CN105551847B - 开关、有载换相开关及在线换相控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关、有载换相开关及在线换相控制装置。其中，所述开关包括第一动触头组件、第二动触头组件、第一滑槽、第二滑槽、第一主触点组、第二主触点组、第一辅助触点组及第二辅助触点组。第一动触头组件及第二动触头组件分别滑动设置于第一滑槽及第二滑槽内。第一动触头组件、第二动触头组件分别通过在第一滑槽及第二滑槽的滑动控制分布在第一滑槽及第二滑槽两侧触点组的导通或者断开。本发明提供的上述开关、有载换相开关及在线换相控制装置具有寿命长、性能稳定、采用机械结构不存在因采用晶闸管等电力电子器件在负荷阻性、容性及感性的变化时导致有载换相失败等优点。

Description

开关、有载换相开关及在线换相控制装置

技术领域

本发明涉及低压换相技术领域，具体而言，涉及一种应用于低压换相的开关、有载换相开关及在线换相控制装置。

背景技术

电力系统中负荷的三相不平衡，将造成供电线路及变压器等设备的损耗大幅度上升，甚至烧坏设备。目前的解决办法包括：一、提前平衡规划负荷。二、在无功补偿的同时进行三相不平衡调节。三、采用换相开关，分布式调节三相负荷。但因居民用户甚至厂矿企业的负荷常常无法预期，毫无规律。无功补偿时进行三相不平衡调节仅能改善补偿安装点上级的不平衡状况，对于用户处的不平衡并没有实际的调节，因此效果并不理想。采用换相开关，在用户处进行三相负荷调节能很好的解决上述问题。在现有技术中，普通的换相开关采用机械开关或机械开关同二极管等电子器件配合的型式，缺点是换相过程中存在短时断电的情况，这对多数用电设备来说都是不允许的，因此多数需采用有载换相开关，目前在线换相控制装置中的有载换相开关一般采用晶闸管(又叫可控硅整流器)导通技术进行实现。以下结合图1详细介绍其工作原理，图1所示的换相开关电路包括主回路及辅助回路，辅助回路包括辅助回路1及辅助回路2。以负荷从A相切换到B相为例，当所述换相开关接收到换相控制命令后，换相开关将辅助回路1的A相开关和辅助回路2的B相开关都同时闭合。当上述两个开关都完全闭合后，立刻给所述辅助回路1的上下两晶闸管触发导通信号，触发其导通。待辅助回路1的上下晶闸管都稳定导通后，立刻控制主回路的A相开关断开。待主回路的A相开关断开后，立刻检测该负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测；如果过零，转下一步。继续给辅助回路1路上下晶闸管触发脉冲到1/4个周波，然后拆除脉冲；延迟1/4个周波后，立刻给辅助回路2的上下晶闸管触发脉冲。辅助回路2的上下晶闸管稳定导通后，立刻控制主回路的B相开关闭合。待主回路的B相开稳定接通后，立刻拆除辅助回路2的上下晶闸管触发脉冲。辅助回路2的上下晶闸管关断后，立刻将辅助回路1的A相开关和辅助回路2的B相开关都断开。

现有技术中的换相开关因采用晶闸管存在成本较高，晶闸管驱动电路需准确触发，并需精确判断电压及电流过零点。并且晶闸管等电力电子可控部件常用于固定负荷(比如：固定的电容、电感及电阻或其固定组合)，电压及电流极有规律易设定触发点。但实际用电负荷是经常变化的并不能依据当前状况，精确设定触发点。因此触发方案确定后负荷的突然变化易引发短路危险。而本发明提供的技术方案能克服上述缺陷。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠的低压有载换相开关及在线换相控制装置。

就一种应用于低压有载换相的开关而言，本发明实施例提供一种开关，所述开关包括：第一动触头组件、第二动触头组件、第一滑槽、第二滑槽、第一主触点组、第二主触点组、第一辅助触点组及第二辅助触点组。每一触点组包括两个触点，其中所述第一主触点组与第二主触点组的两个触点对称设置于所述第一滑槽两侧。所述第一动触头组件包括第一动触头及第一驱动件，所述第一动触头滑动设置于所述第一滑槽内，所述第一驱动件驱动所述第一动触头在所述第一滑槽内滑动控制所述第一主触点组与第二主触点组的导通或断开。所述第一辅助触点组与第二辅助触点组的两个触点对称设置于所述第二滑槽两侧。第二动触头组件包括第二动触头及第二驱动件，所述第二动触头滑动设置于所述第二滑槽内，所述第二驱动件驱动所述第二动触头在所述第二滑槽内滑动控制所述第一辅助触点组与第二辅助触点组的导通或断开。

