开关切换（精选8篇）
开关切换 篇1
0 引言
山西广播电视无线管理中心1125台主要担负着山西卫视和山西人民广播电台节目在晋北地区覆盖的任务, 为保证信号源的安全可靠, 每一套节目都有三路信号源互为备份。我台采用了不同的路径和方法来获得信号, 它们分别是一路数字微波信号和两路不同卫星的卫星信号。并从中选择出一路可靠、稳定、质量好的信号, 平常把数字微波信号作为主用信号, 送到发射机发射出去。三路信号的选择原来是用一台四路选一切换器进行人工手动切换。如果正在使用的主路信号源因故障中断, 就要求值班人员及时发现, 并分析判断出节目信号源中断原因, 然后再手动切换到备用的其他正常的信号源上。这样, 值班人员的注意力要求非常集中, 以免造成停传, 在重要播出保证期间还要求做到“眼不离屏, 手不离健”。为此, 改手动切换为自动切换就非常有必要了。
1 视音频信号切换器的改进
我台采用了不改动原电路, 在四选一切换器上增加一个具有相应功能的电路, 代替人工操作, 使其按要求自动切换。它具有视频信号自动检测功能, 逻辑判断功能, 自动控制功能。下面介绍其具体电路:
1.1 视频信号检测
检测视频信号有无很关键, 我们选用了一款视频检测专用芯片TS1821。它是一片自动检测有无视频信号的芯片, 通过内置的同步分离电路, 先将输入端的视频信号分离出同步信号, 再对同步信号进行检测。当检测到同步信号时, 则视为有视频信号, 输出高电平。当检测不到同步信号时, 则视为无视频信号, 输出低电平。检测结果不受视频信号输入幅度的影响。
TS1821的基本电路结构如图1所示。1脚为电源输入端;2脚为视频信号输入端;3脚为视频放大输出端;由2脚输入的视频信号经芯片内的放大电路放大后从3脚输出;4脚为同步分离检测输入端, 它通过耦合电容与3脚相连;5脚为电源接地端;6脚为视频检测输出端, 检测到视频信号时, 输出状态为高电平 (约等于Vcc) ;检测不到视频信号时, 输出状态为低电平 (约等于OV) 。
1.2 逻辑控制电路
视音频智能切换开关的逻辑控制电路如图2所示。
本电路采用一块2输入4与非门CD4011和一块4输入双与门CD4082组成。电路中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是由CD4011组成的4个与非门, 由其真值表可知, 只有当2个输入端均为高电平时才输出低电平, 其它状态时均输出为高电平。Ⅴ和Ⅵ是由CD4082组成的2个4与门, 由其真值表可知, 只有当4个输入端均为高电平时, 输出端才为高电平, 其它状态时均输出为低电平。也即只要有1个输入端为低电平, 就输出低电平。G1、G2、W1和W2分别对应的是4路输入视频信号分别在TS1821的6脚输出的视频检测控制信号。当4路视频信号均正常时, 对应的G1、G2、W1、W2也分别为高电平。同理, 当有一路或多路没信号时其对应的输出也为低电平。由图2可知, 信号源的优先控制权依次为G1、G2、W1和W2。只要4路信号源有一路, 就能可靠输出, 且响应快 (在ms级) 。当G1有信号时, 它会自动选择G1信号源, 当G1无信号时, 就会从G2、W1、W2中依次自动快速地选出有信号的那一路。其具体工作原理为:G1作为主路信号, 当G1有信号时, 视频检测芯片TS1821将输出一个高电平信号G1, 通过电阻R1使BG1导通, J1工作, 控制切换开关, 使G1的音视频信号自动输出送到发射链路;同时, 通过与非门Ⅰ, 送一个低电平信号到与非门Ⅱ再到Ⅲ和与门Ⅴ、Ⅵ。使它们都输出低电平, 对应的BG2、BG3、BG4不导通, J2、J3、J4不工作, 得到只有一个信号输出的目的。当G1因故无信号时, 若此时G2信号正常, 则与非门I送出高电平, G2为高电平, 与非门Ⅱ输出低电平, Ⅲ输出高电平, BG2导通, J2工作, 使对应的切换开关自动切换到G2信号源上, G2的音视频信号自动输出送到发射链路;同时使Ⅴ和Ⅵ输出低电平 (这时不管Ⅴ和Ⅵ其他输入为何电平, 只要有一个输入低电平, 它们就输出低电平) 。使得J1、J3、J4不工作, 只有G2导通。当G1信号恢复到正常时, 再自动切换到G1。当G1和G2都没有, W1有信号时, G1、G2为低电平, Ⅰ和Ⅱ输出高电平, W1为高电平, 故Ⅴ输出为高电平, BG3导通 (此时只有BG3导通) J3工作, 对应的切换开关自动切换到W1信号源上, W1的音视频信号自动输出送到发射链上;同理, 当G1、G2和W1都没有, W2有时, 这时, Ⅵ输入全为高电平, 输出高电平, BG4导通 (只有BG4导通) , J4工作, 对应的切换开关自动切换到W2信号源上, W2的音视频信号自动输出送到发射链路。总之, 可以发现只要有1路信号正常, 就会自动选择该路信号源播出, 当4路信号都有时, G1将被优先选中。
1.3 音视频信号切换开关
逻辑电路是从多路信号中选择出一个信号来, 使之只有一个输出去控制该对应的音视频信号切换开关。选择的优先控制权依次为G1、G2、W1、W2, 继电器的作用就是一个通断的功能, 把继电器控制的两个接点接到四选一切换器的按键开关的两端, 即可进行控制, 继电器工作, 短路按键开关, 相当于按下按键开关。如:当G1有信号时, J1工作, 对应G1信号按键开关被短路, 锁定G1信号选出。G1无信号时, J1释放, 对应G1选择键放开。此时, 将从其他信号源中自动选择出一路信号来。这样改动最少, 不影响原有功能。为防止这部分电路出现故障, 使切换器锁死, 特为这部分电路的电源加装一开关。开关接通, 进入自动切换状态, 反之, 为手动状态。
本电路只要安装无误, 无须调试即可正常使用。晶体管选常用的9013, β≥100。继电器选用小型的DC-12 V。电阻选用1/4 W的金属膜即可。
2 结论
改进后的视音频信号智能切换开关在我台工作近两年来, 工作稳定可靠, 实现了信号的自动检测和切换, 大大减轻了值班人员的工作强度, 确保了发射台的安全播出。
摘要：针对我台需对多路视音频信号进行检测、倒换的要求, 介绍了对一种四选一信号手动切换器进行改进, 使其具有视频信号检测功能和自动切换功能。
关键词：视音频信号,检测,切换
参考文献
[1]张学田.广播电视技术手册[M].北京:国防工业出版社, 2000.
[2]邓木生.数字电子电路分析与应用[M].北京:高等教育出版社, 2008.
[3]高广任.现代数字电路与逻辑设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.
