CN208241325U - 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：电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关单元；电流采集单元连接三相的各相和主控单元；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，其中，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对应连接；开关单元连接于三相的各相和单相负荷，其中，开关单元包括换相刀闸和电机装置，电机装置连接驱动单元和所述换相刀闸，换相刀闸的静触头连接各相，动触头连接单相负荷。本实用新型可以实现三相不平衡的监测并通过晶闸管与换相刀闸等组件进行不掉电换相，克服传统的人工断电改线的调整难题且工作安全可靠。

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。

三相负荷不平衡将增加电网损耗，严重影响供电质量，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，中、低压配电网及农网的三相不平衡问题已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，用于检测三相不平衡情况并利用换相刀闸和晶闸管进行换相，以解决在单相负荷不掉电的情况下完成切换线路的问题。

本实用新型提出的一种三相不平衡换相装置，包括：电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关单元；

所述电流采集单元连接三相的各相和所述主控单元；

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，其中，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；

所述开关单元连接于所述三相的各相和单相负荷，其中，所述开关单元包括换相刀闸和电机装置，所述电机装置连接所述驱动单元和所述换相刀闸，所述换相刀闸的静触头分别连接所述三相的各相，动触头连接所述单相负荷。

可选地，本实用新型的三相不平衡换相装置还包括：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。

可选地，本实用新型的三相不平衡换相装置还包括：保护单元，所述保护单元与所述开关单元和所述单相负荷连接，用于在线路发生短路或过流时对所述单相负荷进行保护。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述驱动单元包括：晶闸管驱动电路和电机驱动电路，所述晶闸管驱动电路和所述电机驱动电路均与所述主控单元连接，分别用于驱动所述晶闸管单元和所述电机装置。

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。

可选地，所述换相刀闸的动触头采用旋转或平行方式与所述静触头连接。

可选地，所述主控单元包括：微处理器、逻辑运算器和比较器，所述逻辑运算器和所述比较器均与所述微处理器连接。

可选地，所述微处理器采用ARM处理器。

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的情况下实现监测三相不平衡情况并通过晶闸管和换相刀闸等组件进行相线切换，达到单相负荷的不掉电自动线路切换并且提高换相设备的使用寿命的目的。

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晶闸管单元的结构示意图。

图4为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的开关单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的电流采集单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例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的三相不平衡换相装置的驱动单元的结构示意图；

图8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；

图9为本实用新型实施例的三相不平衡换相装置的另一种结构示意图。

主要元件符号说明：

三相不平衡换相装置-10；电流采集单元-100；电流互感器-110 放大处理电路-120；模数转换电路-130；主控单元-200；驱动单元-300；晶闸管驱动电路-310；电机驱动电路-320；晶闸管单元-400；开关单元-500；换相刀闸-510；电机装置-520；定时触发单元-90；保护单元 -600。

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单元等进行切换单相负荷的接入线路，克服传统的依靠人工断电改线来进行三相平衡调整的难题。

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：电流采集单元100、主控单元200、驱动单元300、晶闸管单元400 及开关单元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和开关单元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，开关单元500的输入端连接于三相的各相，其输出端连接于单相负荷。其中，开关单元500包括换相刀闸510和电机装置 520，电机装置520连接驱动单元300和换相刀闸510；换相刀闸510 的静触头分别连接三相的各相，动触头连接单相负荷。

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。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。本实施例中，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电路300并由驱动电路300驱动控制晶闸管单元400和开关单元500来完成相应的换相操作。其中，所述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。具体地，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。优选地，该微处理器采用ARM处理器。 ARM处理器具有体积小、低功耗、低成本、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和电机装置520。参照图7，驱动单元300可包括晶闸管驱动电路310和电机驱动电路320，晶闸管驱动电路310连接晶闸管单元400的控制端，用于驱动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。电机驱动电路320连接电机装置520的控制端，用于驱动电机装置520中的电机进行转动，可选地，该电机采用高速电机或可变速电机。

晶闸管单元400与开关单元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用于在换相刀闸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。开关单元500用于在晶闸管导通时根据电机装置520中电机的转动带动换相刀闸510的动触头的转动或移动，使得连接单相负荷的动触头与三相的某一静触头连接，从而完成单相负荷的相线切换。其中，换相刀闸510的动触头可以采用旋转移动方式与静触头接触，也可以采用平行移动方式与静触头接触。例如，参照图8，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，假设C 相切换B相电机需要转动的角度为60度，则将C相的晶闸管先导通，在其导通后将换相刀闸510从C相断开并转动60度。随后在换相刀闸510断开C相后将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510闭合到B相，然后再将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510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，用于消除机械开关在闭合或断开时可能产生的电弧，从而进一步提高换相刀闸的使用寿命。

可选地，参照图9，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单元500，用于在相线发生短路或过流时对单相负荷进行保护。

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，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；而采用机械式的换相刀闸可以实现可靠闭合并降低换相开关产生的发热量，具有工作安全可靠的特点。通过减少由电子开关所带来的发热量的问题，从而降低整个换相装置的功耗。

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：电流采集单元、主控单元、驱动单元、晶闸管单元及开关单元；

所述电流采集单元连接三相的各相和所述主控单元；

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，其中，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；

所述开关单元连接于所述三相的各相和单相负荷，其中，所述开关单元包括换相刀闸和电机装置，所述电机装置连接所述驱动单元和所述换相刀闸，所述换相刀闸的静触头分别连接所述三相的各相，动触头连接所述单相负荷。

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，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。

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，还包括：保护单元，所述保护单元与所述开关单元和所述单相负荷连接，用于在线路发生短路或过流时对所述单相负荷进行保护。

4.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。

5.根据权利要求4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。

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，所述驱动单元包括：晶闸管驱动电路和电机驱动电路，所述晶闸管驱动电路和所述电机驱动电路均与所述主控单元连接，分别用于驱动所述晶闸管单元和所述电机装置。

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，所述换相刀闸采用单刀三掷的刀闸并配有相应的灭弧装置。

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，所述换相刀闸的动触头采用旋转或平行方式与所述静触头连接。

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，所述主控单元包括：微处理器、逻辑运算器和比较器，所述逻辑运算器和所述比较器均与所述微处理器连接。

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，所述微处理器采用ARM处理器。