CN210168269U - 井下直流照明系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种井下直流照明系统，包括直流稳压电源，所述直流稳压电源具有交流电输入端和直流电输出端，直流电输出端连接有直流供电线路；还包括若干灯具，所述直流供电线路依次通过开关装置及直流变压器与所述灯具相连接。所述直流稳压电源包括箱体，所述箱体内设置有整流桥、滤波电容、IGBT模块、主变压器、快恢复模块、滤波模块、DSP芯片和电源板。本实用新型将交流电转为直流电并降压后再输出至灯具，从而解决了交流供电线路中三相不平衡和输电损耗大的问题，同时还节约了能源，具有可观的经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于矿山井下的直流照明系统。
背景技术
目前，井下巷道的行灯照明方式为每700~1200m或段150~350m分别采用一台2KVA~10KVA 380VAC/127VAC或380VAC/36VAC的行灯变压器为灯具供电，其中灯具为每5~7m布置一只白炽灯或节能灯。近年来随着LED照明技术的成熟，正在逐渐更换为LED灯具，但供电方式仍为行灯变压器，这种供电方式的主要缺陷为：
1、众多的行灯变压器会造成井下电力变压器三相不平衡，加剧了动力电缆和电气设备的绝缘老化。行灯变压器均为两相输入，每300m左右布设一台造成三相负荷不平衡，这时会导致三相输出电压某两相电压超高，又由于环境的特殊性（潮湿、闷热）致使绝缘电阻降低输电电缆和用电设备加速老化击穿，将隐患演变成了事故，造成人身伤亡与设备损失。
2、交流供电有其固有特性（存在阻抗与容抗），增加了输电损耗。
3、长明灯导致的超温和光衰使灯具寿命大大缩短，维修成本居高不下。
4、行灯变压器外壳长期在井下环境的酸雾环境腐蚀后极易导致漏电形成触电事故。
实用新型内容
本实用新型提出了一种井下直流照明系统，其目的是：（1）解决交流供电线路中三相不平衡和输电损耗大的问题；（2）提高灯具寿命，降低维护成本；（3）避免漏电后造成触电事故。
本实用新型技术方案如下：
一种井下直流照明系统，包括直流稳压电源，所述直流稳压电源具有交流电输入端和直流电输出端，交流电输入端通过漏电断路器与三相交流供电线路相连接，直流电输出端连接有直流供电线路；
还包括若干灯具，所述直流供电线路依次通过开关装置及直流变压器与所述灯具相连接；
所述直流稳压电源包括箱体，所述箱体内设置有整流桥、滤波电容、IGBT模块、主变压器、快恢复模块、滤波模块、DSP芯片和电源板；
所述交流电输入端依次通过整流桥、滤波电容、IGBT模块、主变压器、快恢复模块和滤波模块与直流电输出端相连接；
所述整流桥用于将输入的交流电转变成直流电；所述DSP芯片用于控制IGBT模块进行交替开关动作以将滤波电容两端的直流电再逆变成指定频率的交流电；所述主变压器用于降低IGBT模块输出的交流电电压；所述快恢复模块包括快恢复二极管，用于将主变压器输出的交流电再转变为直流电；所述电源板用于将交流电输入端提供的交流电转变为直流电并输出至DSP芯片。
作为该系统的进一步改进：所述灯具包括控制部分和照明部分；
所述控制部分包括单片机和人体探测模块；所述照明部分包括若干LED灯；所述单片机用于根据人体探测模块的输出信号控制直流变压器向LED灯输出的电流的大小。
作为该系统的进一步改进：所述控制部分还包括三极管和与三极管的集电极相连接的LED连接端，三极管的发射极与接地端或直流变压器的输出负极相连接，所述单片机的信号输出端通过电阻与三极管的基极相连接，由所述三极管控制的LED灯连接在LED连接端和直流变压器的输出正极之间。
作为该系统的进一步改进：所述照明部分的LED灯分为若干灯光组，每组分别对应一组三极管和LED连接端。
