一種低壓智能雙電源轉換開關的製作方法

2023-06-12 23:12:06

專利名稱：一種低壓智能雙電源轉換開關的製作方法
技術領域：
一種低壓智能雙電源轉換開關技術領域[0001]本實用新型涉及一種低電壓電網上用於雙電源自動切換的開關裝置，尤其是具有數位化信號採集、處理能力的實現雙電源智能化轉換的開關裝置，為自動轉換開關電器 ATSE的PC級，屬於低壓電氣設備領域。
背景技術：
[0002]當前我們國家提出了發展智能化電網的概念，其中也包括低壓電網的智能化，而低壓電網的智能化也包括雙電源轉換開關的智能化。自動轉換開關的智能化必須同時具有全面的信息感知能力、智能化控制能力、遠方通訊能力以及大電流承載和分斷能力。目前， 我國正朝著這一方向前進，各大專業低壓電器廠家和科研院所做了許多創新工作，如深圳泰永科技有限公司的TBBQ系列、瀋陽斯沃電器有限公司的SIWOQ系列、常熟開關製造有限公司的CAP系列等電器產品，所有這些產品都還屬於低壓智能轉換開關的初級階段，僅具有一般的雙電源轉換功能，不具有數位訊號採集功能、智能化控制功能和可靠的雙向通訊功能。且這些轉換開關都還停留在機械的操作方式上，還使用基於電磁驅動或電機儲能驅動的操作方式。因此從使用、控制、通訊等功能上看，這些產品都未能取得實質的突破和創新，還不具有真正意義上的智能控制，此類自動轉換開關還不能稱之為智能化轉換開關。另外，當前市面上使用的低壓智能或非智能轉換開關還普遍存在以下幾個方面的不足。[0003]I、轉換開關的信號採集未能實現數位化，信號處理和控制未能採用數位化專用處理器。通訊未採用標準的現場總線通訊方式。[0004]2、轉換開關的轉換驅動靠相應的電磁驅動器或電機儲能機構驅動完成，結構複雜、效率低、可靠性差，轉換時間長。[0005]3、操作方式為機械方式，沒有考慮驅動器與高效熄弧的一體化設計，沒有考慮驅動器的數位化控制。[0006]4、轉換開關動作或異常時，不能及時發出聲、光、文字等報警信息。[0007]5、不能自我整斷運行狀況是否良好，不能在線監測主電路的運行情況。[0008]6、控制方式為就地，絕多數轉換開關只能現場手動控制實現轉換，不具有遠方或者遙控功能，僅有少數轉換開關有通訊功能，能實現遠方轉換位置的操作，但相互交流的信息極為有限。[0009]7、遙控、遙信、遙測、遙調等功能不完善，轉換開關雖實現了部分參數的自由設置， 但只能就地通過機械的方式設置完成。[0010]8、轉換開關能承載的大電流有限，未採用高效的滅弧介質和可靠高效的驅動機構。發明內容[0011]本實用新型目的是提供一種低壓智能雙電源轉換開關，即為實現數位化信號採集、處理、控制和通訊功能的全面智能化提供一種可實際應用的載體，且體積小、結構緊湊，使用與安裝都很方便。[0012]技術方案是包括塑料製作的開關蓋和開關座，開關蓋左上部設有四個主電源接線埠及紅色主電源指示燈，開關蓋右上部設有四個輔電源接線埠及綠色輔電源指示燈， 開關蓋中部設有紅色主觸頭指示燈、綠色輔觸頭指示燈、轉換控制按鍵、液晶顯示屏、按鍵矩陣、返回按鍵和復歸按鍵；開關蓋下部中間設有負載電源接線埠，開關蓋中、下部之間有下凹的通訊線路通槽，通訊線路通槽右端設有I、II號通訊插口 ；開關蓋背面的右邊裝有顯示電路板和通訊電路板，顯示電路板背面有顯示連接插頭，通訊電路板上設有I、II號通訊插座；開關座的左腔室內裝有四隻驅動儲能電容器和採樣電路板，採樣電路板上裝有主、 輔充電模塊、主、輔自投電壓互感器、A、B、C相電壓互感器及連線用的引入插座、引出插座； 開關座的右腔室內裝有電容器和控制電路板，控制電路板上裝有主、輔電源模塊、主、輔處理器、顯示連接插座、通訊連接插座及驅動電源引入、引出插座；開關座的中間腔室內裝有四個分別控制A、B、C、N相電源的真空電磁驅動轉換開關；[0013]所述的真空電磁驅動轉換開關結構如下線圈架上繞制有線圈，線圈架內套有真空瓷管，真空瓷管內腔裡裝有軟磁純鐵製作的鐵芯，鐵芯中心孔內套有銅製的軸杆，軸杆左端固裝有I號永磁鐵和左動觸頭，軸杆右端固裝有II號永磁鐵、過渡套和右動觸頭，I號永磁鐵的磁極為軸向SN分布,II號永磁鐵的磁極則相反,為軸向NS分布；真空瓷管左端釺焊有左端蓋，左靜觸頭與左端蓋之間焊接有波紋管，左端蓋上設有主電源引入接線端；真空瓷管右端依次釺焊有負載電源引出套、隔離瓷管和右端蓋，右靜觸頭與右端蓋之間焊接有波紋管，右端蓋上設有輔電源引入接線端；過渡套兩側均有軟導線連接負載電源引出套；左、 右端蓋的中心螺孔內均旋裝有斷路器專用液壓緩衝器；線圈架上部左、右邊分別裝有霍爾傳感器；A、B、C、N相主電源接線埠分別通過導線連接四個真空電磁驅動轉換開關的主電源引入接線端，A、B、C、N相輔電源接線埠分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關的輔電源引入接線端，A、B、C、N相負載電源接線埠分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關的負載電源引出套上的接線端。