CN209472390U - 一种平滑切换的换相装置 - Google Patents

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范浩宇
高云凡
申晓阳
程雪颖
李一航
孟维琦
丁瑜
朱劲男
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Abstract

本申请公开一种平滑切换的换相装置，所述换相装置用于三相交流电路，以整流逆变器与变压器形成备用电源，在换相过程中可以启动备用电源，并且可以通过平滑调整备用电源的相位使负载平滑换相，从而有效解决现有换相开关型三相不平衡调节装置在换相过程中存在的瞬间断电的问题。并且，本申请提供的平滑切换换相装置可以通过调整单刀多掷开关中不动端的数量来加载任意数量的负载。

Description

一种平滑切换的换相装置
技术领域
本申请属于电器开关领域，特别涉及一种平滑切换的换相装置。
背景技术
三相交流电是三个相位差互为120°的对称正弦交流电的组合，它是由三相发电机三组对称的绕组产生的，每一绕组连同其外部回路称一相，分别记以A、B、C，它们的组合称三相制，常以三相三线制和三相四线制方式，即三角形接法和星形接法供电。
三相制的主要优点是在电力输送上节省导线；能产生旋转磁场，并且能够为结构简单使用方便的异步电动机的发展和应用创造条件。由于三相制不排除对单相负载供电，因此三相交流电具有最广泛的应用。
日常生活接触的负载，如电灯、电视机、电冰箱、电风扇等家用电器及单相电动机，它们都是用两根导线接到电路中，即属于单相负载。在三相四线制供电时，多个单相负载应尽量均衡地分别接到三相电路中去，而不应把它们集中在三相电路中的一相电路里。如果三相电路中的每一根所接的负载的阻抗和性质都相同，则认为三相电路中负载是对称的。在负载对称的条件下，因为各相电流间的相位彼此相差120°，所以，在每一时刻流过中线的电流之和为零，可以把中线去掉而用三相三线制供电。但实际上多个单相负载接到三相电路中构成的三相负载并不能完全对称。
现实的情况是，配电公变中存在三相负荷严重不平衡，导致配电公变损耗增加，配变运行温度变高，零线电流过大，存在零线烧坏等隐患。传统的解决方案是利用换相开关装置对负载直接进行换相，虽然切换时间很短，但切换的瞬间负载是完全失去供电的，而且由于两相之间相位差为120度，直接换相必然会造成电压冲击；如果带有电感性负载，如风扇、电磁炉等，直接换相会导致负载断电，此时电流会在一瞬间降至零，由于电感电压与电感电流的变化率成正比，这势必会产生很大的反电动势，危害整个线路。
实用新型内容
本实用新型所要解决的是在三相电换相过程中电路瞬间断电的问题。
本实用新型提供一种无需断电的单相负荷平滑切换的自动换相装置，所述装置用于三相交流电路，所述三相交流电路包括A相、B相以及C相，所述三相交流电路还包括N线，所述换相装置包括开关柜，伸出所述开关柜的外部端子包括三相四线电源进线和若干负载出线，在所述开关柜内部设置有整流逆变器1、变压器2和控制器3，其中，在所述整流逆变器1可与三相交流电路中任一相连通；所述整流逆变器1包括两个输入端口，其中，一个输入端口与三相交流电路中的N线连通，另一个输入端口与三相交流电路中任一相连通；所述变压器2包括两个输入端口和两个输出端口，其中，两个输入端口分别与所述整流逆变器1的两个输出端口相连通，一个输出端口与所有负载的零线分别连通，另一个输出端口与第一开关4连通，所述第一开关4可与任意一个负载的火线连通；在每个负载的火线前端设置有第二开关5，所述第二开关5可与三相交流电任一相连通，所述第二开关5与所述第一开关4并联；所述控制器3分别与整流逆变器1、第一开关4以及所有第二开关5连通。
在一种可实现的方式中，在换相之前以及换相之后，所述第一开关4处于断开状态。
在一种可实现的方式中，在换相过程中，所述第一开关4搭接在需要换相的负载电路上。
在一种可实现的方式中，所述第二开关5为单刀三掷开关。
在一种可实现的方式中，所述第一开关4为单刀多掷开关，其中，不动端的个数与负载个数相同。
在一种可实现的方式中，在所述整流逆变器1与所述三相交流电路之间还可以设置第三开关6，所述第三开关6的不动端分别与三相交流电中的A相、B相以及C相连通，所述第三开关6的动端与所述整流逆变器1连通。
与现有技术相比，本申请提供的平滑切换换相装置，以整流逆变器与变压器形成备用电源，在换相过程中可以启动备用电源，并且可以通过平滑调整备用电源的相位使负载平滑换相，从而有效解决现有换相开关型三相不平衡调节装置在换相过程中存在的瞬间断电的问题。并且，本申请提供的平滑切换换相装置可以通过调整单刀多掷开关中不动端的数量来加载任意数量的负载。
