CN220290716U - 一种用电线路单相用户端换相投切装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用电线路单相用户端换相投切装置，设置于三相电源与单相用户端之间，包括第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关，第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关的控制端分别连接控制单元，第一可控开关的主触点公共端连接三相电源的第一相，第一可控开关的主触点常开端连接第二可控开关的主触点常闭端，第二可控开关的主触点常开端连接三相电源的第二相，第二可控开关的主触点公共端连接第三可控开关的主触点常闭端，第三可控开关的主触点常开端连接三相电源的第三相，第三可控开关的主触点公共端作为单相电L相(火线)输出端。本实用新型可灵活实现单相用户端在三相电源中任意相的投切，以改善三相线路运行不平衡的问题。

Description

一种用电线路单相用户端换相投切装置

技术领域

本实用新型涉及电气控制技术领域，具体涉及一种用电线路单相用户端换相投切装置。

背景技术

三相线路上有大量的单相用户，且A、B、C三相线路上的单相用电分布不均匀。由于A、B、C三种类型的单相用户分布不均匀，使得三相线路的运行不平衡，此种情况导致三相线路上功率因素较小，造成较大的线路损耗和用电设备危害。

若是保持三相线路的不平衡运行，单相用户端不随三相线路的运行状态进行切换，会增加线路电能损耗，长此以往，还会造成损坏变压器等危害。若是进行手动换相投切，又可能造成触电风险。因此，有必要设计一款能够通过驱动自动进行换相投切的装置，以降低三相线路运行不平衡造成的危害，且避免手动换相造成的触电风险。

实用新型内容

基于上述表述，本实用新型提供了一种用电线路单相用户端换相投切装置，以改善三相线路运行不平衡的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用电线路单相用户端换相投切装置，设置于三相电源与单相用户端之间，包括第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关，所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关的控制端分别连接控制单元，所述第一可控开关的主触点公共端用于连接三相电源中的第一相，第一可控开关的主触点常开端连接所述第二可控开关的主触点常闭端，第二可控开关的主触点常开端用于连接三相电源中的第二相，第二可控开关的主触点公共端连接所述第三可控开关的主触点常闭端，第三可控开关的主触点常开端用于连接三相电源中的第三相，第三可控开关的主触点公共端作为单相电L相(火线)输出端。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本实用新型的装置设置三路可控开关，通过控制单元的控制，给可控开关的控制线圈提供两种极性的电压，以驱动对应可控开关的开闭动作，实现对三相线路中的任意相进行切换。本实用新型的装置可以实现单相用电负载端，也就是单相用户侧的L相(火线)始终能在A、B、C三相之间切换，且结构轻便，线路简洁，安装方便，线圈驱动电压、换相投切逻辑简单易实现，改善了三相线路运行不平衡导致的不良状况。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述第一可控开关的主触点常开端与所述第二可控开关的主触点常闭端之间，以及第二可控开关的主触点公共端与所述第三可控开关的主触点常闭端之间，分别采用铜排连接。

采用上述技术方案后，其有益效果为：在各个可控开关的主触点之间采用铜排进行连接，其可满足连接到电源时的线路大电流要求，且可为相邻可控开关之间提供刚性的结构支撑，使得相邻可控开关之间具有足够的电气间隙，以提升装置的安全性。

进一步的，所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关分别具有辅助触头，所述辅助触头与其对应可控开关的控制端通过排线集成到接线端子上，所述接线端子与控制单元插接；所述辅助触头用于反馈其对应可控开关的投切状态。

采用上述技术方案后，其有益效果为：可控开关的控制端即控制线圈的两端，其接收正负两种极性的电压，以控制可控开关主触点的开闭状态，从而实现三相电源的切换。辅助触头与主触头的状态联动，实时反馈对应可控开关的状态，以监测A、B、C三相的投切状态。

进一步的，所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关为磁保持继电器。

采用上述技术方案后，其有益效果为：采用磁保持继电器作为本装置的可控开关，其具有断电保持功能，当控制线圈断电时，其断开前连接的触点并不断开，仍然保持断电前的投切状态。同时，可以在控制单元端设计互斥逻辑，利用线圈的电压实现三路继电器互斥，防止投切错乱，避免出现L相(即单相电L相(火线)输出端)无输出现象，以保证单相供电的可靠性。