[0014]本實用新型開關蓋的中間位置設有兩級凸臺，開關蓋基礎平面上方，左邊設有主電源接線埠，上方右邊設有輔電源接線埠，分別用來連接主、輔電源連線；下方的中間設有負載電源接線埠，用來連接負載電源連線；下方靠第一線凸臺的基礎平面設有通訊線路通槽，通槽的右端設有I號通訊插口和II號通訊插口，用來與外界建立通訊聯繫。第一級凸臺上方左右兩邊主、輔電源接線埠對應的位置，分別設有紅色主電源指示燈、綠色輔電源指示燈，用來指示主、輔電源電路中是否有電，指示燈亮則表示有電，不亮則表示無電。 第二級凸臺從左至右設有紅色主觸頭指示燈、轉換控制按鍵、綠色輔觸頭指示燈、液晶顯示屏、按鍵矩陣、返回按鍵、復歸按鍵；紅色主觸頭指示燈用來指示開關主觸頭的分合閘狀態， 紅燈亮則表示主觸頭已合上，為用戶負載提供電源的是主電源，不亮則表示主觸頭已分開； 控制按鍵用來現場執行開關的轉換操作，為開關轉換提供觸發信號；綠色輔觸頭指示燈用來指示開關輔觸頭的分合閘狀態，綠燈亮則表示輔觸頭已合上，為用戶負載提供電源的是輔電源，不亮則表示輔觸頭已分開；液晶顯示屏、按鍵矩陣，返回按鍵，復歸按鍵用來實現人與機器的對話功能，完成查詢信息、設置參數、現場維護等工作。開關蓋背面的右邊，與顯示屏和按鍵矩陣對應的位置設有顯示電路板，顯示電路板用螺絲固定在開關蓋上，顯示電路板左端背面設有顯示連接插頭，顯示連接插頭用來與控制電路板建立通訊聯繫，顯示電路板往下設有通訊電路板，通訊電路板用螺絲固定在開關蓋上，通訊電路板上設有I、II號通訊接插座，通訊接插座用來與外界建立通訊聯繫，通訊電路板中間設有通訊連接口，通訊連接口用來與控制電路板建立通訊聯繫。[0015]開關座為本實用新型的核心部分，分為上下兩層，上層有左、右腔室和中間腔室， 分別安裝相關的電路和器件，下層用來布置主、輔電源的引進導線和負載電源的引出導線。 開關座的左腔室內布置有採樣電路板，採樣電路板通過螺絲固定在左腔器室底板上，採樣電路板上方設有主、輔充電模塊，用來為四相真空電磁驅動轉換開關的四個儲能電容器提供電能；採樣電路板左邊設有主、輔自投電壓互感器，用來採集主、輔電源側電壓的參數供處理器使用，作為開關實現轉化的重要依據；採樣電路板中間設有負載側A、B、C三相電壓互感器，用來採集負載側電壓的參數供處理器使用；採樣電路板右邊設有引入、引出插座， 引入插座用來輸入一次電源信號，引出插座用來輸出傳感器信號；左腔室下方設有A、B、C、 N四相真空電磁驅動轉換開關的驅動儲能電容器，用來儲存驅動能量。開關座的中間腔室內橫向水平方向設有四個長方形小室，小室內從上至下設有N、C、B、A四個真空電磁驅動轉換開關，真空電磁驅動轉換開關是整個開關的核心部件，用來執行主、輔電源之間的轉換操作；每個真空電磁驅動轉換開關旁還設有溫度傳感器；開關座的右腔室內設有控制電路板，控制電路板用螺絲固定在右腔室底板上，控制電路板上邊設有主、輔電源模塊，主、輔電源模塊共同為控制電路提供不間斷電源；控制電路板左邊設有三個插座，上為驅動電源引入插座，將分別來自四個儲能電容電源的電能引入控制電路板，中間是驅動電源引出插座， 用來驅動真空電磁驅動轉換開關，下為顯示連接插座，用來與顯示電路板建立通訊聯繫；控制電路板中間設有主、輔數字處理器，主處理器用來完成智能控制和信號採集，輔處理器用來完成通訊、人機對話、操作、顯示等功能；控制電路板下邊設有一組通訊連接插座，用來與通訊電路板建立通訊聯繫；控制電路板還設有A、B、C、N四相真空電磁開關驅動模塊，用來驅動真空電磁開關動作實現雙電源的轉換。控制電路板下方設有一組備用儲能電容器，用來為控制電路板提供一定時間後備延時電源。[0016]真空電磁驅動轉換開關是本實用新型的核心執行部件，是在201020173157. I號實用新型專利中介紹的電磁驅動器通用平臺上改進而來的，並根據自動轉換開關PC級要求而進行了下列改進。改進I :增加了左、右端蓋的軸向長度；左、右靜觸頭分別經波紋管固定在左、右端蓋內部，在左、右端蓋中心孔內車有螺紋，螺孔內旋裝有斷路器專用液壓緩衝器(德國Compact公司出品，型號為WSK-M0. 5)。作出上述改進的原因是，因為隨著真空電磁驅動轉換開關速度和功率的增大，要求動觸頭的運動速度和觸頭間的壓力也相應加大，從而使得左端動觸頭、左永磁鐵、右永磁鐵、右端動觸頭、軸杆、過渡段等部件的運動速度增加，慣性增大，同時伴隨著左、右永磁鐵體積和截面的增大而磁力也相應增大。在轉換操作時，致使左、右動觸頭與靜觸頭的碰撞嚴重，致使左、右永磁鐵與鐵芯的碰撞嚴重，並且高性能永磁鐵機械強度較差，性脆易碎，另外對真空電磁驅動轉換開關左、右端蓋也造成很大的直接衝擊，因此在真空電磁驅動轉換開關的兩端採用進口專用斷路器液壓緩衝器進行緩衝，將轉換操作時的劇烈衝擊能量緩衝掉，使軸向的機械動能轉化成液體的壓縮能釋放， 從而避免永磁鐵與鐵芯的直接碰撞，提高電磁開關的使用壽命和可靠性，以及改善其震動和噪音水平。