CN206742956U - 用于直流切换的装置和直流切换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动化工程领域，公开了一种用于直流切换的装置和直流切换系统，所述装置包括：切换单元，用于与一个主直流电源和至少一个备用直流电源电连接；以及供电单元，与所述切换单元电连接，用于在所述切换单元在所述一个主直流电源和至少一个备用直流电源之间进行切换的时间内，为连接的负载供电。通过本申请的上述技术方案，可以实现两路直流电源的柔性无扰切换，且切换过程不会造成两路电源并列。通过常规的切换单元与供电单元结合，保证了供电可靠性。

Description

用于直流切换的装置和直流切换系统

技术领域

本实用新型涉及自动化工程领域，具体地一种涉及用于直流切换的装置和直流切换系统。

背景技术

控制电源是工业领域最重要的电源，直流控制电源为自动化系统的保护、连锁和自动装置提供工作能源，是工业装备的最后的安全保证。为提高控制系统可靠性，大型自动化系统直流控制电源一般取自不同蓄电池来的两路电源。

在现有技术中，自动化系统正常运行时一路电源供电，另一路电源备用。当需要切换到第二路电源时，一种方案是由人工进行切换，但此种切换方式，当运行的一路电源故障失电，将造成控制系统失电从而造成控制系统的误动作。在另一种方案中，可以采用继电器对两路直流电源进行切换，当一路电源故障失去时，另一路电源自动投入。但由于继电器有30～60ms的固有切换时间，对电源切换时间敏感的控制设备，在切换瞬间，将造成控制系统误动作。

还有一种方案是采用二极管进行切换的直流供电系统，由于二极管没有切换时间，为此在切换瞬间不会造成控制系统误动作。但是在这种切换方案中，由于二极管将来自不同蓄电池的两路直流电源并列起来，给查找直流接地故障带来了巨大困难，也威胁着工厂直流系统的安全运行。并且相关规程也严禁将两路直流电源长期并列运行。

因此，以上几种直流供电切换装置均不能满足现场要求或规程规定的要求。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，提高控制系统的可靠性，本实用新型的目的是提供用于直流切换的装置和直流切换系统。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种用于直流切换的装置，所述装置包括：切换单元，用于与一个主直流电源和至少一个备用直流电源电连接；以及供电单元，与所述切换单元电连接，用于在所述切换单元在所述一个主直流电源和至少一个备用直流电源之间进行切换的时间内，为连接的负载供电。

优选地，所述供电单元包括一个电容组件或通过二极管隔离后并联的多个电容组件，所述电容组件包括：电容、与所述电容串联连接的熔断器以及以下至少一者：第一电阻，与所述熔断器串联；和第一发光二极管和第二电阻，所述第一发光二极管和所述第二电阻串联连接后与所述熔断器并联连接。

优选地，所述切换单元包括与一个主直流电源和一个备用直流电源连接的第一直流接触器和第二直流接触器。

优选地，所述第一直流接触器包括第一常开接点、第一常闭接点和第一线圈；所述第二直流接触器包括第二常开接点、第二常闭接点和第二线圈；所述第一线圈与所述第二常闭接点串联连接且所述第二常闭接点和所述第一常开接点用于连接所述主直流电源；所述第二线圈与所述第一常闭接点串联连接且所述第一常闭接点和所述第二常开接点用于连接所述备用直流电源；

