CN107863819A - 双电源切换控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

双电源切换控制器及控制方法。目前的双电源切换只是在功能上完成切换，但切换时间难以控制在一个工频电源周期（20mS）内，仍无法实现真正的连续供电。本发明组成包括：机箱（1），所述的机箱内安装有主机电路板（2），所述的主机电路板分别与充电控制电路（3）、激磁控制电路（4）、切换状态监测电路（5）电连接，所述的充电控制电路与所述的激磁控制电路电连接。本发明应用于对供电连续性、可靠性要求更高的重要用户的双电源自动切换控制。

Description

双电源切换控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及主、备双电源供电的自动切换设备，具体涉及一种双电源切换控制器及控制方法。

背景技术

随着社会经济、科学技术的不断进步，人类的生产、生活对电力的需求越来越高。虽按照电力用户的重要程度及停、断电后所造成的损失轻重分成不同的供电级别，但就电力用户本身的需求而言，都不希望供电电源发生失电现象。采用双路电源切换可以保证供电的连续性，当主电源发生停、欠电时, 双电源切换装置可实现与备用电源的自动切换，特别适用于不能断电的医院、机场、消防、军事等重要用户，以保证其供电的连续性和可靠性。目前所使用的双电源切换开关虽能完成双电源切换功能，但切换时间难以控制在一个工频电源周期（20mS）内，不能达到真正意义的连续供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电源切换控制器及控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种双电源切换控制器及控制方法，所述的双电源切换控制器其组成包括：机箱，所述的机箱内安装有主机电路板，所述的主机电路板分别与充电控制电路、激磁控制电路、切换状态监测电路电连接，所述的充电控制电路与所述的激磁控制电路电连接。

所述的双电源切换控制器，所述的主机电路板包括微控制器电路，所述的微控制器电路分别与信号转换及采集电路、人机交互接口电路、充电控制接口电路、激磁控制接口电路和切换状态通信接口电路电连接，所述的信号转换及采集电路与一组电压变换电路和一组电流变换电路电连接。

所述的双电源切换控制器，所述的充电控制电路主要包括：两路三相全波整流电路、储能电容C、限流电阻R、续流二极管D、充电控制开关IGBT和手控开关K等，所述的两路三相全波整流电路的输出端电连接所述的限流电阻R，所述的限流电阻R与所述的充电控制开关IGBT相串接，所述的充电控制开关IGBT与所述的储能电容C相串接，所述的储能电容C与所述的续流二极管D相并联。

所述的双电源切换控制器，所述的激磁控制电路由激磁线圈、控制激磁的晶闸管SCRa和SCRb、手控切换控制开关Ka和Kb等组成，所述的激磁线圈包括：合闸线圈La、分闸线圈La’及合闸线圈Lb、分闸线圈Lb’，所述的合闸线圈La和所述的分闸线圈Lb’相并联，受控于所述的晶闸管SCRa或所述的手控切换控制开关Ka，所述的合闸线圈Lb和所述的分闸线圈La’相并联，受控于所述的晶闸管SCRb或所述的手控切换控制开关Kb。

所述的切换状态监测电路包括单片机电路，所述的单片机电路分别与串行通信接口电路和一组切换状态信号变换电路电连接，所述的串行通信接口电路与所述的切换状态通信接口电路电连接。

所述的双电源切换控制器，其控制方法的具体控制步骤如下：

（1）双电源切换控制器上电启动初始化；

（2）储能电容充电：

控制器向充电控制电路输出指令，驱动充电控制开关IGBT导通，对储能电容C进行充电（充电电流≤2.0安培、充电时间≤2分钟），实时检测储能电容的端电压，达到200伏后，延迟5秒钟停止充电，切断充电电源并向主机发送充电已经完成的提示；

（3）启动实时检测：

控制器向主机电路板输出指令，启动对主、备两个独立电源的瞬时电压值进行实时采集、检测，一旦发现某路供电有掉电、欠压等现象，立即对双电源切换执行器、主电源及备用电源的实时状态进行分析和诊断，迅速制定控制策略，优化控制方案，按序实施具体切换操作；