又由於電磁開關內部是真空的，並且液壓緩衝器不可能和端蓋一起焊接，因此在端蓋和靜觸頭之間設計了一隔離和連接用波紋管，波紋管與靜觸頭、端蓋一起焊接成型，液壓緩衝器則在後期旋裝到端蓋中心螺孔內。改進2 :為使真空電磁驅動轉換開關具有PC 級ATSE開關的2個工作位置的功能，將原來普通開關「一進一出」兩個電源極，改成「兩進一出」三個電源極，即真空電磁驅動轉換開關左邊的引入端為主電源引入接線端，右邊的引入端為輔電源引入接線端，中間的引出端為負載電源引出套。由真空電磁驅動轉換開關左邊的主引入端與中間的負載電源引出端，組成智能雙電源轉換開關的常用電源位置。由真空電磁驅動轉換開關右邊的輔引入端與中間的負載電源引出端，組成智能雙電源轉換開關的備用電源位置。因此在原真空電磁驅動開關的II號永磁鐵與右動觸頭中間增設過渡套， 在真空瓷管與右端蓋之間增設負載電源引出套和隔離瓷管，在真空管內，過渡套與負載電源引出套之間通過軟銅線連接，達到增設輸出電極之目的。不管真空電磁驅動轉換開關工作在常用電源位置還是備用電源位置，負載電源引出套都能可靠地輸出電源。改進3 :真空電磁驅動轉換開關的兩端蓋的正下方設有一平臺，平臺左右兩邊垂直於液壓緩衝器的位置設有兩個螺絲口，用於固定真空電磁驅動轉換開關的主、輔電源引入接線端。改進4:將霍爾傳感器殼套與線圈架進行了組合，合併到一起便於傳感器的安裝和定位。[0017]本實用新型的控制電路以主、輔兩個數字處理器MCUpMCU2為核心。主處理器MCUl 負責檢測、控制、驅動；輔助處理器MCU2負責人機對話、通訊、操作、顯示。主處理器MCU1內部配有程序、通訊、AD轉換、數據存儲器單元，外部配有主、輔兩套電容器充電單元，4組由電壓驅動、IGBT功率管、儲能電容、真空電磁驅動轉換開關組成的驅動單元，電源側主、輔兩套自投電壓信號採集單元，負載側三相電壓信號採集單元，以及由四路溫度傳感器構成的測溫單元。整個控制電路由主、輔兩個電源模塊提供5V、15V電源；正常情況下由主電源模塊供電，同時啟動繼電器J1，利用功率繼電器的常閉接點將輔助電源模塊斷開，輔助電源模塊備用。當主電源模塊斷電後，功率繼電器J1失電，常閉接點自動閉合將輔助電源模塊投入運行，中間短時間的斷電SC1備用電容器提供電能，確保整個電路的連續不斷電。 為了給A、B、C、N相四個驅動儲能電容器可靠充電，同樣設計了兩個充電迴路，正常情況下主充電模塊經限流電阻R1和IGBT管Q1向4個儲能電容器充電，充電過程受MCUi處理器控制，同時主充電模塊又將充電電壓反饋給MCU1處理器；當主電源模塊斷電後，MCU1處理器控制IGBT管Q1斷開，同時控制輔充電模塊IGBT管Q2導通，經過電阻R2向四個儲能電容器充電，輔充電模塊也將充電電壓反饋給MCU1處理器，確保驅動儲能電容器始終在充電狀態。四組電壓驅動單元受MCU1控制，MCU1通過檢測主、輔充電模塊的反饋電壓、設定的轉換速度和真空永磁驅動轉換開關所能承受的最大轉換速度等因素，來控制電壓驅動的脈衝波形；若脈衝波形越寬，儲能電容器向電感線圈釋放的能量越多，電感線圈建立的電磁場強度越大， 驅動真空電磁驅動轉換開關內永磁鐵運動的速度就越快；若脈衝波形越窄，儲能電容器向電感線圈釋放的能量越少，電感線圈建立的電磁場強度越小，驅動真空永磁轉換開關內永磁鐵運動的速度就越慢，以此來實現對真空電磁驅動轉換開關驅動速度的控制。四相真空電磁驅動轉換開關和驅動系統是分別設計的，當有轉換控制信號輸入MCU1處理時，MCU1處理器以非常快的速度同時驅動A、B、C、N相四個真空電磁驅動轉換開關，實現真空電磁驅動轉換開關由主電源位置到輔電源位置的轉換，或由輔電源位置到主電源位置的轉換。[0018]直接輸入MCU1的信號部分包括負載側三相電壓互感器，主、輔充電模塊反饋電壓，主、輔自投電壓互感器，溫度傳感器等信號。負載側電壓互感器用來採集電路中的電壓數據，供MCUdf算處理，作為智能雙電源轉換開關的啟動條件，如失壓、欠壓、過壓、斷相、頻率偏差等信號，也作為判別真空電磁驅動轉換開關四相開關是否可靠轉換到位的判據之一；主、輔充電模塊反饋電壓用來採集儲能電容器的電壓參數，供CMU1計算處理，為實現快速轉換提供基礎數據，根據儲能電容的電壓、設定速度和轉換開關可承受的速度等因素來綜合確定驅動波形的寬窄度，最終實現智能雙電源轉換開關的快速轉換；主、輔自投電壓互感器用來採集電源側電路中的電壓數據，供MCUJf算處理，為實現智能雙電源轉換開關的自動可靠轉換提供依據；溫度傳感器用來採集真空電磁驅動轉換開關外部空間的溫度參數，供MCU1計算處理，直接檢測出真空電磁驅動轉換開關本體的的工作溫度，間接檢測真空電磁轉換開關內部的溫度，作為智能雙電源轉換開關的故障報警信號的依據。