双电源自动转换开关（通用7篇）
双电源自动转换开关 篇1
在采煤系统中, 扇风机的耗电量是较大的, 大约要占矿井总耗电的15-30%左右。随着矿井生产能力和开采深度的增加, 耗电量也会随之而增加。因而, 为了使煤矿能够节省电能并且追求最高的利润, 对扇风机自动化进行了大量地研究工作。而目前大量应用的双风机双电源自动化的设计, 这对提高采煤的效率有很大地提高。
1双风机双电源自动转换控制电路设计
由于采矿的特殊性, 在井下会存在着有毒有害气体及爆炸的危险。尤其是在高瓦斯矿井作业中, 掘进工作面的局部通风机要有两个特点, 第一是要实行三专用供电方式, 即变压器、专用开关与专用线路供电;其次是局部通风机和掘进工作面的电气要有两闭锁设施, 即风电闭锁与瓦斯电闭锁设施。因此, 在采煤过程中当局部通风停止运转或掘进巷道内瓦斯超限时, 该系统能自动切断局部通风机供电电源。为了使局部通风更可靠运转, 设计一种双风机双电源自动转换装置, 如图1所示。
2双电源自动切换装置
双电源自动切换装置的工作原理为, 采用两路输入电源, 一路为通风专用电源, 这是该装置的主电源;另一路为动力电源, 这是该装置的辅助电源。两路电源工作性能的判断是经过装置的检测环节来实现的。如果装置检测两路电源都正常时, 则控制电元选择通风专用电源输出, 将主电源输送到井下监测设备。如果装置检测到主电源出现异常时, 而辅助电源是正常时, 装置将会把输出电源自动切换到辅电源, 以保证煤矿井下监测设备供电和正常工作。根据对切换装置的技术要求, 装置的组成框图如图2所示。
3双风机、双电源自动切换在线监测控制
目前, 煤矿矿井主通风系统是双风机、双回路电源的设置, 这种设计是1台运行, 而另1台则作为备用。在风机运行过程中, 由于电网故障停电或机械故障, 都会将造成主扇风机停机。为了这种情况的出现而影响的作业, 专门设计了主扇风机自动切换在线监测系统, 目的是确保主通风机能够不间断运行, 提高工作效率。如图3所示。
4智能型双电源自动转换开关
双风机双电源自动转换装置要设计一个自动转换开关, 为了检测电源线路, 并可以实现将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。因此, 在设计时它是由一个 (或几个) 转换开关电器和其他必需的电器组成[3]。如果常用电源被监测到出现故障时, 会自动将负载从常用电源转换至备用源;如果常用电源恢复正常时, 则自动将负载返回转换到常用电源。这样制动化的装置, 即较少了操作人员的工作量, 有给工作提供了效率。自动转换开关的操作结构如图4所示。
5双电源自动切换装置使用管理规定
为了使双电源自动切换装置的高效运行, 应该对操作人员有严格、规范地管理, 才能使其发挥更大的作用, 提高效率。
5.1明确职责:各部门的职责要明确, 分三级管理。煤矿机电部门负责提供合格的产品, 必须有煤安标志、防爆合格的产品;通风部门负责局扇的相关管理及切换装置的接电等;施工队组负责提供控制线和切换装置的电源接口以及日常维护工作等。
5.2明确产品使用说明:安装维护双局扇双电源切换装置的相关人员都要详细阅读《产品使用说明书》, 一切检测合格后, 才能使用。
5.3规范安装程序:在安装运输该装置时, 要小心谨慎, 防止剧烈振动和冲击, 保护连接线。
5.4确保工作地点干燥:该装置的安装地点要干燥, 不能有水, 以保护设备不被水给腐蚀, 确保机械正常运行。
5.5加强维修:施工队组要对备用局扇开关的检修进行维修, 确保专供局扇开关辅助接点接触良好, 以便备用局扇。
5.6认真检查:全部接线完毕后, 要认真检查, 确保一切正常后, 才可通电。
5.7维护和保养:机械的维护和保养时至关重要的, 因此, 要按要求维护井下电气设备。
结束语
我国煤炭的生产量和消费量在世界上都是位居前列的, 但与此同时, 也是煤矿事故发生率比较高的国家之一。经过大量煤矿事故调查的结果表明, 煤矿发生的重大灾害事故中大多数都与矿用通风机有着密切的联系。因此, 研究如何增强通风机效率, 减少通风系统事故的发生率, 保证通风机的高效、经济、安全运行工作是煤矿生产的重中之重。
摘要：为了提高采煤机械的效率, 本文对双风机双电源自动化控制进行研究, 以达到节省电能并提高效率的作用。
关键词：自动转换装置,双电源,切换
参考文献
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[2]谭季秋, 易际明, 关耀奇.双电源自动切换器的设计与分析[J].机电产品开发与创新, 2003 (4) :17, 18.
[3]陈建明, 曲德刚.SQ30Z系列智能型自动电源转换开关[J].低压电器, 2002 (5) :13, 14.
