本發(fā)明涉及節(jié)電裝置的旁路轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種三相全自動(dòng)交流節(jié)電裝置的無(wú)縫切換電路。

背景技術(shù)：

三相全自動(dòng)交流節(jié)電裝置是通過(guò)智能調(diào)壓、自動(dòng)調(diào)容、三相平衡、能效優(yōu)化等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、穩(wěn)壓、優(yōu)化供電質(zhì)量、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等功能，進(jìn)而可最大限度地降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。但是當(dāng)節(jié)電裝置運(yùn)行發(fā)生異常，將對(duì)自身或負(fù)載造成損害時(shí)，為保證用電安全以及用電設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，需要及時(shí)將節(jié)電模式無(wú)縫切換到旁路市電供電模式。

本發(fā)明即為解決上述問(wèn)題而發(fā)明，可在節(jié)電裝置發(fā)生故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)由節(jié)電裝置供電到旁路市電供電的無(wú)縫切換，既不影響負(fù)載的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又不妨礙對(duì)故障設(shè)備的安全維修。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

三相全自動(dòng)交流節(jié)電裝置需要在市電平穩(wěn)啟動(dòng)負(fù)載后接入，進(jìn)入節(jié)電模式；在發(fā)生故障或停電檢修等情況下通過(guò)旁路控制切換到市電供電，進(jìn)入非節(jié)電模式。為使兩種模式的切換過(guò)程中，負(fù)載能夠不間斷地帶電正常運(yùn)行，需采用無(wú)縫切換的技術(shù)手段。

本發(fā)明由主電路和控制電路兩部分組成。通過(guò)控制電路輸出主電路中各個(gè)開關(guān)的控制信號(hào)，使主電路的開關(guān)有序動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電裝置在節(jié)電與旁路兩種工作模式下的無(wú)縫切換，使用電設(shè)備能夠安全高效運(yùn)行，更好地達(dá)到綠色節(jié)能的目的。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述無(wú)縫切換的目的與要求：

所述控制電路包括切換電路，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。切換電路中由多個(gè)二極管構(gòu)成兩個(gè)或門電路，或門的輸入端分別為節(jié)能模式選擇信號(hào)、節(jié)電按鈕控制信號(hào)，和旁路按鈕控制信號(hào)、故障信號(hào)。其中節(jié)能按鈕和旁路按鈕為互鎖關(guān)系，則任一時(shí)刻只能有一個(gè)或門電路輸出有效信號(hào)“1”，該有效信號(hào)經(jīng)微分電路可觸發(fā)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)電路的輸出即為控制電路中各個(gè)開關(guān)的順序控制信號(hào)，這里所用到的開關(guān)既可以是繼電器，也可以是接觸器，只是主電路中的開關(guān)，其電流容量要大于控制電路中的開關(guān)的電流容量。時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路采用時(shí)基集成電路與分頻電路得到上述計(jì)數(shù)電路的時(shí)鐘。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路采用驅(qū)動(dòng)用集成電路實(shí)現(xiàn)，提高了開關(guān)動(dòng)作的安全可靠性。

所述的主電路由調(diào)壓器、變壓器、開關(guān)組成，其中主電路的開關(guān)可選用大容量、高性能的繼電器或接觸器。所述調(diào)壓器調(diào)壓范圍寬，精度高；所述變壓器原邊具有兩個(gè)抽頭，可根據(jù)電壓調(diào)節(jié)需要自動(dòng)切換，且變壓器的輸入通過(guò)開關(guān)常閉觸點(diǎn)與調(diào)壓器輸出端連接，通過(guò)常開觸點(diǎn)與旁路連接，如此可在調(diào)壓器發(fā)生異常情況時(shí)，自動(dòng)將變壓器輸入側(cè)切換到旁路，而不影響負(fù)載的節(jié)電運(yùn)行；主電路中調(diào)壓器與變壓器的配合使用可分別實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電電壓的粗調(diào)與細(xì)調(diào)，使供電電壓實(shí)現(xiàn)精密調(diào)節(jié)的效果。