所有信號在輸入MCU1前都必須經過整形和濾波，便於主處理器採集和使用。MCU1先將模擬信號轉換為數位訊號，接著根據預定程序要求計算，並將計算的結果存入存儲器中，然後按照程序預定的邏輯關係把存儲值與整定值比較，如果滿足邏輯關係設置的各項條件，處理器則輸出一組電平信號，此信號經過功率放大，用以驅動真空電磁驅動轉換開關執行轉換操作。如果不能滿足邏輯關係設置的各項條件，則主處理器的工作程序會返回到採集輸入信號狀態，重新計算下一時間段採集的數據，然後再作邏輯分析判斷，如此周而復始，從不間斷。[0019]輔處理器MCU2負責人機對話、通訊、操作、顯示等。其內部配有程序、通訊、AD轉換、數據存儲器單元，外部配有CAN總線單元、顯示及按鍵單元、控制及指示單元、霍爾位置傳感器採集單元。8個位於真空電磁驅動轉換開關永磁鐵上方位置的霍爾傳感器，輸出8路霍爾信號，經整形和濾波後，輸入MCU2內設AD轉換單元，接著根據預定程序要求計算，並將計算的結果存入存儲器中，與標準值比較，以判定真空電磁驅動轉換開關內觸頭的實際位置和轉換速度，為實現智能雙電源轉換開關可靠的狀態指示提供機械式判斷依據，同時在線監測斷路器觸頭的轉換速度。CAN總線單元用來與外面建立可靠的總線通訊聯繫。顯示及操作單元用來進行人機對話，查看各種故障信息以及修改各種參數。控制及指示單元，現場用來執行智能雙電源轉換開關的轉換操作，指示燈用來指示智能雙電源轉換開關的主、 輔觸頭實際狀態，以及主輔電源的帶電情況。[0020]本實用新型所有的故障信息、異常情況、轉換參數、控制字投退等，都能夠就地或者遠方查看、修改和確認，就地通過人機對話單元的顯示界面和按鍵操作配合，可以很方便地查詢到所有故障信息、異常情況、轉換參數、控制字投退等信息，並修改和確認這些信息。 在異地通過CAN總線建立通訊聯絡，使用有人機互動界面的中間控制裝置和PC機自由設置各種參數，以及查詢智能雙電源轉換開關發出的文字報警信息。[0021]輸出電路包括主、輔充電模塊控制電路，受MCUl處理器發出的信號指令控制，控制充電模塊中的IGBT功率管Q1、Q2的通斷，實現主、輔充電模塊的有序供電，並使主、輔電源互為備投電源，轉換操作時實現電容器與充電模塊的隔離。真空電磁驅動轉換開關驅動電路，由MCU1提供驅動信號，啟動4路電壓驅動器，再啟動由IGBT功率管器件組成的直流換向驅動電路，並最終驅動4個真空電磁驅動轉換開關內部的觸頭運動，實現真空電磁驅動轉換開關的轉換操作，使轉換開關由主電源供電切換到輔電源供電，或由輔電源供電切換到主電源供電，驅動操作的能量由4個儲能電容器提供。指示燈驅動電路由MCU1向MCU2提供常位、備用位的觸頭位置信號，MCU2再結合8個霍爾傳感器提供的機械式位置信號，判定智能雙電源轉換開關的常用位、備用位的實際狀態，驅動LED紅、綠指示燈來顯示智能雙電源轉換開關工作在常用位還是備用位，紅燈亮表示轉換開關工作在常用位，綠燈亮表示轉換開關工作在備用位。還有MCU1通過主、輔自投互感器提供的信號，判定主、輔電源是否帶電，向MCU2提供指示信號，MCU2驅動LED紅、綠指示燈來顯示主、輔電源的帶電情況，紅燈亮表示主電源帶電，不亮則無電，綠燈亮表示輔電源帶電，不亮則無電。不管智能雙電源轉換開關工作在常用位還是備用位，轉換開關發生自動轉換操作或發生故障時，主觸頭或輔觸頭指示燈不停地閃亮，表示智能雙電源轉換開關執行自動轉換操作時有故障情況，即向用戶提示智能雙電源轉換開關有異常情況需要處理或確認。用戶就地通過轉換開關人機對話界面可以查看自動轉換時間、原因等信息，也可以查看故障內容、性質、時間等信息，查看後按下復歸按鍵將信號復歸，指示燈停止閃亮。遠方同樣可以查看自動轉換時間、原因等信息和內容、性質、時間等信息，通過執行復歸圖標操作來復歸信號。通訊驅動電路由MCU2驅動 CAN總線控制器與上級控制裝置或PC機進行雙向通訊聯繫。[0022]智能雙電源轉換開關的信號轉換、控制、通訊等程序，固化在MCUdPMCU2的處理器晶片中，以便於完成各項控制、驅動、通訊功能，全面實現智能雙電源轉換開關的數位化、智能化。[0023]與已有技術相比，本實用新型的特點如下[0024]I、轉換開關全面滿足智能化的四大基本要素，即全面可靠的信息感知平臺；快速強大的數據處理平臺；高效精確的操作執行平臺；可靠穩定的異地通訊平臺。[0025]2、轉換開關全面實現數位化控制功能，控制功能強大完備，設有包括失壓、欠壓、 過壓、斷相、頻率偏差等自動轉換功能，所有轉換條件的投入或退出均可自由設置。[0026]3、轉換開關操作電子化、操作簡單、高效、精確，轉換速度可以任意設置和調節。[0027]4、轉換開關基於四個優異的單相真空電磁驅動轉換開關平臺，實現了單相獨立設計和單相獨立驅動控制功能。[0028]5、轉換開關操作方便、簡單、可靠，工作位置識別清晰明了，具有遙控、遙信、遙測、 遙調功能。[0029]6、轉換開關具有自我診斷功能，能定時檢測控制、驅動、電源、通訊等電路是否良好，能定時檢測真空電磁驅動轉換開關的工作溫度，以及轉換開關內部的工作情況。[0030]7、轉換開關全面實現無接點設計，優化整體綜合性能。[0031 ] 8、轉換開關實現了標準化、模塊化、通用化設計。[0032]總之，本實用新型是真正實現了數位化轉換操作、自動化控制和通訊功能的全智能化開關電器。