作为该系统的进一步改进：所述灯光组包括受控组和微光组，所述受控组具有2W和7W两种功率状态，所述微光组功率为2W。
作为该系统的进一步改进：还包括过欠压保护器，所述过欠压保护器连接在漏电断路器和直流稳压电源之间。
作为该系统的进一步改进：直流稳压电源的直流电输出端的正负极之间还连接有直流接触器，所述直流接触器的接触器触点设置在直流电输出端至直流供电线路的线路上。
相对于现有技术，本实用新型具有以下积极效果：（1）本实用新型将交流电转为直流电并降压后再输出至灯具，从而解决了交流供电线路中三相不平衡和输电损耗大的问题；（2）本实用新型采用人体探测模块检测巷道中是否有行人，从而可以仅在有行人时才控制灯具以大功率工作，否则工作在小功率状态下，节约能源，提高了灯具的使用寿命，具有可观的经济效益；（3）设置有漏电断路器和过欠压保护器等保护装置，可以避免漏电触电、过压等对设备造成损害。
附图说明
图1为本系统的整体结构示意图。
图2为直流稳压电源的结构示意图。
图3为灯具中控制部分的结构示意图。
图4为灯具中照明部分的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：
如图1，一种井下直流照明系统，包括直流稳压电源3，所述直流稳压电源3具有交流电输入端和直流电输出端，交流电输入端通过漏电断路器1与三相交流供电线路相连接，直流电输出端连接有直流供电线路，输出36V直流电；所述直流供电线路包括直流正极线路5和直流负极线路6。
系统还包括过欠压保护器2，所述过欠压保护器2连接在漏电断路器1和直流稳压电源3之间。直流稳压电源3的直流电输出端的正负极之间还连接有直流接触器4，所述直流接触器4的接触器触点4-1设置在直流电输出端至直流供电线路的线路上，当电流过大时断开线路。
如图2，所述直流稳压电源3包括箱体，所述箱体内设置有整流桥3-1、滤波电容3-2、IGBT模块3-3、主变压器3-4、快恢复模块3-5、滤波模块3-6、DSP芯片3-7和电源板3-8；
所述交流电输入端依次通过整流桥3-1、滤波电容3-2、IGBT模块3-3、主变压器3-4、快恢复模块3-5和滤波模块3-6与直流电输出端相连接。
所述整流桥3-1由六组二极管构成，用于将输入的交流电转变成直流电。所述DSP芯片3-7的型号为DSP FMS320LF 2407A，用于控制IGBT模块3-3进行交替开关动作以将滤波电容3-2两端的直流电再逆变成30Hz左右的交流电。所述主变压器3-4用于降低IGBT模块3-3输出的交流电电压。所述快恢复模块3-5包括快恢复二极管，用于将主变压器3-4输出的交流电再转变为直流电。所述电源板3-8用于将交流电输入端提供的交流电转变为直流电并输出至DSP芯片3-7。
DSP芯片3-7还连接有短路保护电路、温度保护电路和短路保护电路等保护模块。
快恢复模块3-5与滤波模块3-6之间还安装有分流器，通过电流表连接该分流器可以检测直流稳压电源3的输出电流。
如图1，本系统还包括若干直流灯具8，所述直流供电线路依次通过手动的开关装置7及直流变压器9与所述灯具8相连接，为灯具8供电。本实施例中，直流变压器9可以将36V直流电转变为5V直流电。
如图3和4，所述灯具8包括控制部分和照明部分，二者通过第一插头8-5和第二插头8-6实现连接。
如图3，所述控制部分包括单片机8-2和人体探测模块8-4；所述单片机8-2用于根据人体探测模块8-4的输出信号控制直流变压器9向LED灯输出的电流的大小。本实施例中，单片机8-2的型号为STC12C2052，人体探测模块8-4的型号为HC-SR501。
控制部分通过USB接头8-1与直流变压器9的输出端相连接，实现单片机8-2和人体探测模块8-4等元件的供电。
