CN106099910B - 三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置。该电路包括第一相交流电源子电路、第二相交流电源子电路和第三相交流电源子电路；第一相交流电源子电路分别连接中性点、控制信号输入端和第一输出端，第二相交流电源子电路分别连接中性点、控制信号输入端和第二输出端，第三相交流电源子电路分别连接中性点、控制信号输入端和第三输出端；第一相交流电源子电路、第二相交流电源子电路和第三相交流电源子电路均包括至少两个电源输出单元，至少两个电源输出单元用于在控制信号输入端所接入控制信号的控制下选择性地输出不同电压等级的电压。本发明能在实现电源的无缝隙切换的同时，选择性地输出不同电压等级的电压。

Description

三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置

技术领域

本发明实施例涉及低电压穿越电源装置测试技术领域，具体涉及一种三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置。

背景技术

用于变频器的低电压穿越装置在电网电压降低时启动升压，将输入的低电压升高到额定值后为变频器供电。低电压穿越装置工作的输入电压变化范围较大，极端情况下会由额定电压跌落到额定电压的20％。对低电压穿越装置功能测试时，输入电压需模拟电网电压跌落和回升的变化趋势。现有的用于测试低电压穿越装置的电源，多是用调压器或可编程电源。由于电压很低，输出功率不变，会导致输入电流较大，又加上低电压穿越装置内部多采用BOOST电路，会使电流谐波很大进一步增大输入电流峰值，对测试电源产生很大的电流冲击，甚至将其损坏，一般容量的调压器或电源无法模拟电网电压降到额定电压20％的工况。所以，有必要研究有效的产生多等级电压的测试电源装置。

多电源无缝切换装置的工作方式是：输入端接在不同电压等级的电源上，不同电压等级的电源可通过不同变比的变压器提供，输出端接在低电压穿越装置的输入端；通过对内部开关器件投切控制，将不同电压输入到低电压穿越装置中去。多电源无缝切换装置的基本要求是：切换过程要连续无断电且无短路，即电压波形要连续，不能出现供电间断现象，不同等级电源之间不能短路；切换速度快，一般为毫秒级；内部接触器在开关过程中不能产生电弧；在由低压电源切到高压电源的时，输出电流不能出现冲击。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有技术中关于切换开关的文献多适用于同电压等级的电源切换。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术仅适用于同电压等级的电源切换的问题。

本发明提出了一种三相交流电源切换电路，包括：第一相交流电源子电路、第二相交流电源子电路和第三相交流电源子电路；

所述第一相交流电源子电路分别连接中性点、控制信号输入端和第一输出端，所述第二相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第二输出端，所述第三相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第三输出端；

所述第一相交流电源子电路、所述第二相交流电源子电路和所述第三相交流电源子电路均包括至少两个电源输出单元，所述至少两个电源输出单元用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下选择性地输出不同电压等级的电压；

其中，所述控制信号为外部控制单元根据所述至少两个电源输出单元的运行参数生成的。

优选地，所述电源输出单元包括：电源、第一晶闸管、第二晶闸管以及接触器；

所述电源分别连接所述中性点和所述第一晶闸管的一端，所述第一晶闸管的另一端连接所述第二晶闸管的一端；

所述第二晶闸管的另一端连接输出端，所述接触器分别连接所述电源和所述输出端。

所述第一晶闸管、所述第二晶闸管和所述接触器均连接所述控制信号输入端，用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下向所述输出端输出所述电源的输出，并执行切换动作。

优选地，所述电源输出单元还包括：缓冲电阻；

所述缓冲电阻分别连接所述第一晶闸管和所述输出端。

本发明提供了一种电源切换装置，包括：控制单元和如上述三相交流电源切换电路；

所述至少两个电源输出单元包括第一电源输出单元和第二电源输出单元，所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元均分别连接中性点和输出端；

