CN218788678U

CN218788678U - 一种双电源切换装置

Info

Publication number: CN218788678U
Application number: CN202222115597.7U
Authority: CN
Inventors: 张艳军; 何必; 许嘉沄; 许飞明; 丁洁; 孙莉
Original assignee: 704th Research Institute of CSIC
Current assignee: 704th Research Institute of CSIC
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2032-08-11

Abstract

本实用新型涉及一种双电源切换装置，可选择自动、手动和应急其中一种工作模式工作。双电源切换装置包括第一切换单元、第二切换单元、机械转换开关和控制单元；换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关分别串联在主备用三相交流电源的三相输出端构成，固态开关包括反并联的晶闸管和隔离驱动，在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断。机械转换开关为三位置转换开关，分为S0、S1、S2位置，选择其中一个位置，对应触点与输出端相通，其余位置的触点不导通。本实用新型为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供主备电快速转换，转换过程中冲击电流小于电动机直接起动电流，切换时间控制在10ms以内。

Description

一种双电源切换装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力供电技术，特别涉及一种三相异步电动机、三相永磁同步电动机用双电源快速转换装置。

背景技术

在重要电动机拖动控制系统中,用电负荷常配置两个电源,即主用电源和备用电源。基于某种原因,如主用电源故障,需要快速切换至备用电源并维持供电,修复后再切换到主用电源,以保证负载不停电运行,提高供电的可靠性。因此需要双电源快速转换装置来实现这一功能。

三相异步电动机、三相永磁同步电动机在供电断电后，转子由于惯性继续旋转，会在定子上感应出电压(常称作为残压)，在短时间断电后再重新投入电源，往往会带来较大的电流与转矩的冲击。采用相位同步判断或分相投入控制策略可以抑制切换冲击电流。现有的双电源切换装置通常只配置电子开关实现快速供电转换，当控制电路故障或者电子开关故障时，就无法为负载进行供电，起不到保证供电连续性的作用。因此，需要一种即能电子开关自动供电又能在电子开关或控制电路故障时进行手动应急供电的双电源转换装置。

发明内容

针对常规双电源切换装置控制电路故障或者电子开关故障时，无法继续为负载供电的问题，提出了一种双电源切换装置，为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供一种双电源快速转换装置，实现主用电源、备用电源双电源二选一供电。该双电源切换装置有自动工作模式、手动工作模和应急工作模式，当控制电路故障或者电子开关故障时，可以转换为应急工作模式，通过机械转换开关为负载供电。

本实用新型的技术方案为：一种双电源切换装置，主用三相交流电源、备用三相交流电源双电源二选一为负载三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机供电，双电源切换装置包括第一切换单元、第二切换单元、机械转换开关和控制单元；

第一切换单元、第二切换单元的一端分别与主用三相交流电源、备用三相交流电源三相输出连接，第一切换单元、第二切换单元另一端接公共输出A3、B3、C3三相；

机械转换开关为三位置转换开关，分为S0、S1、S2位置，选择其中一个位置，对应触点与输出端相通，其余位置的触点不导通；

机械转换开关SO位置三个触点端连接公共输出A3、B3、C3三相上，机械转换开关S1位置三个触点端分别连接主用三相交流电源的三相输出端，机械转换开关S2位置三个触点端连接备用三相交流电源的三相输出端，机械转换开关SO、S1、S2位置的三个输出端均连接负载三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机；

控制单元包括控制板、自动/手动/应急工作模式选择开关、强制供电选择开关、确认按钮、人机交互终端；控制板采集主用三相交流电源、备用三相交流电源和负载的电流电压信号，输出控制信号至第一切换单元和第二切换单元控制其开通或关断。

优选的，所述第一切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关分别串联在主用三相交流电源的三相输出端构成，固态开关包括反并联的晶闸管和隔离驱动，在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断。

优选的，所述第二切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关串联在备用三相交流电源的三相输出端构成，所述固态开关主要由反并联的晶闸管和隔离驱动组成，在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断。

