專利名稱：本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦、工廠的計量、測量電器(溫度、壓力、液位、定位液體濃度、信號、通訊、報警等)和煤礦爆破工程發(fā)爆器電源，特別是煤礦發(fā)爆器電源。(發(fā)爆器是煤礦起爆雷管裝置)背景技術目前煤礦、工廠(有爆炸危險氣體、粉塵的工廠)中計量、測量電器，煤礦爆破工程用于起爆雷管的發(fā)爆器，多數用電池做電源，特別是煤礦發(fā)爆器用電池做電源更為普遍，本實用新型以發(fā)爆器為例敘述本實用新型的必要性應用和實施方法。
發(fā)爆器是現(xiàn)在煤礦爆破工程用于起爆雷管的裝置，發(fā)爆器大多數是直流發(fā)爆器，用電池做電源，用電池做電源的發(fā)爆器(以下簡稱電池型發(fā)爆器)存在一定的缺點(1)不能實現(xiàn)發(fā)爆器與風、電、瓦斯閉鎖。煤礦安全規(guī)程規(guī)定當工作面(采煤、掘進工作面)無風、瓦斯?jié)舛瘸迺r禁止放炮(即起爆雷管、炸藥)。電池型發(fā)爆器無論工作面有風無風，瓦斯?jié)舛热绾?，都能放炮，易出現(xiàn)人為的違章放炮，尤其是在上下班前后，為趕進米，趕產量不顧工作面有風無風，瓦斯?jié)舛却笮∶半U放炮，如果此時工作面瓦斯聚集，瓦斯?jié)舛瘸?，極易引起瓦斯爆炸；(2)電池型發(fā)爆器電池電壓不穩(wěn)定，新電池電壓高，舊電池電壓低，當電池電壓過低時，發(fā)爆器沖量不足，雷管不能起爆會出現(xiàn)啞炮(雷管炸藥裝在一起，放炮時雷管沒有爆炸)，當電池與發(fā)爆器電源接頭彈簧片銹蝕接觸不好時，也會影響放炮質量，由于新舊電池電壓變化大，給檢測工作帶來困難，當放炮線回路短路、斷路、虛接時，如果電壓低，檢測回路檢查失靈或數據不準確，如果此時放炮，在短路、斷路、虛接處會產生火花，如果此時瓦斯?jié)舛瘸?，就會引起瓦斯爆炸?3)電池型發(fā)爆器浪費大。因受電池本身的限制，發(fā)爆器只能用電解電容，所以壽命短，衰減的快，發(fā)爆器報廢周期短，更新快，另外電池用量大，全年一個掘進工作面，用于發(fā)爆器更新，電池購買兩項合計費用每年約4000元，并且要用人工攜帶，浪費人力。另一種發(fā)爆器以井下動力電交流36V或127V做電源，稱為交流電源發(fā)爆器，雖然克服了電池型發(fā)爆器的一些缺點，但是因電源電壓較高，也未普遍應用。

發(fā)明內容
本實用新型的目的，在于設計一種本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源，所設計本安電源既能取消直流電源發(fā)爆器所用的電池，又能降低交流電源發(fā)爆器的電源電壓，以解決煤礦(或者有爆炸危險氣體粉塵的工廠)計量、測量電器和發(fā)爆器的電源，特別是煤礦發(fā)爆器的電源，使之符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定，實現(xiàn)發(fā)爆器與風、電、瓦斯閉鎖，當工作面有風，瓦斯?jié)舛炔怀迺r，可以放炮，當工作面無風、停電或瓦斯?jié)舛瘸迺r工作面不能放炮，閉免因工作面無風，瓦斯?jié)舛瘸薹排谝鸬耐咚贡ㄊ鹿剩拱l(fā)爆器電源電壓穩(wěn)定，能準確的檢測出發(fā)爆器放炮線回路短路、斷路虛接狀態(tài)，如有放炮線回路短路、斷路、虛接時，發(fā)爆器閉鎖不能放炮，事故排除后方能放炮，從而避免了因放炮線短路、斷路、虛接時放炮產生火花引起的瓦斯爆炸，而且節(jié)省大量資金和人力。