所述控制单元连接所述控制信号输入端，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和负载侧的电流信号，并根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，通过所述控制信号输入端将所述控制信号输入至所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元，以使输出端的输出由第一电源输出单元的输出切换至所述第二电源输出单元的输出。

优选地，所述控制单元包括：检测子单元、控制器和驱动电路；

所述检测子电路，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和负载侧的电流信号，并将所述端电压信号和所述电流信号发送至控制器；

所述控制器，用于根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述驱动电路；

所述驱动电路，用于根据所述控制信号生成开关控制信号和驱动控制信号，所述开关控制信号用于控制所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的接触器，所述驱动控制信号用于驱动所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管。

本发明还提出了一种驱动上述电路的方法，包括：

接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管；

控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管；

在检测到第二电源输出单元的第三晶闸管的端电压信号过零点时，控制器通过驱动电路向所述第三晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第三晶闸管，以使与所述第二电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电，完成切换动作。

优选地，在接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管的步骤之前，该方法还包括：

在检测到所述第一晶闸管的端电压过零点时，控制器通过驱动电路向所述第一晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第一晶闸管，使得与所述第一电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电；

向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管，以完成启动供电动作。

优选地，所述控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作；并在执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管。

优选地，所述向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成且执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管。

由上述技术方案可知，本发明实施例提出的三相交流电源切换电路能在实现电源的无缝隙切换的同时，选择性地输出不同电压等级的电压。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一实施例提供的一种三相交流电源切换电路的示意图；

图2是图1所示的一种三相交流电源切换电路中不同电压等级的电源的结构示意图；

图3示出了驱动图1提供一种三相交流电源切换电路方法的流程示意图；

图4示出了本发明一实施例提供的一种电源切换装置中控制单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的三相交流电源切换电路的示意图，参见图1，该三相交流电源切换电路，包括：第一相交流电源子电路100、第二相交流电源子电路200和第三相交流电源子电路300；

所述第一相交流电源子电路100分别连接中性点N、控制信号输入端(图中未示出)和第一输出端，所述第二相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第二输出端，所述第三相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第三输出端；

参见图1可知，第一输出端、第二输出端和第三输出端分别为低电压穿越装置从上到下依次连接的三个端口；

所述第一相交流电源子电路100、所述第二相交流电源子电路200和所述第三相交流电源子电路300均包括至少两个电源输出单元，所述至少两个电源输出单元用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下选择性地输出不同电压等级的电压；

其中，所述控制信号为外部控制单元根据所述至少两个电源输出单元的运行参数生成的。

参见图1可知，第一相交流电源子电路100、所述第二相交流电源子电路200和所述第三相交流电源子电路300的内部结构相同，均包括n个电源输出单元，下文均以第一相交流电源子电路100进行说明；

本实施例提供的三相交流电源切换电路能在实现电源的无缝隙切换的同时，选择性地输出不同电压等级的电压。

本实施例中，所述电源输出单元包括：电源、第一晶闸管、第二晶闸管以及接触器；

所述电源分别连接所述中性点和所述第一晶闸管的一端，所述第一晶闸管的另一端连接所述第二晶闸管的一端；

所述第二晶闸管的另一端连接输出端，所述接触器分别连接所述电源和所述输出端。

所述第一晶闸管、所述第二晶闸管和所述接触器均连接所述控制信号输入端，用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下向所述输出端输出所述电源的输出，并执行切换动作。

参见图1可知，第一相交流电源子电路100中有n个电源输出单元，每个电源输出单元均包括一个电源、两个晶闸管，一个接触器；例如第一个电源输出单元包括：电源A1、第一晶闸管SCR11、第二晶闸管SCR12以及接触器KM11；