开关切换 篇2
摘要：煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关是在工作风机出现故障的情况下，引起通风机的通风量降低，使控制开关上的风靶产生位移，控制干簧管传感器的动作，接通控制线路，启动备用通风机，实现双风机欠风自动切换。
关键词：煤矿掘进通风机 欠风自动切换控制开关
0 引言
煤矿掘进工作面经常因为停电、电气开关故障、电动机故障、局部通风机故障等原因造成巷道通风风量不足，导致瓦斯等有害气体超限。以前由于没有使用风机自动切换装置，掘进工作面只有1台风机通风工作，风机停转，工作面的人员就要立即撤出。需要人工启动备用风机，恢复正常通风后，工作人员才能进入工作面工作。所以严重影响了井下掘进工作面的安全生产。对安全生产造成威胁，针对这种情况，提出了在通风机欠风时，备用风机自动切换的解决方案。即分别在每台对旋通风机的出口安装欠风自动切换控制开关，防止通风机在停电、电气开关的故障。电动机故障，局部通风机等故障时造成风量不足，本控制开关自动接通备用通风机的电源，备用风机立即投入运转。不会使巷道内出现无风状态，不会形成瓦斯及煤尘的积聚，及时提供工作风量，确保安全生产。
目前应用的掘进通风机自动切换开关是采用电源断电切换控制，在双电源系统中，如果有一路线路因故障导致停电，相应电源开关的中间继电器因断电切换，接通备用开关的控制电路，备用开关启动接续通风工作。其缺点是如果工作通风机因控制开关机械故障、电动机故障、通风机机械故障等因素使得通风机欠风时，备用通风机不能切换而造成欠风，瓦斯聚集，容易发生煤矿事故。
1 装置的技术路线
煤矿井下向一个掘进工作面供风，必须有两台掘进通风机，一台工作一台备用。两台局扇的电源分别取自二趟电源，称双风机双电源，如果一趟电源发生事故，另一趟线路的备用掘进通风机要求能够快速启动，向掘进地点供风。掘进通风机欠风自动切换控制开关安装在每台通风机的出风口，当工作通风机正常工作时。风量足够大，推动欠风自动切换控制开关中垂直安装的可以摆动的风靶，风靶1上的磁钢5接近磁控干簧管2，干簧管的接点在磁场作用下吸合，接通通风机控制开关中的继电器线路，通风机正常运行。见图一所示：
当由于电源故障，电气开关故障、电动机故障、局部通风机机械故障等原因造成欠风时，在重力作用下，风靶1下垂，磁钢5远离干簧管开关2，干簧管开关释放，断开控制开关的控制线路，继电器释放，工作开关停止运行，继电器相应接点闭合备用开关控制线路，备用通风机启动运行，维持掘进工作面正常通风。完成自动切换工作。调节干簧管在滑道的位置，可以调节干簧管与磁钢的距离，从而调节欠风量动作值。
2 装置的工作原理
煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关安装在防爆对旋式通风机的出风口处，如图二所示。开关3由风靶1、磁钢5和干簧开关2、滑道4等构件组成，如图图二所示，风靶1经转轴垂直安装在控制开关中，风靶与干簧开关中通过磁钢的磁场相关联，在通风机正常工作时，通风量足够大，风力推动风靶向上偏移，磁钢与干簧管接近，干簧管在磁场的作用下，接点吸合，维持通风机正常工作。在通风机的电源、电气开关、电动机、局部通风机机械等故障发生时，引起通风机的通风量降低，在重力的作用下，风靶下垂，在风靶上固定的磁钢与干簧管的距离增大，当它们距离大于设定值时，磁钢的磁场不足以维持干黄管开关的释放，通过控制线路启动备用风机，实现风机的欠风自动切换。
由调节滑道中4的干簧管的位置，可以改变控制风量的设定值。
3 小结
煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关，解决了现有的掘进通风机控制开关在电气开关机械故障、电动机故障、局部通风机故障等因素造成工作面欠风时，不能可靠切换到备用风机的问题。
本开关结构简单，工作可靠、维修方便。保护范围广，受到现场技术人员的好评，是实现煤矿通风安全自动化有效的控制装置。
参考文献：
[1]田玉楚.双风机控制器结构[J].自动化学报，1999，25（6）：824-827.
[2]金以慧.风机控制装置[M].北京：清华大学出版社，1993.
智能型双电源自动切换开关 篇3
随着社会的发展,时代的进步,人们对工业自动化、智能化、网络化程度要求的进一步提高,传统的普通型双电源自动切换开关,因其结构简单,功能单一,智能化程度不高,已越来越不能满足现代市场的需求了,目前市场上的普通型双电源自动切换开关,在功能上主要存在以下几方面缺陷[1]:
(1)控制系统不具备对不同使用场合、不同控制要求的供用电设备进行自动供电控制的功能。(2)功能模块化不够、工作柔性化差。(3)无缺相、失压、过压、短路、过载、超频保护等功能。(4)无通信功能,无法使控制器的运行可被远程操控。(5)采用继电器逻辑控制电路,元器件和电路的故障率高。(6)无智能化功能,不能满足智能网络需求。
表1是普通型产品于智能型产品的技术参数对比表。
从表1可以看出,普通型与智能型在功能上存在较大的差异,普通型产品的使用范围远不如智能型产品,因此,大力发展智能型双电源自动切换开关既是市场的需求,也是技术发展的必然趋势[2,3,4]。
2 智能型双电源自动切换开关的主要功能
1)测量与显示:集合了电量变送器、数显表、数据采集器等仪器的部分或全部功能。测量功能包括:两路三相相电压、频率。同时,检测转换开关的状态量(合闸、分闸、脱扣)等。采用LCD液晶大屏幕中文显示。完备的中文操作提示使操作更方便。
2)判断与控制:控制器对两路电的供电质量进行延时判断后,具有自动切换时间可调l~60 s,输出20 A无源触点,控制转换开关切换。转换开关可以是两个机械联锁的接触器,电动空开,也可以是专业的ATS(如SOCOMEC)。
3)通信功能:控制器同时具有RS232C、RS485串行通信接口,应用通信规约,借助于PC或数据采集系统上运行的软件,能提供一个简单实用的对工厂、电信、工业和民用建筑物双电源切换管理方案。实现双电源切换的“遥控、遥测、遥调、遥信”四遥功能。产品可远距离控制消防信号输出。
4)编程与设置:允许用户在现场或监控中心对其工作状态“自动/手动”、“一路优先供电、二路优先供电和无优先供电”、通信参数、转换需要的各种延时等参数进行更改设定。同时记忆在内部Flash存储器内,在系统掉电时也不会丢失。在现场或监控中心设定油机启动、报警输出等功能。
5)时钟功能:控制器具有实时时钟,并可进行校准。
6)优化的电源设计:控制器的供电电源可以外接直流供电(12~24 V),也可以不接;不接时,当两路A相电压都没有时,工作将失效。
