CN208046247U - 三相不平衡换相装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的三相不平衡换相装置包括外壳以及设于外壳中的电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关组件；外壳为真空外壳；电流采集单元连接三相的各相和主控单元，用于采集三相各相的电流；主控单元连接驱动单元；晶闸管单元连接于三相的各相和单相负荷，其控制端连接驱动单元，晶闸管单元包括3个晶闸管，每一晶闸管与三相的各相一一对应连接；开关组件连接于三相的各相和单相负荷，开关组件包括3个换相开关，每一换相开关包括机械开关和驱动机械开关开合的开关驱动件，开关驱动件连接驱动单元，是一种换向可靠、迅速、保证单相负荷不掉电换向的三相不平衡换相装置。

Description

三相不平衡换相装置

技术领域

本实用新型涉及三相配电领域，具体而言，涉及三相不平衡换相装置。

背景技术

在中、低压配电网系统中，存在大量单相、不对称、非线性、冲击性负荷，由于早期电网设计规划的不周，会出现大量单相负荷集中在单相或两相的情况，这些不均衡负荷会使配电系统产生三相不平衡，导致供电系统三相电压、电流的不平衡。在中、低压配电网尤其是农网系统中由于线路及配电变压器数量众多、供电用户分散、资金成本等因素的制约，通过配置低压无功补偿装置等方式来解决三相不平衡的问题并不现实。

通常做法是通过人工切换单相负荷的供电相来调整三相平衡，但这种方式需要先对负荷停电再进行操作，这严重影响了对用户的供电可靠性，对电网的优质供电提出了挑战。因此，如何使单相负荷在不掉电的情况下完成换相操作是一个需要解决的问题。

现有的三相切换装置在进行相位切换时还会产生电弧，导致相位无法切换或切换速率慢，切换效果差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种换向可靠、迅速、单相负荷不掉电换向的三相不平衡换相装置。

为此，本实用新型提供如下技术方案：

三相不平衡换相装置，包括外壳以及设于所述外壳中的电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关组件；所述外壳为真空外壳；所述电流采集单元连接三相的各相和所述主控单元，用于采集三相各相的电流；所述主控单元连接所述驱动单元；所述晶闸管单元连接于所述三相的各相和单相负荷，其控制端连接所述驱动单元，所述晶闸管单元包括3个晶闸管，每一所述晶闸管与三相的各相一一对应连接；所述开关组件连接于所述三相的各相和单相负荷，所述开关组件包括3个换相开关，每一换相开关包括机械开关和驱动所述机械开关开合的开关驱动件，所述开关驱动件连接所述驱动单元。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，三相接电线缆与单相接电线缆均由所述外壳穿出，且所述三相接电线缆与所述外壳之间设有密封件，所述单相接电线缆与所述外壳之间设有密封件。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体之间设有壳体密封件。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述上壳体或所述下壳体上设有真空抽气孔，所述真空抽气孔上设有单向阀，所述单向阀的流通方向为由所述外壳内向外流动。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述换相装置还包括定时触发单元，所述定时触发单元与所述电流采集单元连接，用于定时发送电流采集信号以触发所述电流采集单元进行定时采集。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述换相装置还包括保护单元，所述保护单元与所述开关组件和所述单相负荷连接。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述电流采集单元包括：电流互感器、放大处理电路和模数转换电路，所述电流互感器、所述放大处理电路和所述模数转换电路依次连接，用于采集三相的实时电流。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述放大处理电路包括：信号放大器、低通滤波器和反相积分器，所述信号放大器、所述低通滤波器和所述反相积分器依次连接，用于对采集到的信号进行相应的调理。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述开关驱动件包括电磁铁、翘板、连杆，所述翘板上设有磁吸部，所述电磁铁通过吸合所述磁吸部驱动所述翘板动作，所述翘板通过所述连杆联动所述机械开关开合。

作为对上述的三相不平衡换相装置的进一步可选的方案，所述开关驱动件为脱扣器。

本实用新型的实施例至少具有如下优点：

三相不平衡换相装置可以实现三相不平衡的检测及单相负荷的不断电换相，通过利用晶闸管的易控与无触点特性，使晶闸管工作在投切瞬间的过程中起到抑制涌流、过压和拉弧作用；同时还采用由机械开关与开关驱动件结合的换相开关来实现快速可靠的闭合。此外，与一些电子开关的换相开关相比，本装置中的机械开关还减少了电子开关的一些发热等问题。

