CN203894310U - 煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置，包括依次相连的高压电源引出端、电源平板电极、检测平板电极、场效应管、电桥电路、放大电路、比较电路、显示电路和开关量信号输出电路。所述高压电源引出端从高压电源处引出，所述检测平板电极与所述电源平板电极平行相对设置，当电源平板电极连接的高压电源电压发生变化后，检测平板电极便感应有电压，并作用于场效应管栅极使得场效应管源极漏极间阻抗发生改变，并输出电压，经放大电路、比较电路处理后驱动显示电路和开关量信号输出电路，并显示和输出状态的开关量信号，供监控系统采集。本实用新型不受周围开关、电缆，以及负载状态的影响，工作稳定，同时又能检测高电压。

Description

煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置

技术领域

本实用新型涉及一种验电馈电装置，尤其涉及一种煤矿用高压电验电馈电装置。 

背景技术

在煤矿安全生产过程中，由于煤矿作业环境的爆炸性特性，所有仪器设备都要进行隔爆或本安处理，维持电力系统的用电安全非常重要，在对电源控制的过程(启动或关闭电源)中，需要掌握电源开关输出状态是否与需要控制的状态一致，尤其是在煤矿的监控系统中，不仅需要掌握开关输出状态，而且还要将这种状态通过监控系统分站发送到井上中心站，供生产调度综合研判，促进安全生产。现有的对开关输出状态的检测有两种形式：一种是通过线圈感应检测开关输出电流的磁场，来判定开关输出状态的；优点是与供电系统无电的联系，安全、使用方便；缺点是线圈易受周围开关、电力的磁场影响，特别是对于高电压供电系统和使用铠装电缆的情况，感应信号不稳定，甚至无法检测；当开关输出有电压，而负载关闭、故障，无电流时，也无法检测。另一种是直接在开关输出端子引出两相电源通过光电隔离方式，检测开关输出状态；优点是能可靠的检测开关输出状态，缺点是受光耦耐压的限制，只能在低电压检测，而在1140V时，稳定性就受到很大影响；再高的电压就要被烧毁或造成事故；对于目前普遍采用高电压的综采设备无能为力。因此，目前急需一种检测灵敏度高、安全性能强、在高电压下仍能检测信号判断开光量的电源检测验电馈电装置。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种不受周围开关、电缆，以及负载状态的影响，工作稳定，同时又能检测高电压的煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置。 

为达到上述目的，本实用新型提供了一种煤矿用电源检测验电馈电装置，包括依次相连的高压电源引出端、电源平板电极、检测平板电极、场效应管、电桥电路和后续处理电路；所述后续处理电路与所述场效应管和所述电桥电路相连，包括放大电路、比较器电路、显示电路和状态开关量信号输出电路。 

所述高压电源引出端从被测高压电源的其中一相电路线上引出，并连接所述电源平板电 极；所述检测平板电极与所述电源平板电极平行相对设置，并与场效应管的栅极通过一电阻R1相连。 

所述场效应管的源极通过一检测电阻R2接地，所述场效应管的源极与所述放大电路相连；所述电桥电路包括连接在场效应管源极的检测电阻R2以及连接在所述场效应管漏极的电阻R3、电阻R4、可变电阻RW1； 

所述放大电路的输出端连接所述比较器电路，所述比较器电路的输出端连接所述显示电路和所述开关量信号输出电路。 

所述场效应管的漏极连接电源端，连接在场效应管的漏极的电阻R3、可变电阻RW1、电阻R4依次相连，电阻R3和电阻R4分别连接可变电阻RW1的两个固定端，电阻R4另一端接地； 

所述放大电路包括第一运算放大器和可变电阻RW3，所述第一运算放大器的输出端连接可变电阻RW3的固定端； 

所述放大电路中第一运算放大器的正输入端连接所述场效应管的源极，所述第一运算放大器的负输入端连接所述可变电阻RW1的滑动端； 

所述比较器电路包括比较器U2A和第二运算放大器； 

所述比较器电路的比较器U2A的正输入端连接所述放大电路中可变电阻RW3的滑动端，所述比较器U2A输出的电压值与已预先设置的对比电压进行比较，所述比较器U2A的输出端连接所述第二运算放大器的正输入端，所述第二运算放大器的输出端连接所述显示电路并为显示电路供电； 

