CN107346914A - 交流电源plc无间断切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交流电源PLC无间断切换装置，由控制电路和主回路组成，所述控制电路由电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路构成，所述主回路由断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS组成；该装置性能稳定和切换迅捷，适用于具有两路交流电源供电的场合,并允许两路电源相位上有一定的差异，当主电源停电时，PLC无间断切换装置会极速将备用电源切入负载用电电路，为负载提供不间断的电源，以满足设备正常运行的需要。

Description

交流电源PLC无间断切换装置

技术领域

本发明涉及一种交流电源PLC无间断切换装置。

背景技术

众所周知，对于一些不能停电的重要部门都采用双路交流电源供电。在原电源断电时，能极速切入备用电源，以保证计算机、数据库或其它不能断电的系统设备的正常工作。而电源之间的切换问题是保证无间断供电的关键，自动切换装置的切换时间、可靠性和安全性就显得非常重要。现在，有很多部门在停电时采用不间断电源供电，这种方式需要配备一定数量的蓄电池，无形增加了运行和维护成本，并且不间断电源的供电时间又有限。这对具有双路交流电源供电，并且至少能够保证一路电源正常的部门是不经济的，不仅浪费电源，还会增加电源污染。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种性能稳定和切换迅捷，适用于具有两路交流电源供电的场合,并允许两路电源相位上有一定的差异，当主电源停电时，PLC无间断切换装置会极速将备用电源切入负载用电电路，为负载提供不间断的电源，以满足设备正常运行的需要的交流电源PLC无间断切换装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种交流电源PLC无间断切换装置，由控制电路和主回路组成，所述控制电路由电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路构成，所述电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路依次连接，所述主回路由断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS组成，所述断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS依次连接。

一种交流电源PLC无间断切换装置的实施方法为：

1)通过电源变压器从两路供电电源侧获得27V的交流电，并通过桥式整流电路转变成两路脉动直流电；

2)步骤1)中的两路脉动直流电分别通过一个整流二极管为稳压电路供电，并实现了两路电源之间的相互隔离，只要一路电源正常，稳压电路就能正常供电；

3)稳压电路采用7824三端稳压，输出电压24V，前后采用电解电容器滤波，为整机设备提供24V直流电源；

4)接口电路1～4由电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和三极管Q1组成，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电，然后通过限流电阻R3输入三极管的基极，控制三极管的工作状态，使三极管工作在开关状态，以便获取开关量信号，供电电源正常时，开关为“接通”；供电电源故障，开关为“断开”；

5)电压采样电路1、2由电阻R1、R2和电容C1、C2，稳压二极管D2组成，稳压二极管起到一个限值导通的作用，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电；当供电电压正常时，电容C1两端的电压低于稳压管的反向击穿电压，稳压二极管反向截止，电容C2的电压等于零，没有电压输出；当供电电压超过设定值时，电容器C1两端的电压超过稳压二极管反向击穿电压，稳压管导通并向电容C2充电，经过延时向后面的接口电路输出控制信号；

6)触发电路由光电耦合、信号放大、过零检测和触发信号的发生四个部分组成，光电耦合部分由电阻R1和光电耦合器N组成；电阻R2、R3、R4和三极管Q2组成一个放大电路；过零检测电路由电阻R5、R6和三极管Q3组成；触发信号的发生部分由单向晶闸管VS1，二极管D1、D2、D3、D4，电阻R7、R8组成，四个桥式整流二极管还为信号放大和过零检测部分提供直流电压信号；控制电路通过光电耦合器实现与主电路的光电隔离和控制信号传输，当“1、2”两端有控制电压输入时，光耦内部的发光二极管发光，光敏三极管Q1受光照后进入饱和状态，集电极电压很低，使三极管Q2发射结处于零偏置而截止，三极管Q3集电极的电压随单向晶闸管阳极电压的变化而变化；当阳极电压刚过零后，Q3发射结处于零偏置而截止；随后电压逐渐升高，由于三极管Q3集电极电压值比基极要高，在Q3没有饱和导通前晶闸管VS1的控制极也在升高，随即达到晶闸管VS1的导通电压而导通，然后一直到电压过零时晶闸管VS1才关断；在单向晶闸管导通后，电阻R7、R8也随之接通，双向晶闸管受到触发电压驱动导通，然后在电源电压过零时关断；当“1、2”两端输入的控制电压为零时，光敏三极管Q1处于截止状态，在触发电路的电压过零后，当三极管Q2集电极电压达到0.6V时就进入饱和状态，以后就一直不会高于0.6V，单向晶闸管也一直不能触发导通，电阻R7、R8始终不能接通，双向晶闸管也一直处于截止状态。

