CN104485734A - 一种三相交流复合型静态转换开关 - Google Patents

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张艳军
杨晟飞
张振华
杨祯
章建峰
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Abstract

本发明涉及一种三相交流复合型静态转换开关,两组三相交流电源分别通过各自的输入EMI滤波器接转换单元给三相交流负载供电,两组转换单元结构相同,均包括两个断路器、双向晶闸管组、两个接触器,充分利用ATS导通损耗小和STS切换时间短的优势,将双向晶闸管组与接触器并联使用,双向晶闸管组在转换时工作,接触器在转换完成后导通,既保证快速转换,又解决了晶闸管的散热问题,提高装置的效率。有自动控制和手动控制两种工作模式供用户选择,并可由用户任意设定一路三相交流电源为主用电,且可以在线检修,用户界面友好,体积小,重量轻,维修性好,具有较好的应用前景。

Description

一种三相交流复合型静态转换开关
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电力设备,特别涉及一种三相交流复合型静态转换开关。
背景技术
[0002] 随着科学技术的发展,数据机房、通讯机房、金融控制控系统、智能楼宇的监控和安防等系统对电能品质要求日益提高,尤其对供电中断时间更为苛刻,供电中断时间要小于10ms。自动转换开关ATS (Automatic Transfer Switch)将负载电路从一个电源自动换接至备用电源的开关电器,以确保重要负荷连续、可靠运行。但ATS为机械结构,以接触器为切换执行部件,切换时间在10ms左右,不能达到供电中断时间小于1ms的要求,难以在对供电中断敏感的设备中应用。静态转换开关STS(Static Transfer Switch)为电源二选一自动切换系统,正常工作状态下,主电源正常时,负载通过主电源供电。在主电源发生故障时,负载自动切换到备用电源,主电源恢复正常后,负载又自动切换到主电源。STS采用晶闸管SCR(Silicon Controlled Rectifier)作为开关器件,标准切换时间为< 8ms,不会造成敏感类负载断电。但SCR存在导通损耗,需配散热器和风扇进行散热,致使STS体积、重量大,效率低。
[0003] 本发明充分利用ATS导通损耗小和STS切换时间短的优势,将双向晶闸管组与接触器并联使用,双向晶闸管组在转换时工作,接触器在转换完成后导通,既保证快速转换,又解决了晶闸管的散热问题,提高装置的效率。
发明内容
[0004] 本发明是针对的问题,提出了一种三相交流复合型静态转换开关,充分利用ATS导通损耗小和STS切换时间短的优势,将双向晶闸管组与接触器并联使用,双向晶闸管组在转换时工作,接触器在转换完成后导通,既保证快速转换,又解决了晶闸管的散热问题,提高装置的效率。
[0005] 本发明的技术方案为:一种三相交流复合型静态转换开关,两组三相交流电源分别通过各自的输入EMI滤波器接转换单元给三相交流负载供电,两组转换单元结构相同,均包括两个断路器、双向晶闸管组、两个接触器,第一接触器接输入EMI滤波器输出端与三相交流负载前端之间,双向晶闸管组和第二接触器并联作为转换开关,接在两个断路器之间,一个断路器接输入EMI滤波器输出,另一个断路器接三相交流负载前端,电压电流采样板采集两组三相交流电源输出端的电流电压信号送控制算法板,控制算法板发出控制信号到双向晶闸管驱动电路和接触器控制电路,双向晶闸管驱动电路控制双向晶闸管导通或断开,接触器控制电路控制接触器吸合和断开,完成两组三相交流电源供电转换。
[0006] 所述双向晶闸管组和第二接触器并联作为转换开关,同时收到闭合指令时,双向晶闸管组比接触器动作快,接触器完全闭合后断开双向晶闸管组;关断一组电源时检测接触器两端电压大于IV时,判断接触器完全关断,再开通另一组三相交流电源。
[0007] 所述三相交流复合型静态转换开关,还包括面板,面板包括自动和手动控制开关、旁路开关和人机交互终端,自动和手动控制开关和旁路开关输入开关信号到控制算法板选择控制方式,其中旁路开关信号输入控制算法板,控制算法板输出控制信号控制第一接触器闭合,第二接触器和双向晶闸管组断开,两组三相交流电源任何一组旁路供电,人机交互终端与控制算法板互通,选择控制方式,并显示运行参数及运行状态。
[0008] 本发明的有益效果在于:本发明三相交流复合型静态转换开关,将双向晶闸管组与接触器并联使用,充分发挥ATS和STS各自的优势,转换速度快且损耗小。本发明有自动控制和手动控制两种工作模式供用户选择,并可由用户任意设定一路三相交流电源为主用电,且可以在线检修,用户界面友好,体积小,重量轻,维修性好,具有较好的应用前景。
附图说明
[0009] 图1本发明三相交流复合型静态转换开关结构示意图;
[0010] 图2本发明三相交流复合型静态转换开关控制示意图;
[0011] 图3本发明基于供电状态控制的流程图;
[0012] 图4本发明不供电状态控制逻辑图;
[0013] 图5本发明主电供电状态控制逻辑图;
[0014] 图6本发明备电供电状态控制逻辑图;
[0015] 图7本发明静态转换波形图。
具体实施方式