附图说明
图1为根据本实用新型一个优选实施方式示出的平滑切换的换相装置结构示意图；
图2为根据本实用新型另一个优选实施方式示出的平滑切换的换相装置结构示意图。
附图标记说明
1-整流逆变器，11-第一整流输入端，12-第二整流输入端，2-变压器，21-第一变压输出端口，22-第二变压输出端口，3-控制器，4-第一开关，5-第二开关，6-第三开关，7-负载。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面通过具体的实施例对本申请中一种平滑切换的换相装置结构及工作原理进行详细阐述。
图1为根据本实用新型一个优选实施方式示出的平滑切换的换相装置结构示意图，如图1所示，在本实施例中，以三个负载为例说明本申请提供装置的结构及其工作原理。
本实施例提供的平滑切换换相装置用于三相交流电路，所述三相交流电路包括A相、B相以及C相，所述三相交流电路还包括N线，即，零线，所述装置包括一开关柜(图1未示出)，所述开关柜的外部端子包括三相四线电源进线和若干负载出线，在本实施例中，所述负载出线为三组，每个负载设置一组负载出线，每组负载出线为2根，其中，一根搭接于三相交流电的N线(即，零线)上，另一根可以与三相电源中任意一相搭接；在所述开关柜内部设置有整流逆变器1、变压器2和控制器3。
在本实施例中，所述整流逆变器1和变压器2均为本领域常用的电子元器件，具体型号可以根据实际需要而选用。
在本实施例中，所述整流逆变器1用于调整接入电压的频率，使电压相位发生改变，所述整流逆变器设置有两个输入端口和两个输出端口，其中，两个输入端口分别为第一整流输入端11和第二整流输入端12，所述第一整流输入端11与三相电源中的N线连通，第二整流输入端12可以与三相交流电的A相、B相以及C相中任意一相连通。
可选地，如图2所示，在第二整流输入端12可以通过第三开关6与所述三相交流电路连通，其中，所述第三开关6可以为单刀三掷开关，第二整流输入端与所述第三开关6的动端连通，所述第三开关6的不动端分别与三相交流电的A相、B相以及C相中的一相连通。
在本实施例中，所述变压器2包括两个输入端口和两个输出端口，其中，两个输入端口分别与所述整流逆变器1的两个输出端口相连通，变压器2的两个输出端口分别为第一变压输出端口21和第二变压输出端口22，其中，所述第一变压输出端口21与所有负载的零线分别连通，所述第二变压输出端口22可与任意一个负载的火线连通。
可选地，所述第二变压输出端口22可以通过第一开关4与各负载连通，由于三实施例中负载为三个，因此，所述第一开关4可以为单刀三掷开关，具体地，所述第二变压输出端口22与所述第一开关4的动端连通，所述第一开关4每个不动端与一个负载的火线连通。
在本实施例中，所述第一开关4为单刀多掷开关，其中，第一开关4不动端的个数与负载个数相同。
在本实施例中，所述负载可与三相交流电中A相、B相以及C相的任一相连通。可选地，在每个负载7出线的前端设置有第二开关5，所述第二开关5为单刀三掷开关，其中，负载的火线与所述第二开关5的动端连通，所述第二开关5的不动端与三相交流电中A相、B相以及C相的一相连通。
在本实施例中，所述第二开关5与所述第一开关4并联。
在本实施例中，所述控制器3分别与整流逆变器1、第一开关4以及所有第二开关5连通，用于根据换相的需求控制整流逆变器1启动和停止，以及控制第一开关4以及各个第二开关5的搭接，进一步地，所述控制器3还可用于控制所述第三开关6的搭接。
在本实施例中，在换相之前以及换相之后，所述第一开关4处于断开状态，此时，所述平滑切换装置未接入负载运行的电路。
在换相过程中，所述第三开关6的搭接相与换相前的负载电路相相同，所述第一开关4搭接在需要换相的负载电路上。例如，需要换相的负载为图1中最顶端的负载，并且，在换相前，所述负载搭接于A相上，则在换相过程中，所述第一开关4搭接于A相上，并且，第二开关与最顶端的负载连通。
以下以具有第三开关的装置为例具体说明本装置的使用方法：
首先，将本申请提供的装置按照前述设置安装于电路中，在负载正常运行状态下，断开第一开关和第三开关，使所述换相装置置于负载电路之外。
当控制器接收到换相指示信号后，确认换相目标负载，检测此时目标负载供电的相位、幅值和频率等信息，具体信息可以显示在所述开关柜的LCD显示屏上，所述控制器控制第三开关搭接于目标负载的当前搭接相上，并且控制第一开关与所述目标负载连通，再切除电网供电，即，将目标负载对应的第二开关断开，由包括整流逆变器以及变压器的电路为目标负载供电。