7)继电器驱动电路由电阻R1、二极管D1、三极管Q1组成，K是继电器线圈；三极管Q1为共发射极接法，二极管D1在三极管突然截止时起续流和限压作用，以免三极管被线圈产生的感生电压击穿；来自编程器输出端的控制电压经过电阻R1的限流，输入三极管的基极，经过三极管放大后驱动继电器工作。

整流电路：将交流电转变成脉动直流电的电路；

电压采样：供电电源电压值大小的采集电路；

稳压电路：控制电路中的稳压电源；

接口电路：与PLC可编程器输入端口的连接电路，本装置是指将供电电源“是否有电”或电压值“是否超过额定值的25％”转换成编程器可以识别的开关量信号——开关的“接通或断开”；

触发电路：产生触发信号驱动双向晶闸管导通的电路；

驱动电路：将控制信号加以放大驱动继电器工作的电路。

本发明技术效果主要体现在以下方面：经过长时间在广播系统供电电源的自动切换试用，具有性能稳定，切换迅捷的优点，不会因电源切换而造成广播系统电脑主机的瞬间断电停机，是电脑智能广播系统、电脑嵌入式设备、数据库系统设备等需要不间断供电的首选电源切换装置，适用于具有两路交流电源供电的场合,并允许两路电源相位上有一定的差异，当主电源停电时，PLC无间断切换装置会极速将备用电源切入负载用电电路，为负载提供不间断的电源，以满足设备正常运行的需要。

附图说明

图1为本发明一种交流电源PLC无间断切换装置的电路方框图；

图2为本发明的接口电路的电路设计图；

图3为本发明的电压采样电路的电路设计图；

图4为本发明的触发电路的电路设计图；

图5为本发明的继电器驱动电路的电路设计图。

具体实施方式

以下结合附图1-5，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

一种交流电源PLC无间断切换装置，如图1所示，由控制电路和主回路组成，所述控制电路由电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路构成，所述电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路依次连接，所述主回路由断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS组成，所述断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS依次连接。

一种交流电源PLC无间断切换装置的实施方法为：

1)通过电源变压器从两路供电电源侧获得27V的交流电，并通过桥式整流电路转变成两路脉动直流电；

2)步骤1)中的两路脉动直流电分别通过一个整流二极管为稳压电路供电，并实现了两路电源之间的相互隔离，只要一路电源正常，稳压电路就能正常供电；

3)稳压电路采用7824三端稳压，输出电压24V，前后采用电解电容器滤波，为整机设备提供24V直流电源；

4)如图2所示，接口电路1～4由电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和三极管Q1组成，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电，然后通过限流电阻R3输入三极管的基极，控制三极管的工作状态，使三极管工作在开关状态，以便获取开关量信号，供电电源正常时，开关为“接通”；供电电源故障，开关为“断开”；

5)如图2所示，电压采样电路1、2由电阻R1、R2和电容C1、C2，稳压二极管D2组成，稳压二极管起到一个限值导通的作用，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电；当供电电压正常时，电容C1两端的电压低于稳压管的反向击穿电压，稳压二极管反向截止，电容C2的电压等于零，没有电压输出；当供电电压超过设定值时，电容器C1两端的电压超过稳压二极管反向击穿电压，稳压管导通并向电容C2充电，经过延时向后面的接口电路输出控制信号；

6)如图3所示，触发电路由光电耦合、信号放大、过零检测和触发信号的发生四个部分组成，光电耦合部分由电阻R1和光电耦合器N组成；电阻R2、R3、R4和三极管Q2组成一个放大电路；过零检测电路由电阻R5、R6和三极管Q3组成；触发信号的发生部分由单向晶闸管VS1，二极管D1、D2、D3、D4，电阻R7、R8组成，四个桥式整流二极管还为信号放大和过零检测部分提供直流电压信号；控制电路通过光电耦合器实现与主电路的光电隔离和控制信号传输，当“1、2”两端有控制电压输入时，光耦内部的发光二极管发光，光敏三极管Q1受光照后进入饱和状态，集电极电压很低，使三极管Q2发射结处于零偏置而截止，三极管Q3集电极的电压随单向晶闸管阳极电压的变化而变化；当阳极电压刚过零后，Q3发射结处于零偏置而截止；随后电压逐渐升高，由于三极管Q3集电极电压值比基极要高，在Q3没有饱和导通前晶闸管VS1的控制极也在升高，随即达到晶闸管VS1的导通电压而导通，然后一直到电压过零时晶闸管VS1才关断；在单向晶闸管导通后，电阻R7、R8也随之接通，双向晶闸管受到触发电压驱动导通，然后在电源电压过零时关断；当“1、2”两端输入的控制电压为零时，光敏三极管Q1处于截止状态，在触发电路的电压过零后，当三极管Q2集电极电压达到0.6V时就进入饱和状态，以后就一直不会高于0.6V，单向晶闸管也一直不能触发导通，电阻R7、R8始终不能接通，双向晶闸管也一直处于截止状态。

