CN221305750U - 一种快速电源转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种快速电源转换装置，包括：第一晶闸管组件，包括第一可控硅整流器和第二可控硅整流器；第二晶闸管组件，包括第三可控硅整流器和第四可控硅整流器；第三晶闸管组件，包括第五可控硅整流器和第六可控硅整流器；六个晶闸管组件驱动控制器，分别为第一可控硅整流器、第二可控硅整流器、第三可控硅整流器、第四可控硅整流器、第五可控硅整流器和第六可控硅整流器提供驱动脉冲；其中，第一可控硅整流器、第三可控硅整流器和第五可控硅整流器组成第一电源电路；第二可控硅整流器、第四可控硅整流器和第六可控硅整流器组成第二电源电路。采用3个相同的晶闸管组件模块，简化了现场施工、搬运、维护、调试等工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力控制技术领域，具体涉及一种快速电源转换装置。
背景技术
随着国民经济的发展，企业自动化不断提高，家庭电气化也趋近普及，供电可靠性已经成为人们在实践中非常看重的因素。尤其是一些重要单位和部门，如政府部门、数据处理部门、大型工业、企业或发电厂等，都对连续供电的可靠性要求特别高，甚至于一些关键负荷更是禁止中断供电。基于此，采用两路可以互为备用的供电电源对关键负荷进行供电成了必然选择之一。
双向可控硅(晶闸管)在双电源切换电路中得到了广泛应用，但是目前的双电源切换电路装置中，主副电路切换开关结构较为复杂，后续的故障检修需要维护人员具有一定的专业知识，无法快速维修。
因此，如何设计一种快速电源转换装置，以简化后期设备维护检修流程，降低维修难度，成为目前亟待解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种快速电源转换装置，以解决现有技术双电源切换电路装置中主副电路切换开关结构复杂，不利于设备安装、维护检修的问题。
本实用新型实施例提供了一种快速电源转换装置，包括：
第一晶闸管组件，包括第一可控硅整流器和第二可控硅整流器；
第二晶闸管组件，包括第三可控硅整流器和第四可控硅整流器；
第三晶闸管组件，包括第五可控硅整流器和第六可控硅整流器；
六个晶闸管组件驱动控制器，分别为第一可控硅整流器、第二可控硅整流器、第三可控硅整流器、第四可控硅整流器、第五可控硅整流器和第六可控硅整流器提供驱动脉冲；
其中，第一可控硅整流器、第三可控硅整流器和第五可控硅整流器组成第一电源电路；第二可控硅整流器、第四可控硅整流器和第六可控硅整流器组成第二电源电路；第一晶闸管组件、第二晶闸管组件和第三晶闸管组件的结构相同。
可选地，第一晶闸管组件包括依次设置的前压板、第一晶闸管、第一衬板、第二晶闸管、第二衬板、第三晶闸管、第三衬板、第四晶闸管和后压板；第一晶闸管组件还包括上围框和下围框；
其中，前压板、第一衬板、第二衬板、第三衬板、后压板、上围框和下围框为导电金属；
第一晶闸管和第二晶闸管反向并联，同前压板、第一衬板和第二衬板组成第一可控硅整流器；
第三晶闸管和第四晶闸管反向并联，同第二衬板、第三衬板和后压板组成第二可控硅整流器。
可选地，还包括：
在上围框和下围框上开设有通孔；
在前压板、第一衬板、第二衬板、第三衬板和后压板同上围框以及下围框对应通孔的位置设有对应的开孔；
通过若干个压紧螺钉将上围框、下围框、前压板、第一衬板、第二衬板、第三衬板和后压板固定连接。
可选地，还包括：
第一铜排，与第一衬板电连接；第一铜排为第一电源输入端；
第二铜排，与第三衬板电连接；第二铜排为第二电源输入端；
第三铜排，与前压板、第二衬板以及后压板电连接；第三铜排为电源输出端。
可选地，还包括：
安装盒，用于放置第一晶闸管组件；
盒盖，开设有若干的接线口；接线口同第一铜排与第一衬板的接线位、第二铜排于第三衬板的接线位以及第三铜排与前压板、第二衬板和后压板的接线位一一对应设置。
可选地，还包括：
导热垫片，设置在安装盒的底部外侧；
陶瓷基片，设置在导热垫片之下。
可选地，第一晶闸管组件通过电子灌封硅胶固定在安装盒之中。
可选地，还包括：
导热银膏，涂覆在前压板、第一晶闸管、第一衬板、第二晶闸管、第二衬板、第三晶闸管、第三衬板、第四晶闸管和后压板之间的接触面上。
可选地，第一衬板与第一晶闸管的接触位置处、第二衬板与第二晶闸管的接触位置处、第三衬板与第三晶闸管的接触位置处以及后压板与第四晶闸管的接触位置处设有与晶闸管外形相应的凹槽。
可选地，还包括：
第一罗氏线圈，设置在第一晶闸管的外圈；
第二罗氏线圈，设置在第四晶闸管的外圈。
本实用新型实施例的有益效果：
本实用新型实施例提供了一种快速电源转换装置，采用分单元、模块化式的设计思路，晶闸管采用堆叠布置的方式，分成了3个相同的晶闸管组件模块，使得用于双电路开关切换的晶闸管组件实现了小型化，模块化，简化了现场施工、搬运、维护、调试等工作。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
