电子式转相开关

申请号 CN201710225473.5 申请日 2017-04-07 公开(公告)号 CN107104449A 公开(公告)日 2017-08-29
申请人 南京新联能源技术有限责任公司; 发明人 王爱民;
摘要 本 发明 提出的是一种 电子 式转相 开关 ,其结构包括转相模 块 ;所述转相模块包括A磁保持继电器、B磁保持继电器、C磁保持继电器、D磁保持继电器、E磁保持继电器、F磁保持继电器、G磁保持继电器、H磁保持继电器、I磁保持继电器、A反并联晶闸管、B反并联晶闸管、C反并联晶闸管、D反并联晶闸管、E反并联晶闸管、F反并联晶闸管、G反并联晶闸管、H反并联晶闸管、I反并联晶闸管。本发明的有益效果在于:使用电子式转相开关,降低机械式转相开关的切换时间,将转相时间控制在11ms内,实现了用户侧不断电换相,同时提高了可靠性和简化了电气控制。
权利要求

1.电子式转相开关,其特征是包括转相模;所述转相模块包括A磁保持继电器、B磁保持继电器、C磁保持继电器、D磁保持继电器、E磁保持继电器、F磁保持继电器、G磁保持继电器、H磁保持继电器、I磁保持继电器、A反并联晶闸管、B反并联晶闸管、C反并联晶闸管、D反并联晶闸管、E反并联晶闸管、F反并联晶闸管、G反并联晶闸管、H反并联晶闸管、I反并联晶闸管;其中,A磁保持继电器与A反并联晶闸管并联,B磁保持继电器与B反并联晶闸管并联,C磁保持继电器与C反并联晶闸管并联;D磁保持继电器与D反并联晶闸管并联,E磁保持继电器与E反并联晶闸管并联,F磁保持继电器与F反并联晶闸管并联,G磁保持继电器与G反并联晶闸管并联,H磁保持继电器与H反并联晶闸管并联,I磁保持继电器与I反并联晶闸管并联。
2.根据权利要求1所述的电子式转相开关,其特征是还包括电源模块,控制模块,GPRS通讯模块,载波通讯模块,光耦隔离电路;其中,控制模块包括CPU芯片STM32F401;CPU芯片STM32F401上包括TXD1端口、RXD1端口、TXD2端口、RXD2端口、GPIO端口;TXD1端口、RXD1端口共同作为USRAT1串口与GPRS通讯模块上的USRAT连接,TXD2端口、RXD2端口共同作为USRAT2串口与载波通讯模块上的USRAT连接;控制模块通过GPIO口控制光耦隔离驱动电路,进而驱动控制转相模块。
3.根据权利要求2所述的电子式转相开关,其特征是所述电源模块使用线性电源将三相220V电压转换成3条3.3v主路和1条12V辅路,3条3.3v主路分别用于给控制模块、GPRS通讯模块、载波通讯模块供电,1条12V辅路通过光耦隔离电路给转相模块供电。
4.如权利要求1所述的电子式转相开关,其特征是所述转相模块的使用方法:
(1)初始状态时,A磁保持继电器、E磁保持继电器、I磁保持继电器合上,其余磁保持继电器和所有晶闸管全部断开,此时线路由A磁保持继电器、E磁保持继电器、I磁保持继电器供电,负载侧出线相序为A、B、C;
(2)当转相模块收到顺时针转相的命令后:
2.1打开A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管,等待20ms;
2.2 A磁保持继电器、E磁保持继电器、I磁保持继电器断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2.3关闭A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管,等待11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
2.4打开B反并联晶闸管、F反并联晶闸管、G反并联晶闸管,此时线路由B反并联晶闸管、F反并联晶闸管、G反并联晶闸管供电,负载侧出线相序为C、A、B;
2.5打开B磁保持继电器、F磁保持继电器、G磁保持继电器,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
2.6 关断B反并联晶闸管、F反并联晶闸管、G反并联晶闸管,等待20ms,此时线路由B磁保持继电器、F磁保持继电器、G磁保持继电器供电,负载侧出线相序为C、A、B;
2.7 完成顺时针转相;
(3)当转相模块收到逆时针向转相的命令后:
3.1打开A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管,等待20ms;
3.2 A磁保持继电器、E磁保持继电器、I磁保持继电器断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管供电,负载侧出线相序为A、B、C;
3.3关闭A反并联晶闸管、E反并联晶闸管、I反并联晶闸管,等待11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
3.4 打开C反并联晶闸管、D反并联晶闸管、H反并联晶闸管,此时线路由C反并联晶闸管、D反并联晶闸管、H反并联晶闸管供电,负载侧出线相序为B、C、A;
3.5 打开C磁保持继电器、D磁保持继电器、H磁保持继电器,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
3.6 关断C反并联晶闸管、D反并联晶闸管、H反并联晶闸管,等待20ms;此时线路由C磁保持继电器、D磁保持继电器、H磁保持继电器,供电,负载侧出线相序为B、C、A;
3.7 完成逆时针向转相;
再次收到转相命令操作过程同流程(2)、流程(3)。