双电源自动转换装置设计 篇2
1.1 双电源自动转换装置的意义
对于一级、二级负荷的供电,一旦发生供电中断,就可能造成政治上的重大影响和经济上的较大损失,甚至关系到人员的安全。因此,诸如医院、发电厂、银行、化工、冶金、宾馆、机场、高层建筑、军事设施等重要场所的供电设备要求具有较高的可靠性,为尽快恢复供电,需设置双电源自动转换装置。工业发达国家都把双电源转换开关的研制生产列为产业重点加以发展,并使之高新技术化、智能化。
1.2 双电源自动转换装置研究现况
我国双电源转换开关的研制和生产在上世纪八十年代初还是空白,国内许多需要双电源切换的场所不得不采用普通接触器作为投切电器或采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到双电源转换这一目的。采用以上元件组成双电源切换装置常常存在以下几方面的问题:一是切换不可靠;二是切换速度慢;三是使用寿命短[1]。
上世纪九十年代初,针对国内市场急需高性能的双电源自动转换开关的情况,从国外相继引进了日本共立继器株式会社的MZ、VSK系列高、低压双电源转换开关,法国溯高美公司由电动机驱动的Sir COVER标准型及VS型双电源转换开关等[2],通过这些产品的引进,丰富了我国电器元件的品种。
随着计算机运用领域不断扩大,现代双电源转换开关普遍采用计算机辅助设计,使产品更可靠、更合理。当代国际先进水平的双电源自动转换装置具有体积小、容量大、短路分断能力高、结构模块化、操作安全可靠、产品智能化的特点。
1.3 双电源自动转换装置的简介
双电源自动转换装置根据其能否分断短路电流可分为PC级和CB级[3]。
1)PC级采用接触器或电磁开关作常用电源和备用电源的主开关。这些电器开关能够接通、承载线路负载,其优点是可频繁操作;缺点是耗电大、有噪声、工作可靠性差、投切容量受限制。另外,它不能分断短路电流,因此接触器、电磁开关的电源端上还要加装熔断器或断路器,因此整个系统的造价较高。
2)CB级为了从根本上解决PC级存在的问题,对于不频繁切换的100~1250A的低压双电源装置电路,完全可采用带有电动操作机构的塑料外壳式断路器(或万能式断路器)替代交流接触器,电磁开关作投切电器开关。塑壳式断路器具有过载、短路保护功能,能够适应CB级既能接通、承载线路负载,又能够用来分断短路电流的要求。
1.4 本设计方案简介
本设计以单片机为核心控制单元,能对电压进行采样,由光电耦合器将转换信号送入模数转换器中,为防止光电耦合器件对系统造成干扰,故加入整流电路和线性化补偿电路,模数转换后的结果被单片机读入。单片机根据设置的功能,对采集到的三相电压与标准设定值进行智能判断,然后发出相应的分闸、合闸指令(或声光报警),经过接口电路、驱动继电器,使电源切换开关作相应的动作。用数码管完成电源三相电压、频率等参量的动态显示,并通过RS-485接口实现与上位机间的通信。
2 系统硬件设计
2.1 硬件原理方框图
系统硬件原理如图1所示。
将经过整流和线性化处理的常用电源三相电压和备用电源三相电压送入控制器,经过光电耦合,实现强电与弱电的良好隔离以及有效转换。单片机读入模数转换后的结果,并根据设置的功能对采集到的三相电压与标准设定值进行智能判断,然后发出相应的分闸、合闸指令(或声光报警指令),经过接口电路、驱动继电器,使电源切换开关作相应的动作。如某相电压过压或欠压时,应有相应的指示及声光报警,以及根据用户设定的工作模式去自动切换电源,切换由继电器带动开关来实现。最后,单片机还应对切换后的开关进行检测,以确定是否正常分闸或正常合闸,形成闭环控制回路,以免开关本身的故障造成系统不正常工作。
2.2 输入电路结构
用光电耦合器IS604作为强电与弱电的隔离,IS604内采用双向发光管,转换效率高,外界电压轻微变化,IS604就有相应的输出[4]。R1为取样电阻,经过光电耦合后,通过R1获得一个压降,此电压经过电阻电容耦合后输入A/D,通过调节R1大小,可以得到不同的电压值。模数转换器ADC0809性价比极高,其IN0、IN2接入常用电源三相电压的取样值,IN3、IN5接入备用电源三相电压的取样值,在单片机AT89C51的地址线A0、A1、A2的控制下,轮流读入每相取样值的模数转换结果,单片机AT89C51中的程序根据这些瞬时取样值与内设的标准值相比较,做出相应的判断,通过P1口、P2口、P3口进行输出控制及指示[5]。
2.3 控制电路
继电器控制电路如图2所示。
图2只画出常用电源合闸控制及备用电源合闸控制电路。常用电源合闸控制继电器的线圈L1A与备用电源合闸控制继电器的常闭触点K2D串接在一起,这样当P1.1出现高电平、P1.3出现低电平时,继电器线圈L1通电,其常开触点K1c闭合,常闭触点K1D断开,接通交流220V的常用电源闸刀控制线路,同时断开备用电源合闸控制继电器线圈K2A的电源,两个继电器接成互锁的形式,以保证任何时刻只有一路电源被合闸接通,确保供电系统安全运行。该控制器还有分闸控制电路,不需接成互锁形式。
2.4 通信单元硬件设计
