专利名称：智能型双电源自动切换开关的制作方法
技术领域：
本实用新型的技术方案涉及用于配电系统从正常电源断开并连到备用电源的带有自动转换的回路装置，具体地说是智能型双电源自动切换开关。
背景技术：
随着我国国民经济的飞速发展，各行各业对电力系统的供电质量和供电可靠性的要求越来越高，要求实现持续供电，即使在出现故障时，也能够尽可能在短时间内恢复供电。自动切换开关电器就应运而生了，它由一个或几个切换开关电器和切换控制部分组成， 能够直接检测两路接入电源的电压和频率等相应参数的变化并进行逻辑判断，从而实现电源的自动切换，即在供电系统出现问题时，将负载电路从一个问题电源自动切换至另一个正常的电源，以确保重要负荷连续和可靠地运行。CN 201708542U,CN 201601532U、CN 101567580、CN 201213098 和 CN 201623530U 披露了双电源自动切换开关的整体的机械结构，CN1632896公开了双电源自动切换开关的传动机构，上述已公开的双电源自动切换开关的技术都是机械的内容，这些技术均存在不能直接自动检测两路接入电源的电压和频率相应参数的变化并进行逻辑判断，当供电系统出现电压或频率异常问题时，不能将负载电路从一个问题电源自动切换至另一个正常的电源的缺点。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供智能型双电源自动切换开关，以单片机为核心构成控制部分，能直接自动检测两路接入电源的电压和频率相应参数的变化并进行逻辑判断，当供电系统出现问题时，即出现电压或频率异常时，电机转动，经由机械连锁结构带动断路器动作，以实现电源的自动切换，从而克服了现有技术的双电源自动切换开关当供电系统出现电压或频率异常问题时，不能将负载电路从一个问题电源自动切换至另一个正常的电源的缺点。本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是智能型双电源自动切换开关， 包括控制部分和执行部分，其中，控制部分主要由单片机、电压互感器、电压提升电路、光电耦合器、按键、IXD显示器和芯片74LS164构成，执行部分主要由电机、机械连锁结构和断路器构成；上述部件的连接方式是，由单片机分别与电压提升电路和光电耦合器相连接，加之电压提升电路和光电耦合器又分别与电压互感器相连接由此形成电压和频率采集电路，由单片机通过三极管和继电器与电机和断路器依次相连形成电机驱动电路，由单片机与芯片 74LS164和设置在LCD显示器中的发光二极管依次相连形成电源状态指示电路，由单片机与IXD显示器和按键相连形成人机交互模块，电机经由机械连锁结构带动断路器动作。上述智能型双电源自动切换开关，所述断路器是具有过电流的脱扣器的断路器， 属于CB级自动切换开关。上述智能型双电源自动切换开关，所述IXD显示器型号为0CMJ48C-3，是一种带有字库的液晶显示器。上述智能型双电源自动切换开关，所述单片机中存有操作软件，其总体流程是开始一初始化一消防复位？ 一Y，消防复位程序一返回消防复位？ ；N，断路器辅助信号检测一脱扣？ 一Y，脱扣处理程序一返回消防复位？ ；N，按键信号检测保存一自动？ 一Y，自动进程 —返回消防复位？ ；N，手动进程一返回消防复位？上述智能型双电源自动切换开关，用外接电源为其中的单片机和其他电路供电提供所需要的电力。上述智能型双电源自动切换开关，所涉及的零部件均是本技术领域的技术人员所熟知并可以商购获得的，所涉及的元器件和电路的连接方法是本技术领域的技术人员所熟知的。上述智能型双电源自动切换开关的运行方法，其实现电源自动切换的过程是电压互感器将检测到的两路电源电压信号经电压提升电路输入到单片机中，经电压互感器输出的电压信号经过光电耦合器也输入到单片机中，单片机将输入的电压信号作如下处理: 单片机利用其A/D转换模块采用等时间间隔采集模拟电压信号，进行A/D转换得到若干序列的离散采样值，然后应用均方根算法从这些序列的采样值来获得等效于输入电压信号的有效值。电压互感器将检测到的两路电源的电压信号同时经过光电耦合器也输入到单片机中，单片机对由光电耦合器输入的两路电源的电压信号进行采样，通过计时和计算，单片机得到两路电源电压的有效值和频率值，并将这两路电源电压的有效值和频率值信息实时显示在LCD显示器上。