CN102856137B - 一种低压智能双电源转换开关 - Google Patents

Abstract

一种低压智能双电源转换开关，它的开关盖上设有主、辅电源及负载电源接线端口、红、绿指示灯、液晶显示屏、通讯插口和各种按键，它的开关座左腔室内装有四只驱动储能电容器和采样电路板，采样电路板上装有主、辅充电模块，主、辅自投电压互感器，三只电压互感器，开关座右腔室内装有备用电容器和控制电路板，控制电路板上装有主、辅电源模块，主、辅处理器，开关座中间腔室内装有四个分别控制A、B、C、N相电源的真空电磁驱动转换开关，该开关上有主、辅电源引入接线端和负载电源引出套。本发明为实现数字化信号采集、处理、控制和通讯功能的全面智能化提供了一种可实际应用的载体，且体积小，结构紧凑，使用与安装都方便。

Description

一种低压智能双电源转换开关

技术领域

本实用新型涉及一种低电压电网上用于双电源自动切换的开关装置，尤其是具有数字化信号采集、处理能力的实现双电源智能化转换的开关装置，为自动转换开关电器ATSE的PC级，属于低压电气设备领域。

背景技术

当前我们国家提出了发展智能化电网的概念，其中也包括低压电网的智能化，而低压电网的智能化也包括双电源转换开关的智能化。自动转换开关的智能化必须同时具有全面的信息感知能力、智能化控制能力、远方通讯能力以及大电流承载和分断能力。目前，我国正朝着这一方向前进，各大专业低压电器厂家和科研院所做了许多创新工作，如深圳泰永科技有限公司的TBBQ系列、沈阳斯沃电器有限公司的SIWOQ系列、常熟开关制造有限公司的CAP系列等电器产品，所有这些产品都还属于低压智能转换开关的初级阶段，仅具有一般的双电源转换功能，不具有数字信号采集功能、智能化控制功能和可靠的双向通讯功能。且这些转换开关都还停留在机械的操作方式上，还使用基于电磁驱动或电机储能驱动的操作方式。因此从使用、控制、通讯等功能上看，这些产品都未能取得实质的突破和创新，还不具有真正意义上的智能控制，此类自动转换开关还不能称之为智能化转换开关。另外，当前市面上使用的低压智能或非智能转换开关还普遍存在以下几个方面的不足。

1、转换开关的信号采集未能实现数字化，信号处理和控制未能采用数字化专用处理器。通讯未采用标准的现场总线通讯方式。

2、转换开关的转换驱动靠相应的电磁驱动器或电机储能机构驱动完成，结构复杂、效率低、可靠性差，转换时间长。

3、操作方式为机械方式，没有考虑驱动器与高效熄弧的一体化设计，没有考虑驱动器的数字化控制。

4、转换开关动作或异常时，不能及时发出声、光、文字等报警信息。

5、不能自我整断运行状况是否良好，不能在线监测主电路的运行情况。

6、控制方式为就地，绝多数转换开关只能现场手动控制实现转换，不具有远方或者遥控功能，仅有少数转换开关有通讯功能，能实现远方转换位置的操作，但相互交流的信息极为有限。

7、遥控、遥信、遥测、遥调等功能不完善，转换开关虽实现了部分参数的自由设置，但只能就地通过机械的方式设置完成。

8、转换开关能承载的大电流有限，未采用高效的灭弧介质和可靠高效的驱动机构。

发明内容

本实用新型目的是提供一种低压智能双电源转换开关，即为实现数字化信号采集、处理、控制和通讯功能的全面智能化提供一种可实际应用的载体，且体积小、结构紧凑，使用与安装都很方便。

技术方案是包括塑料制作的开关盖和开关座，开关盖左上部设有四个主电源接线端口及红色主电源指示灯，开关盖右上部设有四个辅电源接线端口及绿色辅电源指示灯，开关盖中部设有红色主触头指示灯、绿色辅触头指示灯、转换控制按键、液晶显示屏、按键矩阵、返回按键和复归按键；开关盖下部中间设有负载电源接线端口，开关盖中、下部之间有下凹的通讯线路通槽，通讯线路通槽右端设有I、II号通讯插口；开关盖背面的右边装有显示电路板和通讯电路板，显示电路板背面有显示连接插头，通讯电路板上设有I、II号通讯插座；开关座的左腔室内装有四只驱动储能电容器和采样电路板，采样电路板上装有主、辅充电模块、主、辅自投电压互感器、A、B、C相电压互感器及连线用的引入插座、引出插座；开关座的右腔室内装有电容器和控制电路板，控制电路板上装有主、辅电源模块、主、辅处理器、显示连接插座、通讯连接插座及驱动电源引入、引出插座；开关座的中间腔室内装有四个分别控制A、B、C、N相电源的真空电磁驱动转换开关；

