CN208285016U - 相位切换装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种相位切换装置及系统，涉及供配电技术领域。相位切换装置用于对三相电源的输出相位进行切换，相位切换装置包括输入检测模块、三个切换模块和合闸控制模块，三个切换模块的电源输入端分别与三相电源的三个相位一一对应连接，三个切换模块的电源输出端均与单相输出连接，合闸控制模块分别与输入检测模块和每个切换模块电性连接；输入检测模块用于检测三相电源的输出相位的瞬时电压，合闸控制模块用于接收与之通信连接的控制器发送的控制信号，并根据控制信号在瞬时电压为零时，切换输出相位。本实用新型提供的相位切换装置及系统能够在负载电流曲线过零点时进行切换，避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。

Description

相位切换装置及系统

技术领域

本实用新型涉及供配电技术领域，具体而言，涉及一种相位切换装置及系统。

背景技术

我国的低压配电网大多是通过10kV/0.4kV变压器以三相四线制向用户供电，由于我国低压配电网覆盖面积广阔，运行环境各不相同，电力用户众多且较分散，存在大量的时空分布不平衡的单相负荷，即使将三相负荷平均分配到A、B、C三相上，居民的用电习惯差异以及负荷的随机性强，同样会引起较大的三相不平衡。用电负荷不能均匀分配到各相上，是三相不平衡问题产生的主要原因，若电网在三相不平衡较严重的情况下长时间运行，对供电和用电双方都将产生不利影响。

目前，对于三相不平衡的情况大多采用机械开关进行换相，机械开关在换相过程中存在的一个严重的问题就是机械开关在操作过程中会产生电弧，对开关的熄弧能力要求较高，时间久了容易出现短路和漏电的故障。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种相位切换装置及系统，以改善上述的问题。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种相位切换装置，用于三相电源转单相电源时对三相电源的输出相位进行切换，相位切换装置包括输入检测模块、三个切换模块和合闸控制模块，三个所述切换模块的电源输入端分别与三相电源的三个相位一一对应连接，三个所述切换模块的电源输出端均与单相输出连接，所述合闸控制模块分别与所述输入检测模块和每个所述切换模块电性连接；

所述输入检测模块用于检测所述三相电源的输出相位的瞬时电压，所述合闸控制模块用于接收与之通信连接的控制器发送的控制信号，并根据所述控制信号在所述瞬时电压为零时，切换所述输出相位。

可选地，所述切换模块包括切换电路和机械开关，所述切换电路包括反并联有二极管的第一绝缘栅双极晶体管和反并联有二极管的第二绝缘栅双极晶体管，所述第一绝缘栅双极晶体管与所述第二绝缘栅双极晶体管对接后与所述机械开关并联，所述第一绝缘栅双极晶体管与对应的相位连接，所述第二绝缘栅双极晶体管与单相输出连接；

所述合闸控制模块分别与所述第一绝缘栅双极晶体管和所述机械开关电性连接，用于根据所述控制信号控制所述切换电路和所述机械开关的导通/截止。

可选地，所述合闸控制模块与所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的源极与所述第二绝缘栅双极晶体管的源极连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的漏极与对应的相位连接，所述第二绝缘栅双极晶体管的漏极与单相输出连接。

可选地，所述输入检测模块为电流互感器。

可选地，所述合闸控制模块为数字信号处理器。

可选地，相位切换装置还包括输出检测模块，所述输出检测模块分别与所述三个切换模块的电源输出端和所述合闸控制模块电性连接，所述输出检测模块用于检测单相输出的电流和电压。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种相位切换系统，包括多个上述所述的相位切换装置，还包括控制器，所述控制器与每个所述相位切换装置的合闸控制模块通信连接，所述合闸控制模块用于将检测到的电流和电压发送给所述控制器，所述控制器用于根据每个合闸控制模块检测到的所述电流和所述电压判断三相电源的三个相位的负载是否均衡，以及当三相电源的三个相位的负载不均衡时，向其中一个或多个所述相位切换装置的合闸控制模块发出控制信号，以便接收到控制信号的合闸控制模块切换输出相位，以使三相电源的三个相位的负载均衡。

可选地，所述控制器为PLC控制器。

可选地，所述控制器为服务器或个人电脑。

可选地，所述控制器与每个所述合闸控制模块通过无线通信的方式通信连接。

对于现有技术，本实用新型提供的相位切换装置及系统具有如下的有益效果：

本实用新型提供的相位切换装置及系统能够在负载电流曲线过零点时进行切换，避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。

