CN208738847U - 一种三相负荷不平衡的智能分配终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种三相负荷不平衡的智能分配终端，设置继电器和串联型IGBT并联，IGBT的导通为微秒级别，转换过程不会产生升温，可以采用自然的冷却方式，无需加额外的散热装置，减小整个装置的体积和重量，在IGBT损坏的情况下，可以通过继电器进行旁路，保证了负载的可靠供电，通过设置信号调理电路，将交流信号调理成DSP可以处理的数字信号，在信号调理电路中，设置有钳位保护电路，可以保证DSP内置的ADC模块可以正常识别信号并且防止输入DSP电压过高导致DSP损坏；整个装置体积小，IGBT反应快，不会产生较高的温度，无需散热装置，在IGBT损坏或者继电器损坏的情况下，可以通过另一条支路给用户提供电。

Description

一种三相负荷不平衡的智能分配终端

技术领域

本实用新型涉及配电技术领域，尤其涉及一种三相负荷不平衡的智能分配终端。

背景技术

智能三相智能分配终端是安装在每个用户的进线处，用于采集每个分散用户的负载状态信息，同时，智能分配终端负责对用户负荷的接入相别进行动态调整，将负荷从当前接入的相别平稳，无冲击的过渡接入到另一相别。最常用的便是通过机械开关之间的切换来完成相别之间的变换，但是机械开关是通过机械触碰的方式来进行电路的开通或关断，很容易产生机械磨损，使用寿命有限，当负载较重的时候，关断会出现拉弧的现象，给人身和财产带来安全隐患。同时，机械开关在切换过程中反应时间较长，容易造成负载的供电中断，会给居民用电带来不良影响。为了解决上述问题，市面上将两个IGBT单管反向串联组成串联型IGBT，这种组合结构设计方便，控制简单，切换的速度快，但是当 IGBT长时间流过很大电流的时候会导致IGBT过热，温度较高，损耗变大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种切换速度快、无需散热装置的智能分配终端。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其包括控制器，还包括三组组合开关和驱动器；

控制器包括：DSP，以及分别与DSP电性连接的采集电路、存储器、显示器和通信组件；

组合开关包括第一IGBT、第二IGBT和继电器；

继电器包括：电磁线圈、一对常开触点、一对常闭触点和选择开关；

采集电路包括电压传感器、电流传感器和信号调理电路；

信号调理电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、电容和双二极管；

第一电阻的第一连接端分别与电流传感器和电压传感器电性连接，其第二连接端与第二电阻的第一连接端电性连接；

第一运算放大器的正向输入端与第二的电阻的第二连接端电性连接，第一运算放大器的反向输入端与第三电阻的第一连接端电性连接，第一运算放大器的输出端与第三电阻的第一连接端电性连接；

第二运算放大器的正向输入端分别与第三电阻的第二连接端和第四电阻的第一连接端电性连接，第四电阻的第二连接端接地，第二运算放大器的反向输入端分别与第五电阻的第一连接端和第六电阻的第一连接端电性连接，其输出端分别与第六电阻的第二连接端和第七电阻的第一连接端电性连接，第五电阻的第二连接端接地；

双二极管包括两个同向串联的第一二极管和第二二极管，第一二极管的负极与电源电性连接，其正极分别与第二电阻的负极、第七电阻的第二连接端和电容的正极电性连接，第二二极管的负极和电容的负极均接地；

电压传感器和电流传感器分别与A、B、C相电电性连接，信号调理电路分别与电压传感器、电流传感器、DSP和存储器电性连接，通信组件分别通过电力线与驱动器和DSP电性连接，第一IGBT发射极与第二IGBT发射极电性连接，第一IGBT的集电极与驱动器电性连接，第二IGBT的集电极与用户端电性连接，电磁线圈的一端、常开触点的一端、常闭触点的一端和选择开关的一端均与驱动器电性连接，电磁线圈的另一端、常开触点的另一端、常闭触点的另一端和选择开关的另一端均与用户端电性连接，选择开关安装在电磁线圈的下方。

更进一步优选的，第一运算放大器和第二运算放大器分别是TL082运算放大器的两个运算放大器；

双二极管是BAT54S双二极管。

在以上技术方案的基础上，优选的，控制器安装在配电变压器低压出口侧，智能分配终端安装在用户的进线端。

更进一步优选的，电压传感器和电流传感器分别是HNV025A霍尔电压传感器和HNC025A霍尔电流传感器。

在以上技术方案的基础上，优选的，继电器是T92S7D型继电器，驱动器是2QD0108T17型驱动器，IGBT是BSM300GA120N2型IGBT。

本实用新型的相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置继电器和串联型IGBT的并联组合，IGBT的导通为微秒级别，速度很快，转换的过程器件不会产生较高的温升，可以采用自然的冷却方式，无需加额外的散热装置，减小了整个装置的体积和重量。同时，在IGBT损坏的情况下，可以通过继电器进行旁路，保证了负载的可靠供电；