所述第一常开接点和所述第二常开接点与所述一个或多个电容组件电连接。

优选地，所述装置包括分别与所述第一线圈和所述第二线圈并联连接的第一监视单元和第二监视单元。

优选地，所述第一和/或第二监视单元包括第二发光二极管，以及与所述第二发光二极管串联的第三电阻。

优选地，所述装置还包括与所述一个或多个电容串联的一个或多个第一防反二极管。

优选地，所述装置还包括连接在所述一个或多个电容与所述装置的输出端之间的一个或多个第二防反二极管或第二防反二极管和熔断器的串联组合。

优选地，所述装置还包括连接在所述切换单元与所述输出端之间的一个第三防反二极管或多个并联的第三防反二极管。

本实用新型第二方面提供一种直流切换系统，所述系统包括：上述的用于直流切换的装置；以及母线，用于连接负载和所述装置。

优选地，所述系统还包括至少一个负载保护单元，所述至少一个负载保护单元中的一个负载保护单元与所述负载中的一个负载串联。

通过本申请的上述技术方案，可以实现两路直流电源的柔性无扰切换，且切换过程不会造成两路电源并列。通过常规的切换单元与供电单元结合，保证了供电可靠性。

附图说明

图1是本申请一实施方式提供的一种用于直流切换的装置的电路图；

图2是本申请另一实施方式提供的一种用于直流切换的装置的电路图；以及

图3是本申请一实施方式提供的一种直流切换系统的电路图。

附图标记说明

DC1 主直流电源 DC2 备用直流电源

J1 第一线圈 J2 第二线圈

J1-1 第一常开接点 J2-1 第二常开接点

J1-2 第一常闭接点 J2-2 第二常闭接点

S 供电单元

D1、D2、D2-1～D2-n、D3-1～D3-n 防反二极管

1D、2D、D1-1～D1-n 发光二极管

FU-1～FU-n、1FU～mFU、0FU-1～0FU-n 熔断器

R-2、R-1、R1～Rn、1R～nR 电阻

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本申请一实施方式提供一种用于直流切换的装置，所述装置可以包括：切换单元，该切换单元可以用于与一个主直流电源和至少一个备用直流电源电连接。其中主直流电源一般是指正常情况下为直流负载供电的直流电源，备用直流电源一般是指在主直流电源失电时接续为直流负载供电的直流电源。图1是本申请一实施方式提供的一种用于直流切换的装置的电路图。如图1所示，在本申请一实施方式中，切换单元包括分别与一个主直流电源DC1和一个备用直流电源DC2连接的第一直流接触器和第二直流接触器。该第一直流接触器和第二直流接触器可以选用动作时间小于30毫秒的直流接触器。其中，第一直流接触器可以包括第一常开接点J1-1、第一常闭接点J1-2和第一线圈J1，第二直流接触器可以包括第二常开接点J2-1、第二常闭接点J2-2和第二线圈J2。第一线圈J1可以与第二常闭接点J2-2串联连接，第二线圈J2可以与第一常闭接点J1-2串联连接。并且第一常闭接点J1-2和第二常开接点J2-1用于连接备用直流电源DC2，第二常闭接点J2-2和第一常开接点J1-1用于连接主直流电源DC1。

通过上述连接关系，可以实现在主直流电源在故障或需要维修等情况下失电时，备用直流电源的自动投入。并且第一常闭接点J1-2和第二常闭接点J2-2可以构成第一线圈J1和第二线圈J2的互锁回路，保证第一线圈J1和第二线圈J2不会同时带电，进而保证作为直流电源主回路切换接点的第一常开接点J1-1和第二常开接点J2-1不会同时闭合，避免了两路直流电源并列的情况发生。举例来说，在初始状态，两路输入直流电源均无电，输出也无电，第一线圈J1和第二线圈J2均无电，第一常闭接点J1-2和第二常闭接点J2-2闭合，第一常开接点J1-1和第二常开接点J2-1断开；当两路输入电源送电时，比如主直流电源DC1先送电，由于第一常闭接点J1-2和第二常闭接点J2-2闭合，因此第一线圈J1带电，相应的第一常开接点J1-1闭合对负载供电，第一常闭接点J1-2断开使第二线圈J2不能带电。此时即使备用直流电源DC2再送电，由于第二线圈J2不能带电，给直流负载供电的仍然是主直流电源DC1。运行中如果主直流电源DC1失电，第一线圈J1也失电，第一常开接点J1-1断开、第一常闭接点J1-2闭合，第二线圈J2带电，从而第二常开接点J2-1闭合给直流负荷供电，并且第二常闭接点J2-2断开第一线圈J1的电源。所以通过上述连接关系可以实现在失电时直流电源的自动切换且避免了两路直流电源并列的情况发生。