7)数字化的参数整定:控制器的所有参数均采用数字化调整,摈弃常规采用电位器的模拟调整方法,简化了硬件电路,提高了整机的可靠性和稳定性,每个参数均可以单独调整,不会对其他参数造成影响。
8)双电源供电双分状态:系统负载于双分状态的时候,不论两组电源是否正常以及系统“手动”和“自动”的预置状态,系统都仍然保持双分状态。
9)产品保护功能:过负荷和短路保护;断相、断路保护;失压、欠压保护,保护精度高。
10)高性能单片机程序控制,采用模块化结构设计,具有极强的抗电磁干扰能力,适合在强电磁干扰的复杂环境中使用,无噪声运行。嵌入式安装方式,结构紧凑,安装方便。
3 智能型双电源自动切换开关的结构特点和工作原理
智能型自动转换开关主要由以下几部分组成:智能控制器、机械联锁传动机构、电动机、断路器、输入输出接线端子等组成。智能型自动转换开关及双电源开关控制器原理图见图1和图2。
工作原理:控制器对两路电压/电流同时进行检测,对高于额定值(可调)的电源电压/电流判为过电压/电流,对低于额定值(可调)的判为欠电压/电流。微机控制电路对上述检测结果进行逻辑判断,处理结果通过延时(可调)电路驱动相应的指令向电动操动机构发出分闸或合闸指令。
上述检测结果可在智能自动控制器面板LCD显示屏上显示出来,也可以同时通过485串口与计算机相连,采用软件控制,供用户查找原因,以便用户在最短时间里修复线路,使双电源供电恢复原状态。
硬件设计:智能型自动转换开关是由装置本体和智能自动控制器两大部分组成。开关本体由两台带有电动操动机构的断路器及附件(辅助报警触头等)、机械联锁机构、电器联锁、熔断器、接线端子等组成,所有零部件安装在一块金属板上。智能控制器由新型的单片机及输入输出、LCD显示、电源、485通信等诸多模块组成。
上述两者之间通过专用的航空插头接口和专用的长度不超2 m的屏蔽电缆相连接,组成智能控制系统,智能系统控制电源电压为220 V(50/60 Hz)或12/24 V直流电源。产品具有机械、电气双重连锁保护功能,为供电提供了安全可靠的保证。产品可完成三相三线、三相四线的双电源供电的自动切换。电气原理图如图1所示。MCU选择带4路10位A/D的89C591单片机,输入/输出用串行接口芯片74LS164/165,液晶模块用LCM 122×32,串行通信接口采用485芯片,控制器的实时时钟用DS1302芯片实现,内部Flash存储器为AT24C04,两路三相电压电流的采样采用隔离变压器完成。采样精度达1%。发电机启动信号为无源触点,消防信号为24 V DC/220 V AC/380 V AC。
软件设计:智能型自动转换开关系统软件分通信软件和单片机程序两部分。通信软件用VC++编写,采用结构化、模块化编程方法,由人机界面、数据库、通信等模块组成。单片机程序采用模块化编程方法,用Keil C编程完成。程序由测量与显示程序、小波变换滤波程序、判断与控制程序、按键设置程序、参数整定程序、通信控制程序、油机启动程序、看门狗保护程序等部分组成。
智能型自动转换开关采用单片机作为控制芯片,在工业环境中,不可避免地会遇到电源波动、电磁波辐射等干扰,如果单片机出现死机、程序跑飞等非正常情况就会造成控制器不工作或者误工作。因此,除了必须在电路上做抗干扰的措施以外,单片机型号的选取和一些软件措施也是必要的。经比较得知,P89C591的抗干扰能力较强,其硬件看门狗WDT也提高了系统抗干扰的能力。WDT由一个l4 bit计数器和看门狗定时器复位寄存器WDTRST组成。WDT在复位时是无效的。为了使能WDT,用户必须对WDTRST(位置0A6H)顺序写入01EH和0El H。当WDT使能,振荡器在运行的每个机器周期,将它加1,除复位(硬件复位或WDT溢出复位)外没有别的办法使WDT失效。当WDT溢出,在Rs T管脚输出一个高电平复位脉冲。这样,就可以保证万一程序跑飞或死机,单片机能马上复位,重新开始运行、监测两路电源状态。
4 结语
新一代智能型双电源自动切换开关具有传统普通型产品不可比拟的诸多优点:产品集数字化、智能化、网络化于一体,测量及控制过程实现自动化,减少人为操作失误,真正实现机电一体化的自动转换开关,具有电压检测、频率检测、通信接口、消防接口、电气机械互锁等功能,可实现自动、电动远程、紧急手动控制,确保主、备二路电源不会同时接通。结构紧凑、外形美观、操作安全可靠、体积小、安装方便、功能全、控制回路与装置通过专用电缆连接、电路先进,可广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁通、市政、智能大厦等行业及部门的电气装置、自动控制和调试系统,发展前景光明。
参考文献
[1]IEC60947-6-1:2005低压开关设备和控制设备:第6部分第1篇自动转换开关电器[S].
[2]GB/T14048.1-2006低压开关设备和控制设备第1部分:总则[S].
[3]GB/T14048.2-2006低压开关设备和控制设备第2部分:断路器[S].
开关切换 篇4
1 工作原理
码流无缝切换保护开关作用是将输入的主备两路码流信号进行无缝隙的主备自动切换而选择一路正常信号输出,具备断电直通功能,从而保证播出节目不受影响。EVERTZ码流无缝切换保护开关设备包含机箱和码流无缝切换保护开关板卡两部分,本设备采用标准的3U机箱,配置安全可靠的双电源模块,还可以提供5个切换模块(可以扩展到7块),且支持热插拔功能(不会丢失模块参数),方便设备的调整和调换。可以为多种类型和接口的信号(包括视频、音频、标清、高清等)提供操控服务,在相同模式下还可以用于光缆和同轴线缆接口。
工作原理:两路ASI码流输入信号分别经过均衡器处理后,被送至无缝平滑切换模块,CPU控制器通过TS监测模块提供的数据来判断两路输入ASI信号中那一路为正常信号而控制无缝平滑切换模块选择正常信号为输出信号,其中无缝平滑切换模块通过先寄存正常码流即采用缓存延时技术实现无缝平滑切换,码流无缝切换保护开关工作原理如图1所示。
2 开关配置
正确配置码流无缝切换保护开关是使用保护开关的关键,EVERTZ码流无缝切换保护开关提供方便快捷的网络配置功能,提供自身网管系统,包括服务器和客户端程序,EVERTZ码流切换开关采用服务器、客户端方式的网络管理方式。所有状态以及参数配置都可以通过客户端来完成。为了让码流切换开关正常工作,需要对其重要的项目和参数进行设置。
2.1 CLEAN SWITCH CONTROL参数设置说明
SWITCH MODE (开关模式)有三种选项:AUTO,Auto-Manual Return,Manual。