进一步地，上述开关中所述第一动触头组件及所述第二动触头组件为电磁控制组件。所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁。

进一步地，上述开关中所述第一动触头的一端通过弹性件固定在所述第一滑槽的一端，所述第一驱动件设置在所述第一滑槽的另一端。所述第二动触头的一端通过所述弹性件固定在所述第二滑槽的一端，所述第二驱动件设置在所述第二滑槽的另一端。

就一种应用于可靠的低压有载换相开关而言，本发明实施例还提供一种有载换相开关。所述有载换相开关包括两个上面所述的开关组成的第一控制回路及第二控制回路。其中，所述第一控制回路和所述第二控制回路中的所述第一主触点组与所述第一辅助触点组并联连接形成第一支路。所述第一控制回路和所述第二控制回路中的所述第二主触点组与所述第二辅助触点组并联连接形成第二支路。所述第一控制回路的第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第一控制回路的输出端。所述第二控制回路的第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第二控制回路的输出端。所述第一控制回路的输出端与所述第二控制回路的第一支路的输入端连接。所述第一控制回路的第一支路的输入端、第二支路的输入端及所述第二控制回路的第二支路的输入端分别接三相电线。

进一步地，上述有载换相开关中所述第一辅助触点组串联一电阻后与所述第一主触点组并联连接形成所述第一支路。所述第二辅助触点组串联一相同所述电阻后与所述第二主触点组并联连接形成所述第二支路。

进一步地，上述有载换相开关中所述第一控制回路的第一支路的输入端接三相电的A相电线，所述第一控制回路的第二支路的输入端接三相电的B相电线，所述第二控制回路的第二支路的输入端接三相电的C相电线。

就一种应用于可靠的低压有载换相的在线换相控制装置而言，本发明实施例还提供一种在线换相控制装置，所述在线换相控制装置包括换相控制器及上面所述的有载换相开关，所述换相控制器用于控制所述有载换相开关进行相应的换相操作。

进一步地，上述在线换相控制装置中所述换相控制器控制所述第一控制回路及第二控制回路的第一动触头组件及第二动触头组件。

进一步地，上述在线换相控制装置中所述第一动触头组件及所述第二动触头组件为永磁控制组件，所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁，所述换相控制器分别与所述第一驱动件及第二驱动件连接控制所述第一驱动件及第二驱动件的通断电状态。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：采用动触头的滑动来实现位于滑槽两侧主触点组及辅助触点组的导通或者断开从而实现对开关工作状态的控制，有载换相开关通过动触头行程及超程的配合，在不同阶段接通或断开主触点组及辅助触点组，以及过渡电阻的配合，从而完成低压线路在不断电的情况下有载换相的目的。相对于采用晶闸管进行有载换相，本专利成本较低，无需准确触发，不需精确判断电压及电流过零点。电压及电流突然变化不会引起换相失败引发短路危险。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中通过晶闸管实现换相的一种电路结构示意图。

