CN200976496Y - 一种交流电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种交流电源转换装置，该装置包括：用于将三相交流电源变压、整流为三路低压直流电的直流电源单元；用于对所述三路低压直流电进行电压检测信号采样的输入电压检测单元；用于依据所述电压检测信号，计算出所述三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相，并输出导通信号的中心控制单元；用于根据所述导通信号，将所述最符合要求的一相输出的输出控制单元；用于对所述三路低压直流电进行采样，并将采样的相位角检测信号输入所述中心控制单元的相位角检测单元。该装置在三相交流电源相对不稳定的情况下，通过检测、比较三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相输出，提供给需要使用稳定单相交流电源的电器。

Description

一种交流电源转换装置

技术领域

本实用新型涉及电源管理领域，具体地说涉及一种交流电源转换装置。

背景技术

电能是最广泛使用的能源，对电能的使用涉及到日常生产、生活的各个方面。目前所使用的交流电源一般有两种，即三相交流电源和单相交流电源，其中，工业或商业用电一般为三相交流电，生活用电一般为单相交流电；大功率的电器一般使用三相交流电，小功率的电器一般使用单相交流电，不过这些目前没有严格的界限，许多工业或商业地点也需要单相电源，大功率电器和小功率电器有时需在一起配合使用，这就需要有三相电源转换为单相电源的装置来方便使用。

现有的三相交流电源转换为单相交流电源的装置，在变压器内利用V型和I型接线方式的特性，将V型和I型接线方式组合应用到变压器的高低压绕组，形成V/I接线方式，将三相交流电源直接转换为单相交流电源，满足三相交流电源转换为单相交流电源的需要。

在实际应用中，一些地方使用的三相交流电源电压很不稳定，常常出现错相、缺相、欠压的情况，这些故障并不是在三相中同时都出现，产生故障的往往只是三相中的一相或两相，并且有故障的一相和正常的一相并不是固定的某一相，相互之间常常会变动。如果将三相交流电源中的一相或两相带有故障，简单通过上述装置转换成单相交流电源，得到的单相交流电源的电压必然是不稳定，所以现有装置不能在三相交流电源出现错相、缺相、欠压的情况下，有效的利用三相交流电源中正常的一相，提供稳定的单相交流电源，给需要的电器使用。

当三相交流电源中三相电压都过高或过低，现有装置无法进行有效的控制，输出的单相交流电源也随之出现电压过高或过低，极易对使用输出电源的电器造成不必要的损害。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型提供一种交流电源转换装置，在三相交流电源不稳定的情况下，可选择最符合要求的一相输出，提供相对稳定的单相交流电源，给需要的电器使用。

本实用新型提供的交流电源转换装置，包括：用于将三相交流电源变压、整流为三路低压直流电的直流电源单元；

用于对所述三路低压直流电进行电压检测信号采样的输入电压检测单元；

用于依据所述电压检测信号，计算出所述三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相，并输出导通信号的中心控制单元；

用于根据所述导通信号，将所述最符合要求的一相输出的输出控制单元。

其中，还包括：用于对所述三路低压直流电进行采样，并将采样的相位角检测信号输入所述中心控制单元的相位角检测单元。

其中，还包括：用于检测输出电流的电流值，并将所获得的电流值检测信号输入所述中心控制单元的输出电流检测单元。

其中，还包括：用于在所述三相交流电源输入电压值都不符合要求、三相中有错相或缺相、输出电流过大情况下，进行报警的报警单元。

其中，所述输入电压检测单元由分别对应所述三相交流电源的三路相同的检测电路组成，其中的一路为：

第一电阻与第二电阻串连，第一电阻另一端连接所述电源单元的输出端，第二电阻的另一端通过第三电阻接入所述中心控制单元，还通过第四电阻接地，第一二极管与第四电阻并联，第一二极管阳极接地，阴极连接第二、第四电阻的公共端。