AUTO为自动模式,选择这种模式,开关会自动在input 1和input 2间切换,当输入1有问题时会自动切换到输入2,当输入1恢复正常时,开关会自动检测确认后切换到输入1,即这种模式优先保证切换到主输入上;在这种模式下不能进行手工切换。
Auto-Manual Return和自动模式一样,当某路出现故障时,会自动切换到另一路上,但不会主动切换到主路上来,即当前如果input1输入有错误,会自动切换到input2上,而当input1恢复正常时,也不会切换到input1上,如要切换到input1,则需要手动进行切换。
Manual手动模式,选用这种完全依仗手动才能进行切换,即使在当前输入出现错误的时候,也不进自动行切换。
2.2 Settings开关设置
2.2.1 Switch Method
设置开关切换时所依据的原理,这种原理的选择需要针对不同来源的节目流进行相应的设置。如先得分析好节目流来源是单节目还是多节目,本软件也带有码流分析的功能,下文中将会有相关说明,共有三种选项。
2.2.2 Packet Matching
这种方式既可以运用在多节目流也可以运用在单节目流中。但要求两路输入源必须相同(input1和input2一组),多半是从同一个复用器或是同一个DA源过来的,还要求在流中必须要包含有PCR和视频流。选用这种模式,输出可以达到无缝切换的水平(流中所有的节目)。
2.2.3 GOP Boundary
这种模式运用在单节目流中。节目来源既可以是相同的,也可以是近似的(来自于备份或是Redundant冗余的复用器),输出可达到无缝或是接近无缝的水平,要求输入流中必须包含有PCR和视频流。
2.2.4 Packet Switch
这种模式主要适用于输入流不完全相同或是流中只包含有数据和音频的情况。切换输出时,不能完全做到无缝切换,有时会有黑屏和静帧的现象。一般选用这种模式居多,经过测试选用这种模式,切换稳定可靠。
2.3切换条件设置
一般情况切换条件只设置TS sync Ermr(同步错误)、Sync Byte (同步字节丢失)、PAT Error (PAT错误)和节目PID丢失四个关键参数,TS Sync Error、Sync Byte、PAT error项进行强制切换设置,即选择:FORCE SWTICH方式,SEVERITY设为:critical (严重的),切换方式一般设为:FORCE SWITCH。一般只需对视、音频PID进行条件切换设置,其他PID不做检测切换。设置时一般选用WM1时间,时间的设置大小一般不超过500MS。
3 开关维护
EVERlZ码流无缝切换保护开关设备是一种性能稳定而被广泛使用的,EVERIZ码流无缝切换保护开关设备的典型故障就是由于温度过高导致死机而没有输出,在使用中出现多次死机无输出现象,经分析排查发现EVERTZ码流无缝切换保护开关设备电源功率不足,导致散热风扇风量不足,技术人员经过多次与厂家沟通,电源由180W更换为540W就解决了这个问题。EVERIZ码流无缝切换保护开关设备在使用中要定期检查切换板卡上的散热风扇需要定期更换,维护经验是二年左右需更一次散热风扇。
4 结语
开关切换 篇5
开关磁阻电机系统的控制方式，是指电机运行时对哪些参数进行控制以及如何进行控制，使电机系统的输出特性满足要求。目前开关磁阻电机系统的控制方式主要有3种控制方式，电流斩波控制、电压斩波控制、单脉冲控制。开关磁阻电机系统可以采用多种控制方式，不同的控制方式对应的电机特性也有较大的差异;由于应用场合一般要求电机有较宽的转速范围和较宽的转矩调节范围，为了使电机在不同的转速范围内都能获得理想的性能指标，一般根据电机的转速范围选用不同的控制方式、或者不同方式的组合。在启动和低速阶段，电流的上升速度较快，采用电流斩波控制可以有效地限制电流的峰值;在中速阶段，采用电压斩波可以兼顾电机系统的出力、效率、噪声;在高速段，采用单脉冲控制可以获得较高的系统效率，同时也能获得较大的出力。
随着电机转速的变化，不同的控制方式之间必然要进行切换。在控制方式切换时，会出现转矩突变的现象，转矩曲线如图1所示，转矩突变后，经过几个调节周期，转矩重新恢复稳定。在一些对转矩响应和转矩平稳性要求高的场合，普通控制方式切换方法满足不了使用要求。
本文首先分析了控制方式切换时，转矩波动产生的原因，并给出了控制方式切换时减小转矩波动的控制方法。经过试验验证，该控制方法可以使开关磁阻电机系统在控制方式切换时，减小转矩波动，加快转矩调节速度，使电机稳定运行。
2 控制方式切换时，转矩波动产生的原因
SR电机绕组轮流通电一周产生磁阻转矩为[1]
式中：N1为定子凸极数;N2为转子凸极数;U为相绕组外加的有效电压;ω为转子角速度;θ为关断角;θon为开通角。
若电机型号确定，开通角和关断角给定，上式积分部分为一常数，式(1)可写为
式中：F为式(1)中的积分和系数部分，与开通角和关断角有关。
因此，开关磁阻调速电机的可控参数有：绕组电压、开通角、关断角。改变其中1个或2个参数，即可调节SR电机转矩。虽然电机控制中，改变的是相绕组外加的有效电压U、绕组电流的关断角θ、开通角θon，但都借助了相电流这个中间量来实现对电机的运行特性的控制，所以研究控制方式切换时，转矩波动产生的原因，可以转换成研究电流不连续的原因。
图2为控制系统电流环控制框图，目标电流与实际电流的偏差经过PI调节器调节，输出相应控制方式下的可调节量，可调节量经过功率变换电路输出给定电流。
在电机控制方式切换时，由于PI调节器输出的类型变化，导致PI调节器的比例、积分参数由零开始调节，使实际电流从零调节到目标电流，如果PI调节器调节速度慢，就会造成电流不连续。图3为电机控制方式切换时电机相电流波形，电机从单脉冲控制切换到电压斩波控制，电流调节需要4个调节周期，造成4个周期的电机转矩不连续。
3 控制方式平稳切换控制方法
针对上述问题，本文提出采用增加预置补偿器来实现控制方式平稳切换。平稳切换电流环框图如图4所示。在电机正常运行时，预置补偿器无效，控制系统输出只由PI调节器控制;而在电机系统的控制方式切换时，预置补偿器有效，实际电流为PI调节器的输出与预置补偿器的补偿电流之和。
以单脉冲控制向电压斩波控制切换为例，具体说明平稳切换控制方法中预置补偿器的工作过程，其流程图如图5所示。
电机转速由高降低，电机在设定的单脉冲向电压斩波控制切换转速点，预置补偿器有效。预置补偿器判断当前的控制方式切换类型为单脉冲向电压斩波控制切换。预置补偿器读取控制方式切换前，单脉冲控制方式系统输出的电流，通过计算得出电压斩波控制方式产生相应的电流所需PWM占空比。