说明书全文

电子式转相开关

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电子式转相开关,属于电系统电能质量控制技术领域。

背景技术

[0002] 低压配电网三相负荷不平衡的主要原因是三相负荷不对称,由于单相用户的不均匀分配和不可控增容、大功率单相负载的接入,用电行为受季节性影响具有随机性,以及对三相负荷平衡管理不重视等原因,使得三相负荷不平衡问题更加严重。
[0003] 转相开关是目前电网上处理三相不平衡问题的常用设备;当某一相火线电流过大时,可以通转相开关切换用户侧连接的火线相序,使得连接负荷较重的一相转移到负荷轻的那一相,通过平衡各相电流提高电网电力的利用率和可用性;目前使用的大多数转相开关是基于机械式的,通过动触头围绕转盘中心的转动改版连接从而实现转相;这种开关的最大优点是它天然是互斥的,也就是不会相间短路;但是机械式开关由有以下缺点:1、电气控制比较麻烦,通常通过电机实现,而电机通常可靠程度不高,而且转动度难以控制;2、机械切换时,当电流较大时,存在拉弧现象,严重时会烧坏触点;3、换相切换时间较长,通常在200ms以上,引起用户侧设备重启。

发明内容

[0004] 本发明提出的是一种电子式转相开关,其目的旨在降低机械式转相开关的切换时间,同时提高可靠性和简化电气控制,实现三相负荷不平衡的调节效果准确、安全、经济及易于控制。
[0005] 本发明的技术解决方案:电子式转相开关,其结构包括转相模;所述转相模块包括A磁保持继电器1、B磁保持继电器2、C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、E磁保持继电器5、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7、H磁保持继电器8、I磁保持继电器9、A反并联晶闸管11、B反并联晶闸管12、C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、E反并联晶闸管15、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17、H反并联晶闸管18、I反并联晶闸管19;其中,A磁保持继电器1与A反并联晶闸管11并联,B磁保持继电器2与B反并联晶闸管12并联,C磁保持继电器3与C反并联晶闸管13并联;D磁保持继电器4与D反并联晶闸管14并联,E磁保持继电器5与E反并联晶闸管
15并联,F磁保持继电器6与F反并联晶闸管16并联,G磁保持继电器7与G反并联晶闸管17并联,H磁保持继电器8与H反并联晶闸管18并联,I磁保持继电器9与I反并联晶闸管19并联。
[0006] 本发明的有益效果在于:使用电子式转相开关,降低机械式转相开关的切换时间,将转相时间控制在11ms内,实现了用户侧不断电换相,同时提高了可靠性和简化了电气控制。附图说明
[0007] 附图1是电子式转相开关系统示意图。
[0008] 附图2是电子式转相开关结构示意图。
[0009] 附图3是转相模块结构示意图。
[0010] 附图4是顺时针转相负载侧波形图。
[0011] 附图5是逆时针转相负载侧波形图。
[0012] 附图中1是A磁保持继电器、2是B磁保持继电器、3是C磁保持继电器、4是D磁保持继电器、5是E磁保持继电器、6是F磁保持继电器、7是G磁保持继电器、8是H磁保持继电器、9是I磁保持继电器、11是A反并联晶闸管、12是B反并联晶闸管、13是C反并联晶闸管、14是D反并联晶闸管、15是E反并联晶闸管、16是F反并联晶闸管、17是G反并联晶闸管、18是H反并联晶闸管、19是I反并联晶闸管。