（4） 控制切换操作：

控制器向激磁控制电路输出指令，驱动控制激磁的晶闸管SCBa或SCBb导通，SCBa导通时，a—a’回路通电激磁，合闸线圈La产生的磁场可以控制衔铁a迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器A提供合闸操动力矩，拨动执行器A合闸；同时，分闸线圈Lb’产生的磁场可以控制衔铁b迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器B提供分闸操动力矩，拨动执行器B分闸；SCBb导通时，b—b’回路通电激磁，合闸线圈Lb产生的磁场可以控制衔铁b迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器B提供合闸操动力矩，拨动执行器B合闸；同时，分闸线圈La’产生的磁场可以控制衔铁a迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器A提供分闸操动力矩，拨动执行器A分闸；

（5）状态存储显示：

控制器向切换状态监测电路输出指令，启动双电源切换执行器上传实时的状态信息：开关位置、稳定状态、切换速度、故障提示等，进行分析、识别、存储后，传送到具有汉字化图文显示功能的人机信息交互显示屏；

（6）切换后的控制：

本次双电源切换结束后，双电源切换装置又进入了一个新的稳定状态，控制器向充电控制电路再次输出指令，启动对储能电容继续充电（充电电流≤0.05安培、充电时间≤20秒钟），为双电源切换的下次操作做好准备。

本发明的有益效果：

1. 本发明是通过实时检测主、备两个独立的三相电源任意时刻的瞬时电压值，来判断供电是否出现掉电、欠压或过流现象，使检测、判断故障的时长缩短至单次模--数转换的时间和实施运算的时间之和，在目前的技术条件下，这个时长仅为微秒级，为把双电源切换时间控制在一个工频电源周期内提供了技术支撑。

2. 本发明采用大容量电容器作为储能原件，用主电源和备用电源同时给储能电容充电，以保证当某路电源失电时仍能不间断的充电，再由晶闸管控制储能电容对主、备电源切换开关的激磁线圈放电，产生磁场控制衔铁移动，为电磁式推--拉移动的操动机构提供操动力矩，从而实现双电源的快速切换，具有电路简单、稳定性好、可靠性高等优点。

3. 本发明的切换状态监测电路，能对安装在双电源切换执行器上的状态探测器输出信号进行变换、采集，经单片机软件判断、识别，获取双电源切换状态的实时数据，通过串行通信口上传给主机电路板的微控制器，由双电源切换控制器根据切换主、备电源的控制策略，按预先设定的流程对双电源切换执行器、主电源及备电源等的实时状态进行系统分析和故障诊断，迅速优化切换的控制方案、按序输出具体的操作指令，保障主、备电源实现安全、可靠的快速切换。

4. 本发明的人机交互面板的LCD显示器采用4吋彩色图形显示屏，作为汉字化图文显示的人机信息交互界面，可同时显示主、备双路电源的电气参数或曲线（三相总功率P、相电压的有效值U、相电流的有效值I、视在功率S、功率因数PF及频率f等）和双路电源的切换状态（充电状态指示、开关动作次数、开关位置记忆、开关状态指示、开关故障提示及报警等），具有信息量大、图文清晰、提示醒目等特点。

5. 本发明是双电源切换装置的核心部件，与采用了电磁式--拉移动技术的双电源切换操动机构和安装了状态探测器的双电源执行机构总体装配在一起，构成完整的、智能化的双电源自动切换装置，结构简单、功能齐全、操动力矩大、动作速度快、可靠性高，可使主、备双电源的切换时间缩短在一个工频周期（20mS）内，满足对供电连续性、可靠性要求严格的重要电力用户的需求。