各电源的电压等级不尽相同，以使在切换装置的控制下，选择性的输出不同电压等级的电源。

本实施例中，所述电源输出单元还包括：缓冲电阻；

所述缓冲电阻分别连接所述第一晶闸管和所述输出端。

需要说明的是，由于添加了缓冲电阻，因此，该电路不仅可以实现电源的无缝隙切换，避免接触器在开关过程中产生电弧，还可以避免电流冲击对设备的损害。

图2是图1所示的一种三相交流电源切换电路中不同电压等级的电源的结构示意图，参见图2，本实施例通过一个变压器输出不同电压等级的电源；

该装置为副边多抽头的三相星Y型变压器。原边连接三相电网电压，副边连接切换装置。副边三相电压中的不同抽头具有不同等级的电压，切换装置在不同抽头之间进行切换，实现电源电压等级的变化；

可理解的是，抽头数量可根据需要而定，此处不进行限定。

其中，抽头A1-An对应图1中的电源A1-An，抽头B1-Bn对应图1中的电源B1-Bn，抽头C1-Cn对应图1中的电源C1-Cn，N1和N2分别为原边侧和副边侧的中性点。

图3示出了驱动图1提供一种三相交流电源切换电路方法的流程示意图，下面参照图3对该电路的工作原理进行详细说明：

接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管；

控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管；

在检测到第二电源输出单元的第三晶闸管的端电压信号过零点时，控制器通过驱动电路向所述第三晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第三晶闸管，以使与所述第二电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电，完成切换动作。

本实施例中，在接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管的步骤之前，该方法还包括：

在检测到所述第一晶闸管的端电压过零点时，控制器通过驱动电路向所述第一晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第一晶闸管，使得与所述第一电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电；

向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管，以完成启动供电动作。

本实施例中，所述控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作；并在执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管。

本实施例中，所述向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成且执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管

对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。

下面以延时时间为1s，第一相交流电源子电路100中由电源A1切换至A2的工作过程为例进行详细说明：

电源切换装置上电后，控制器进入初始化。在检测到晶闸管SCR11阳极和阴极间的电压差值过零点时，控制器经过驱动电路向晶闸管发触发脉冲，晶闸管SCR11导通后电源A1开始向外部供电，为了缩短晶闸管的工作时间以减少损耗，1S以后，控制器向接触器KM11发合闸电平，接触器合闸后，停止触发晶闸管SCR11，设备便完成开机启动供电。当控制器收到由电源A1切到电源A2的指令时，为避免接触器KM11直接关断而形成电弧，首先向晶闸管SCR11和SCR12发触发脉冲，接触器分闸的瞬间，晶闸管承担负载电流。在触发晶闸管SCR11时，电源电压不变，不需要投入缓冲电阻，接触器分闸前要触发晶闸管SCR12已将缓冲电阻短路。接触器断开后，再停止触发SCR11和SCR12，两个晶闸管会在电流过零点时自然关断。当SCR11和SCR12可靠关断并检测到SCR21阳极和阴极间电压达到一定值，触发SCR21。此时电源A2经过缓冲电阻R21给外部供电，1S后合上接触器KM21，电流切换到接触器，此时停止触发晶闸管。

在触发SCR21时，电源电压等级将发生变化，为消除由低电压向高电压切换过程中出现的电流冲击，要投入缓冲电阻，此时不触发晶闸管SCR22，待SCR21导通后，延时闭合接触器KM21，电源切换过程结束。

另外，同相其它切换开关单元之间的切换和其它相内切换开关单元的切换工作过程相同并且独立的，所述过程相同。

图4示出了本发明一实施例提供的电源切换装置中控制单元的结构示意图，参见图4，该电源切换装置，包括：控制单元和如上述的三相交流电源切换电路；

所述至少两个电源输出单元包括第一电源输出单元和第二电源输出单元，所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元均分别连接中性点和输出端；

所述控制单元连接所述控制信号输入端，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和电流信号，并根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，通过所述控制信号输入端将所述控制信号输入至所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元，以使输出端的输出由第一电源输出单元的输出切换至所述第二电源输出单元的输出。

