CN1304201A - 电源系统的切换装置及切换方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源系统的切换装置及切换方法,其特点是负载与如下3个开关的连接点相连,机械式第1及第2旁路开关分别与第1及第2电源系统连接,半导体开关与第2旁路开关并联连接,对负载而言当从第1电源系统切换到第2电源系统时,第1旁路开关断开并使半导体开关导通,使第1旁路开关中电流转流入半导体开关后,使第2旁路开关接通,将负载切换到第2电源系统。其优点是不停电切换电源,损耗小,成本低。

Description

电源系统的切换装置及切换方法
本发明涉及电源系统切换装置，该装置用于从多个不同的交流电源向负载供电时切换选择多个电源中任一个向负载供电，尤其涉及一种当向负载供电的电源发生故障时能不停电地将负载切换到其它正常电源的电源系统切换装置及切换方法。
已有技术1
图13表示新电气设备辞典(1989年5月由产业调查会发行)中记载的表示成2线路常用备用切换电路的已有电源系统切换装置。在图13中，1是第1电源系统的第1交流电源，2是第2电源系统的第2交流电源，3是第1机械开关，4是第2机械开关，5是负载。
第1交流电源1正常时，第1开关3接通，第2开关4断开，由第1交流电源1向负载5供电。如果第1交流电源1停电，则不能向负载5继续供电，此时断开第1开关3，之后接通第2开关4，由第2交流电源2经开关4把电加给负载5，从而继续向负载5供电。
但是存在的问题是，由于第1和第2开关是机械开关，因此切换需几十毫秒以上的时间，对负载不可避免地会发生切换停电，给负载带来不利影响。
另外，将开关的操作机构作成弹簧操作可实现高速化，但问题是虽能使断开操作快速，但接通操作不能快速，故整体而言需数周期的切换时间。
已有技术2
图14表示另一已有电源系统切换装置，记载于“15kV、中压静止型切换开关(15kV,Medium Voltage Static Transfer Switch)”(IEEE,1995年，5月/6月)一文中，为了确保电源系统切换时的高速性，该装置将机械开关换成晶闸管开关。在图14中，6是反向并联连接的对一对晶闸管构成的第1晶闸管开关，7是反向并联连接的对晶闸管构成的第2晶闸管开关。
第1交流电源1正常时，不断地向第1晶闸管开关6的对晶闸管提供控制极信号，维持晶闸管开关6的导通状态，同时不对第2晶闸管开关7中的对晶闸管提供控制极信号，使之呈断开状态，这样，第1交流电源1经第1晶闸管开关6向负载供电。
如果第1交流电源1发生停电，则立即停止第1晶闸管开关6中对晶闸管的控制极信号，在流过晶闸管的电流过零的时刻断开第1晶闸管开关6，之后向第2晶闸管开关7中对晶闸管提供控制极信号使之呈导通状态，这样，从第2交流电源2经第2晶闸管开关7向负载5供电。
在使用这种晶闸管开关的情况下，其特征是，可在1/2周期内从第1交流电源1切换到第2交流电源2，因此第1交流电源1停电时，能切换到第2交流电源而不对负载5产生不利影响。
但是，在上述方式中存在的问题是，负载电流始终流过晶闸管，因晶闸管内部损耗而使功率损耗变大，从而增加了功率损耗引起的运行费用。此外，必须对晶闸管进行冷却，故需大的冷却装置，从而增加了尺寸并提高了成本。
综上所述，在已有的这种装置中存在的问题是，在备有机械开关的装置中切换时通断需要花费时间，而在备有晶闸管开关的装置中晶闸管存在功率损耗及发热等。
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种小型、价廉的电源系统切换装置及切换方法，在电源系统发生故障时能不停电地切换到另一电源系统，且通电中损耗极小，能大幅度地减少运行费用，另外，在2个不同的电源系统的切换中对所用的晶闸管开关，可共同使用一个晶闸管开关实现从一电源系统切换到另一电源系统和其相反的切换。
为实现上述目的，本发明第1方面的电源系统切换装置包含：与第1电源系统串联连接的机械式第1旁路开关，与第2电源系统串联连接的机械式第2旁路开关，与所述第2旁路开关并联连接的半导体开关，与所述第1及第2旁路开关和半导体开关的连接点相连的负载，对所述2个旁路开关及所述半导体开关进行通断控制使得通过所述2个旁路开关的切换动作对所述负载选择所述2个电源系统的某一个加以供电的控制装置，当从第1电源系统切换到第2电源系统时，所述控制装置使第1旁路开关断开并使与第2旁路开关并联连接的半导体开关导通，这样使第1旁路开关中的电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，将负载切换到第2电源系统。
