本安设计计算书.pdf

1本质安全型先导电路

隔爆兼本质安全型磁力起动器微机保护系统的传统先导电路，由于存在自

起动和本安性能差等缺点，使得保护系统运行并不理想。通过反复实验—从本

安变压器及本安电源电压的选择到各个电子元器件的确定，参考有关文献设计

了适用于矿用隔爆兼本安型磁力起动器微机保护系统的本安先导电路，如图1

所示。

图1本质安全先导电路

Fig.1Intrinsicallysafepilotcircuit

图中本安先导电路由两部分组成，其中上半部分为本安先导信号产生电路，

下半部分为先导信号处理电路。本安先导信号产生电路中T为先导电源变压

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器，它将220V交流转换为本安电路所要求的电压，FU为变压器二次测回路中

的熔断器，SA、SB分别为远方启动和停止按钮，VD为远控二极管，R、R、

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R为信号取样电阻，k、k、k为远控按钮的连接端子，KM为主电路接触器

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的常开辅助触点，作先导电路的自保接点。

隔爆兼本安型电磁起动器控制信号的先导电路使用的是外接电源，外接电

源必需经过隔离变压器与煤矿井下电网连接。向安全火花电路供电的隔离变压

器，要求原绕组与向安全火花型电路供电的副绕组之间，需设有铜质接地屏蔽

层，屏蔽层的厚度应不小于0.1mm。屏蔽层的引出端子需与原绕组引出线端子

放在同一侧。变压器的铁芯及屏蔽层必须可靠接地，才能起到与电网的隔离作

用。原绕组与向安全火花电路供电副绕组的引出端子要分布在变压器的两侧。

设计安全火花型电路的电源，应考虑最严重的故障情况，即电源的短路电流不

应超过安全火花电流允许值。电源的短路电流值应按最大可能出现的电源电压

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计算，外接电源变压器电压应按高于电网额定电压值10%计算。由上图电路可

以看出，尽管电路负载是电阻性负载，但电路电源经半波整流后，电源常含有

电感成份，特别是对于低压输出的变压器，还存在漏电感。因此，在设计变压

器时结构必须紧凑，原、副绕组绕在同一芯柱并密绕，选用磁阻小的铁芯材料，

这样漏电感就大为减小。本文中的变压器采用带绕式C型铁心，双包密绕、双

层屏蔽，这样漏电感可以忽略，认为先导电路为电阻性电路。

本安电源变压器原边电压为220V,它由主回路电源电压1140V/660V变换

而来，该变压器经过两级隔离，更好地符合了本安电源的要求。由于本安先导

信号产生电路仅提供一个反映存在先导信号的直流电压降，在满足电压降的基

础上，不需要考虑电源输出功率，所以很容易限制远控电缆流过的电流。在确

定电源电压之前先考虑因远控电缆k-b段发生接地故障时的情况，此时12V

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直流电源经R接地，这种情况下电路为一个简单的电阻性电路，查图可知对应

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12V电源电压最小引爆电流i为4.5A左右。以4.2A考虑，按i等级计算，

minib

由式（1）可得设计最大允许电流i为2.8A。为了防止大电流常时接地产生热

max

效应，我们按允许电流为12~25mA设计,由此可知电阻R的取值范围为470

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Ω~1000Ω。运算放大器电源电压为直流12