智能双电源切换装置（精选6篇）
智能双电源切换装置 篇1
0引言
双电源自动切换开关电器主要用在紧急供电系统, 将负载电路从一个电源自动换接至另一个 (备用) 电源, 以确保重要负荷连续、可靠运行, 因此常常应用在重要用电场所, 其产品可靠性尤为重要。 转换一旦失败将可能造成电源间的短路或重要负荷断电 (甚至短暂停电) , 后果都是严重的, 不仅仅会带来经济损失 (使生产停顿、金融瘫痪) , 还可能造成社会问题 (使生命及安全处于危险之中) 。 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。
1双电源自动切换开关组成
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ats) +控制器。双电源自动转换开关电器 (atse) 质量的好坏关键取决于ats, 其可分为:
(1) pc级ats:一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、 转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
(2) cb级ats:配备过电流脱扣器的ats, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 它是由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工作状况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅为常用电源容量的20%~30%。控制器与开关本体进线端相连。控制器一般应有非重要负荷选择功能。控制器有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成;另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好、参数可调及精度高、可靠性高、使用方便等优点。
2分类
双电源主要分为:
(1) PC级双电源 ( 整体式) : 能够接通、 承载、 但不用于分断短路电流的双电源。 双电源若选择不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 在此情况下保证可靠的接通回路。
(2) CB级双电源 ( 双断路器式) : 配备过电流脱扣器的双电源, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流. 双电源若选择具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
3操作规范
(1) 当因故停电, 且在较短时间内无法恢复供电时, 必须启用备用电源。 步骤: 切除市电供电各断路器 (包括配电室控制柜各断路器、双电源切换箱市供电断电器) , 拉开双投防倒送开关至自备电源一侧, 保持双电源切换箱内自备电供电断路器处于断开状态;启动备用电源 (柴油发电机组) , 待机组运转正常时, 顺序闭合发电机空气开关、 自备电源控制柜内各断路器; 逐个闭合电源切换箱内各备用电源断路器, 向各负载送电;备用电源运行期间, 操作值班人员不得离开发电机组, 并根据负荷的变化及时调整电压、厂频率等, 发现异常及时处理。
(2) 市电恢复供电时, 应及时做好电源转换工作, 切断备用电源, 恢复市电供电。 步骤:按顺序逐个断开自备电源各断路器, 顺序为, 双电源切换箱自备电源断路器→自备电源配电柜各断路器→发电机总开关→将双投开关拨至市电供电一侧;按柴油机停机步骤停机;按顺序从市电供电总开关至各分路开关逐个闭合各断路器, 将双电源切换箱自市电供电断路器置于闭合位置。
(3) 检查各仪表及指示灯指示是否正常, 启动变压器内冷却风扇。
4工作条件
(1) 周围空气温度: 上限+40℃ , 下限-5℃ , 24h的平均值不超过+35℃。
(2) 海拔:安装地点的海拔不超过2000m。
(3) 大气条件: 大气相对湿度在周围空气温度为+40℃时不超过50%, 在较低温度下可以有较高的相对湿度。
(4) 污染等级: 3级。
5工作原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路供负荷用电, 主回路投入具有优先权。 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
智能双电源切换开关内部结构图如图1所示。
注:1-行程开关 (一开一闭两个触点) ;2-3P空开;3-主电与备电的合闸指示灯;4-电动与手动传动轴;5-3P空开;6-单相同步此轮减速电动机;7-合闸拨片;8-220V线圈的四开四闭点的继电器;9-控制回路插接件;10-手动、自动开关。