[0016] 如图1、2所示三相交流复合型静态转换开关结构和控制示意图,包括三相交流电源110、三相交流电源1120、输入EMI滤波器111、输入EMI滤波器1121、第一转换单元、第二转换单元、控制单元和三相交流负载O。
[0017] 第一转换单元,一端连接输入EMI滤波器111,另一端与三相交流负载O相连。第一转换单元由断路器112、断路器1114、双向晶闸管组113、接触器117和接触器III16构成。双向晶闸管组113和接触器117并联作为转换开关,转换速度快且损耗小;断路器112、断路器1114分别接在双向晶闸管组113的阳极和阴极两端,在检修双向晶闸管组113时断开,将双向晶闸管组113与电隔离,确保安全在线检修;接触器III16接断路器112前端和三相交流负载O前端,在检修双向晶闸管组113时闭合导通,保证检修时对三相交流负载O不间断供电。
[0018] 第二转换单元与第一转换单元结构相同,一端连接输入EMI滤波器1121,另一端与三相交流负载O相连。第二转换单元由断路器11122、断路器IV24、双向晶闸管组1123、接触器1127和接触器IV26构成。双向晶闸管组1123和接触器1127并联作为转换开关,转换速度快且损耗小;断路器II122、断路器IV24分别接在双向晶闸管组II23的阳极和阴极两端,在检修双向晶闸管组Π23时断开,将双向晶闸管组1123与电隔离,确保安全在线检修;接触器IV26接断路器III22前端和三相交流负载O前端,在检修双向晶闸管组1123时闭合导通,保证检修时对三相交流负载O不间断供电。
[0019] 输入EMI滤波器Ill和输入EMI滤波器1121,一端连接三相交流电源,另一端与转换单元相连;其作用是滤除差模和共模信号,抑制电磁干扰。
[0020] 控制单元,包括电压电流采样板115、电压电流采样板1125、面板4、控制算法板5和接口板8。电压电流采样板115和电压电流采样板1125接三相交流电源IlO和三相交流电源1120的输出端,检测三相交流电源输出的电压和电流信号,送控制算法板5,控制算法板5判断三相交流电源IlO和三相交流电源1120的供电情况;面板4由自动/手动控制开关1、旁路开关2、人机交互终端3构成;自动/手动控制开关I信号送控制算法板5,供操作人员选择自动控制模式或手动控制模式;旁路开关2信号送接控制算法板5,供操作人员选择主电旁路或备电旁路;人机交互终端3与接控制算法板5互通,供操作人员选择三相交流电源IlO或三相交流电源1120为主用电,并显示运行参数及运行状态。控制算法板5接收电压电流采样板115、电压电流采样板1125、面板4的信号,经过逻辑判断和算法处理,发出SCR驱动信号和接触器控制信号;接口板8由SCR驱动电路6和接触器控制电路7构成,接收控制算法板5发出的指令,经过功率放大后分别驱动双向晶闸管组13、23和控制接触器 16、17、26、27。
[0021] 本发明控制算法采用基于供电状态控制法,如图3,供电状态分为“都不供电状态”、“主电供电状态”、“备电供电状态”。
[0022] “都不供电状态”控制逻辑如图4,“都不供电状态”下,当检测到主电供电正常时,同时开通双向晶闸管组113和接触器117,由于双向晶闸管组113比接触器117动作快,接触器117闭合后,关断双向晶闸管组113,转换到“主电供电状态”;当主电供电不正常且备电供电正常时,同时开通双向晶闸管组1123和接触器1127,由于双向晶闸管组1123比接触器II27动作快,接触器II27闭合后,关断双向晶闸管组1123,转换到“备电供电状态”;当主电、备电供电都不正常时,本发明发出报警并仍处于“都不供电状态”。
[0023] “主电供电状态”控制逻辑如图5,“主电供电状态”下,检测到主电断电时,延时2ms后再次判断主电是否断电,防止误判断,两次都判断为主电断电时,开通双向晶闸管组1123和接触器1127,由于双向晶闸管组1123比接触器1127动作快,接触器1127闭合后,关断双向晶闸管组II23,转换到“备电供电状态”。
[0024] “备电供电状态”控制逻辑如图6,“备电供电状态”下,检测到主电恢复时,延时1s后再次判断主电是否恢复,防止误判断,两次都判断为主电恢复时,关闭接触器1127并在备电完全关闭时,同时开通双向晶闸管组113和接触器117,由于双向晶闸管组113比接触器I 17动作快,接触器117闭合后,关断双向晶闸管组113,转换到“主电供电状态”。
[0025] 图5中主电断电的检测的速度决定了转换速度,本发明采用瞬时电压断电检测法,如下式:
[0026] I Uab I +1 Ubc I +1 Uca I ( Uset
[0027] 其中uab、ubc;、uc;a为三相瞬时线电压,Usrt为给定的阀值,可以调节,过小断电检测时间长,过大容易误判断,一般选择一适中值,本发明选择为Uset= 0.5Uab,转换时间约为2ms。
[0028] 图6中的备电断开的判断方法采用接触器两端电压检测方法。“备电供电状态”下,备电通过接触器1127为三相交流负载供电,接触器1127两端电压约为50mV,完全关断时两端电压为三相交流电源Π20的相电压,因此当接触器1127两端电压大于IV时,接触器1127完全关断,即备电已经断开。备电断开后再开通主电,确保了两路供电转换时“先断后通”,从根本上避免了两路三相交流电源并联环流。
[0029]图7为本发明的静态转换波形,转换时间约为2ms,表明本发明具有较快的转换速度,能保证负载不间断供电。