随着信息技术与计算机网络技术的发展,智能电器与其他控制设备之间实现数据通信成为了今后的一个发展趋势。双电源自动切换装置作为一种重要的智能电器,具备通信功能己经成为其发展的一个重要组成部分。也是双电源自动转换装置与中心控制系统进行远程通信的重要部分。常用的标准异步串行总线接口有RS232和RS485标准总线接口。由于RS458与RS232标准总线接口相比具有传输信号距离长、速度快、抗干扰能力强等优点[6],同时为了兼容以往的智能电器控制网络,本设计中控制器选用RS485半双工通信向计算机或其他RS485控制器提供电源状态信息和自动切换开关运行状态信息,并可通过计算机或其他RS485控制器控制自动转换开关工作,或修改自动转换开关运行参数。
2.5 显示部分硬件设计
本设计采用对数码管动态扫描方式,完成电源三相电压、频率等参量的显示任务。单片机系统中一般采用发光二极管(LED)、数码管、液晶显示器和CRT显示器等显示器件,用于指示、显示系统状态及参数。LED数码管具有显示亮度高、价格便宜、稳定性好等优点。因此,在本设计中,为了更适合双电源自动切换装置的应用现场,方便操作人员观察、操作,采用发光二极管与数码管来显示系统状态及参数。
3 A/D转换器
较常见的ADC主要是逐次比较型和双积分型,双积分型ADC对周期变化的干扰积分为零,因而抗干扰性好,除此之外,还有精度高、价格便宜等优点,缺点就是转换速度较慢[7]。在本设计中,采用ADC0809芯片进行模数转换。
4 系统软件设计
4.1 软件设计概述
软件设计主要包括软件程序设计和软件结构设计。软件程序设计主要内容是拟定程序的总体方案、根据系统功能及操作过程绘制程序流程图、采用适当的程序设计语言编制具体程序以及检查和修改程序。结合硬件的特点和控制器的要求,在控制器的软件设计中,采用C语言编程。
由于控制器的功能相对复杂、信息量大和程序较长,这就需要选用合理的、切合实际的程序结构设计方法。在本设计中,控制器软件设计采用模块化设计的思想,将应用程序划分成若干相对独立的程序模块,各模块可以单独设计、编程、调试,然后把功能相关的模块通过连结程序连在一起调试,最后各模块程序在主程序的控制下进行总体调试,最终成为可完成设计要求、具有实用价值的程序。同时,在软件编程中适当地采用中断方式进行控制,以提高智能控制器单元的实时响应速度。对于软件和硬件的功能划分,在满足系统要求的前提下,尽量采用软件来实现系统的功能,以提高系统的灵活性,并针对控制器单元在现场运行时可能遇到的干扰,在软件设计时采取一定的抗干扰措施以提高系统的可靠性。
4.2 主模块程序设计
主程序是双电源自动切换控制器的核心程序,其主要任务是根据电源状态监测模块检测的电源电压、频率及相序结果进行判断,确定是否需要切换电源,并根据断路器状态监测模块提供的断路器状态信息以及电源切换逻辑确定是否需要发出断路器控制指令,完成相应操作。本设计控制器系统程序包括1个主模块和3个子模块(电源状态监测模块、断路器状态监测模块、断路器控制模块等)。
其主程序流程图如图3所示。
主程序中,首先完成单片机及其它芯片的初始化,初始化完毕,对工作电源三相相序进行检测,在检测到电源三相相序正常后,主程序进入正常工作状态循环运行。该循环的主要任务是根据电源状态监测模块检测的电源电压、频率结果进行判断,确定是否需要切换电源,并根据断路器状态监测模块提供的断路器状态信息以及电源切换逻辑确定是否需要发出断路器控制指令、完成相应操作。此外,循环中还包括按键处理和数据显示任务,其中按键处理模块采用实时扫描方式,而数据显示功能在定时器控制下按照2秒的显示刷新率进行。
4.3 子模块程序设计
4.3.1 电源状态监测模块
电源状态监测模块的主要工作是在单片机片内资源的配合下对电源电压、频率和相序测量算法进行软件实现。具体方法是:在定时器中断控制下完成三相交流电压信号的数据采集,按照有效值的定义(均方根算法)计算三相电压有效值,在输入捕获中断和外部中断控制下完成频率和相序测量,将采样到的电压有效值和频率值与用户设置的正常工作时电源电压和频率上下限进行比较,向主序模块传递每一路电源是否符合用户要求的状态信息,并向数据显示模块和通讯模块传递电压、频率参数。
4.3.2 断路器状态监测模块
断路器的状态监测通过单片机的并行接口读取断路器辅助触点对应的开关量,确定每一路断路器的分合闸状态和报警状态信息。单片机在获得这些信息后,一方面传递给主程序模块配合电源信息做出正确的切换判断,确保两个断路器不会同时合闸,避免发出重复指令,同时对指令执行结果进行反馈;另一方面传递给数据显示部分和通讯部分。
4.3.3 断路器控制模块
双电源自动切换装置工作方式分为手动与自动两种,因此,断路器控制模式就有自动工作模式与手动工作模式。手动工作模式是根据用户需要手动操作断路器。在自动工作模式下,控制器根据断路器状态选择由常用电源向备用电源切换或由备用电源向常用电源切换,并根据电源状态以及切换逻辑按预先设定的延时时间控制断路器的投切。如果延时结束时电源状态仍然满足切换条件,则发出正确的断路器分合闸指令,如果延时结束前电源状态恢复则终止延时并退出控制模块。
按自动切换方式执行时,当控制器检测到常用电源参数异常时,进入延时期间,检测到常用电源恢复正常,则结束延时;若延时期间常用电源的参数仍有异常,则发出常用电源断路器分闸命令,同时发出“启动”指令请求开始发电。当备用电源电压和频率达到正常范围且相序正确时,经设定延时,发出备用电源断路器合闸命令。如果常用电源恢复正常,则先经过延时确认后,发出备用电源断路器分闸命令,延时发出常用电源断路器合闸命令,自动将负载切换到常用电源。