所述比较器电路还与所述开关量信号输出电路相连，所述开关量信号输出电路包括若干三极管和电压稳压器，来输出有电和无电状态开关量信号供监控系统采集。 

所述电源平板电极和所述检测平板电极外层包覆有高压绝缘板、内层为金属平板电极。 

所述电桥电路还包括电阻R9、电容C1、电容C2以及肖特基二极管D1。 

所述比较器U2A的输出端与所述开关量信号输出电路的三极管V2的基极相连。 

所述放大电路包括还若干电阻、电容，所述第一运算放大器的正输入端连接有一电阻R5，并连接至场效应管的源极，第一运算放大器的负输入端连接有一电阻R6并连接至可变电阻RW1的滑动端，第一运算放大器的输出端与正输入端之间串联有电阻R8和电阻Ra，电阻R8、电阻Ra之间的一点与第一运算放大器负输入端之间还依次串联有电阻R7、可变电阻RW2、电阻Rb。 

所述比较器电路中，所述比较器U2A的负输入端通过电阻R10连接工作电源，还通过可变电阻RW4接地，所述工作电源与可变电阻的滑动端之间还连接有电容C6；所述第二运算放大器的正输入端与第一运算放大器的输出端通过电阻R12相连，所述第二运算放大器的输出端与负输入端通过电阻R15相连。 

所述开关量信号输出电路包括三极管V2、V3、V4、V5、V6，以及电压稳压器U3、U4、U8、U9和J3、J4跳线器组，所述开关量信号输出电路的输出端为两个单刀双掷开关，可输出不同的电源开关量分辨信号。 

优选地，所述电压稳压器采用的器件型号为LM317lz，第一运算放大器、比较器U2A和第二运算放大器都采用LM358，三极管采用9014。 

本实用新型将场效应管的漏极源极之间的电压变化引起的源极、栅极间电阻的变化用在高压电检测电路中，成本低廉、不受周围开关、电缆以及负载状态的影响，工作稳定。 

附图说明

图1为本实用新型煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置的硬件原理图； 

图2为本实用新型的电源平板电极和检测平板电极的示意图； 

图3为本实用新型的后续处理电路的电路图。 

图中：1-高压电源引出端、2-电源平板电极、3-检测平板电极、4-场效应管、5-电桥电路、6-放大电路、7-比较器电路、8-显示电路、9-开关量信号输出电路、U1-第一运算放大器、U2A-比较器、U2B-第二运算放大器。 

具体实施方式

如图1和图3所示，本实施例中包含高压电源引出端1、电源平板电极2、检测平板电极3、场效应管4、电桥电路5和后续处理电路，后续处理电路包括放大电路6、比较器电路7、显示电路8和开关量信号输出电路9。 

场效应管4，用于将感应到的电场变化信号转换为电桥电路5的输入信号； 

电桥电路5，用于将输入的电场变化信号放大，形成比较器电路7的比较信号； 

显示电路8，用于根据比较器电路7输出的比较结果信号生成光电告警信号； 

开关量信号输出电路9，用于根据比较器电路7输出的比较结果信号生成开关量控制信号。 

如图2所示，高压电源引出端1连接的信号线从一绝缘密封腔体中的一端穿入，在绝缘密封腔体德另一端穿出，并与在穿出端固定的电源平板电极2相连接，绝缘密封腔体的穿出端和电源平板电极2被高压绝缘板夹持固定，之间通过硅胶粘合密封为一体。 

检测平板电极3表面也通过硅胶密封，电源平板电极2和检测平板电极3间保持平行。 

如图3所示，检测平板电极3串联电阻R1后连接场效应管4的栅极；场效应管4的源极串联检测电阻R2后接地；场效应管4的漏极串联电阻R9后连接工作电源，该工作电源与场效应管4的漏极之间还并联有电容C1、电容C2，使得电压稳定不受周围电磁场的干扰，该工作电源连接电阻R9后，还连接有肖特基二极管D1并接地；场效应管4的漏极还依次连接电阻R3、可变电阻RW1和电阻R4后接地，电阻R3和电阻R4分别连接可变电阻RW1的两个固定端。 

