CN106300318B - 一种直流电压极性纠正装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电压极性纠正装置，包括直流输入端、固定极性输出端、电磁开关，以及依次连接的第一同轴转盘、电磁驱动单元和第二同轴转盘；直流输入端包括第一输入端子和第二输入端子，固定极性输出端包括正极输出接口和负极输出接口。与现有技术相比，本发明提供的一种直流电压极性纠正装置，能够确保直流输出的极性次序不受系统直流极性反转影响，无待机功耗，极性控制输出规定的极性次序后，控制回路会自动断电退出，不会继续消耗电能；避免了继电器直接控制负荷回路，降低了继电器的容量与耐压要求。

Description

一种直流电压极性纠正装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种直流电压极性纠正方法，具体涉及一种直流电压极性纠正装置及其操作方法。

背景技术

近些年，光伏发电、电动汽车等直流发用电设备接入电网的规模和容量正逐步地增长，配电网直流环节的快速增加一方面体现了新能源的蓬勃发展，同时也反映了社会对减少环境污染的迫切愿望。随着这些直流设备数量和容量的增加，直流配电将扮演越来越重要的角色，未来直流入户将成为必然，除电动汽车外直流家电(省去整流电路，成本更低)也会出现并直接接入直流电网以消纳分布式电源产生的电力，从而达到提高新能源的使用效率同时降低用电设备制造成本的目的。然而对直流电器设备来说——特别是含直流电机和蓄电池的直流设备，它们对直流电压的极性非常敏感，一旦极性接反就无法正常工作，导致电机反转、电池无法充电，并可能引发破坏性结果，因此对直流电器必须确保其接入的直流电压极性正确。

因此，需要提出一种无待机损耗直流电压极性纠正装置，以防止直流入户后可能发生直流电压极性反向的问题。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种直流电压极性纠正装置及其操作方法。

第一方面，本发明中直流电压极性纠正装置的技术方案是：

所述装置包括直流输入端、固定极性输出端、电磁开关，以及依次连接的第一同轴转盘、电磁驱动单元和第二同轴转盘；所述直流输入端包括第一输入端子和第二输入端子，所述固定极性输出端包括正极输出接口和负极输出接口；

所述第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接；

所述第二输入端子的一条支路接入限压电阻R1后与电磁驱动单元的输入端通过所述电磁开关的定触片连接，一条支路接入所述限压电阻R1后与第一同轴转盘滑动连接，一条支路与第二同轴转盘滑动连接；

所述固定极性输出端与第二同轴转盘滑动连接。

优选的，所述正极输出接口与所述第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与所述电磁开关的输入端连接，另一条支路输出正极性电压；

所述负极输出接口与第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与所述电磁开关通过二极管连接，另一条支路输出负极性电压；

优选的，所述正极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第一端子和第二端子；所述负极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第三端子；所述第二同轴转盘包括两个定触头；

所述两个定触头的间距、第一端子与第三端子的间距，以及第二端子与第三端子的间距均相等，从而保证第二同轴转盘翻转后所述定触头分别与第一端子和第三端子连接，或者所述定触头分别与第二端子和第三端子连接；

优选的，所述正极输出接口与电磁开关之间连接有限压电阻R2；所述二极管的阳极与负极输出接口连接，阴极与电磁开关连接；

优选的，当电磁开关的动触片与所述定触片闭合后，所述连接导线上电连通；

优选的，所述电磁驱动单元包括设置在固定磁场的线圈；所述线圈的输入端通过同轴连接器与所述第一同轴转盘的中轴连接，输出端也通过同轴连接器与所述第二同轴转盘的中轴连接；

所述第一同轴转盘和第二同轴转盘上均设置有导电部件；所述导电部件，用于与所述第二输入端子滑动连接。

第二方面，本发明中直流电压极性纠正装置操作方法的技术方案是：

步骤1：将直流配电网接入所述装置的直流输入端，直流负荷接入所述固定极性输出端；

步骤2：分析固定极性输出端与所述第二同轴转盘是否连接：

若连接，则判断直流配电网接入直流输入端的直流极性与固定极性输出端的期望直流极性是否相同，并执行步骤3；

若不连接，则所述直流输入端的第一输入端子、电磁驱动单元、第一同轴转盘、限压电阻R1与所述直流输入端的第二输入端子构成供电回路，所述电磁驱动单元的线圈依据直流输入端的极性发生偏转，从而使得所述固定极性输出端与所述第二同轴转盘连接；

在所述线圈发生偏转后，第一同轴转盘的导电部件与连接导线上的导电划片脱离，所述供电回路断开；所述连接导线为限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线；第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，固定极性输出端输出期望的极性顺序；步骤3：当固定极性输出端与第二同轴转盘连接时：