所述控制部分还包括三组三极管8-3和与三组三极管8-3的集电极一一对应相连接的LED连接端，三极管8-3的发射极与接地端或直流变压器9的输出负极相连接，所述单片机8-2的三组信号输出端与三组三极管8-3一一对应，分别通过一电阻与三极管8-3的基极相连接。
上述三组LED连接端分别为第一插头8-5的第1至3号端，第一插头8-5的第4号端直接或通过USB接头8-1与直流变压器9的输出正极相连接，电压为5V。
如图4，所述照明部分包括若干LED灯。本实施例中，LED灯分为三组，分别为受控组8-7、微光组8-8和指示组8-9。第二插头8-6上设有与第一插头8-5第1至4号端一一对应的四组端子，受控组8-7的LED灯连接在第二插头8-6第3、4号端之间，微光组8-8的LED灯连接在第二插头8-6第2、4号端之间，指示组8-9的LED灯连接在第二插头8-6第1、4号端之间。
单片机8-2可以通过控制三极管8-3基极的电流来控制集电极与发射极回路的电流大小，从而达到控制LED灯亮度的目的。
当人体探测模块8-4未检测到行人时，受控组8-7的LED灯的工作功率为2W，检测到行人时，单片机8-2通过三极管8-3控制LED灯的电流使之以7W功率工作，为行人照亮巷道，行人通过后功率恢复为2W。
所述微光组8-8的LED灯的工作功率始终为2W，确保巷道中始终有微弱的灯光。
指示组8-9的LED灯安装在管理人员可以方便观测到的位置，帮助工作人员判断线路是否稳定。
如图1，所述直流正极线路5和直流负极线路6之间还可以连接若干并联的风机线路，所述风机线路上可以安装风机装置10和风机指示灯11，在实现照明功能的同时为风机提供直流电。可以将过欠压保护器2的一路触点连接到风机线路上，为风机线路提供过欠压保护。
本系统的功能特点：
1、采用无工频变压器的变频电源技术，可以做到输入电源交直流兼容，使用范围广、电压等级宽。
2、直流稳压电源采用先进的模块化技术，对箱体内的部件辅以精心的工程设计，可以缩小体积、减轻重量，确保了长期满负荷运行的稳定、可靠。
3、拥有完善的软、硬件保护功能，箱体内置温控散热风扇，既能散热又能有效延长风扇寿命。具有过欠压（自恢复）、漏电保护等诸多保护功能。
4、直流稳压电源输出稳压值平滑可调范围：0至36VDC，输出恒流值平滑可调范围：0至60ADC。通过主变压器上的电位器旋钮即可调节。
5、主变压器采用纳米非晶材料，将高低压进行了有效的隔离，使得装置成为本安型设备。
6、直流输出可以提高电能输送效率，本装置同等工况下可以取代现场两台或以上行灯变压器。
7、装置空载损耗仅20W左右，功率因数0.9以上。
8、灯具感应距离远，角度大，灵敏度高，有穿透非金属物质的特性，不受环境、温度、灰尘等影响，可以实现人与车来灯以7W功率工作、人与车离20秒后灯以2W功率工作（也可以做成熄灭的），从根本上解决了长明灯现象极大地减少了灯具烧损。
采用本实用新型的效益分析：
取同一段线路（玲珑金矿西山某中段）实际测量，改造前后能耗与灯具烧损数据分别为：
改造前（行灯变压器3KVA,灯具交流7W/127V长明灯,数量300只，长度1500米，4平方铝线）
1、月耗电：7/1000*24*30*300=1512度,灯具烧损10只（12元/只）。
2、月变压器空载损耗：3*15%*24*30=324kWh。
3、月线损： I2*R*24*30/1000=2235kWh
其中：I=7/127*300=16.535A
R=0.0294*1500/4=11.025Ω
总损耗为：324+2235=2559kWh。
4、行灯变压器1100元/台。
改造后（智能照明供电箱即直流稳压电源,灯具直流7-10W/36V每天运行1小时,数量300只，长度1500米，4平方铝线）：