本发明第2方面是在第1方面的电源系统切换装置的基础上，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述控制装置包含：断开所述第1旁路开关的旁路开关断开部，检测流入所述第1旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的旁路开关接通部，从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部。
本发明第3方面是在第1方面的电源系统切换装置的基础上，对所述第1及第2电源系统进行双向切换，所述电源系统切换装置进一步包含对所述半导体开关进行切换有选择地使之与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述控制装置包含：断开所述第1及第2旁路开关中一个旁路开关的旁路开关断开部，分别检测流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，从流入所述一个旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的旁路开关接通部，从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部，将所述切换开关从另一旁路开关切换到一个旁路开关的开关切换部。
本发明第4方面是在第3方面的电源系统切换装置的基础上，所述控制装置对电源系统的每个切换方向设有各自的控制电路。
本发明第5方面是在第3方面的电源系统切换装置的基础上，所述控制装置包含一个控制电路和根据电源系统的切换方向切换与外部的输入输出的连接切换电路。
本发明第6方面是在第2至5任一方面的电源系统切换装置的基础上，所述电流/电压检测部将检测流入旁路开关电流的电流互感器设置在外部，所述第1导通部根据该电流方向检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通。
本发明第7方面是在第2至5任一方面的电源系统切换装置的基础上，所述电流/电压检测部将检测旁路开关两端电压极性的电压检测器设置在外部，所述第1导通部根据该电压极性检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通。
本发明第8方面是在第2至5任一方面的电源系统切换装置的基础上，所述第2导通部将检测半导体开关两端电压的电压检测器设置在外部，并根据该极间电压的施加状态对旁路开关中电流变为零作出判断。
本发明第9方面是在第1至5任一方面的电源系统切换装置的基础上，所述半导体开关由反向并联连接的一对晶闸管开关构成。
本发明第10方面是一种电源系统切换方法，使负载与3个开关的连接点相连，其中，机械式第1及第2旁路开关分别与第1及第2电源系统串联连接，半导体开关与所述第2旁路开关并联连接，当将负载的电源从所述第1电源系统切换到第2电源系统时，断开所述第1旁路开关并使所述半导体开关导通，使第1旁路开关中电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，  由此将负载切换到第2电源系统。
本发明第11方面是在第10方面的电源系统切换方法基础上，用反向并联连接的一对半导体开关元件组成所述半导体开关，所述电源系统切换方法包含：断开所述第1旁路开关的步骤，根据流入所述第1旁路开关的电流方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的步骤，从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤。
本发明第12方面是在第10方面的电源系统切换方法基础上，对所述第1及第2电源系统进行双向切换，进一步设置对所述半导体开关进行切换有选择地使之与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述电源系统切换方法包含：断开所述第1及第2旁路开关中一旁路开关的步骤，根据流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，从流入所述一旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的步骤，从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤，将所述切换开关从另一旁路开关切换到一旁路开关的步骤。
本发明的静态型不同系统切换装置所用的旁路开关采用弹簧驱动方式、实现断开时间=约5ms的高速断开特性的开关。另外，该开关断开时间虽短，但受机械结构限制，接通时需要约50ms较长的时间，所以在接通旁路开关时用与其并联的晶闸管开关进行，从而能使接通时间在2ms以内，通过将它们组合运用，能以1/2周期以下的高速度切换2个不同的电源系统。而且，2个电源系统的双向切换共用一个晶闸管开关，能实现极经济的装置。