进一步的，所述第一可控开关的主触点公共端、第二可控开关的主触点常开端、第三可控开关的主触点常开端以及第三可控开关的主触点公共端分别设有线缆，每个所述线缆上背离其相连可控开关的一端固定设有线鼻子。

采用上述技术方案后，其有益效果为：通过线缆将可控开关的连接点延长，然后通过线缆端部的线鼻子可便利地实现可控开关的接线。

进一步的，所述第一可控开关的主触点公共端、第二可控开关的主触点常开端、第三可控开关的主触点常开端以及第三可控开关的主触点公共端与线缆的连接点外部均套设有热缩套管。

采用上述技术方案后，其有益效果为：各可控开关的主触点与线缆的连接点外通过热缩套管进行包覆，可对连接点进行结构保护以及电气保护，加固连接点与线缆之间的连接牢固程度、防止线缆意外脱落，对连接点外施加一层绝缘保护，防止其余导线意外搭接到该连接点上造成短路，提升了装置的电气安全性能。

进一步的，所述第一可控开关的主触点公共端、第二可控开关的主触点常开端、第三可控开关的主触点常开端以及第三可控开关的主触点公共端上相连的线缆分别套设不同颜色的热缩套管。

采用上述技术方案后，其有益效果为：通过不同颜色的热缩套管对各个可控开关的电气连接点进行区分，在接线时能提高各相的识别效率以及接线准确性。

进一步的，所述线缆的外周套设有绝缘套管。

采用上述技术方案后，其有益效果为：绝缘套管可提升线缆的电气绝缘等级，同时可对线缆的外层结构进行保护，防止接线过程由于线缆摩擦导致线缆擦伤，还利于对线缆的理线操作便利性。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：本实用新型的装置设置三路继电器，通过控制单元的控制，给三路继电器的控制线圈提供两种极性的电压，以驱动其进行开闭动作，实现对三相线路中的任意相进行切换。本实用新型的装置可以实现单相用电负载端，也就是单相用户侧的L相(火线)始终能在A、B、C三相之间切换，且结构轻便，线路简洁，安装方便，线圈驱动电压、换相投切逻辑简单易实现，改善了三相线路运行不平衡导致的不良状况。各个继电器采用磁保持继电器，当控制线圈失电时，其主触头依旧保持失电前的状态，从而保障负载端(L相)不断电。继电器控制线圈具备正向和反向两种电压接入形式，配合磁保持继电器，完成强制吸合和断开，避免故障发生、投切失败、线圈失电触头恢复投切等现象，且继电器吸合反应时间短。继电器辅助触头与继电器换相投切状态保持一致，提供实时的监测信号，给后台提供准确投切反馈信号。继电器的控制线圈与辅助触头集成到接线端子上，便于与控制单元的电路板进行插接，简化了装置内部理线，且接线效率高。本装置结构简单，线路简洁，安装方便，线圈驱动电压、反馈信号、换相投切逻辑简单易实现。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用电线路单相用户端换相投切装置的整体结构立体图；

图2为本实用新型实施例提供的装置俯视角结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的装置接线原理示意图；

图4为本实用新型实施例提供的装置投切到A相时的连接状态示意图；

图5为本实用新型实施例提供的装置投切到B相时的连接状态示意图；

图6为本实用新型实施例提供的装置投切到C相时的连接状态示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一可控开关，2、第二可控开关，3、第三可控开关，4、铜排，5～8、线鼻子，9～11、接线端子，12、线缆，13、黄色热缩套管，14、绿色热缩套管，15、红色热缩套管，16、黑色热缩套管。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图1所示为本实用新型实施例提供的一种用电线路单相用户端换相投切装置的整体结构立体图，图2为装置俯向视角结构示意图，图3展示了其接线原理示意图，图3所示的状态下为三相电源的A、B、C三相均未与单相用户端连接。

如图1～3所示，本实施例提供的一种用电线路单相用户端换相投切装置，设置于A、B、C三相电源与单相用户端之间，包括第一可控开关1、第二可控开关2和第三可控开关3，所述第一可控开关1、第二可控开关2和第三可控开关3的控制端分别连接控制单元，用于根据控制单元的控制信号驱动对应可控开关动作，以实现切相操作；所述第一可控开关1的主触点公共端com1用于连接三相电源中的第一相(A相)，第一可控开关1的主触点常开端a1连接所述第二可控开关2的主触点常闭端a2，第二可控开关2的主触点常开端b2用于连接三相电源中的第二相(B相)，第二可控开关2的主触点公共端com2连接所述第三可控开关3的主触点常闭端a3，第三可控开关3的主触点常开端b3用于连接三相电源中的第三相(C相)，第三可控开关3的主触点公共端com3作为单相电(L相)火线输出端，与用户负载端连接，为单相用电设备提供单相电源。