其中，所述相位角检测单元由分别对应所述三相交流电源的、三路相同的电路组成，其中一路为：

第五电阻一端连接所述直流电源单元的直流输出正端，另一端连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，集电极连接所述中心控制单元的输入端，第一三极管的基极与发射极之间并联第六电阻和第一电容。

本实用新型提供的一种交流电源转换装置，与现有技术相比具有以下优点：

1、可在三相交流电源中选择最符合要求的一相作为单相交流电源输出：

在三相交流电源相对不稳定的情况下，通过检测、比较三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相作为单相交流电源输出，提供给需要稳定单相交流电源的电器；而现有技术只是通过变压器高低绕组形成V/I接线方式，将三相交流电源直接转换为单相交流电源，不能对三相交流电源各相进行选择；

2、可确保输出电源的稳定、可靠；

本实用新型对输入的三相交流电源各相的电压值、三相之间的相位角、输出单相交流电源的电压值和电流值实施检测，当输入的三相交流电源同时不符合要求，或输出的单相交流电源电压过大、过小，或输出的电流过大，则通过及时切断输出、同时报警等方式，防止对使用输出电源的电器造成不必要的损害；现有技术则不能对输入、输出电源进行任何监控。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例功能单元关系示意图；

图2是本实用新型第二实施例直流电源单元电路图；

图3是本实用新型第二实施例输入电压检测单元电路图；

图4是本实用新型第二实施例三相交流电源波形图；

图5是本实用新型第二实施例相位角检测单元电路图；

图6是本实用新型第二实施例中整流桥输出电压波形图；

图7是本实用新型第二实施例输出电流检测单元电路图；

图8是本实用新型第二实施例输出控制单元电路图；

图9是本实用新型第二实施例报警单元电路图；

图10是本实用新型第二实施例电路图；

具体实施方式

请参看图1，为本实用新型第一实施例功能单元关系示意图，该实施例以中心控制单元101为核心控制单元，通过软件运算检测输入的三相交流电源各相状态，选择最合适的一相作为单相交流电源的输出相，并自动控制电源的输出，保证输出的单相交流电源符合电器使用要求。

其中，几大功能单元以中心控制单元101为核心，中心控制单元101根据各功能单元输入信号进行计算、判断、选择三相交流电源中最合适的一相作为单相交流电源输出。

直流电源单元102将三相交流电源变压、整流为三路稳定低压直流电源，为输入电压检测单元103和相位角检测单元104提供采样信号，还为中心控制单元101、输出电流检测单元105、输出控制单元106和报警单元107提供工作电压。

输入电压检测单元103将直流电源单元102提供的三路低压直流电进行电压检测信号的采样，并将电压检测信号输入中心控制单元101，中心控制单元101计算三相交流电源各相的电压值，并比较、选择出最符合要求的一相，输出导通信号，输出控制单元106将其输出。

相位角检测单元104将用于对所述三路低压直流电进行采样，并将采样的相位角检测信号输入所述中心控制单元101，中心控制单元101依据该相位角检测信号，判断所述三相交流电源三相之间的时序关系，进而判断三相中有无错相、缺相。

输出电流检测单元105用于检测输出电流的电流值，并将所获得的电流值检测信号输入中心控制单元101，中心控制单元101依据所述电流值检测信号计算输出电流的电流值，该电流值超过预定值时，中心控制单元101输出截止信号到输出控制单元106，输出控制单元106依据该截止信号停止输出。

输出控制单元106根据中心控制单元101的指令将三相交流电源中最符合要求的一相输出，当输入的三相交流电都不符合要求、输出的电流过大、输出的电压过大或过小时，输出控制单元106根据中心控制单元101的指令，停止输出。