本发明中电源系统切换装置在正常通电中，晶闸管是截止的，电流从旁路开关流过，故晶闸管的正常通电损耗可为零，并且2个不同电源系统的双向切换能共用一个晶闸管，所以能提供低损耗且经济的电源系统切换装置及方法。
附图概述
图1是表示本发明一实施形态的电源系统切换装置的结构图。
图2是说明图1控制装置主体具体结构例用的电原理图。
图3是图1及图2装置内的波形图。
图4是说明图1装置切换前状态用的原理图。
图5是说明图1装置中旁路开关10断开时状态用的原理图。
图6是说明图1装置中选择导通晶闸管时旁路开关10中截止状态用的原理图。
图7是说明图1装置中晶闸管全导通状态用的原理图。
图8是说明图1装置中旁路开关12接通和开关18切换状态用的原理图。
图9是表示本发明另一实施形态的电源系统切换装置一部分的结构图。
图10是表示图9电源系统切换装置中控制装置主体一部分的结构图。
图11是表示本发明再一实施形态的电源系统切换装置一部分的结构图。
图12是表示图11电源系统切换装置中控制装置主体一部分的结构图。
图13是表示已有电源系统切换装置的结构图。
图14是表示另一已有电源系统切换装置的结构图。
下面结合附图详细说明本发明的实施形态。
实施形态1
图1是表示本发明一实施形态的电源系统切换装置的结构图。在图1中与已有技术相同或相当部分用同一符号表示。8是对晶闸管构成的作为半导体开关的晶闸管开关，它是将例如半导体开关元件的晶闸管8a和8b反向并联连接而成，9是控制极信号发生电路，用于向晶闸管8a和8b提供控制极信号，10是第1旁路开关，11是开关驱动电路，用于驱动第1旁路开关10,12是第2旁路开关，13是开关驱动电路，用于驱动第2旁路开关12。第1及第2旁路开关10及12是机械式开关。
14是第1旁路开关10的电流互感器(CT)，15是第2旁路开关12的电流互感器CT,16是检测第1电源系统的第1交流电源1的电压用的电压互感器(PT)，17是检测第2电源系统的第2交流电源2的电压用的电压互感器PT,18是切换开关，19是根据上述检测用CT、PT的检测结果控制上述第1及第2旁路开关10、12及晶闸管开关8用的控制装置主体。
图2是说明控制装置主体19具体结构例用的电原理图。在该图中，100是输入电压检测用PT16的检测信号V1M、计算电压有效值的电压传感器，101是对检测到的电压有效值电平进行监视的电压监视电路，当电压传感器100的输出V1S超出预先设定的电压下限值VL1和电压上限值VH1时，输出切换指令CHG。
102是从上述电流检测用CT14的检测信号IPS1M获得电流瞬时波形的电流传感器，103是从电流传感器102的输出信号IPS1判别电流极性的电流极性判别电路，当旁路开关10中电流从交流电源1向负载5方向流时，将输出信号IP1=“1”输出，当电流从负载5流向交流电源1时，将输出信号IP1=“0”输出。
104是判别旁路开关10中电流为零时的零电流判别电路，105是PS1断开指令输出电路，当上述电压监视电路101的输出CHG为“1”时，输出使旁路开关10断开的断开指令信号PS10PEN。
106是延迟电路，107和108是与(AND)电路，109是非(NOT)电路，110是延迟电路，111和112是或(OR)电路。113和114是与电路，115和116是延迟电路，117是非电路，118是PS2接通指令输出电路，输出旁路开关12的接通指令信号PS2CLS。
在图1及图2中，控制极信号发生电路9，开关驱动电路11和13，电流互感器14和15，电压互感器16和17，切换开关18，控制装置主体19构成控制装置。
电压检测用变压器16和17，电压传感器100，电压监视电路101,PS1/PS2断开指令输出电路105，开关驱动电路11和13构成旁路开关断开部；电流互感器14和15，电流传感器102构成电流/电压检测部；电流极性判别电路103，延迟电路106，与电路107和108，与电路113和114，或电路111和112，非电路109，控制极信号发生电路9构成第1导通部；零电流判别电路104，延迟电路115，或电路111和112，与电路113和114，控制极信号发生电路9构成第2导通部；延迟电路110，PS2/PS1接通指令输出电路118，开关驱动电路11和13构成旁路开关接通部；延迟电路116，非电路117，与电路113和114构成截止部；延迟电路116，非电路117，切换开关18构成开关切换部。
下面具体说明图1和图2的动作，取图3的动作波形为例进行说明。为了更明确地说明本发明的动作，将用图4～图8说明各动作步骤的动作状况。
(1)正常状态中的动作