所述的真空电磁驱动转换开关结构如下：线圈架上绕制有线圈，线圈架内套有真空瓷管，真空瓷管内腔里装有软磁纯铁制作的铁芯，铁芯中心孔内套有铜制的轴杆，轴杆左端固装有I号永磁铁和左动触头，轴杆右端固装有II号永磁铁、过渡套和右动触头，I号永磁铁的磁极为轴向SN分布，II号永磁铁的磁极则相反，为轴向NS分布；真空瓷管左端钎焊有左端盖，左静触头与左端盖之间焊接有波纹管，左端盖上设有主电源引入接线端；真空瓷管右端依次钎焊有负载电源引出套、隔离瓷管和右端盖，右静触头与右端盖之间焊接有波纹管，右端盖上设有辅电源引入接线端；过渡套两侧均有软导线连接负载电源引出套；左、右端盖的中心螺孔内均旋装有断路器专用液压缓冲器；线圈架上部左、右边分别装有霍尔传感器；A、B、C、N相主电源接线端口分别通过导线连接四个真空电磁驱动转换开关的主电源引入接线端，A、B、C、N相辅电源接线端口分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关的辅电源引入接线端，A、B、C、N相负载电源接线端口分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关的负载电源引出套上的接线端。

本实用新型开关盖的中间位置设有两级凸台，开关盖基础平面上方，左边设有主电源接线端口，上方右边设有辅电源接线端口，分别用来连接主、辅电源连线；下方的中间设有负载电源接线端口，用来连接负载电源连线；下方靠第一线凸台的基础平面设有通讯线路通槽，通槽的右端设有I号通讯插口和II号通讯插口，用来与外界建立通讯联系。第一级凸台上方左右两边主、辅电源接线端口对应的位置，分别设有红色主电源指示灯、绿色辅电源指示灯，用来指示主、辅电源电路中是否有电，指示灯亮则表示有电，不亮则表示无电。第二级凸台从左至右设有红色主触头指示灯、转换控制按键、绿色辅触头指示灯、液晶显示屏、按键矩阵、返回按键、复归按键；红色主触头指示灯用来指示开关主触头的分合闸状态，红灯亮则表示主触头已合上，为用户负载提供电源的是主电源，不亮则表示主触头已分开；控制按键用来现场执行开关的转换操作，为开关转换提供触发信号；绿色辅触头指示灯用来指示开关辅触头的分合闸状态，绿灯亮则表示辅触头已合上，为用户负载提供电源的是辅电源，不亮则表示辅触头已分开；液晶显示屏、按键矩阵，返回按键，复归按键用来实现人与机器的对话功能，完成查询信息、设置参数、现场维护等工作。开关盖背面的右边，与显示屏和按键矩阵对应的位置设有显示电路板，显示电路板用螺丝固定在开关盖上，显示电路板左端背面设有显示连接插头，显示连接插头用来与控制电路板建立通讯联系，显示电路板往下设有通讯电路板，通讯电路板用螺丝固定在开关盖上，通讯电路板上设有I、II号通讯接插座，通讯接插座用来与外界建立通讯联系，通讯电路板中间设有通讯连接口，通讯连接口用来与控制电路板建立通讯联系。

开关座为本实用新型的核心部分，分为上下两层，上层有左、右腔室和中间腔室，分别安装相关的电路和器件，下层用来布置主、辅电源的引进导线和负载电源的引出导线。开关座的左腔室内布置有采样电路板，采样电路板通过螺丝固定在左腔器室底板上，采样电路板上方设有主、辅充电模块，用来为四相真空电磁驱动转换开关的四个储能电容器提供电能；采样电路板左边设有主、辅自投电压互感器，用来采集主、辅电源侧电压的参数供处理器使用，作为开关实现转化的重要依据；采样电路板中间设有负载侧A、B、C三相电压互感器，用来采集负载侧电压的参数供处理器使用；采样电路板右边设有引入、引出插座，引入插座用来输入一次电源信号，引出插座用来输出传感器信号；左腔室下方设有A、B、C、N四相真空电磁驱动转换开关的驱动储能电容器，用来储存驱动能量。开关座的中间腔室内横向水平方向设有四个长方形小室，小室内从上至下设有N、C、B、A四个真空电磁驱动转换开关，真空电磁驱动转换开关是整个开关的核心部件，用来执行主、辅电源之间的转换操作；每个真空电磁驱动转换开关旁还设有温度传感器；开关座的右腔室内设有控制电路板，控制电路板用螺丝固定在右腔室底板上，控制电路板上边设有主、辅电源模块，主、辅电源模块共同为控制电路提供不间断电源；控制电路板左边设有三个插座，上为驱动电源引入插座，将分别来自四个储能电容电源的电能引入控制电路板，中间是驱动电源引出插座，用来驱动真空电磁驱动转换开关，下为显示连接插座，用来与显示电路板建立通讯联系；控制电路板中间设有主、辅数字处理器，主处理器用来完成智能控制和信号采集，辅处理器用来完成通讯、人机对话、操作、显示等功能；控制电路板下边设有一组通讯连接插座，用来与通讯电路板建立通讯联系；控制电路板还设有A、B、C、N四相真空电磁开关驱动模块，用来驱动真空电磁开关动作实现双电源的转换。控制电路板下方设有一组备用储能电容器，用来为控制电路板提供一定时间后备延时电源。

