CN204103589U - 一种双电源切换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于配电控制装置技术领域，公开了一种双电源切换装置。该装置包括用于隔离主电源和备用电源的输入信号隔离变换电路，用于实现主电源和备用电源参数采集、监测，控制主电源和备用电源切换，监测主电源、备用电源切换单元功能的MCU控制单元；还包括与MCU控制单元电连接的主备断路器反馈单元、同期控制合闸单元，以及主电源、备用电源切换单元。本实用新型具有高度集成性，高度可靠性，简单可靠，响应速度快的特点；不仅实现了主电源与备用电源之间的无间断切换而且具有高抗干扰性能，高低压侧采用互感器完全隔离；外部输入输出采用继电器，光耦完全隔离；MCU数字电路高度集成；***相关电路简单，具有多重抗干扰容错能力。
Description
技术领域
本实用新型属于配电控制装置技术领域，具体涉及一种双电源切换装置。
背景技术
厂用电低压***中的双电源切换装置，其主要作用是在工作电源发生事故时实现备用电源与主电源之间的切换。
目前，常用的厂用电低压***的双电源切换方案是在隔离故障电源(工作电源)之后，检测到母线无压，然后再启动双电源切换合闸。其缺点是可能导致损失一部分负荷，且不利于***稳定。
当备用电源为孤网运行的小电源时，由于***不同步，切换可能导致较长时间的停电，另外，现有的切换装置在执行事故切换和不正常切换功能时，只能实现主电源向备用电源的单相切换，不能满足目前主流的主电源与备用电源互为备用的应用要求。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中主电源和备用电源切换是会损失一部分负荷，稳定性差，且有可能导致较长时间断电以及只能进行主电源向备用电源的单相切换，不能满足目前主流的主电源与备用电源互为备用问题。
为此，本实用新型提供了一种双电源切换装置，包括用于隔离主电源和备用电源的输入信号隔离变换电路，用于实现主电源和备用电源参数采集、监测，控制主电源和备用电源切换，监测主电源、备用电源切换单元功能的MCU控制单元，还包括与MCU控制单元电连接的主备断路器反馈单元、同期控制合闸单元，以及主电源、备用电源切换单元。
上述主电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位得计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量；所述备用电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量。
上述主电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元；所述备用电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元。
上述同期控制合闸单元包括有同期闭锁单元，用于实现主电源与备用电源的无间断切换。
上述主电源、备用电源切换单元是通过继电器实现控制主电源或者备用电源的断路器分闸与合闸。
上述MCU控制单元还连接有用于输入控制指令的键盘和显示信息的显示屏；MCU还设置有通信接口用于实现与上端计算机组网管理、信息交互。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种双电源切换装置，具有如下优点：
1、采用单MCU核心结构：MCU是本装置的主要核心部件，处理模拟信号检测和数字信号输入输出检测，以及装置的实时工作状态；同时，液晶显示与矩阵键盘功能相互配合，完成人机对话的处理和***相关信息的显示功能。采用单MCU结构，保证了装置的高度集成性，高度可靠性；MCU内部各个主要功能模块功能专一，主次分明，相互关系简单可靠，各模块并行工作，实现任务的快速响应。
2、友好的图形化人机对话界面：液晶点阵显示屏，矩阵键盘输入，全中文显示界面，得参数设置，数据显示更加便捷、直观。
3、设置有同期控制合闸单元：先将工作电源与待切换电源进行同期合闸，并列之后再断开原工作电源，实现无间断的双电源切换。
4、高抗干扰性能：高低压侧采用互感器完全隔离；外部输入输出采用继电器，光耦完全隔离；MCU数字电路高度集成；***相关电路简单，具有多重抗干扰容错能力。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是双电源切换装置示意图。
图2是相序检测电路。
图3是电压检测电路。
图4是断路器状态检测电路。
图5是电源相位电路图。
图6是同期闭锁电路图。
图7是电源合闸信号电路图。
具体实施方式
实施例1：
为了解决现有技术中主电源和备用电源切换是会损失一部分负荷，稳定性差，且有可能导致较长时间断电以及只能进行主电源向备用电源的单相切换，不能满足目前主流的主电源与备用电源互为备用问题。
为此，本实用新型提供了一种双电源切换装置，包括用于隔离主电源和备用电源的输入信号隔离变换电路，用于实现主电源和备用电源参数采集、监测，控制主电源和备用电源切换，监测主电源、备用电源切换单元功能的MCU控制单元，还包括与MCU控制单元电连接的主备断路器反馈单元、同期控制合闸单元，以及主电源、备用电源切换单元。
上述主电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量；所述备用电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量。
上述主电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元；所述备用电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元。
上述同期控制合闸单元包括有同期闭锁单元，用于实现主电源与备用电源的无间断切换。