优选的，所述机械转换开关在SO位置，控制板采集自动和手动工作模式开关，输出控制信号至第一切换单元和第二切换单元控制其开通或关断。

优选的，所述控制板采集应急工作模式选择开关闭合信号，旋转机械转换开关至S1位置或S2位置，机械转换开关的触点互锁的，实现先断后合。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型双电源切换装置，为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供主备电快速转换，转换过程中冲击电流小于电动机直接起动电流，不会对电机造成伤害，切换时间控制在10ms以内，实现双电源快速转换，可广泛应用在三相异步电动机、三相永磁同步电动机的双电源供电中，为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供可靠供电。

附图说明

图1为本实用新型双电源切换装置系统框图；

图2为2.2kW三相交流异步电动机直接启动三相电流波形图；

图3为本实用新型主备电相差180°时，主电失电自动转换电压波形图；

图4为本实用新型主备电相差180°时，主电失电自动转换三相电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示双电源切换装置系统框图，包括输入第一切换单元、第二切换单元、机械转换开关和控制单元。

第一切换单元一端连接三相交流电源1(主用电源)的A1、B1、C1相，另一端连接机械转换开关S0和第二切换单元的A3、B3、C3相。第一切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关(SSR1～SSR3)分别串联在三相交流电源1的三相输出端构成。固态开关主要由反并联的晶闸管和隔离驱动组成，可以在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断，具有较高的耐电压和短时耐电流能力。

第二切换单元一端连接三相交流电源2(备用电源)的A2、B2、C2相，一端连接机械转换开关S2和第一切换单元的A3、B3、C3相。第二切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关(SSR4～SSR6)分别串联在三相交流电源2的三相输出端构成。固态开关主要由反并联的晶闸管和隔离驱动组成，可以在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断，具有较高的耐电压和短时耐电流能力。

机械转换开关SO三个触点端分别连接第一切换单元和第二切换单元连接的A3、B3、C3相上，机械转换开关S1三个触点端分别连接三相交流电源1(主用电源)的三相输出端，机械转换开关S2三个触点端分别连接三相交流电源2的三相输出端(备用电源)，机械转换开关SO、S1、S2的三个输出端均连接负载三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机。机械转换开关为三位置转换开关，分为S0、S1、S2位置，选择其中一个位置，对应触点与输出端相通，其余位置的触点不导通。自动和手动工作模式下，机械转换开关处于S0位，S0触点导通，通过第一切换单元和第二切换单元的切换输出与负载相接。当第一切换单元或第二切换单元发生故障，切换到应急模式，可以将机械转换开关旋至S1位置，S1触点导通，三相交流电源1(主用电源)通过机械开关为三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机供电。同样，可以将机械转换开关旋至S2位置，S2触点导通，三相交流电源2(备用电源)通过机械开关为三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机供电。机械转换开关的作用为在应急模式下为负载供电，提高了装置供电的连续性。

控制单元作为控制方法载体，控制固态开关的开通和关断，是实现快速切换的“大脑”，具有重要的作用。控制单元由控制板、自动/手动/应急工作模式选择开关、强制供电选择开关、确认按钮、人机交互终端组成。

控制板接收自动/手动/应急工作模式选择开关和强制主电供电、强制备电供电和不强制供电选择开关的控制信息，检测主电电压电流(ua1、ub1、uc1、ia1、ib1、ic1)备电电压电流(ua2、ub2、uc2、ia2、ib2、ic2)和负载电压电流(ua3、ub3、uc3、ia3、ib3、ic3)，经过控制方法，产生相应的驱动信号，控制第一切换单元、第二切换单元的固态开关的开通和关断，实现供电转换功能。

自动/手动/应急工作模式选择开关设置在装置面板上，分为自动工作模式、手动工作模式和应急工作模式3种工作模式，可以人为选择装置运行模式。正常情况下选择自动工作模式或手动工作模式，发生故障时的应急情况下，选择应急工作模式。

强制供电选择开关设置在装置面板上，分为强制主电供电、强制备电供电和不强制供电3种模式。在手动工作模式下，可手动选择主备电其中1路电源进行强制供电。在自动工作模式和应急工作模式下，强制供电功能无效。强制供电转换时，装置检测主备电相位，当相位相同时才进行强制供电转换，几乎不产生转换冲击电流。

确认按钮设置在装置面板上，在自动/手动/应急工作模式选择开关和强制供电选择开关状态发生改变后不立即生效，确认按钮动作后才生效，主要作用一是防止以上两个三位置旋钮开关选择过程中出现非期望的中间状态，二是防止误碰、误操作。