真空电磁驱动转换开关是本实用新型的核心执行部件，是在201020173157.1号实用新型专利中介绍的电磁驱动器通用平台上改进而来的，并根据自动转换开关PC级要求而进行了下列改进。改进1：增加了左、右端盖的轴向长度；左、右静触头分别经波纹管固定在左、右端盖内部，在左、右端盖中心孔内车有螺纹，螺孔内旋装有断路器专用液压缓冲器(德国Compact公司出品，型号为WSK-M0.5)。作出上述改进的原因是，因为随着真空电磁驱动转换开关速度和功率的增大，要求动触头的运动速度和触头间的压力也相应加大，从而使得左端动触头、左永磁铁、右永磁铁、右端动触头、轴杆、过渡段等部件的运动速度增加，惯性增大，同时伴随着左、右永磁铁体积和截面的增大而磁力也相应增大。在转换操作时，致使左、右动触头与静触头的碰撞严重，致使左、右永磁铁与铁芯的碰撞严重，并且高性能永磁铁机械强度较差，性脆易碎，另外对真空电磁驱动转换开关左、右端盖也造成很大的直接冲击，因此在真空电磁驱动转换开关的两端采用进口专用断路器液压缓冲器进行缓冲，将转换操作时的剧烈冲击能量缓冲掉，使轴向的机械动能转化成液体的压缩能释放，从而避免永磁铁与铁芯的直接碰撞，提高电磁开关的使用寿命和可靠性，以及改善其震动和噪音水平。又由于电磁开关内部是真空的，并且液压缓冲器不可能和端盖一起焊接，因此在端盖和静触头之间设计了一隔离和连接用波纹管，波纹管与静触头、端盖一起焊接成型，液压缓冲器则在后期旋装到端盖中心螺孔内。改进2：为使真空电磁驱动转换开关具有PC级ATSE开关的2个工作位置的功能，将原来普通开关“一进一出”两个电源极，改成“两进一出”三个电源极，即真空电磁驱动转换开关左边的引入端为主电源引入接线端，右边的引入端为辅电源引入接线端，中间的引出端为负载电源引出套。由真空电磁驱动转换开关左边的主引入端与中间的负载电源引出端，组成智能双电源转换开关的常用电源位置。由真空电磁驱动转换开关右边的辅引入端与中间的负载电源引出端，组成智能双电源转换开关的备用电源位置。因此在原真空电磁驱动开关的II号永磁铁与右动触头中间增设过渡套，在真空瓷管与右端盖之间增设负载电源引出套和隔离瓷管，在真空管内，过渡套与负载电源引出套之间通过软铜线连接，达到增设输出电极之目的。不管真空电磁驱动转换开关工作在常用电源位置还是备用电源位置，负载电源引出套都能可靠地输出电源。改进3：真空电磁驱动转换开关的两端盖的正下方设有一平台，平台左右两边垂直于液压缓冲器的位置设有两个螺丝口，用于固定真空电磁驱动转换开关的主、辅电源引入接线端。改进4：将霍尔传感器壳套与线圈架进行了组合，合并到一起便于传感器的安装和定位。

本实用新型的控制电路以主、辅两个数字处理器MCU₁、MCU₂为核心。主处理器MCU1负责检测、控制、驱动；辅助处理器MCU₂负责人机对话、通讯、操作、显示。主处理器MCU₁内部配有程序、通讯、AD转换、数据存储器单元，外部配有主、辅两套电容器充电单元，4组由电压驱动、IGBT功率管、储能电容、真空电磁驱动转换开关组成的驱动单元，电源侧主、辅两套自投电压信号采集单元，负载侧三相电压信号采集单元，以及由四路温度传感器构成的测温单元。整个控制电路由主、辅两个电源模块提供5V、15V电源；正常情况下由主电源模块供电，同时启动继电器J₁，利用功率继电器的常闭接点J_1-1将辅助电源模块断开，辅助电源模块备用。当主电源模块断电后，功率继电器J₁失电，常闭接点J_1-1自动闭合将辅助电源模块投入运行，中间短时间的断电由C₁备用电容器提供电能，确保整个电路的连续不断电。为了给A、B、C、N相四个驱动储能电容器可靠充电，同样设计了两个充电回路，正常情况下主充电模块经限流电阻R₁和IGBT管Q₁向4个储能电容器充电，充电过程受MCU₁处理器控制，同时主充电模块又将充电电压反馈给MCU₁处理器；当主电源模块断电后，MCU₁处理器控制IGBT管Q₁断开，同时控制辅充电模块IGBT管Q₂导通，经过电阻R₂向四个储能电容器充电，辅充电模块也将充电电压反馈给MCU₁处理器，确保驱动储能电容器始终在充电状态。四组电压驱动单元受MCU₁控制，MCU₁通过检测主、辅充电模块的反馈电压、设定的转换速度和真空永磁驱动转换开关所能承受的最大转换速度等因素，来控制电压驱动的脉冲波形；若脉冲波形越宽，储能电容器向电感线圈释放的能量越多，电感线圈建立的电磁场强度越大，驱动真空电磁驱动转换开关内永磁铁运动的速度就越快；若脉冲波形越窄，储能电容器向电感线圈释放的能量越少，电感线圈建立的电磁场强度越小，驱动真空永磁转换开关内永磁铁运动的速度就越慢，以此来实现对真空电磁驱动转换开关驱动速度的控制。四相真空电磁驱动转换开关和驱动系统是分别设计的，当有转换控制信号输入MCU₁处理时，MCU₁处理器以非常快的速度同时驱动A、B、C、N相四个真空电磁驱动转换开关，实现真空电磁驱动转换开关由主电源位置到辅电源位置的转换，或由辅电源位置到主电源位置的转换。