采用真空外壳具有较好的灭弧效果，能够保证换相开关可靠、迅速的换相，同时营造密闭的空间，无灰尘的进入，减少了电弧的产生，减小了换相开关的摩擦与发热。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的应用示意图；

图2为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的晶闸管单元的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的开关组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的电流采集单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的三相电流采集换相系统的放大处理电路；

图7为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的另一种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的外壳的主视图；

图9为本实用新型实施例提供的三相不平衡换相装置的外壳的侧面视图。

图标：10-三相不平衡换相装置；100-电流采集单元；110-电流互感器； 120-放大处理电路；130-模数转换电路；200-主控单元；300-驱动单元；400- 晶闸管单元；500-开关组件；510-换相开关；90-定时触发单元；600-保护单元；700-外壳；710-上壳体；720-下壳体；800-单向阀。

具体实施方式

在下文中，将结合附图更全面地描述本实用新型的各种实施例。本实用新型可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。因此，将参照在附图中示出的特定实施例更详细地描述本实用新型。然而，应理解：不存在将本实用新型的各种实施例限于在此实用新型的特定实施例的意图，而是应将本实用新型理解为涵盖落入本实用新型的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。结合附图的描述，同样的附图标号标示同样的元件。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所实用新型的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本实用新型的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本实用新型的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本实用新型的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等) 可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本实用新型的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本实用新型的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本实用新型的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

请一并参阅图1至图2，本实施例提供一种三相不平衡换相装置 10，可用于三相四线制的380V/220V低压配电系统，能够检测三相不平衡的情况并根据预设换相规则通过晶闸管与开关组件等进行自动调节单相负荷的接入线路，克服传统的依靠人工改线来进行三相平衡调整的难题。

三相不平衡换相装置10，包括：电流采集单元100、主控单元200、驱动单元300、晶闸管单元400及开关组件500。

电流采集单元100的输入端连接三相的各相，其输出端连接主控单元200。

驱动单元300的输入端连接主控单元200，其输出端分别连接晶闸管单元400和开关组件500的控制端。

参照图3，晶闸管单元400的输入端连接于三相的各相，其输出端连接于单相负荷，其控制端连接驱动单元300。其中，晶闸管单元 400包括3个晶闸管，每一晶闸管与三相的各相一一对应连接。

参照图4，开关组件500连接于三相的各相和单相负荷，其中，开关组件500包括3个换相开关510。每一换相开关510包括机械开关和开关驱动件，开关驱动件与主控单元200连接用于驱动机械开关的开合，而机械开关连接各相和单相负荷。

具体地，电流采集单元100用于检测三相的各相的实时电流。优选地，参照图5，电流采集单元100可包括电流互感器110、放大处理电路120和模数转换电路130。电流互感器110将采集的信号经过采样电阻转换成电压信号后接入放大处理电路120，并经过放大处理电路120进行相应的信号放大及滤波处理等，再由模数转换电路130将采集的模拟信号转换为数字信号并送入主控单元200。放大处理电路 120具体可包括信号放大器、低通滤波器和反相积分器等，分别用于对采集到的小信号进行信号放大、滤波及反相积分等处理，从而使输出的模拟信号更加准确、可靠。

参照图6，放大处理电路120可包括信号放大器、低通滤波器和反相积分器，分别用于对采集到的电流小信号进行信号放大、滤波及反相积分等处理从而得到更加准确的采集结果。

信号放大器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一差分运放U1，经过电流互感器110及采样电阻得到的电压信号经过第一电阻R1与第一差分运放U1的同相输入端相连，第一差分运放U1 的反相输入端通过第二电阻R2接地，其输出端经过第三电阻R3反馈连接其反相输入端，第一差分运放U1的输出端即为该放大器的输出端。低通滤波器包括第四电阻R4和滤波电容C1，而反相积分器包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、积分电容C2和第二差分运放U2。第一差分运放U1的输出端经过第四电阻R4和第五电阻R5 连接第二差分运放U2的反相输入端，而滤波电容C1的一端连接第四电阻R4和第五电阻R5，另一端接地。第二差分运放U2的同相输入端经过第六电阻R6接地，其输出端经过第七电阻R7反馈连接其同相输入端，而积分电容C2则与第七电阻R7并联连接，第二差分运放 U2的输出端即为放大处理电路120的输出端。