图1示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的结构图；
图2示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的电路图；
图3示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的晶闸管组件的结构图之一；
图4示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的晶闸管组件结构图之二；
图5示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的晶闸管组件结构图之三；
图6示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的电流传感器的工作原理图；
图7示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的驱动控制器原理图；
图8示出了本实用新型实施例中一种快速电源转换装置的故障检测方法流程图。
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。基于本实用新型中的实施例，本领域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。
本实用新型实施例提供了一种快速电源转换装置，如图1和图2所示，包括第一晶闸管组件1、第二晶闸管组件2和第三晶闸管组件3，其中：第一晶闸管组件1包括第一可控硅整流器11和第二可控硅整流器12；第二晶闸管组件2包括第三可控硅整流器21和第四可控硅整流器22；第三晶闸管组件3包括第五可控硅整流器31和第六可控硅整流器32；六个晶闸管组件驱动控制器，分别为第一可控硅整流器11、第二可控硅整流器12、第三可控硅整流器21、第四可控硅整流器22、第五可控硅整流器31和第六可控硅整流器32提供驱动脉冲；其中，第一可控硅整流器11、第三可控硅整流器21和第五可控硅整流器31组成第一电源电路；第二可控硅整流器12、第四可控硅整流器22和第六可控硅整流器32组成第二电源电路；第一晶闸管组件1、第二晶闸管组件2和第三晶闸管组件3的结构相同。
在本实施例中，采用分单元、模块化式的设计思路，如图1所示，晶闸管采用堆叠布置的方式，分成了3个相同的晶闸管组件模块，使得用于双电路开关切换的晶闸管组件实现了小型化，模块化，简化了现场施工、搬运、维护、调试等工作。
在具体实施例中，双电源输入电路如图2所示，每个可控硅整流器连接对应的驱动控制器，分别接收各自的开关信号，实现晶闸管的开通或关断，实现两路电源输入切换功能。各驱动控制器的控制信号根据实际需要进行设置。在具体实施方式中，通过设置电压传感器采集电源输入端的电压值，判断采集到的电压是否低于阈值，从而改变晶闸管驱动控制器的控制信号，实现电源输入切换。
作为可选的实施方式，第一晶闸管组件1包括依次设置的前压板101、第一晶闸管102、第一衬板103、第二晶闸管104、第二衬板105、第三晶闸管106、第三衬板107、第四晶闸管108和后压板109；第一晶闸管组件1还包括上围框110和下围框111。
其中，前压板101、第一衬板103、第二衬板105、第三衬板107、后压板109、上围框110和下围框111为导电金属。
第一晶闸管102和第二晶闸管104反向并联，同前压板101、第一衬板103和第二衬板105组成第一可控硅整流器11。
第三晶闸管106和第四晶闸管108反向并联，同第二衬板105、第三衬板107和后压板109组成第二可控硅整流器12。
在本实施例中，第二晶闸管组件2包括晶闸管202、204、206、208，分别构成第三可控硅整流器21和第四可控硅整流器22，第三晶闸管组件3包括晶闸管302、304、306、308，分别构成第五可控硅整流器31和第六可控硅整流器32。
作为可选的实施方式，还包括：
导热银膏，涂覆在前压板101、第一晶闸管102、第一衬板103、第二晶闸管104、第二衬板105、第三晶闸管106、第三衬板107、第四晶闸管108和后压板109之间的接触面上。
在本实施例中，如图3所示，第一晶闸管组件1的4个晶闸管采用堆叠处理的方式，晶闸管输入/输出端均采用铜块进行分隔处理，并在晶闸管与铜板间均匀涂覆导热银膏。
作为可选的实施方式，还包括：
在上围框110和下围框111上开设有通孔；
在前压板101、第一衬板103、第二衬板105、第三衬板107和后压板109同上围框110以及下围框111对应通孔的位置设有对应的开孔；