用户通过控制部分上的按键来即时设定或预先设定需要使用的电源电压的有效值和频率值。单片机将实时监测是否有按键即时按下，若有，则根据即时按下的按键指令进行参数设定；若没有按键即时按下，单片机则循环检测电压信号的有效值和频率值。单片机将当前时刻的电源电压的有效值和频率值与上述的预先设定需要使用的电源电压的有效值和频率值相比较，若当前时刻的电源电压的有效值或频率值超出了设定值的范围，即电压出现异常，单片机发出电源切换命令，使电机转动，经由机械连锁结构带动断路器切断故障电源，并切换到另一路正常电源，使实现持续供电。上述智能型双电源自动切换开关的运行方法，其实现电源自动切换有以下手动工作模式和自动工作模式两种模式手动工作模式是通过按键控制执行部分动作，将上述的电路在常用电源、备用电源和双分再扣三个状态间切换；自动工作模式是智能型双电源自动切换开关的控制部分随时对常用电源和备用电源进行监测，当常用电源三相中有任意一相或多相的电压和频率出现异常情况，甚至失电，即断相时，经过适当的延时t1;确定供电故障是不可逆的，常用电源已经无法提供正常的供电时，即将常用电源断开，再经过t2时间延时后，将备用电源闭合，此时备用电源的三相电压是正常的；当在备用电源运行一段时间后，常用电源又恢复正常时，控制部分经过t3 延时确认常用电源恢复正常，然后将备用电源切断，再经t4延时将常用电源闭合，此操作过程为自投自复；当在备用电源供电一定时间后，常用电源又恢复正常，此时不再从备用电源切换到常用电源，仅当备用电源故障时切换，此操作过程为自投不自复。本实用新型的有益效果，与现有技术相比本实用新型的优点如下(1)本实用新型智能型双电源自动切换开关，既检测出了电源电压的幅值，还测出了电源电压的频率，如果电源频率出现异常，亦能实现自动切换。(2)本实用新型智能型双电源自动切换开关以单片机为核心，LCD带背光中文显示，轻触按键操作，通过控制部分上的按键用户可以对控制参数过电压、欠电压值、频率偏差值和切换延时进行设定，从液晶屏上可看到设定结果，方便了人们对各相电源情况的监测。(3)本实用新型智能型双电源自动切换开关切换延时可设定常用电源异常时， 电源自常用电源切换到双分的延时tl ；从双分状态，切换到备用电源的延时t2 ；备用电源异常或自复时，切换到双分状态的延时t3 ；从双分状态，切换到常用电源的延时t4。(4)本实用新型智能型双电源自动切换开关切具有三相相序自动识别功能。总之，本实用新型智能型双电源自动切换开关切以单片机为核心构成控制部分， 能直接自动检测两路接入电源的电压和频率相应参数的变化并进行逻辑判断，当供电系统出现问题时，即出现电压或频率异常时，电机转动，经由机械连锁结构带动断路器动作，以实现电源的自动切换，从而克服了现有技术的双电源自动切换开关当供电系统出现电压或频率异常问题时，不能将负载电路从一个问题电源自动切换至另一个正常的电源的缺点。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型智能型双电源自动切换开关组成框图。图2是本实用新型智能型双电源自动切换开关构成方式示意图。图3是本实用新型智能型双电源自动切换开关外形示意侧视图。图4是本实用新型智能型双电源自动切换开关的电压和频率采集电路连接原理图。图5是本实用新型智能型双电源自动切换开关的电机驱动电路和电源状态指示电路连接原理图。图6是本实用新型智能型双电源自动切换开关的操作软件总体流程图。图中，1.单片机，2.电压提升电路，3.电压互感器，4.光电耦合器，5.芯片 74LS164，6.发光二极管，7.按键，8. LCD显示器，9.三极管，10.继电器，11.电机，12.机械连锁结构，13.断路器，14.液晶屏，15.外壳，16.外接电源插口，17.两路电源插口，Dl.电压和频率采集电路，D2.电机驱动电路，D3.电源状态指示电路。
具体实施方式