1、月耗电：7/1000*1*30*300=63度,灯具烧损1只（35元/只）。
2、月供电箱空载损耗：0.025*24*30=18kWh。
3、月线损： I2*R*1*30/1000=1125kWh
其中：I=7/36*300=58.33A
R=0.0294*1500/4=11.025Ω
总损耗为：18+1125=1143kWh。
4、智能供电箱3550元/台。
从上述数据对比可以看出，月节能95%，降耗55%，节省灯具投入成本70%。随着原行灯变压器严重老化锈损，逐渐更换为本系统，所以投入成本基本不升高。此项技术在我公司完全推广将会产生较大的经济效益、环境效益以及社会效益。
Claims (7)
1.一种井下直流照明系统，其特征在于：包括直流稳压电源（3），所述直流稳压电源（3）具有交流电输入端和直流电输出端，交流电输入端通过漏电断路器（1）与三相交流供电线路相连接，直流电输出端连接有直流供电线路；
还包括若干灯具（8），所述直流供电线路依次通过开关装置（7）及直流变压器（9）与所述灯具（8）相连接；
所述直流稳压电源（3）包括箱体，所述箱体内设置有整流桥（3-1）、滤波电容（3-2）、IGBT模块（3-3）、主变压器（3-4）、快恢复模块（3-5）、滤波模块（3-6）、DSP芯片（3-7）和电源板（3-8）；
所述交流电输入端依次通过整流桥（3-1）、滤波电容（3-2）、IGBT模块（3-3）、主变压器（3-4）、快恢复模块（3-5）和滤波模块（3-6）与直流电输出端相连接；
所述整流桥（3-1）用于将输入的交流电转变成直流电；所述DSP芯片（3-7）用于控制IGBT模块（3-3）进行交替开关动作以将滤波电容（3-2）两端的直流电再逆变成指定频率的交流电；所述主变压器（3-4）用于降低IGBT模块（3-3）输出的交流电电压；所述快恢复模块（3-5）包括快恢复二极管，用于将主变压器（3-4）输出的交流电再转变为直流电；所述电源板（3-8）用于将交流电输入端提供的交流电转变为直流电并输出至DSP芯片（3-7）。
2.如权利要求1所述的井下直流照明系统，其特征在于：所述灯具（8）包括控制部分和照明部分；
所述控制部分包括单片机（8-2）和人体探测模块（8-4）；所述照明部分包括若干LED灯；所述单片机（8-2）用于根据人体探测模块（8-4）的输出信号控制直流变压器（9）向LED灯输出的电流的大小。
3.如权利要求2所述的井下直流照明系统，其特征在于：所述控制部分还包括三极管（8-3）和与三极管（8-3）的集电极相连接的LED连接端，三极管（8-3）的发射极与接地端或直流变压器（9）的输出负极相连接，所述单片机（8-2）的信号输出端通过电阻与三极管（8-3）的基极相连接，由所述三极管（8-3）控制的LED灯连接在LED连接端和直流变压器（9）的输出正极之间。
4.如权利要求3所述的井下直流照明系统，其特征在于：所述照明部分的LED灯分为若干灯光组，每组分别对应一组三极管（8-3）和LED连接端。
5.如权利要求4所述的井下直流照明系统，其特征在于：所述灯光组包括受控组（8-7）和微光组（8-8），所述受控组（8-7）具有2W和7W两种功率状态，所述微光组（8-8）功率为2W。
6.如权利要求1所述的井下直流照明系统，其特征在于：还包括过欠压保护器（2），所述过欠压保护器（2）连接在漏电断路器（1）和直流稳压电源（3）之间。
7.如权利要求1至6任一所述的井下直流照明系统，其特征在于：直流稳压电源（3）的直流电输出端的正负极之间还连接有直流接触器（4），所述直流接触器（4）的接触器触点（4-1）设置在直流电输出端至直流供电线路的线路上。
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