三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法与流程

本发明涉及三相四线电源输出口相电选择技术领域，具体涉及三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率因素出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。

当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。

当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有三相四线电源的负载接口供电相不易改变的不足，提供一种能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高的三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

三相四线电源负载接口相电交换装置，包括a相、b相、c相、零线n、a接线口、b接线口、c接线口、一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、控制器、节点j1、节点j2、节点j3、节点j4、节点j5、节点j6、节点j7和节点j8；

还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器、一号相电压采样电路、一号单相逆变电源、一号过滤器、一号隔离变压器、一号负载接口电压采样电路、接口功率因数监测器、二号相电压采样电路、二号单相逆变电源、二号过滤器，二号隔离变压器、二号负载接口电压采样电路、开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、开关k6、开关k7、开关k8、开关k9、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k16、开关k17、开关k18、开关k19、开关k20和开关k21；

a相连接在a接线口的火线输入端上，b相连接在b接线口的火线输入端上，c相连接在c接线口的火线输入端上，a接线口的零线输入端、b接线口的零线输入端和c接线口的零线输入端均与零线n连接；

开关k19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关k1的一端、a接线口的输出端、开关k9的一端、开关k13的一端和开关k15的一端分别与节点j1连接；

开关k20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关k2的一端、b接线口的输出端、开关k8的一端、开关k12的一端和开关k14的一端分别与节点j2连接；

开关k21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关k3的一端、c接线口的输出端、开关k7的一端、开关k10的一端和开关k11的一端分别与节点j3连接；

一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关k4的一端、开关k5的一端和开关k6的一端分别与节点j4连接；

二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关k16的一端、开关k17的一端和开关k18的一端分别与节点j5连接；

开关k4的另一端、开关k9的另一端、开关k10的另一端、开关k14的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点j6连接；

开关k5的另一端、开关k8的另一端、开关k11的另一端、开关k15的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点j7连接；

开关k6的另一端、开关k7的另一端、开关k12的另一端、开关k13的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点j8连接；

开关k1的另一端、开关k2的另一端和开关k3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；

开关k19的另一端、开关k20的另一端和开关k21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；

开关k1、开关k2、开关k3、开关k7、开关k8、开关k9、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k19、开关k20和开关k21均为电路结构完全相同的复合开关；

复合开关包括一号节点、二号节点、可控硅开关kb、磁保持继电器开关kc、节点ma、电感la、节点mb、电容ca、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c0、光电耦合器opt、电阻r0、自用电供电模块、磁驱动电力路、硅驱动电路和控制器，光电耦合器opt包括发光二极管d5和光敏三极管q0；

可控硅开关kb的一端和磁保持继电器开关kc的一端分别与一号节点连接，可控硅开关kb的另一端、磁保持继电器开关kc的另一端、电感la的一端、二极管d1的正极端和二极管d3的负极端分别与节点ma连接，电感la的另一端、电容ca的一端和电容c0的一端分别与节点mb连接，电容ca的另一端连接在二号节点上，二极管d2的正极端和二极管d4的负极端都连接在电容c0的另一端上，二极管d1的负极端和二极管d2的负极端都连接在发光二极管d5的正极端上，二极管d3的正极端和二极管d4的正极端都连接在发光二极管d5的负极端上，光敏三极管q0的发射极接地，光敏三极管q0的集电极分别与电阻r0的一端和控制器连接，电阻r0的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关kb的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关kc的控制端和控制器连接；

在同一时间断面内一号节点只能与a相、b相和c相这三相中的其中一相导通连接；二号节点连接在零线n上。

本方案能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高。

作为优选，一号负载接口为快速连接口，快速连接口包括插头和壳体，在壳体的上表面上向上固定设有绝缘管，在绝缘管的外管壁上设有与控制器连接的压力传感器，在绝缘管包围的壳体上表面上固定有与壳体的内腔相连通的通孔，在通孔内固定有插针，并且插针的下端位于壳体的内腔内，插针的上端位于绝缘管内；一根导线的两端分别导电连接在插针的下端和节点j6上；插头包括绝缘插管和设置在绝缘插管内的导电管；绝缘插管的内径与绝缘管的外径匹配，插针的直径与导电管的内径匹配；二号负载接口的结构和三号负载接口的结构均与一号负载接口的结构完全相同；在插针的顶端设有锥尖。

作为优选，还包括分别与控制器连接的存储器、无线模块、地址编码器和服务器。

一种适用于三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，控制方法包括复合开关的精确过零投切控制过程，复合开关的精确过零投切控制过程如下：