直接输入MCU₁的信号部分包括：负载侧三相电压互感器，主、辅充电模块反馈电压，主、辅自投电压互感器，温度传感器等信号。负载侧电压互感器用来采集电路中的电压数据，供MCU₁计算处理，作为智能双电源转换开关的启动条件，如失压、欠压、过压、断相、频率偏差等信号，也作为判别真空电磁驱动转换开关四相开关是否可靠转换到位的判据之一；主、辅充电模块反馈电压用来采集储能电容器的电压参数，供CMU₁计算处理，为实现快速转换提供基础数据，根据储能电容的电压、设定速度和转换开关可承受的速度等因素来综合确定驱动波形的宽窄度，最终实现智能双电源转换开关的快速转换；主、辅自投电压互感器用来采集电源侧电路中的电压数据，供MCU₁计算处理，为实现智能双电源转换开关的自动可靠转换提供依据；温度传感器用来采集真空电磁驱动转换开关外部空间的温度参数，供MCU₁计算处理，直接检测出真空电磁驱动转换开关本体的的工作温度，间接检测真空电磁转换开关内部的温度，作为智能双电源转换开关的故障报警信号的依据。所有信号在输入MCU₁前都必须经过整形和滤波，便于主处理器采集和使用。MCU₁先将模拟信号转换为数字信号，接着根据预定程序要求计算，并将计算的结果存入存储器中，然后按照程序预定的逻辑关系把存储值与整定值比较，如果满足逻辑关系设置的各项条件，处理器则输出一组电平信号，此信号经过功率放大，用以驱动真空电磁驱动转换开关执行转换操作。如果不能满足逻辑关系设置的各项条件，则主处理器的工作程序会返回到采集输入信号状态，重新计算下一时间段采集的数据，然后再作逻辑分析判断，如此周而复始，从不间断。

辅处理器MCU₂负责人机对话、通讯、操作、显示等。其内部配有程序、通讯、AD转换、数据存储器单元，外部配有CAN总线单元、显示及按键单元、控制及指示单元、霍尔位置传感器采集单元。8个位于真空电磁驱动转换开关永磁铁上方位置的霍尔传感器，输出8路霍尔信号，经整形和滤波后，输入MCU₂内设AD转换单元，接着根据预定程序要求计算，并将计算的结果存入存储器中，与标准值比较，以判定真空电磁驱动转换开关内触头的实际位置和转换速度，为实现智能双电源转换开关可靠的状态指示提供机械式判断依据，同时在线监测断路器触头的转换速度。CAN总线单元用来与外面建立可靠的总线通讯联系。显示及操作单元用来进行人机对话，查看各种故障信息以及修改各种参数。控制及指示单元，现场用来执行智能双电源转换开关的转换操作，指示灯用来指示智能双电源转换开关的主、辅触头实际状态，以及主辅电源的带电情况。

本实用新型所有的故障信息、异常情况、转换参数、控制字投退等，都能够就地或者远方查看、修改和确认，就地通过人机对话单元的显示界面和按键操作配合，可以很方便地查询到所有故障信息、异常情况、转换参数、控制字投退等信息，并修改和确认这些信息。在异地通过CAN总线建立通讯联络，使用有人机交互界面的中间控制装置和PC机自由设置各种参数，以及查询智能双电源转换开关发出的文字报警信息。

输出电路包括：主、辅充电模块控制电路，受MCU1处理器发出的信号指令控制，控制充电模块中的IGBT功率管Q₁、Q₂的通断，实现主、辅充电模块的有序供电，并使主、辅电源互为备投电源，转换操作时实现电容器与充电模块的隔离。真空电磁驱动转换开关驱动电路，由MCU₁提供驱动信号，启动4路电压驱动器，再启动由IGBT功率管器件组成的直流换向驱动电路，并最终驱动4个真空电磁驱动转换开关内部的触头运动，实现真空电磁驱动转换开关的转换操作，使转换开关由主电源供电切换到辅电源供电，或由辅电源供电切换到主电源供电，驱动操作的能量由4个储能电容器提供。指示灯驱动电路由MCU₁向MCU₂提供常位、备用位的触头位置信号，MCU₂再结合8个霍尔传感器提供的机械式位置信号，判定智能双电源转换开关的常用位、备用位的实际状态，驱动LED红、绿指示灯来显示智能双电源转换开关工作在常用位还是备用位，红灯亮表示转换开关工作在常用位，绿灯亮表示转换开关工作在备用位。还有MCU₁通过主、辅自投互感器提供的信号，判定主、辅电源是否带电，向MCU₂提供指示信号，MCU₂驱动LED红、绿指示灯来显示主、辅电源的带电情况，红灯亮表示主电源带电，不亮则无电，绿灯亮表示辅电源带电，不亮则无电。不管智能双电源转换开关工作在常用位还是备用位，转换开关发生自动转换操作或发生故障时，主触头或辅触头指示灯不停地闪亮，表示智能双电源转换开关执行自动转换操作时有故障情况，即向用户提示智能双电源转换开关有异常情况需要处理或确认。用户就地通过转换开关人机对话界面可以查看自动转换时间、原因等信息，也可以查看故障内容、性质、时间等信息，查看后按下复归按键将信号复归，指示灯停止闪亮。远方同样可以查看自动转换时间、原因等信息和内容、性质、时间等信息，通过执行复归图标操作来复归信号。通讯驱动电路由MCU₂驱动CAN总线控制器与上级控制装置或PC机进行双向通讯联系。