首先，用图4说明正常状态中动作。在图4中，第1旁路开关10为接通(闭合)状态，第2旁路开关12为断开状态。控制极信号不加给晶闸管开关8，晶闸管开关8呈断开状态。切换开关18处于连接端子b-c间的状态。因此，如图中粗线所示，从第1交流电源1经第1旁路开关10向负载5供电。
(2)切换动作的说明
接着，取交流电源1的电压下降情况为例，用图2～图8说明从交流电源1切换到交流电源2的动作。如图3中(a)所示，观察交流电源1的电压V1在时刻t2下降的情况。由电压检测用PT16检测交流电源1的电压V1，在电压传感器100计算该电压的有效值，该计算结果V1S输入电压监视电路101。
在电压监视电路101将V1S与预先设定的电压上限值VH1和下限值VL1进行比较，当V1S＞VH1或V1S＜VL1时输出“1”作为切换指令信号CHG。因此如图3中(f)所示，切换指令信号CHG在时刻t2变为“1”。一旦CHG为“1”，就经过下面的5个步骤执行从交流电源1至交流电源2的切换动作。
步骤1
如图5所示，在步骤1执行旁路开关10的断开操作。下面具体说明其动作内容。在图2中，一旦切换指令信号CHG为“1”，就使PS1断开指令输出电路105动作，如图3中(h)所示，将断开指令信号PS10PEN输出给旁路开关10的驱动电路11。一旦输入断开指令信号PS10PEN，在旁路开关10中开始电极断开动作。
另一方面，由电流检测用CT14检测流过旁路开关10的电流iBPS1，并将检测信号IPS1M输入给电流传感器102。在电流传感器102变换成与流过旁路开关10电流成正比的控制信号，其输出IPS1输入给电流极性判别电路103。当旁路开关10中电流从交流电源1流向负载5时，电流极性判别电路103将输出信号IP1=1输出，当电流从负载5流向交流电源1时，将输出信号IP1=0输出。
流过旁路开关10的电流如图3中(c)所示，从时刻t1至t4期间电流为正极性，即电流从交流电源1流向负载5，因此，电流极性判别电路103在该期间的输出IP1如图3中(g)所示，为“1”。
步骤2
在步骤2，从旁路开关10开始断开电极动作后等待规定时间直到确保足够的电极间绝缘性能而所需的电极间距离为止，之后用下述唯一确定的逻辑条件有选择地使晶闸管开关8中晶闸管8a或8b的某一个导通，如图6所示，开始将负载5从交流电源1切换到交流电源2的动作。
为实现上述目的，图2的控制电路如图3中(i)所示，在电压监视电路101的输出CHG变为“1”之后，延迟电路106对其延迟一定时间T1并输出TM1=1。该时间T1按照确保旁路开关10的极间达到足够绝缘距离为止的时间来设定。经过该时间T1后，旁路开关10的绝缘状态是，即使晶闸管开关8中晶闸管导通而将交流电源2的电压加在旁路开关10的电极间，其耐压也不成问题，因而在时刻t3有选择地使晶闸管开关8中对晶闸管的某一个导通。
此时选择对晶闸管中晶闸管8a和8b中的哪一个将由交流电源1与交流电源2间不构成短路为必要条件加以决定。其逻辑运算由与电路107和108执行，按下式进行。M1A=IP1×TM1M1B= IP1×TM1    (1)
其中，M1A和M1B分别表示与电路107和108的输出。×表示逻辑与运算。
再将与电路107和108的输出M1A和M1B通过或电路111和112分别输入到与电路113和114。与电路113的输出G1A用作使晶闸管8a导通的控制极驱动器9a的驱动指令。而与电路114的输出G1B用作使晶闸管8b导通的控制极驱动器9b的驱动指令。这些与电路的逻辑式构成如下。G1A=(M1A+TM2)× TM4G1B=(M1B+TM2)× TM4    (2)
这里，TM4如下文所述，是用于使控制极脉冲停止的定时信号。
也即，按照逻辑运算式(2)输出G1A和G1B，如图3中(m)和(n)所示，G1A在时刻t3为“1”，选择驱动晶闸管8a的控制极驱动器9a，使晶闸管8a导通。由于晶闸管8a导通，故流过旁路开关10的电流可利用从交流电源2流入的电流加以抵消，如图3中(c)所示，在时刻t4变为零。在该时刻旁路开关10的电极已充分分开，因而电流在电流零点(时刻t4)被切断。
按照本发明的逻辑运算方式，由逻辑运算式(2)选择的晶闸管8a的电流方向必定能与旁路开关10中电流方向相反，因而即使在旁路开关10通电中的时刻t3使晶闸管8a导通，交流电源1和交流电源2间也不会有短路的危险。
步骤3(晶闸管8的切换)
在步骤3，对旁路开关10的电流进行监视，其电流为零判定为旁路开关10为完全非导通状态，此时使晶闸管8中两个晶闸管8a和8b的控制极信号全为ON(接通)，如图7所示，使晶闸管8中晶闸管8a和8b两者都导通，成为完全ON。