(4-1)投入复合开关；

(4-1-1)当要向火线c投入复合开关时，先检测火线c上电压ucn过零点时的准确时间点，当电压ucn过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出导通控制信号，可控硅开关kb随即导通；

(4-1-2)当可控硅开关kb导通设定时间后，先检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关kc随即闭合；

(4-1-3)然后再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出关断控制信号，可控硅开关kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线c的投入工作；

(4-2)切除复合开关；

(4-2-1)当要切除火线c上的复合开关时，先检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出导通控制信号，可控硅开关kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关kb可靠导通；

(4-2-2)在可控硅开关kb导通的情况下，再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关kc随即断开；

(4-2-3)然后再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出关断控制信号，可控硅开关kb随即关断；至此复合开关已从火线c上完全切除。

一种适用于三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，控制方法包括负载接口供电相自动交换过程，负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-1)设功率因数pac＝||a相功率因数|-|c相的功率因数||，功率因数pab＝||a相功率因数|-|b相的功率因数||，功率因数pbc＝||b相功率因数|-|c相的功率因数||；

(5-2)三相功率因数监测器在设定时间间隔内对a相、b相和c相分别进行功率因数平衡监测，并将每相的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

若控制器对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后得到当前功率因数最大的相为a相，当前功率因数最小的相为c相，并且此时有功率因数pac大于设定值p0时，则需要确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由a相、b相和c相这三相中的哪一相在对其进行供电；

(5-3)控制器立即给接口功率因数监测器发出接口监测指令，接口功率因数监测器立即对一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的功率因数同时进行监测，并将一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

当控制器对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后即可分别确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由a相、b相和c相这三相中的哪一相在对其进行供电；

若此时确定出一号负载接口上的供电相由a相供电，二号负载接口上的供电相由b相供电，三号负载接口上的供电相由c相供电，则此时的开关k7、开关k8和开关k9均处于闭合状态，此时的开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、开关k6、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k16、开关k17和开关k18均处于断开状态，此时的一号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上，二号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上；

(5-4)为使a相、b相和c相上的功率因数两两绝对值之差后的绝对值小于设定值p0，则需要将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电，二号负载接口上的供电相仍由b相供电，三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电；

(5-5)将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-5-1)首先，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的a采样端上与a相接通，一号相电压采样电路采集a相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关k1闭合使一号单相逆变电源与a相接通；在控制器的控制下，一号单相逆变电源输出的电压信号以a相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成一号闭环控制，在控制器中产生一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与a相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关k4和断开开关k9，此时一号负载接口上的供电相的状态还是与a相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关k1闭合，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的c采样端上与c相接通，一号相电压采样电路采集c相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使一号单相逆变电源输出的电压信号以c相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的一号闭环控制，在控制器中产生spwm的一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与c相电压同幅值同相位，此时一号负载接口上的供电相的状态与c相上的供电相的状态相同；

(5-5-2)同理，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的c采样端上与c相接通，二号相电压采样电路采集c相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关k21闭合使二号单相逆变电源与c相接通；在控制器的控制下，二号单相逆变电源输出的电压信号以c相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成二号闭环控制，在控制器中产生二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与c相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关k18和断开开关k7，此时三号负载接口上的供电相的状态也与c相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关k21闭合，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的a采样端上与a相接通，二号相电压采样电路采集a相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使二号单相逆变电源输出的电压信号以a相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的二号闭环控制，在控制器中产生spwm的二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与a相电压同幅值同相位，此时三号负载接口上的供电相的状态与a相上的供电相的状态相同；

(5-5-3)然后，同时闭合开关k10、断开开关k4、闭合开关k13和断开开关k18，此时一号负载接口上的供电相完全由c相供电，三号负载接口上的供电相完全由a相供电；

(5-5-4)最后，将一号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，将二号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，断开开关k1和断开开关k21，从而使一号相电压采样电路、一号单相逆变电源、一号过滤器、一号隔离变压器、二号相电压采样电路、二号单相逆变电源、二号过滤器和二号隔离变压器均退出负载接口供电相自动交换的作业；

(5-5-5)至此，将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的负载接口供电相自动交换过程结束；

(5-5-6)同理，将一号负载接口上的供电相、二号负载接口上的供电相和三号负载接口上的供电相两两相交换的原理与将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的原理相同。

一种适用于三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，若三相四线电源负载接口相电交换装置有两个时，则这两个三相四线电源负载接口相电交换装置即可通过各自的无线模块将这两个三相四线电源负载接口相电交换装置进行相互无线信号连接；