电桥电路5包括连接在场效应管4源极的检测电阻R2，连接在场效应管4漏极的电阻R3、电阻R4、可变电阻RW1、电阻R9、电容C1、电容C2以及肖特基二极管D1。 

放大电路6包括第一运算放大器U1、若干电阻、电容，第一运算放大器U1的正输入端通过电阻R5连接至场效应管4的源极，第一运算放大器U1的负输入通过电阻R6连接至可变电阻RW1的滑动端，第一运算放大器U1的输出端与正输入端之间依次串联有电阻R8和电阻Ra，电阻R8、电阻Ra之间的一点与第一运算放大器U1负输入端之间还连接有电阻Rb、可变电阻RW2、电阻R7，电阻Rb和电阻R7分别连接可变电阻RW2的两个固定端；第一运算放大器U1的输出端连接可变电阻RW3的固定端，可变电阻RW3的另一固定端接地。 

比较器电路7包括比较器U2A和第二运算放大器U2B，比较器U2A的正输入端连接可变电阻RW3的滑动端，其负输入端通过电阻R10连接工作电源，其负输入端还连接可变电阻RW4的固定端，可变电阻RW4的另一固定端接地，；比较器U2A的工作电源与地之间并联电容C6。比较器U2A的输出端通过电阻R12连接第二运算放大器U2B的正输入端，还通过电阻R13连接开关量信号输出电路9中的三极管V2的基极。 

第二运算放大器U2B的输出端与负输入端之间连接有电阻R15，第二运算放大器U2B的输出端连接显示电路8，第二运算放大器U2B输出的电压为显示电路8供电。 

开关量信号输出电路9输出有电和无电状态开关量信号供监控系统采集，包括三极管V2、V3、V4、V5、V6，以及电压稳压器U3、U4、U8、U9和跳线器组J3、J4，开关量信号输出电路9的输出端为两个单刀双掷开关，可输出不同的电源开关量分辨信号。 

工作原理：被测电源通过高压电源引出端连接电源平板电极，当被测电源端有电，电源 平板电极产生电场；在一定距离内放置与电源平板电极平行的检测平板电极，检测平板电极通过电阻连接场效应管的栅极，受栅极电场的影响，场效应管的源极漏极间阻抗将发出改变，由于源极漏极间阻抗作为一桥臂接入一电桥电路5，当高压电源端从无电到有电，场效应管4的栅极电压发生变化，场效应管的源极漏极间导电沟道宽度也发生改变，源极漏极间的阻抗发生改变，电桥失去平衡，检测电阻R2两端的电压发生改变。放大电路6将检测到检测电阻R2的上端与可变电阻RW1的滑动变阻器的滑动触头两端的电压放大并输入至比较器电路7的比较器的输入端，比较器电路7将得到的电压值与已预先设置的对比电压进行比较，将对比后的电压差输出至显示电路8为其供电。当高压电源端有电，相应的显示电路8将显示有电时的设定信号，高压电源端无电时，相应地显示对应于无电状态的设定信号。相应地，开关量信号输出电路9分别输出有电和无电状态开关量信号供监控系统采集。 

本实施例中，第一运算放大器、比较器和第二运算放大器都采用LM358型号，三极管采用9014型号，电压稳压器U3、U4、U8、U9采用LM317lz，LM317lz是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有输出电压可调的特点，又具备最简单形式的恒流输出的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。 

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。 

Claims (5)

1.一种煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置，其特征在于，包括依次相连的高压电源引出端(1)、电源平板电极(2)、检测平板电极(3)、场效应管(4)、电桥电路(5)和后续处理电路；所述后续处理电路与所述场效应管(4)和所述电桥电路(5)相连，包括放大电路(6)、比较器电路(7)、显示电路(8)和开关量信号输出电路(9)； 

