三相全自動交流節電裝置的無縫切換電路的製作方法
2023-10-18 07:38:54 5
本實用新型涉及節電裝置的旁路轉換技術領域，特別涉及到一種三相全自動交流節電裝置的無縫切換電路。
背景技術：
三相全自動交流節電裝置是通過智能調壓、自動調容、三相平衡、能效優化等技術來實現節能、穩壓、優化供電質量、延長設備使用壽命等功能，進而可最大限度地降低企業運營成本。但是當節電裝置運行發生異常，將對自身或負載造成損害時，為保證用電安全以及用電設備的正常穩定運行，需要及時將節電模式無縫切換到旁路市電供電模式。
本實用新型即為解決上述問題而發明，可在節電裝置發生故障時，實現由節電裝置供電到旁路市電供電的無縫切換，既不影響負載的安全穩定運行，又不妨礙對故障設備的安全維修。
技術實現要素：
三相全自動交流節電裝置需要在市電平穩啟動負載後接入，進入節電模式；在發生故障或停電檢修等情況下通過旁路控制切換到市電供電，進入非節電模式。為使兩種模式的切換過程中，負載能夠不間斷地帶電正常運行，需採用無縫切換的技術手段。
三相全自動交流節電裝置需要在市電平穩啟動負載後接入，進入節電模式；在發生故障或停電檢修等情況下通過旁路控制切換到市電供電，進入非節電模式。為使兩種模式的切換過程中，負載能夠不間斷地帶電正常運行，需採用無縫切換的技術手段。
本實用新型由主電路和控制電路兩部分組成。通過控制電路輸出主電路中各個開關的控制信號，使主電路的開關有序動作，實現了節電裝置在節電與旁路兩種工作模式下的無縫切換，使用電設備能夠安全高效運行，更好地達到綠色節能的目的。
本實用新型是通過以下技術方案來實現上述無縫切換的目的與要求：
所述控制電路包括切換電路，時鐘信號發生電路和開關驅動電路。切換電路中由多個二極體構成兩個或門電路，或門的輸入端分別為節能模式選擇信號、節電按鈕控制信號，和旁路按鈕控制信號、故障信號。其中節能按鈕和旁路按鈕為互鎖關係，則任一時刻只能有一個或門電路輸出有效信號「1」，該有效信號經微分電路可觸發對應計數電路計數，計數電路的輸出即為控制電路中各個開關的順序控制信號，這裡所用到的開關既可以是繼電器，也可以是接觸器，只是主電路中的開關，其電流容量要大於控制電路中的開關的電流容量。時鐘信號發生電路採用時基集成電路與分頻電路得到上述計數電路的時鐘。開關驅動電路採用驅動用集成電路實現，提高了開關動作的安全可靠性。
所述的主電路由調壓器、變壓器、開關組成，其中主電路的開關可選用大容量、高性能的繼電器或接觸器。所述調壓器調壓範圍寬，精度高；所述變壓器原邊具有兩個抽頭，可根據電壓調節需要自動切換，且變壓器的輸入通過開關常閉觸點與調壓器輸出端連接，通過常開觸點與旁路連接，如此可在調壓器發生異常情況時，自動將變壓器輸入側切換到旁路，而不影響負載的節電運行；主電路中調壓器與變壓器的配合使用可分別實現負載供電電壓的粗調與細調，使供電電壓實現精密調節的效果。
主電路中用於旁路與節能無縫切換用的開關有3個，分別由控制電路中相應的控制開關控制動作，其分別安裝在旁路上，節電裝置調壓輸入側和節電裝置的輸出側。在節電與旁路的轉換過程中，由控制電路部分輸出有序的開關驅動信號，讓控制開關順序發生動作，進而合理控制主電路中的3個切換開關的閉合與斷開順序，確保負載端始終被穩定供電，即實現節電與旁路的無縫切換。
本實用新型的有益效果在於：
1.供電電壓調節採用調壓器和變壓器的配合使用，實現電壓的粗調和細調；
2.具有旁路、節能兩個狀態無縫切換的功能，可確保負載長期安全運行，並便於節能設備的安全維護；
3.變壓器原邊為分抽頭，電壓變化範圍寬，且可根據實際需要實現自動切換；
4.變壓器輸入側與調壓器輸出側通過開關常閉觸點連接，與市電供電側通過開關常開觸點連接，如此可在調壓器出現故障時，變壓器自動切換到旁路供電，而不影響負載的節電運行；