智能双电源转换开关的信号转换、控制、通讯等程序，固化在MCU₁和MCU₂的处理器芯片中，以便于完成各项控制、驱动、通讯功能，全面实现智能双电源转换开关的数字化、智能化。

与已有技术相比，本实用新型的特点如下：

1、转换开关全面满足智能化的四大基本要素，即全面可靠的信息感知平台；快速强大的数据处理平台；高效精确的操作执行平台；可靠稳定的异地通讯平台。

2、转换开关全面实现数字化控制功能，控制功能强大完备，设有包括失压、欠压、过压、断相、频率偏差等自动转换功能，所有转换条件的投入或退出均可自由设置。

3、转换开关操作电子化、操作简单、高效、精确，转换速度可以任意设置和调节。

4、转换开关基于四个优异的单相真空电磁驱动转换开关平台，实现了单相独立设计和单相独立驱动控制功能。

5、转换开关操作方便、简单、可靠，工作位置识别清晰明了，具有遥控、遥信、遥测、遥调功能。

6、转换开关具有自我诊断功能，能定时检测控制、驱动、电源、通讯等电路是否良好，能定时检测真空电磁驱动转换开关的工作温度，以及转换开关内部的工作情况。

7、转换开关全面实现无接点设计，优化整体综合性能。

8、转换开关实现了标准化、模块化、通用化设计。

总之，本实用新型是真正实现了数字化转换操作、自动化控制和通讯功能的全智能化开关电器。

附图说明

图1是低压智能双电源转换开关三维外观图

图2是低压智能双电源转换开关三维分解图

图3是低压智能双电源转换开关三维背面分解图

图4是真空电磁驱动转换开关三维截面图

图5是真空电磁驱动转换开关三维分解图

图6是低压智能双电源转换开关电路框图

图7是低压智能双电源转换开关电容器充电电路图

图8是低压智能双电源转换开关主辅电源转换电路图

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型包括塑料制作的开关9和开关座7，开关盖9左上部设有四个主电源接线端口12及红色主电源指示灯10，开关盖9右上部设有四个辅电源接线端口15及绿色辅电源指示灯11；开关盖9中部设有红色主触头指示灯11、绿色辅触头指示灯4、转换控制按键5、液晶显示屏3、按键矩阵1、返回按键13和复归按键2；开关盖9下部中间设有负载电源接线端口6，开关盖中、下部之间有下凹的通讯线路通槽21，通讯线路通槽21右端设有I、II号通讯插口16、17；开关盖9背面的右边装有显示电路板24和通讯电路板26，显示电路板24背面有显示连接插头28，通讯电路板26上设有I、II号通讯插座25、27；开关座7的左腔30内装有四只驱动储能电容器29和采样电路板34，采样电路板34上装有主、辅充电模块38、39、主、辅自投电压互感器36、35，A、B、C相电压互感器37、33、32及连线用的引入插座42、引出插座43；开关座7的右腔室20内装有备用电容器C₁和控制电路板19，控制电路板19上装有主、辅电源模块U₁、U₂，主、辅处理器47、48，显示连接插座46、通讯连接插座18及驱动电源引入、引出插座44、45；开关座7的中间腔室22内装有四个分别控制A、B、C、N相电源的真空电磁驱动转换开关8；

如图4、图5所示，所述的真空电磁驱动转换开关8结构如下：线圈架81上绕制有线圈82，线圈架81内套有真空瓷管83，真空瓷管83内腔里装有软磁纯铁制作的铁芯85，铁芯85中心孔内套有铜制的轴杆84，轴杆84左端固装有I号永磁铁86和左动触头87，轴杆84右端固装有II号永磁铁88、过渡套80和右动触头89，I号永磁铁86的磁极为轴向SN分布，II号永磁铁88的磁极则相反，为轴向NS分布；真空瓷管83左端钎焊有左端盖90，左静触头92与左端盖90之间焊接有波纹管91，左端盖90上设有主电源引入接线端94；真空瓷管83右端依次钎焊有负载电源引出套95、隔离瓷管96和右端盖97，右静触头98与右端盖97之间焊接有波纹管91，右端盖97上设有辅电源引入接线端99；过渡套80两侧均有软导线100连接负载电源引出套95；左、右端盖90、97的中心螺孔内均旋装有型号为WSK-M0.5的断路器专用液压缓冲器93；线圈架81左、右边分别装有霍尔传感器101；A、B、C、N相主电源接线端口12分别通过导线连接四个真空电磁驱动转换开关8的主电源引入接线端94，A、B、C、N相辅电源接线端口15分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关8的辅电源引入接线端99，A、B、C、N相负载电源接线端口6分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关8的负载电源引出套95上的接线端。

为了便于主、辅电源引入导线和负载电源引出导线的安装，本实用新型开关座的背面为异型沟槽结构，即如图3所示，开关座7背面有四条主电源导线引入槽49及位于槽内端的供主电源引入接线端94插入用的插入固定孔50，有四条辅电源导线引入槽55及位于槽内端的供辅电源引入接线端99插入用的插入固定孔56，有四条负载电源导线引出槽51及位于槽内端的供负载电源引出套95接线端插入用的插入孔52，此外，开关座7背面设有底盖板31。