控制器控制调整整流逆变器调整电压的频率，使电源电压频率产生微小变化，利用与电网频率的差值，使电压相位相对发生移动，移动至目标相位，由于整流逆变器调整电流频率的变化较小，在国家规定的频率变化范围内，并不会对负载造成影响，当电压相位移动至目标相位后，进行锁相，控制器通过检测换相后电源相位、幅值、频率等信息，与电网目标相位相比较来核对换相是否正确。
如果已正确换相，则将目标负载对应的第二开关搭接至目标搭接相上，再断开第一开关和第三开关，换相完成。
以下再以无第三开关的装置为例具体说明本装置的使用方法：
无第三开关的装置与具有第三开关的装置在使用上相似，区别仅在于，所述整流逆变器直接与三相电源A相、B相或者C相中的任意一相连通，在换相过程中只需要通过控制第一开关的通断来控制所述换相装置是否接入负载电路，并且，以整流逆变器接入的一相为起始，以目标相位为目标调整整流逆变器，实现平滑换相。
具体地，在负载正常运行状态下，断开第一开关，使所述换相装置置于负载电路之外。
当控制器接收到换相指示信号后，确认换相目标负载，所述控制器控制第一开关与所述目标负载连通，再切除电网供电，即，将目标负载对应的第二开关断开，由包括整流逆变器以及变压器的电路为目标负载供电。
控制器控制调整整流逆变器调整电流的频率，使电源电压频率产生微小变化，利用与电网频率的差值，使电流相位相对发生移动，移动至目标相位，由于整流逆变器调整电流频率的变化较小，并不会对负载造成影响，当电流相位移动至目标相位后，进行锁相，控制器通过检测换相后电源相位、幅值、频率等信息，与电网目标相位相比较来核对换相是否正确。
如果已正确换相，则将目标负载对应的第二开关搭接至目标搭接相上，再断开第一开关，换相完成。
由以上实施例可知，使用本申请提供的平滑切换换相装置对三相电源进行换相，所述平滑切换换相装置可以作为缓冲电源给目标负载供电以保证供电连续性，并且通过整流逆变器调节频率跟踪目标电网相位，使逆变器输出电压的相位移动120度到与目标相的相位相同，当目标相与电网相位相同后再连通目标负载，实现切换过程自然过渡平滑无波动，在整个换相过程中，负载都没有断电，并且将相位平滑的进行切换，不会对负载产生电压冲击。而且，本申请提供的装置仅在换相时耗能，而在非换相阶段置于电网之外，不耗能，因此，基本不产生额外能耗。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种平滑切换的换相装置，其特征在于，所述装置用于三相交流电路，所述三相交流电路包括A相、B相以及C相，所述三相交流电路还包括N线，所述换相装置包括开关柜，伸出所述开关柜的外部端子包括三相四线电源进线和若干负载出线，在所述开关柜内部设置有整流逆变器(1)、变压器(2)和控制器(3)，其中，
在所述整流逆变器(1)可与三相交流电路中任一相连通；
所述整流逆变器(1)包括两个输入端口，其中，一个输入端口与三相交流电路中的N线连通，另一个输入端口与三相交流电路中任一相连通；
所述变压器(2)包括两个输入端口和两个输出端口，其中，两个输入端口分别与所述整流逆变器(1)的两个输出端口相连通，一个输出端口与所有负载的零线分别连通，另一个输出端口与第一开关(4)连通，所述第一开关(4)可与任意一个负载的火线连通；
在每个负载的火线前端设置有第二开关(5)，所述第二开关(5)可与三相交流电任一相连通，所述第二开关(5)与所述第一开关(4)并联；
所述控制器(3)分别与整流逆变器(1)、第一开关(4)以及所有第二开关(5)连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在换相之前以及换相之后，所述第一开关(4)处于断开状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在换相过程中，所述第一开关(4)搭接在需要换相的负载电路上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二开关(5)为单刀三掷开关。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一开关(4)为单刀多掷开关，其中，不动端的个数与负载个数相同。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述整流逆变器(1)与所述三相交流电路之间还可以设置第三开关(6)，所述第三开关(6)的不动端分别与三相交流电中的A相、B相以及C相连通，所述第三开关(6)的动端与所述整流逆变器(1)连通。
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