图2是本发明具体实施例提供开关的结构示意图。

图3-A是图2所示开关工作时的工作状态示意图一。

图3-B是图2所示开关工作时的工作状态示意图二。

图3-C是图2所示开关工作时的工作状态示意图三。

图3-D是图2所示开关工作时的工作状态示意图四。

图3-E是图2所示开关工作时的工作状态示意图五。

图4-A是本发明实施例提供的表示有载换相开关负荷从C相切换到B相工作状态的电路示意图一。

图4-B是本发明实施例提供的表示有载换相开关负荷从C相切换到B相工作状态的电路示意图二。

图4-C是本发明实施例提供的表示有载换相开关负荷从C相切换到B相工作状态的电路示意图三。

图4-D是本发明实施例提供的表示有载换相开关负荷从C相切换到B相工作状态的电路示意图四。

图4-E是本发明实施例提供的表示有载换相开关负荷从C相切换到B相工作状态的电路示意图五。

图5是本发明实施例提供的一种有载换相开关的应用场景电路图。

其中，附图标记汇总如下：

开关100；第一动触头组件110；第二动触头组件120；第一滑槽130；第二滑槽140；第一主触点组150；第二主触点组160；第一辅助触点组170；第二辅助触点组180；有载换相开关200；第一控制回路210；第二控制回路220。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照图2，本发明具体实施例提供一种开关100，该开关100包括第一动触头组件110、第二动触头组件120、第一滑槽130、第二滑槽140、第一主触点组150、第二主触点组160、第一辅助触点组170及第二辅助触点组180。如图2所示，在本具体实施例一较佳实施方式中，所述开关100的第一主触点组150及第二主触点组160设置于所述开关100的一侧面上，所述开关100的第一辅助触点组170及第二辅助触点组180设置于所述开关100的另一侧面上。

每一触点组包括两个触点，如图2所示，第一主触点组150包括主触点3及主触点4。第二主触点组160包括主触点5及主触点6。第一辅助触点组170包括辅助触点1及辅助触点2。第二辅助触点组180包括辅助触点7及辅助触点8。所述第一主触点组150与第二主触点组160的两个触点对称设置于所述第一滑槽130两侧，如图2所示，其中主触点4及主触点6位于所述第一滑槽130的一侧，主触点3及主触点5位于所述第一滑槽130的一侧。所述第一动触头组件110包括第一动触头及第一驱动件，所述第一动触头滑动设置于所述第一滑槽130内，所述第一驱动件驱动所述第一动触头在所述第一滑槽130内滑动进而控制所述第一主触点组150与第二主触点组160的导通或断开。所述第一辅助触点组170及第二辅助触点组180的设置方式与上述第一主触点组150及第二主触点组160设置方式相同，在此就不再赘述了。

在本具体实施例中，所述第一动触头组件110及所述第二动触头组件120为永磁控制组件。具体地，所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁。永磁控制组件的具体结构可以参照现有技术中的永磁结构，在此不再赘述。所述第一动触头的一端通过弹性件固定在所述第一滑槽130的一端，所述第一驱动件设置在所述第一滑槽130的另一端。所述第二动触头的一端通过所述弹性件固定在所述第二滑槽140的一端，所述第二驱动件设置在所述第二滑槽140的另一端。在本具体实施例的一种较佳实施方式中，所述弹性件为弹簧。通过对所述线圈的通断电控制衔铁在滑槽内进行相应的运动，从而实现触点组间的导通与断开。

以下对上述开关100的具体动作过程进行描述以帮助理解其工作原理。

参照图3-A，在未收到动作控制命令时，开关100的辅助触点1、2、3及4为常开，开关100的主触点5、6、7及8为常闭。

参照图3-B，开关100在收到动作控制命令时，开关100的主触点5和6打开，具体地，所述第一动触头在向下作用力作用下向下运动，所述第一动触头与所述主触点5和6断开。

参照图3-C，其次，开关100的辅助触点1和2闭合，具体地，第二动触头与所述第一动触头联动，第二动触头向下动作，第二动触头与辅助触点1和2接触。

参照图3-D，再次，开关100的辅助触点7和8打开，具体地，第二动触头继续向下移动，第二动触头与辅助触点7和8断开。

参照图3-E，最后，开关100的主触点3和4闭合，动作完成，具体地，第二动触头与第一动触头联动，第一动触头与静触头3和4接触，动作完成。

在本发明的具体实施例中还提供一种采用上述开关100组成的有载换相开关200。所述有载换相开关200由两个上述开关100组成，两个上述开关100分别构成所述有载换相开关200的第一控制回路210及第二控制回路220。其中，所述第一控制回路210和所述第二控制回路220中的所述第一主触点组150与所述第一辅助触点组170并联连接形成第一支路。所述第一控制回路210和所述第二控制回路220中的所述第二主触点组160与所述第二辅助触点组180并联连接形成第二支路。所述第一控制回路210第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第一控制回路210的输出端。所述第二控制回路220第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第二控制回路220的输出端。所述第一控制回路210的输出端与所述第二控制回路220的第一支路的输入端连接。所述第一控制回路210的第一支路的输入端、第二支路的输入端及所述第二控制回路220的第二支路的输入端分别接三相电线。