5 结论
本文研制的双电源转换装置能够对双路电源的过压、欠压和缺相等故障进行检测,且能准确地实现两路电源间的可靠切换。在电力负荷越来越重,人们对供电系统的要求不断提高的今天,这种双电源自动转换装置必将得到广泛应用。该系统具有如下特点。
(1)采用以89C51单片机作为测量控制、信号处理、显示以及通讯核心,便于掌握系统功能,而且在一定程度上简化了设计,提高了系统的可靠性。
(2)采用ADC0809转换器,具有精度高、抗干扰性能好等优点。
(3)采用LED显示,显示清晰、方便。
(4)运用RS-485总线与上位机进行实时通讯,具有可靠、灵活的优点。
(5)采用整流电路和线性化电路,有效地防止了系统干扰。
该设计已具有了双电源自动转换的基本功能,可以实现在常用电源出现故障时自动切换至备用电源,当常用电源恢复正常时由备用电源切换回常用电源,系统具有较强的实时性,能满足工业企业以及民用一级负荷场所的需要。
摘要：详细介绍了一种利用51系列单片机实现对转换系统控制的双电源自动转换装置,介绍了整个系统的构成和功能,分析了系统框架及各部分之间的联系,阐明了组成系统的各个模块的应用与工作原理,包括信号采样、光电隔离、模数转换、单片机控制、电源转换、通信、显示等环节。这种双电源转换装置在对电力要求较高的现代社会多个领域都具有实用价值,可用于机场、宾馆、医院等一级负荷场所,以保证供电的可靠性及连续性,从而保证人身及财产安全。
关键词：双电源,单片机,自动转换,电压
参考文献
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双电源自动转换开关 篇3
1 双电源自动转换开关ATSE的发展过程
根据国家标准的定义:ATSE即双电源自动转换开关, 由一个或多个转换开关电器和转换控制器组成, 用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。ATSE在我国经历了四个发展阶段, 可分为双接触器型、双断路器型、励磁式专用转换开关和电动式专用转换开关。双接触器型转换开关为第一代, 是我国最早生产的双电源转换开关, 它是由两台接触器搭接而成的简易电源, 这种装置因可靠性低、耗电大等缺点, 已被逐步淘汰。双断路器式转换开关为第二代, 为CB级ATSE, 它是由两断路器改造而成, 具有短路或过电流保护功能。励磁式专用转换开关为第三代, 它是由励磁式接触器外加控制器构成的一个整体装置, 机械联锁, 转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关, 速度快。电动式专用转换开关为第四代, 为PC级ATSE, 其主体为负合隔离开关, 为机电一体式开关电器, 转换由电机驱动, 转换平稳快速, 并且具有过0位功能。
2 双电源自动转换开关 (ATSE) 的分类
根据国标, ATSE分为PC级ATSE和CB级ATSE。其中PC级ATSE为能够接通、承载、但不用于分断短路电流的ATSE;CB级ATSE为配备过电流脱扣器的ATSE, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流。在《民用建筑设计规范》中指出, “当采用CB级ATSE为消防负荷供电时, 应采用仅具有短路保护的断路器组成的ATSE”;且“所采用的ATSE宜具有隔离检修功能”。仅这两条要求, CB级ATSE已不能满足一、二级负荷对供电的要求。由此可以看出PC级ATSE在工程中的推广是必然的。所以在选择ATSE时, 主要是选择PC级的产品。
3 PC级ATSE的选择
双电源自动转换开关用于常用电源和备用电源之间的转换, 要求电源转换开关的操作机构不应使负载电路与常用电源或备用电源长期断开, 电源转换开关应提供指示所连接 (常用或备用) 电源位置的辅助触头。那么在选用PC级ATSE时, 除按照正常参数进行选择外, 还要注意以下几个方面: (1) 电气隔离、0位及挂锁功能。从保证双电源系统长期稳定、安全、安全供电和远程管理考虑, 隔离开关在断开位置应具有较大的开断距离, 国标规定其线间及断开触头间必须承受8KV的额定冲击耐受电压。在非消防电源发生火灾及ATSE下端电器设备检修和维护, ATSE应具有0位, 有的已经具有0位接口功能, 可接至消防控制中心。并且在0位检修时, 应具备挂锁功能, 以保证检修人员及设备的安全。 (2) 延时设定及级数的选择。在常用电源转换至备用电源时, 为防止备用电源在市电瞬态波动或失压, ATSE应具有延时检测功能, 民规要求不大于30s, 很多产品均设有转换延时, 普遍设为1～8s, 设置时间以不影响用电设备或照明等的正常使用为原则。当备用电源转换至常用电源时, 普遍厂家均有1～300s的延时, 以确认常用电源恢复正常而且稳定供电。在选择ATSE时, 应选用四级开关, N线应当完全隔离, 目的是防止ATSE切换时, 不同系统中N线电位漂移, 影响系统供电质量。 (3) 关于机电一体智能式。机电一体智能式双电源自动转换开关具有自动化程度高, 安全可靠性好等优点以成为发展趋势, 大家可以参照具体公司的相关产品进行选择, 不再赘述。
参考文献
[1]GB/T 14048.11.国家标准, 低压开关设备和控制设备[S].