本实施例的工作流程如下：

当低压智能双电源转换开关安装到位，并确认转换开关的主、辅电源均已连接好以后，可以给转换开关充电试动行。首先主电源模块U₁启动工作，为各部分控制电路提供电源，同时不管辅电源是否带电，功率继电器J₁都将辅电源模块U₂断开，系统由主电源模块U₁供电。MCU₁(主处理器47)和MCU₂(辅处理器48)得电后启动并自检，点亮相应电源指示灯和触头指示灯，智能转换开关红色主电源指示灯亮，说明主电源已经送到主电源接线端口，指示灯不亮则无电。若智能转换开关红色主触头指示灯闪亮，绿色辅触头指示灯熄灭，说明智能转换开关工作在主电源位置。此时智能转换开关尚处在自检状态，检查各个硬件电路，MCU₁检查主、辅充电模块和充电电压是否正常，检查4路驱动电路及驱动线圈是否正常，检查三相电压互感器及信号是否正常，检查主辅自投电压互感器及信号是否正常，检查温度传感器及信号是否正常。MCU₂得电后也自检，检测人机对话系统、通讯系统、控制系统等功能是否正常，检测8路霍尔传感器工作是否正常，传感器位置与转换开关位置是否对应一致。当MCU₁、MCU₂处理器完成各项检测并确认正常后，智能转换开关红色主触头指示灯停止闪亮，进入正常工作模式。在检测过程中间智能转换开关不能实现转换操作，检测时间约为3秒钟，如果检测不正常，红色主触头指示灯继续闪亮，检测时间超过3秒种，提示现场安装人员：智能转换开关有故障或异常需要处理，智能转换开关暂不能实现转换操作。

智能转换开关进入正常工作模式后，就地操作转换控制按键，或从远方控制器中发出指令执行转换操作，MCU₂处理器接到转换指令后，立即向MCU₁处理器发出转换控制信号，启动4组电压驱动器，再驱动4只IGBT功率管按转换到备用电源位置的极性要求，向电感线圈充电，驱动真空电磁驱动转换开关内部的动触头向相反方向运动，以适合的转换速度驱动4只分立的真空电磁驱动转换开关同时执行转换操作，实现智能转换开关由主电源位置到辅电源位置的转换操作。此时，红灯熄灭，绿灯闪亮。智能转换开关进入由辅电源供电的工作状态。与之同时，MCU₁、MCU₂处理器执行一系列的检测任务：检查主、辅充电模块和充电电压是否正常，检查4路驱动电路及驱动线圈是否正常，检查三相电压互感器及信号是否正常，检查主、辅自投电压互感器及信号是否正常，检查温度传感器及信号是否正常。MCU₂开始检测人机对话系统、通讯系统、控制系统等功能是否正常，检测8路霍尔传感器信号是否正常，综合三相电压互感器信号，确认智能转换开关的4极已同时转换到位；检测智能转换开关转换的速度符合要求，检测4相真空电磁驱动转换开关的动作一致；所有这些检测完成后，确认智能转换开关状态良好，绿色辅电源指示灯停止闪亮，进入正常运行状态。智能转换开关在非首次的自检过程中将优先执行转换操作指令。

就地操作转换控制按键，或从远方控制器中发出指令执行转换操作，智能转换开关又切换到主电源供电的状态。

当主电源出现失压、欠压、过压、断相、频率偏差等故障时，同时MCU₁处理器又检测到辅自投电压互感器有电，智能转换开关立即自动执行转换操作，将有异常的主电源切除，投入无异常的辅电源。但是当MCU₁处理器检测到辅自投电压互感器无电时，智能转换开关不会执行转换操作。如果辅电源是由发电系统供电时，智能转换开关则通过总线通讯系统发出信号，自动启动发电机组，智能转换开关检测到发电机组送出的电压后，经过一定时间的延时后，以正常的方式切换到辅电源上，延时时间可以根据现场实际情况确定整定。

当主电源恢复正常后，MCU₁处理器检测到主自投电压互感器有电，智能转换开关自动转换到主电源上，发电机组辅电源则备用。经过一定时间的延时，确认主电源运行正常后，智能转换开关通过总线通讯系统发出信号，自动停止发电机组的运行。

在本实施例中，四个储能电容器29分别是Ca、Cb、Cc、Cn，它们的充电方式如图7所示，主充电模块38和辅充电模块39构成对称的充电电路，主充电模块38的整流桥D₁的输入端从主电源上接220V交流电源，整流桥D₁正输出端与IGBT功率管Q₁的漏极相连，Q₁的源极与限流电阻R₁首端相连，Q₁的栅极与电压驱动器IC₁输出端相连，IC₁输入端连接MCU₁主处理器47；分压电阻R₃、R₄、R₅串联后并联到整流桥D₁的两个输出端上，稳压二极管Z₅与分压电阻R₅并联。辅充电模块38的整流桥D₂的输入端从辅电源上接220V交流电源，整流桥D₂正输出端与IGBT功率管Q₂的漏极相连，Q₂的源极与限流电阻R₂首端相连，Q₂的栅极与电压驱动器IC₂输出端相连，IC₂输入端连接MCU1主处理器47；分压电阻R₆、R₇、R₈串联后并联到整流桥D₂的两个输出端上，稳压二极管Z₆与分压电阻R₈并联。限流电阻R₁的尾端与R₂的尾端相连接，整流桥D1和D₂的负输出端相连接，二极管Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别与储能电容Ca、Cb、Cc、Cn串联后再并联，由二极管Z₁、Z₂、Z₃、Z₄和电容Ca、Cb、Cc、Cn构成的并联电路一端连接R1的尾端、另一端连接D1的负输出端，向MCU1提供充电模块的采样电压。

