CN112737095A - 一种逆变电源及不间断供电自动切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不间断供电的双电源自动切换逆变电源及切换方法，在双电源与电压型敏感负载之间设计有防反二极管、多级切换电路、限流电抗器、母线支撑电容、逆变单元、输出滤波隔离单元及控制器，当采样检测到主供电直流电压低于极限值时，可以直接通过切换电路，切换到辅路供电支路，切换过程中由于主路直流电源与辅路直流电源压差较大，通过两级电阻切换限制输入冲击电流，确保备用供电支路正常供电；切换过程中第一级切换时采用晶闸管快速切换，且有大容量母线电容支撑，从而保证电源切换过程中仍能对敏感负载正常供电；对于备用供电支路切换到主供电支路切换过程其特性相同。
Description
技术领域
本发明属于电力电子设备供电电源技术领域，尤其涉及一种不间断供电的双电源自动切换逆变电源，以及其不间断供电自动切换方法。
背景技术
在无人船舶交流电网中一些敏感负荷对电能质量要求较高；当逆变电源前级供电电压下降至限定值以下，逆变电源输出电压不足以提供高质量交流电给敏感负荷供电，系统后级负荷不能保证正常运行，人身安全和系统运行得不到保证。
目前主要采用双电源供电来提高供电的可靠性，当主供电电源发生电压暂降导致逆变电源输出降低等电能质量问题时，快速切换开关动作，由辅路电源向敏感负荷供电。然而此种双电源供电方式的快速切换开关检测和动作需要一定的时间。在快速切换开关成功动作前，敏感负荷的供电得不到保证。
因此，有必要解决双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于根据现有技术的不足，提供一种不间断供电的双电源自动切换逆变电源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种逆变电源，包括控制器以及分别与控制器连接的多级切换电路和逆变单元，所述的逆变单元交流侧连接输出滤波隔离单元，输出滤波隔离单元另一端连接敏感负荷，所述的多级切换电路由主路多级切换单元和辅路多级切换单元组成，所述主路多级切换单元和辅路多级切换单元的输入端分别通过主路防反二极管和辅路防反二极管连接主电源和辅路电源的正极；所述的主路多级切换单元和辅路多级切换单元均由串接的晶闸管和电阻、串接的接触器和电阻以及接触器三条支路并联组成；所述主路多级切换单元和辅路多级切换单元的输出端通过限流电抗器连接逆变单元的直流侧正极，限流电抗器的输出端连接母线支撑电容正极，母线支撑电容的负极同时接入逆变单元的直流侧负极以及主电源和辅路电源的负极；所述的逆变单元是由六个IGBT模块组成的H桥结构；所述的输出滤波隔离单元由三相滤波电感、变压器及三相滤波电容组成；所述的晶闸管、接触器和IGBT模块均与控制器连接。
本发明的目的之二是提供上述逆变电源的不间断供电自动切换方法，步骤如下：
控制器采集主电源连接端处的主电源电压和辅助电源连接端处的辅助电源电压；控制器判断主电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第一个判断结果；
若第一个判断结果为满足，多级切换电路先闭合主路多级切换单元中第一支路上的晶闸管，切入第一支路上的电阻缓冲母线电压与辅助电源压差导致的冲击电流，与限流电抗器一起限制输入冲击电流，保护输入电源；再闭合第二支路上的接触器使得第二支路上的电阻与第一支路上的电阻并联；最后闭合第三支路上的接触器，短路前面切入的第一支路电阻与第二支路电阻，当装置以主电源供电时，逆变单元一直运行不用停止；
若第一个判断结果为不满足，则控制器判断辅助电源电压是否满足敏感负荷的电能质量要求，获得第二个判断结果；
若第二个判断结果为满足，则多级切换电路开始运行；多级切换电路先闭合辅路多级切换单元中第一支路上的晶闸管，切入第一支路上的电阻缓冲母线电压与辅助电源压差导致的冲击电流，与限流电抗器一起限制输入冲击电流，保护输入电源；再闭合第二支路上的接触器使得第二支路上的电阻与第一支路上的电阻并联；最后闭合第三支路上的接触器，短路前面切入的第一支路电阻与第二支路电阻，完成不间断供电切换且极大降低输入冲击电流；
当所述切换过程完成后，所述主电源供电停止，所述辅助电源正常为所述敏感负荷供电。
本发明的有益效果是：在双电源与电压型敏感负载之间设计防反二极管、多级切换电路、限流电抗器、母线支撑电容、逆变单元、输出滤波隔离单元及控制器，当采样检测到主供电直流电压低于极限值后，可以直接通过切换电路，切换到辅路供电支路，切换过程中由于主路直流电源与辅路直流电源压差较大，通过两级电阻切换限制输入冲击电流，确保备用供电支路正常供电；切换过程中第一级切换时采用晶闸管快速切换，且有大容量母线电容支撑，从而保证电源切换过程中仍能对敏感负载正常供电；对于备用供电支路切换到主供电支路切换过程其特性相同。该装置解决了双电源供电系统不间断供电切换中输入冲击电流及敏感负荷正常供电的问题。
附图说明
图1是本发明的电路拓扑图。
各附图标记为：1—主路多级切换单元，2—辅路多级切换单元，3—逆变单元，4—输出滤波隔离单元，5—控制器。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种不间断供电的双电源自动切换逆变电源电气示意图如图1所示。所述装置包括主路多级切换单元1、辅路多级切换单元2、限流电抗器L1、母线支撑电容C1、逆变单元3、输出滤波隔离单元4及控制器5。