主電路中用于旁路與節(jié)能無(wú)縫切換用的開關(guān)有3個(gè)，分別由控制電路中相應(yīng)的控制開關(guān)控制動(dòng)作，其分別安裝在旁路上，節(jié)電裝置調(diào)壓輸入側(cè)和節(jié)電裝置的輸出側(cè)。在節(jié)電與旁路的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由控制電路部分輸出有序的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，讓控制開關(guān)順序發(fā)生動(dòng)作，進(jìn)而合理控制主電路中的3個(gè)切換開關(guān)的閉合與斷開順序，確保負(fù)載端始終被穩(wěn)定供電，即實(shí)現(xiàn)節(jié)電與旁路的無(wú)縫切換。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.供電電壓調(diào)節(jié)采用調(diào)壓器和變壓器的配合使用，實(shí)現(xiàn)電壓的粗調(diào)和細(xì)調(diào)；

2.具有旁路、節(jié)能兩個(gè)狀態(tài)無(wú)縫切換的功能，可確保負(fù)載長(zhǎng)期安全運(yùn)行，并便于節(jié)能設(shè)備的安全維護(hù)；

3.變壓器原邊為分抽頭，電壓變化范圍寬，且可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換；

4.變壓器輸入側(cè)與調(diào)壓器輸出側(cè)通過(guò)開關(guān)常閉觸點(diǎn)連接，與市電供電側(cè)通過(guò)開關(guān)常開觸點(diǎn)連接，如此可在調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器自動(dòng)切換到旁路供電，而不影響負(fù)載的節(jié)電運(yùn)行；

5.節(jié)電裝置旁路與節(jié)能兩種狀態(tài)的切換既可以由手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)節(jié)能與故障旁路的電信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為主電路原理圖。

其中AX、BX、CX為三相調(diào)壓器；C1、C2、C3為三相變壓器；KM1、KM2、KM3、KM4、KM5均為開關(guān)；1、2分別代表開關(guān)的常閉觸點(diǎn)、常開觸點(diǎn)；U、V、W代表三相電，N為零線。

圖2為切換電路原理圖。

其中JN0為節(jié)電模式控制信號(hào)；JN1為節(jié)電模式的觸發(fā)信號(hào)；JN-K為節(jié)電按鈕JN的常開觸點(diǎn)；JN-B為節(jié)電按鈕JN的常閉觸點(diǎn)；PL-K為旁路按鈕PL的常開觸點(diǎn)；PL-B為旁路按鈕PL的常閉觸點(diǎn)；GZS0為故障信號(hào)；GZS為故障觸發(fā)信號(hào)；B1～B5為計(jì)數(shù)器IC4的輸出信號(hào)；A1～A5為計(jì)數(shù)器IC3的輸出信號(hào)；CLK為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)；JD為節(jié)能運(yùn)行的控制信號(hào)；FJN為旁路運(yùn)行的控制信號(hào)。

圖3為時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路原理圖。

其中IC10為時(shí)基集成電路；IC11為分頻器。

圖4為開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

其中J3、J4、J5為開關(guān)JD3、JD4、JD5的控制信號(hào)；J3_OUT、J4_OUT、J5_OUT為開關(guān)JD3、JD4、JD5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；TJD為調(diào)壓器電機(jī)啟停控制信號(hào)；TJD_OUT為調(diào)壓器電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；TGZ為調(diào)壓器故障信號(hào)；TGZ_OUT為開關(guān)JD1驅(qū)動(dòng)信號(hào)；ABT為變壓器變比切換信號(hào)；ABT_OUT為開關(guān)JD2驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖5為控制電路開關(guān)JD1、JD2、JD3、JD4、JD5的控制電路圖。

圖6為主電路開關(guān)KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的控制原理圖。

其中L為火線；N為零線。

上述附圖中：R_XX代表電阻；C_XX代表電容；D_XX代表二極管；IC_XX代表集成電路。并且各圖中標(biāo)號(hào)一致的部分均代表相同的信號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面將配合附圖對(duì)本發(fā)明的主電路和控制電路部分做詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