装置主回路、二次回路图分别如图2、图3所示。
工作原理:
(1) 手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开所以只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
(2) 自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
当手、 自动开关打到自动时, KA的开点闭合, 通过主行程开关的闭点使电机开始往合主电方向转动, 当转到主行程开关行程到位时, 主行程开关闭点断开电机停转, 主电投入使用, 主行程开关开点接通使主电合闸指示灯点亮。当主电没电时则KA断开, 备电电源2L1提供电机控制电源, KA闭点接通, 通过备行程开关的闭点使电动机往备电合闸的方向 (即主电的反方向) 转动, 当转到备行程开关行程到位时, 备行程开关闭点断开电机停转, 备电投入使用, 备行程开关开点接通使备电合闸指示灯点亮。
摘要：介绍双电源互相智能切换装置的组成、分类、操作规范及工作原理。
关键词：手动模式,自动模式
智能双电源切换装置 篇2
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ATS) 、控制器。 而ATS又有PC级 (整体式) 与CB级 (断路器) 之分。 双电源自动转换开关电器 (ATSE) 质量的好坏关键取决于ATS。
PC级AT为一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
CB级ATS即配备过电流脱扣器的ATS, 其主触头能够接通并用于分断短路电流。 它由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅是常用电源容量的20%~30%。 控制器与开关本体进线端相连。
控制器也有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成; 另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好, 参数可调及精度高, 可靠性高, 使用方便等优点。
双电源主要分为PC级双电源 (整体式) 和CB级双电源 (双断路器式) 。 PC级双电源:能够接通、承载、但不用于分断短路电流的双电源。 不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 保证回路可靠接通。 CB级双电源:配备过电流脱扣器的双电源, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
2 智能双电源切换装置结构原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路, 主回路投入具有优先权, 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
一个不需要外接控制器的智能双电源切换开关实物如图1 所示。
开关打到自动位置时装置可自动进行主备电切换;开关打到手动位置时通过装置前面的手柄来切换。
装置内部结构如图2 所示。
装置主回路如图3所示。
二次回路如图4所示。
手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
3 EPS输出与市电互相切换的控制原理
某单位区域内的EPS系统, 市电两路供电一用一备, 经过成套互投装置输出与EPS输出互投。 与EPS输出双电源互投没有用成套装置, 而是用两个接触器的逻辑控制系统形成与市电的互投, 但完全可实现市电优先投切、市电断电EPS输出自动投切、市电恢复正常EPS输出自动断开市电自动投切的功能。 两个接触器一、二次系统如图5 所示。
左侧为市电输入电源, 右侧为EPS输出输入电源, 1KM为市电投入接触器, 2KM为EPS投入接触器。 1SA为LW12-16 系列万能转换开关, 1SA打到手动档位时触点3 和4 闭合、7 和8 闭合, 1SA打到自动档位时触点1 和2 闭合、5 和6 闭合。 KA为自动状态的投切继电器, 吸合电源取自市电电源, KA的开点与闭点取自市电与EPS的控制电源, 两接触器之间有互锁关系, 故两个接触器不会同时吸合。 SB1/SB2 为1KM的停止/启动按钮, SB3/SB4 为2KM的停止/启动按钮。
1SA在手动状态时, 触点3 和4 接通、7 和8 接通, 按SB2 则1KM吸合, 按SB1 则1KM断开, 按SB4则2KM吸合, 按SB3 则2KM断开。