所述高压电源引出端(1)从被测高压电源的其中一相电路线上引出，并连接所述电源平板电极(2)； 

所述检测平板电极(3)与所述电源平板电极(2)平行相对设置，并与场效应管(4)的栅极通过一电阻R1相连； 

所述场效应管(4)的源极通过一检测电阻R2接地，所述场效应管(4)的源极与所述放大电路(6)相连； 

所述电桥电路(5)包括连接在场效应管(4)源极的检测电阻R2以及连接在所述场效应管(4)漏极的电阻R3、电阻R4、可变电阻RW1； 

所述放大电路(6)的输出端连接所述比较器电路(7)，所述比较器电路(7)的输出端连接所述显示电路(8)和所述开关量信号输出电路(9)。 

2.根据权利要求1所述的煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置，其特征在于， 

所述场效应管(4)的漏极连接电源端，连接在场效应管(4)的漏极的电阻R3、可变电阻RW1、电阻R4依次相连，电阻R3和电阻R4分别连接可变电阻RW1的两个固定端，电阻R4另一端接地； 

所述放大电路(6)包括第一运算放大器(U1)和可变电阻RW3，所述第一运算放大器(U1)的输出端连接可变电阻RW3的固定端； 

所述放大电路(6)中第一运算放大器(U1)的正输入端连接所述场效应管(4)的源极，所述第一运算放大器(U1)的负输入端连接所述可变电阻RW1的滑动端； 

所述比较器电路(7)包括比较器U2A和第二运算放大器(U2B)； 

所述比较器电路(7)的比较器U2A的正输入端连接所述放大电路(6)中可变电阻RW3的滑动端，所述比较器U2A输出的电压值与已预先设置的对比电压进行比较，所述比较器U2A的输出端连接所述第二运算放大器(U2B)的正输入端，所述第二运算放大器(U2B)的输出端连接所述显示电路(8)并为显示电路(8)供电； 

所述比较器电路(7)还与所述开关量信号输出电路(9)相连，所述开关量信号输出电路(9)包括若干三极管和电压稳压器，来输出有电和无电状态开关量信号供监控系统采集。 

3.根据权利要求2所述的煤矿用隔爆电源检测验电馈电装置，其特征在于， 

所述电源平板电极(2)和所述检测平板电极(3)外层包覆有高压绝缘板、内层为金属平板电极。 

4.根据权利要求3所述的电源检测验电馈电装置，其特征在于， 

所述电桥电路(5)还包括电阻R9、电容C1、电容C2以及肖特基二极管D1； 

所述比较器U2A的输出端与所述开关量信号输出电路(9)的三极管V2的基极相连； 

所述放大电路(6)包括还若干电阻、电容，所述第一运算放大器(U1)的正输入端连接有一电阻R5，并连接至场效应管(4)的源极，第一运算放大器(U1)的负输入端连接有一电阻R6并连接至可变电阻RW1的滑动端，第一运算放大器(U1)的输出端与正输入端之间串联有电阻R8和电阻Ra，电阻R8、电阻Ra之间的一点与第一运算放大器(U1)负输入端之间还依次串联有电阻R7、可变电阻RW2、电阻Rb； 

所述比较器电路(7)中，所述比较器U2A的负输入端通过电阻R10连接工作电源，还通过可变电阻RW4接地，所述工作电源与可变电阻的滑动端之间还连接有电容C6；所述第二运算放大器(U2B)的正输入端与第一运算放大器(U1)的输出端通过电阻R12相连，所述第二运算放大器(U2B)的输出端与负输入端通过电阻R15相连； 

所述开关量信号输出电路(9)包括三极管V2、V3、V4、V5、V6，以及电压稳压器U3、U4、U8、U9和J3、J4跳线器组，所述开关量信号输出电路(9)的输出端为两个单刀双掷开关，可输出不同的电源开关量分辨信号。 

5.根据权利要求4所述的电源检测验电馈电装置，其特征在于， 

所述电压稳压器采用的器件型号为LM317lz，第一运算放大器(U1)、比较器U2A和第二运算放大器(U2B)采用LM358，三极管采用9014。