煤矿风扇双电源自动转换研究 篇4
1 煤矿风扇双电源自动转换设计原理
矿井主通风系统基本上是双风机、双回路电源设置。为了避免电网故障停电或机械故障, 在风机运行过程中, 解除安全隐患。为了解决问题, 设计了煤矿风扇双电源自动转换系统, 保证了主通风机不受外部因素影响, 正常工作。双风机双电源自动转换工作设计如图1所示。
2 煤矿风扇双电源自动转换方案实施
对于煤矿风扇双电源自动转换方案实施, 主要从电路的设计和软件的设计两个方面来研究。
2.1 电路的设计:
开关控制器件采用固态继电器进行电源切换, 其速度和可靠性大大增加。工作状态指示采用LED发光管, 当LED发光管常亮时, 表示电源正常工作;而当LED发光管闪烁时, 则表示该路电源有故障。这样有利于对切换装置进行控制, 并利于工作人员很好的监控。
2.2 软件的设计:
程序主要包括:初始化、信号采集、工况判断、工作状态指示输出、电源输出切换等方面。目的在于标准化、模块化, 方便管理。
3 双电源自动转换开关电器的选择
自动转换开关电器, 主要适用于交流不超过1200V或直流不超过1500V的低压紧急供电系统。每种自动转换开关电器都有各有优缺点, 可根据实际需求而选择使用相适应的类型。下面我们就将ATSE装置的分类进行介绍 (如表1) 。
双电源自动转换开关有手动转换开关和自动转换开关, 以减少维护工作量, 提高供电安全系统, 往往选择自动转换开关。两者的对比如表2。
4 双电源自动切换装置的使用管理
为了保证双电源自动切换装置的正常运行, 要进行明确的分工, 确定规范的管理。具体要求如下:
4.1职责划分:双电源自动切换装置使用要有明确的职责划分, 即煤矿机电部门负责提供有煤安标志、防爆合格等方面;通风部门负责局扇领运、入井、稳装、迁移、更换等方面;施工队组负责提供风电闭锁与日常维护工作等工作。
4.2双电源切换装置的相关人员都要详细阅读《产品使用说明书》, 熟练地掌握其使用方法。
4.3装置的安装地点要确保安全, 不得有淋水, 以避免机械腐蚀等现象的发生。
4.4自动切换装置要经常保持装置的清洁, 以清扫外表面的煤尘和污物。
4.5自动切换装置要定期进行检查, 以保证机械的正常运转。在井下运转半年时间后, 应该进行其出全面检查。
结束语
电源系统是整个通风系统的关键, 正确选择双电源的切换开关是至关重要的, 目的是当供电电源发生意外时, 可以安全地切换到另一个备用电源, 以保证通风系统的安全, 拥有持久的动力。因此, 研究煤矿风扇双电源自动转换设置, 保证了主通风机不间断运行, 稳定了矿井通风问题。
摘要：在煤矿生产中, 往往会因意外停电而造成工作面停风事故。因此, 研究煤矿风扇对提高生产效率带来很大的意义, 而风扇双电源自动转换则是非常好的解决方法, 针对煤矿风扇双电源自动转换进行研究, 提高效率。
关键词：风机,自动转换装置
参考文献
[1]李道本.双电源自动切换装置选用探讨[J].电气应用, 2005.
煤矿主扇低压双电源自动转换 篇5
图1双风机双电源自动转换工作原理图
1 工作特点
双风机、双电源的自动转换是使用QBZ-80或QBZ-120型真空开关, 来控制风机, 完成主机、副机之间的自动转换, 在不改变开关内部结构前提下而设计的。 (1) 正常工作时 (两回路都有电时) 是主机工作, 副机备用。当主机电源再来电时, 自动切换到主机运行。当主电源停电时, 本装置自动切断矿井掘进工作面的一切电源, 确保矿井安全生产, 预防发生瓦斯爆炸事故的发生。 (2) 在双电源供电过程中, 任何一路电源断电, 而另一路电源正常的供电情况下, 主机、副机能保证自动切换。 (3) 当工作面瓦斯浓度降到1%时, 监测探头与风电闭锁开关配合, 自动恢复矿井掘进工作面的一切电源。避免因检修产生电火花, 引起瓦斯爆炸事故的发生。 (4) 线路非常简单, 工人方便学习操作, 当主电源停电时或主机控制开关QBZ-120发生事故时, 很容易判断。
2 风机自动转换装置
(1) 工作原理
试制后的自动转换装置, 基本上避免了专供风机因意外停电而造成工作面停风事故。安全可靠, 不产生误动作, 安装维护简便, 如图1所示。 (2) 技术方案。对掘进工作面坚决落实双风机、双电源自动转换, 以保证掘进工。作面供风的连续性, 其中专用电源为主风机、工作面设备和监测分站供电;副电源为副风机供电;主、副电源必须取自不同的母线段, 而且主风机可自动转到副风机, 但副风机禁止自动转到主分机。保证了主风机停电时, 副风机供风。双电源自动切换装置正是为满足上述要求而进行研发的。本装置采用煤矿井下动力电源和通风机专用电源作为两路输入电源, 其中通风专用电源作为主电源, 动力电源作为辅助电源。根据对切换装置的技术要求, 装置的组成框图见图2所示。
3 使用中注意事项
(1) 1QBZ-80或QBZ-120开关真空开关与地面倾斜度不超过15度。 (2) 两台QBZ-80或QBZ-120开关真空开关在改造自动转换前, 必须先试一下本机近控是否能够正常工作。 (3) 每班必须试一下双风机、双电源是否能自动转换, 副机必须定期运转, 防止副机因电机受潮烧坏。
4 双电源自动切换装置主电路开关电器种类
(1) 转换开关。转换开关是人工操作转换开关电器, 由一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源。 (2) 自动转换开关电器。自动转换开关电器 (ATSE) 是由一个 (或几个) 转换开关电器和其他必需的电器组成, 用于监测电源、并将电路从一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。目前生产工艺条件下, ATSE动作时间范围大致如表1所示。
5 系统对控制器的要习
(1) 控制器的作用。控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工作状态, 当被监测电源发生故障 (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。 (2) ATSE开关与控制器。ATSE的控制器视为开关主体
6 系统软件设计
软件设计主要包括软件程序设计和软件结构设计。软件程序设计主要内容是拟定程序的总体方案、根据系统功能及操作过程绘制程序流程图、采用适当的程序设计语言编制具体程序以及检查和修改程序。 (1) 主模块程序设计。主程序是双电源自动切换控制器的核心程序, 控制器系统程序包括1个主模块和3个子模块 (电源状态监测模块、断路器状态监测模块、断路器控制模块等) 。其主程序流程图如图3所示。 (2) 子模块程序设计。具体方法是:在定时器中断控制下完成三相交流电压信号。的数据采集, 在输入捕获中断和外部中断控制下完成频率和相序测量, 将采样到的电压有效值和频率值与用户设置的正常工作时电源电压和频率上下限进行比较, 向主序模块传递每一路电源是否符合用户要求的状态信息, 并向数据显示模块和通讯模块传递电压、频率参数。
结束语
现在较多电力供应都采用了双电源, 在电力系统中自动转换开关被广泛应用。ATSE即双电源自动转换开关电器, 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。双电源自动转换开关作为低压电器的一种, 在国民经济领域中占据越来越重要的地位, 由于是电力开关, 各个行业都不可或缺。
摘要：扇风机是煤矿耗电量最大的设备之一, 它的耗电量占矿井总耗电的15-30%左右。随着经济的飞速发展和人民生活水平不断提高, 人们对电力可靠性的要求越来越高。根据煤矿井下电源环境研制双电源自动切换装置, 能自动检测两路电源的供电状态, 并根据检测结果确定电源输出。
关键词：双电源,扇风机,自动转换
参考文献
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[4]刘斌.ATSE双电源自动开关浅谈[J].石河子科技, 2009 (6) .
