CN103683465A

CN103683465A - 自动转换开关装置

Info

Publication number: CN103683465A
Application number: CN201210320726.4A
Authority: CN
Inventors: 包章尧; 张红申; 杨林
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-26
Also published as: DE102013215564A1

Abstract

本发明涉及自动转换开关装置。本发明提出了一种用于ATSE的单相电源电路以及具有这种电路的ATSE。该单相电源电路分别在主用供电路径和备用供电路径中的每一个上设置有至少两个继电器，从而增加的主、备电源之间的电气间隙。

Description

自动转换开关装置

技术领域

本发明涉及双电源的自动转换系统，尤其涉及用于这种自动转换系统的单相电源电路以及具有这种单相电路的自动转换开关装置。

背景技术

例如医院、机场、高层建筑、变电站等场所对电力可靠性的有较高的要求。这里电力可靠性是指供电系统持续供电的能力。为了获得持续的供电，这些对电力可靠性要求高的场所(如变电站和机场)都采用了双电源供电，即由主用(或称“常用”)和备用两路独立的电源供电。当主用电源发生故障时，能够根据预先设定的切换程序完成主用电源到备用电源的切换，从而最大限度地保证供电的连续性。在低压配电网中，这种主用、备用电源之间的切换是由双电源自动转换开关系统(ATSE：Automatic Transfer Switching Equipment)来完成的。作为电能切换的必要设备，ATSE的应用需求也越来越广泛，技术性能要求也越来越高。

ATSE主要适用于低压配电网络的紧急供电系统，用于在主用、备用两路电源之间进行切换。实际上，ATSE的控制输出主要是针对电机的控制。同时ATSE还提供电机工作所需的电源为单相电源。该单相电源可以从系统中的主用或备用电源取电。为了保证电机正常运行，主用和备用电源中任一工作时，单相电源都需要正常运转，以给电机提供不间断的电能。但是，主用电源和备用电源不能同时供电，否则损坏电源网络。为此，ATSE的单相电源电路需要在主用电源和备用电源之间切换。

图1示例性地示出了现有ATSE中包括两级继电器的单相电源电路。在图1中，输出端L、N用于向例如电机提供单相的电源输出。主输入端Main_L1、Main_N可耦合到主用电源的单相上，例如耦合到主用电源的火线L1和零线N。辅输入端Back_L1、Back_N可耦合到备用电源的单相上，例如其火线L2和零线N。如图1所示，输出端L、N和主输入端Main_L1、Main_N之间存在有主用供电路径(简称主用路径)Main_Path。输出端L、N和辅输入端Main_L1、Main_N之间形成有备用供电路径(简称备用路径)Back_Path。主、备用路径上分别设置有继电器K4和K3。每个继电器在控制下能够使得其所在路径导通供电或断开。这样，当主用电源工作时，主路径上的继电器K4导通供电，而备用路径上的继电器K3断开；相反，当备用电源工作时，主路径上的继电器K4断开，而备用路径上的继电器K3导通供电。然而，如图1所示，这种解决方案中主用电源和备用电源之间的电气间隙只有一个触点距离。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的ATSE中的单相电源电路以及相应的ATSE，其能够使得主、备用电源之间具有更大的电气间隙。优选地，这种单相电源电路能够确保主用、备用供电路径中在同一时刻仅有一条导通。

为实现上述目的，本发明提出一种用于自动转换开关装置中的单相电源电路，包括：主用路径，其耦合在输出端和主输入端之间，所述主输入端能够耦合到主用电源的一个单相；备用路径，其耦合在输出端和辅输入端之间，所述辅输入端能够耦合到备用电源的一个单相；设置在所述主用路径中的第一主用继电器和设置在所述备用路径中的第一备用继电器，用于导通或断开其所在路径；设置在所述主用路径中的第二主用继电器和设置在所述备用路径中的第二备用继电器，用于导通或断开其所在路径；控制电路，用于控制所述第一主用继电器和第一备用继电器，以使得在同一时刻所述第一和第二主用继电器导通且所述第一和第二备用继电器断开，或者所述第一和第二主用继电器断开且所述第一和第二备用继电器导通。