若所述直流极性与期望直流极性相同，则第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电；

若所述直流极性与期望直流极性不同，则固定极性输出端中与负极输出接口连接的二极管导通，电磁开关闭合；在电磁开关闭合后，所述限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线上电连通，电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转。

优选的，所述步骤3中当所述电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转后二极管断开，电磁开关也断开，从而第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种直流电压极性纠正装置，能够确保直流输出的极性次序、不受系统直流极性反转影响，直流接入时也不必再核对各接线的极性；无待机功耗，极性控制输出规定的极性次序后，控制回路会自动断电退出，不会继续消耗电能；避免了继电器直接控制负荷回路，降低了继电器的容量与耐压要求，有利于降低装置化的制造成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种直流电压极性纠正装置结构图；

图2：本发明实施例中一种直流电压极性纠正装置的操作方法流程图；

图3：直流极性自动纠正原理图A；

图4：直流极性自动纠正原理图B；

其中，11：第一输入端子；12：第二输入端子；2：限压电阻R1；3：电磁驱动单元；41：第一同轴转盘；42：第二同轴转盘；51：电磁开关的动触片；52：电磁开关的定触片；61：第一端子；62：第二端子；63：第三端子；64：限压电阻R2；65：二极管；7：导线；8导线；9导线；10：导线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

现有技术中适用于直流强电的自动极性纠正方法主要包括两种方法，具体为：

1、第一种方法

如图3所示，通过二极管与继电器构成极性判别回路，并由继电器控制换向开关。若直流输入电压极性与输出极性一致则极性控制回路断开；若直流输入电压极性与输出极性相反则极性控制回路激活并保持，继电器动作控制换向开关以实现极性纠正的目的。

该方法在直接接入时需要核对电压极性，但若直流电压长时间处于“相反”极性状态时，则极性控制回路会有持续的功耗浪费。

2、第二种方法

如图4所示，利用整流桥原理在桥臂上分别设置两个继电器来控制直流导通路径，从而实现固定的直流电压输出极性。

该方法设计的电路复杂，并且总有一个整流桥臂处于通电的情况下，会持续产生的功率损耗。同时，上述两种方法所用到的继电器控制的回路均有负荷电流通过，因此对继电器元器件容量和耐压要求高，制造成本高。而且两者都可能产生待机功耗，长期使用会产生可观的电能浪费。

为克服现有技术的缺陷，本发明提供的一种直流电压极性纠正装置，基于电磁力驱动原理，利用固定磁场中载流导体的电流方向相反产生的电磁力方向相反的原理，配合转向开关器件，实现自动对输入端直流电压极性的探测以及对直流输出极性的选择，利用机械控制过程中的惯性作用，实现直流输出极性按照期望极性上电后，极性纠正装置自动断开。将具有方向性导通特性的半导体元件接入极性纠正装置，以实现输入端电压极性反转时激活极性纠正装置，并在纠正动作完成后截止。

本发明提供的直流电压极性纠正装置的实施例如图1所示，具体为：

直流电压极性纠正装置包括直流输入端、固定极性输出端、电磁开关、第一同轴转盘、电磁驱动单元和第二同轴转盘，第一同轴转盘、电磁驱动单元和第二同轴转盘依次连接。

1、直流输入端

包括第一输入端子和第二输入端子。其中，

①：第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接；

②：第二输入端子的一条支路接入限压电阻R1后与电磁驱动单元的输入端连接，一条支路接入所述限压电阻R1后与第一同轴转盘滑动连接，一条支路与第二同轴转盘滑动连接。

限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线上设有电磁开关的定触片，当电磁开关的动触片与所述定触片闭合后，所述连接导线上电连通。

第一同轴转盘和第二同轴转盘上均设置有导电部件，用于与第二输入端子滑动连接。

2、固定极性输出端

固定极性输出端与第二同轴转盘滑动连接，包括正极输出接口和负极输出接口。

①：正极输出接口

正极输出接口与第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与电磁开关的输入端连接，另一条支路输出正极性电压。其中，

正极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第一端子和第二端子，正极输出接口与电磁开关之间连接有限压电阻R2。

②：负极输出接口

负极输出接口与第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与电磁开关的输入端连接，另一条支路输出负极性电压。其中，

负极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第三端子，负极输出接口与电磁开关之间连接有二极管，二极管的阳极与负极输出接口连接，阴极与电磁开关连接。

第二同轴转盘包括两个定触头，两个定触头的间距、第一端子与第三端子的间距，以及第二端子与第三端子的间距均相等，从而保证第二同轴转盘翻转后所述定触头分别与第一端子和第三端子连接，或者定触头分别与第二端子和第三端子连接。