[0033]圖I是低壓智能雙電源轉換開關三維外觀圖[0034]圖2是低壓智能雙電源轉換開關三維分解圖[0035]圖3是低壓智能雙電源轉換開關三維背面分解圖[0036]圖4是真空電磁驅動轉換開關三維截面圖[0037]圖5是真空電磁驅動轉換開關三維分解圖[0038]圖6是低壓智能雙電源轉換開關電路框圖[0039]圖7是低壓智能雙電源轉換開關電容器充電電路圖[0040]圖8是低壓智能雙電源轉換開關主輔電源轉換電路圖具體實施方式
[0041]如圖1、2所示，本實用新型包括塑料製作的開關9和開關座7，開關蓋9左上部設有四個主電源接線埠 12及紅色主電源指示燈10，開關蓋9右上部設有四個輔電源接線埠 15及綠色輔電源指示燈11 ;開關蓋9中部設有紅色主觸頭指示燈11、綠色輔觸頭指示燈 4、轉換控制按鍵5、液晶顯示屏3、按鍵矩陣I、返回按鍵13和復歸按鍵2 ;開關蓋9下部中間設有負載電源接線埠 6，開關蓋中、下部之間有下凹的通訊線路通槽21，通訊線路通槽 21右端設有I、II號通訊插口 16、17 ;開關蓋9背面的右邊裝有顯示電路板24和通訊電路板26，顯示電路板24背面有顯示連接插頭28，通訊電路板26上設有I、II號通訊插座25、 27 ;開關座7的左腔30內裝有四隻驅動儲能電容器29和採樣電路板34，採樣電路板34上裝有主、輔充電模塊38、39、主、輔自投電壓互感器36、35，A、B、C相電壓互感器37、33、32及連線用的引入插座42、引出插座43 ;開關座7的右腔室20內裝有備用電容器C1和控制電路板19，控制電路板19上裝有主、輔電源模塊U1、U2，主、輔處理器47、48，顯示連接插座46、 通訊連接插座18及驅動電源引入、引出插座44、45 ;開關座7的中間腔室22內裝有四個分別控制A、B、C、N相電源的真空電磁驅動轉換開關8 ；[0042]如圖4、圖5所示，所述的真空電磁驅動轉換開關8結構如下線圈架81上繞制有線圈82，線圈架81內套有真空瓷管83，真空瓷管83內腔裡裝有軟磁純鐵製作的鐵芯85，鐵芯85中心孔內套有銅製的軸杆84，軸杆84左端固裝有I號永磁鐵86和左動觸頭87，軸杆 84右端固裝有II號永磁鐵88、過渡套80和右動觸頭89，I號永磁鐵86的磁極為軸向SN分布，II號永磁鐵88的磁極則相反，為軸向NS分布；真空瓷管83左端釺焊有左端蓋90，左靜觸頭92與左端蓋90之間焊接有波紋管91，左端蓋90上設有主電源引入接線端94 ;真空瓷管83右端依次釺焊有負載電源引出套95、隔離瓷管96和右端蓋97，右靜觸頭98與右端蓋 97之間焊接有波紋管91，右端蓋97上設有輔電源引入接線端99 ;過渡套80兩側均有軟導線100連接負載電源引出套95 ;左、右端蓋90、97的中心螺孔內均旋裝有型號為WSK-M0. 5 的斷路器專用液壓緩衝器93 ;線圈架81左、右邊分別裝有霍爾傳感器101 ;A、B、C、N相主電源接線埠 12分別通過導線連接四個真空電磁驅動轉換開關8的主電源引入接線端94， A、B、C、N相輔電源接線埠 15分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關8的輔電源引入接線端99，A、B、C、N相負載電源接線埠 6分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關8的負載電源引出套95上的接線端。[0043]為了便於主、輔電源引入導線和負載電源引出導線的安裝，本實用新型開關座的背面為異型溝槽結構，即如圖3所示，開關座7背面有四條主電源導線引入槽49及位於槽內端的供主電源引入接線端94插入用的插入固定孔50，有四條輔電源導線引入槽55及位於槽內端的供輔電源引入接線端99插入用的插入固定孔56，有四條負載電源導線引出槽 51及位於槽內端的供負載電源引出套95接線端插入用的插入孔52，此外，開關座7背面設有底蓋板31。[0044]本實施例的工作流程如下[0045]當低壓智能雙電源轉換開關安裝到位，並確認轉換開關的主、輔電源均已連接好以後，可以給轉換開關充電試動行。首先主電源模塊U1啟動工作，為各部分控制電路提供電源，同時不管輔電源是否帶電，功率繼電器J1都將輔電源模塊U2斷開，系統由主電源模塊U1供電。