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].
智能双电源切换装置 篇4
1 智能双电源切换的技术方案
此文是对自动切换PLC控制进行论述, 包括其双负载—双电源在内, 对于电路的逻辑把控继电器, 将替换成PLC程序控制, 因它拥有切换保卫、检查与测定缺相的作用, 特别是有关供电电源三相, 当电源变回原来正常的状态, 便可反切换, 且是自动运行, 如果正常还原与故障出现, 可区分对待发出音响告示及报警。这种自动切换PLC控制, 即双负载一双电源, 它在维护缺相上重点运用如下技术预案, 即信号回路的检验测试的设立, 包括三相缺相, 此信号回路取决于主回路即三相电源中的, 也就是将继电器KA1至KA6平分, 前三个与后三个隔开, 并接入Ul与U2主回路电源, 且是单相回路里的A、B、C相, PLC的传输信号是继电器中的触点, 且处于常开态, 即前三个KAl至KA3, 后三个KA4至KA6, 以此当成PLC编写与制定的输入前提, 即在逻辑把控程序检测三相缺相Ul与U2过程中。而自动切换PLC控制双负载一双电源的维护缺相, 有着较广的效能, 包括有保卫失压、过载与短路、缺相等;可自行运作显示三相电流及检查测试缺相, 若供电电源在某处出现问题, 则它可自行转换至其他路电源中, 以此持续供电负载, 同时运用声光报警;当电源变回原来正常的状态, 便可反切换, 且是自动运行;对于正常复原与故障出现, 可发出告示音响与报警两类显著的音效。故此它避免已存在的切换控制双电源体系的不足, 且是中低档型, 即无法反切换与自动运行, 无保卫缺相、正常复原与出现故障时应用的告示音响效果单调等。此控制体系拥有不少的特征, 包括牢靠的效能、完善的机能、低成本制造、简易的电路架构等。
2 智能双电源切换的主电路控制
控制电路自行转换双负载一双电源见图1, 且拥有一定保卫缺相作用。涵盖有主回路与信号回路 (检验、测定、采样三相缺相) 。前者输出时拥有W1与W2负载两路, 而输入拥有U1与U2供电电源两路。后者U1电源经交流接触器KM1的主触点闭合, 并与其负载W1连接在一起;电源U2主回路借助于交流接触器KM2的主触点闭合, 并与其负载W2相联接, t受到主体控制电路的控制。若在某一电源出现问题以后, 则会先断开交流接触器, 同时也使其负载脱离故障电源回路, 并与一些接触点构成闭合回路, 并把这些电源切换到另外的电源, 以保证正常的供电。电源U1和U2的主电路的输入开关QF1和QF2的重要作用就是实施电路保护和过载保护, 也就是说两路三相电源的主回路中所有的位置都有电流表, 以便可以了解各支路的电流情况, 同时也与控制电路的缺相检测配合在一起。三相缺相检测采样信号回路, 其缺相检测信号都是直接从电源中读取, 也就是把其中相应的继电器KAl~ KA3, KA4~ KA6分别与主回路中的U1l和u2的ASH、BSU~ UC相的单相回路保持连接, KA1~KA3和KA4~KA6的常开触点都可以充当U1和U2的三相缺相检测的开关检测信号, 同时又作用于PLC的输入端。出于PLC继电器输出点的负载能力的考虑, 通过接触器KM0l~KM03来使得电流触电器KM l~KM3受到相应的驱动。对于一些三相的电源U1l的各相都可以开展相应的缺相检测, 都可以引入一个中间继电器KAl、KA2和KA3, 同时也U1回路上的A相、B相和C相连接, 以形成相应的回路, 并最终可以获得相应的缺相检测回路。KAl~KA3的常开触点可以用于采集相关的信号, 同时还可以当作PLC的输入端, 作为编PLC的U1的控制程序存在着一定的输入条件;根据这一原理, 三相电源U2的A相、B相和c相也要开展相应的检测工作, 也要引入一个中间继电器KA4、KA5和KA6, 分别作用于各处, 以便形成一个单相回路, 并形成A2、B2和C2三相的缺相检测回路。KA4~KA6的常开触点是U2开关经常使用的一个采集信号, 并与PLC的输入端相连, 作为编制PLC的U2在进行逻辑控制时的输入条件。
摘要：高速公路的供配电问题一直以来都是国民经济与社会发展中的一项重要工作, 特别是在进入新世纪以来, 我国不少高速公路都在兴建, 以便更好地做好基础设施建设, 为国民经济的发展服务。在本文中, 笔者主要是利用了智能转换双电源装置的工作原理, 以及其中相关的控制技术, 对相应的硬件电路及PLc控制程序做了详细的设计, 并达到了PLC技术的双电源装置转换的效果, 从而促进国力企业和社会更好地发展。
关键词：双负载一双电源,自动切换PLC控制
参考文献
[1]康纪良, 吴玉娟.双电源切换故障的分析与解决[J].电工技术, 2010.
[2]曹祯, 秦雷鸣, 赵吉生, 顾新波.基于矢量修正的幅值算法在电源切换装置中的应用[J].电气技术, 2011.