7)如图4所示，继电器驱动电路由电阻R1、二极管D1、三极管Q1组成，K是继电器线圈；三极管Q1为共发射极接法，二极管D1在三极管突然截止时起续流和限压作用，以免三极管被线圈产生的感生电压击穿；来自编程器输出端的控制电压经过电阻R1的限流，输入三极管的基极，经过三极管放大后驱动继电器工作。

在本实施方法中，PLC可编程控制器选用FX1N-10MT，直流继电器选用施耐德RXM2AB2BD继电器，工作电压24V，交流电源变压器规格为5W-220V/27V，双向晶闸管选用“台基”KS40～100A/1200V，可按照用户要求的规格选配，并配备专用的散热器。

工作原理：

在该控制电路中，(1)变压器1和变压器2的初级线圈分别接在两路供电电源上，变压器1和变压器2的次级线圈分别接在整流电路1和整流电路2的输入端。通过变压器1和变压器2从两路供电电源上得到27V的交流电，然后把两路交流电分别输入整流电路1和整流电路2，通过整流电路转变成两路脉动直流电，是后续电路的电源和供电信号。(2)一方面，整流电路1和整流电路2的输出端分别通过整流二极管(图中省略)接入稳压电路的输入端，可以同时为稳压电路均衡供电，经过稳压后得到24V直流电源，是整个控制电路和PLC编程器的直流电源。有了二极管两路电源不会相互干扰，只要其中的一路有电，就能够满足供电要求。(3)另一方面，整流电路1和整流电路2的输出端又分别接在接口电路1和接口电路2的输入端，把电源电压信号分别输入接口电路1和接口电路2，经过分压、滤波处理后，两路供电电源的电压信号被转变成编程器能够直接处理的开关量信号，供电电源“是否有电”分别等于输入开关的“接通与断开”。(4)接口电路1和接口电路2的输出端分别接在PLC编程器的输入端X00和X01，编程器就从输入端口X00和X01获得了代表两路电源是否有电的开关信号。(5)整流电路1和整流电路2的输出端还分别接在电压采样1和电压采样2的输入端，电压采样1和电压采样2的输出端分别接在接口电路3和接口电路4的输入端，两路电源电压信号分别输入电压采样1和电压采样2，电源电压信号经过电压采样电路的处理后输入接口电路，再经过接口电路按条件转换成开关量信号，并用指示灯加以指示。当电源电压值超过额定值的15％时，开关信号为“接通”，正常则为“断开”。(6)接口电路3和接口电路4的输出端分别接PLC编程器的输入端X02和X03，编程器就从输入端口X02和X03获得了代表两路电源电压值是否超过额定电压值的15％的开关信号。(7)编程器的输出端Y00与触发电路1、触发电路2的输入端相接，输出端Y01与触发电路3、触发电路4的输入端相接，触发电路1～触发电路4的输出端分别与双向晶闸管KS1～KS4的控制极相接。编程器输出端Y00和Y01输出的控制指令调节触发电路1～触发电路4产生触发信号，触发信号驱动和控制双向晶闸管的接通与断开。(8)编程器输出端Y02和Y03与驱动电路1和驱动电路2相接，编程器输出端Y02和Y03输出的控制信号经过驱动电路放大后驱动电磁继电器工作及指示工作状态。这样，两路供电电源的电压信息经过PLC可编程控制器的智能处理后，便可以通过输出端口传送控制指令信号，控制对应的双向晶闸管和电磁继电器的接通与断开，将供电电源无间断的切入负载电路。通过编程控制，实现把常用供电电源及电压正常的电源切入负载电路。

切入电源时，对应的双向晶闸管先行接通，将外电源无间断的切入负载电路，随后与其相连的电磁继电器开始工作，常开触点闭合，将先行接通的一对双向晶闸管电极短接，让电源电流不通过晶闸管而直接通过继电器触点流入负载电路，使双向晶闸管仅仅在切入电源瞬间起到快速接通维持负载电源不断电的作用，电磁继电器工作后不再起接通电源的作用。这样，可以有效防止双向晶闸管长期工作出现过热或因瞬时过压、过载而损坏，提高该切换装置的可靠性和安全性。触发电路的电源取自双向晶闸管主电极T1、T2两端，来自编程器的控制信号通过光电耦合输入触发电路，实现了控制电路与主回路的光电隔离。晶闸管采用过零触发电路触发驱动，在电源电压过零后接通和关断晶闸管，避免接通瞬间产生大电流冲击双向晶闸管，提高了该切换装置的可靠性和安全性。