其计算方法，可以通过实际测量得出，首先测出在控制方式切换点转速下，单脉冲控制的开通角、关断角与电流的关系，再测量同一转速点电压斩波的PWM占空比与电流的关系，由此可以通过电流建立占空比与开通角、关断角的一个关系，关系曲线如图6所示。通过此关系可以计算出补偿给定，经过实际测量，此关系满足一分段函数，如下式所示：
式中：x为PWM导通宽度;y为单脉冲电流导通宽度与导通周期之比。
将计算得出的补偿占空比与PI调节输出的占空比相加，得到控制方式切换为电压斩波时的第1次给定值。
控制方式切换时，如果第1次输出的实际电流与切换前的实际电流偏差很大，则预置补偿器仍然有效，继续输出补偿给定。直到预置补偿器检测的实际电流与控制方式切换前的实际电流的偏差在允许范围内时，预置补偿器无效，控制方式切换完成。
4 试验验证
为了验证该控制方法的有效性，用同一测试系统，不同的控制方式，对比测试电机控制方式切换时电流与转矩。对比测试电流波形如图7所示;对比测试转矩输出曲线如图8所示。图7a为未采用预置补偿器的控制方式;图7b为采用预置补偿器的控制方式。未采用预置补偿器的控制方式，控制方式切换时，电流的过渡过程为4个调节周期，转矩由80 N·m突变到10 N·m，经过几个调节周期，重新稳定至80 N·m;而采用预置补偿器，电流过渡平稳，电流没有调节过程，转矩没有突变。
5 结论
本文针对开关磁阻电机控制方式切换时，易出现转矩波动问题，提出了一种补偿的控制方法。首先分析了控制方式切换时，转矩波动产生的原因，针对这些原因，给出了控制方式切换时采用预置补偿器来减小转矩波动的控制方法。经过试验验证，该方法可以使开关磁阻电机系统在控制方式切换时，电流过渡平稳，减小转矩波动，加快转矩调节速度，使电机稳定运行。
参考文献
开关切换 篇6
火力发电厂重要配电段负荷都是影响到机组或系统安全的用电负荷,为了确保这些重要负荷供电的可靠性,通常都配置了双路电源,当主电源发生故障时会自动切换至备用电源。为了实现两路电源之间的快速自动切换,双电源切换开关被广泛应用,但是由于开关在切换过程中,存在固有的动作时间,配电段电源会有短时失电,在此过程中,会造成负载控制回路中的交流接触器失电返回,没有失压重启功能的负载将会停运。
某电厂拥有5×600MW+2×1000MW的装机容量 ,6、7号1000MW机组辅助厂房低压厂用电400V系统多个配电段使用了GE ZTS双电源切换开关。自投运以来,一方面提升了配电段供电的可靠性,另一方面由于在选型、设计及使用等方面存在一定的缺陷,给运行方式和其他电气设备带来一定的困扰。
2 双电源切换系统概述
GE ZTS双电源切换开关用于为负载提供不间断的电源。在电源1电压或频率降低至预设置限度时,双电源切换开关会自动将负载从电源1切换至电源2。GE ZTS双电源切换开关主要由开关本体和控制系统(包括MX150控制器及其相关回路)两部分组成,整个切换系统如图1所示。
电压、频率检测以及系统控制通过安装在控制箱门处的MX150控制器执行,该控制器的作用是对切换开关进行高精准度的控制。
3 双电源切换开关工作模式
3.1 自动模式
通过对控制器的欠压、低频、恢复电压、恢复频率、切换延时等参数进行设置,由控制器自动完成在各种设定工况下的电源切换,无需人工干预。
3.2 试验模式 / 测试模式
在两路电源均正常的情况下,通过人工操作控制器上的“TEST”按钮完成电源切换,切换动作无人为延时。为防止误碰、误操作,设有密码防护。
3.3 手动模式
在两路电源均停电、负载母线段停电的情况下,通过操作手柄进行开关的机械切换。此方式仅限于开关检修时使用。
4 双电源切换开关切换方式
分为自投自复型和自投不自复型两种,在设计选型时只可以选择其中一种。
4.1 自投自复型
对于自投自复型开关,两路工作电源有主电源和备用电源之分,控制器对主电源与备用电源进行监测,并进行自动切换。当两路电源都正常时由主电源供电,即图1中开关处于N位置。主电源发生异常(任一相电压欠压、低频、缺相)时,经设定的延时后,开关由N位置自动切换至E位置,即负载由备用电源供电。当主电源恢复正常后,则自动延时由E位置切换至N位置,返回到主电源供电。该工作模式常用于备用电源为柴油发电机供电的系统。
4.2 自投不自复型
对于自投不自复型开关,两路工作电源实际上没有主备之分,控制器对两路工作电源进行监测,并进行自动切换。当工作电源1出现异常时,自动延时切换到工作电源2工作。当工作电源1恢复正常时系统并不切换供电电源,直至工作电源2发生异常时,再自动切换至工作电源1工作。
5 双电源切换开关应用情况
6、7号机组辅助厂房低压厂用电400V系统GE ZTS双电源切换开关在设计选型时采用自投自复的工作模式,根据配电段负荷容量计算选用额定电流分别为400A、600A、800A的开关。
在脱硫保安400V配电段中带有增压风机油站油泵、吸收塔搅拌器等重要负荷,无论是主电源切换至备用电源还是备用电源切换至主电源的过程中,这些设备都会停运,虽然吸收塔搅拌器可以通过保护装置的失压重启功能实现自动重启,但是还是会有一定时间的停运过程,此时会对一次系统造成一定的影响。而那些没有失压重启功能的负载则需要人工手动投入运行。这是由开关在切换过程中存在的固有动作时间和控制器的控制原理造成的。
以下以6号机组脱硫保安段双电源切换开关(800A)为研究对象,进行带载切换试验及分析。
5.1 主电源至备用电源的切换
其切换原理是当控制器检测到主电源电压低于额定电压(380V) 的75%或频率低于额定频率(50Hz)90%,同时备用电源电压和频率均正常(高于额定电压、频率的95%)时,控制器经设定延时和分析判断后自动将负载供电由主电源切换至备用电源。
为了防止在外部故障或配电段较大负荷电机启动时引起主电源母线电压的短时下降,从而造成双电源切换开关的切换,在主电源切换至备用电源的延时中设定了1s。
如图2所示为主电源带载切备用电源母线电压波形。从图2中可以看出,负载母线电压从下降至恢复正常总计1801ms,即主电源切换至备用电源的时间为1801ms,期间三相母线电压最低均降至0V,这势必造成母线上负载控制回路中的交流接触器失电返回,运行中的负载停运。
5.2 备用电源至主电源的切换
其切换原理是当控制器检测到主电源恢复正常(电压和频率均高于额定值的95%),经过设定延时后自动回切至主电源供电。
为了确保主电源可靠、稳定地恢复正常后再回切,避免出现开关的反复切换,设定回切延时为15s,此延时的长短对回切时间和运行负载状态的影响是相同的。
如图3所示为备用电源带载切主电源母线电压波形。从图3可以看出,电源切换时间约为40ms,负载母线A相电压最低降至56V,而交流接触器控制回路的控制电源均设计取自A相母线电压。对于回路中的220V交流接触器,规程标准要求动作电压应在额定电压220V的30%-65%(66V144V)之间,低于30%额定电压(66V)时应该可靠不动作。因此在此切换过程中负载的停运是正确的。