圖1是本實用新型總體結構示意圖；圖1中，輸入電纜1；喇叭口2；壓線板3；壓緊螺母4；密封室5(內有金屬墊圈和橡膠膠圈)；上蓋6；提手7；防爆接線盒內腔8(內裝變壓器)；航空插座固定螺拴9；壓緊螺母10；航空插座11；航空插頭12；航空插頭壓線板13；電纜14；電纜15；直流發(fā)爆器F116(內有線圈H1)；交流發(fā)爆器F217(內有線圈H2、H3)。
圖2是本實用新型的電氣原理圖。
具體實施方式
本實用新型是這樣實現(xiàn)的，本實用新型與礦用QC83系列開關或電煤鉆綜合保護開關(引進36V或127V電源)，風、電、瓦斯閉鎖裝置(當工作面無風瓦斯?jié)舛瘸迺r工作面斷電)相配合。
本實用新型的特點主要有防爆接線盒HD2-3，變壓器B，限流電阻R1、R2，穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、二極管D13、D14、D15、D16，電纜L1、L2、L3，整流橋Z，電容C，航空接頭K1、K2、K3、K4，發(fā)爆器電源線圈等組成。
所述的本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源置于防爆接線盒內，并通過三個接線端與外界相聯(lián)，其特征在于一個接線端為36V或127V交流電壓輸入端，其余兩個接線端分別為12V直流電壓輸出端和10V交流電壓輸出端；防爆接線盒內的電源電路由一個變壓器、2個限流電阻、6個5W12V的穩(wěn)壓二極管、4個5W10V的穩(wěn)壓二極管、一個C50uF的電解電容和一個整流橋組成；其中由交流電壓輸入端輸入的電壓經變壓器變壓后輸出10V和12V兩個交流電壓；輸出的12V交流電壓與一個限流電阻串聯(lián)后，并聯(lián)兩兩負極串聯(lián)的4個5W12V穩(wěn)壓二極管和所述的整流橋，經整流橋輸出的12V的直流電壓與所述的電容、2個5W12V的穩(wěn)壓二極管依次并聯(lián)后形成12V直流電壓輸出端；將12V的直流電壓通過航空接頭、電纜輸入直流發(fā)爆器內，與其中兩個5W12V的二極管、電源線圈并聯(lián)；輸出的10V交流電壓與另一個限流電阻串聯(lián)后，并聯(lián)兩兩負極串聯(lián)的4個5W10V穩(wěn)壓二極管，形成10V交流電壓輸出端，將10V的交流電壓通過航空接頭、電纜輸入交流發(fā)爆器內，與其中4個5W10V兩兩負極串聯(lián)的二極管、兩個電源線圈并聯(lián)。
所說的防爆接線盒為定型產品(HD2-3)，有三個出線口，三個出線口都能實現(xiàn)按標準防爆要求接線，其中兩個接線口經過改造安裝航空接頭插座。防爆接線盒的接線腔內原有接線端子已經拆掉，利用接線盒的空腔(固定螺絲，接地端子未折)。其余有上蓋、提手。接線盒上的密封室(密封室為圓筒形，外端部有內螺紋，密封室內有圓形金屬墊圈和圓形橡膠膠圈)，壓緊螺母圓筒型，前端部有外螺紋，壓緊螺母的外螺紋與密封室的內螺紋配合螺紋聯(lián)接，壓緊螺母的前端部，壓在金屬墊圈上，金屬墊圈壓在橡膠膠圈上，螺母旋轉金屬墊圈壓力增大，對橡膠圈壓力也增大(金屬墊圈、橡膠膠圈為定型產品)，壓緊螺母的后端沒有螺紋側，原出線口有壓線板、喇叭口。安裝航空接頭兩個出線口的壓緊螺母沒有螺紋側的外端部有四個對稱孔(原壓線板、喇叭口已去掉)，通過螺拴與航空接頭插座的四個螺孔螺拴聯(lián)接。所說的航空接頭為定型產品，由航空插座和航空插頭兩部分組成計4套，其中2個航空插座通過螺拴固定在壓緊螺母上通過與密封室螺紋聯(lián)接固定在防爆接線盒的兩個出線口上，另外兩個航空插座通過螺拴分別固定在發(fā)爆器的四個對稱螺孔上，4個航空接頭的插頭與電纜聯(lián)接，電纜接在航空插頭的接線端子上。