礦山配電站電壓保護控制電路設計范文

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摘要：為了保證礦山配電站的安全性及可靠性，實現(xiàn)配電站各設備的良好運行，一套完整的電壓保護系統(tǒng)是必不可少的。本文根據(jù)礦山配電站電源特點進行電壓保護控制電路的總體設計，根據(jù)實驗結(jié)果表明，當發(fā)生短路、斷路等故障時，電壓保護控制電路均會在安全狀態(tài)中。

關鍵詞：礦山配電站；電壓保護；控制電路；設計與實現(xiàn)

近幾年，我國礦山配電站統(tǒng)一采用全自動超大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)，特別是對保護電源、用電設備變頻以及電磁激勵等電路控制板的需求量很多。配電站作為礦山各種用電設備的主要核心裝置被大規(guī)模的應用于礦山工程生產(chǎn)中，其供電線路的性能好壞對用電設備的技術指標及工作中的安全穩(wěn)定性有著較直接的影響。在控制電路設計制造過程中，實現(xiàn)礦山配電站智能化工作，是礦山供電系統(tǒng)的前提和核心，大大提高了礦山的生產(chǎn)效率，保證了礦山配電站供電設備的安全性和穩(wěn)定性[1]。本文根據(jù)礦山配電站電源特征設計了電壓保護控制電路，包括硬件設計、程序設計，主要以單片機為重點構(gòu)建調(diào)壓、采樣以及反饋的閉合回路，實現(xiàn)了對礦山配電站電源電路的保護。采用電壓保護控制電路，可以降低部分易損器件的應用，達到減少礦山配電站故障的目的。

1礦山配電站電壓保護控制電路的硬件設計

礦山配電站電壓保護控制電路的整體結(jié)構(gòu)設計主要包括采樣電路設計、單片機設計、濾波電路設計、電壓跟隨電路設計以及電壓轉(zhuǎn)換電路設計。其電路的主體設計是盡可能使采樣電路和單片機電路的控制信號輸出保持一一對應的關系。采樣電路設計在電壓保護控制電路中是不可缺少的，礦山配電站電源測量端輸出電壓是整個電路設計實現(xiàn)閉環(huán)控制的關鍵，因此需要在測量出口進行信號采樣，礦山配電站依照采樣信號的高低調(diào)節(jié)輸出高壓。在電壓保護控制電路的設計中，采樣電路設計方式可以分為兩種，分別是正壓采樣電路設計和負壓采樣電路設計，根據(jù)需要進行選擇。濾波電路通常是由電阻原件和電容組成，最大的作用就是過濾除整流輸出電壓以外的紋波，盡可能保證直流電壓沒有交流電壓成分，使配電站的輸出電壓波形能夠更加平滑，以便可以得到相對穩(wěn)定的直流電壓。單片機輸出的所有控制信號為得到穩(wěn)定的直流電壓信號都需要進行濾波電路處理。

電壓跟隨電路設計的作用是對電流進行放大處理。在電壓保護控制電路中如果采樣信號的電流很小、能力較弱，單片機將不能依據(jù)采樣輸出的信號做出一定判斷，因此采樣信號在傳輸?shù)絾纹瑱C之前需要進行一次輸出電流放大處理的操作。在控制電路設計中增加一個難度不大的運算放大器作為電壓跟隨器驅(qū)動系統(tǒng)，能夠很好的完成電流放大處理。選擇LM358芯片作為礦山配電站電壓保護控制電路設計中的放大器，其內(nèi)部包含兩個完全獨立的運算程序，電源供電方式多樣，不光可以應用于單電源供電，也可以為雙電源供電。近年，LM358芯片作為電壓跟隨器及電壓比較器被大規(guī)模應用在電路中。