可以理解的是，各个可控开关采用以弱电控制强电通断的开关器件，例如继电器、IGBT、MOSFET等，为了方便描述，本实施例以继电器进行举例说明，即，第一可控开关1对应描述为继电器1，第二可控开关2对应描述为继电器2，第三可控开关3对应描述为继电器3。本装置通过三个可控开关连接到三相电源，通过弱电控制强电的方式改变三个可控开关的投切状态，可为单相用户负载提供可靠的单相电源，且可根据三相电网的运行情况灵活切换任意一相为用户负载供电，改善了三相电源运行不平衡的问题，减少了三相电网运行不平衡带来的隐患。

如图4～6展示了分别投切到A、B、C三相电源的任意一相时，三个可控开关的通断状态。图4～6中较粗的黑线表示电气接通的状态，其展示了三种供电状态下三个继电器的通断关系。其中，图4为投切到A相时的各个开关状态，图5为投切到B相时的各个开关状态，图6为投切到C相时的各个开关状态。如图4所示，当需要接入A相时，继电器1的控制线圈施加正向电压、继电器2和继电器3的控制线圈施加反向电压，此时继电器1的主触点公共端com1与主触点常开端a1由断开切换为闭合状态，继电器2的主触点常闭端a2与主触点公共端com2之间依然保持闭合状态、继电器3的主触点常闭端a3与主触点公共端com3之间依然保持闭合状态，由于继电器1的主触点常开端a1与继电器2的主触点常闭端a2通过外部的电气连接保持闭合，且继电器2的主触点公共端com2与继电器3的主触点常闭端a3通过外部的电气连接保持闭合，因此，此状态下将A相电源接通到继电器3的主触点公共端com3，实现了通过A相电源为单相用户端供电的目的。同理的，当需要接入B相时，继电器2的控制线圈施加正向电压、继电器1和继电器3的控制线圈施加反向电压，此时，继电器1的主触点公共端com1与主触点常开端a1由闭合切换为断开状态，继电器2的主触点常闭端a2与主触点公共端com2之间由闭合转为断开状态、继电器2的主触点常开端b2与主触点公共端com2由断开转为闭合状态，继电器3的主触点常闭端a3与主触点公共端com3之间依然保持闭合状态，由于各个继电器之间的电气连接关系是固定的，因此，此状态下通过继电器2的主触点常开端b2将B相电源接通到继电器3的主触点公共端com3，实现了通过B相电源为单相用户端供电的目的。当需要切换到C相供电时，对继电器3的控制线圈施加正向电压、继电器1和继电器2的控制线圈施加反向电压，此时如图6中较粗的黑线所示，通过继电器3的主触点常开端b3将C相电源接通到继电器3的主触点公共端com3，实现了通过C相电源为单相用户端供电的目的。

本实施例的装置设置三路可控开关，通过控制单元的控制，给可控开关的控制线圈提供对应极性的电压，以驱动对应可控开关的开闭动作，实现对三相线路中的任意相进行切换。本装置可以实现单相用电负载端，也就是单相用户侧的L相(火线)始终能在A、B、C三相之间切换，且结构轻便，线路简洁，安装方便，线圈驱动电压、换相投切逻辑简单易实现，改善了三相线路运行不平衡导致的不良状况。

在上述实施例的基础上，本实用新型还可做如下改进。

在其中一种实施方式中，如图1～图2所示，所述继电器1的主触点常开端a1与所述继电器2的主触点常闭端a2之间，以及述继电器2的主触点公共端com2与所述继电器3的主触点常闭端a3之间，分别采用铜排4连接。

可以理解的是，采用铜排4对相邻继电器的主触点之间进行连接，其可满足连接到电源时的线路大电流要求，且可为相邻继电器之间提供刚性的结构支撑，使得相邻可控开关之间具有足够的电气间隙，便于装置的理线，以提升装置的安全性。