下面用图2和图3说明上述动作。通过步骤2，在时刻t3若晶闸管8a导通，则如图3中(a)所示，在该时刻交流电源2的电压V2比交流电源1的电压V1要大，因而流过晶闸管8a的电流用作抵消流过旁路开关10的电流，如图3中(c)所示，旁路开关10中电流从时刻t3开始减小，在时刻t4为零。相反，如图3中(d)所示，晶闸管8a中电流在时刻t3开始增加，在t4等于负载电流，之后负载电流全部流过晶闸管8a。
旁路开关10中电流由电流检测用CT14检测，该检测信号IPS1M在电流传感器102中变换成与电流大小成正比的电流绝对值信号IPS1。IPS1M在下一级的零电流判别电路104中判定电流是否为0，当电流=0成立时，输出IZA=1作为电流0判定信号。电流≠0时，输出IZA=0。
在图3的例子中，如波形(c)所示，由于旁路开关10中电流在时刻t4为0，故IZA如图3中(o)所示，在时刻t4变为“1”。
零电流判别电路104的输出IZA输入到延迟电路115。在延迟电路115监视着旁路开关10中电流变为零后直到恢复完全断开能力的时间T2，并在IZA=1的时刻t4起经过T2时间后的时刻t5，使延迟电路115的输出TM2为“1”。当TM2为“1”时，可以判断为旁路开关10处于完全断开状态，因而对晶闸管8a和8b两者施加控制极信号而都导通。
为实现上述目的，将TM2输入或电路111和112，如图3中(m)和(n)所示，在时刻t5后G1A和G1B两者都为“1”，因而控制极驱动器9a和9b两者都被驱动，晶闸管8a和8b两者都加有控制极信号。
其结果是晶闸管开关8能从交流电源2继续向负载5供电。
步骤4
在步骤4，为了减小晶闸管通电产生的损耗，故从晶闸管开关8为完全ON的时刻t5只经过一定时间T3后，如图8所示接通旁路开关12，使电流转流入旁路开关12。下面说明该动作。
如图3中(r)所示，延迟电路110在从时刻t5经过一定时间T3后的时刻t6使旁路开关接通指令PS2CLS为“1”。其结果接通旁路开关12，流过晶闸管开关8的电流转流入旁路开关12，因而如图3中(d)和(e)所示，晶闸管开关8中电流变为零，负载电流全部流过旁路开关12。
而且，从旁路开关接通指令PS2CLS变为“1”到确保晶闸管开关8中电流全部转流入旁路开关12的足够时间T4后，停止晶闸管8的控制极信号。
为了实现上述目的，设有延迟电路116。在旁路开关接通指令PS2CLS变为“1”后经过T4时，延迟电路116输出“1”信号作为TM4，通过非电路117输入到与电路113和114。其结果如图3中(m)和(n)所示，与电路113和114的输出G1A和G1B在时刻t7变为“0”，停止供给晶闸管开关8的控制极信号，完成切换动作。
步骤5(晶闸管开关的连接切换)
从旁路开关10至旁路开关12的切换完成后，为了适应接着发生的从交流电源2至交流电源1的反向切换(从旁路开关12至旁路开关10的切换)，所以要对切换开关18进行切换动作使在端子a-c间进行连接。这可以使用例如图2中非电路117的输出TRSSW。按照以上所述完成切换动作。
通过上述控制，如图3中(b)所示，加在负载5上的负载电压VL只在t2到t4期间电压下降，t4后能回到正常电压，因而对负载5无不利影响。
上面说明的是从交流电源1至交流电源2的切换动作，但从交流电源2至交流电源1的切换动作也完全一样，本发明也同样包含。此时，只要将图2所示控制电路设置如19a,19b所示的2组就可以。或者，共用图2所示的1个控制电路并在图1的控制装置主体19内设置如虚线所示的连接切换电路190，这样如图2中V1M/V2M、IPS1M/IPS2M、PS1/PS2断开指令输出电路105、PS2/PS1接通指令输出电路118、PS1OPEN/PS2OPEN及PS2CLS/PS1CLS所示那样，也可以从交流电源1切换到交流电源2和从交流电源2切换到交流电源1，因而可在交流电源1和交流电源2之间分别切换输入和输出。
又，在上述实施形态中是取晶闸管开关作为半导体开关加以说明的，但也可以是将一对GTO或晶体管反向并联连接的其它半导体开关。
实施形态2
在上述实施形态1中说明了交流电源1与交流电源2双向切换的情况，但在单向切换情况下，可以省略切换开关18，并将晶闸管开关8始终接在交流电源2一侧，这样也能获得同样的效果。
实施形态3
在上述实施形态1中，是检测旁路开关10、12中电流，并根据电流极性选择晶闸管开关8的晶闸管，但也可以设置旁路开关两端电压检测手段检测旁路开关10的两端电压，并根据该电压的极性有选择地使晶闸管开关8中晶闸管8a、8b的某一个导通。
此时，如图9所示，设有与旁路开关10、12并联的电压检测器30作为旁路开关两端电压检测手段，并且如图10所示将图2中102～104部分改为电压传感器102a、电压极性判别电路103a及零电压判别电路104a。
实施形态4
在上述实施形态1中，检测第1旁路开关10中电流并检测到该电流为零时使晶闸管开关8导通，但也可以设置晶闸管开关两端电压检测手段，检测晶闸管开关8两端电压，并根据电极间电压施加状态进行判断，使晶闸管开关8导通。