报警单元107根据中心控制单元101的指令进行报警，在三相交流电源输入电压值都不符合要求，三相中有错相、缺相，输出电流过大情况下，进行区别报警。

本实用新型第二实施例的组成部分与第一实施例相同，第二实施例进一步给出各个功能单元的具体组成电路。

请参阅图2，为本实用新型第二实施例直流电源单元电路图。输入电源为三相交流电源，分L1、L2、L3、N四线，其中L1、L2、L3三线中任一两线间电压为380V，L1、L2、L3三线中任一线和N线间的电压为220V。L1、L2、L3三线分别输入线性变压器T1、T2、T3初级的正端，N线接线性变压器T1、T2、T3初级的负端。

现以L1线与N线一相为例进行详细说明。线性变压器T1初级和次级的线圈匝数比为55/3，初级输入电压为220V时，次级输出电压为12V，线性变压器T1次级两端与连接端子CN6的21、23点相连。这样，通过线性变压器T1，220V的交流电转换为12V的低压交流电。

连接端子CN6的21、23点同整流桥两输入端24、26相连，整流桥由VD6、VD7、VD8、VD9四个二极管顺次连接组成，整流桥直流输出负极端点25接地，直流输出正极端点27连接用于隔离的二极管VD5阳极，VD5的阴极连接电容C6的一端与有极性电容E3的正端，电容C6的另一端和有极性电容E3的负端接地。二极管VD4的阳极连接二极管VD5阴极，负端连接三端稳压管IC2的输入端。

所述电容C6和有极性电容E3的作用在于对所述整流桥输出得直流电的12V直流电进行平波、滤波，转换为较稳定的12V直流电，再通过二极管VD4输入三端稳压管IC2。二极管VD4用于防止三路12V电源之间相互干扰，起隔离作用。

L2线与N线、L3线与N线两相转换过程同本相完全相同，三路12V电源正极共同连接三端稳压管IC2的输入端，三端稳压管IC2将12V电压转换为稳定的5V电压，在输出端输出。三端稳压管IC2的接地端接地，输入端连接电容C7的一端和有极性电容E4的正端，输出端连接电容C8、C9的一端和有极性电容E5、E7的正端，电容C7、C8、C9的另一端和有极性电容E4、E5、E7的负端接地。

直流电源单元通过三个线性变压器把三相交流电转换压为低压交流电，再通过整流电路和滤波电路转换成低压直流电，然后由三端稳压管将其转换成电路所需的稳定电压。转换得到的三路低压直流电共同作为三端稳压管的输入端，这样，三相交流电中只要有一相有电，电路就可正常工作。

请参阅图3，为本实用新型第二实施例输入电压检测单元电路图。直流电源单元实施例中12V电压通过分压电阻R14、R15、R16、R19输入中心控制单元的A/D接口。其中电阻R14与R15串连，电阻R14另一端接二极管VD4的正端，电阻R15另一端通过电阻R16接地，还通过电阻R19接入中心控制单元的A/D转换端。稳压二极管WY3与电阻R16并联，稳压二极管WY3的阳极接地，阴极与电阻R16一端相连。

稳压二极管WY3可防止浪涌等因素引起的检测点电压高于中心控制单元的工作电压，对中心控制单元造成损害，保证中心控制单元安全、正常工作。

中心控制单元根据检测到的电压、电阻R16与R14和R15的阻值比、线性变压器的初级和次级线圈的匝数比，推算出与本路电压相对应的L1线与N线一相准确电压值。L2线与N线、L3线与N线两相处理、推算过程同L1线与N线一相完全相同。

输入电压检测单元将直流电源单元转换得到的三路低压直流电进行相应处理后，输入中心控制单元，中心控制单元通过检测三路低压直流电的电压值，推算出三相交流电源各相的输入电压，从而得出三相交流电源中三相各自的电压特性。

请参阅图4，为本实用新型第二实施例三相交流电源波形图。其中，横坐标为时间波形运行角度，纵坐标为电压值，U、V、W三相之间的电角度为120度，过零点的电角度间隔为60度。通过检测三相过零点的时间间隔，得到三相的时序关系，进而判断出三相中是否有错相或缺相。