图1所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关包括控制部分和执行部分，其中，控制部分是由单片机(1)、电压互感器(3)、电压提升电路O)、光电耦合器 (4)、按键(7)、LCD显示器(8)和芯片74LS164(5)构成，执行部分是由电机(11)、机械连锁结构(12)和断路器(13)构成。图2所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关的构成方式是，由单片机(1)分别与电压提升电路( 和光电耦合器相连接G)，加之电压提升电路( 和光电耦合器⑷又分别与电压互感器⑶相连接由此形成电压和频率采集电路(Dl)，由单片机(1)通过三极管(9)和继电器(10)与电机(11)和断路器(1 依次相连形成电机驱动电路(D2)，由单片机(1)与芯片74LS164 和设置在LCD显示器(8)中的发光二极管(6) 依次相连形成电源状态指示电路(D3)。其中由单片机⑴与LCD显示器⑶和按键(7)相连形成人机交互模块，电机(U)经由机械连锁结构(12)带动断路器(13)动作。图3所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关的外形为长方体， 外壳(15)上设置有按键(7)、液晶屏(14)、外接电源插口(16)和两路电源插口 (17)。图4所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关的电压和频率采集电路(Dl)包括单片机(1)、电压互感器(3)、光电耦合器0)、通道选择器⑶4051、电压提升电路(2)和电源。它们实现电压和频率采集作用的运行方法是单片机(1)选通某个模拟通道，假设选通模拟通道0，此时CD4051B_1、CD4051B_2和CD4051B_3的通模拟通道0 将同时被选通，通过一次选通既实现了模拟地和数字地的连接又将常用电源A相电压引入进来，引入的A相电压信号经电压提升电路⑵输入到单片机⑴中，其中CD4051B_2* ⑶4051B_3的VEE端与-5V相连接，可以通过完整的交流信号，这里的-5V从负电压产生器 ICL7600处产生。同时A相电压信号经电压互感器C3)输出后经过光电耦合器(4)后再经 74LS04整形后通过⑶4051B_1也输入到单片机(1)中，单片机(1)将输入的电压信号作如下处理单片机(1)利用其A/D转换模块采用等时间间隔采集模拟电压信号，进行A/D转换得到若干序列的离散采样值，然后应用均方根算法从这些序列的采样值来获得等效于输入电压信号的有效值；单片机(1)对通过CD4051B_1的电压信号进行采样，通过计时和计算， 单片机⑴可得到电源电压的频率值。对于常用电源的B相C相电压、备用电源的各相电压和频率的采集方法同上所述。图5所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关的电机驱动电路 (D2)和电源状态指示电路(D!3)的构成和连接方式是，其中电机驱动电路(拟)包括单片机 (1)、继电器(10)、三极管(9)和电机(11)。它们实现电机驱动作用的运行方法是若电压出现异常，假设常用电源异常，单片机(1)RD5端口发出高电平，使三极管(9)T3导通，进而使继电器(10)吸合，切换到备用电源为电机(11)供电；再由单片机⑴RD6端口发出高电平，使三极管(9)Τ2导通，进而使继电器(10)吸合，电机(11)正转控制回路导通，电机(11) 转动，经由机械连锁结构(12)带动断路器(13)切断故障电源，并切换到另一路正常电源， 使实现持续供电。电源状态指示电路(D!3)部分包括单片机(1)、芯片74LS164 和发光二极管(6)。它们实现电源状态指示作用的运行方法是单片机⑴将电源信息数据锁存到芯片74LS164(5)中，当需要输出这些信息时，芯片74LS164(5)采用并行输出的方式点亮LED 显示器(8)，从而实现了单片机(1)输出信息的显示，这些信息包括当前两路电源状态和常用电源合闸信号、脱扣信号状态以及备用电源合闸信号、脱扣信号状态。图6所示实施例表明，本实用新型智能型双电源自动切换开关中存入单片机⑴ 的操作软件总体流程是开始一初始化一消防复位？ 一Y，消防复位程序一返回消防复位？ ；N，断路器辅助信号检测一脱扣？ 一Y，脱扣处理程序一返回消防复位？ ；N，按键信号检测保存一自动？ 一Y，自动进程一返回消防复位？ ；N，手动进程一返回消防复位？实施例1按照图2、3、4和5所示装置构成智能型双电源自动切换开关，存入单片机(1)的操作软件具有图6所示的操作软件总体流程。其中，所用断路器(13)是具有过电流的脱扣器的断路器，属于CB级自动切换开关；所用IXD显示器(8)的型号为0CMJ48C-3，是一种带有字库的液晶显示器。