5.3 试验结果分析
从各配电段的切换试验结果来看,主电源切换至备用电源的切换时间较长(约为1.8s),三相母线电压基本下降至0V,交流接触器回路中的接触器必定失电返回,负载停运。备用电源回切至主电源的切换时间较短(约为40-60ms),三相母线电压下降程度与配电段所带负荷有关,负荷较重时,母线电压下降幅度较小,可能不会造成负载停运;当配电段负荷较轻时,母线电压下降幅度较大,就极有可能造成负载的停运。
6 双电源切换开关应用中的问题
6.1 设计选型存在的问题
由图2和图3的波形可以看出,无论是哪种切换都会造成接触器回路负载的停运,对于自投自复型切换开关会由于主电源的异常和恢复正常造成负载的两次停运。而对于自投不自复型开关只会有一次切换,减少了负载的停运次数。
6、7号机组辅助厂房多个公用系统MCC配电段使用的自投自复型GE ZTS双电源切换开关,设计都是从6号机和7号机脱硫400V工作段各取一路工作电源。
由于设计原因和两台机组建设速度的不同,这些公用系统MCC配电段的主电源均取自6号机脱硫400V工作段,这样就造成了正常运行时6号机脱硫400V工作段的负荷较高,运行电流约为1300A,变压器温度较高,达到78℃;7号机脱硫400V工作段的负荷较低,约为700A,变压器温度较低,约为65℃;存在较为严重的负荷分配不均问题,并且也无法通过双电源切换开关对公用系统负荷进行合理分配。
为了克服上述两个缺点,将这些公用系统MCC配电段的ZTS双电源切换开关增加GE 23P2008自投不自复模块,并对控制器程序进行升级,将其改造为自投不自复型。这样两路电源之间没有主备之分,相互切换延时均设定为1s,两路电源之间的相互自动切换时间均为1.8s左右,试验 / 测试模式切换则无设定延时。
技术改造后通过优化运行方式,6号机和7号机脱硫400V工作段的运行电流均为1000A左右,两台变压器温度均约为70℃,两配电段的负荷分配均衡且灵活,运行方式较为合理。
6.2 操作不当引发的问题
7号机组脱硫保安段GE ZTS自投自复型双电源切换开关曾发生两次在无故障情况下自动切换的现象,原因是由于在做电源切换试验时,试验人员没有完全掌控控制器的性能,通过操作控制器面板“TEST”按键,完成了主电源至备用电源的切换。在此操作过程中试验人员无意中开启了控制器的“自检程序周期”,结合参数“时钟自检程序”设定为“每周”,造成了开关连续两周定时进行自动切换的故障现象。最终通过取消该“自检程序周期”才解决问题。
6.3 检修不当引发的问题
如图4所示为控制系统原理图。6号机脱硫MCC段母线在停电检修结束后,需要使用1000V的兆欧表测量三相母线对地和相间绝缘电阻,此时双电源切换开关在主电源位置(图1中N位置),且已拔掉控制器的二次线插头。当试验人员向AB相母线施加1000V直流电压的瞬间,控制系统电源1检测回路中的PS-8896电桥(额定电压24VAC)烧损。分析其原因:控制系统回路中通过380 / 24VAC的变压器为该电桥提供一次侧电源,虽然已将控制器隔离,但并未有效隔离PS-8896电桥,当测量绝缘时变压器一次侧瞬间通过1000V的直流电,导致变压器二次侧电压远超过电桥额定电压,使其损坏。
以此为鉴,特别要注意的是在测量母线绝缘之前,必须使用机械操作手柄把双电源切换开关打在中间位置(图1中P位置),将控制系统与一次系统完全隔离,才可以确保控制系统的元器件不致受到损害。
7 结束语
对于没有使用柴油发电机作为第二路工作电源的系统,双电源切换开关宜使用自投不自复型,一方面避免母线电压波动造成开关的反复切换;另一方面可以减少开关的切换次数,延长开关的使用寿命,减少一些负载停运的次数;第三便于运行方式的调整。
根据整组试验反措要求,不允许用卡继电器触点、短接触点或类似的人为手段进行保护装置的整组试验。同样,在做双电源切换开关的切换试验时,应分别模拟与故障情况相符的两路电源故障,而不应采用控制器面板按键切换的人为方式。
开关切换 篇7
关键词：电能质量,快速切换开关,绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) ,双电源,切换过程
0 引言
在目前的电力供电系统中, 供电网络有时会由于大型冲击性或非线性负载的投切、雷击、负载故障等原因, 导致供电电源出现电压暂降或者电压瞬时中断等问题, 这类电能质量问题[1]导致对某些敏感负荷供电的非连续, 造成严重的后果。不间断电源和动态电压恢复器是为了解决这些问题而发展出来的, 而不间断电源的容量小, 不适合大容量的工业场合, 动态电压恢复器的造价太高, 也不适合大规模的投入使用。鉴于此, 一般的企业里有两条或两条以上的电力馈线, 一条作为常用供电电源, 另一条作为备用电源, 正常情况下由常用电源为负载供电。当常用电源出现故障时, 通过切换开关切断常用电源, 同时投入另一备用电源向负载供电。
传统投切方法是用机械开关或者基于可控硅 (SCR) 的固态切换开关[2], 将负荷从故障线段切换到无故障的母线上。虽然机械开关本身具有静态稳定性、通态损耗低等优点, 但是其切换速度和暂态特性都不是十分理想, 而基于SCR的固态开关因其关断不可控, 需要电流过零后才能切换, 因此切换时间相对较长, 且固态开关在晶闸管导通状态时有明显的电能损耗, 发热较为严重, 因此固态开关需要体积大且昂贵的冷却装置, 无疑增加了成本, 也不是最佳选择。
因此, 本文重点研究了一种基于全控型电力电子器件绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 的双电源快速切换开关[3], 辅以机械开关和精确的控制, 并进行了一系列仿真和实验研究, 仿真及实验结果一致表明:本文所研究的切换开关, 不仅切换速度快, 而且损耗低, 能够有效解决传统切换开关的固有问题, 切实保障了敏感负载供电的连续性。
1 双电源切换开关的基本结构及工作原理
1.1 基本结构
本文所研究的快速双电源切换开关包括三个模块:数据采集模块、控制模块及开关单元本体。数据采集模块由霍尔传感器构成, 用来检测电源两侧的电压电流值;控制模块以DSP为主控芯片, 对采样的数据进行处理, 生成相应的控制信号, 控制开关的快速切换;开关单元本体由两个反向并有二极管的IGBT反向串联, 然后和机械开关并联组成, 该切换开关的开关单元本体结构如图1 所示。
1.2 基本工作原理