具体实施方式

[0013] 电子式转相开关,其结构包括转相模块;所述转相模块包括A磁保持继电器1、B磁保持继电器2、C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、E磁保持继电器5、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7、H磁保持继电器8、I磁保持继电器9、A反并联晶闸管11、B反并联晶闸管12、C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、E反并联晶闸管15、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17、H反并联晶闸管18、I反并联晶闸管19;其中,A磁保持继电器1与A反并联晶闸管11并联,B磁保持继电器2与B反并联晶闸管12并联,C磁保持继电器3与C反并联晶闸管13并联;D磁保持继电器4与D反并联晶闸管14并联,E磁保持继电器5与E反并联晶闸管15并联,F磁保持继电器6与F反并联晶闸管16并联,G磁保持继电器7与G反并联晶闸管17并联,H磁保持继电器8与H反并联晶闸管18并联,I磁保持继电器9与I反并联晶闸管19并联。
[0014] 所述A磁保持继电器1、B磁保持继电器2、C磁保持继电器3、A反并联晶闸管11、B反并联晶闸管12、C反并联晶闸管13接A相线路;D磁保持继电器4、E磁保持继电器5、F磁保持继电器6、D反并联晶闸管14、E反并联晶闸管15、F反并联晶闸管16接B相线路; G磁保持继电器7、H磁保持继电器8、I磁保持继电器9、G反并联晶闸管17、H反并联晶闸管18、I反并联晶闸管
19接C相线路。
[0015] 电子式转相开关,其结构还包括电源模块,控制模块,GPRS通讯模块,载波通讯模块,光耦隔离电路;其中,控制模块包括CPU芯片STM32F401,CPU芯片STM32F401上包括TXD1端口、RXD1端口、TXD2端口、RXD2端口、GPIO端口;TXD1端口、RXD1端口共同作为USRAT1串口与GPRS通讯模块上的USRAT连接,TXD2端口、RXD2端口共同作为USRAT2串口与载波通讯模块上的USRAT连接;控制模块通过GPIO口控制光耦隔离驱动电路,进而驱动控制转相模块。
[0016] 所述电源模块,使用线性电源将三相220V电压转换成3条3.3v主路和1条12V辅路,3条3.3v主路分别用于给控制模块、GPRS通讯模块、载波通讯模块供电,1条12V辅路通过光耦隔离电路给转相模块供电。
[0017] 所述电源模块采用线性电源主要负责整个系统的电源供电,为系统可靠运行提供重要保障;控制模块主要控制转相模块的系统转相及系统运行的调节等;GPRS通讯模块采用移远M72D模块,和载波通讯模块TCC081C主要负责和上位机系统的数据交互,实现远程调度及数据收集等;转相模块主要控制系统的运行的转相和不平衡调节的作用。
[0018] 所述GPRS通讯模块采用移远公司M72D模块,与控制主站通过无线GPRS信道连接,控制主站通过无线电向GPRS通讯模块发送命令,GPRS通讯模块获得控制命令后,并将相应的控制命令发送到控制模块。
[0019] 所述载波通讯模块,采用鼎信公司三相载波通讯模块TCC081C,通过电力线载波与转相控制器通讯,并将相应的控制命令发送到控制模块。
[0020] 所述控制模块还包括存储芯片AT25DF321、看狗MX706和按键指示单元;控制模块通过USRAT1串口和GPRS通讯模块通讯,控制模块通过USRAT2串口和载波通讯模块通讯,控制模块通过GPIO口控制光耦隔离驱动电路,进而驱动控制转相模块。
[0021] 如图3所示,转相模块采用磁保持继电器和反并联晶闸管并联的原理是:磁保持继电器工作时无功耗,但可靠分合时间长,普遍在20ms以上,大电流的磁保持继电器分合时间更长,且切换不当会引起拉弧;晶闸管的优点是切换时间短,过零自然关断,不会拉弧,缺点是导通时有1V的压降,大电流时功耗大;采用两种器件并联的方法,可以避免磁保持继电器和晶闸管各自本身的缺点,达到电子式转相开关无运行功耗、转相时间短的目的。
[0022] 转相模块的使用方法:(1)初始状态时,A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9合上,其余磁保持继电器和所有晶闸管全部断开,此时线路由A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9供电,负载侧出线相序为A、B、C;
(2)当转相模块收到顺时针转相的命令后:
2.1打开A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待20ms;
2.2 A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2.3关闭A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
2.4打开B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17,此时线路由B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17供电,负载侧出线相序为C、A、B;
2.5打开B磁保持继电器2、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
2.6 关断B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17,等待20ms,此时线路由B磁保持继电器2、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7供电,负载侧出线相序为C、A、B。