请参阅图5，为本实用新型第二实施例相位角检测单元电路图。直流电源单元实施例电路图中电路桥直流输出正端27通过分压电阻R18连接三极管DQ3的基极，三极管DQ3的发射极接地，集电极连接中心控制单元的输入端。三极管DQ3的基极与发射极之间并联电阻R17和并联电容C9。

请参阅图6，为本实用新型第二实施例中整流桥输出电压波形图。其中，横坐标为波形运行角度，纵坐标为电压值。当电压高于U1时，三极管DQ3导通，中心控制单元检测端接地，检测端检测到低电平；当电压等于U1时，即该相的波形过零点时，三极管DQ3截止，中心控制单元检测断检测到高电平。

L2线与N线、L3线与N线两相处理、检测过程同L1线与N线一相完全相同。中心控制单元依次检测三相出现高电位的时间，得到三相过零点的时间间隔，依据三相过零点的时间是否为均匀交叉出现，判断三相交流电源有错相；在检测到信号中，如果有一相没有出现高电平，中心控制单元则判断该相为缺相。

相位角检测单元将从直流电源单元的整流电路输出的低压直流电，处理成高低电位信号输入中心控制单元检测端，通过检测三相交流电源各相的过零信号，推算出三相间的相位关系，进而判断三相交流电源有没有错相、缺相。

请参阅图7，为本实用新型第二实施例输出电流检测单元电路图。交流互感线圈CT1通过两个端点P6、P7卡合环绕输出的电流线，交流互感线圈CT1的输出端连接整流桥的两输入端71、73端，该整流桥由VD22、VD24、VD25 VD23四个二极管顺次连接组成，该整流桥将交流互感线圈CT1输入的感应电整形后由直流输出正端72端输出，该整流桥的直流输出负端74端接地。整流桥直流输出正端72连接电阻R27的一端，电阻R27通过电阻R22接入中心控制单元的A/D输入端。在R27与R22之间通过二极管VD26连接5V电源，二极管VD26的阳极接5V电源，阴极同R27和R22相连，在R27与R22之间还通过电阻R26接地。电阻R22与中心控制单元A/D输入端之间通过电容C15接地。

二极管VD26防止检测的电压高于中心控制单元的工作电压，对其造成损害。中心控制单元通过检测到的电流大小、交流互感线圈CT1的特性、电阻R27与电阻R26的阻值比例推算出输出电流的大小，判断输出电流是否符合要求。

输出电流检测单元通过交流互感器检测输出电流，将检测到的电流信号输入中心控制单元，中心控制单元计算出输出电流的大小，进而判断输出电流是否符合要求。

请参阅图8，为本实用新型第二实施例输出控制单元电路图。中心控制单元的输出端通过电阻R38连接到三极管DQ6的基极，三极管DQ6的发射极接地，集电极通过电阻R1、功率继电器RL1线圈的两端81、84连接12V电源正极，功率继电器RL1的输出端82、83连接三相输入电源的L1线和N线。功率继电器RL1线圈与二极管VD1并联，二极管VD1的阳极同R1连接，阴极同12V电源相连。

功率继电器RL2、功率继电器RL3的连接原理同功率继电器RL1完全相同，其中，功率继电器RL2输出端连接三相输入电源的L2线和N线，功率继电器RL3输出端连接三相输入电源的L3线和N线。

如果中心控制单元判断三相输入电源中L1与N线这一相最优，则在该相对应的输出端置高电平，三极管DQ6随之导通，12V电源通过功率继电器RL1、电阻R1、三极管DQ6接地导通，功率继电器RL1处于吸合导通状态，三相输入电源的L1相导通输出。

输出控制单元通过控制继电器将三相交流电源的某一相作为输出电源输出。中心控制单元通过对三相输入电源的电压检测，选择最符合要求的一相通过输出控制单元控制输出。

如果输入的三相交流电源都不符合要求，输出控制单元根据中心控制单元的指令关断所有功率继电器，停止输出；如果输出电源出现电压过高或过低，输出控制单元就使处于工作状态的继电器断开，中心控制单元判断输入的三相交流电源各相的状态，重新选择最合适的一相作为输出相；如果电流检测单元检测到输出电流超出预先设定的范围，中心控制单元则关断所有的功率继电器，停止输出。