在所述第一支路中，所述第一辅助触点组170上还串联有一电阻，在所述第二支路中，所述第二辅助触点组180上也串联有一电阻。在本具体实施例的一较佳实施方式中，所述第一控制回路210的第一支路的输入端接三相电的A相电线，所述第一控制回路210的第二支路的输入端接三相电的B相电线，所述第二控制回路220的第二支路的输入端接三相电的C相电线。

以下对所述有载换相开关200的具体换相过程中的动作进行描述，以便于理解上述有载换相开关200具体工作原理。

参照图4-A，在原始状态时，所述第一控制回路210及第二控制回路220的主触点5和6及辅助触点7和8闭合；主触点3和4及辅助触点1和2打开。所述有载换相开关200在接收到将负荷从C相切换到B相的控制命令时，参照图4-B及图4-D，第二控制回路220工作，所述第二控制回路220的主触点5和6先打开，第二控制回路220的辅助触点7和8晚于主触点5和6先打开。参照图4-C及图4-E，第二控制回路220的辅助触点1和2闭合，第二控制回路220的主触点3和4晚于辅助触点1和2闭合。B相电流经由第一控制回路210的主触点5和6及第二控制回路220的主触点3和4导通输出。

所述有载换相开关200在接收到将负荷从B相切换到A相的控制命令时，第一控制回路210工作，所述第一控制回路210的主触点5和6先打开，第一控制回路210的辅助触点7和8晚于主触点5和6先打开。第一控制回路210的辅助触点1和2闭合，第一控制回路210的主触点3和4晚于辅助触点1和2闭合。A相电流经由第一控制回路210的主触点3和4及第二控制回路220的主触点3和4导通输出。

所述有载换相开关200在接收到将负荷从A相切换到B相的控制命令时，第一控制回路210工作，所述第一控制回路210的辅助触点7和8先闭合，第一控制回路210的主触点5和6晚于辅助触点7和8闭合。第一控制回路210的主触点3和4打开，第一控制回路210的辅助触点1和2晚于主触点3和4打开。B相电流经由第一控制回路210的主触点5和6及第二控制回路220的主触点3和4导通输出。

所述有载换相开关200在接收到将负荷从B相切换到C相的控制命令时，第二控制回路220工作，所述第二控制回路220的辅助触点7和8先闭合，第二控制回路220的主触点5和6晚于辅助触点7和8闭合。第二控制回路220的主触点3和4相打开，第二控制回路220的辅助触点1和2晚于主触点3和4打开。C相电流经由第二控制回路220的主触点5和6导通输出。

在上述过程中，所述有载换相开关200的动作过程的耗时小于20ms，且有过渡电路参与，因此，在进行换相切换的过程中不断电，不会影响供电的质量。

上述有载换相开关200通过动触头行程及超程的配合，在不同阶段接通或断开主触点组及辅助触点组，以及过渡电阻的配合，从而完成低压线路在不断电的情况下有载换相的目的。相对于采用晶闸管进行有载换相，具有成本较低，无需准确触发，不需精确判断电压及电流过零点。电压及电流突然变化不会引起换相失败引发短路危险。

参照图5，提供一种有载换相开关200的应用场景电路图，在该应用场景电路图中包括三个上述的有载换相开关200，每一有载换相开关200均能实现对三相电的换相，每一有载换相开关200的输入端经由一电流互感器TA后连同零线(N线)由电缆引出供用户使用。

在本发明的具体实施例中还提供一种在线换相控制装置。该在线换相控制装置包括换相控制器及上面所述的有载换相开关200，所述换相控制器用于控制所述有载换相开关200进行相应的换相操作。具体地换相操作参照前面已经描述的换相操作过程。

所述换相控制器与所述第一控制回路210及第二控制回路220的第一动触头组件110及第二动触头组件连接。具体地，所述第一动触头组件110及所述第二动触头组件120为电磁控制组件。所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁，所述换相控制器分别与所述第一驱动件及第二驱动件连接用于控制所述第一驱动件及第二驱动件的通断电状态。进而实现对第一动触头及所述第二动触头的运动控制。

