CN1060562A - 带有后备电源的交流电源装置 - Google Patents

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Abstract

备用发生器(7)提供一个具有恒定幅度并调整得 与干线电源电压相位一致的正弦电压。后接有阈值 电路(16)和双稳态开关(18)的比较器(12)当干线电 源(1)和发生器(7)电压之间差值超出某个预定值时 可近乎即时地使静态接触器(3)断开。

Description

此项发明涉及一种从干线电源向一负载提供单相或多相交流电的电源装置，这个装置包括一个在干线电源有故障的情况下能够顶替干线电源的备用的后备电源，一个处于负载与干线电源之间的静态接触器，一个用以在干线电源超出预定容限时进行近乎即时检测并用以控制静态接触器断开的检测装置，以及用以检测干线电源恢复到所述容限之内的装置。
现行的方法是将一组驱动一逆变器的电池用作后备电源。处于正常干线电源与负载之间并在正常工作状态下闭合的静态接触器在该干线电源有故障的情况下自动断开，以及时使其与负载断开，而后由逆变器直接向该负载供电。当这种由于电池容量有限而通常只是暂时性的故障被排除后，该静态接触器再度闭合，干线电源再次为负载供电，同时通常还通过以可逆方式工作的逆变器为这些电池充电。
对于敏感的应用，重要的是在干线电源有故障的情况下非常迅速地与干线电源断开。因此，必须非常迅速地检测出干线电源故障并且必须采用具有高速断开性能的静态接触器。
尽管目前由于将具有开关性能的半导体元件（晶体管，GTO（闸门电路断开开关）……）用于这种静态接触器或利用一附加电路（晶闸管）来进行开关使得第二个条件不会有任何问题，对于超出其容限的干线电源的高速检测却不是这样，而这又是静态接触器断开的依据。由于实际上由干线提供的是交流电压，对于近乎即时的故障检测，测量其峰值电压或考虑其整流后电压的平均值是不充分的，这两种常规处理通常会增加有害的延迟。
此发明的目的是克服这些缺点。根据此发明，用以在干线电源超出预定容限时进行近乎即时检测的检测装置，包括一个产生具有恒定幅值的与干线电源有相同波形和相同频率的交流电压并且控制为与干线电源同相的发生器，用以连续比较干线电源电压和发生器输出电压瞬时幅度并在这两个幅度的差值超过预定阈值时近乎即时地使所述静态接触器断开的比较装置。
另外还设有用以在此后检测干线电源恢复到其允许容限内，接着调整发生器相位与干线电源一致，核查这一相位调整和所述电压差值恢复到所述阈值之下，并最终使静态接触器重新闭合的装置。
总之，从以下对此发明的一个示例性实施例的描述可以容易地理解本发明及更清楚地看出其优点及其它特点，此例仅作为一个非限定性的例子并附有示意图加以说明，其中：
图1是设在电源装置内的高速检测装置的框图;
图2A至2D是说明其工作情况的曲线。
参照图1，标号1标示出交流干线电源的输入线，为使图简化此处假定是单相的。该供电干线通过装有GTO晶闸管等并从控制输入端4接收断开或闭合控制信号的静态接触器3向负载2供电。备用的后备电源包括一组与受控制电路34控制的逆变器33相连的电池32。备用电源设计得可通过引线6将一个在干线电源1有故障的情况下即在其超出负载2所允许的容限的情况下能够顶替干线电源的交流电压加在将静态接触器连接到负载的导线的点5上。在这种情况下，加在输入端4的信号控制着静态接触器的断开，以使负载2与有故障的引线1断开;而后由逆变器通过输出线6向负载供电。当干线电源1工作正常时，加在输入端4的控制信号可使静态接触器闭合，由供电干线1向负载2供电并通过逆变器引线6向电池提供充电电流。为了实现干线电源超出其容限的近乎即时的检测，采用电压发生器7来产生一个频率与干线电源相同且幅度恒定的正弦电压。该发生器7受相位调整控制端8的调整而与干线电源电压Vr相位一致，该控制端通过引线9和“与”电路10接收来自干线电源1的电压，“与”电路的功能将作进一步说明，此刻被认为是接通的。
因此，该发生器在其输出端11上加有一个正弦电压Vref，如图2A所示，其相位与干线电源一致，有相同的周期，并有恒定的幅度，此例中与交流干线电源幅度相等。这个电压Vref加在电压比较器12的第一输入端上，而其第二输入端13通过上述导线9接收干线电源电压Vr。该干线电源电压Vr如图2B所示，并且假定在时刻tl超出了其容限（突然下降）。
从而在比较器12的输出端15处出现一个作为干线电压Vr和电压Vref之间差值的电压Vd，在正常工作状态下显然为零。该电压Vd加在阈值电路16上，其“上”限+S和下限-S如图2C所示，图中描绘了代表该电压差Vd的曲线。阈值的绝对值S比如说可以是参考电压Vref的峰值电压的大约10%。
只要上述两个电压的瞬时差值Vd保持在两个阈值+S和-S之间，电路16的输出信号17的值为电平“0”，因而从输入端S接收零信号17的双稳态开关18将值为“0”的信号A提供在其输出端。开关18的输出信号如图2D所示。双稳态开关18的输出端通过导线19连接到逆变器33的控制电路34。而后控制电路34又在与静态接触器控制输入端4相连的输出端上加上一个使静态接触器保持闭合的信号。同时，控制电路34控制着逆变器33使其向电池32充电。
在时刻tl，干线电压Vr突然下降，使得曲线Vd（图2C）超出电路16的阈值+S。而后开关18受出现在其输入端S上的电平为“1”的信号驱动，其输出端A变成电平为“1”（图2D），这就可以通过控制电路34在近乎与干线电压下降相对应的时刻tl的当时使接触器3断开。而且，控制电路34同时可实现逆变器33的斩波控制，使其在信号A电平为1时作为后备电源。
为了使该装置完全自动化，最好还设有用以在此后核查干线电源1恢复到容限之内的装置。静态接触器仅在干线电源和发生器7重又相位一致并且上述电压差值Vd（图2C中的曲线）的绝对值恢复到阈值S以下时才再度闭合。这种恢复过程没有必要是迅速的，因为逆变器多工作一会儿也不要紧。实际上，当这些条件满足并且干线电压与逆变器输出电压相位一致时控制电路34就可使静态接触器闭合，从而减少过渡现象。
因此，干线电压Vr由导线9加在幅度（比如说平均值）测量电路21的输入端20上，其输出22加在电压比较器23上，比较器23的另一个输入端24接收决定容限电压的预定参考电压Vm;当由电路21测得的电压Vmoy再度达到该参考电压Vm时，供电干线被认为已恢复正常。而后比较器23的输出端25处的信号使上述“与”门（在图2B中时刻tl先已闭合）断开，该“与”门通过控制输入端8实现发生器7相对于干线电压的相位调整。
接收干线电压Vr并通过导线27接收来自发生器7的输出电压Vref的相位比较器26，当其输入电压Vr和Vref相位一致时其输出端28的电平为“1”。
该输出28加在“与”电路29上，后者的另一个输入端31接收经逻辑反相器30反相的阈值电路16的输出：当干线电源和发生器7电压瞬时差值Vd的绝对值恢复到值S以下时，输出17的电平为“0”，因而输入端31上出现电平“1”。门29因此而打开，双稳态开关18的切换脉冲加在其输入端R上，使得加在控制电路19上的信号A复位为“0”状态，最终使静态接触器闭合并使逆变器斩波状态改变，将其用于通过引线6从干线电源1向电池充电。