控制電路設計中的單片機是單片微型計算機的簡稱，單片機是一個具有復雜邏輯功能的芯片，其半導體硅片上包括微型處理器、輸出接口、數(shù)據(jù)存儲器、輸入接口、計算器、信息轉(zhuǎn)換器、并行口、串行口以及脈寬調(diào)試器等，是一個典型的嵌入電路式微控制器。盡管單品機的體積很小，但是其電路芯片具備一臺高級計算機的所有重要屬性，因其重量小、價格低廉被大規(guī)模應用于控制電路設計中。電壓控制保護電路的設計先是進行采樣，采樣電阻在礦山配電站電源輸出信號口獲取電壓信號，經(jīng)濾波電路、電壓跟隨電路，將信號進行放大處理后輸入至電壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)，電壓轉(zhuǎn)換器可以將負采樣信號轉(zhuǎn)換為相應的正壓信號，將正采樣信號轉(zhuǎn)換為相應的負壓信號，當采樣信號傳到單片機的端口時，單片機會依照采樣信號的特征做出結(jié)論，并進行一定的調(diào)整，最后采樣信號再經(jīng)過濾波電路中，進入到電流開關電源的控制端。

2礦山配電站電壓保護控制電路的程序設計

礦山配電站電壓保護控制電路的軟件設計包括主程序設計、電路程序以及延時子程序。為了提高礦山配電站輸出電壓的穩(wěn)定性。電路的程序設計可以有效防止較大功率的供電電壓擊穿單片機，起到保護單片機不破損的作用。礦山配電站工作過程中，延時程序的設計可以保障高壓的穩(wěn)定輸出。

2.1主程序設計

礦上配電站啟動后，電路開始運行，單片機開始設定輸出電壓，高壓測量依照采樣信號特征做出判斷，當采樣信號比電路設定的電壓數(shù)值大很多時，單片機就會控制輸出信號變小，當采樣信號比電路設定的電壓數(shù)值小很多時，單片機就會控制輸出信號增大，以達到對閉環(huán)穩(wěn)壓控制的效果。

2.2電路程序

在礦山配電站電壓保護控制電路設計中，利用單片微型計算機輸入程序來控制配電站電源的工作。

2.3延時子程序

在電壓保護控制電路程序設計中，調(diào)節(jié)單片機的輸出時間和采樣信號的流通時間，使其保持相同，是延時程序設計的重點問題。

3實驗結(jié)果與分析

礦山配電站輸出電壓為35kv，應用電壓保護控制電路工作48小時，測試數(shù)據(jù)如表2所示。電壓保護控制電路中的輸出電壓經(jīng)過濾波器，生成無任何交流電流摻雜的直流電流，其在電阻上形成的電壓降即為信號電壓，經(jīng)單片微型計算機輸入到對比器的相同輸入端內(nèi)。當電路處于閉合狀態(tài)時，將電路電壓和固定電壓進行對比。

4結(jié)語

根據(jù)礦山配電站的情況，通過分析用電設備原理及電路技術，進行了電壓保護控制電路設計，并優(yōu)化部分設備，降低電路系統(tǒng)難度，避免多發(fā)故障單元的使用，有效減少礦山用電設備的故障。通過實驗結(jié)論可以看出，電壓保護控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)多設備的直流、交流電壓穩(wěn)定輸出，最大限度的滿足礦山配電站用電設備對所需電源的要求，具有較強的實際應用價值。電壓控制保護電路應用于礦山配電站，可以在緊急情況下向電源裝置提供準確、可靠的預警信號，并且在控制線路出現(xiàn)任何故障時都可以起到一定保護的作用。電壓保護控制電路滿足礦山配電站的現(xiàn)場要求，礦山所有用電設備在工作時，電流、電壓如果發(fā)生短路、欠壓、掉電、漏電、過壓以及過流等故障時，可有效阻斷設備的線路，并發(fā)出預警信號，從而保護了用電設備，提高礦山生產(chǎn)效率，降低因用電造故障造成的經(jīng)濟損失。礦山配電站電壓保護控制電路的設計與實現(xiàn)大大提高了礦山生產(chǎn)率，具有極其重要的推廣價值。

作者：王鵬元 單位：武威職業(yè)學院