CN208046249U - 三相不平衡换相装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相不平衡换相装置，包括：整流降压模块、超级电容模块、充电控制模块、检测模块、主控模块及换相模块；充电控制模块用于监测超级电容模块的电量并发送控制指令到整流降压模块；整流降压模块连接三相电，用于根据控制指令将三相交流电整流降压以得到直流电；超级电容模块用于存储电量从而为各模块提供工作电压；检测模块用于检测三相的电气参数；主控模块用于根据电气参数判断三相不平衡情况，还发送相应的换相指令；换相模块连接三相的各相和单相负荷。本实用新型可以实现三相不平衡的实时监测及不掉电自动换相的平衡处理，还利用超级电容的可逆充放电次数长特点来提高装置的供电电源的使用寿命。

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技术领域，尤其涉及一种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一相或两相的情况，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，因此，如何实现三相不平衡的监测及自动调整和单相负荷的不掉电换相问题成为当前配电系统中亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提出一种三相不平衡换相装置，用于三相不平衡度的实时检测并进行不掉电换相，从而解决三相不平衡自动调整问题并利用超级电容提高装置的供电电源的使用寿命。

本实用新型提出的一种三相不平衡换相装置，包括：整流降压模块、超级电容模块、充电控制模块、检测模块、主控模块及换相模块；

所述充电控制模块用于监测所述超级电容模块的电量并根据监测结果发送控制指令到所述整流降压模块；

所述整流降压模块连接三相电，用于根据所述控制指令将三相交流电整流降压以得到直流电并送入所述超级电容模块；

所述超级电容模块用于存储电量从而为各模块提供工作电压；

所述检测模块连接三相的各相，用于检测三相的电气参数；

所述主控模块用于根据所述电气参数判断三相不平衡情况，还根据预设换相规则发送相应的换相指令；

所述换相模块连接三相的各相和单相负荷，用于根据所述主控模块控制的换相指令对所述单相负荷进行换相。

可选地，所述换相模块包括晶闸管组件和开关组件，其中，所述晶闸管组件与开关组件并联连接于三相的各相和所述单相负荷并均由所述主控模块控制。

可选地，所述开关组件包括电机驱动电路、电机装置和换相刀闸，其中，所述电机驱动电路连接所述电机装置，所述电机装置连接所述换相刀闸，所述换相刀闸的动触点连接所述单相负荷，静触点分别连接所述三相的各相。

可选地，所述晶闸管组件包括晶闸管驱动电路和3个晶闸管，其中，每一所述晶闸管与三相的各相一一对应连接并由所述晶闸管驱动电路驱动，所述晶闸管驱动电路连接所述主控模块。

可选地，所述充电控制模块包括充电控制器和电量监测电路，所述充电控制器连接所述整流降压模块的控制端，所述电量监测电路连接所述超级电容模块。

可选地，所述整流降压模块包括整流电路和BUCK降压电路，所述整流电路和所述BUCK降压电路连接。

可选地，所述整流电路采用三相桥式整流电路整流。

可选地，所述检测模块包括电流检测电路和电压过零检测电路，所述电流检测电路和所述电压过零检测电路均连接所述三相的各相和所述主控模块。

可选地，所述电流检测电路包括电流互感器、放大处理电路和模数转换电路。

可选地，所述换相刀闸采用单刀三掷的刀闸并配有相应的灭弧装置。

本实用新型提供的一种三相不平衡换相装置有以下有益效果：

本实用新型可以实现三相不平衡度的检测及单相负荷的不掉电换相，还利用超级电容的反复可逆充放电特点来提高整个装置的供电电源的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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本实用新型保护范围的限定。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的三相不平衡换相装置的换相模块的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的晶闸管组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的开关组件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的换相过程示意图。

主要元件符号说明：

三相不平衡换相装置-10；整流降压模块-100；充电控制模块-200；超级电容模块-300；检测模块-400；主控模块-500；换相模块-600；晶闸管组件-610；晶闸管驱动电路-6101；晶闸管-6102；开关组件-620；电机驱动电路-6201；电机装置-6202；换相刀闸-6203。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开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。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、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，如在本公开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。

在本公开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，在不脱离本公开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。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开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公开的各种实施例。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)具有与本公开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，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