随后由模数转换电路130将调理后的采集信号转换为数字信号并送入主控单元200，最终由主控单元200处理得到对应相线的实时电流。优选地，本实施例中的模数转换电路130中的A/D转换器采用逐次逼近式的转换芯片来完成模数转换，其转换精度及转换时间一般均能够达到采集要求，如8位的ADC0809。

主控单元200用于根据电流采集单元100采集到的实时电流计算三相不平衡度并判断得到的三相不平衡度是否超过预设阈值。当得到的三相不平衡度超过预设阈值时，主控单元200则按照预设的换相规则来发送相应的换相命令到驱动单元300并由驱动单元300驱动控制晶闸管单元400和开关组件500来完成相应的换相操作。

其中，预设换相规则可根据实际需要自行定义，本实施例中的换相规则为将电流较大的相线上的单相负荷切换到电流较小的相线上。其中，主控单元200可包括微处理器、逻辑运算器和比较器。逻辑运算器用于计算三相不平衡度等相关数据，比较器用于比较三相不平衡度和预设阈值等，而微处理器则根据该逻辑运算器和比较器的相关结果来发送相应的控制命令或换相命令。

该微处理器采用ARM处理器。ARM处理器具有强大的控制处理功能并且具有体积小、低功耗、低成本、高性能等特点。此外，ARM 处理器还支持Thumb 16位和ARM 32位的双指令集，能很好的兼容8 位/16位器件并且使用大量的寄存器，具有指令执行速度快且执行效率高等特点。

驱动单元300用于根据主控单元200发送的相应的换相命令来驱动晶闸管单元400中的各晶闸管的打开或关断。具体地，驱动单元300 可采用三极管或集成芯片来打开或关断晶闸管。

晶闸管单元400与开关组件500用于在单相负荷不断电的情况下完成相线的切换。晶闸管单元400用于在换相开关510切换相线过程中为单相负荷提供暂时的电流，从而使单相负荷在换相过程中不掉电。

开关组件500用于根据主控单元200的控制命令给开关驱动件施加相应的电信号从而使开关驱动件驱动机械开关进行闭合或断开以完成单相负荷的相线切换。

开关驱动件包括电磁铁、翘板、连杆，所述翘板上设有磁吸部，所述电磁铁通过吸合所述磁吸部驱动所述翘板动作，翘板通过连杆联动机械开关开合。

机械开关可以为闸刀式开关，也可以为对接式开关，还可以为其他的具有动触头和静触头的具有机械接合和分离结构的开关。

具体的，开关驱动件为脱扣器。

脱扣器联动机械开关驱动机械开关开合，当然，也可以采用将传动机构集于内部的脱扣器来连接机械开关。

机械开关通过借助脱扣器的机械驱动使触点断开或接通相应相线与单相负荷，其中，该脱扣器可采用分励脱扣器或电磁脱扣器并由主控单元200控制其通电开关。

例如，若已判断三相出现不平衡情况并需要将单相负荷由当前所在的C相切换到B相，则将C相的晶闸管先导通，在其导通后将连接 C相的机械开关从C相上断开。当C相的机械开关断开后，随后将C 相的晶闸管关断并同时将B相的晶闸管导通，接着将B相的机械开关与B相闭合，然后再将B相的晶闸管关断，于是完成单相负荷的换相。

换相开关510还可以配有相应的灭弧装置用于消除机械开关在闭合或断开时可能产生的电弧，如采用真空灭弧装置或增加相应的灭弧罩等，从而提高机械开关的使用寿命。结合外部的真空外壳700(下文提到)形成双重真空，换相开关510的换向更加的可靠。

可选地，参照图7，本实用新型的实施例提出的一种三相不平衡换相装置10还可以包括：定时触发单元90，定时触发单元90与电流采集单元100连接，用于定时发送电流采集信号以触发电流采集单元 100进行定时采集。具体地，定时触发单元90可包括定时器和触发器。