进一步的，能够在换相的过程中避免用电设备停机、重启等现象，保证供电可靠性。

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

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为本实用新型第一实施例提供的相位切换装置的功能模块图。

图2为本实用新型第一实施例提供的切换模块的结构示意图。

图3为本实用新型第二实施例提供的相位切换系统的功能模块图。

图标：10-相位切换装置；110-输入检测模块；120-切换模块；121-切换电路；1211-第一绝缘栅双极晶体管；1212-第二绝缘栅双极晶体管；122-机械开关；130-合闸控制模块；140-输出检测模块；20-控制器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种相位切换装置10，用于三相电源转单相电源时对三相电源的输出相位进行切换，相位切换装置10包括输入检测模块110、三个切换模块120、合闸控制模块130和输出检测模块140。

其中，三个切换模块120的电源输入端分别与三相电源的三个相位一一对应连接，三个切换模块120的电源输出端均与单相输出连接，合闸控制模块130分别与输入检测模块110和每个切换模块120电性连接。输出检测模块140分别与三个切换模块120的电源输出端和合闸控制模块130电性连接，输出检测模块140用于检测单相输出的电流和电压。输入检测模块110用于检测三相电源的输出相位的瞬时电压，合闸控制模块130用于接收与之通信连接的控制器发送的控制信号，并根据控制信号在瞬时电压为零时，切换输出相位。

具体的，输入检测模块110与三相电源的A相、B相、C相以及零线连接，其中一相为输出相位，输出相位与单相输出导通，从而为单向负载供电，输入检测模块110用于检测输出相位的瞬时电压，并将检测到的瞬时电压反馈给合闸控制模块130。

所述输入检测模块110用于检测输出相位的瞬时电压，其可以是但不限于电流互感器、电压检测电路等，本实用新型实施例中所述输入检测模块110为电流互感器。

三个切换模块120的电源输入端分别与三相电源的三个相位一一对应连接，三个切换模块120的电源输出端均与单相输出连接，其中一个切换模块120导通，从而将三相电源转换为单向电源以便为单向负载供电。

请结合参阅图2，切换模块120包括切换电路121和机械开关122，切换电路121包括反并联有二极管的第一绝缘栅双极晶体管1211和反并联有二极管的第二绝缘栅双极晶体管1212，第一绝缘栅双极晶体管1211的源极与第二绝缘栅双极晶体管1212的源极对接后与机械开关122并联，第一绝缘栅双极晶体管1211的漏极与对应的相位连接，第二绝缘栅双极晶体管1212的漏极与单相输出连接。合闸控制模块130与所述第一绝缘栅双极晶体管1211的栅极以及机械开关122电性连接，用于根据接收到的控制信号在输出相位的瞬时电压为零时控制切换电路121和所述机械开关122的导通/截止，以避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。

三相电源在对单向负载供电时，三相电源的其中一个相位通过切换模块120中的机械开关122与单相输出连接导通，在此过程中，输入检测模块110检测输出相位(与单相输出连接导通的相位)的瞬时电压，输出检测模块140检测单相输出的电流和电压并将检测到的电流和电压发送给合闸控制模块130，合闸控制模块130通信连接有一控制器，该控制器负责对其管辖区域内三相电源对单向负载的输出相位的切换控制，合闸控制模块130获得输出检测模块140反馈的电流和电压后，将所述电流和所述电压反馈给控制器，控制器根据其管辖区域内的所有合闸控制模块130反馈的电流和电压，进行运算得出三相电源的三个相位的负载情况，并分析三相电源的三个相位的负载是否均衡。如果三个相位的负载不均衡，则向其中负载过多的相位所对应的一个或多个相位切换装置10(的合闸控制模块130)发送一控制信号，接收到该控制信号的合闸控制模块130根据该控制信号控制对应的输出相位在瞬时电压进行切换，从而避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。

合闸控制模块130在控制输出相位切换时，首先向输出相位所对应的切换电路121中的第一绝缘栅双极晶体管1211的栅极发送一高电平信号以导通第一绝缘栅双极晶体管1211，此时切换电路121导通，电流可沿着输出相位、第一绝缘栅双极晶体管1211、与第二绝缘栅双极晶体管1212并联的二极管、输出检测模块140进入与单相输出连接的单相负载设备。然后合闸控制模块130控制输出相位所对应的机械开关122断开。当输入检测模块110检测到的瞬时电压为零时，合闸控制模块130控制输出相位所对应的切换电路121断开，与此同时控制另一相位所对应的切换电路121导通，此时输出相位由原来的相位切换为另一相位。然后合闸控制模块130再控制新的输出相位所对应的机械开关122导通，并控制新的输出相位对应的切换电路121断开，从而完成输出相位的切换过程。在此过程中，由于输出相位在瞬时电压为零时进行切换，从而避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。同时，由于绝缘栅双极晶体管的频率可达1kHz以上这一特性，因此能够在瞬时电压为零的瞬间完成输出相位的切换，避免在换相过程中用电设备停机、重启等现象，保证供电可靠性。

本实用新型实施例中，所述合闸控制模块130用于根据控制信号在瞬时电压为零时，切换输出相位。其可以是，但不限于数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、PLC控制器等。