本发明技术效果主要体现在以下方面：经过长时间在广播系统供电电源的自动切换试用，具有性能稳定，切换迅捷的优点，不会因电源切换而造成广播系统电脑主机的瞬间断电停机，是电脑智能广播系统、电脑嵌入式设备、数据库系统设备等需要不间断供电的首选电源切换装置，适用于具有两路交流电源供电的场合,并允许两路电源相位上有一定的差异，当主电源停电时，PLC无间断切换装置会极速将备用电源切入负载用电电路，为负载提供不间断的电源，以满足设备正常运行的需要。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种交流电源PLC无间断切换装置，由控制电路和主回路组成，其特征在于：所述控制电路由电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路构成，所述电源变压器、整流电路、电压采样、稳压电路、接口电路、PLC可编程控制器、触发电路、驱动电路、电磁继电器K和工作指示电路依次连接，所述主回路由断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS组成，所述断路器QS、熔断器FU、继电器K和双向晶闸管KS依次连接。

2.一种交流电源PLC无间断切换装置的实施方法，其特征在于：

1)通过电源变压器从两路供电电源侧获得27V的交流电，并通过桥式整流电路转变成两路脉动直流电；

2)步骤1)中的两路脉动直流电分别通过一个整流二极管为稳压电路供电，并实现了两路电源之间的相互隔离，只要一路电源正常，稳压电路就能正常供电；

3)稳压电路采用7824三端稳压，输出电压24V，前后采用电解电容器滤波，为整机设备提供24V直流电源；

4)接口电路1～4由电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和三极管Q1组成，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电，然后通过限流电阻R3输入三极管的基极，控制三极管的工作状态，使三极管工作在开关状态，以便获取开关量信号，供电电源正常时，开关为“接通”；供电电源故障，开关为“断开”；

5)电压采样电路1、2由电阻R1、R2和电容C1、C2，稳压二极管D2组成，稳压二极管起到一个限值导通的作用，从整流电路输入的电压信号，通过R1、R2和C1阻容电路的分压、滤波变成直流电；当供电电压正常时，电容C1两端的电压低于稳压管的反向击穿电压，稳压二极管反向截止，电容C2的电压等于零，没有电压输出；当供电电压超过设定值时，电容器C1两端的电压超过稳压二极管反向击穿电压，稳压管导通并向电容C2充电，经过延时向后面的接口电路输出控制信号；

6)触发电路由光电耦合、信号放大、过零检测和触发信号的发生四个部分组成，光电耦合部分由电阻R1和光电耦合器N组成；电阻R2、R3、R4和三极管Q2组成一个放大电路；过零检测电路由电阻R5、R6和三极管Q3组成；触发信号的发生部分由单向晶闸管VS1，二极管D1、D2、D3、D4，电阻R7、R8组成，四个桥式整流二极管还为信号放大和过零检测部分提供直流电压信号；控制电路通过光电耦合器实现与主电路的光电隔离和控制信号传输，当“1、2”两端有控制电压输入时，光耦内部的发光二极管发光，光敏三极管Q1受光照后进入饱和状态，集电极电压很低，使三极管Q2发射结处于零偏置而截止，三极管Q3集电极的电压随单向晶闸管阳极电压的变化而变化；当阳极电压刚过零后，Q3发射结处于零偏置而截止；随后电压逐渐升高，由于三极管Q3集电极电压值比基极要高，在Q3没有饱和导通前晶闸管VS1的控制极也在升高，随即达到晶闸管VS1的导通电压而导通，然后一直到电压过零时晶闸管VS1才关断；在单向晶闸管导通后，电阻R7、R8也随之接通，双向晶闸管受到触发电压驱动导通，然后在电源电压过零时关断；当“1、2”两端输入的控制电压为零时，光敏三极管Q1处于截止状态，在触发电路的电压过零后，当三极管Q2集电极电压达到0.6V时就进入饱和状态，以后就一直不会高于0.6V，单向晶闸管也一直不能触发导通，电阻R7、R8始终不能接通，双向晶闸管也一直处于截止状态。

7)继电器驱动电路由电阻R1、二极管D1、三极管Q1组成，K是继电器线圈；三极管Q1为共发射极接法，二极管D1在三极管突然截止时起续流和限压作用，以免三极管被线圈产生的感生电压击穿；来自编程器输出端的控制电压经过电阻R1的限流，输入三极管的基极，经过三极管放大后驱动继电器工作。