智能型双电源自动转换装置的设计 篇5
随着国民经济的发展,用户对供电的安全性和可靠性要求越来越高,重要用电场所不允许中断电源。《民用建筑电气设计规范》规定,下列负荷属于一级负荷:(1)中断供电将造成人身伤亡场所;(2)中断供电将造成重大政治影响场所;(3)中断供电将造成重大经济损失场所;(4)中断供电将造成公共秩序严重混乱场所。一级负荷是不允许中断电源的,它们必须有备用电源(独立于正常电源的备用电源或快速自动起动的柴油发电机组)。
针对市场需要,双电源自动转换装置(ATSE)应运而生。该产品在紧急供电系统中,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。我国自动转换装置的研制和生产在上世纪90年代初还处于空白状态,也无国家标准。国内所需的双电源转换装置往往由成套部门用接触器、断路器等产品组合而成来替代。这种方案性产品往往因没有经过测试检验,其可靠性、安全性存在较大隐患。近几年国内厂家相继开发了双电源自动转换装置,但经长期使用暴露出以下的不足:(1)控制器采用大量的中间继电器等元件,造成体积大,接线繁琐。(2)操作和传动不可靠,运动部件多,容易出现脱扣、卡阻等机械故障。(3)控制器采用继电器实现,只能检测三相电源断路的情况,对过压、欠压不能检测,功能单一。(4)电气和机械互锁机构不可靠,出现两台断路器同时接通的现象。
森泰公司在多年生产经验的基础上,经技术攻关,研发的TSQ2智能型双电源自动转换装置,大屏幕液晶显示、单片机智能控制、可通信、机构可靠、寿命长、体积小、低噪音等特点获得用户的青睐。双电源自动转换装置的设计关键在于控制器和操作机构,详述如下。
1 智能控制器的设计
1.1 控制器的主要功能设计
1)控制模式分为:自投自复、自投不自复/互为备用、发电机/负荷卸载。
2)自动检测功能:对两路电源同时进行检测,当电源出现欠压、过压、缺相故障时,经控制器比较判断,延时后发出转换指令。
3)状态指示功能:自动状态、手动状态。
4)故障指示:液晶显示屏显示过压、欠压、断相故障,并报警。
5)消防及通信功能。
1.2 智能控制器硬件电路设计
控制器由供电电源电路、两路三相交流电压检测电路、单片机电路、选项设置及位置检测电路和电机控制电路组成,如图1所示。
1.2.1 供电电源电路设计
电源电路主要是为电机控制电路的继电器和单片机控制以及电压检测电路提供两路隔离电源(+12 V和+5 V),一路为单片机控制和电机控制电路的继电器供电,另一路为电压检测电路的交流侧的数据采集提供电源,目的是为强弱电隔离,有效防止强弱电的干扰,便于维护。供电电源电路的结构框图如图2所示。
1.2.2 单片机电路
单片机电路是控制器核心,完成整个控制器的控制功能,包括交流电压选择、电压采样、采样数据处理、选项设置、电机正反转及开关位置状态检测[1],其结构框图如图3所示。
1.2.3 电机控制电路设计
在控制电路中用交流电机的正反转控制开关转到相应的位置,交流电机的正反转有三根线(O、A、B),O接零线,其余两根接火线。当A接火线,B悬空时正转,反之反转。A、B两根线由单片机的I/O通过三极管控制继电器的常开节点与火线连接。
1.2.4 两路三相交流电压检测电路
两路三相交流电压检测电路实现三相交流电压检测,把220V交流电压转换成0~5V的直流电压。通过A/D转换芯片(ADC082)转换为数字量由单片机采集。该电路由六选一电路、分压电路、整流滤波电路、A/D转换电路和光耦隔离电路组成,如图4所示。
1.2.5 选项设置及位置检测电路
选项设置电路设置控制器处于电动/自动状态和在电动状态下手动置0位、置I位和置II位,通过按钮实现。
设有RS-485隔离型通信接口,应用Mod Bus通信规约,具有遥调、遥控、遥信、遥测“四遥”功能,可遥控发电机组开机、停机,遥控常用、备用,合分闸功能。
1.3 软件设计
智能型双电源自动转换装置系统软件分“遥调、遥控、摇测、遥信”通信软件和智能双电源控制器单片机程序两部分。通信软件采用结构化、模块化编程方法。单片机程序编写时应根据电源转换工作模式,如自投自复、双分、控制发电机等。这些工作模式由测量与显示程序,小波变换滤波程序,判断与控制程序,按键设置程序,参数调整程序组成。另外,在工业环境中,不可避免地会遇到电源波动,电磁波辐射干扰,单片机会出现死机、程序跑飞等故障,使双电源转换工作失误。因此,设计了看门狗保护程序,确保产品稳定可靠。软件设计流程图如图5所示。