双电源自动转换开关 篇6
关键词：供电,双电源自动开关,设计原理,安装调试
1 前言
大功率广播电台供电系统属于一级负荷, 台区用电对于保障安全传输发射工作起到举足轻重的作用。我台区锅炉房、水泵房、传达室、路灯、车库、公寓楼、食堂、多功能厅、客房等用电均由北山变压器供电, 北山变压器由变电站10k V架空线路供电, 此10kV供电线路长, 供电用户多, 故障率高, 停电几率大。曾经多次在冬季因高压线路故障, 造成长时间停电, 导致供暖、供水管道冻坏, 经济损失严重, 还曾出现过一次10k V线路B相断线, 使多台三相电动机缺相烧毁, 影响了供暖和供水。为保证台行政区供电的连续性, 采用双电源自动转换开关, 则是解决问题的关键。目前, 我台只有一路外电供电, 该一路电源在台变电站被分成两路, 分别给台行政区变压器和北山变压器提供电源, 两个变压器直线距离约有500m, 若将两个变压器充分利用起来, 采用双路电源自动转换开关供电, 需购置双电源自动转换开关箱、重新敷设电缆, 工程造价极高。为了节省资金, 根据台行政区供电实际情况, 参照有关电气规范, 我们自主设计了异地远距离双电源自动转换开关。
2 双电源自动转换开关的技术要求
根据对配电系统的要求, 一级负荷及二级负荷配电系统, 应采用双电源供电末端自动互投, 自动转换开关电器通常安装在配电系统最后一级的配电箱进线侧。
自动转换开关电器ATSE (Automatic Transfer Switching Equipment) , 主要适用于交流不超过1000V或直流不超过1500V的紧急供电系统, 用于双路电源切换, 在转换电源期间, 中断向负载供电。
国内市场用于双路电源转换电器的产品有四类。第一类由接触器组成的ATSE;第二类由断路器组成的ATSE;第三类用电动负荷开关完成两路电源转换的产品;第四类PC级 (一体式) ATSE。
从本质上说, ATSE是完成双电源自动转换功能电力设备的统称, 并不局限于某种类型, 但必须符合国家与国际标准的检验要求。作为双电源自动转换使用的ATSE开关设备, 除完成负载在双路电源间选择、转换的功能外, 还必须考虑供电回路中的种种复杂情况, 例如短路电流的冲击、过负荷、设备频繁操作等, 所以ATSE本身还必须具有很好的自我保护能力。
对ATSE的设计, 应从技术角度出发, 必须充分考虑供电系统的配电方式、转换时间以及负载的使用性质等实际情况, 要注重ATSE的实用性与可靠性。
ATSE一般是不允许带大电动机或高感抗负载转换。比如大电动机类负载, 当其在运行中切换, 而电源相位差较大时, 它将受到巨大的机械应力冲击, 同时由电动机产生的反电势引起的过电流, 还会造成熔断器熔断或断路器脱扣。在动触头转换前增加延时, 可避免在切换大电机或变压器负载时所引起的冲击电流, 延时时间可视负载情况确定, ATSE转换动作时间, 一般在100多毫秒至几秒钟。
3 远距离异地双电源自动转换开关设计及工作原理
根据前面介绍的双电源自动转换开关技术要求, 首先要有一路可靠的备用电源。图1为台行政区供电分配框图。
台变电站输出的三相10k V经架空外线送至北山变压器和其他用户, 北山变压器输出的三相380V电源供给水泵房、公寓楼等九处用电;台变电站行政变压器输出的3相380V电源, 供给台区其他用户, 由于行政变压器容量很大, 因此该变压器可作为北山变压器的备用电源。
异地远距离双电源自动转换开关, 在市场上没有成型的产品, 并且在互联网和电力书籍上也没有这方面的介绍。根据台行政区供电实际情况与双电源自动转换开关技术要求, 我们经过研究分析, 决定采用交流接触器作为转换开关的ATSE, 并配合使用空气断路器、继电器、指示灯、报警等器件, 用以实现异地远距离双电源自动切换的功能。
3.1 异地远距离双电源自动转换开关的设计
3.1.1 异地远距离双电源自动切换结构
因为主用电源和备用电源相距很远 (500m) , 唯一联系媒介就是一条供电电缆, 由于主用电源和备用电源采用交流接触器切换, 所以还要考虑主/备电源的互锁问题, 即主用电源交流接触器处于吸合位置, 备用电源交流接触器应处于释放位置, 反之, 主用电源交流接触器处于释放位置, 备用电源交流接触器应处于吸合位置, 实现主用电源与备用电源的有效物理隔离。
3.1.2 来电电源故障检测
双电源自动切换装置需要判断来电线路有压或无压及缺相功能。采用交流接触器和继电器线圈作为有压或无压检测器, 其最小吸合电压 (80%额定电压) 是指检测启动时, 有压或无压的临界点;最小释放电压 (30%额定电压) 是指检测运行中, 有压或无压的临界点。由于最小吸合电压和最小释放电压的数值都比较大, 因此可有效地防止电压波动、浪涌电压影响、谐波干扰、电磁干扰等。当从交流接触器前端取电检测到三相或零线有任何故障时, 均应启动转换到备用电源, 即当主用电源意外停电或一相或两相断线时, 主用电源交流接触器释放, 退出供电, 备用电源交流接触器自动吸合, 投入供电。
3.1.3 负载有电检测互锁