所說的變壓器，一次線圈有四個接線端子輸入三種電壓，交流、36V(最高40V)、127V(最高140V)、220V(最高240V)，變壓器二次為三個接線端子輸出兩種交流電壓12V、10V，變壓器一、二次繞組由骨架上下隔離開，通過防爆接線盒固定螺絲將變壓器固定在接線盒內，使變壓器的二次輸出，對準帶有航空接頭插座的接線口，變壓器的一次輸入對準原接線口，本實用新型的非本安端電源從接線盒的原出線口按標準防爆接線進入接線盒接線腔內，接在變壓器的一次端子上，本實用新型本安電源交流12V、10V、從帶有航空插座的兩個出線口按標準防爆接線引出(標準防爆接線，即電纜從喇叭口進入經壓線板穿過壓緊螺母進入密封室，穿過金屬墊圈、橡膠膠圈進入，接線盒接線腔內，接在變壓器一次和二次端子上)，所說的限流電阻為金屬膜電阻一般為2Ω計2個，穩(wěn)壓二極管5W12V計6個，5W10V計4個，二極管5W12V計2個，5W10V計4個，整流橋200V5A，電解電容50V50μF，電纜3×2.5毫米平方，計3條，一條電纜為非本安端輸入從QC83-80開關引進交流36V(或從煤電鉆綜合保護開關引起交流127V或工廠交流220V)，進入接線盒原接線口按標準防爆接線接在變壓器的36V接線端子上，另外兩條電纜分別從航空接頭引出接在發(fā)爆器F1、F2上，上述器件中限流電阻2個、穩(wěn)壓二極管、5W12V計6個、5W10V計4個，整流橋Z、電容C和變壓器接好線后膠封在接線盒內，變壓器一次、二次端子相距50毫米，二極管5W12V計2個，5W10V計4個為分流元件，分別與發(fā)炮器F1、F2電源線圈H1、H2、H3膠封在一起。
電纜1從QC83-80開關引入36V經過喇叭口2經壓線板3穿過壓緊螺母4進入防爆接線盒密封室5內穿過密封室內金屬墊圈橡膠膠圈進入防爆接線盒接線腔8內，電纜芯線接在變壓器36V接線端子上，變壓器二次輸出端子分兩個出線口輸出，一路是變壓器二次經防爆接線盒密封室5內的橡膠膠圈，金屬墊圈，壓緊螺母接在航空插座11上經航空插頭12航空插頭壓線板13電纜15航空插頭壓線板13經航空插頭12航空插座11進入16發(fā)爆器F1內、與F1發(fā)爆器內分流元件5W12V兩個穩(wěn)壓管、發(fā)爆器電源線圈H1聯(lián)接；另一路由變壓器二次端子經電纜進入接線盒密封室5內橡膠膠圈、金屬墊圈經壓緊螺母10接在航空插座11上，經航空插頭12航空插頭壓線板13電纜14航空插頭壓線板13航空插頭12航空插座11進入17發(fā)爆器F2內與發(fā)爆器F2內分流元件5W10V4個穩(wěn)壓二極管、發(fā)爆器電源線圈H2、H3聯(lián)接，壓緊螺母10與航空接頭插座11通過螺拴9聯(lián)接，航空接頭插座11與發(fā)爆器16F1、17F2通過螺拴9聯(lián)接。
圖2中，從QC83-80引出交流36V，變壓器一次接線端子B0、B36、B127、B220，變壓器二次接線端子X0、X10、X12，限流電阻R12Ω，穩(wěn)壓二極管D1-D4(5W12V4個)，正流橋Z200V5A，電解電容C50μF，穩(wěn)壓二極管D5、D6(5W12V2個)，限流電阻R22Ω，穩(wěn)壓二極管D7-D10(5W10V4個)，航空接頭K1，航空接頭K2，電纜L2，電纜L3，航空接頭K3，航空接頭K4，直流發(fā)爆器F1(直流用電器)，二極管D11-D12(5W12V2個)，發(fā)爆器F1電源線圈H1，交流發(fā)爆器F2，二極管D13-D16(5W10V4個)，交流發(fā)爆器F2電源線圈H2、H3。