此时，如图11所示，设有与晶闸管开关8并联的电压检测器31作为晶闸管开关两端电压检测手段，并且如图12所示，将图2中104部分改为电压判别电路104b，接受图11中电压检测器31来的输出，根据晶闸管开关8的电极间电压的施加状态判断流经旁路开关的电流为零的状态。
按照以上所述的本发明，由于电源系统切换装置的特征在于，包含：与第1电源系统串联连接的机械式第1旁路开关，与第2电源系统串联连接的机械式第2旁路开关，与所述第2旁路开关并联连接的半导体开关，与所述第1及第2旁路开关和半导体开关的连接点相连的负载，对所述2个旁路开关及所述半导体开关进行通断控制使得通过所述2个旁路开关的切换动作对所述负载选择所述2个电源系统的某一个加以供电的控制装置，所述控制装置从第1电源系统切换到第2电源系统时，使第1旁路开关断开并使与第2旁路开关并联连接的半导体开关导通，这样使第1旁路开关中的电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，将负载切换到第2电源系统，因而，设有与旁路开关并联的半导体开关，正常运行时使电流流经旁路开关，切换时能从旁路开关高速切换到半导体开关，故能获得响应速度快、运行损耗小而经济的效果。
由于本发明电源系统切换装置的特征在于，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述控制装置包含：断开所述第1旁路开关的旁路开关断开部，检测流入所述第1旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的旁路开关接通部，从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部，这样，半导体开关截止，电流经旁路开关流动，因而，半导体开关的正常通电损耗可为0，具有低损耗的效果。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，是一种能对所述第1及第2电源系统进行双向切换的电源系统切换装置，进一步包含通过切换有选择地使所述半导体开关与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述控制装置包含：断开所述第1及第2旁路开关中一个旁路开关的旁路开关断开部，分别检测流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，从流入所述一个旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的旁路开关接通部，从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部，将所述切换开关从另一旁路开关切换到一个旁路开关的开关切换部，这样，正常通电中半导体开关截止，电流经旁路开关流动，因而半导体开关的正常通电损耗可为0，而且可共用一个半导体开关实现2个不同的电源系统的双向切换，因而能获得损耗小又经济的效果。
由于本发明电源系统切换装置的特征在于，所述控制装置对电源系统的每个切换方向设有各自的控制电路，因而能实现无特定切换的电源系统的双向切换。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，所述控制装置包含一个控制电路和根据电源系统的切换方向切换与外部的输入输出的连接切换电路，因而控制部分可小型化。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，所述电流/电压检测部将检测流入旁路开关电流的电流互感器设置在外部，所述第1导通部根据该电流方向检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通，因而能根据流过旁路开关的电流方向决定半导体开关中要导通的开关元件。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，所述电流/电压检测部将检测旁路开关两端电压极性的电压检测器设置在外部，所述第1导通部根据该电压极性检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通，因而能根据旁路开关两端的电压极性决定半导体开关中要导通的开关元件。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，所述第2导通部将检测半导体开关两端电压的电压检测器设置在外部，并根据该极间电压的施加状态对旁路开关中电流变为零作出判断，因而能根据半导体开关两端的电压施加状态来判断旁路开关中电流为零的情况。