3、电磁驱动单元

电磁驱动单元包括设置在固定磁场的线圈；线圈的输入端通过同轴连接器与第一同轴转盘的中轴连接，输出端也通过同轴连接器与第二同轴转盘的中轴连接。

本实施例中，电磁驱动单元采用直流电机。

本发明实施例中直流电压极性纠正装置的操作流程如图2所示，具体为：

1、将直流配电网接入直流电压极性纠正装置的直流输入端，直流负荷接入固定极性输出端。

2、分析固定极性输出端与第二同轴转盘是否连接：

(1)若连接，则判断直流配电网接入直流输入端的直流极性与固定极性输出端的期望直流极性是否相同：

若直流极性与期望直流极性相同，则第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电。

若直流极性与期望直流极性不同，则固定极性输出端中与负极输出接口连接的二极管导通，电磁开关闭合；在电磁开关闭合后，限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线上电连通，电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转。

当电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转后二极管断开，电磁开关也断开，从而第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电。

(2)若不连接，则直流输入端的第一输入端子、电磁驱动单元、第一同轴转盘、限压电阻R1述直流输入端的第二输入端子构成供电回路，电磁驱动单元的线圈依据直流输入端的极性发生偏转，从而使得固定极性输出端与所述第二同轴转盘连接；

在线圈发生偏转后，第一同轴转盘的导电部件与连接导线上的导电划片脱离，供电回路断开；连接导线为限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线；第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，固定极性输出端输出期望的极性顺序，即第一输入端子与导线8，以及第二输入端子与导线11向第二同轴转盘供电，使得固定极性输出端输出期望的极性顺序，向直流负荷供电。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种直流电压极性纠正装置，其特征在于，所述装置包括直流输入端、固定极性输出端、电磁开关，以及依次连接的第一同轴转盘、电磁驱动单元和第二同轴转盘；所述直流输入端包括第一输入端子和第二输入端子，所述固定极性输出端包括正极输出接口和负极输出接口；

所述第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接；

所述第二输入端子的一条支路接入限压电阻R1后与电磁驱动单元的输入端通过所述电磁开关的定触片连接，一条支路接入所述限压电阻R1后与第一同轴转盘滑动连接，一条支路与第二同轴转盘滑动连接；

所述固定极性输出端与第二同轴转盘滑动连接；

正极输出接口与所述第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与所述电磁开关的输入端连接，另一条支路输出正极性电压；负极输出接口与第二同轴转盘滑动连接后，一条支路与所述电磁开关通过二极管连接，另一条支路输出负极性电压；二极管的阳极与负极输出接口连接，阴极与电磁开关连接；当电磁开关的动触片与所述定触片闭合后，连接导线上电连通；电磁驱动单元包括设置在固定磁场的线圈；线圈的输入端通过同轴连接器与所述第一同轴转盘的中轴连接，输出端也通过同轴连接器与所述第二同轴转盘的中轴连接如此确保直流电器接入的直流电压极性正确。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第一端子和第二端子；所述负极输出接口与第二同轴转盘连接的一侧包括第三端子；所述第二同轴转盘包括两个定触头；

所述两个定触头的间距、第一端子与第三端子的间距，以及第二端子与第三端子的间距均相等，从而保证第二同轴转盘翻转后所述定触头分别与第一端子和第三端子连接，或者所述定触头分别与第二端子和第三端子连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正极输出接口与电磁开关之间连接有限压电阻R2。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一同轴转盘和第二同轴转盘上均设置有导电部件；所述导电部件，用于与所述第二输入端子滑动连接。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的直流电压极性纠正装置的操作方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：将直流配电网接入所述装置的直流输入端，直流负荷接入固定极性输出端；

步骤2：分析所述固定极性输出端与第二同轴转盘是否连接：

若连接，则判断直流配电网接入所述直流输入端的直流极性与所述固定极性输出端的期望直流极性是否相同，并执行步骤3；

若不连接，则所述直流输入端的第一输入端子、电磁驱动单元、第一同轴转盘、限压电阻R1与所述直流输入端的第二输入端子构成供电回路，所述电磁驱动单元的线圈依据直流输入端的极性发生偏转，从而使得所述固定极性输出端与所述第二同轴转盘连接；

在所述线圈发生偏转后，第一同轴转盘的导电部件与连接导线上的导电划片脱离，所述供电回路断开；所述连接导线为限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线；第一输入端子与电磁驱动单元的输出端子连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，固定极性输出端输出期望的极性顺序；

步骤3：当固定极性输出端与第二同轴转盘连接时：

若所述直流极性与期望直流极性相同，则第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电；

若所述直流极性与期望直流极性不同，则固定极性输出端中与负极输出接口连接的二极管导通，电磁开关闭合；在电磁开关闭合后，所述限压电阻R1与电磁驱动单元的输入端之间的连接导线上电连通，电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3中当所述电磁驱动单元驱动第二同轴转盘翻转，使得直流输入端的直流极性反转后二极管断开，电磁开关也断开，从而第一输入端子与电磁驱动单元的输出端连接，以及第二输入端子与第二同轴转盘滑动连接，向直流负荷供电。