圖2中，從QC83-80開關引進36V交流電源，經3×2.5毫米平方3芯電纜輸入到防爆接線盒中的變壓器一次接線端子B0、B36，另外一顆芯線接在防爆接線盒內的接地端子上。當變壓器按1.1倍電壓輸入，最高電壓為40V時，此時變壓器二次輸出二種交流電壓X0、X12輸出為12V，X0、X10輸出為10V。其中第一支路電壓為12V一般做直流用電器電源，第二支路電壓10V一般做交流用電器電源。本實用新型以發(fā)爆器為例，敘述本實用新型的性能應用。第一支路回路是從QC83-80開關引出36V交流電源，經電纜L1輸送到變壓器一次B0、B36，二次電壓從X0、X12引出為12V，從X0開始經限流電阻R1→穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3、D4→整流橋Z→電容C→穩(wěn)壓二極管D5、D6→航空接頭K1→電纜L2→航空插頭K3→二極管D11、D12→電源線圈H1→航空接頭K3→電纜L2→整流橋Z→回到變壓器二次端子X12，限流電阻R1保護變壓器防止短路電流取2Ω，穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3、D4最大電壓為12V，當小于最大電壓12V時，二極管不導通，當大于12V時穩(wěn)壓二極管導通，使穩(wěn)壓二極管兩端輸出電壓不大于12V，D1D2兩負極串在一起、D3D4兩負極串在一起，將串聯(lián)后的D1D2，D3D4，并聯(lián)在12V的線路上，整流橋為200V5A，把12V的交流電變?yōu)橹绷?，電容C為濾波電容，D5D6為穩(wěn)壓二極管，作用把濾波后的電壓穩(wěn)壓，D5、D6并聯(lián)在直流線路上，當電壓小于12V時D5、D6不導通，當電壓大于12V時，D5、D6導通，保證D5、D6兩端輸出電壓不大于12V，從D5、D6兩端輸出電源通過航空接頭K1K3和電纜L2接在直流發(fā)爆器F1上，做為直流發(fā)爆器電源，分流元件D11、D12二極管與直流發(fā)爆器F1電源線圈H1并聯(lián)，消除因線路斷線H1產生的自感電勢，也就是當線路因故斷線時，發(fā)爆器電源線圈H1的自感電勢很大，與并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管D11、D12形成回路，把自感電勢消耗掉，正常工作時D11、D12不導通，只有當電感電勢很大時，D11、D12才導通，第一支路即為本實用新型直流發(fā)爆器電源。
第二支路是變壓器一次電壓為40V時，變壓器二次輸出最高電壓10V，從X0、X10引出，從X0開始→限流電阻R2→穩(wěn)壓二極管D7、D8、D9、D10，D7D8、D9D10兩負極串聯(lián)后并聯(lián)在10V電路上→航空接頭K2→電纜L3(3×2.5毫米平方)→航空接頭K4→二極管D13、D14、D15、D16兩兩負極串聯(lián)后并聯(lián)在10V線路上→電源線圈H2、H3→二極管D13、D14、D15、D16→航空接頭K4→電纜L3(3×2.5毫米平方)→航空接頭K2→穩(wěn)壓二極管D7、D8、D9、D10→回到變壓器二次X10。
R2為限流電阻，防止短路電流，電阻一般取2Ω，D7D8、D9D10兩負極串聯(lián)后并聯(lián)在線路上，當電壓不大于10V時D7D8、D9D10不導通，輸出正常工作電壓，當電壓超過10V時，穩(wěn)壓二極管D7D8、D9D10導通，使D7D8、D9D10兩端輸出電壓不大于10V，穩(wěn)定在10V以內，穩(wěn)壓二極管D7D8、D9D10兩端輸出的電壓通過航空接頭K2、K4電纜L3接在交流發(fā)爆器F2上，作發(fā)爆器F2的電源，分流元件二極管D13D14、D15D16，與發(fā)爆器F2電源電源線圈H2、H3并聯(lián)，為消除交流發(fā)爆器F2內電源線圈H2、H3產生的自感電勢，當因線路斷線時，電源線圈H2、H3有很大的自感電勢放出來，與D13D14、D15D16二極管形成回路，D13D14、D15D16導通，將H2、H3的自感電勢消耗掉，在正常工作時D13D14、D15D16不導通，當產生自感電勢時，由于自感電勢較大，所以D13D14、D15D16導通與H2、H3產生的自感電勢形成回路，將自感電勢消耗掉，第二支路即為本實用新型交流發(fā)爆器電源。