上述ATSE的单相电源电路，由于在主、备用路径中的每个上都设置了至少两个继电器，因而增加了主用电源和备用电源之间的电气间隙。

优选地，该单相电源电路还包括第一互锁电路，用于以互锁方式控制所述第一主用继电器和第一备用继电器，使得在同一时刻所述第一主用和备用继电器中有且仅有一个继电器导通；且所述控制电路控制所述第一互锁电路。更为优选地，该单相电源电路还包括第二互锁电路，用于以互锁方式控制所述第一主用继电器和第一备用继电器，使得在同一时刻所述第一主用和备用继电器中有且仅有一个继电器导通；且所述控制电路控制所述第二互锁电路。采用这种设计，由于为至少其中一对主、备继电器提供了硬件实现的互锁电路，因而可在MCU故障或其控制程序异常时仍保证在主、备用路径中有且仅有一条供电路径导通。

优选地，其中每个所述互锁电路(210，310)包括译码器，其响应于所述控制电路(MCU)的指令而输出两个互锁的控制信号给其所连接的继电器。优选，所述译码器为2/4译码器或3/8译码器。由于互锁电路使用了译码器，在一定程度上节省了MCU的控制管脚的使用。同时译码器硬件输出之间的互锁功能恰好能够提供主、备用继电器导通与否的互锁性。

本发明还提出了具有上述单相电源电路的自动转换开关装置。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1示例性地示出一现有ATSE的单相电源电路的示意图；

图2示出根据本发明的一个实施例的用于ATSE的单相电源电路的示意图；

图3示出根据本发明的又一个实施例的ATSE的单相电源电路的原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

为了增加图1中示出的主用和备用电源之间的电气间隙，本发明提出在图1所示的主用、备用路径中各增设一个继电器，即如图2所示，在单相电源电路中设有四个继电器。在图2中每个路径上均至少包括两个继电器，以此可增加电气间隙。简单起见，这四个继电器可以均由图2中的MCU来控制。优选地，如图2所示，新增加的两个继电器可以由MCU经由一个互锁电路210来控制。在以下描述中将略去图2中与图1相同部分的描述。

如图2所示，ATSE中的单相电源电路200包括控制电路MCU、互锁电路210、以及设置在主用路径Main_Path上的两个主用继电器K2和K4，和设置在备用路径Back_Path上的两个备用继电器K3和K1。与图1类似，在图2中，连接到主用路径Main_Path的主输入端Main_L1、Main_N可以耦合到一个主用电源(未示出)，连接到备用路径Back_Path的辅输入端Back_L1、Back_N可以耦合到一个备用电源(未示出)。输出端L、N可连接到电机，以给电机提供单相电源。

在图2中，MCU控制继电器K3和K4。在MCU的控制下，当主用电源工作时，继电器K4导通供电，继电器K3断开；当备用电源工作时，继电器K3导通供电，继电器K4断开。同时，MCU还控制互锁电路210。互锁电路210进而响应于MCU的指令而控制继电器K1和K2。这里，考虑到在MCU故障时，主用、备用路径上的继电器可能因MCU输出的错误指令而同时导通供电。因此，在图2中特别设置了互锁电路210，其能够从硬件电路上使得继电器K1和K2处于互锁状态。也就是说，互锁电路210能够保持在同一时刻继电器K1和K2中有且只有一个继电器处于导通状态，而不考虑MCU的指令如何。这里，互锁电路210可以是任何能够使其两个输出端中只有一个为有电平的数字电路。优选地，互锁电路210为译码器，例如2/4译码器或3/8译码器。由于译码器在同一时刻有且仅有一个输出端为有效值，因此能够确保继电器K1和K2不会同时导通。

图3示例性地示出了根据本发明又一个实施例的ATSE中的单相电源电路300，其中互锁电路为2/4译码器。如图3所示，与图2相同，继电器K1、K3设置在备用路径中，继电器K2、K4设置在主用路径中。每个继电器配备有一个驱动电路Dr1～Dr4，统称驱动电路Dr。每个驱动电路Dr包括一个受控端M。以图3所示的驱动电路Dr1为例，驱动电路Dr1包括和继电器K1一起串联在直流电源VCC_2和地(GND)之间的三极管Q3，三极管Q3的基极为受控端M1。同时，二极管D1并联在继电器K2两端，且阴极连接到电源VCC_2。这样，当三极管Q3的基极为高电平时，Q3导通，继电器K2因得电而导通供电。这里，直流电源VCC_2的电压可以不同于MCU电源电压。