双电源自动切换装置要有可靠的电气连锁, 负载有电检测是判断负载是否有电的重要依据, 其检测电压取自交流接触器后端负载电缆处。互锁检测也是通过继电器线圈来判断负载线路有压或无压, 通过相应的控制线路, 实现主用电源和备用电源互锁。假设双电源自动切换系统使用主用电源, 负载电缆带电, 备用电源切换系统通过检测电路检测出负载有电, 备用电源交流接触器不吸合;若主用电源出现故障, 主用电源交流接触器释放, 备用电源切换系统检测到负载无电, 经过延时, 备用电源交流接触器吸合, 给负载供电。这时, 若主用电源切换系统检测到负载有电, 即使主用电源恢复正常, 主用电源交流接触器也不允许吸合。
3.2 台行政区异地远距离双电源自动转换开关工作原理
根据台行政区供电的实际情况及异地远距离双电源自动转换开关设计思路, 自主设计出了台行政区异地远距离双电源自动转换开关, 其原理如图2所示。
北山变压器供电为主用电源, 变电站行政变压器供电为备用电源, 主/备电源自动切换控制电路结构基本一样, 采用KM1、KM2交流接触器进行控制, 它们之间控制关系为互锁, 即主用KM1吸合供电, 备用KM2释放断开或主用KM1释放断开, 备用KM2吸合供电。基于这个理念, 我们还设计出了电源控制启动电路和负载有电检测互锁电路, 有效避免了两只交流接触器同时吸合, 同时对负荷供电的问题。
3.2.1 异地远距离双电源自动转换开关主用电源控制工作原理
(1) 主用电源自动转换开关电路结构
三相3 8 0VAC主用电源的A、B、C相电源分别接F U 1、F U 2、F U 3熔断器, 通过电压监测选择开关S1接M1交流电压表, 可以通过转动S1开关, 检测AB、BC、AC相电压;QF1为空气断路器, 其后端C相经FU4熔断器→S2 (主用电源控制开关) →KM1交流接触器线圈K1 (常开触点) →FU5熔断器→A相电源。FU4、FU5熔断器后端并接DS1指示灯, 指示主用来电是否正常。
(2) 缺相保护电路
FU4与FU5为主用电源启停控制电路供电, 即C相与A相中有一相缺相, 都会导致KM1失电释放;B相电源→FU6熔断器→K1继电器线圈→零线N, K1继电器常开接点串入启停控制电路中, 若B相电源缺相, 也会导致KM1失电释放。
KM1后端, A相电源→FU7→K2线圈→零线N;C相电源→FU8→K3线圈→零线N;B相电源→FU9→K4线圈→零线N, 用于负载线路带电监测。FU7、FU8熔断器后端并接DS3指示灯, 指示负载电路是否有电。FU7→DS2指示灯→KM1-2 (辅助常开触点) →FU8, DS2为主用电源供电运行指示灯, 即指示KM1工作状态。
(3) 负载线路带电闭锁功能
负载线路带电检测电路由K2、K3、K4三只继电器 (线圈电压220Vac) 组成, 即负载线路带电情况下, K2、K3、K4吸合, 其常闭接点断开, 当主用电源出现故障或S2开关断开, 备用电源启动后, K2、K3、K4常闭接点在主用电源启停电路中起线路带电闭锁作用, 即使主用电源恢复正常, 主用电源也不启动。
(4) 备用电源启动报警电路
报警电路控制通路是:FU7→K2 (常开触点) →KM1-3 (辅助常闭触点) →SⅠ警铃开关→警铃→零线N。正常工作时, SⅠ开关闭合, 主用电源故障后, 常闭接点KM1-3接通, 备用电源启动后K2接通, 此时警铃报警, 提示住在附近住户, 主用电源有故障, 备用电源投入。
3.2.2 异地远距离双电源自动转换开关备用电源控制工作原理
(1) 备用电源自动转换开关电路结构
三相3 8 0VAC备用电源的A、B、C相电源分别接FU10、FU11、FU12熔断器, 通过电压监测选择开关S3接M2交流电压表, 可以通过转动S3开关, 检测AB、BC、AC相电压;QF2为空气断路器, 其后端C相经FU13熔断器→S4 (备用电源控制开关) →KM2交流接触器线圈K5 (常开触点) →FU14熔断器→A相电源。FU13、FU14熔断器后端并接DS4指示灯, 指示备用来电是否正常。
(2) 缺相保护电路
FU13与FU14为备用电源启停控制电路供电, 即C相与A相中有一相缺相, 都会导致KM2失电释放;B相电源→FU15熔断器→K5继电器线圈→零线N, K5继电器常开接点串入启停控制电路中, 若B相电源缺相, 也会导致KM2失电释放。
(3) 备用电源延时启动电路
B相电源→FU15→K6 (常闭触点) →K7 (常闭触点) →K8 (常闭触点) →Kt (延时继电器线圈) →零线N。延时继电器作用是为防止主/备用电源同时来电时, 备用电源有可能先启动。
KM2后端, A相电源→FU16→K6线圈→零线N;C相电源→FU17→K7线圈→零线N;B相电源→FU18→K8线圈→零线N, 用于负载线路带电监测。FU16、FU17熔断器后端并接DS6指示灯, 指示负载电路是否有电。FU16→DS5指示灯→K0-2 (常开触点) →FU17, DS5为备用电源供电运行指示灯, 即指示KM2工作状态。FU17→KM2-2 (辅助常开触点) →K0线圈→零线N, 因为KM2交流接触器只有两个辅助常开触点, 而备用电源自动转换开关实际需要三个, 一个为KM2交流接触器自保控制 (KM2-1) , 一个为KM2启动指示 (K0-2) , 另一个为备用电源启动报警 (K0-1) , 这样, 就需增加一只中间继电器K0来进行扩展。
(4) 负载线路带电闭锁功能