根據煤礦本安型設備分類，I為煤礦用，II為其它工業(yè)用，設備是否具有本安特性，還要進行效核，主要看點燃能力曲線上的最小點燃電流、最小點燃電壓是否超過允許值而定。本實用新型為煤礦用ibI級設備，ibI級設備工作時安全系數為2(本安電路、電流或電壓與最小點燃電流或電壓相比倍數稱之為安全系數)，短路時一個事故點安全系數1.5，兩個事故點同時發(fā)生安全系數1.0。
其計算要根據點燃能力實驗曲線(《防爆電器技術應用》304頁)效核計算本安性能都以此曲線為準。
校核第一支路電源是否具有本安特性，在非本安端最高允許電壓40V，本安端輸出最高電壓12V。
1、考慮電阻性電路，在12V時最小點燃電流值查《防爆技術應用》305頁圖6-7曲線得出最小點燃電流10安以上。
在12V時最大短路電流 R內變壓器實測內阻5Ω，U1為工作電壓，R1為限流電阻R1=1.5UDM1IMICR]]>UDM1為穩(wěn)壓二極管的最高電壓，IMICR對應UDM1時最小點燃電流值。
查曲線圖6-7曲線UDM1＝12時，IMICR在10安以上。
R1=1.5×1210=1.8]]>(可取2Ω) (U1工作電壓取10V，變壓器內阻取5Ω。
當一個故障點短路時，安全系數取1.5，則1.5倍的短路電流為3.3。小于當電壓為12V時，最小點燃電流10，故合格為本安型。
2、考慮電容電路，電容C兩端電壓為12V，工作時取安全系數2，電容C兩端校核電壓24V，當C為50μF時，查電壓點燃曲線圖6-8曲線最小點燃電壓為27V，大于工作電壓的2倍24V合格為本安型。
3、考慮電感影響，由于設了分流元件，感應電勢已被消耗掉故為本安型，經效核第一支路直流輸出電壓為本安型。其值為UK1空載電壓＝穩(wěn)壓二極管最大電壓UDM1為12V，IK1短路電流為2.2安，R1限流電阻2Ω，變壓器內阻5Ω(實際測量)。濾波電容C50V50μF，第一支路總功率W1＝IK1×UK1＝2.2×12＝26W。
穩(wěn)壓二極管最大電流 WDM1＝IDM1×UDM1＝0.485×12＝5.85W同樣，由以下計算得出第二支路的交流本安電源數值。
1、考慮電阻電路空載電壓＝二極管最大電壓UK2＝UDM2＝10V，R2限流電阻2Ω，R內＝5Ω，工作電壓U2取8.5V 當電壓為10V時，查6-7點燃曲線最小點燃電流在10安以上，大于1.5I2＝3.74合格為本安電源。
2、考慮電感影響，由于設了分流元件，電感已被消除，故為本安型電源。
穩(wěn)壓二極管最大電流 穩(wěn)壓二極管最大功率WUDM2＝IDM2×UDM2＝0.44×10＝4.4W第二支路總功率W2＝IK2×UK2＝1.87×10＝18.7W根據安全柵的有關規(guī)定，當兩個安全柵組合使用時(當兩個支路本安電源組合使用時)，應考慮兩種安全柵最大電壓之和、最大電流之和校核本安特性。此時，安全系數取1，則有總短路電流IK12＝IK1+IK2＝2.2+1.87＝4.07安，總電壓U12＝U1+U2＝12V+10V＝22V，根據上述兩數值查最小點燃曲線(305頁圖6-7曲線)，當兩個支路組合使用時電壓為22V，最小點燃電流為5安以上，大于4.07安，合格為本安電源。
考慮接地影響，因限流電阻與變壓器膠封在一起，所以限流電阻和變壓器內阻一樣，故不考慮接地問題。
綜上所述，本實用新型從非本安端輸入到本安端輸出到發(fā)爆器經校核均符合本安電源標準。本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源，其中直流發(fā)爆器電源為12V，交流發(fā)爆器電源為10V。