1.主電路

主電路部分主要由調(diào)壓器AX、BX、CX，變壓器C1、C2、C3，開關(guān)KM1～KM5組成，這里的開關(guān)KM1～KM5可以是繼電器也可以是接觸器，如圖1所示。其中KM1～KM3為主電路中節(jié)能與旁路切換用開關(guān)，KM4為調(diào)壓器輸出側(cè)，即變壓器一次側(cè)輸入控制開關(guān)，調(diào)壓器正常狀態(tài)下，其輸出電壓供給變壓器一次側(cè)輸入端，當(dāng)調(diào)壓器發(fā)生故障，開關(guān)KM4得電，常開觸點(diǎn)閉合，使變壓器斷開與調(diào)壓器的連接，而轉(zhuǎn)為繼續(xù)由市電供電，從而不影響變壓節(jié)能運(yùn)行。開關(guān)KM5為變壓器變比選擇開關(guān)。

負(fù)載上電啟動(dòng)時(shí)，首先是由市電供電運(yùn)行，此時(shí)節(jié)電裝置工作在旁路，只有旁路開關(guān)KM2處于得電吸合狀態(tài)，而開關(guān)KM1、KM3～KM5均未得電，處于常態(tài)，即調(diào)壓器AX、BX、CX的輸入側(cè)開路，而其輸出側(cè)分別通過(guò)開關(guān)KM4的常閉觸點(diǎn)與變壓器C1、C2、C3的一次側(cè)連接，變壓器二次側(cè)經(jīng)開關(guān)KM1輸出到負(fù)載，因此此時(shí)調(diào)壓器與變壓器均沒(méi)有變壓輸出供給負(fù)載，負(fù)載由市電供電。

負(fù)載正常啟動(dòng)后，可由旁路市電供電轉(zhuǎn)換到節(jié)電裝置供電的節(jié)電模式，此時(shí)，控制電路接收到節(jié)電信號(hào)后，可輸出主電路開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使其動(dòng)作順序?yàn)椋篕M1得電閉合-KM2失電斷開-KM3得電閉合，并且在節(jié)電過(guò)程中，若調(diào)壓器發(fā)生故障，可通過(guò)控制開關(guān)KM4動(dòng)作，使變壓器的輸入側(cè)通過(guò)開關(guān)KM4的常開觸點(diǎn)自動(dòng)切換到旁路上，如此不會(huì)影響負(fù)載繼續(xù)在節(jié)電模式下運(yùn)行。節(jié)電裝置運(yùn)行中發(fā)生其他故障時(shí)，控制電路將輸出主電路的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使其動(dòng)作順序?yàn)椋篕M3失電斷開-KM2得電閉合-KM1失電斷開。

由上述分析可得，節(jié)電裝置在節(jié)電與旁路的切換過(guò)程中，開關(guān)KM1和KM2交替動(dòng)作，即任一時(shí)刻二者其一必須處于閉合狀態(tài)，這樣才可以使負(fù)載端供電不間斷，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，三相開關(guān)KM3用于控制調(diào)壓器的供電，并且開關(guān)KM2、KM3為互鎖關(guān)系，可避免同時(shí)閉合造成的短路故障，開關(guān)KM4用于切換各變壓器的供電輸入，KM5用于控制各變壓器的變比切換，使電壓調(diào)節(jié)范圍更寬、更靈活。

2.控制電路

控制電路主要包括切換電路、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，最終輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)可間接控制主電路的開關(guān)有序動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換的功能。下面將分別結(jié)合具體電路做詳細(xì)說(shuō)明：

(1).切換電路

如圖2所示，二極管D21～D24、D38、D39構(gòu)成了兩個(gè)或門電路，其中JN0為節(jié)電模式選擇信號(hào)；JN-K為節(jié)電按鈕JN的常開觸點(diǎn)，JN-B為節(jié)電按鈕JN的常閉觸點(diǎn)；PL-K為旁路按鈕PL常開觸點(diǎn)，PL-B為旁路按鈕PL的常閉觸點(diǎn)；GZS0為節(jié)電裝置的故障信號(hào)，可以是三相不平衡、缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等故障信號(hào)的集合體。由電路可知，節(jié)電與旁路均可自啟動(dòng)，分別通過(guò)節(jié)電信號(hào)JN0和故障信號(hào)GZS0置“1”來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)節(jié)電按鈕JN和旁路按鈕PL實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換。