负载线路带电检测电路由K6、K7、K8三只继电器 (线圈电压220VAC) 组成, 即负载线路带电情况下, K6、K7、K8吸合, 其常闭触点断开, 备用电源不会启动, K6、K7、K8常闭接点在备用电源启停电路中起线路带电闭锁作用。当主用电源出现故障, K6、K7、K8无电释放, 即检测到负载线路无电, K6、K7、K8常闭触点闭合接通备用电源延时启动电路, 在Kt延时期间, 若主用电源依然没有恢复正常时, 则备用电源启动, 投入供电。
(5) 备用电源启动报警电路
报警电路控制通路是:FU16→K0-1 (常开触点) →SⅡ警铃开关→警铃→零线N。正常工作时, SⅡ开关闭合, 当主用电源出现故障, 备用电源启动后, K0-1接点接通, 警铃报警, 提示住在其他用户的人员, 主用电源有故障, 备用电源投入运行。设置此报警电路的目的是, 由于供电的两个变压器 (北山变和行政变) 不在同一地点, 当主用电源出现故障后, 可同时提醒异地行政变压器控制室人员注意。
4 异地远距离双电源自动转换开关的调试与使用
根据异地远距离双电源转换开关原理图, 我们购置了质量可靠, 性能优良的材料和元器件, 并组织技术人员进行了精心地安装和布线, 用以确保接线准确与牢固。图3、图4分别为主用/备用电源自动转换开关柜内部结构图。
4.1 异地远距离双电源自动转换开关的调试
由于主用与备用电源自动转换开关柜分别被安装在北山变压器和行政变压器附近, 相隔距离较远, 因此在调试时, 我们安排了两拨技术人员, 分别在主用和备电源自动转换开关柜前, 用对讲机进行通讯联络。首先分别转动S1、S3电压监测选择开关, 观察M1、M2主用和备用电源电压表值是否正常。确认正常后, 在主用电源自动转换开关柜前的技术人员把QF1置于合闸位置, DS1 (主用来电) 指示灯亮, 将控制开关S2闭合, KM1吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电, DS2 (主用运行) 、DS3 (负载有电) 指示灯亮;启动台区锅炉房引风机, 确认电动机正转, 即主用电源正相序。备用电源自动转换开关柜中QF2处于分闸位置, 控制开关S4在断开状态, KM2处于释放位置, DS6 (负载有电) 指示灯亮, 表示线路主用电源供电正常。
因为台区供电电源为一路电源, 主用电源与备用电源分别由两台变比 (10kV/380V) 相同的变压器供电, 要保证双路电源自动转换开关系统两路电源对负载供电同相位, 如果两路电源对负载供电相位是相同的, 即使出现两只交流接触器同时吸合, 使两台变压器并联, 同时对负载供电, 也不会出现任何危险。在备用电源自动转换开关柜中, 用三用表校正备用电源和所接负载电缆 (主用电源) 是否同相。表1所示主/备电源同相之间电压差。
相序校对完毕后, 将QF2置于合闸位置, DS4 (备用来电) 指示灯亮, 再将转换开关S4与警铃开关SⅡ闭合。
在主用电源自动转换开关柜前的技术人员将QF1断开, 这时, 可以在备用电源自动转换开关柜中, 观察到DS6 (负载有电) 指示灯灭, 负载线路带电检测K6、K7、K8继电器释放, Kt延时继电器得电, 延时2s (人为设置) 后, Kt线圈吸合, KM2吸合, 备用电源通过QF2、KM2给负载供电, DS5 (备用运行) 指示灯亮, DS6 (负载有电) 指示灯亮, 备用电源启动警铃报警。此时, 在主用电源自动转换开关柜面板上只有DS3 (负载有电) 指示灯亮, 警铃报警。合上主用电源自动转换开关柜中QF1时, 不允许切换到主用电源上。
断开备用电源自动转换开关柜中QF2, 再合上主用电源自动转换开关柜QF1, 主用电源向负载进行供电。经过反复多次模拟试验, 确认无任何问题后, 将异地远距离双电源自动转换开关投入运行。
4.2 异地远距离双电源自动转换开关自动和手动操作方式
(1) 自动操作方式
先将主用电源自动转换开关柜中QF1合上, 再将S2控制开关合上, KM1带电吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电;在备用电源自动转换开关柜中, 将QF2合上, 再将S4控制开关合上, 再检查警铃开关是否都在合的位置即可。当主用电源出现故障, 备用电源自动转换开关柜KM2吸合, 备用电源投入运行, 主/备电源自动转换开关柜中备用电源启动警铃均报警, 提示主用电源出现故障, 需要技术人员来处理。此种方式, 停电间隔仅为2s。
(2) 手动操作方式
先将主用电源自动转换开关柜中QF1合上, 再将S2控制开关合上, KM1带电吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电;备用电源自动转换开关柜中QF2、控制开关S4、警铃开关SⅡ均处于断开位置。当主用电源出现故障, 需要技术人员到主用电源自动转换开关柜, 将QF1、S2控制开关、警铃开关SⅠ放置于断开位置;再到备用电源自动转换开关柜中合QF2、S4控制开关, 最后去查找处理主用电源故障。此种方式, 停电间隔要长一些。
5 结束语
智能型双电源自动转换装置的设计 篇7
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。
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