参照图1，本实用新型提供一种三相不平衡换相装置，可应用于三相四线制的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自动调节单相负荷的接入线路。

参照图2，本实施例提出的一种三相不平衡换相装置10，包括：整流降压模块100、充电控制模块200、超级电容模块300、检测模块400、主控模块500和换相模块600，其中，检测模块400、主控模块500和换相模块600构成检测换相部分。具体地，整流降压模块100连接充电控制模块200和超级电容模块300，充电控制模块200还连接超级电容模块300。检测模块400和换相模块600均连接主控模块500。超级电容模块300连接检测换相部分，用于提供相应的工作电压。

整流降压模块100的输入端连接三相电，其输出端连接超级电容模块，其控制端连接充电控制模块，用于根据充电控制模块200的控制指令将三相交流电整流降压以得到直流电并送入超级电容模块300。其中，整流降压模块100可包括整流电路和BUCK降压电路，整流电路和BUCK降压电路依次连接。优选地，整流电路可采用三相桥式整流器，当然，该整流电路还可以采用三相桥式全控或半控整流器。而BUCK降压电路则通过相应的PWM脉宽信号来控制MOS管的打开或关断从而将直流电进行降压。例如，该PWM脉宽信号的输出可采用开关电源芯片UC3842并结合外围电路来实现。

充电控制模块200可包括充电控制器和电量监测电路，充电控制器连接整流降压模块100的控制端，电量监测电路连接超级电容模块300。充电控制模块200用于监测超级电容模块300的电量，当监测到电量少于预设阈值时则发送相应的充电控制信号到整流降压模块100，从而由整流降压模块100根据该控制信号进行整流降压从而对超级电容模块300进行充电操作。可选地，充电控制器210可采用PIC系列单片机或MSP430系列单片机等，当然也可以采用其他的微处理器，而电量监测电路可根据电压与电量之间的关系采用如分压电路等方法进行测量。

超级电容模块300用于存储电量从而为各模块提供工作电压。可选地，超级电容模块300可采用超级电容模组作为储能器件。超级电容模组是将多个超级电容器单体串联，配合电压均衡和放电稳压系统，用铝合金外壳组合而成的一个新型能量包，其容量可根据其对应的计算公式及实际需求来选取。

检测模块400连接三相的各相，用于检测三相的电气参数，其中电气参数可包括三相电流、电压及相位等信息。检测模块400可包括电流检测电路和电压过零检测电路，其两者均连接三相的各相和主控模块500。其中，电流检测电路可包括电流互感器、放大处理电路和模数转换电路，用于采集配电变压器的低压侧输出的三相交流线的电流信号并对其进行放大等处理，再将其转换为数字信号并送入主控单元500。具体地，电流互感器将采集的电流信号经过采样电阻转换成电压信号进行输出。随后，放大处理电路将所述电压信号进行相应的信号放大及滤波处理，放大处理电路可包括放大器、滤波器及反相积分器等，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。随后由模数转换电路将调理输出的采集信号转换为数字信号并送入主控模块500。而电压过零检测电路用于在检测到对应相线的电压过零点时，则输出相应的电压过零信号到主控模块500。本实施例中，电压过零检测电路的实现方法可包括但不限于通过在电路中每相接入一个电阻分压网络从而通过检测电阻上的电压来判断过零点，如还可以采用差分运放对三相电压信号进行加减法运算来检测各相电压的过零点等。

主控模块500用于根据检测模块400输出的电气参数，如电流或电压，来判断三相不平衡情况，还根据预设换相规则发送相应的换相控制信号到换相模块600。本实施例中的预设换相规则为，若三相不平衡度的平均值超过预设阈值，则确认需要换相并且将电流偏大的相的单相负荷切换到电流偏小的相线上；若三相不平衡度的平均值不超过预设阈值时则不确认需要换相。当然，也可以预设其他的换相规则来确定是否需要换相及如何进行切换等。若主控模块500确认需要换相后，则控制换相模块600在相线的电压过零点完成换相操作。