在本具体实施例中所述换相控制器可以包括一单片机，所述单元机，辅以高精度的采样回路和合理的程序设计替换易损坏的晶闸管(可控硅元件)，不仅避免可控硅组件所容易出现的故障，还能做到无涌流。通过采样回路实现过零切换。即使过零切换失败也不会引起，短路危险。

综上所述，采用动触头的滑动来实现位于滑槽两侧主触点组及辅助触点组的导通或者断开从而实现对开关工作状态的控制，相对于现有技术具有高可靠性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种开关，其特征在于，包括：第一动触头组件、第二动触头组件、第一滑槽、第二滑槽、第一主触点组、第二主触点组、第一辅助触点组及第二辅助触点组；

每一触点组包括两个触点，其中所述第一主触点组与第二主触点组的两个触点对称设置于所述第一滑槽两侧，所述第一动触头组件包括第一动触头及第一驱动件，所述第一动触头滑动设置于所述第一滑槽内，所述第一驱动件驱动所述第一动触头在所述第一滑槽内滑动以控制所述第一主触点组与第二主触点组的导通或断开；

所述第一辅助触点组与第二辅助触点组的两个触点对称设置于所述第二滑槽两侧，第二动触头组件包括第二动触头及第二驱动件，所述第二动触头滑动设置于所述第二滑槽内，所述第二驱动件驱动所述第二动触头在所述第二滑槽内滑动以控制所述第一辅助触点组与第二辅助触点组的导通或断开；

所述第一动触头的一端通过弹性件固定在所述第一滑槽的一端，所述第一驱动件设置在所述第一滑槽的另一端；所述第二动触头的一端通过所述弹性件固定在所述第二滑槽的一端，所述第二驱动件设置在所述第二滑槽的另一端。

2.如权利要求1所述的开关，其特征在于：所述第一动触头组件及所述第二动触头组件为永磁控制组件，所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁。

3.一种有载换相开关，其特征在于：所述有载换相开关包括两个由权利要求1所述的开关组成的第一控制回路及第二控制回路，其中，所述第一控制回路和所述第二控制回路中的所述第一主触点组与所述第一辅助触点组并联连接形成第一支路，所述第一控制回路和所述第二控制回路中的所述第二主触点组与所述第二辅助触点组并联连接形成第二支路；所述第一控制回路的第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第一控制回路的输出端，所述第二控制回路的第一支路及第二支路的输出端连接在一起形成所述第二控制回路的输出端，所述第一控制回路的输出端与所述第二控制回路的第一支路的输入端连接，所述第一控制回路的第一支路的输入端、第二支路的输入端及所述第二控制回路的第二支路的输入端分别接三相电线。

4.如权利要求3所述的有载换相开关，其特征在于：所述第一辅助触点组串联一电阻后与所述第一主触点组并联连接形成所述第一支路，所述第二辅助触点组串联一电阻后与所述第二主触点组并联连接形成所述第二支路。

5.如权利要求3所述的有载换相开关，其特征在于：所述第一控制回路的第一支路的输入端接三相电的A相电线，所述第一控制回路的第二支路的输入端接三相电的B相电线，所述第二控制回路的第二支路的输入端接三相电的C相电线。

6.如权利要求3所述的有载换相开关，其特征在于：所述第一动触头组件及所述第二动触头组件为永磁控制组件，所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为带铁芯的线圈及永磁铁。

7.一种在线换相控制装置，其特征在于，所述在线换相控制装置包括换相控制器及权利要求3所述的有载换相开关，所述换相控制器用于控制所述有载换相开关进行相应的换相操作。

8.如权利要求7所述的在线换相控制装置，其特征在于，所述换相控制器控制所述第一控制回路及第二控制回路的第一动触头组件及第二动触头组件。

9.如权利要求8所述的在线换相控制装置，其特征在于，所述第一动触头组件及所述第二动触头组件为永磁控制组件，所述第一动触头及所述第二动触头为衔铁，所述第一驱动件及第二驱动件为线圈及永磁铁，所述换相控制器分别与所述第一驱动件及第二驱动件连接用于控制所述第一驱动件及第二驱动件的通断电状态。