實(shí)際應(yīng)用中，旁路切換至節(jié)能有兩種方式：一是可設(shè)置節(jié)電裝置上電延時(shí)幾十秒后，自動(dòng)由旁路切換至節(jié)能模式，方法是將節(jié)能信號(hào)JN0延時(shí)置“1”，再將其經(jīng)過(guò)RC微分電路和非門電路，如圖2所示，輸出作為或門的一個(gè)輸入信號(hào)；二是通過(guò)按動(dòng)節(jié)能按鈕JN，手動(dòng)切換節(jié)能狀態(tài)，則節(jié)能按鈕的常開觸點(diǎn)JN-K閉合，與旁路按鈕的常閉觸點(diǎn)PL-B串聯(lián)，輸出信號(hào)作為或門的另一路輸入，這兩種方式都可使得或門輸出JD為高脈沖信號(hào)(相應(yīng)的，另一個(gè)或門輸出FJN為低電平“0”信號(hào))，連接到觸發(fā)器IC1的清零端，使其清零，同時(shí)連接到觸發(fā)器IC2的置位端，使其輸出高電平“1”，則計(jì)數(shù)器IC3清零，而計(jì)數(shù)器IC4開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK每到來(lái)一個(gè)上升沿，計(jì)數(shù)器IC4輸出加1，即輸出信號(hào)B1～B5被輪流置“1”，而B1～B5為開關(guān)得電閉合的控制信號(hào)，間接控制主電路開關(guān)KM1閉合、KM2斷開、KM3閉合、調(diào)壓器電機(jī)啟動(dòng)，使負(fù)載節(jié)電運(yùn)行。

當(dāng)節(jié)電裝置發(fā)生故障或檢修人員需要停機(jī)檢修時(shí)，節(jié)電裝置需由節(jié)電模式自動(dòng)或手動(dòng)切換到旁路，而不影響負(fù)載側(cè)正常運(yùn)行。因此把節(jié)能按鈕的常閉觸點(diǎn)JN-B和旁路按鈕的常開觸點(diǎn)PL-K的串聯(lián)支路與故障信號(hào)GZS0構(gòu)成或門電路，當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)，即GZS0為“1”時(shí)或人為按下旁路按鈕PL，則或門輸出FJN得到高脈沖信號(hào)，同時(shí)JD為低電平“0”。如此FJN信號(hào)連接到觸發(fā)器IC1置位端，使其輸出Q為“1”，將計(jì)數(shù)器IC4清零，而計(jì)數(shù)器IC3的RST復(fù)位端得到一個(gè)高電平脈沖，使其清零后開始計(jì)數(shù)，輸出信號(hào)A1～A5為開關(guān)失電斷開的控制信號(hào)，間接控制調(diào)壓器電機(jī)停止、主電路開關(guān)KM3斷開、KM2閉合、KM1斷開，使節(jié)電裝置切換到旁路，這樣既不會(huì)影響負(fù)載的正常運(yùn)行，也不會(huì)妨礙節(jié)電裝置的安全檢修，若存在故障，待故障排除后，可通過(guò)按下節(jié)電按鈕使負(fù)載繼續(xù)節(jié)電運(yùn)行，且旁路按鈕PL與節(jié)能按鈕JN為互鎖，任意時(shí)刻只有一個(gè)為得電閉合狀態(tài)。

(2).時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路

IC10為時(shí)基集成電路，輸出方波信號(hào)經(jīng)過(guò)IC11分頻電路分頻后得到計(jì)數(shù)器IC3、IC4的時(shí)鐘信號(hào)CLK，如圖3所示，其中二極管D26、D27、D28與電阻R76構(gòu)成或門電路，即當(dāng)A5、B5、IC11的輸出Q6三者任一為高電平“1”時(shí)，IC11即清零，進(jìn)而圖2中計(jì)數(shù)器IC3、IC4停止計(jì)數(shù)，主電路中所有開關(guān)保持當(dāng)前狀態(tài)直到再次接收到旁路或節(jié)能切換信號(hào)。