本文所研究的切换开关串接在供电电源和负载之间。为了减小开关管的通态损耗, 在开关管的两侧并以机械开关, 正常情况下, 常用电源通过机械开关为负载供电, 此时的供电状态如图2a) 所示。同时由数据采集模块实时检测各路电压、电流值, 再由控制模块对采集的数据进行处理。当控制模块检测出常用电源侧发生故障时, 会输出相应的控制信号, 触发与常用电源相连的IGBT, 同时断开机械开关。由于IGBT的通断时间是微秒级, 机械开关的分合闸时间是毫秒级, 故IGBT先导通, 电流从机械开关侧转移到IGBT侧, 负载、IGBT和二极管建立回路, 如图2b) 所示。机械开关两端压降等于两个管子的通态压降, 大约为2V, 因此可以快速分合闸且不会发生起弧现象。当控制模块判断出机械开关断开后, 便会控制常用电源侧的IGBT关断。当电路电流降到零, 且备用电源电压处于正常范围内, 立即触发备用电源侧的IGBT, 由备用电源向负载供电。此时的通态过程如图2c) 所示。一段时间后, 开通备用电源侧的机械开关, 此时IGBT仍导通, 不会发生起弧现象, 再关断备用电源侧的IGBT, 电源通过机械开关向负载供电, 如图2d) 所示, 至此完成整个切换过程。
2 电压检测方法及切换保护措施
2.1 电压暂降的检测方法
电压跌落检测对快速切换开关是至关重要的, 是整个控制系统的关键, 能否快速地检测出电压跌落直接影响到切换的快速性和开关的使用价值。本文提出了一种基于瞬时无功功率理论的单相dqo检测方法, 该方法的原理是利用单相电压构造虚拟的三相对称电压, 使其满足三相对称系统的特点, 从而实现单相系统的dqo电压检测。为了尽量减少延迟的角度, 本文采用下面的构造方法, 即将a相电压延迟60°得到c相电压的负值, 将a、c两相电压求和后取反得到b相电压, 由此得到的三相电压延迟只有60°, 较为理想。
假设a相电压有效值为U1, 初相角为φ1, 根据上面理论构成的三相电压为:
然后根据式 (2) 的park变换, 求解出Ud和Uq。
最后利用式 (3) , 即可计算出电源电压的有效值。
控制系统要确保电源电压有效值处在一定的范围内, 超出该范围就要进行切换操作。该方法原理简单, 采用和标准值比较的方法可快速地检测出电压的变化, 进而控制切换[4]。
2.2 投切过程中的保护措施
为了保证安全, 本文采用过零切换的方式[5], 即等到常用电源侧的电流降至零后才触发备用电源侧的开关单元。为进一步防止开关切换失败或者出现环流, 本文考虑了多重保护措施。
在初始投入该装置时, 要同时触发常用电源侧的机械开关和IGBT。IGBT先导通, 使得机械开关两端电压被钳位至很低, 此时机械开关将无弧导通。待控制模块接收到机械开关导通后的反馈信号后, 立即关断IGBT, 则常用电源、机械开关和负载形成通路。为了避免环流的形成, 投切备用开关时, 常用电源侧、备用电源侧和负载侧都采用了多重保护措施。首先判断接触器的反馈信号是否为零, 以证明机械开关已经断开;其次判断常用电源侧的电流是否为零或小于IGBT的维持电流, 以证明常用电源侧回路开路完成;第三保证负载母线上的残压也降为零。对于非线性负载而言, 残压降为零的时间相对较长, 无法满足快速切换的要求, 因此本文采用一种较为快速的措施, 即保证备用电源和负载母线之间的电势差为零, 即可切换。当常用电源、备用电源、负载三侧的电压和电流中任一项高于门限值后, 说明出现了过压和过流故障, 则立即关闭所有的机械开关和电子开关, 进一步的检修电路。
3 仿真研究及结果分析
本文利用Matlab软件搭建电压等级为220V的低压快速切换开关的仿真平台, 负载设为纯阻性, 负载电流有效值为50A。分析了常用电源电压出现电压暂降故障时的情况。
如图3 所示, 常用电源侧的电压在0.03s时刻幅值跌落30%, 备用电源侧的电压正常, 在0.03s时刻进行了双电源间的切换;如图4 所示, 常用电源侧的电流在0.03s后降为零, 备用电源侧的电流则升高;如图5、图6 所示, 负载的供电没有受到常用电源侧电压降落的影响, 供电正常。
从电压暂降故障的仿真波形可以看出, 当常用电源发生故障时, 基于瞬时无功功率的dqo单相电压检测方法可以迅速地检测出电压故障, 整个切换过程时间仅为1ms, 实现了双电源间的无缝对接。由此证明该开关结构及控制方法的正确性。
4 样机的低压实验测试
图7 为样机的低压实验主接线示意图。其中双电源电压等级为220V交流电, 采用的IGBT的额定电压1200V, 额定电流300A, 机械开关PS采用额定电压220V、额定电流32A的三相快速交流接触器, 采用纯阻性负载。由于快速切换开关的各故障的检测原理和切换过程基本相同, 本实验只考虑了常用电源侧电压瞬时中断这一最具代表性的故障情况。实验采用断路器模拟电源电压瞬时中断, 三相交流接触器并为一相, 使接触器的额定电流是原来的3 倍。
实验过程中在某时刻断路器断开, 常用电源电压立刻中断, 图8 为常用电源侧电压波形图, 而备用电源侧电压正常, 图9 为备用电源电压波形图。
当控制系统判断出电源故障后, 立即控制备用电源投切, 实验中整个切换过程用时4ms, 图10、图11 显示了负载的电压和电流波形, 从电压电流波形可以看出, 负载的供电是基本连续的, 并没有受到常用电源侧电压中断故障的影响。
5 结语
本文研究了一种快速双电源切换开关, 该装置以IGBT作为硬件核心, 辅以精确的控制和多种安全保护措施。仿真和样机的低压实验均表明本文研究的快速双电源切换开关使双电源之间的切换更快速、更安全、更稳定, 切换时间小于5ms, 双电源间仅存在1/4 周波的供电缺口, 基本实现了双电源的无缝对接, 即使是敏感负载也是没有影响的。因此, 该装置能够切实满足敏感负荷对电能质量的苛刻要求, 在解决各类保电任务中具有实用价值。
参考文献
[1]蒋平, 赵剑锋, 唐国庆.电能质量问题及其治理方法[J].江苏电机工程, 2003, 22 (1) :16-18.
[2]穆永保, 张建成.固态开关在电能质量控制技术中的应用研究[C]//全国电工理论与新技术学术年会, 2005.
[3]刘顺炮, 郑建勇, 顾东亮, 梅军.基于IGBT的混合式自动转换开关研究[J].电力自动化设备, 2006, 26 (11) :32-35.
[4]Moschakis M N, Hatziargyriou N D.A detailed model for a thyristor-based static transfer switch[J].IEEE Transactions on Power Delivery, 2003, 18 (4) :1442-1449.