所述输出检测模块140用于检测单相输出的电流和电压，其可以是，但不限于电表或由电流检测电路和电压检测电路组成的电路。

综上所述，本实用新型实施例提供的相位切换装置10能够在输出相位在瞬时电压进行切换，从而避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。同时，由于能够在瞬时电压为零的瞬间完成输出相位的切换，避免在换相过程中用电设备停机、重启等现象，避免对用户端的负载设备造成损坏，保证供电可靠性。

第二实施例

请参阅图3，本实施例提供了一种相位切换系统，该相位切换系统包括多个第一实施例所述的相位切换装置10，还包括控制器20，所述控制器20与每个所述相位切换装置10的合闸控制模块130通信连接，所述合闸控制模块130用于将检测到的电流和电压发送给所述控制器20，所述控制器20用于根据每个合闸控制模块130检测到的所述电流和所述电压判断三相电源的三个相位的负载是否均衡，以及当三相电源的三个相位的负载不均衡时，向其中一个或多个所述相位切换装置10的合闸控制模块130发出控制信号，以便接收到控制信号的合闸控制模块130切换输出相位，以使三相电源的三个相位的负载均衡。

本实用新型实施例中，所述控制器20用于根据每个合闸控制模块130检测到的所述电流和所述电压判断三相电源的三个相位的负载是否均衡，以及当三相电源的三个相位的负载不均衡时，向其中一个或多个所述相位切换装置10的合闸控制模块130发出控制信号。其可以是，但不限于PLC控制器、服务器或个人电脑等。

所述控制器与每个所述合闸控制模块130可通过有线或无线通信的方式通信连接。

综上所述，本实用新型实施例提供的相位切换系统能够在输出相位在瞬时电压进行切换，从而避免产生电弧灼烧开关设备，降低开关故障率。同时，由于能够在瞬时电压为零的瞬间完成输出相位的切换，避免在换相过程中用电设备停机、重启等现象，避免对用户端的负载设备造成损坏，保证供电可靠性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。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，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种相位切换装置，用于三相电源转单相电源时对三相电源的输出相位进行切换，其特征在于，包括输入检测模块、三个切换模块和合闸控制模块，三个所述切换模块的电源输入端分别与三相电源的三个相位一一对应连接，三个所述切换模块的电源输出端均与单相输出连接，所述合闸控制模块分别与所述输入检测模块和每个所述切换模块电性连接；

所述输入检测模块用于检测所述三相电源的输出相位的瞬时电压，所述合闸控制模块用于接收与之通信连接的控制器发送的控制信号，并根据所述控制信号在所述瞬时电压为零时，切换所述输出相位。

2.根据权利要求1所述的相位切换装置，其特征在于，所述切换模块包括切换电路和机械开关，所述切换电路包括反并联有二极管的第一绝缘栅双极晶体管和反并联有二极管的第二绝缘栅双极晶体管，所述第一绝缘栅双极晶体管与所述第二绝缘栅双极晶体管对接后与所述机械开关并联，所述第一绝缘栅双极晶体管与对应的相位连接，所述第二绝缘栅双极晶体管与单相输出连接；

所述合闸控制模块分别与所述第一绝缘栅双极晶体管和所述机械开关电性连接，用于根据所述控制信号控制所述切换电路和所述机械开关的导通/截止。

3.根据权利要求2所述的相位切换装置，其特征在于，所述合闸控制模块与所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的源极与所述第二绝缘栅双极晶体管的源极连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的漏极与对应的相位连接，所述第二绝缘栅双极晶体管的漏极与单相输出连接。

4.根据权利要求1所述的相位切换装置，其特征在于，所述输入检测模块为电流互感器。

5.根据权利要求1所述的相位切换装置，其特征在于，所述合闸控制模块为数字信号处理器。

6.根据权利要求1所述的相位切换装置，其特征在于，还包括输出检测模块，所述输出检测模块分别与所述三个切换模块的电源输出端和所述合闸控制模块电性连接，所述输出检测模块用于检测单相输出的电流和电压。

7.一种相位切换系统，其特征在于，包括多个权利要求6所述的相位切换装置，还包括控制器，所述控制器与每个所述相位切换装置的合闸控制模块通信连接，所述合闸控制模块用于将检测到的电流和电压发送给所述控制器，所述控制器用于根据每个合闸控制模块检测到的所述电流和所述电压判断三相电源的三个相位的负载是否均衡，以及当三相电源的三个相位的负载不均衡时，向其中一个或多个所述相位切换装置的合闸控制模块发出控制信号，以便接收到控制信号的合闸控制模块切换输出相位，以使三相电源的三个相位的负载均衡。

8.根据权利要求7所述的相位切换系统，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

9.根据权利要求7所述的相位切换系统，其特征在于，所述控制器为服务器或个人电脑。

10.根据权利要求7所述的相位切换系统，其特征在于，所述控制器与每个所述合闸控制模块通过无线通信的方式通信连接。