MCU1 (主處理器47)和MCU2 (輔處理器48)得電後啟動並自檢，點亮相應電源指示燈和觸頭指示燈，智能轉換開關紅色主電源指示燈亮，說明主電源已經送到主電源接線埠， 指示燈不亮則無電。若智能轉換開關紅色主觸頭指示燈閃亮，綠色輔觸頭指示燈熄滅，說明智能轉換開關工作在主電源位置。此時智能轉換開關尚處在自檢狀態，檢查各個硬體電路， MCU1檢查主、輔充電模塊和充電電壓是否正常，檢查4路驅動電路及驅動線圈是否正常，檢查三相電壓互感器及信號是否正常，檢查主輔自投電壓互感器及信號是否正常，檢查溫度傳感器及信號是否正常。MCU2得電後也自檢，檢測人機對話系統、通訊系統、控制系統等功能是否正常，檢測8路霍爾傳感器工作是否正常，傳感器位置與轉換開關位置是否對應一致。當MCUpMCU2處理器完成各項檢測並確認正常後，智能轉換開關紅色主觸頭指示燈停止閃亮，進入正常工作模式。在檢測過程中間智能轉換開關不能實現轉換操作，檢測時間約為 3秒鐘，如果檢測不正常，紅色主觸頭指示燈繼續閃亮，檢測時間超過3秒種，提示現場安裝人員智能轉換開關有故障或異常需要處理，智能轉換開關暫不能實現轉換操作。[0046]智能轉換開關進入正常工作模式後，就地操作轉換控制按鍵，或從遠方控制器中發出指令執行轉換操作，MCU2處理器接到轉換指令後，立即向MCU1處理器發出轉換控制信號，啟動4組電壓驅動器，再驅動4隻IGBT功率管按轉換到備用電源位置的極性要求，向電感線圈充電，驅動真空電磁驅動轉換開關內部的動觸頭向相反方向運動，以適合的轉換速度驅動4隻分立的真空電磁驅動轉換開關同時執行轉換操作，實現智能轉換開關由主電源位置到輔電源位置的轉換操作。此時，紅燈熄滅，綠燈閃亮。智能轉換開關進入由輔電源供電的工作狀態。與之同時，MCU1, MCU2處理器執行一系列的檢測任務檢查主、輔充電模塊和充電電壓是否正常，檢查4路驅動電路及驅動線圈是否正常，檢查三相電壓互感器及信號是否正常，檢查主、輔自投電壓互感器及信號是否正常，檢查溫度傳感器及信號是否正常。MCU2開始檢測人機對話系統、通訊系統、控制系統等功能是否正常，檢測8路霍爾傳感器信號是否正常，綜合三相電壓互感器信號，確認智能轉換開關的4極已同時轉換到位；檢測智能轉換開關轉換的速度符合要求，檢測4相真空電磁驅動轉換開關的動作一致；所有這些檢測完成後，確認智能轉換開關狀態良好，綠色輔電源指示燈停止閃亮，進入正常運行狀態。智能轉換開關在非首次的自檢過程中將優先執行轉換操作指令。[0047]就地操作轉換控制按鍵，或從遠方控制器中發出指令執行轉換操作，智能轉換開關又切換到主電源供電的狀態。[0048]當主電源出現失壓、欠壓、過壓、斷相、頻率偏差等故障時，同時MCU1處理器又檢測到輔自投電壓互感器有電，智能轉換開關立即自動執行轉換操作，將有異常的主電源切除， 投入無異常的輔電源。但是當MCU1處理器檢測到輔自投電壓互感器無電時，智能轉換開關不會執行轉換操作。如果輔電源是由發電系統供電時，智能轉換開關則通過總線通訊系統發出信號，自動啟動發電機組，智能轉換開關檢測到發電機組送出的電壓後，經過一定時間的延時後，以正常的方式切換到輔電源上，延時時間可以根據現場實際情況確定整定。[0049]當主電源恢復正常後，MCU1處理器檢測到主自投電壓互感器有電，智能轉換開關自動轉換到主電源上，發電機組輔電源則備用。經過一定時間的延時，確認主電源運行正常後，智能轉換開關通過總線通訊系統發出信號，自動停止發電機組的運行。[0050]在本實施例中，四個儲能電容器29分別是Ca、Cb、Cc、Cn，它們的充電方式如圖7所示，主充電模塊38和輔充電模塊39構成對稱的充電電路，主充電模塊38的整流橋D1的輸入端從主電源上接220V交流電源，整流橋D1正輸出端與IGBT功率管Q1的漏極相連，Q1的源極與限流電阻R1首端相連，Q1的柵極與電壓驅動器IC1輸出端相連，IC1輸入端連接MCU1 主處理器47 ;分壓電阻&、1 4、1 5串聯後並聯到整流橋D1的兩個輸出端上，穩壓二極體Z5與分壓電阻R5並聯。輔充電模塊38的整流橋D2的輸入端從輔電源上接220V交流電源，整流橋D2正輸出端與IGBT功率管Q2的漏極相連，Q2的源極與限流電阻R2首端相連，Q2的柵極與電壓驅動器IC2輸出端相連，IC2輸入端連接MCUl主處理器47 ;分壓電阻R6、R7、R8串聯後並聯到整流橋D2的兩個輸出端上，穩壓二極體Z6與分壓電阻R8並聯。限流電阻&的尾端與R2的尾端相連接，整流橋Dl和D2的負輸出端相連接，二極體τχ、Z2、Z3> Z4分別與儲能電容Ca、Cb、Ce、Cn串聯後再並聯，並聯電路一端連接Rl的尾端、另一端連接Dl的負輸出端，向MCUl提供充電模塊的米樣電壓。[0051]當主電源帶電時，整流橋D1工作，準備向電容器組Ca、Cb、Ce、Cn充電，同時將充電電壓反饋給MCU1，如反饋電壓正常，MCU1主處理器啟動電壓驅動器IC1,電壓驅動器IC1驅動IGBT功率管Q1導通，電源經限流電阻R1向儲能電容器組Ca、Cb、Cc、Cn充電。