(2)通过设置信号调理电路，可以将交流信号调理成DSP可以处理的数字信号，在信号调理电路中，设置有钳位保护电路，可以保证DSP内置的ADC模块可以正常识别信号并且防止输入DSP电压过高导致DSP损坏；

(3)整个装置体积小，继电器可以避免产生火花，IGBT反应快，不会产生较高的温度，无需散热装置，在IGBT损坏或者继电器损坏的情况下，可以通过另一条支路给用户提供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型一种三相负荷不平衡的智能分配终端的结构图；

图2为本实用新型一种三相负荷不平衡的智能分配终端的信号调理电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，结合图2，本实用新型的一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其包括控制器、驱动器、三组组合开关。

控制器，采集三相电线上的电流电压信号，并进行分析，控制三相电上的电压和电流分配，根据监测情况合理控制智能分配终端开关的选择启闭。控制器包括：DSP，以及分别与DSP电性连接的采集电路、存储器、显示器和通信组件；通信组件通过电力线与智能分配终端电性连接；采集电路包括电压传感器、电流传感器和信号调理电路；信号调理电路分别与电压传感器、电流传感器、DSP和存储器电性连接。电压传感器和电流传感器分别采集三相电线上的电压和电流信息，将采集的结果发送给信号调理电路，信号调理电路将电压传感器和电流传感采集的交流信号转换成DSP可以接受的数字信号，并将转换后的结果发送给存储器存储，DSP控制显示器显示转换后的结果，并控制通信电路与智能分配终端通信，控制智能分配终端的开关开启。

其中，信号调理电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电容C和双二极管；第一电阻R1输入电压传感器和电流传感器输出的电流信号，将电流信号变成电压信号，便于处理；第二电阻R2、第四电阻R4和第六电阻R6，均是保护电阻，保护运算放大器不被烧坏；第七电阻R7，起限流作用；TL082运算放大器的两个运算放大器U1和U2，将微弱的电压信号多级放大；双二极管的两个二极管V1和V2与电源和地组成钳位保护电路，保证DSP内置的ADC模块可以正常识别信号并且防止输入DSP电压过高导致DSP损坏；电容，保护钳位保护电路不被烧坏；第一电阻R1的第一连接端分别与电流传感器和电压传感器电性连接，其第二连接端与第二电阻R2的第一连接端电性连接；第一运算放大器U1的正向输入端与第二电阻R2 的第二连接端电性连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第三电阻R3的第一连接端电性连接，第一运算放大器U1的输出端与第三电阻R3的第一连接端电性连接；第二运算放大器U2的正向输入端分别与第三电阻R3的第二连接端和第四电阻R4的第一连接端电性连接，第四电阻R4的第二连接端接地，第二运算放大器U2的反向输入端分别与第五电阻R5的第一连接端和第六电阻R6 的第一连接端电性连接，其输出端分别与第六电阻R6的第二连接端和第七电阻 R7的第一连接端电性连接，第五电阻R5的第二连接端接地；双二极管包括两个同向串联的第一二极管V1和第二二极管V2，第一二极管V1的负极与电源电性连接，其正极分别与第二电阻R2的负极、第七电阻R7的第二连接端和电容 C的正极电性连接，第二二极管V2的负极和电容C的负极均接地。

组合开关，将负荷从当前接入的相别平稳，无冲击的过渡接入到另一相别。组合开关包括：继电器、第一IGBT、第二IGBT和继电器；继电器在无DSP控制信号的情况下控制继电器闭合，在有DSP的控制信号传过来的时候，控制继电器断开，实现自动控制继电器，避免人员伤亡；三组组合开关的第一连接端分别与A、B、C相电和驱动器电性连接，其第二连接端相互并联，作为用户的单相进电；三组组合开关的第一连接端均是第一IGBT的集电极，三组组合开关的第二连接端均是第二IGBT的集电极；第一IGBT发射极与第二IGBT发射极电性连接，第一IGBT的集电极与驱动器电性连接；继电器与第一IGBT和第二 IGBT并联。