2 操作机构和电气联锁结构设计
2.1 操作机构设计
操作机构由电机、齿轮、拨动板、主滑轨、基板组成,如图6所示。
1)操作机构的动力源采用永磁电机,传动由主从齿轮[2]、主滑轨和拨动板完成。传动机构中独特地设计了传动孔,传动孔包括拨动孔区和换位孔区,成半圆弧形。拨动孔区是与主滑轨垂直的主直线孔,换位孔区则为与从动齿轮同心的弧形设计,当相应的传动轴在该换孔区中移动时,由于换孔区与从动齿轮为同心结构因此传动柱将无法带动该拨动板,只有当该传动轴移动到拨动孔区后,才能带动传动板沿着滑柱方向移动[3]。一个双电源转换开关主副各一个,这样的传动结构使得换位区可以保证一个拨板运动,另一个拨板不运动,也就是保证一台塑壳断路器在进行分闸操作时,另一台塑壳断路器保持不操作,避免发生误操作或损坏负载电器。与传统双电源自动转换装置的凸轮、拨杆结构中的刀形结构及限位件组成的机械联锁结构相比,本传动机构具有设计巧妙、结构简单、制造容易、传动简捷、故障点少、寿命长、装配简单等诸多优点。传统双电源自动转换装置的操作机构如图7所示。
2)拨动板是绕其相应销轴转动的,在转动的过程中,拨动板在主滑轨上做水平运动,将设置在其卡孔中的塑壳断路器的手柄移动,从而实现塑壳断路器分合闸动作。这种将圆周运动转换为直线运动的方式,不但较为省力,且最大程度地保护了断路器的操作手柄不受损坏。
上述结构设计使产品具有传动简捷、可靠性高、噪声小、故障点少、寿命长等优点。
2.2 电气联锁结构设计
1)手动切换装置利用两台断路器的辅助触头(或报警触头)与它们各自的分励脱扣器联线,实现电气联锁。
2)自动切换装置:由两台断路器的辅助触头、报警触头和它们的电动操作机构上的微动开关(行程开关)等组成。当自动控制器指令断路器A(常用电源)合闸,由于两台断路器的辅助触头、报警触头及电动操作机构的行程开关的位置变换,使断路器B(备用电源)的电动操作机构无法通电合闸;反之,断路器B合闸,断路器A无法通电合闸。机械、电气双重联锁,为装置可靠运行提供了保障。
3 结语
TSQ2双电源自动转换装置,对传动机构和控制器进行全新设计,并配大屏幕液晶显示为人机界面,自动转换参数可在外部自由设定,方便用户操作。以CPU为核心控制,永磁电机和齿轮传动,配高分断断路器为执行元件,使产品具有智能控制、可靠性高、操作简单、保护功能齐全、延时时间可调、体积小、噪声小、传动简捷、故障点少、寿命长等优点。很好地解决了现有产品的不足,推动了国产双电源转换装置向智能化和高可靠性方向发展,为我国智能电网供电提供了可靠的元器件。
参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].2版.北京:清华大学出版社,2005.
[2]秦大同,谢里阳.现代机械设计手册(第3卷)[K].北京:化学工业出版社,2011.
智能双电源切换装置 篇6
智能双电源自动转换装置 (ATSE) 是由一个 (或几个) 转换开关电器和其他必需的电器 (转换控制器) 组成, 用于监测电源电路, 并将一个或几个负载电路从一个通信电源转换至另一个通信电源的开关电器。ATSE主要由两部分组成:主体开关和智能控制器。本系统选用自带A/D转换的单片机STC12C5A60S2作为智能控制器, 通过弹簧操作机构的断路器ZW32-12来实现两路电源的转换。本工程设计主要应用在负荷为1600k W左右的医院。
1 ATSE的设计方案
ATSE的设计总体分为两部分:本体开关和单片机控制系统。本设计的本体开关选用带有弹簧操作机构的断路器ZW32-12来实现两路电源的通断, 选用自带A/D转换的单片机STC12C5A60S2作为智能控制器, 结合最小系统电路、电压采样电路、断路器控制电路、报警电路、显示电路、按键检测电路来实现对两路电源的监测。电压采样电路中, 首先将电压信号经过电压互感器降压, 然后通过电压调理电路将电压信号控制在0.5~4.5V以内 (STC12C5A60S2为5V单片机) 。电压信号进入单片机之后, 与设定的电压阈值进行比较, 延时后发出转换和报警指令。手动部分是通过检测外部按键来实现的, 而自动部分无需检测外部按键, 完全由单片机智能控制两路电源的转换。报警电路由三极管驱动电路组成, 单片机报警输出信号和手动解除信号通过同或门后送给三极管基极, 从而控制三极管的通断以达到驱动蜂鸣器的目的。