充電時間比較短，一般不超過3秒。當儲能電容器充滿後，整流橋D1和功率管Q1處常充狀態。電容器組Ca、Cb、Cc、Cn電壓參數通過取樣電路反饋給MCU1處理器，取樣電路電壓為3V，最高不超過5V，作為確定分合閘速度的依據之一。當輔電源也有電時，整流橋D2工作，準備向電容器組Ca、Cb、Ce、Cn充電，同時將充電電壓反饋給MCU1，但MCU1主處理器不啟動電壓驅動器IC2，使IGBT功率管Q2截止，不向儲能電容器組Ca、Cb、Ce、Cn充電，而作為電容器組Ca、 Cb、Ce、Cn的備充電源。只有當主電源失壓後，MCUl主處理器關閉電壓驅動器IC1,使IGBT 功率管Q1截止後，MCUl主處理器才啟動電壓驅動器IC2。電壓驅動器IC2驅動IGBT功率管 Q2導通，輔充電模塊39電源經限流電阻R2向儲能電容器組Ca、Cb、Ce、Cn充電。ZpZ2、Z3、 Z4為單極性導通二級管，防止智能轉換開關轉換操作時各電容器相互間幹擾。智能轉換開關轉換操作時IGBT功率管Qp Q2均斷開。[0052]在本實施例中，主、輔電源模塊的供電方式如圖8所示，主電源模塊U1經過功率繼電器J2的J21常閉接點從主電源上接220V交流電源，功率繼電器J1線圈兩端分別連接主電源模塊U1正負輸出端，電容C1與J1線圈並聯，輔電源模塊U2經功率繼電器J1的常閉接點 J11從輔電源上接220V交流電源，輔電源模塊U2負輸出端連接三極體Q3發射板，Q3集電極通過J2線圈連接輔電源模塊U2正輸出端，電阻R4 —端接Q3基板，另一端接MCUl主處理器 47，二極體Z7、Z8正極分別接主、輔電源模塊UpU2正輸入端，二極體Z7、Z8負極都與C1正極相連。二極體Z7、Z8負極為兩個電源模塊UpU2共同的輸出端。主、輔電源模塊Up U2在市面上有售，型號有PDFA05-S15N、FAS5-15-W等。[0053]當主電源帶電時，主電源模塊U1經過功率繼電器常閉接點J21充電運行，啟動功率繼電器J1，使功率繼電器J1的常閉接點J11打開，斷開輔電源模塊U2，同時向備用電容器C1 充電。備用電容器C1充滿電後，主電源模塊U1向控制電路送電，使得整個控制系統的供電由主電源模塊U1承擔。只有當主電源失壓時，主電源模塊U1失電停止運行，功率繼電器J1釋放，常閉接點J11閉合，輔電源模塊才充電運行，整個控制電路由輔電源模塊41供電。中間短暫停電間隙的供電，由備用電容器C1提供，使得整個控制電路不停電，與之同時，MCU1驅動放大三極體Q3,啟動功率繼電器J2,使主充電模塊U1退出運行。當主電源又恢復時，MCU1 處理器通過主自投互感器和主充電模塊的反饋電壓，獲知主電源恢復電壓，但是MCU1不會立即關閉放大三極體Q3、退出功率繼電器J2、閉合J21常閉接點而投入主電源模塊。只有當主電源運行穩定後，經過一定時間的延時，MCU1才會關閉放大三極體Q3,使功率繼電器J2失電，常閉接點J21閉合，主電源模塊才會得電投入運行，同時退出輔電源模塊U2。還有，通過 MCU1對三極體Q3和功率繼電器J2的控制，還可以防止主、輔電源模塊因電源的不穩定而造成「跳躍」式充電，同時確保主電源模塊U1為智能轉換開關的主供電源。
權利要求1.一種低壓智能雙電源轉換開關，其特徵是包括塑料製作的開關蓋(9)和開關座(7)，開關蓋(9)左上部設有四個主電源接線埠(12)及紅色主電源指示燈(10)，開關蓋(9)右上部設有四個輔電源接線埠(15)及綠色輔電源指示燈(14);開關蓋(9)中部設有紅色主觸頭指示燈(11)、綠色輔觸頭指示燈(4)、轉換控制按鍵(5)、液晶顯示屏(3)、按鍵矩陣(I)、返回按鍵(13)和復歸按鍵(2);開關蓋(9)下部中間設有負載電源接線埠(6)，開關蓋(9)中、下部之間有下凹的通訊線路通槽(21)，通訊線路通槽(21)右端設有I、II號通訊插口(16、17);開關蓋(9)背面的右邊裝有顯示電路板(24)和通訊電路板(26)，顯示電路板(24)背面有顯示連接插頭(28)，通訊電路板(26)上設有I、II號通訊插座(25、27)；開關座⑵的左腔室(30)內裝有四隻驅動儲能電容器(29)和採樣電路板(34)，採樣電路板(34)上裝有主、輔充電模塊(38、39)、主、輔自投電壓互感器(36、35)、A、B、C相電壓互感器(37、33、32)及連線用的引入插座(42)、引出插座(43);開關座(7)的右腔室(20)內裝有備用電容器(C1)和控制電路板(19)，控制電路板(19)上裝有主、輔電源模塊(UpU2)、主、輔處理器(47、48)、顯示連接插座(46)、通訊連接插座(18)及驅動電源引入、引出插座(44,45);開關座(7)的中間腔室(22)內裝有四個分別控制A、B、C、N相電源的真空電磁驅動轉換開關⑶； 