请参阅图9，为本实用新型第二实施例报警单元电路图。中心控制单元四路输出通过电阻和发光二极管同5V电源连接，其中，一输出端通过电阻R34连接发光二极管LED4的阴极，发光二极管LED4的阳极连接5V电源。其它三路的连接原理同该路相同，其中，发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4分别表示过欠压报警、缺相报警、错相报警和过电流报警。

当检测到输入的三相交流电中三相电压都过高或过低，中心控制单元在相应输出端输出低电平，发光二极管LED4导通发光，警示电压出现过高或过低。检测到输入的三相交流电中有错相、缺相或输出电流过大，报警的原理同电压过高或过低报警原理相同。

请参阅图10，为本实用新型第二实施例电路图，该电路由上述各功能单元组成。中心控制单元为单片机IC1，单片机IC1通过A/D输入接口接收输入电压检测单元、输出电流检测单元传输的电压信号，通过信号检测端接收相位角检测电路输入的高低电位信号，单片机IC1内部程序对这些信号进行运算处理，通过检测三相交流电源每相的电压值，选择电压最符合要求的一相通过输出控制单元输出。

当三相交流电源出现波动，选择的一相不为最优的一相时，单片机IC1及时调整，重新选出最优一相输。单片机IC1通过输出电流检测单元对输出电流进行检测，输出的电流过大，单片机IC1会自动切断输出并报警；当输入三相电流同时过大或过小，单片机IC1自动切断输出并报警；当输入的三相交流电源中有错相、缺相等异常情况，单片机IC1进行报警，确保输出的电源稳定、可靠。

本实用新型在三相交流电源相对不稳定的情况下，通过检测、比较三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相作为单相交流电源输出，提供给需要稳定单相交流电源的电器。

本实用新型对输入的三相交流电源各相的电压值、三相之间的相位角、输出单相交流电源的电压值和电流值实施检测，当输入的三相交流电源同时不符合要求，或输出的单相交流电源电压过大、过小，或输出的电流过大，则通过及时切断输出、同时报警等方式，防止对使用输出电源的电器造成不必要的损害。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、一种交流电源转换装置，其特征在于，包括：

用于将三相交流电源变压、整流为三路低压直流电的直流电源单元；

用于对所述三路低压直流电进行电压检测信号采样的输入电压检测单元；

用于依据所述电压检测信号，计算出所述三相交流电源各相的电压值，选择最符合要求的一相，并输出导通信号的中心控制单元；

用于根据所述导通信号，将所述最符合要求的一相输出的输出控制单元。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于对所述三路低压直流电进行采样，并将采样的相位角检测信号输入所述中心控制单元的相位角检测单元。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于检测输出电流的电流值，并将所获得的电流值检测信号输入所述中心控制单元的输出电流检测单元。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于在所述三相交流电源输入电压值都不符合要求、三相中有错相或缺相、输出电流过大情况下，进行报警的报警单元。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入电压检测单元由分别对应所述三相交流电源的三路相同的检测电路组成，其中的一路为：

第一电阻与第二电阻串连，第一电阻另一端连接所述电源单元的输出端，第二电阻的另一端通过第三电阻接入所述中心控制单元，还通过第四电阻接地，第一二极管与第四电阻并联，第一二极管阳极接地，阴极连接第二、第四电阻的公共端。

6、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述相位角检测单元由分别对应所述三相交流电源的、三路相同的电路组成，其中一路为：

第五电阻一端连接所述直流电源单元的直流输出正端，另一端连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，集电极连接所述中心控制单元的输入端，第一三极管的基极与发射极之间并联第六电阻和第一电容。

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