当主电源带电时，整流桥D₁工作，准备向电容器组Ca、Cb、Cc、Cn充电，同时将充电电压反馈给MCU₁，如反馈电压正常，MCU₁主处理器启动电压驱动器IC₁，电压驱动器IC₁驱动IGBT功率管Q₁导通，电源经限流电阻R₁向储能电容器组Ca、Cb、Cc、Cn充电。充电时间比较短，一般不超过3秒。当储能电容器充满后，整流桥D₁和功率管Q₁处常充状态。电容器组Ca、Cb、Cc、Cn电压参数通过取样电路反馈给MCU₁处理器，取样电路电压为3V，最高不超过5V，作为确定分合闸速度的依据之一。当辅电源也有电时，整流桥D₂工作，准备向电容器组Ca、Cb、Cc、Cn充电，同时将充电电压反馈给MCU₁，但MCU₁主处理器不启动电压驱动器IC₂，使IGBT功率管Q₂截止，不向储能电容器组Ca、Cb、Cc、Cn充电，而作为电容器组Ca、Cb、Cc、Cn的备充电源。只有当主电源失压后，MCU1主处理器关闭电压驱动器IC₁，使IGBT功率管Q₁截止后，MCU1主处理器才启动电压驱动器IC₂。电压驱动器IC₂驱动IGBT功率管Q₂导通，辅充电模块39电源经限流电阻R₂向储能电容器组Ca、Cb、Cc、Cn充电。Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为单极性导通二级管，防止智能转换开关转换操作时各电容器相互间干扰。智能转换开关转换操作时IGBT功率管Q₁、Q₂均断开。

在本实施例中，主、辅电源模块的供电方式如图8所示，主电源模块U₁经过功率继电器J₂的J₂₁常闭接点从主电源上接220V交流电源，功率继电器J₁线圈两端分别连接主电源模块U₁正负输出端，电容C₁与J₁线圈并联，辅电源模块U₂经功率继电器J₁的常闭接点J₁₁从辅电源上接220V交流电源，辅电源模块U₂负输出端连接三极管Q₃发射板，Q₃集电极通过J₂线圈连接辅电源模块U₂正输出端，电阻R₄一端接Q₃基板，另一端接MCU1主处理器47，二极管Z₇、Z₈正极分别接主、辅电源模块U₁、U₂正输入端，二极管Z₇、Z₈负极都与C₁正极相连。二极管Z₇、Z₈负极为两个电源模块U₁、U₂共同的输出端。主、辅电源模块U₁、U₂在市面上有售，型号有PDFA05-S15N、FAS5-15-W等。

当主电源带电时，主电源模块U₁经过功率继电器常闭接点J₂₁充电运行，启动功率继电器J₁，使功率继电器J₁的常闭接点J₁₁打开，断开辅电源模块U₂，同时向备用电容器C₁充电。备用电容器C₁充满电后，主电源模块U₁向控制电路送电，使得整个控制系统的供电由主电源模块U₁承担。只有当主电源失压时，主电源模块U₁失电停止运行，功率继电器J₁释放，常闭接点J₁₁闭合，辅电源模块才充电运行，整个控制电路由辅电源模块41供电。中间短暂停电间隙的供电，由备用电容器C₁提供，使得整个控制电路不停电，与之同时，MCU₁驱动放大三极管Q₃，启动功率继电器J₂，使主充电模块U₁退出运行。当主电源又恢复时，MCU₁处理器通过主自投互感器和主充电模块的反馈电压，获知主电源恢复电压，但是MCU₁不会立即关闭放大三极管Q₃、退出功率继电器J₂、闭合J₂₁常闭接点而投入主电源模块。只有当主电源运行稳定后，经过一定时间的延时，MCU₁才会关闭放大三极管Q₃，使功率继电器J₂失电，常闭接点J₂₁闭合，主电源模块才会得电投入运行，同时退出辅电源模块U₂。还有，通过MCU₁对三极管Q₃和功率继电器J₂的控制，还可以防止主、辅电源模块因电源的不稳定而造成“跳跃”式充电，同时确保主电源模块U₁为智能转换开关的主供电源。

Claims (4)