Claims (7)

1、一种从干线电源(1)向负载(2)提供交流电的装置，该装置包括一个在干线电源有故障的情况下能够顶替干线电源的备用的后备电源，一个设在负载(2)和干线电源(1)之间的静态接触器(3)，一个用以在干线电源超出预定容限时进行近乎即时的检测并用以控制静态接触器断开的检测装置，以及用以检测干线电源恢复到所述容限之内的装置(21，23)，该装置的特征在于：检测装置包括一个产生具有与干线电源相同的波形和频率、具有恒定幅度并控制(8)得与该干线电源电压(Vr)相位一致的交流电压(Vref)的发生器(7)，用以连续比较干线电源电压(Vr)和发生器(7)输出电压(Vref)的瞬时幅度并用以在这两个幅度之间的差值(Vd)超出预定阈值(+/-S)时近乎即时地使静态接触器(3)断开的比较装置(12，16，18)。
2、权利要求1所述装置，其特征在于由该发生器（7）提供的电压（Vref）的恒定幅度可选定为明显地与供电干线（1）电压幅度相等。
3、权利要求1所述装置，其特征在于所述比较装置包括一个输出与一阈值电路（16）的输入相连的比较器（12），阈值电路（16）的输出与一双稳态开发（18）的输入（S）相连，从而在开关的输出端提供控制静态接触器断开的信号（A）。
4、权利要求1所述装置，其特征在于它包括与用于检测干线电源恢复情况的装置输出端相连的用于发生器（7）相位调整的控制装置（10），用于核查这一相位调整的装置（26），以及当发生器（7）调整得与干线电源相位一致并且干线电源电压（Vr）和发生器输出电压（Vref）差值（Vd）的绝对值低于所述预定阈值（S）时用于控制静态接触器（3）闭合的控制装置。
5、权利要求4所述装置，其特征在于用于检测干线电源恢复情况的装置包括用于测量干线电源电压（Vr）幅度（Vmoy）的电路（21）和用于将这个幅度（Vmoy）与参考值（Vm）进行比较的装置。
6、权利要求4所述装置，其特征在于所述用于控制发生器（7）相对于干线电源的相位调整的装置包括“与”门（10），其一个输入端接收干线电源电压（Vr），其另一个输入端与用于检测干线电源恢复情况的装置（21，23）输出端（25）相连，“与”门的输出端与调整发生器（7）相位的控制输入端（8）相连。
7、权利要求4所述装置，其特征在于用于控制静态接触器闭合的装置包括双稳态开关（18），其输出端与静态接触器的控制输入端相连而其零复位输入端（R）与第二“与”门（29）的输出端相连，第二“与”门（29）的第一输入端与用于核查相位调整的装置的输出端（28）相连而第二“与”门（29）的第二输入端（31）通过反相器（30）与用于比较干线电源电压（Vr）和发生器（7）电压（Vref）幅度的装置（12，16）的输出端相连。
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