参照图3，换相模块600可包括晶闸管组件610与开关组件620，用于根据主控模块500的换相控制指令共同完成单相负荷的不掉电换相。晶闸管组件610与开关组件620并联连接于三相的各相和单相负荷，并均由主控模块500控制。参照图4，晶闸管组件610可包括晶闸管驱动电路6101和3个晶闸管6102，其中，每一晶闸管与三相的各相一一对应连接并由晶闸管驱动电路6101驱动，晶闸管驱动电路6101连接主控模块500。参照图5，开关组件620包括电机驱动电路6201、电机装置6202和换相刀闸6203，其中，电机驱动电路6201连接电机装置6202，电机装置6202连接换相刀闸6203，而换相刀闸6203的动触点连接单相负荷，静触点分别连接三相的各相。

其中，晶闸管组件610用于在换相刀闸6203切换相线过程中使单相负荷保持与接入相线的连接，从而使单相负荷在换相过程中不掉电。开关组件620用于在晶闸管导通时根据电机装置6202中电机的转动带动换相刀闸6203的动触点的转动或移动，使得连接单相负荷的动触点与三相的某一静触点连接，从而完成单相负荷的相线切换。其中，换相刀闸6203的动触点可以采用旋转移动方式与静触点接触，也可以采用平行移动方式与静触点接触。参照图6，例如，若主控模块500根据三相不平衡的情况需要将该单相负荷由当前所在的C相切换到B相，假设C相切换到B相的转动角度设为60度，于是在C相的电压过零点到达前控制C相的晶闸管导通，然后在C相电压过零点将换相刀闸6203从C相断开并转动60度。随后将C相的晶闸管关断并同时将B相的晶闸管导通，接着将换相刀闸6203在B相闭合，然后将B相的晶闸管关断，于是完成单相负荷的换相。优选地，换相刀闸6203可采用单刀三掷的刀闸并同时配有相应的灭弧装置，如采用真空灭弧室中或增加相应的灭弧罩等。

通过本实施例提出的一种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及换相刀闸等组件来实现换相开关的快速可靠闭合，具有工作安全可靠的特点。同时还利用超级电容模块的可逆充放电次数超长且充电速度快的特性来提供持续的工作电压，从而提高了换相装置的使用寿命并减少了维护其电源装置的时间等。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相不平衡换相装置，其特征在于，包括：整流降压模块、超级电容模块、充电控制模块、检测模块、主控模块及换相模块；

所述充电控制模块用于监测所述超级电容模块的电量并根据监测结果发送控制指令到所述整流降压模块；

所述整流降压模块连接三相电，用于根据所述控制指令将三相交流电整流降压以得到直流电并送入所述超级电容模块；

所述超级电容模块用于存储电量从而为各模块提供工作电压；

所述检测模块连接三相的各相，用于检测三相的电气参数；

所述主控模块用于根据所述电气参数判断三相不平衡情况，还根据预设换相规则发送相应的换相指令；

所述换相模块连接三相的各相和单相负荷，用于根据所述主控模块控制的换相指令对所述单相负荷进行换相。

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，所述换相模块包括晶闸管组件和开关组件，其中，所述晶闸管组件与开关组件并联连接于三相的各相和所述单相负荷并均由所述主控模块控制。

3.根据权利要求2所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述开关组件包括电机驱动电路、电机装置和换相刀闸，其中，所述电机驱动电路连接所述电机装置，所述电机装置连接所述换相刀闸，所述换相刀闸的动触点连接所述单相负荷，静触点分别连接所述三相的各相。

4.根据权利要求2所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述晶闸管组件包括晶闸管驱动电路和3个晶闸管，其中，每一所述晶闸管与三相的各相一一对应连接并由所述晶闸管驱动电路驱动，所述晶闸管驱动电路连接所述主控模块。

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，所述充电控制模块包括充电控制器和电量监测电路，所述充电控制器连接所述整流降压模块的控制端，所述电量监测电路连接所述超级电容模块。

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，所述整流降压模块包括整流电路和BUCK降压电路，所述整流电路和所述BUCK降压电路连接。

7.根据权利要求6所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述整流电路采用三相桥式整流电路整流。

8.根据权利要求1所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述检测模块包括电流检测电路和电压过零检测电路，所述电流检测电路和所述电压过零检测电路均连接所述三相的各相和所述主控模块。

9.根据权利要求8所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述电流检测电路包括电流互感器、放大处理电路和模数转换电路。

10.根据权利要求3所述的三相不平衡换相装置，其特征在于，所述换相刀闸采用单刀三掷的刀闸并配有相应的灭弧装置。