开关切换 篇8
关键词：双电源,无负载切换,自动转换开关,可靠性,安全性
1 引言
ATSE的全称为自动转换开关电器,是Automatic transfer switching equipment的缩写。ATSE主要用于紧急供电系统,其作用是将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用)电源的开关电器,以确保重要负荷连续、可靠运行。ATSE常常应用在重要的用电场所,因此其产品可靠性尤为重要。自动转换开关电器的转换一旦失败,其电源间的短路或重要负荷断电(甚至短暂停电),其后果都是严重的,这不仅仅会带来经济损失(使生产停顿、金融瘫痪),也可能造成社会问题(使人的生命处于危险之中)。因此,工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。
ATSE是国家规范要求应用的一种保证供电连续性、可靠性的电器设备。它目前越来越广泛地应用于高层建筑、公共建筑、工厂、医院等,已成为配电系统中一种极其重要的设备。从实际使用角度出发,合理选用ATSE是一个需要综合考虑的问题。
选用ATSE时,需要考虑多方面的因素:设备的安全性、可靠性;设备的使用寿命;设备维护的成本,设备维护时对用户正常用电的影响;设备的转换动作时间等。
在对产品设计的跟踪调查中,研究人员发现:为保证ATSE正常工作,对其持续维护的工作,是一个很难解决的问题。各种带负载切换型的ATSE (例如双断路器型、双负荷开关型、单臂双掷型、双接触器型等),每3个月需要让备用触头工作0.5 h,以破除触头氧化层。但很少有单位能长期坚持这项工作,物业公司的变换,也可能使这项工作停顿。而在像地下室这样的工作环境,触头氧化问题会直接影响ATSE的安全使用和寿命。
时下,市面上出现了一款全新的ATSE,即CATSN系列无负载切换型自动转换开关,解决了双电源切换开关领域内一直认为是无法解决的触头氧化问题。
2 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)
2.1 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)的工作原理
无负载切换型自动切换开关电器(CATSN),是一种与其他双电源切换设备工作原理完全不同的新型设备。它由转换开关、机械机构、控制器和断路器或负荷开关组成。其工作原理是:先让断路器或负荷开关断开负载电路,再让转换开关在无负载情况下进行电源切换,切换完成后再合上断路器或负荷开关。这种切换方式曾长期运用在高压换闸操作中。采用这种方式转换电源时,转换开关处于无负载、无电流的状态,因此转换触头不存在电弧方面的问题,可以对其进行密封、涂抹导电润滑脂等处理,因而很好地解决了触头氧化问题(其他各种类型的双电源切换开关均为带负载切换型,转换触头必须具备分断电弧的能力,且备用电源侧的触头因长期处于打开状态,必然会导致触头氧化问题,影响设备使用安全)。
2.2 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)的优势
无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)很好地解决了触头氧化的问题,因而在实际使用过程中,具有以下几点优势。
2.2.1 安全性、可靠性
CATSN的产品既不存在两路电源之间发生物理性短路的可能(双断路器型、双负荷开关型),也不存在两路电源间发生电弧性断路的可能(单臂双掷型)。同时,不会发生触头氧化问题(触头被氧化,产生氧化物,接触电阻增加,一旦投入使用,触头温度增高易造成开关烧毁甚至爆炸,俗称“开关放炮”,若由此造成供电中断,轻则影响生产和生活,重则造成重大事故)。出于对触头的保护,行业内对ATSE的做法是定期(3个月)做转换实验,烧触头30 min,破除触头的氧化层。但是真正能做到定期保养触头的用户却少之又少,这无疑给ATSE设备留下安全隐患。
另外,CATSN增加了一些提高设备运行安全性和可靠性的设计。其中之一是自投不自复的复位按钮,使设备不会在电网扰动、控制器扰动的情况下,开关出现不可控的自复转换,影响用户用电。
综合来看,CATSN系列无负载切换型自动切换开关具有更高的安全性、可靠性。
2.2.2 使用寿命大大延长
由于触头氧化问题,带负载切换的ATSE的常闭开关使用寿命相对较长;而其常开开关使用2年后就需要更换,特别是在环境差的地方,像地下室、窖井、矿井、化工、盐雾环境,常开开关触头氧化问题特别突出,触头被氧化,电弧会使开关更易、更早出现熔焊、粘连等问题,缩短ATSE的使用寿命。
CATSN的转换开关触头是无弧、涂油、密封的,不存在氧化问题。它的使用寿命比常闭开关的使用寿命还长,所以整体设备使用寿命大大延长。
需要说明的是,ATSE的控制器寿命与电子行业的发展水平相关,CATSN的控制器与其他厂商生产的控制器并无本质区别。控制器的使用寿命一般为5～10年左右,即可拆换。
2.2.3 维护成本低,而且维护时可以不用转换断电
对双电源转换开关的维护,主要是维护触头和控制器。出于对触头的保护,行业内做法是定期(3个月)做转换实验,烧触头30 min,破除触头的氧化层。控制器的维护需要切换开关有切换动作,要从一路电源转换到另一路电源。这给维护工作人员带来较大的工作量,而且很难坚持。
CATSN无需定期保养触头,只需定期(3个月)对控制器检查维护,如果切换电源,必然会给用户用电带来影响,所以CATSN可以不对电源进行切换,而只需按一下控制器复位键,确定控制器在正常工作即可。
2.2.4 合理的转换动作时间
CATSN为了提高设备安全性而增加了转换步骤,无疑使转换动作时间增加,其转换动作时间在1～4s之间。要达到更短的转换时间,就需增加其电机的功率和提高转速。但电源的切换速度并非越快越好,须综合考虑以下几点:
(1)电弧的可靠熄灭时间为120 ms,转换时间小于这个时间肯定是不安全的。两路电源间在电弧没完全熄灭时切换,将出现电弧短路的安全问题,会引发短路事故。
(2)对于感性负载,若电源切换速度太快,当ATSE从常用电源切换到备用电源时,负载会产生反电势,此反电势和备用电源电势叠加在一起,有可能产生大的冲击电流,使负载设备受到极大的机械应力,同时造成熔断器熔断或断路器脱扣。
(3)停电后,控制器还需要一段时间确认故障。若电源电压有短暂的波动,切换时间太短会使切换开关来回切换,影响正常供电。
(4)大多数设备断电10 ms就要重新启动。例如,电脑断电10 ms就需重新启动、高压钠灯断电3.6 ms就会熄灭。目前,双电源切换开关的最快切换时间是80～100 ms,这个切换速度大多数设备仍然会断电并重新启动。也就是说,超过10 ms的转换速度,对负载设备效果一样,都需要重新启动才能正常工作。
新的《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008中,对双电源切换时间的规定:ATSE的转换动作时间,应满足负荷允许的最大断电时间的要求;疏散照明切换时间不应大于5 s,备用照明切换时间不应大于5 s,金融商业交易场所切换时间不应大于1.5 s;消防电梯、排烟系统、中央监控系统、火灾报警及灭火系统自动恢复供电时间不大于15 s;安全照明切换时间不应大于0.25 s。
3 结语
CATSN无负载切换型自动转换开关,以其全新的技术,攻破了双电源转换开关领域内多年一直认为无法攻克的技术难关,可为广大用户提供更安全、可靠的用电环境;其具有较低的维护成本和超长的使用寿命等优点,必将引领双电源切换开关电器领域的新一轮技术革新。
参考文献
[1]陈改.自动转换开关电器的选用[J].建筑电气,2005(3).
[2]宋光振,汉军.建筑电气设计中自动转换开关电器(ATSE)的选择与应用[J].电气应用,2010(7).
[3]张忠利.自动转换开关电器(ATSE)的选用及应用[J].电气技术, 2007(2).