在图3中，MCU提供四个输出P0～3来分别控制继电器K1～K4。其中输出P0和输出P1直接控制继电器K3和K4的驱动电路。输出P2和P3经由互锁电路310控制继电器K1和K2。可选地，MCU也可以使用一个输出来控制互锁电路310。在图3中，互锁电路310为一个2/4译码器，且在译码器的输出端配有反向电路340_1和340_2。具体地，MCU的输出P2和P3连接到2/4译码器的两个输入端1A0和1A1。2/4译码器将该输入译作两个输出端1Y0和1Y1的值。例如，输入端1A0和1A1的输入为“00”，则输出端只有1Y0为有效值，例如低电平，而输出端1Y1为无效值，如高电平。该有效的低电平经反向电路340_1反向后以高电平输出到继电器K2的受控端M2，从而导通继电器K2。同时，无效的高电平经反向电路340_2后以低电平输出到继电器K1的受控端M1，从而断开继电器K1。类似的，输入端1A0和1A1的输入为“01”时，输出端1Y1为有效的低电平，由此导通继电器K1。同时，输出端1Y0上无效的高电平，从而断开继电器K2。此外，由于译码器的4个输出端在同一时刻有且仅有一个输出端为有效值，因而即使MCU故障或软件异常，互锁电路310也可保证继电器K1和K2的互锁状态。

在图3中，由于译码器的输出为低电平有效，而继电器的受控端为高电平有效，因而优选地互锁电路310还包括反向电路。图3中，每个反向电路优选为一个共射极电路。以反向电路340_1为例，三极管Q1和电阻串联在电源VCC_1和地GND之间，三极管Q1的射极接GND，基极为受控端，集电极为输出端。当三极管Q1的基极为低电平时，Q1截止，其集电极电压为高，从而使得与之连接的Q2导通，进而继电器K2导通。反之，当三极管Q1的基极为高电平时，Q1导通，其集电极电压为低，从而使得与之连接的Q2截止，进而继电器K2断开。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种用于自动转换开关装置中的单相电源电路，其包括输出端(L，N)、主输入端(Main_L1，Main_N)和辅输入端(Back_L1，Back_N)，该电路包括：

主用路径(Main_Path)，其耦合在输出端(L，N)和主输入端(Main_L1，Main_N)之间，所述主输入端能够耦合到主用电源的一个单相；

备用路径(Back_Path)；其耦合在输出端(L，N)和辅输入端(Back_L1，Back_N)之间，所述辅输入端能够耦合到备用电源的一个单相；

设置在所述主用路径(Main_Path)中的第一主用继电器(K4)和设置在所述备用路径(Back_Path)中的第一备用继电器(K3)，用于导通或断开其所在路径；

设置在所述主用路径(Main_Path)中的第二主用继电器(K2)和设置在所述备用路径(Back_Path)中的第二备用继电器(K1)，用于导通或断开其所在路径；

控制电路(MCU)，用于控制所述第一、第二主用继电器(K4，K2)和第一备用继电器(K3，K1)，以使得在同一时刻所述第一和第二主用继电器(K4，K2)导通且所述第一和第二备用继电器(K3，K1)断开，或者所述第一和第二主用继电器(K4，K2)断开且所述第一和第二备用继电器(K3，K1)导通。

2.如权利要求1所述的单相电源电路，还包括第一互锁电路(210，310)，用于以互锁方式控制所述第二主用继电器(K2)和第二备用继电器(K1)，使得在同一时刻所述第二主用和备用继电器(K2，K1)中有且仅有一个继电器导通；

所述控制电路(MCU)控制所述互锁电路(210，310)。

3.如权利要求2所述的单相电源电路，还包括第二互锁电路，用于以互锁方式控制所述第一主用继电器(K4)和第一备用继电器(K3)，使得在同一时刻所述第一主用和备用继电器(K4，K3)中有且仅有一个继电器导通；且所述控制电路(MCU)控制所述第二互锁电路。

4.如权利要求1-3中任一所述的单相电源电路，其中所述互锁电路(210，310)包括译码器，其响应于所述控制电路(MCU)的指令而输出两个互锁的控制信号给其所连接的继电器。

5.如权利要求4所述的单相电源电路，其中所述译码器为2/4译码器或3/8译码器。

6.如权利要求4所述的单相电源电路，其中每个所述继电器带有受控驱动电路(Dr1～Dr4)，且所述互锁电路还包括分别连接到所述译码器的两个输出端的两个反向电路(340_1和340_2)，每个反向电路的输出连接到所述驱动电路的受控端。

7.如权利要求6所述的单相电源电路，其中每个所述反向电路(340_1和340_2)为一个三极管的共射极电路。

8.一种自动转换开关装置，包括：

如权利要求1-7中任一所述的单相电源电路。