上述技术特征可以拓展到具有多个备用直流电源的电路中，只需要保证各直流电源所对应的直流接触器中常闭节点可以构成对其它直流电源所对应的直流接触器的线圈的互锁回路，且各备用直流电源的直流接触器的接点的动作时间满足一定的时序关系。

本领域技术人员可以知道的是上述直流接触器也可以是能够实现同样功能的直流继电器。

所述装置还包括供电单元S，供电单元S与切换单元电连接，可以用于在切换单元在主直流电源DC1和备用直流电源DC2之间进行切换的时间内，为连接的直流负载供电。

图2是本申请另一实施方式提供的一种用于直流切换的装置的电路图。如图2所示，在本申请一实施方式中，供电单元可以包括一个电容组件或通过二极管隔离后并联的多个电容组件。第一常开接点J1-1和第二常开接点J2-1与一个或多个电容组件电连接。所述电容组件可以包括：电容、与电容串联连接的熔断器以及以下至少一者：第一电阻，与熔断器串联；第一发光二极管和第二电阻，第一发光二极管和第二电阻串联连接后与熔断器并联连接。其中，所述电容可以是大容量的电容器。当直流电源进行切换的时间内，所述的一个电容组件或并联的多个电容组件中的电容可以满足在预定时间(例如100毫秒)内输出的电压不低于直流负载额定电压的预设百分比(例如80％)。在所述供电单元为多个并联的电容组件时，还可以考虑在部分电容组件中的电容因故障退出的情况下，依然能保证在预定时间内输出的电压不低于直流负载额定电压的预设百分比。

通过上述由电容组件构成的柔性直流供电回路，可以实现在直流电源正常为直流负载供电时，电容组件中的电容进行存电；在切换单元进行切换期间，由电容不间断地对直流负载供电。从而避免了切换单元例如直流接触器或直流继电器在切换瞬间对负载断电的风险，实现了直流电源间的柔性无扰切换。

作为本申请的一个优选实施方式，图2所示的供电单元可以包括n个并联的电容C1～Cn，为保证整个电路的安全，考虑到电容可能发生短接等故障，可以与电容串联熔断器。例如可以如图2所示出的，与n个电容分别串联n个熔断器FU-1～FU-n，并且可以与熔断器FU-1～FU-n分别串联起限流作用的第一电阻1R～nR。为了对熔断器的状态进行监控，还可以与熔断器FU-1～FU-n分别并联第一发光二极管D1-1～D1-n和第二电阻R1～Rn，其中每个第一发光二极管和相应的第二电阻串联。当电容充电或因电容短接而导致熔断器熔断时，第一发光二极管灯亮。

作为本申请实施方式的优选实施方式，所述装置包括分别与所述第一线圈J1和所述第二线圈J2并联连接的第一监视单元和第二监视单元。所述第一和/或第二监视单元可以包括第二发光二极管，以及与第二发光二极管串联的第三电阻，该第二发光二极管导通方向与电路中电流方向相同。在图2所示的实施方式中，第一线圈J1的第一监视单元可以由第二发光二极管1D和第三电阻R-1串联组成，第二线圈J2的第二监视单元可以由第二发光二极管2D和第三电阻R-2串联组成。当第一线圈J1带电时，第二发光二极管1D亮，当第二线圈J2带电时，第二发光二极管2D亮，从而通过发光二极管实现对线圈带电情况的监视功能，使故障查找更为方便。