所述的真空電磁驅動轉換開關(8)結構如下線圈架(81)上繞制有線圈(82)、線圈架(81)內套有真空瓷管(83)，真空瓷管(83)內腔裡裝有軟磁純鐵製作的鐵芯(85)，鐵芯(85)中心孔內套有銅製的軸杆(84)、軸杆(84)左端固裝有I號永磁鐵(86)和左動觸頭(87)，軸杆(84)右端固裝有II號永磁鐵(88)、過渡套(80)和右動觸頭(89)，I號永磁鐵(86)的磁極為軸向SN分布，II號永磁鐵(88)的磁極則相反,為軸向NS分布；真空瓷管(83)左端釺焊有左端蓋(90)，左靜觸頭(92)與左端蓋(90)之間焊接有波紋管(91)，左端蓋(90)上設有主電源引入接線端(94);真空瓷管(83)右端依次釺焊有負載電源引出套(95)、隔離瓷管(96)和右端蓋(97)，右靜觸頭(98)與右端蓋(97)之間焊接有波紋管(91)，右端蓋(97)上設有輔電源引入接線端(99);過渡套(80)兩側均有軟導線(100)連接負載電源引出套(95);左、右端蓋(90、97)的中心螺孔內均旋裝有斷路器專用液壓緩衝器(93);線圈架(81)上部左、右邊分別裝有霍爾傳感器(101) ;A、B、C、N相主電源接線埠(12)分別通過導線連接四個真空電磁驅動轉換開關(8)的主電源引入接線端(94)，A、B、C、N相輔電源接線埠(15)分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關(8)的輔電源引入接線端(99)，A、B、C、N相負載電源接線埠(6)分別通過導線連接相應的真空電磁驅動轉換開關(8)的負載電源引出套(95)上的接線端。
2.根據權利要求I所述的低壓智能雙電源轉換開關，其特徵是開關座(7)背面有四條主電源導線引入槽(49)及位於槽內端的供主電源引入接線端(94)插入用的插入固定孔(50)，有四條輔電源導線引入槽(55)及位於槽內端的供輔電源引入接線端(99)插入用的插入固定孔(56)，有四條負載電源導線引出槽(51)及位於槽內端的供負載電源引出套(95)接線端插入用的插入孔(52)。
3.根據權利要求I或2所述的低壓智能雙電源轉換開關，其特徵是主充電模塊(38)的整流橋D1輸入端從主電源上接220V交流電源，整流橋D1正輸出端與功率管Q1漏極相連，功率管Q1源極與限流電阻R1首端相連，功率管Q1柵極與電壓驅動器IC1輸出端相連，電壓驅動器IC1輸入端連接MCU1主處理器(47);分壓電阻R2、R4、R5串聯後並聯到整流橋D1兩個輸出端上，穩壓二極體Z5與分壓電阻R5並聯；輔充電模塊(39)的整流橋D2輸入端從輔電源上接220V交流電源，整流橋D2正輸出端與功率管Q2漏極相連，功率管Q2源極與限流電阻R2首端相連，功率管Q2柵極與電壓驅動器IC2輸出端相連，電壓驅動器IC2輸入端連接MCU1S處理器(47);分壓電阻1 6、1 7、1 8串聯後並聯到整流橋02兩個輸出端上，穩壓二極體Z6與電阻R8並聯；限流電阻R1的尾端和電阻R2的尾端相連接，整流橋D1和D2的負輸出端相連接，二極體Zi、Z2、Z3、Z4分別與儲能電容器Ca、Cb、Ce、Cn串聯後再並聯，並聯電路一端連接電阻R1尾端、另一端連接二極體D1負輸出端。
4.根據權利要求I或2所述的低壓智能雙電源轉換開關，其特徵是主電源模塊(U1)經功率繼電器J2的常閉接點從主電源上接220V交流電源，功率繼電器J1線圈兩端分別連接主電源模塊(U1)正、負輸出端，電容C1與功率繼電器J1線圈並聯，輔電源模塊(U2)經功率繼電器J1的常閉接點Jw從輔電源上接220V交流電源，輔電源模塊(U2)負輸出端連接三極體Q3發射板，三極體Q3集電極通過功率繼電器J2線圈連接輔電源模塊(U2)正輸出端，電阻R4 —端接三極體Q3基極、另一端接MCU1主處理器(47)、二極體Z7、Z8正極分別接主、輔電源模塊(UpU2)正輸出端，二極體Z7、Z8負極都與電容C1正極相連。
專利摘要一種低壓智能雙電源轉換開關，它的開關蓋上設有主、輔電源及負載電源接線埠、紅、綠指示燈、液晶顯示屏、通訊插口和各種按鍵，它的開關座左腔室內裝有四隻驅動儲能電容器和採樣電路板，採樣電路板上裝有主、輔充電模塊，主、輔自投電壓互感器，三隻電壓互感器，開關座右腔室內裝有備用電容器和控制電路板，控制電路板上裝有主、輔電源模塊，主、輔處理器，開關座中間腔室內裝有四個分別控制A、B、C、N相電源的真空電磁驅動轉換開關，該開關上有主、輔電源引入接線端和負載電源引出套。本實用新型為實現數位化信號採集、處理、控制和通訊功能的全面智能化提供了一種可實際應用的載體，且體積小，結構緊湊，使用與安裝都方便。
文檔編號H01H83/00GK202816840SQ201220444818
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者胡俊兵 申請人:胡俊兵