由于本发明的电源系统切换装置的特征在于，所述半导体开关由反向并联连接的一对晶闸管开关构成，因而能用晶闸管开关实现电源系统切换装置中的半导体开关。
由于本发明的电源系统切换方法的特征在于，使负载与3个开关的连接点相连，其中，机械式第1及第2旁路开关分别与第1及第2电源系统串联连接，半导体开关与所述第2旁路开关并联连接，当将负载的电源从所述第1电源系统切换到第2电源系统时，断开所述第1旁路开关并使所述半导体开关导通，使第1旁路开关中电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，由此将负载切换到第2电源系统，因而，设有与旁路开关并联的半导体开关，正常运行时电流流经旁路开关，切换时能从旁路开关高速切换到半导体开关，故能获得响应速度快、运行损耗小而经济的效果。
由于本发明的电源系统切换方法的特征在于，用反向并联连接的一对半导体开关元件组成所述半导体开关，所述电源系统切换方法包含：断开所述第1旁路开关的步骤，根据流入所述第1旁路开关的电流方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的步骤，从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤，这样，半导体开关截止，电流经旁路开关流动，因而，半导体开关的正常通电损耗可为0，具有低损耗的效果。
由于本发明的电源系统切换方法的特征在于，是一种对所述第1及第2电源系统进行双向切换的方法，进一步设置对所述半导体开关进行切换有选择地使之与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，所述电源系统切换方法包含：断开所述第1及第2旁路开关中一旁路开关的步骤，根据流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，从流入所述一旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的步骤，从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤，将所述切换开关从另一旁路开关切换到一旁路开关的步骤，这样，正常通电中半导体开关截止，电流经旁路开关流动，因而半导体开关的正常通电损耗可为0，而且可共用一个半导体开关实现2个不同的电源系统的双向切换，因而能获得损耗小又经济的效果。

Claims (12)

1．一种电源系统切换装置，其特征在于，包含
与第1电源系统串联连接的机械式第1旁路开关，
与第2电源系统串联连接的机械式第2旁路开关，
与所述第2旁路开关并联连接的半导体开关，
与所述第1及第2旁路开关和半导体开关的连接点相连的负载，
对所述2个旁路开关及所述半导体开关进行通断控制使得通过所述2个旁路开关的切换动作对所述负载选择所述2个电源系统的某一个加以供电的控制装置；
当从第1电源系统切换到第2电源系统时，所述控制装置使第1旁路开关断开并使与第2旁路开关并联连接的半导体开关导通，这样使第1旁路开关中的电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，将负载切换到第2电源系统。
2．如权利要求1所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，
所述控制装置包含
断开所述第1旁路开关的旁路开关断开部，
分别检测流入所述第1旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，
根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，
从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，
从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的旁路开关接通部，
从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部。
3．如权利要求1所述的电源系统切换装置，其特征在于，对所述第1及第2电源系统进行双向切换，
所述电源系统切换装置进一步包含对所述半导体开关进行切换有选择地使之与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，
所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，
所述控制装置包含