附图说明：

附图1是本发明的电路结构方框图。

附图2是本发明的主机电路板原理框图。

附图3是本发明的充电控制电路原理图。

附图4是本发明的激磁控制电路原理图。

附图5是本发明的激磁机构机械装配示意图。

附图6是本发明的切换状态监测电路原理框图。

附图7是本发明的人机交互面板示意图。

附图8是本发明应用于双电源切换控制装置的总体装配示意图。

图中：1—机箱；2—主机电路板；3—充电控制电路；4—激磁控制电路；5—切换状态监测电路；6—信号转换及采集电路；7—微控制器电路；8—人机交互接口电路；9—电压变换电路；10—电流变换电路； 11—充电控制接口电路；12—激磁控制接口电路；13—切换状态通信接口电路；14—衔铁a； 15—合闸线圈La； 16—分闸线圈La’；17—衔铁b；18—分闸线圈Lb’；19—合闸线圈Lb；20—串行通信接口电路；21—单片机电路；22—切换状态信号变换电路；23—人机交互面板；24—LCD显示器；25—操作按键；26—手控切换控制开关Ka；27—手控切换控制开关Kb； 28—双电源切换执行机构B；29—双电源切换操动机构；30—双电源切换执行机构A；31—双电源切换装置底座；32—双电源切换装置。

具体实施方式：

实施例1：

一种双电源切换控制器及控制方法，所述的双电源切换控制器：机箱（1），所述的机箱内安装有主机电路板（2），所述的主机电路板分别与充电控制电路（3）、激磁控制电路（4）、切换状态监测电路（5）电连接，所述的充电控制电路与所述的激磁控制电路电连接。

实施例2：

根据实施例1所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的主机电路板包括微控制器电路（7），所述的微控制器电路分别与信号转换及采集电路（6）、人机交互接口电路（8）、充电控制接口电路（11）、激磁控制接口电路（12）和切换状态通信接口电路（13）电连接，所述的信号转换及数据采集电路与一组电压变换电路（9）和一组电流变换电路（1）电连接。

实施例3：

根据实施例1所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的充电控制电路主要包括：两路三相全波整流电路、储能电容C、限流电阻R、续流二极管D、充电控制开关IGBT和手控开关K等，实现用主、备电源同时给储能电容C进行连续充电。

实施例4：

根据实施例1所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的激磁控制电路由激磁线圈、控制激磁的晶闸管SCRa和SCRb、手控切换控制开关Ka和Kb等组成，所述的激磁线圈包括：合闸线圈La、分闸线圈La’及合闸线圈Lb、分闸线圈Lb’，所述的合闸线圈La和所述的分闸线圈Lb’相并联，受控于所述的晶闸管SCRa或所述的手控切换控制开关Ka；所述的合闸线圈Lb和所述的分闸线圈La’相并联，受控于所述的晶闸管SCRb或所述的手控切换控制开关Kb。

实施例5：

根据实施例1或4所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的激磁线圈La、La’、Lb和Lb’是四个尺寸一样、绕向一致、匝数相同的电磁线圈，与两个完全匹配的衔铁a、b一起构成双电源切换的电--磁机构。

（1）电--磁机构的电气连接线路：合闸线圈La和分闸线圈Lb’相互并联，合闸线圈Lb和分闸线圈La’相互并联，所形成的对角线并行连接，既能实现操动力矩的电气互锁，又能体现很强的冗余作用，有效防止某个激磁线圈发生故障时，出现两路电源同时合闸现象；

（2）电--磁机构的机械装配结构：衔铁a、合闸线圈La、分闸线圈La’安装在电--磁机构左侧，衔铁b、合闸线圈Lb、分闸线圈Lb’安装在电--磁机构右侧。当a—a’回路通电激磁时，合闸线圈La产生的磁场可以控制衔铁a向上“推”移动、分闸线圈Lb’产生的磁场可以控制衔铁b向下“拉”移动；同理，b—b’回路通电激磁时，合闸线圈Lb产生的磁场可以控制衔铁b向上“推”移动、分闸线圈La’产生的磁场可以控制衔铁a向下“拉”移动，为双电源切换执行机构提供操动力矩。