人机交互终端将控制板采集的相关运行信息、故障信息、供电信息等通过CAN通讯进行显示，直观显示装置的主备电电压电流、故障信息和供电情况。

本实用新型遵循“先断后合”的原则，自动模式下，待一路电流完全过零关断后再开启另外一路，防止切换时主备电源并联，产生冲击电流；应急模式下，机械转换开关的触点是互锁的，一组触点断开后，另外一组触点才导通，物理实现“先断后合”。

自动工作模式下，主电失电转换采用相位同步判断或分相投入控制策略，确保转换冲击电流不大于三相异步电动机或三相永磁同步电动机直接启动电流，不会对电机造成伤害，转换时间不超过10ms,实现了快速自动转换，主电断电后对残压进行判断，采用现有的相位同步判断或分相投入控制进行转换，抑制转换冲击电流。

自动工作模式下，备电供电状态时主电恢复到95％额定电压以上后，待主备电相位“准同步”时转换到主电供电，抑制转换冲击电流。

手动工作模式下，设置强制主电供电或强制备电供电，强制转换在主备电相位“准同步”时进行，抑制转换冲击电流。

本实用新型研制样机为2.2kW三相交流异步电动机供电的实验波形。如图2为2.2kW三相交流异步电动机直接启动三相电流波形，直接启动电流峰值为58.6A。C2、C3、C4通道分别为A、B、C相电流，纵坐标20A/div，横坐标200ms/div。

图3为主备电相差180°时，主电失电自动转换电压波形。C1、C2、C3为负载线电压(AB、BC、CA)波形，C4为备电AB线电压波形，纵坐标200V/div，横坐标10ms/div。主电失电时，负载线电压与备电线电压相位相差180°，为最严酷的情况，负载电压快速降至80％额定电压以下，研制样机先投入AB相，延迟5ms后投入C相，转换时间约7ms。

图4为主备电相差180°时，主电失电自动转换三相电流波形，C1、C2、C3通道分别为A、B、C相电流，纵坐标20A/div，横坐标50ms/div。转换冲击电流为50A，小于直接启动电流峰值。

本实用新型提供双电源快速转换装置，可选择自动、手动和应急其中一种工作模式工作。自动模式下，主电失电转换采用相位同步判断或分相投入控制策略，确保转换冲击电流不大于三相异步电动机或三相永磁同步电动机直接启动电流，不会对电机造成伤害，转换时间不超过10ms,实现了快速自动转换。手动工作模式可以允许操作人员设定主电或者备电其中一路供电，强制转换采取同步转换，几乎无冲击电流。当装置电子元器件发生故障时，装置可工作在应急工作模式，可以通过机械转换开关为负载供电，提高负载供电的连续性。本实用新型为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供主备电快速转换，转换过程中冲击电流小于电动机直接起动电流，不会对电机造成伤害，切换时间控制在10ms以内，实现双电源快速转换，可广泛应用在三相异步电动机、三相永磁同步电动机的双电源供电中，为三相异步电动机、三相永磁同步电动机提供可靠供电。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种双电源切换装置，主用三相交流电源、备用三相交流电源双电源二选一为负载三相交流异步电动机或三相永磁同步电动机供电，其特征在于，双电源切换装置包括第一切换单元、第二切换单元、机械转换开关和控制单元；

2.根据权利要求1所述双电源切换装置，其特征在于，所述第一切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关分别串联在主用三相交流电源的三相输出端构成，固态开关包括反并联的晶闸管和隔离驱动，在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断。

3.根据权利要求1或2所述双电源切换装置，其特征在于，所述第二切换单元作为电源切换的执行核心单元，由3只固态开关串联在备用三相交流电源的三相输出端构成，所述固态开关主要由反并联的晶闸管和隔离驱动组成，在驱动信号为高电平时瞬时开通，在驱动信号为低电平时，电流过零关断。

4.根据权利要求3所述双电源切换装置，其特征在于，所述机械转换开关在SO位置，控制板采集自动和手动工作模式开关，输出控制信号至第一切换单元和第二切换单元控制其开通或关断。

5.根据权利要求3所述双电源切换装置，其特征在于，所述控制板采集应急工作模式选择开关闭合信号，旋转机械转换开关至S1位置或S2位置，机械转换开关的触点互锁的，实现先断后合。