5.節電裝置旁路與節能兩種狀態的切換既可以由手動按鈕實現，也可以通過節能與故障旁路的電信號自動實現。
附圖說明
圖1為主電路原理圖。
其中AX、BX、CX為三相調壓器；C1、C2、C3為三相變壓器；KM1、KM2、KM3、KM4、KM5均為開關；1、2分別代表開關的常閉觸點、常開觸點；U、V、W代表三相電，N為零線。
圖2為切換電路原理圖。
其中JN0為節電模式控制信號；JN1為節電模式的觸發信號；JN-K為節電按鈕JN的常開觸點；JN-B為節電按鈕JN的常閉觸點；PL-K為旁路按鈕PL的常開觸點；PL-B為旁路按鈕PL的常閉觸點；GZS0為故障信號；GZS為故障觸發信號；B1～B5為計數器IC4的輸出信號；A1～A5為計數器IC3的輸出信號；CLK為計數器的時鐘信號；JD為節能運行的控制信號；FJN為旁路運行的控制信號。
圖3為時鐘信號發生電路原理圖。
其中IC10為時基集成電路；IC11為分頻器。
圖4為開關驅動電路原理圖。
其中J3、J4、J5為開關JD3、JD4、JD5的控制信號；J3_OUT、J4_OUT、J5_OUT為開關JD3、JD4、JD5的驅動信號；TJD為調壓器電機啟停控制信號；TJD_OUT為調壓器電機驅動信號；TGZ為調壓器故障信號；TGZ_OUT為開關JD1驅動信號；ABT為變壓器變比切換信號；ABT_OUT為開關JD2驅動信號。
圖5為控制電路開關JD1、JD2、JD3、JD4、JD5的控制電路圖。
圖6為主電路開關KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的控制原理圖。
其中L為火線；N為零線。
上述附圖中：RXX代表電阻；CXX代表電容；DXX代表二極體；ICXX代表集成電路。並且各圖中標號一致的部分均代表相同的信號。
其中：1-發光源；2-光度傳感器。
圖3為組合電纜浮球開關工作示意圖。
其中：1-浮球；2-電纜；F1-浮球1；F2-浮球2；L-中水池低水位線；H-中水池高水位線。
圖4為電磁開關KM1邏輯控制電路原理圖。
其中：r-透光率檢測信號；H-中水池高水位檢測信號；IC1-集成與門電路；IC2-集成非門電路；RX-電阻；Q1-三極體；KM1-電磁開關KM1的電磁線圈。
圖5為電磁開關KM2邏輯控制電路原理圖。
其中：S-馬桶進水槽水位檢測信號；L-中水池低水位檢測信號；IC3-集成與門電路；IC5-集成非門電路；RX-電阻；Q2-三極體。
圖6為電磁開關KM3邏輯控制電路原理圖。
其中：S-馬桶進水槽水位檢測信號；KM2-電磁開關KM2的常開觸點；RX-電阻；IC4-集成或非門電路；KM3-電磁開關KM3的電磁線圈；Q3-三極體。
具體實施方式
下面將配合附圖對本實用新型的主電路和控制電路部分做詳細說明。本實施例是在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出詳細的實施方式，但本實用新型的保護範圍不限於下述實施例。
1.主電路
主電路部分主要由調壓器AX、BX、CX，變壓器C1、C2、C3，開關KM1～KM5組成，這裡的開關KM1～KM5可以是繼電器也可以是接觸器，如圖1所示。其中KM1～KM3為主電路中節能與旁路切換用開關，KM4為調壓器輸出側，即變壓器一次側輸入控制開關，調壓器正常狀態下，其輸出電壓供給變壓器一次側輸入端，當調壓器發生故障，開關KM4得電，常開觸點閉合，使變壓器斷開與調壓器的連接，而轉為繼續由市電供電，從而不影響變壓節能運行。開關KM5為變壓器變比選擇開關。