本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源，使有爆炸危險的煤礦、工廠計量、測量電器，特別是發(fā)爆器有了安全可靠穩(wěn)定的本安電源，當工作面無風、瓦斯?jié)舛瘸迺r，由于風電瓦斯閉鎖裝置的作用，切斷工作面QC83-80開關電源(或煤電鉆綜合保護開關127V電源)，整個工作面沒電，因發(fā)爆器接在QC83-80開關上，所以發(fā)爆器也沒有電，實現(xiàn)了發(fā)爆器與風、電、瓦斯閉鎖。從而消除了違章放炮引起的瓦斯爆炸事故，由于電壓穩(wěn)定可以安裝放炮線回路的檢測電路，使發(fā)爆器在短路、斷路虛接時閉鎖，事故排除后才能放炮。杜絕了因放炮線回路、短路、斷路、虛接時放炮產生火花引起的瓦斯爆炸。由于不采用電池供電，所以節(jié)約了資金，并且不用人員上下攜帶，節(jié)約了人力，有很大的經濟利益和社會效益。
由于防爆接線盒、航空接頭、發(fā)爆器除電源以外的其他部分均為已有技術，故不詳述。
權利要求1.一種本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源，所述的電源置于防爆接線盒內，并通過三個接線端與外界相聯(lián)，其特征在于一個接線端為36V或127V交流電壓輸入端，其余兩個接線端分別為12V直流電壓輸出端和10V交流電壓輸出端；防爆接線盒內的電源電路由一個變壓器、2個限流電阻、6個5W12V的穩(wěn)壓二極管、4個5W10V的穩(wěn)壓二極管、一個C50uF的電解電容和一個整流橋組成；其中由交流電壓輸入端輸入的電壓經變壓器變壓后輸出10V和12V兩個交流電壓；輸出的12V交流電壓與一個限流電阻串聯(lián)后，并聯(lián)兩兩負極串聯(lián)的4個5W12V穩(wěn)壓二極管和所述的整流橋，經整流橋輸出的12V的直流電壓與所述的電容、2個5W12V的穩(wěn)壓二極管依次并聯(lián)后形成12V直流電壓輸出端；將12V的直流電壓通過航空接頭、電纜輸入直流發(fā)爆器內，與其中兩個5W12V的二極管、電源線圈并聯(lián)；輸出的10V交流電壓與另一個限流電阻串聯(lián)后，并聯(lián)兩兩負極串聯(lián)的4個5W10V穩(wěn)壓二極管，形成10V交流電壓輸出端，將10V的交流電壓通過航空接頭、電纜輸入交流發(fā)爆器內，與其中4個5W10V兩兩負極串聯(lián)的二極管、兩個電源線圈并聯(lián)。
專利摘要一種本安直流、交流兩用發(fā)爆器電源，電源置于防爆接線盒內，并通過三個接線端與外界相聯(lián)，其特征在于一個接線端為36V或127V交流電壓輸入端，其余兩個接線端分別為12V直流電壓輸出端和10V交流電壓輸出端；防爆接線盒內的電源電路由變壓器二次12V與限流電阻、穩(wěn)壓二極管、整流橋、電容、穩(wěn)壓二極管、航空接頭、電纜、直流發(fā)爆器等依次電連接，輸出本安直流發(fā)爆器電源12V；變壓器二次10V與限流電阻、穩(wěn)壓二極管、航空接頭、電纜、交流發(fā)爆器等依次電連接，輸出本安交流發(fā)爆器電源10V。以上電源使原直流發(fā)爆器取消電池做電源，使原交流發(fā)爆器電源變成本安交流電源，實現(xiàn)了發(fā)爆器與風、電、瓦斯閉鎖，降低了成本，保證了安全。
文檔編號G05F3/18GK2692913SQ0326300
公開日2005年4月13日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權日2003年9月29日
發(fā)明者周慶, 周玉峰 申請人:周慶, 周玉峰