为了避免并联的多个电容中的某个电容出现短接等故障，从而将其它电容短路的情况发生，可以在所述装置的线路中的不同位置安装防反二极管。如图2所示，所述装置还包括与一个或多个电容串联的一个或多个第一防反二极管、在一个或多个电容与装置的输出端之间的一个或多个第二防反二极管和起保护作用的熔断器以及连接在切换单元与输出端之间的一个或多个并联的第三防反二极管。在如图2所示的本申请的一个优选实施方式中，防反二极管D1、D2构成正常负载供电回路，切换前后的直流电压正常通过D1、D2向后面的直负载供电，可以理解的是，该位置可以仅安装一个防反二极管，采用两个防反二极管的目的是提高供电可靠性，防止一个防反二极管出现故障(例如断路)时影响对负载的供电；D3-1～D3-n和熔断器0FU-1～0FU-n构成切换单元切换瞬间给负载供电回路，在切换过程中由D3-1～D3-n将电容C1～Cn的电能向负载供电，解决了切换瞬间失电的风险。并且通过防反二极管D1、D2、D2-1～D2-n、D3-1～D3-n可以保证防反二极管所在的线路中电流的单向导通。在电源切换瞬间，若某个电容发生短接故障时，由于上述防反二极管的存在，其它电容不会向该故障电容供电，而是向负载供电。并且在直流电源正常供电时，若某个电容发生短接故障时，其相对应的熔断器快速熔断，在短路瞬间直流负载由其它电容供电，避免了部分电容故障影响切换装置的输出。

本申请一实施方式还提供一种直流切换系统，所述系统可以包括：上述的用于直流切换的装置以及母线，该母线用于连接负载和上述用于直流切换的装置。

图3是本申请一实施方式提供的一种直流切换系统的电路图。如图3所示，在所述系统的母线和负载之间还可以包括至少一个负载保护单元。并且所述至少一个负载保护单元中的一个负载保护单元与负载中的一个负载串联。该负载保护单元可以例如是熔断器。在图3所示的一个优选实施方式中，可以通过m个熔断器1FU～mFU来对m个直流负载进行过流保护。

通过本申请的上述技术方案，可以实现两路直流电源的柔性无扰切换，且切换过程不会造成两路电源并列。通过常规的切换单元与供电单元结合，保证了供电可靠性。通过采用带有防反二极管的电路，实现了对故障电容器的隔离，提高了切换装置的可靠性。并且本申请所述的装置和系统较现有相关产品体积小、制造和维护成本低，生产难度小，通过采用模块设计，可满足不同负载的要求。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于直流切换的装置，其特征在于，所述装置包括：

切换单元，用于与一个主直流电源和至少一个备用直流电源电连接；以及

供电单元，与所述切换单元电连接，用于在所述切换单元在所述一个主直流电源和至少一个备用直流电源之间进行切换的时间内，为连接的负载供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电单元包括一个电容组件或通过二极管隔离后并联的多个电容组件，所述电容组件包括：电容、与所述电容串联连接的熔断器以及以下至少一者：

第一电阻，与所述熔断器串联；和

第一发光二极管和第二电阻，所述第一发光二极管和所述第二电阻串联连接后与所述熔断器并联连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述切换单元包括与一个主直流电源和一个备用直流电源连接的第一直流接触器和第二直流接触器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第一直流接触器包括第一常开接点、第一常闭接点和第一线圈；

所述第二直流接触器包括第二常开接点、第二常闭接点和第二线圈；

所述第一线圈与所述第二常闭接点串联连接且所述第二常闭接点和所述第一常开接点用于连接所述主直流电源；

所述第二线圈与所述第一常闭接点串联连接且所述第一常闭接点和所述第二常开接点用于连接所述备用直流电源；

所述第一常开接点和所述第二常开接点与所述一个或多个电容组件电连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括分别与所述第一线圈和所述第二线圈并联连接的第一监视单元和第二监视单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一和/或第二监视单元包括第二发光二极管，以及与所述第二发光二极管串联的第三电阻。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述一个或多个电容串联的一个或多个第一防反二极管。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接在所述一个或多个电容与所述装置的输出端之间的一个或多个第二防反二极管或第二防反二极管和熔断器的串联组合。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接在所述切换单元与所述输出端之间的一个第三防反二极管或多个并联的第三防反二极管。

10.一种直流切换系统，其特征在于，所述系统包括：

根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的用于直流切换的装置；以及

母线，用于连接负载和所述装置。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个负载保护单元，所述至少一个负载保护单元中的一个负载保护单元与所述负载中的一个负载串联。