2 工程设计硬件电路
系统的硬件电路图如图1所示。电压信号采集电路主要是对电网输入的三相交流电压进行实时检测, 电压信号经电压互感器后再经调理电路送入单片机。在电压信号检测电路中输入的电压信号是模拟量, 本设计选取的STC12C5A60S2具有10个A/D转换端口, 所以可以满足常用电源和备用电源的6路模拟信号输入的要求。设计时选取的电压互感器输出电压为-1V~+1V, 而单片机内部A/D端口的输入电压为0~5V, 因此需要电压调理电路来得到最终的输入电压U1A。系统故障时通过STC12C5A60S2芯片P1.6、P1.7口来启动报警, 手动解除报警。为了满足电源系统出现欠压、过压等故障时系统报警, 手动解除报警后, 当电源恢复正常时再次报警, 并需要再次手动解除的设计要求, 选择了同或门来组成驱动电路。
在断路器控制回路中, S46是万能转换开关, 选择就地控制还是远方控制。图中GN和RD分别为断路器分、合闸位置指示灯, 并起监视断路器分、合闸回路完好性的作用。SQ1和SQ2是弹簧储能电动机的位置开关, 在合闸弹簧储能完毕时, SQ1闭合, 保证断路器只有在弹簧储能完毕后才能合闸, 同时SQ2断开, 使储能电动机M断电。
其中, 远处控制是通过单片机端口P0.1输出信号控制远方电源的接通与断开来实现的。当P0.1输出高电平时, 三极管Q1导通, 继电器KM1线圈得电, 常开触点闭合, 常闭触点断开, 此时远方合闸回路接通电源;当P0.1输出低电平时, 三极管Q1截止, 继电器KM1线圈失电, 常开触点断开, 常闭触点闭合, 此时远方分闸回路接通电源。
电机控制回路是由限位开关SQ2、接触器Y3的常闭接点和接触器Y2组成。当电源开关S45通电时, 限位开关SQ2接点处于接通位置, 起动接触器Y2, 使电机回路的Y2常开触点闭合, 接通电机回路, 电机开始储能, 储能完毕后, 限位开关SQ2断开, 断开控制回路, Y2失电, 电机回路的Y2常开接点断开, 电机停转。
电机保护回路保证了电机在系统出现故障时及时断开通电回路, 防止电机被烧坏。当储能系统出现故障, 电机超时运转时, 此时时间继电器KT起动, 串在保护回路的KT常开触点接通, 起动接触器Y3, 断开控制回路的Y3的常闭触点, 使Y2失电, 从而断开电机回路, 对电机起到保护功能。当电机过热时, 热继电器FR的常开接点接通, 也起动Y3, 使控制回路的Y3的常闭接点断开, 使Y2失电, 从而断开电机回路, 对电机起到保护作用。
3 软件设计
本工程软件设计主要由主程序模块、按键检测模块、自动程序模块、手动程序模块、A/D转换模块、显示模块组成。主程序模块主要是对系统进行上电复位, 待系统稳定后对系统进行初始化, 包括CPU初始化、I/O初始化、显示初始化等。
初始化完成后对两路电源进行检测, 检测结果通过LCD显示, 并选择正常的电源给负载供电, 其中优先选择常用电源。若两路电源均有故障, 则系统处于双分模式, 并发出报警信号。恢复正常后, 再对外部按键进行检测, 确定系统手动或自动的运行方式, 并进入相应的子程序, 然后按照所设定的流程运行。
4 结论
本工程设计是智能双电源自动转换装置的设计, 基本实现了以下功能: (1) 可以同时检测两路电源的供电电压, 出现故障时报警且需手动解除。 (2) 可以设定五种不同的工作模式:自投自复工作方式、常用电源工作方式、备用电源工作方式、自投不自复工作方式、双分方式。 (3) 可以显示系统的运行状态及供电电源的故障状态。
工程的设计仍然存在一些不足。虽然本系统转换延时很短, 但从理论上讲还是属于间断供电, 在一些重要的负荷中, 应配置UPS。此外, 若再增加一个频谱分析环节, 就可以完善的排除干扰信号, 提高装置的可靠性。
参考文献
[1]李强.智能自动转换开关的研究[D].河北工业大学, 2006.
[2]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[3]高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].北京:科学出版社, 2009.
[4]JGJ16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].