实施例6：

根据实施例1所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的切换状态监测电路包括单片机电路（21），所述的单片机电路分别与串行通信接口电路（20）和一组切换状态信号变换电路（22）电连接，所述的串行通信接口电路与所述的切换状态通信接口电路电连接。完成对安装在双电源切换执行器上的状态探测器输出信号的变换和采集、软件判断和识别，获取双电源切换状态的实时检测数据，通过串行通信口上传给主机电路板的微控制器，由双电源切换控制器对双电源切换执行器的实时状态进行系统分析和故障诊断，确保主电源和备用电源实现快速切换。

实施例7：

根据实施例1所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的机箱外侧装有人机交互面板（23）、手控切换控制开关Ka（26）和Kb（27），所述的人机交互面板包括LCD显示器（24）和操作按键（25），所述的LCD显示器采用4吋彩色图形显示屏，显示主、备双路电源的三相总功率P、相电压的有效值U、相电流的有效值I、视在功率S、功率因数PF及频率f等实时的电气参数；显示控制器的充电状态指示、开关动作次数、开关位置记忆、开关状态指示、开关故障提示和报警等切换的状态信息。

实施例8：

根据实施例1—7所述的双电源切换控制器及控制方法，所述的双电源切换控制器是双电源切换装置（32）的核心控制部件，与采用了电磁式推--拉移动技术的双电源切换操动机构（29）和安装了状态探测器的双电源执行机构A（30）、执行机构B（28）总装在一起，构成机构简单、功能齐全、操动力矩大、动作速度快的双电源自动切换装置，可使主、备双电源的切换时间缩短在一个工频周期（20mS）内。

实施例9：

根据实施例1—7所述的双电源切换控制器及的控制方法，所述的控制方法的具体控制步骤如下：

（1）双电源切换控制器上电启动初始化；

（2）储能电容充电：

控制器向充电控制电路输出指令，驱动充电控制开关IGBT导通，对储能电容C进行充电（充电电流≤2.0安培、充电时间≤2分钟），实时检测储能电容的端电压，达到200伏后，延迟5秒钟停止充电，切断充电电源并向主机发送充电已经完成的提示；

（3）启动实时检测：

控制器向主机电路板输出指令，启动对主、备两个独立电源的瞬时电压值进行实时采集、检测，一旦发现某路供电有掉电、欠压等现象，立即对双电源切换执行器、主电源及备用电源的实时状态进行分析和诊断，迅速制定控制策略，优化控制方案，按序实施具体切换操作；

（4） 控制切换操作：

控制器向激磁控制电路输出指令，驱动控制激磁的晶闸管SCBa或SCBb导通，SCBa导通时，a—a’回路通电激磁，合闸线圈La产生的磁场可以控制衔铁a迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器A提供合闸操动力矩，拨动执行器A合闸；同时，分闸线圈Lb’产生的磁场可以控制衔铁b迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器B提供分闸操动力矩，拨动执行器B分闸；SCBb导通时，b—b’回路通电激磁，合闸线圈Lb产生的磁场可以控制衔铁b迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器B提供合闸操动力矩，拨动执行器B合闸；同时，分闸线圈La’产生的磁场可以控制衔铁a迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器A提供分闸操动力矩，拨动执行器A分闸；

（5）状态存储显示：

控制器向切换状态监测电路输出指令，启动双电源切换执行器上传实时的状态信息：开关位置、稳定状态、切换速度、故障提示等，进行分析、识别、存储后，传送到具有汉字化图文显示功能的人机信息交互显示屏；

（6）切换后的控制：

本次双电源切换结束后，双电源切换装置又进入了一个新的稳定状态，控制器向充电控制电路再次输出指令，启动对储能电容继续充电（充电电流≤0.05安培、充电时间≤20秒钟），为双电源切换的下次操作做好准备。

Claims (6)

1.一种双电源切换控制器及控制方法，所述的双电源切换控制器其组成包括：机箱，其特征是：所述的机箱内安装有主机电路板，所述的主机电路板分别与充电控制电路、激磁控制电路、切换状态监测电路电连接，所述的充电控制电路与所述的激磁控制电路电连接。