負載上電啟動時，首先是由市電供電運行，此時節電裝置工作在旁路，只有旁路開關KM2處於得電吸合狀態，而開關KM1、KM3～KM5均未得電，處於常態，即調壓器AX、BX、CX的輸入側開路，而其輸出側分別通過開關KM4的常閉觸點與變壓器C1、C2、C3的一次側連接，變壓器二次側經開關KM1輸出到負載，因此此時調壓器與變壓器均沒有變壓輸出供給負載，負載由市電供電。
負載正常啟動後，可由旁路市電供電轉換到節電裝置供電的節電模式，此時，控制電路接收到節電信號後，可輸出主電路開關的驅動信號，使其動作順序為：KM1得電閉合-KM2失電斷開-KM3得電閉合，並且在節電過程中，若調壓器發生故障，可通過控制開關KM4動作，使變壓器的輸入側通過開關KM4的常開觸點自動切換到旁路上，如此不會影響負載繼續在節電模式下運行。節電裝置運行中發生其他故障時，控制電路將輸出主電路的開關驅動信號，使其動作順序為：KM3失電斷開-KM2得電閉合-KM1失電斷開。
由上述分析可得，節電裝置在節電與旁路的切換過程中，開關KM1和KM2交替動作，即任一時刻二者其一必須處於閉合狀態，這樣才可以使負載端供電不間斷，實現無縫切換，三相開關KM3用於控制調壓器的供電，並且開關KM2、KM3為互鎖關係，可避免同時閉合造成的短路故障，開關KM4用於切換各變壓器的供電輸入，KM5用於控制各變壓器的變比切換，使電壓調節範圍更寬、更靈活。
2.控制電路
控制電路主要包括切換電路、時鐘信號發生電路、開關驅動電路，最終輸出的開關驅動信號可間接控制主電路的開關有序動作，進而實現無縫切換的功能。下面將分別結合具體電路做詳細說明：
(1).切換電路
如圖2所示，二極體D21～D24、D38、D39構成了兩個或門電路，其中JN0為節電模式選擇信號；JN-K為節電按鈕JN的常開觸點，JN-B為節電按鈕JN的常閉觸點；PL-K為旁路按鈕PL常開觸點，PL-B為旁路按鈕PL的常閉觸點；GZS0為節電裝置的故障信號，可以是三相不平衡、缺相、電機堵轉等故障信號的集合體。由電路可知，節電與旁路均可自啟動，分別通過節電信號JN0和故障信號GZS0置「1」來實現，也可以通過節電按鈕JN和旁路按鈕PL實現手動切換。
實際應用中，旁路切換至節能有兩種方式：一是可設置節電裝置上電延時幾十秒後，自動由旁路切換至節能模式，方法是將節能信號JN0延時置「1」，再將其經過RC微分電路和非門電路，如圖2所示，輸出作為或門的一個輸入信號；二是通過按動節能按鈕JN，手動切換節能狀態，則節能按鈕的常開觸點JN-K閉合，與旁路按鈕的常閉觸點PL-B串聯，輸出信號作為或門的另一路輸入，這兩種方式都可使得或門輸出JD為高脈衝信號(相應的，另一個或門輸出FJN為低電平「0」信號)，連接到觸發器IC1的清零端，使其清零，同時連接到觸發器IC2的置位端，使其輸出高電平「1」，則計數器IC3清零，而計數器IC4開始計數，計數時鐘CLK每到來一個上升沿，計數器IC4輸出加1，即輸出信號B1～B5被輪流置「1」，而B1～B5為開關得電閉合的控制信號，間接控制主電路開關KM1閉合、KM2斷開、KM3閉合、調壓器電機啟動，使負載節電運行。
當節電裝置發生故障或檢修人員需要停機檢修時，節電裝置需由節電模式自動或手動切換到旁路，而不影響負載側正常運行。因此把節能按鈕的常閉觸點JN-B和旁路按鈕的常開觸點PL-K的串聯支路與故障信號GZS0構成或門電路，當檢測到故障信號，即GZS0為「1」時或人為按下旁路按鈕PL，則或門輸出FJN得到高脈衝信號，同時JD為低電平「0」。如此FJN信號連接到觸發器IC1置位端，使其輸出Q為「1」，將計數器IC4清零，而計數器IC3的RST復位端得到一個高電平脈衝，使其清零後開始計數，輸出信號A1～A5為開關失電斷開的控制信號，間接控制調壓器電機停止、主電路開關KM3斷開、KM2閉合、KM1斷開，使節電裝置切換到旁路，這樣既不會影響負載的正常運行，也不會妨礙節電裝置的安全檢修，若存在故障，待故障排除後，可通過按下節電按鈕使負載繼續節電運行，且旁路按鈕PL與節能按鈕JN為互鎖，任意時刻只有一個為得電閉合狀態。