(3).開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

如圖4所示，觸發(fā)器IC9、IC8、IC7、IC5的清零控制R端分別由圖2所示的計(jì)數(shù)器IC3的輸出信號(hào)A4、A3、A2、A1控制，其置位控制S端分別由圖2所示的計(jì)數(shù)器IC4的輸出信號(hào)B1、B2、B3、B4控制，由上述分析可知，旁路轉(zhuǎn)節(jié)能過(guò)程中，計(jì)數(shù)器IC3清零，計(jì)數(shù)器IC4計(jì)數(shù)，則圖4中各個(gè)觸發(fā)器輸出Q端將在旁路轉(zhuǎn)節(jié)能狀態(tài)中依次被置位，即信號(hào)J3、J4、J5、TJD將按順序依次輸出高電平“1”，然后經(jīng)過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路IC12，依次輸出主電路開關(guān)得電的驅(qū)動(dòng)信號(hào)J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT和TJD_OUT，且為輸出低電平有效。其中J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT分別用于驅(qū)動(dòng)主電路中開關(guān)KM1、KM2、KM3的控制開關(guān)JD3、JD4、JD5；TJD_OUT用于驅(qū)動(dòng)主電路中調(diào)壓器AX、BX、CX的電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)。TGZ、ABT分別為調(diào)壓器故障信號(hào)和變壓器變比切換信號(hào)，均為高電平有效。

如圖5所示JD1～JD5分別為主電路中開關(guān)KM1～KM5的控制開關(guān)，其可以是繼電器，也可以選用接觸器，圖4輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)J3_OUT～J5_OUT即為開關(guān)JD3～JD5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)J3_OUT～J5_OUT在旁路轉(zhuǎn)節(jié)能狀態(tài)中依次輸出為“0”時(shí)，開關(guān)JD3～JD5線圈依次得電，其常開觸點(diǎn)吸合，常閉觸點(diǎn)斷開，則如圖6所示，主電路中旁路無(wú)縫切換到節(jié)能狀態(tài)時(shí)，開關(guān)動(dòng)作順序?yàn)椋篕M1吸合、KM2斷開、KM3吸合。并且開關(guān)KM2與KM3為互鎖關(guān)系，因此需將KM2的常閉觸點(diǎn)與KM3的線圈串聯(lián)，將KM3的常閉觸點(diǎn)與KM2的線圈串聯(lián)。而當(dāng)圖4中TGZ為“1”時(shí)，即調(diào)壓器發(fā)生故障，如圖5所示開關(guān)JD1線圈得電吸合，則如圖6和圖1所示，主電路開關(guān)KM4常開觸點(diǎn)閉合，變壓器轉(zhuǎn)由旁路供電；當(dāng)圖4中ABT為“1”時(shí)，說(shuō)明需要切換變壓器變比，則圖5中開關(guān)JD2線圈得電吸合，主電路開關(guān)KM5常開觸點(diǎn)吸合。

相反，在節(jié)能切旁路的過(guò)程中，圖2中計(jì)數(shù)器IC4清零，IC3計(jì)數(shù)，則圖4中各個(gè)觸發(fā)器輸出Q端將依次被清零，即信號(hào)TJD、J5、J4、J3將按順序依次輸出低電平“0”，然后經(jīng)過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路IC12，輸出調(diào)壓器電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)和主電路中開關(guān)KM1、KM2、KM3的控制開關(guān)JD3、JD4、JD5的失電信號(hào)TJD_OUT＝J5_OUT＝J4_OUT＝J3_OUT＝“1”，則調(diào)壓器的電機(jī)停止工作，同時(shí)，如圖5和圖6所示，可以得知開關(guān)JD5、JD4、JD3的勵(lì)磁線圈依次失電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)吸合，則此時(shí)主電路中的開關(guān)KM1～KM3的動(dòng)作順序?yàn)椋篕M3斷開、KM2吸合、KM1斷開。如此，節(jié)電裝置便無(wú)縫切換到旁路運(yùn)行。

最后需要說(shuō)明的是：上述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行限定，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容，將本發(fā)明運(yùn)用到其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。