本实用新型的技术原理是：本实用新型采用电路线作为信号传输载体的原因是电力线已经覆盖到农村和城市的各个角落，其供电范围广，可靠性好。通过电力线进行数据传输媒介可节省大量的建设施工成本，无需额外布线，同时，在后期维护和异常情况排查时，可方便的找出问题所在，缩短了排查时间，提高了工作效率，降低了维护成本。电压传感器和电流传感器分别采集三相电线上的电压和电流信息，将采集的结果发送给信号调理电路，信号调理电路将电压传感器和电流传感采集的交流信号转换成DSP可以接受的数字信号，并将转换后的结果发送给存储器存储，DSP控制显示器显示转换后的结果，并控制通信电路与智能分配终端通信，通过电力线向驱动器发送DSP控制信号，驱动器可以支持并联工作，可以同时控制三个组合开关，当DSP没有向驱动器发送控制信号时，继电器的线圈中没有电流流过，选择开关与常闭触点处于接触的状态；当DSP发出控制信号时，线圈中便流过电流，由于电磁效应线圈会产生相应大小的电磁吸引力，继电器中的衔铁会在吸引力的作用下将选择开关吸引并与使其与常开触点接触，选择开关处于断开的状态；当线圈断电时，线圈中的电磁力消失，选择开关会在弹簧弹性势能的作用下恢复与常闭触点闭合的状态。三相的组合开关中仅有一相的继电器闭合，其他相的继电器和IGBT均处于关断的状态；当智能分配终端接收到换相指令时，以A相切换至B相为例，正常工作时，A相线上的继电器的选择开关S1处于闭合状态，当接收到换相指令时，智能分配终端对串联的第一IGBT与第二IGBT发出导通指令，驱动器控制第一 IGBT与第二IGBT的导通，当串联的第一IGBT与第二IGBT完全导通时，给选择开关S1发出断开指令。此时选择开关S1两端承受的电压为串联的第一 IGBT与第二IGBT两端的管压降，其值为4V左右，所以此时断开S1不会产生起弧现象，当S1完全断开后，等到负载电流幅值小于一定的阈值的时候再撤去串联的第一IGBT与第二IGBT触发脉冲，当串联的第一IGBT与第二IGBT 完全关断后，立即触发B相的第一IGBT与第二IGBT导通，然后控制B相的选择开关S2闭合，此时S2两端的电压仍为2个IGBT的管压降，所以S2闭合过程也不会产生起弧现象。当S2闭合后，撤去B相的电力电子器件UB的触发脉冲，待B相的第一IGBT与第二IGBT完全关断后，此时由B相的选择开关 S2为负载供电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，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。

Claims (5)

1.一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其包括控制器，其特征在于：还包括三组组合开关和驱动器；

所述控制器包括：DSP，以及分别与DSP电性连接的采集电路、存储器、显示器和通信组件；

所述组合开关包括第一IGBT、第二IGBT和继电器；

所述继电器包括：电磁线圈、一对常开触点、一对常闭触点和选择开关；

所述采集电路包括电压传感器、电流传感器和信号调理电路；

所述信号调理电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、电容和双二极管；

所述第一电阻的第一连接端分别与电流传感器和电压传感器电性连接，其第二连接端与第二电阻的第一连接端电性连接；

所述第一运算放大器的正向输入端与第二的电阻的第二连接端电性连接，第一运算放大器的反向输入端与第三电阻的第一连接端电性连接，第一运算放大器的输出端与第三电阻的第一连接端电性连接；

所述第二运算放大器的正向输入端分别与第三电阻的第二连接端和第四电阻的第一连接端电性连接，第四电阻的第二连接端接地，第二运算放大器的反向输入端分别与第五电阻的第一连接端和第六电阻的第一连接端电性连接，其输出端分别与第六电阻的第二连接端和第七电阻的第一连接端电性连接，第五电阻的第二连接端接地；

所述双二极管包括两个同向串联的第一二极管和第二二极管，第一二极管的负极与电源电性连接，其正极分别与第二电阻的负极、第七电阻的第二连接端和电容的正极电性连接，第二二极管的负极和电容的负极均接地；

所述电压传感器和电流传感器分别与A、B、C相电电性连接，信号调理电路分别与电压传感器、电流传感器、DSP和存储器电性连接，通信组件分别通过电力线与驱动器和DSP电性连接，第一IGBT发射极与第二IGBT发射极电性连接，第一IGBT的集电极与驱动器电性连接，第二IGBT的集电极与用户端电性连接，电磁线圈的一端、常开触点的一端、常闭触点的一端和选择开关的一端均与驱动器电性连接，电磁线圈的另一端、常开触点的另一端、常闭触点的另一端和选择开关的另一端均与用户端电性连接，选择开关安装在电磁线圈的下方。

2.如权利要求1所述的一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其特征在于：所述第一运算放大器和第二运算放大器分别是TL082运算放大器的两个运算放大器；

所述双二极管是BAT54S双二极管。

3.如权利要求1所述的一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其特征在于：所述控制器安装在配电变压器低压出口侧，智能分配终端安装在用户的进线端。

4.如权利要求1所述的一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其特征在于：所述电压传感器和电流传感器分别是HNV025A霍尔电压传感器和HNC025A霍尔电流传感器。

5.如权利要求1所述的一种三相负荷不平衡的智能分配终端，其特征在于：所述继电器是T92S7D型继电器，驱动器是2QD0108T17型驱动器，IGBT是BSM300GA120N2型IGBT。