[0023] 2.7 完成顺时针转相;(3)当转相模块收到逆时针向转相的命令后:
3.1打开A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待20ms;
3.2 A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19供电,负载侧出线相序为A、B、C;
3.3关闭A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
3.4 打开C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18,此时线路由C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18供电,负载侧出线相序为B、C、A;
3.5 打开C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、H磁保持继电器8,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
3.6 关断C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18,等待20ms;此时线路由C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、H磁保持继电器8,供电,负载侧出线相序为B、C、A;
3.7 完成逆时针向转相;
再次收到转相命令操作过程同流程(2)、流程(3)。
[0024] 在步骤2.3、3.3中,等待11ms的原因是:我国电网的工频频率是50Hz,10ms内必定会有电流过零点,晶闸管在电流过零点自然关闭,不会存在拉弧。
[0025] 实施例1电网电压220V,频率50HZ,顺时针转相:
1)初始状态时,A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9合上,其余磁保持继电器,和所有晶闸管全部断开,此时线路由A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2)收到顺时针转相的命令后:
2.1打开A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待20ms;
2.2 A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2.3见图4,在t1时刻关闭A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待
11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
2.4 在t2时刻,t2时刻距t1时刻为11ms,打开B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17,此时线路由B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17供电,负载侧出线相序为C、A、B;
2.5 打开B磁保持继电器2、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
2.6 关断B反并联晶闸管12、F反并联晶闸管16、G反并联晶闸管17,等待20ms;此时线路由B磁保持继电器2、F磁保持继电器6、G磁保持继电器7,供电,负载侧出线相序为C、A、B;
2.7 完成顺时针转相,电压波形图见图4。
[0026] 实施例2电网电压220V,频率50HZ,逆时针转相:
1)初始状态时,A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9合上,其余磁保持继电器,和所有晶闸管全部断开,此时线路由A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2)收到逆时针转相的命令后:
2.1打开A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待20ms;
2.2 A磁保持继电器1、E磁保持继电器5、I磁保持继电器9断开,等待100ms,确保磁保持继电器完全断开,此时线路由A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19供电,负载侧出线相序为A、B、C;
2.3见图5,在t1时刻关闭A反并联晶闸管11、E反并联晶闸管15、I反并联晶闸管19,等待
11ms,此时反并联晶闸管电流过零时自然关断,没有拉弧;
2.4在t2时刻,t2时刻距t1时刻为11ms,打开C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18,此时线路由C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18供电,负载侧出线相序为B、C、A;
2.5 打开C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、H磁保持继电器8,等待100ms,确保磁保持继电器完全合上;
2.6 关断C反并联晶闸管13、D反并联晶闸管14、H反并联晶闸管18,等待20ms。此时线路由C磁保持继电器3、D磁保持继电器4、H磁保持继电器8,供电,负载侧出线相序为B、C、A;
2.7 完成逆时针转相,电压波形图见图5。
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