在其中一种实施方式中，如图3所示，所述继电器1、继电器2和继电器3分别具有辅助触头，所述辅助触头与其对应继电器的控制端(控制线圈两端)通过排线集成到接线端子(例如型号XH-5P)上，例如，接线端子9与继电器1连接，接线端子10与继电器2连接，接线端子11与继电器3连接，各个接线端子分别与控制单元插接，从而与控制单元进行信号连接；所述辅助触头用于反馈其对应可控开关的投切状态。

可以理解的是，继电器的控制端即控制线圈的两端，其接收正负两种极性的电压，以控制继电器主触点的开闭状态，从而实现三相电源的切换。辅助触头与主触头的状态联动，实时反馈对应继电器的开闭状态，以监测A、B、C三相的投切状态。如图3所示，C为继电器的辅助触点公共端，NO为继电器的辅助触点常开端，当NO与C闭合时，辅助触点闭合，从而将其对应继电器的投切状态反馈到控制单元。接线端子中另有个接点，其中的GND为线圈电压地，+为控制线圈的正电压输入端，-为控制线圈的负电压输入端，控制单元可通过+或-接点为控制线圈提供对应的控制信号，以控制继电器的投切状态。

在其中一种实施方式中，所述第一可控开关1、第二可控开关2和第三可控开关3为磁保持继电器。

可以理解的是，采用磁保持继电器作为本装置的可控开关，其具有断电保持功能，当控制线圈断电时，其断开前已连接的触点并不断开，仍然保持断电前的投切状态。当需要切换继电器的开闭状态时，向控制线圈输入极性相反的电压，继电器的投切状态则进行切换。同时，可以在控制单元端设计互斥逻辑，利用线圈的电压实现三路继电器互斥，防止投切错乱，避免出现单相电L相输出端(即火线)无输出现象，以保证单相供电的可靠性。

结合前述实施例，继电器线圈具备正向和反向两种电压接入形式，配合磁保持继电器，完成强制吸合和断开，避免故障发生、投切失败、线圈失电触头恢复投切等现象，且继电器吸合反应时间≤6ms，投切时间几乎可以忽略不计。

在其中一种实施方式中，如图1及图2所示，所述继电器1的主触点公共端com1、继电器2的主触点常开端b2、继电器3的主触点常开端b3以及继电器3的主触点公共端com3分别设有线缆12，每个线缆12一一对应焊接在与其电气连接的继电器的接线端上，每个所述线缆12上背离其相连继电器的一端固定设有线鼻子，例如，线鼻子5用于连接继电器1与A相电源，线鼻子6用于连接继电器2与B相电源，线鼻子7用于连接继电器3与C相电源，线鼻子8用于连接继电器3与单相用户端。

可以理解的是，通过线缆12将继电器的连接点延长，然后通过线缆12端部的线鼻子可便利地实现继电器与三相电源以及单相用户端的接线。

在其中一种实施方式中，所述继电器1的主触点公共端com1、继电器的主触点常开端b2、继电器3的主触点常开端b3以及继电器3的主触点公共端com3与线缆12的连接点外部均套设有热缩套管。

可以理解的是，各继电器的主触点与线缆12的连接点外通过热缩套管进行包覆，即，在线缆12与继电器的焊点外套设热缩套管，可对焊接连接点进行结构保护以及电气保护，加固连接点与线缆12之间的连接牢固程度、防止线缆12意外脱落，同时对连接点外施加一层绝缘保护，防止其余导线意外搭接到该连接点上造成短路，提升了装置的电气安全性能。

在其中一种实施方式中，如图2所示，与所述继电器1的主触点公共端com1相连的线缆12两端的焊点上套设黄色热缩套管13，与继电器2的主触点常开端b2相连的线缆12两端的焊点上套设绿色热缩套管14，与继电器3的主触点常开端b3相连的线缆12两端的焊点上套设红色热缩套管15，与继电器3的主触点公共端com3相连的线缆12两端的焊点上套设黑色热缩套管16。

可以理解的是，通过不同颜色的热缩套管对各个可控开关的电气连接点进行区分，且热缩套管的颜色与其连接电源的相序相对应，例如，A相对应黄色，B相对应绿色，C相对应红色，引出的单相电源L相对应黑色，在接线时能提高各相的识别效率以及接线准确性，提升接线操作的安全性。