2.根据权利要求1所述的双电源切换控制器及控制方法，其特征是：所述的主机电路板包括微控制器电路，所述的微控制器电路分别与信号转换及采集电路、人机交互接口电路、充电控制接口电路、激磁控制接口电路和切换状态通信接口电路电连接，所述的信号转换及采集电路与一组电压变换电路和一组电流变换电路电连接。

3.根据权利要求1 所述的双电源切换控制器及控制方法，其特征是：所述的充电控制电路主要包括：两路三相全波整流电路、储能电容C、限流电阻R、续流二极管D、充电控制开关IGBT和手控开关K等，所述的两路三相全波整流电路的输出端电连接所述的限流电阻R，所述的限流电阻R与所述的充电控制开关IGBT相串接，所述的充电控制开关IGBT与所述的储能电容C相串接，所述的储能电容C与所述的续流二极管D相并联。

4.根据权利要求1所述的双电源切换控制器及控制方法，其特征是：所述的激磁控制电路由激磁线圈、控制激磁的晶闸管SCRa和SCRb、手控切换控制开关Ka和Kb等组成，所述的激磁线圈包括：合闸线圈La、分闸线圈La’及合闸线圈Lb、分闸线圈Lb’，所述的合闸线圈La和所述的分闸线圈Lb’相并联，受控于所述的晶闸管SCRa或所述的手控切换控制开关Ka，所述的合闸线圈Lb和所述的分闸线圈La’相并联，受控于所述的晶闸管SCRb或所述的手控切换控制开关Kb。

5.根据权利要求1所述的双电源切换控制器及控制方法，其特征是：所述的切换状态监测电路包括单片机电路，所述的单片机电路分别与串行通信接口电路和一组切换状态信号变换电路电连接，所述的串行通信接口电路与所述的切换状态通信接口电路电连接。

6.根据权利要求1—5所述的双电源切换控制器的控制方法，其所述的控制方法特征是：该方法的具体控制步骤如下：

（1）双电源切换控制器上电启动初始化；

（2）储能电容充电：

控制器向充电控制电路输出指令，驱动充电控制开关IGBT导通，对储能电容C进行充电（充电电流≤2.0安培、充电时间≤2分钟），实时检测储能电容的端电压，达到200伏后，延迟5秒钟停止充电，切断充电电源并向主机发送充电已经完成的提示；

（3）启动实时检测：

控制器向主机电路板输出指令，启动对主、备两个独立电源的瞬时电压值进行实时采集、检测，一旦发现某路供电有掉电、欠压等现象，立即对双电源切换执行器、主电源及备用电源的实时状态进行分析和诊断，迅速制定控制策略，优化控制方案，按序实施具体切换操作；

（4） 控制切换操作：

控制器向激磁控制电路输出指令，驱动控制激磁的晶闸管SCBa或SCBb导通，SCBa导通时，a—a’回路通电激磁，合闸线圈La产生的磁场可以控制衔铁a迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器A提供合闸操动力矩，拨动执行器A合闸；同时，分闸线圈Lb’产生的磁场可以控制衔铁b迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器B提供分闸操动力矩，拨动执行器B分闸；SCBb导通时，b—b’回路通电激磁，合闸线圈Lb产生的磁场可以控制衔铁b迅速向上“推”移动，为双电源切换执行器B提供合闸操动力矩，拨动执行器B合闸；同时，分闸线圈La’产生的磁场可以控制衔铁a迅速向下“拉”移动，为双电源切换执行器A提供分闸操动力矩，拨动执行器A分闸；

（5）状态存储显示：

控制器向切换状态监测电路输出指令，启动双电源切换执行器上传实时的状态信息：开关位置、稳定状态、切换速度、故障提示等，进行分析、识别、存储后，传送到具有汉字化图文显示功能的人机信息交互显示屏；

（6）切换后的控制：

本次双电源切换结束后，双电源切换装置又进入了一个新的稳定状态，控制器向充电控制电路再次输出指令，启动对储能电容继续充电（充电电流≤0.05安培、充电时间≤20秒钟），为双电源切换的下次操作做好准备。