进一步，主路防反二极管T1接入主电源正极，辅路防反二极管T2接入辅路电源正极，主路防反二极管T1另一端连接主路多级切换单元1一端，辅路防反二极管T2另一端连接辅路多级切换单元2一端，主路多级切换单元1与所述辅路多级切换单元2连接所述限流电抗器L1一端，限流电抗器L1另一端连接母线支撑电容C1正极与逆变单元3直流侧正极，母线支撑电容C1负极接入主电源负极与辅路电源负极，并连接与逆变单元3直流侧负极，逆变单元3交流侧连接输出滤波隔离单元4一端，输出滤波隔离单元4另一端连接敏感负荷。
所述主路多级切换单元1由三个支路并联组成，第一支路由晶闸管V1和电阻R1串联而成，第二支路由接触器K2和电阻R2串联而成，第三支路由接触器K1构成；所述的述辅路多级切换单元2由三个支路并联组成，第一支路由晶闸管V2和电阻R11串联而成，第二支路由接触器K12和电阻R12串联而成，第三支路由接触器K11构成。
所述的逆变单元3是由六个IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的H桥结构；所述的输出滤波隔离单元4由三相滤波电感L11、L12、L13、变压器T及三相滤波电容C11、C12、C13组成；输出滤波隔离单元4采用L-T-C模式，逆变电源动态性能优越，且物理隔离直流输入与交流输出，有益于设备电气安全防护。
所述的晶闸管V1、V2、接触器K1、K2、K11、K12、IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6均与控制器5连接，控制器5控制开关器件的导通及关断及监测直流系统的工作情况。
主路多级切换单元1、辅路多级切换单元2为一级、两级或多级，具体电路根据实际需求设置。本实例中主路多级切换单元1、辅路多级切换单元2均为两级切换。
本发明是一种具有防止向供电电源短路故障点反向馈电、冲击电流且不间断供电自动切换能力的电力电源，不间断供电自动切换采用大电容支撑负荷和晶闸管快速投切供电电源，保证对敏感负荷正常供电。解决了双电源供电系统不间断供电切换中输入冲击电流及敏感负荷正常供电的问题。
本发明还提供一种不间断供电的双电源自动切换逆变电源的切换方法。
当装置以主电源供电时，控制器5采集主电源连接端处的主电源电压和辅助电源连接端处的辅助电源电压。
若所述控制器5判断所述主电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第一个判断结果。
若第一个判断结果为不满足，所述控制器5判断所述辅助电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第二个判断结果。
若第二个判断结果为满足，所述多级切换电路开始运行；所述逆变单元3一直运行不用停止；所述辅路多级切换单元2中晶闸管V2最先动作，1us内完成闭合，切入所述电阻R11缓冲母线电压与辅助电源压差导致的冲击电流；再动作所述接触器K12闭合，切入所述电阻R12并联；最后动作所述接触器K1开通，动作所述接触器K11闭合。
当所述切换过程完成后，所述主电源供电停止，所述辅助电源正常为所述敏感负荷供电。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种逆变电源，其特征在于：包括控制器（5）以及分别与控制器（5）连接的多级切换电路和逆变单元（3），所述的逆变单元（3）交流侧连接输出滤波隔离单元（4），所述的多级切换电路由主路多级切换单元（1）和辅路多级切换单元（2）组成，所述主路多级切换单元（1）和辅路多级切换单元（2）的输入端分别通过主路防反二极管（T1）和辅路防反二极管（T2）连接主电源和辅路电源的正极；所述的主路多级切换单元（1）和辅路多级切换单元（2）均由串接的晶闸管和电阻、串接的接触器和电阻以及接触器三条支路并联组成；所述主路多级切换单元（1）和辅路多级切换单元（2）的输出端通过限流电抗器（L1）连接逆变单元（3）的直流侧正极，限流电抗器（L1）的输出端同时通过母线支撑电容（C1）连接逆变单元（3）的直流侧负极，母线支撑电容（C1）的负极同时接入主电源和辅路电源的负极；所述的逆变单元（3）是由六个IGBT模块组成的H桥结构；所述的输出滤波隔离单元（4）由三相滤波电感、变压器及三相滤波电容组成；所述的晶闸管、接触器和IGBT模块均与控制器（5）连接。
2.一种如权利要求1所述逆变电源的不间断供电自动切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制器（5）分别采集主电源电压和辅助电源电压，判断主电源电压是否满足要求；
若满足，先闭合主路多级切换单元（1）中第一支路上的晶闸管（V1），切入第一支路上的电阻（R1）缓冲母线电压与辅助电源压差导致的冲击电流，与限流电抗器（L1）一起限制输入冲击电流，保护输入电源；再闭合第二支路上的接触器（K2）使得第二支路上的电阻（R2）与电阻（R2）并联；最后闭合第三支路上的接触器（K1），短路电阻（R11）与电阻（R12），完成供电，逆变单元（3）运行；
若不满足，则判断辅助电源电压是否满足要求；
若满足，先闭合辅路多级切换单元（2）中第一支路上的晶闸管（V2），切入第一支路上的电阻（R11）缓冲母线电压与辅助电源压差导致的冲击电流，与限流电抗器（L1）一起限制输入冲击电流，保护输入电源；再闭合第二支路上的接触器（K12）使得第二支路上的电阻（R12）与电阻（R11）并联；最后闭合第三支路上的接触器（K11），短路电阻（R11）与电阻（R12），完成不间断供电切换；
切换过程完成后，主电源供电停止，辅助电源正常供电。
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