该智能型双电源自动切换开关，用外接电源为其中的单片机(1)和其他电路供电提供所需要的电力。本实施例的智能型双电源自动切换开关的运行方法，其实现电源自动切换的过程是电压互感器⑶将检测到的两路电源电压信号经电压提升电路⑵输入到单片机⑴ 中，经电压互感器(3)输出的电压信号经过光电耦合器(4)也输入到单片机(1)中，单片机(1)将输入的电压信号作如下处理单片机(1)利用其A/D转换模块采用等时间间隔采集模拟电压信号，进行A/D转换得到若干序列的离散采样值，然后应用均方根算法从这些序列的采样值来获得等效于输入电压信号的有效值。电压互感器C3)将检测到的两路电源的电压信号同时经过光电耦合器⑷也输入到单片机⑴中，单片机⑴对由光电耦合器 (4)输入的两路电源的电压信号进行采样，通过计时和计算，单片机(1)得到两路电源的电压值和频率值，并将这两路电源电压的有效值和频率值信息实时显示在LCD显示器(8)上。 用户通过控制部分上的按键(7)来即时设定或预先设定需要使用的电源电压的有效值和频率值。单片机(1)将实时监测是否有按键(7)即时按下，若有，则根据即时按下的按键指令进行参数设定；若没有按键(7)即时按下，单片机(1)则循环检测电压信号的有效值和频率值。单片机(1)将当前时刻的电源电压的有效值和频率值与上述的预先设定需要使用的电源电压的有效值和频率值相比较，若当前时刻的电源电压的有效值或频率值超出了设定值的范围，即电压出现异常，单片机(1)发出电源切换命令，使电机(11)转动，经由机械连锁结构(12)带动断路器(13)切断故障电源，并切换到另一路正常电源，使实现持续供电。本实施例的智能型双电源自动切换开关的运行方法，其实现电源自动切换有以下手动工作模式和自动工作模式两种模式手动工作模式是通过按键(7)控制执行部分动作，将上述的电路在常用电源、备用电源和双分再扣三个状态间切换；自动工作模式是智能型双电源自动切换开关的控制部分随时对常用电源和备用电源进行监测，当常用电源三相中有任意一相或多相的电压和频率出现异常情况，甚至失电，即断相时，经过适当的延时t1;确定供电故障是不可逆的，常用电源已经无法提供正常的供电时，即将常用电源断开，再经过t2时间延时后，将备用电源闭合，此时备用电源的三相电压是正常的；当在备用电源运行一段时间后，常用电源又恢复正常时，控制部分经过t3 延时确认常用电源恢复正常，然后将备用电源切断，再经t4延时将常用电源闭合，此操作过程为自投自复；当在备用电源供电一定时间后，常用电源又恢复正常，此时不再从备用电源切换到常用电源，仅当备用电源故障时切换，此操作过程为自投不自复。
权利要求1.智能型双电源自动切换开关，其特征在于包括控制部分和执行部分，其中，控制部分主要由单片机、电压互感器、电压提升电路、光电耦合器、按键、LCD显示器和芯片 74LS164构成，执行部分主要由电机、机械连锁结构和断路器构成；上述部件的连接方式是，由单片机分别与电压提升电路和光电耦合器相连接，加之电压提升电路和光电耦合器又分别与电压互感器相连接由此形成电压和频率采集电路，由单片机通过三极管和继电器与电机和断路器依次相连形成电机驱动电路，由单片机与芯片74LS164和设置在IXD显示器中的发光二极管依次相连形成电源状态指示电路，由单片机与LCD显示器和按键相连形成人机交互模块，电机经由机械连锁结构带动断路器动作。
专利摘要本实用新型智能型双电源自动切换开关，涉及用于配电系统从正常电源断开并连到备用电源的带有自动转换的回路装置，包括控制部分和执行部分，其中，控制部分主要由单片机、电压互感器、电压提升电路、光电耦合器、按键、LCD显示器和芯片74LS164构成，执行部分主要由电机、机械连锁结构和断路器构成；本实用新型以单片机为核心构成控制部分，能直接自动检测两路接入电源的电压和频率相应参数的变化并进行逻辑判断，当供电系统出现电压或频率异常时，电机转动，经由机械连锁结构带动断路器动作，实现电源的自动切换，从而克服了现有技术当供电系统出现电压或频率异常问题时，不能将负载电路从一个问题电源自动切换至另一个正常电源的缺点。
文档编号H02J9/06GK202197145SQ201120349318
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者刘宏勋, 孟宪春, 李志刚, 李文华, 杜江, 马超 申请人:河北工业大学