(2).時鐘信號發生電路
IC10為時基集成電路，輸出方波信號經過IC11分頻電路分頻後得到計數器IC3、IC4的時鐘信號CLK，如圖3所示，其中二極體D26、D27、D28與電阻R76構成或門電路，即當A5、B5、IC11的輸出Q6三者任一為高電平「1」時，IC11即清零，進而圖2中計數器IC3、IC4停止計數，主電路中所有開關保持當前狀態直到再次接收到旁路或節能切換信號。
(3).開關驅動電路
如圖4所示，觸發器IC9、IC8、IC7、IC5的清零控制R端分別由圖2所示的計數器IC3的輸出信號A4、A3、A2、A1控制，其置位控制S端分別由圖2所示的計數器IC4的輸出信號B1、B2、B3、B4控制，由上述分析可知，旁路轉節能過程中，計數器IC3清零，計數器IC4計數，則圖4中各個觸發器輸出Q端將在旁路轉節能狀態中依次被置位，即信號J3、J4、J5、TJD將按順序依次輸出高電平「1」，然後經過開關驅動電路IC12，依次輸出主電路開關得電的驅動信號J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT和TJD_OUT，且為輸出低電平有效。其中J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT分別用於驅動主電路中開關KM1、KM2、KM3的控制開關JD3、JD4、JD5；TJD_OUT用於驅動主電路中調壓器AX、BX、CX的電機啟動開關。TGZ、ABT分別為調壓器故障信號和變壓器變比切換信號，均為高電平有效。
如圖5所示JD1～JD5分別為主電路中開關KM1～KM5的控制開關，其可以是繼電器，也可以選用接觸器，圖4輸出的開關驅動信號J3_OUT～J5_OUT即為開關JD3～JD5的驅動信號，當J3_OUT～J5_OUT在旁路轉節能狀態中依次輸出為「0」時，開關JD3～JD5線圈依次得電，其常開觸點吸合，常閉觸點斷開，則如圖6所示，主電路中旁路無縫切換到節能狀態時，開關動作順序為：KM1吸合、KM2斷開、KM3吸合。並且開關KM2與KM3為互鎖關係，因此需將KM2的常閉觸點與KM3的線圈串聯，將KM3的常閉觸點與KM2的線圈串聯。而當圖4中TGZ為「1」時，即調壓器發生故障，如圖5所示開關JD1線圈得電吸合，則如圖6和圖1所示，主電路開關KM4常開觸點閉合，變壓器轉由旁路供電；當圖4中ABT為「1」時，說明需要切換變壓器變比，則圖5中開關JD2線圈得電吸合，主電路開關KM5常開觸點吸合。
相反，在節能切旁路的過程中，圖2中計數器IC4清零，IC3計數，則圖4中各個觸發器輸出Q端將依次被清零，即信號TJD、J5、J4、J3將按順序依次輸出低電平「0」，然後經過開關驅動電路IC12，輸出調壓器電機啟動開關和主電路中開關KM1、KM2、KM3的控制開關JD3、JD4、JD5的失電信號TJD_OUT＝J5_OUT＝J4_OUT＝J3_OUT＝「1」，則調壓器的電機停止工作，同時，如圖5和圖6所示，可以得知開關JD5、JD4、JD3的勵磁線圈依次失電，其常開觸點斷開，常閉觸點吸合，則此時主電路中的開關KM1～KM3的動作順序為：KM3斷開、KM2吸合、KM1斷開。如此，節電裝置便無縫切換到旁路運行。
最後需要說明的是：上述僅為本實用新型的實施例，並非是對本實用新型的實施方式進行限定，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容，將本實用新型運用到其他相關技術領域的，均應涵蓋在本實用新型的保護範圍之中。