本实施例提供的电源切换装置能在实现电源的无缝隙切换的同时，选择性地输出不同电压等级的电压

本实施例中，控制单元包括：检测子单元42、控制器41和驱动电路43；其中，

所述检测子电路42，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和电流信号，并将所述端电压信号和所述电流信号发送至控制器41；

所述控制器41，用于根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述驱动电路43；

所述驱动电路43，用于根据所述控制信号生成开关控制信号和驱动控制信号，所述开关控制信号用于控制所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的接触器，所述驱动控制信号用于驱动所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管。

应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，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 (8)

1.一种三相交流电源切换电路，其特征在于，包括：第一相交流电源子电路、第二相交流电源子电路和第三相交流电源子电路；

所述第一相交流电源子电路分别连接中性点、控制信号输入端和第一输出端，所述第二相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第二输出端，所述第三相交流电源子电路分别连接中性点、所述控制信号输入端和第三输出端；

所述第一相交流电源子电路、所述第二相交流电源子电路和所述第三相交流电源子电路均包括至少两个电源输出单元，所述至少两个电源输出单元用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下选择性地输出不同电压等级的电压；

其中，所述电源输出单元包括：电源、第一晶闸管、第二晶闸管以及接触器；

所述电源分别连接所述中性点和所述第一晶闸管的一端，所述第一晶闸管的另一端连接所述第二晶闸管的一端；

所述第二晶闸管的另一端连接输出端，所述接触器分别连接所述电源和所述输出端；

所述第一晶闸管、所述第二晶闸管和所述接触器均连接所述控制信号输入端，用于在所述控制信号输入端所接入控制信号的控制下向所述输出端输出所述电源的输出，并执行切换动作；

所述控制信号为外部控制单元根据所述至少两个电源输出单元的运行参数生成的。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源输出单元还包括：缓冲电阻；

所述缓冲电阻分别连接所述第一晶闸管和所述输出端。

3.一种电源切换装置，其特征在于，包括：控制单元和如上述权利要求1或2所述的三相交流电源切换电路；

所述至少两个电源输出单元包括第一电源输出单元和第二电源输出单元，所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元均分别连接中性点和输出端；

所述控制单元连接所述控制信号输入端，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和负载侧的电流信号，并根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，通过所述控制信号输入端将所述控制信号输入至所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元，以使输出端的输出由第一电源输出单元的输出切换至所述第二电源输出单元的输出。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括：检测子单元、控制器和驱动电路；

所述检测子电路，用于检测所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元中第一晶闸管的端电压信号和负载侧的电流信号，并将所述端电压信号和所述电流信号发送至控制器；

所述控制器，用于根据所述端电压信号和所述电流信号生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述驱动电路；

所述驱动电路，用于根据所述控制信号生成开关控制信号和驱动控制信号，所述开关控制信号用于控制所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的接触器，所述驱动控制信号用于驱动所述第一电源输出单元和所述第二电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管。

5.一种驱动上述权利要求1或2所述的电路的方法，其特征在于，包括：

接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管；

控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管；

在检测到第二电源输出单元的第三晶闸管的端电压信号过零点时，控制器通过驱动电路向所述第三晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第三晶闸管，以使与所述第二电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电，完成切换动作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在接收到切换指令时，触发第一电源输出单元的第一晶闸管和第二晶闸管的步骤之前，该方法还包括：

在检测到所述第一晶闸管的端电压过零点时，控制器通过驱动电路向所述第一晶闸管发送驱动控制信号，以导通所述第一晶闸管，使得与所述第一电源输出单元连接的电源通过输出端向外供电；

向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管，以完成启动供电动作。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作，并停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，控制第一电源输出单元的接触器执行断开动作；并在执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管和所述第二晶闸管。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成后，停止触发所述第一晶闸管的步骤具体包括：

执行预设时间的延时动作后，向所述第一电源输出单元的接触器发送闭合控制信号，以使所述接触器执行合闸动作，并在合闸动作完成且执行预设时间的延时动作后，停止触发所述第一晶闸管。