通过若干个压紧螺钉112将上围框110、下围框111、前压板101、第一衬板103、第二衬板105、第三衬板107和后压板109固定连接。
在本实施例中，如图3所示，前压板101、后压板109、上围框110和下围框111总共设置8个压紧螺钉112进行固定，使8个螺钉扭力均达到7.5N·m，确保4个晶闸管压力均匀，使得各组件相互连接固定形成一个整体，即晶闸管组件，同时实现了电气导通。
作为可选的实施方式，还包括：
第一铜排113，与第一衬板103电连接；第一铜排113为第一电源输入端；
第二铜排114，与第三衬板107电连接；第二铜排114为第二电源输入端；
第三铜排115，与前压板101、第二衬板105以及后压板109电连接；第三铜排115为电源输出端。
在本实施例中，如图4所示，通过在第一衬板103的一侧设置凸起的接线位，设置开孔，通过压紧螺钉实现与第一铜排113的固定连接以及电气连接，第一铜排悬空于前压板101的上方。在第三衬板107的上方也设置凸起的接线位，使得第二铜排114仅与第三衬板107电气连接。第三铜排则与前压板101、第二衬板105以及后压板109上凸起的接线位分别固定连接。在具体实施例中，在第一衬板103和第三衬板107上对应第三铜排115的投影部分为凹槽形状。
第一铜排113、前压板101、第一晶闸管102、第一衬板103、第二晶闸管104、第二衬板105、第三铜排115、上围框110和下围框111组成第一可控硅整流器11。
第二铜排114、第二衬板105、第三晶闸管106、第三衬板107、第四晶闸管108、后压板109、上围框110和下围框111组成第二可控硅整流器12。
作为可选的实施方式，还包括：
安装盒4，用于放置第一晶闸管组件1；
盒盖5，开设有若干的接线口；接线口同第一铜排113与第一衬板103的接线位、第二铜排114于第三衬板107的接线位以及第三铜排115与前压板101、第二衬板105和后压板109的接线位一一对应设置。
在本实施例中，如图5所示，安装盒4为绝缘材料。通过盒盖5上的各个接线口实现电路接线安装。
作为可选的实施方式，还包括：
导热垫片6，设置在安装盒4的底部外侧；
陶瓷基片7，设置在导热垫片6之下。
作为可选的实施方式，第一晶闸管组件1通过电子灌封硅胶固定在安装盒4之中。
在本实施例中，如图5所示，在将晶闸管组件放置于安装盒中、盖上盒盖之后，通过电子灌封硅胶进行固定，液体硅胶固定后形成灌封硅胶8，以满足高温、低温、振动、冲击等环境下的使用要求，能够在各种复杂、恶劣的环境下仍能可靠工作。
采用非硅型导热软质垫片和氮化铝陶瓷基片，实现热量传递以及模块底部绝缘。在具体实施例中，根据实际需要在模块底部设置散热器。
作为可选的实施方式，第一衬板103与第一晶闸管102的接触位置处、第二衬板105与第二晶闸管104的接触位置处、第三衬板107与第三晶闸管106的接触位置处以及后压板109与第四晶闸管108的接触位置处设有与晶闸管外形相应的凹槽。
在本实施例中，如图3所示，衬板以及后压板设计为中间凹陷的结构，在组件安装过程中起到对晶闸管的限位、固定作用。
作为可选的实施方式，还包括：
第一罗氏线圈116，设置在第一晶闸管102的外圈；
第二罗氏线圈117，设置在第四晶闸管108的外圈。
在本实施例中，如图3所示和图6所示，通过两个罗氏线圈采集流经晶闸管组件的半波电流以及全波电流，用于对晶闸管组件的故障检测。
在具体实施例中，以第一铜排113接入电源为例，第一罗氏线圈116(图6中LT1电流传感器)检测流经第一可控硅整流器11的半波电流(输入电流)，第二罗氏线圈117(图7中LT2电流传感器)检测流经第三铜排115的全波电流(输出的相电流)。通过电压传感器检测电源输入端的线电压及电源输出端的线电压。
三个晶闸管组件分别与输入电源的A相、B相、C相连接，每个晶闸管组件的输出铜排对应为A相、B相、C相输出端，接入负载。
若需要进行电源切换，则对应的晶闸管的触发控制方法包括：采用高频持续触发脉冲的方法对晶闸管进行驱动，即使在空载情况下，晶闸管也不会因为负载电流过低而关断。如图7所示，driver为DSP输出的晶闸管驱动脉冲，U1为栅极驱动芯片，提升驱动脉冲的驱动能力，T1为驱动变压器，起隔离作用，驱动经过变压器分为两路相隔离的驱动脉冲，控制晶闸管组件中的两个反向并联晶闸管的开通。本实施例中驱动脉冲频率为38.4kHz，周期约为26us，而晶闸管的关断时间典型值普遍为几十us至百us，高速的驱动脉冲可以使得晶闸管在关断期间重新开启，满足空载也能正常输出的需求。由于晶闸管的特性，当设备控制空载时，若采用常用的晶闸管触发控制方式，晶闸管将在电流过零点关断，通过前述的触发控制方法，则可以避免这种现象。
在电源输出端，如图2所示，并联了一组星型接法的电阻组件，其阻值与设备额定输出电流相关，一般为3％至5％的额定电流，该电阻组件通过接触器KM接入输出端。
以单个晶闸管组件为例，对检测方法进行说明：
表1物理量标识及名称