Claims (3)

1.一种三相交流复合型静态转换开关,两组三相交流电源分别通过各自的输入EMI滤波器接转换单元给三相交流负载供电,其特征在于,两组转换单元结构相同,均包括两个断路器、双向晶闸管组、两个接触器,第一接触器接输入EMI滤波器输出端与三相交流负载前端之间,双向晶闸管组和第二接触器并联作为转换开关,接在两个断路器之间,一个断路器接输入EMI滤波器输出,另一个断路器接三相交流负载前端,电压电流采样板采集两组三相交流电源输出端的电流电压信号送控制算法板,控制算法板发出控制信号到双向晶闸管驱动电路和接触器控制电路,双向晶闸管驱动电路控制双向晶闸管导通或断开,接触器控制电路控制接触器吸合和断开,完成两组三相交流电源供电转换。
2.根据权利要求1所述三相交流复合型静态转换开关,其特征在于,所述双向晶闸管组和第二接触器并联作为转换开关,同时收到闭合指令时,双向晶闸管组比接触器动作快,接触器完全闭合后断开双向晶闸管组;关断一组电源时检测接触器两端电压大于IV时,判断接触器完全关断,再开通另一组三相交流电源。
3.根据权利要求1所述三相交流复合型静态转换开关,其特征在于,还包括面板,面板包括自动和手动控制开关、旁路开关和人机交互终端,自动和手动控制开关和旁路开关输入开关信号到控制算法板选择控制方式,其中旁路开关信号输入控制算法板,控制算法板输出控制信号控制第一接触器闭合,第二接触器和双向晶闸管组断开,两组三相交流电源任何一组旁路供电,人机交互终端与控制算法板互通,选择控制方式,并显示运行参数及运行状态。
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