断开所述第1及第2旁路开关中一个旁路开关的旁路开关断开部，
检测流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性的电流/电压检测部，
根据该电流/电压检测部的检测结果使所述半导体开关的一开关元件导通的第1导通部，
从流入所述一个旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的第2导通部，
从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的旁路开关接通部，
从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的截止部，
将所述切换开关从另一旁路开关切换到一个旁路开关的开关切换部。
4．如权利要求3所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述控制装置对电源系统的每个切换方向设有各自的控制电路。
5．如权利要求3所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述控制装置包含一个控制电路和根据电源系统的切换方向切换与外部的输入输出的连接切换电路。
6．如权利要求2至5任一权利要求所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述电流/电压检测部将检测流入旁路开关电流的电流互感器设置在外部，所述第1导通部根据该电流方向检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通。
7．如权利要求2至5任一权利要求所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述电流/电压检测部将检测旁路开关两端电压极性的电压检测器设置在外部，所述第1导通部根据该电压极性检测的结果使所述半导体开关中一开关元件导通。
8．如权利要求2至5任一权利要求所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述第2导通部将检测半导体开关两端电压的电压检测器设置在外部，并根据该极间电压的施加状态对旁路开关中电流变为零作出判断。
9．如权利要求1至5任一权利要求所述的电源系统切换装置，其特征在于，所述半导体开关由反向并联连接的一对晶闸管开关构成。
10．一种电源系统切换方法，其特征在于，使负载与3个开关的连接点相连，其中，机械式第1及第2旁路开关分别与第1及第2电源系统串联连接，半导体开关与所述第2旁路开关并联连接，当将负载的电源从所述第1电源系统切换到第2电源系统时，断开所述第1旁路开关并使所述半导体开关导通，使第1旁路开关中电流转流入半导体开关，此后使第2旁路开关接通，由此将负载切换到第2电源系统。
11．如权利要求10所述的电源系统切换方法，其特征在于，用反向并联连接的一对半导体开关元件组成所述半导体开关，
所述电源系统切换方法包含
断开所述第1旁路开关的步骤，
根据流入所述第1旁路开关的电流方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，
从流入所述第1旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，
从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通第2旁路开关的步骤，
从接通所述第2旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤。
12．如权利要求10所述的电源系统切换方法，其特征在于，对所述第1及第2电源系统进行双向切换，
进一步设置对所述半导体开关进行切换有选择地使之与所述第1及第2旁路开关的某一个并联连接的切换开关，
所述半导体开关由反向并联的一对半导体开关元件构成，
所述电源系统切换方法包含
断开所述第1及第2旁路开关中一旁路开关的步骤，
根据流入所述第1及第2旁路开关电流的方向或电压极性使所述半导体开关中一开关元件导通的步骤，
从流入所述一旁路开关的电流变为零经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都导通的步骤，
从所述半导体开关的两开关元件都导通经规定时间后接通另一旁路开关的步骤，
从接通所述另一旁路开关经规定时间后使所述半导体开关的两开关元件都截止的步骤，
将所述切换开关从另一旁路开关切换到一旁路开关的步骤。
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