可选地，本实用新型的实施例提出的一种三相不平衡换相装置10 还可以包括：保护单元600，保护单元600连接单相负荷与开关组件 500，用于在相线发生短路或过流时对单相负荷进行保护。

上述，请一并参阅图8，三相不平衡换相装置10还包括外壳700，三相不平衡换相装置10的电气部件，电流采集单元100、主控单元200、驱动单元300、晶闸管单元400、开关组件500及保护单元600设于外壳700中。

外壳700为一种真空外壳700，外壳700内的空间为真空空间，真空空间对三相不平衡换相装置10的换相具有较好的灭弧效果，能够使得三相不平衡换相装置10更为可靠、迅速的换相，产生了优异的换相效果。

请一并参阅图9，外壳700为塑料材质，接线端子在外壳700成型时直接成型在外壳700上，从而使得外壳700具有较好的密闭性。接电线缆通过接线端子与外壳700内部的电气元件相接，从而实现三相的接入与单相的接出。

在另一实施例中，三相接电线缆与单相接电线缆均由外壳700穿出，且三相接电线缆与外壳700之间设有密封件，单相接电线缆与外壳700之间设有密封件。从而保证线缆接入接出时外壳700的密闭性，从而营造更接近真空的真空空间。

外壳700包括上壳体700和下壳体700，上壳体710和下壳体720 扣合形成外壳700。上壳体710和下壳体720之间通过壳体密封件730 连接，从而形成更好的外壳700的密闭空间。

上壳体710或下壳体720上设有真空抽气孔，真空抽气孔上设有单向阀800，单向阀800的流通方向为由外壳700内向外流动。

外壳700先装配后抽真空，保证外壳700封闭后在进行抽真空处理，通过在外壳700上加装单向导通的单向阀800，使得外壳700内的气体可以向外流通，外壳700外的气体不能向内流通，实现抽气成真空。且可以在定期检修时，通过单向阀800对外壳700进行抽真空，时刻保证外壳700内具有较好的真空环境。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.三相不平衡换相装置，其特征在于，包括外壳以及设于所述外壳中的电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关组件；

所述外壳为真空外壳；

所述电流采集单元连接三相的各相和所述主控单元，用于采集三相各相的电流；

所述主控单元连接所述驱动单元；

所述晶闸管单元连接于所述三相的各相和单相负荷，其控制端连接所述驱动单元，所述晶闸管单元包括3个晶闸管，每一所述晶闸管与三相的各相一一对应连接；

所述开关组件连接于所述三相的各相和单相负荷，所述开关组件包括3个换相开关，每一换相开关包括机械开关和驱动所述机械开关开合的开关驱动件，所述开关驱动件连接所述驱动单元。

2.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，三相接电线缆与单相接电线缆均由所述外壳穿出，且所述三相接电线缆与所述外壳之间设有密封件，所述单相接电线缆与所述外壳之间设有密封件。

3.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体之间设有壳体密封件。

4.根据权利要求3所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述上壳体或所述下壳体上设有真空抽气孔，所述真空抽气孔上设有单向阀，所述单向相阀的流通方向为由所述外壳内向外流动。

5.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述换相装置还包括定时触发单元，所述定时触发单元与所述电流采集单元连接，用于定时发送电流采集信号以触发所述电流采集单元进行定时采集。

6.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述换相装置还包括保护单元，所述保护单元与所述开关组件和所述单相负荷连接。

7.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述电流采集单元包括：电流互感器、放大处理电路和模数转换电路，所述电流互感器、所述放大处理电路和所述模数转换电路依次连接，用于采集三相的实时电流。

8.根据权利要求7所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述放大处理电路包括：信号放大器、低通滤波器和反相积分器，所述信号放大器、所述低通滤波器和所述反相积分器依次连接，用于对采集到的信号进行相应的调理。

9.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述开关驱动件包括电磁铁、翘板、连杆，所述翘板上设有磁吸部，所述电磁铁通过吸合所述磁吸部驱动所述翘板动作，所述翘板通过所述连杆联动所述机械开关开合。

10.根据权利要求9所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述开关驱动件为脱扣器。