采煤机控制模块供电电源状态指示组件设计

刘经纬

（1.中煤科工集团上海有限公司，上海 200030；2.天地上海采掘装备科技有限公司，上海 200030）

0 引 言

采煤机作为煤矿井下采煤工作面的重要设备，其可靠稳定运行至关重要。随着自动化水平的提高，采煤机内部增加了功能丰富的控制模块，以控制采煤机相关自动化功能。自动化采煤机的可靠稳定运行依赖于控制模块，而决定控制模块是否稳定运行的一个重要因素是供电电源状态。若供电电源存在故障，模块未正常供电，则将影响采煤机运行。因此，对采煤机控制模块供电电源状态进行检测与监测至关重要。

采用指示灯呈现电源或电力设备状态检测与监测的结果是一种重要方式。该种方式直观且应用领域广泛，如液力缓速器工作指示灯、开关柜开关的分合闸指示灯、变电站指示灯、汽车的故障指示灯、消防指示灯等[1-5]。其中，使用交流电源的电路指示灯一般采用氖灯，但采煤机（天地上海采掘装备科技有限公司）内部控制模块供电电源由控制变压器提供，控制变压器的副边包含多个电压等级，如交流18 V，小于氖灯正常工作电压，导致氖灯失去指示作用。针对该问题设计了一种专用的采煤机控制模块供电电源状态指示组件，可实现对交流小电压的带电状态指示，且同样包含直流电源带电状态指示功能，对于实现采煤机控制模块供电电源的状态监测具有一定的实际应用意义。

1 供电电源状态指示组件原理

采煤机控制模块供电电源包含交流电源和直流电源2 种。对直流电源带电状态进行检测指示，是在电源的输出侧并联一个检测回路。该回路包含1个限流电阻和1 个发光二极管（Light Emitting Diode，LED），二者串联。直流电源带电状态检测原理如图1 所示。

图1 直流电源带电状态检测原理

控制模块所需的交流电源由采煤机电控箱内部控制变压器副边提供，包含220 V、132 V、36 V 以及18 V 等多个电压等级。对于大于100 V 的交流电源，可采用氖灯作为指示灯。但是，为了统一元器件及电源状态指示组件整体外观，均采用直流LED 灯作为指示灯。在LED 灯前级、变压器后级增加整流滤波电路及限流电阻，使交流电转换为稳定的直流电，保证LED 正常工作，并将该电路并联在电源输出侧。交流电源带电状态检测原理如图2 所示。

图2 交流电源带电状态检测原理

2 供电电源状态指示组件设计

现有技术对交流电源带电状态进行指示，多采用电阻或电容串联氖灯的方式。利用电阻或电容进行分压限流使氖灯正常工作，但氖灯的正常工作电压有最小限制值。低于50 V 的交流电一般无法使用氖灯进行带电状态指示，因此提出将交流电经过整流滤波转换为直流电，使用LED 灯进行指示，而直流电源依然采用LED 灯进行带电状态指示。

对于交流电源的整流常采用2 种方式。一种是半波整流，即利用二极管的单向导通特性，将1 个二极管串联在电路中，仅交流电的上半波或者下半波可通过，进而达到整流目的。该种方式的优点是电路简单，但将产生半个周期的时间延迟，导致LED 灯出现闪烁现象。另一种方式是采用整流桥进行全波整流，滤波后可得到稳定的直流电，消除了半波整流的缺点。综合比较2 种方案，本文选用后者。采煤机控制模块220 V 交流供电电源状态指示整流滤波电路的原理如图3 所示。图4 为实物图，其中指示灯从左至右依次对应直流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。

图3 220 V 交流电源带电状态指示电路原理

图4 实物图

3 实验测试与结果

在实验室，利用采煤机内部实际使用的控制变压器和直流电源模块搭建了实验平台，并将设计的采煤机控制模块供电电源状态指示组件接入进行功能测试验证。先对交流电压大于100 V 的电源进行测试，分别将220 V、190 V 以及132 V 电源接入对应的电源状态指示回路，LED 灯均正常工作，当对应的交流电源不带电即断开电源回路时，对应的LED 灯熄灭。其中采煤机控制模块供电电源状态指示组件相应引脚接入220 V 交流电源时，对应的测试结果如图5 所示。

图5 220 V 交流电源通电状态检测

36 V 和18 V 的交流电源难以点亮氖灯，因此电路中采用整流滤波处理，使用LED 灯进行电源带电状态检测与指示。将36 V、18 V 交流电源分别接入采煤机控制模块供电电源状态指示组件的对应引脚进行测试，其中采煤机控制模块供电电源状态指示组件相应引脚接入18 V 交流电源时对应的检测结果如图6 所示。

图6 18 V 交流电源通电状态检测

由图5 和图6 可知，采煤机控制模块供电电源状态指示组件中220 V 交流电源对应的指示灯，以及18 V 交流电源对应的LED 指示灯均正常点亮，该实验验证了交流220 V 电源以及交流18 V 电源，可经过采煤机控制模块供电电源状态指示组件中的交直流转换电路成功转换为对应的直流电源，并可使用LED灯指示对应交流电源带电状态。

直流电源带电状态检测电路相较于交流电源带电状态检测电路相对简单，其电路减少了整流滤波部分，直接将对应限流电阻与LED 灯组成的串联电路分别接到12 V 和5 V 直流电源输出侧进行测试。其中采煤机控制模块供电电源状态指示组件相应引脚接入12 V 直流电源对应的检测结果如图7 所示。

图7 12 V 直流电源通电状态检测

由图7 可知，采煤机控制模块供电电源状态指示组件中12 V 直流电源对应的带电状态指示灯正常点亮，该实验验证了12 V 直流电源可使用采煤机控制模块供电电源状态指示组件指示其带电状态。

实验测试结果表明，采煤机控制模块供电电源状态指示组件可达到对采煤机内部控制模块供电电源状态进行检测与监测的目的。

4 结 论

通过对交流电源进行整流滤波，增加限流电阻，实现了交流电源带电状态的直流LED 指示，并规范了交流电源和直流电源带电指示灯的形状和大小，使采煤机控制模块供电电源状态指示组件更加美观。测试结果表明，该组件有效检测了各电源带电状态，可为煤矿井下电工检修采煤机供电部分提供直观参考，同时可提示工人检修时采煤机是否已安全断电，为工人检修采煤机电气控制系统增加了安全保障。