上述主电源、备用电源切换单元是通过继电器实现控制主电源或者备用电源的断路器分闸与合闸。
上述MCU控制单元还连接有用于输入控制指令的键盘和显示信息的显示屏；MCU还设置有通信接口用于实现与上端计算机组网管理、信息交互。
实施例2：
本方案所提供的双电源切换装置，采用的是ATMEL公司的AVR系列高速MCU，内部集成了数据RAM和程序ROM，具有UART、I2C、SPI多种通讯接口，10位的A/D模数转换模块。
如图1所示的主电源2和备用电源3的电压信号经过互感器后，分别经过的隔离整形4和隔离整形5隔离后，送入放大滤波电路6和放大滤波电路7，最后进入MCU1的A/D模数转换模块进行数据采集，每个正弦波周期采集256个点后，进行有效值与相位的计算。同时，隔离整形4和隔离整形5隔离后的信号再由转换方波8和转换方波9经过零比较后整成方波，再送入MCU 1，进行相序与频率的测量。
MCU1在计算得出主电源2与备用电源3的电压，频率，相序，相位差等相关信息后，在根据用户配置的相关参数进行逻辑判断，确定是否需要切换等操作。
自投自复操作：当主电源2正常时，无论备用电源3有无与否，MCU 1将发送命令断路器合闸信号17，使主电源2闭合，备用电源断开。
当主电源2故障，而备用电源3正常时，MCU 1将发送命令驱动同期单元15，当两路电源的电压差，相位差，频差都满足条件时，同期单元15将发送备用电源合3闸命令，经过同期闭锁单元16之后，发出备用电源断路器合闸信号17，驱动备用电源断路器合闸，实现并网操作。当备用电源3断路器成功合闸之后，备用电源断路器反馈信号14经由光电隔离单元13进入MCU 1，MCU 1收到备用电源断路器成功合闸信号后，将驱动继电器输出18，使主电源断路器分闸，从而实现了不间断供电的双电源切换操作。
当主电源2恢复正常之后，MCU 1将发送命令驱动同期单元15，当两路电源的电压差，相位差，频差都满足条件时，同期单元15将发送主电源合闸命令，经过同期闭锁单元16之后，发出主电源断路器合闸信号17，驱动主电源断路器合闸，实现并网操作。当主电源断路器成功合闸之后，主电源断路器反馈信号14经由光电隔离单元13进入MCU 1，MCU 1收到主电源断路器成功合闸信号后，将驱动继电器输出18，使备用电源断路器分闸，从而实现了不间断供电的双电源切换操作。
当主电源2和备用电源3都故障时，MCU 1则根据用户的参数设置，保持此时状态或是将主电源和备用电源断路器都断开。
实施例3：
如图2所示为相序检测电路，采用的是以TLP521-1为核心的光耦隔离放大技术，即通过两个100K的电阻分压，然后接入光耦的输入端，当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换；其优点是信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
图3为电压检测电路，电压经过经过互感隔离后分为两路信号输出，进行不同的变换从而实现不同参数的采集于计算：一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量。
图4为断路器状态检测电路，通过核心元件TLP521-4实现光电耦合，在断路器断开时监测到的高电平，闭合时检测到低电平；实现对断路器的状态监测。
图5为电源相位图，主电源和备用电源的相位各通过一路图5所示的电路UJT1端输出至图6所示的同期闭锁电路。
图7为主电源和备用电源的合闸信号电路图，通过MCU控制单元控制两路该电路以达到主电源和备用电源的合闸控制。
以上电路图所采用的电路元器件型号、参数均在图中已经给出，对于本领域技术人员可以对照附图搭建电路图，从而实现电路功能，电路的连接这里不再详述。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双电源切换装置，包括用于隔离主电源和备用电源的输入信号隔离变换电路，用于实现主电源和备用电源参数采集、监测，控制主电源和备用电源切换，监测主电源、备用电源切换单元功能的MCU控制单元，其特征在于：还包括与MCU控制单元电连接的主备断路器反馈单元、同期控制合闸单元，以及主电源、备用电源切换单元。
2.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述主电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量；所述备用电源的电压信号经过电压检测电路进行互感、隔离后分为两路信号，一路继续经放大、滤波处理后，最后进入MCU控制单元经A/D模数转换后进行数据采集，用于电压有效值和相位的计算；另一路经过零比较变换为方波信号，再送入MCU控制单元，用于进行相序与频率的测量。
3.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述主电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元；所述备用电源断路器反馈单元的主电源断路器反馈信号经过光电隔离后输入MCU控制单元。
4.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述同期控制合闸单元包括有同期闭锁单元，用于实现主电源与备用电源的无间断切换。
5.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述主电源、备用电源切换单元是通过继电器实现控制主电源或者备用电源的断路器分闸与合闸。
6.如权利要求1所述的双电源切换装置，其特征在于：所述MCU控制单元还连接有用于输入控制指令的键盘和显示信息的显示屏；MCU还设置有通信接口用于实现与上端计算机组网管理、信息交互。
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