| 物理量标识 | 物理量名称 | 物理量标识 | 物理量名称 |
| Ia1_half | #1输入电源A相半波电流 | U1ab | #1输入电源AB线电压 |
| Ib1_half | #1输入电源B相半波电流 | U1bc | #1输入电源BC线电压 |
| Ic1_half | #1输入电源C相半波电流 | U2ab | #2输入电源AB线电压 |
| Ia2_half | #2输入电源A相半波电流 | U2bc | #2输入电源BC线电压 |
| Ib2_half | #2输入电源B相半波电流 | U0ab | 输出电源AB线电压 |
| Ic2_half | #2输入电源C相半波电流 | U0bc | 输出电源BC线电压 |
| Ia | A相输出全波电流 | ||
| Ib | B相输出全波电流 | ||
| Ic | C相输出全波电流 |
如图6和图8所示，当输出电流小于3％的额定电流时，此时认为设备处于空载状态，而晶闸管故障在线检测需在带载的情况下进行，此时接通接触器KM，持续2秒，以提供故障检测的电流。该判断仅在设备上电后或切换电源后进行，不会长时间接通，以免效率降低，并且可忽略电阻组件的散热需求，从而减小电阻组件的尺寸。
当回路中存在电流后，先判断输出端的线电压U0ab和U0bc是否正常，例如是否大于额定电压的95％，额定电压的95％为考虑正常的电压波动及测量误差范围。若电压正常，则继续判断是否存在短路故障，若电压不正常，则进一步判断是否是断路故障。
判断是否存在短路故障：
通过采集的同一相的半波电流和全波电流，若半波电流接近零，实际工程中为小于一定阈值，并考虑零漂和测量误差；或半波电流在数值上接近全波电流，实际工程中为大于全波电流的95％，并考虑测量误差，则判断为该相短路。此处不分反向并联中的两个晶闸管中的具体是哪一个短路，因为是灌封结构，若存在故障需整体拆装更换。若检测到故障，则立即切断输出，否则继续进行故障检测。
判断是否为断路故障：
通过采集的同一相的半波电流、全波电流及输入输出端的线电压，若有存在半波电流接近零或半波电流在数值上接近全波电流的情况，并且包含该相的输出端线电压与输入端线电压存在大于10％的偏压，则判断为该相断路。若检测到故障，则立即切断输出，否则继续进行故障检测。
本实用新型实施例提供的快速电源转换装置应用于不允许意外断电的重要用电设备中，在正常使用过程中，通常由两路输入电源进行供电，互为备用，当主电电压低于一定程度时，自动将供电电源切换到辅路，当主路电源恢复时，供电电源切回至主路。本实用新型实施例提供的快速电源转换装置在进行电源切换时，对负载(尤其是电感负载，典型为电动机)的冲击电流将不大于其自身的启动电流，并且转换时间不大于12ms。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种快速电源转换装置，其特征在于，包括：
第一晶闸管组件(1)，包括第一可控硅整流器(11)和第二可控硅整流器(12)；
第二晶闸管组件(2)，包括第三可控硅整流器(21)和第四可控硅整流器(22)；
第三晶闸管组件(3)，包括第五可控硅整流器(31)和第六可控硅整流器(32)；
六个晶闸管组件驱动控制器，分别为所述第一可控硅整流器(11)、所述第二可控硅整流器(12)、所述第三可控硅整流器(21)、所述第四可控硅整流器(22)、所述第五可控硅整流器(31)和所述第六可控硅整流器(32)提供驱动脉冲；
其中，所述第一可控硅整流器(11)、所述第三可控硅整流器(21)和所述第五可控硅整流器(31)组成第一电源电路；所述第二可控硅整流器(12)、所述第四可控硅整流器(22)和所述第六可控硅整流器(32)组成第二电源电路；所述第一晶闸管组件(1)、所述第二晶闸管组件(2)和所述第三晶闸管组件(3)的结构相同。
2.根据权利要求1所述的快速电源转换装置，其特征在于，所述第一晶闸管组件(1)包括依次设置的前压板(101)、第一晶闸管(102)、第一衬板(103)、第二晶闸管(104)、第二衬板(105)、第三晶闸管(106)、第三衬板(107)、第四晶闸管(108)和后压板(109)；所述第一晶闸管组件(1)还包括上围框(110)和下围框(111)；
其中，所述前压板(101)、所述第一衬板(103)、所述第二衬板(105)、所述第三衬板(107)、所述后压板(109)、所述上围框(110)和所述下围框(111)为导电金属；
所述第一晶闸管(102)和所述第二晶闸管(104)反向并联，同所述前压板(101)、所述第一衬板(103)和所述第二衬板(105)组成所述第一可控硅整流器(11)；
所述第三晶闸管(106)和所述第四晶闸管(108)反向并联，同所述第二衬板(105)、所述第三衬板(107)和所述后压板(109)组成所述第二可控硅整流器(12)。
