行平波储能， 变为较为平滑的电源， 第一逆变单元 14 和第二逆变单元 15 由功率电力电子器件IGBT组成， 通过第一控制板16的触发控制将直流电源转化为频率、 电 压可调的交流电源， 出线电抗器 L2 、 L3 对交流电源进行微分滤波， 从而实现了变频。
29、调速功 能。 0016 第二变频电路 9 由熔断器 F2、 真空接触器 K3、 进线电抗器 L6、 第二滤波器 25、 第二 整流单元 26、 电阻 R2、 电容 C3、 C4、 第三逆变单元 27、 第四逆变单元 28、 出线电抗器 L4、 L5、 第二控制板 20、 第三键盘 29 和第三漏电保护电路 18 构成。 0017 矿用隔爆兼本质安全型变频器 3 的变频电路的数量和结构可根据井下电机的数 量和实际要求配置。 0018 本发明将现有井下供电方式 ： 地面变电所-井下中央变电所-区域变电所-馈 电开关-移动变电站-多个防爆变频器-多个防爆电机-多个工作机 ； 变为 ： 地面变电 所 。
30、- 井下中央变电所 - 区域变电所 - 隔爆兼本质安全型驱动中心 - 防爆电机 - 工作 机 ； 减少了中间环节， 连接点少， 连接电缆线短， 降低了故障率， 消除了因不同厂家设备之间 不匹配造成的故障， 设备的安全性、 可靠性大为提高， 本发明结构紧凑， 节省了设备安装空 间， 可以广泛应用于矿井下、 露天煤矿， 港口、 隧道等恶劣的环境中。 0019 上述综合保护部件 5 包括具有保护与控制功能的电子电气部件， 为现有技术 ； 上 述其余设备和电路均为现有技术 ； 上述设备的供电和通讯方式均为现有技术。 说 明 书 CN 102290714 A CN 102290730 A1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102290714 A CN 102290730 A2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102290714 A 。