在其中一种实施方式中，如图2所示，所述线缆12的外周套设有绝缘套管。

可以理解的是，绝缘套管可提升线缆12的电气绝缘等级，同时可对线缆12的外层结构进行保护，防止接线过程由于线缆12摩擦导致线缆12擦伤，还利于对线缆12的理线操作便利性。尤其是继电器3，其两个接线端各通过一条线缆12引出，其中一条线缆12连接C相电，另一条线缆12作为单相L的输出端。在继电器3的线缆12外套设绝缘套管，可利于三相电与单相电之间的电气隔离，防止继电器上两条线缆12意外搭接，增强了供电的安全性。绝缘套管可采用外层为玻纤套管、内层为矽胶套管的结构，且内层的矽胶层具有足够的厚度，使其能够通过基本绝缘级别的耐压试验，符合基本绝缘的电气安全要求。

如图1和图2所示，为了便于装置的整体理线，防止对各个继电器的连接端进行焊接时发生干涉，将继电器1～3并排设置，且将继电器3朝向背离继电器2的方向翻转90°，以减少继电器3引出的两个线缆12与其余两个继电器之间的干涉。

本实用新型提供的一种用电线路单相用户端换相投切装置，采用三路磁保持继电器，通过铜排4和线缆12进行电气连接，组合成一款可调控、可监测、体积小的能承载大电流的整体继电器装置，稳定高效地应用于换相投切的方案当中。该装置可做到三相输入、单相输出，投切控制灵活，投切时间几乎可以忽略不计，且故障时用户端也不失电，供电稳定性高。可通过结构件任意安装于设备、表箱、集中器等装置内部，控制、监测方式和接口形式安全便捷。例如，将该装置应用于三相不平衡换相器内部，该方案换相器通过大电流接线端子和电缆即可与三相线路、单相负载相连。每个单相用户端都安装此换相器，通过控制单元驱动板上的负荷计算程序实时控制各继电器的投切状态，从而将单相负载实时进行投切，实现三相线路趋向于三相平衡。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (8)

1.一种用电线路单相用户端换相投切装置，设置于三相电源与单相用户端之间，其特征在于，包括第一可控开关(1)、第二可控开关(2)和第三可控开关(3)，所述第一可控开关(1)、第二可控开关(2)和第三可控开关(3)的控制端分别连接控制单元，所述第一可控开关(1)的主触点公共端用于连接三相电源中的第一相，第一可控开关(1)的主触点常开端连接所述第二可控开关(2)的主触点常闭端，第二可控开关(2)的主触点常开端用于连接三相电源中的第二相，第二可控开关(2)的主触点公共端连接所述第三可控开关(3)的主触点常闭端，第三可控开关(3)的主触点常开端用于连接三相电源中的第三相，第三可控开关(3)的主触点公共端作为单相电L相输出端。

2.根据权利要求1所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)的主触点常开端与所述第二可控开关(2)的主触点常闭端之间，以及第二可控开关(2)的主触点公共端与所述第三可控开关(3)的主触点常闭端之间，分别采用铜排(4)连接。

3.根据权利要求1所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)、第二可控开关(2)和第三可控开关(3)分别具有辅助触头，所述辅助触头与其对应可控开关的控制端通过排线集成到接线端子上，所述接线端子与控制单元插接；所述辅助触头用于反馈其对应可控开关的投切状态。

4.根据权利要求1所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)、第二可控开关(2)和第三可控开关(3)为磁保持继电器。

5.根据权利要求1所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)的主触点公共端、第二可控开关(2)的主触点常开端、第三可控开关(3)的主触点常开端以及第三可控开关(3)的主触点公共端分别设有线缆(12)，每个所述线缆(12)上背离其相连可控开关的一端固定设有线鼻子。

6.根据权利要求5所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)的主触点公共端、第二可控开关(2)的主触点常开端、第三可控开关(3)的主触点常开端以及第三可控开关(3)的主触点公共端与线缆(12)的连接点外部均套设有热缩套管。

7.根据权利要求6所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述第一可控开关(1)的主触点公共端、第二可控开关(2)的主触点常开端、第三可控开关(3)的主触点常开端以及第三可控开关(3)的主触点公共端上相连的线缆(12)分别套设不同颜色的热缩套管。

8.根据权利要求5～7任一项所述一种用电线路单相用户端换相投切装置，其特征在于，所述线缆(12)的外周套设有绝缘套管。