1.一种低压智能双电源转换开关，其特征是包括塑料制作的开关盖(9)和开关座(7)，开关盖(9)左上部设有四个主电源接线端口(12)及红色主电源指示灯(10)，开关盖(9)右上部设有四个辅电源接线端口(15)及绿色辅电源指示灯(14)；开关盖(9)中部设有红色主触头指示灯(11)、绿色辅触头指示灯(4)、转换控制按键(5)、液晶显示屏(3)、按键矩阵(1)、返回按键(13)和复归按键(2)；开关盖(9)下部中间设有负载电源接线端口(6)，开关盖(9)中、下部之间有下凹的通讯线路通槽(21)，通讯线路通槽(21)右端设有I、II号通讯插口(16、17)；开关盖(9)背面的右边装有显示电路板(24)和通讯电路板(26)，显示电路板(24)背面有显示连接插头(28)，通讯电路板(26)上设有I、II号通讯插座(25、27)；开关座(7)的左腔室(30)内装有四只驱动储能电容器(29)和采样电路板(34)，采样电路板(34)上装有主、辅充电模块(38、39)、主、辅自投电压互感器(36、35)、A、B、C相电压互感器(37、33、32)及连线用的引入插座(42)、引出插座(43)；开关座(7)的右腔室(20)内装有备用电容器(C₁)和控制电路板(19)，控制电路板(19)上装有主、辅电源模块(U₁、U₂)、主、辅处理器(47、48)、显示连接插座(46)、通讯连接插座(18)及驱动电源引入、引出插座(44、45)；开关座(7)的中间腔室(22)内装有四个分别控制A、B、C、N相电源的真空电磁驱动转换开关(8)；

所述的真空电磁驱动转换开关(8)结构如下：线圈架(81)上绕制有线圈(82)、线圈架(81)内套有真空瓷管(83)，真空瓷管(83)内腔里装有软磁纯铁制作的铁芯(85)，铁芯(85)中心孔内套有铜制的轴杆(84)、轴杆(84)左端固装有I号永磁铁(86)和左动触头(87)，轴杆(84)右端固装有II号永磁铁(88)、过渡套(80)和右动触头(89)，I号永磁铁(86)的磁极为轴向SN分布，II号永磁铁(88)的磁极则相反，为轴向NS分布；真空瓷管(83)左端钎焊有左端盖(90)，左静触头(92)与左端盖(90)之间焊接有波纹管(91)，左端盖(90)上设有主电源引入接线端(94)；真空瓷管(83)右端依次钎焊有负载电源引出套(95)、隔离瓷管(96)和右端盖(97)，右静触头(98)与右端盖(97)之间焊接有波纹管(91)，右端盖(97)上设有辅电源引入接线端(99)；过渡套(80)两侧均有软导线(100)连接负载电源引出套(95)；左、右端盖(90、97)的中心螺孔内均旋装有断路器专用液压缓冲器(93)；线圈架(81)上部左、右边分别装有霍尔传感器(101)；A、B、C、N相主电源接线端口(12)分别通过导线连接四个真空电磁驱动转换开关(8)的主电源引入接线端(94)，A、B、C、N相辅电源接线端口(15)分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关(8)的辅电源引入接线端(99)，A、B、C、N相负载电源接线端口(6)分别通过导线连接相应的真空电磁驱动转换开关(8)的负载电源引出套(95)上的接线端。

2.根据权利要求1所述的低压智能双电源转换开关，其特征是开关座(7)背面有四条主电源导线引入槽(49)及位于槽内端的供主电源引入接线端(94)插入用的插入固定孔(50)，有四条辅电源导线引入槽(55)及位于槽内端的供辅电源引入接线端(99)插入用的插入固定孔(56)，有四条负载电源导线引出槽(51)及位于槽内端的供负载电源引出套(95)接线端插入用的插入孔(52)。

3.根据权利要求1或2所述的低压智能双电源转换开关，其特征是主充电模块(38)的整流桥D₁输入端从主电源上接220V交流电源，整流桥D₁正输出端与功率管Q₁漏极相连，功率管Q₁源极与限流电阻R₁首端相连，功率管Q₁栅极与电压驱动器IC₁输出端相连，电压驱动器IC₁输入端连接MCU₁主处理器(47)；分压电阻R₂、R₄、R₅串联后并联到整流桥D₁两个输出端上，稳压二极管Z₅与分压电阻R₅并联；辅充电模块(39)的整流桥D₂输入端从辅电源上接220V交流电源，整流桥D₂正输出端与功率管Q₂漏极相连，功率管Q₂源极与限流电阻R₂首端相连，功率管Q₂栅极与电压驱动器IC₂输出端相连，电压驱动器IC₂输入端连接MCU₁主处理器(47)；分压电阻R₆、R₇、R₈串联后并联到整流桥D₂两个输出端上，稳压二极管Z₆与电阻R₈并联；限流电阻R₁的尾端和电阻R₂的尾端相连接，整流桥D₁和D₂的负输出端相连接，二极管Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别与储能电容器Ca、Cb、Cc、Cn串联后再并联，由二极管Z₁、Z₂、Z₃、Z₄和电容Ca、Cb、Cc、Cn构成的并联电路一端连接电阻R₁尾端、另一端连接二极管D₁负输出端。

4.根据权利要求1或2所述的低压智能双电源转换开关，其特征是主电源模块(U₁)经功率继电器J₂的常闭接点J_2-1从主电源上接220V交流电源，功率继电器J₁线圈两端分别连接主电源模块(U₁)正、负输出端，电容C₁与功率继电器J₁线圈并联，辅电源模块(U₂)经功率继电器J₁的常闭接点J_1-1从辅电源上接220V交流电源，辅电源模块(U₂)负输出端连接三极管Q₃发射板，三极管Q₃集电极通过功率继电器J₂线圈连接辅电源模块(U₂)正输出端，电阻R₄一端接三极管Q₃基极、另一端接MCU₁主处理器(47)、二极管Z₇、Z₈正极分别接主、辅电源模块(U₁、U₂)正输出端，二极管Z₇、Z₈负极都与电容C₁正极相连。