3.根据权利要求2所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
在所述上围框(110)和所述下围框(111)上开设有通孔；
在所述前压板(101)、所述第一衬板(103)、所述第二衬板(105)、所述第三衬板(107)和所述后压板(109)同所述上围框(110)以及所述下围框(111)对应通孔的位置设有对应的开孔；
通过若干个压紧螺钉(112)将所述上围框(110)、所述下围框(111)、所述前压板(101)、所述第一衬板(103)、所述第二衬板(105)、所述第三衬板(107)和所述后压板(109)固定连接。
4.根据权利要求3所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
第一铜排(113)，与所述第一衬板(103)电连接；所述第一铜排(113)为第一电源输入端；
第二铜排(114)，与所述第三衬板(107)电连接；所述第二铜排(114)为第二电源输入端；
第三铜排(115)，与所述前压板(101)、所述第二衬板(105)以及所述后压板(109)电连接；所述第三铜排(115)为电源输出端。
5.根据权利要求4所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
安装盒(4)，用于放置所述第一晶闸管组件(1)；
盒盖(5)，开设有若干的接线口；所述接线口同所述第一铜排(113)与所述第一衬板(103)的接线位、所述第二铜排(114)于所述第三衬板(107)的接线位以及所述第三铜排(115)与所述前压板(101)、所述第二衬板(105)和所述后压板(109)的接线位一一对应设置。
6.根据权利要求5所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
导热垫片(6)，设置在所述安装盒(4)的底部外侧；
陶瓷基片(7)，设置在所述导热垫片(6)之下。
7.根据权利要求6所述的快速电源转换装置，其特征在于，所述第一晶闸管组件(1)通过电子灌封硅胶固定在所述安装盒(4)之中。
8.根据权利要求2所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
导热银膏，涂覆在所述前压板(101)、所述第一晶闸管(102)、所述第一衬板(103)、所述第二晶闸管(104)、所述第二衬板(105)、所述第三晶闸管(106)、所述第三衬板(107)、所述第四晶闸管(108)和所述后压板(109)之间的接触面上。
9.根据权利要求2所述的快速电源转换装置，其特征在于，所述第一衬板(103)与所述第一晶闸管(102)的接触位置处、所述第二衬板(105)与所述第二晶闸管(104)的接触位置处、所述第三衬板(107)与所述第三晶闸管(106)的接触位置处以及所述后压板(109)与所述第四晶闸管(108)的接触位置处设有与晶闸管外形相应的凹槽。
10.根据权利要求2所述的快速电源转换装置，其特征在于，还包括：
第一罗氏线圈(116)，设置在所述第一晶闸管(102)的外圈；
第二罗氏线圈(117)，设置在所述第四晶闸管(108)的外圈。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323159306.5U CN221305750U (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种快速电源转换装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323159306.5U CN221305750U (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种快速电源转换装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN221305750U true CN221305750U (zh) | 2024-07-09 |
Family
ID=91755058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202323159306.5U Active CN221305750U (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种快速电源转换装置 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-11-22 CN CN202323159306.5U patent/CN221305750U/zh active Active
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