当第一个三相四线电源负载接口相电交换装置内的三个负载接口中只有其中一个负载接口连接有负载，而第二个三相四线电源负载接口相电交换装置内的三个负载接口中只有其中两个负载接口连接有负载时；

若第一个三相四线电源负载接口相电交换装置的这一个负载接口确定是由a相供电后，则让第二个三相四线电源负载接口相电交换装置的这两个负载接口分别由b相供电和c相供电。

一种适用于三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，复合开关还包括与控制器连接的定时器和设置在控制器内的软件消弧模块；

由于光电耦合器opt有一定导通压降和传输延时，所以控制器收到光电耦合器opt的电流输出信号ui0具有延时，当控制器判断到光电耦合器opt的电流输出信号ui0过零点时，实际电流可能已经走到其他非零值，这就产生了控制器判断到光电耦合器opt的电流输出信号ui0过零点时的滞后时间t1；

还由于磁保持继电器开关kc的闸刀片需要克服继电触点的压力才能把闸刀片从继电触点上拉开，这就产生了磁保持继电器开关kc的继电动作延迟时间t2；

考虑到以上客观存在的滞后时间和延时时间；由于三相电的每相电流在三相功率因素监测器中都会分别形成对应的电流波形l；

当需要采集a相、b相和c相这三相中某相的电流波形l时，控制器启动软件消弧模块读取三相功率因素监测器内对应相的电流波形l的波形过零点时间t0，并在检测到波形过零点时间t0时开启定时器；

设电流波形l的周期为t，设n为正整数；并设控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号时的合闸命令发出时间点为t，则：

根据t即可计算出磁保持继电器开关kc彻底合闸的时间；由于磁保持继电器开关kc的合闸时长和断闸时长相等，所以控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号时的断闸命令发出时间点也为t。

作为优选，在控制器启动软件消弧模块读取三相功率因素监测器内对应相的电流波形l的波形过零点时间t0时，由于波形刚好过零的准确时间点不易获得；因此，采用在电流波形l的过零点段波形上读取两次时间点后计算这两次时间点的均值作为电流波形l的波形过零点时间t0的值；

若设在电流波形l的过零点段波形上两次读取的时间点分别为t3和t4，则：

将公式(2)代入公式(1)中则：

本发明能够达到如下效果：

能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高。能增强电网负载切换的灵活性，也增强了相电切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是一号负载接口上的供电相由a相供电、二号负载接口上的供电相由b相供电和三号负载接口上的供电相由c相供电时的一种电路原理连接结构示意图。

图2是一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的a采样端上、二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的c采样端上、闭合开关k1和闭合开关k21时的一种电路原理连接结构示意图。

图3是在图2的基础上闭合开关k4、断开开关k9、闭合开关k18和断开开关k7时的一种电路原理连接结构示意图。

图4是在图3的基础上让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的c采样端上和让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的a采样端上时的一种电路原理连接结构示意图。

图5是在图4的基础上让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的d采样端上、让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的d采样端上、闭合开关k10、断开开关k4、闭合开关k13和断开开关k18时的一种电路原理连接结构示意图。

图6是在图4的基础上断开开关k1和断开开关k21，至此将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电后的一种电路原理连接结构示意图。

图7为一号负载接口上的供电相由b相供电和二号负载接口上的供电相由a相供电的一种电路原理连接结构示意图。

图8为二号负载接口上的供电相由c相供电和三号负载接口上的供电相由b相供电的一种电路原理连接结构示意图。

图9是插头的导电管还没插入连接在绝缘管内的一种连接结构示意图。

图10是插头的导电管已经插入连接在绝缘管内的一种连接结构示意图。

图11是复合开关处的一种电路原理连接结构示意图。

图12是读取电流方式实现合闸或断闸的电流波形示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：三相四线电源负载接口相电交换装置，参见图1和图11所示，包括a相、b相、c相、零线n、a接线口、b接线口、c接线口、一号负载接口811、二号负载接口822、三号负载接口833、控制器107、节点j1、节点j2、节点j3、节点j4、节点j5、节点j6、节点j7和节点j8；

还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器101、一号相电压采样电路102、一号单相逆变电源103、一号过滤器104、一号隔离变压器105、一号负载接口电压采样电路108、接口功率因数监测器109、二号相电压采样电路110、二号单相逆变电源1030、二号过滤器1040，二号隔离变压器1050、二号负载接口电压采样电路1080、开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、开关k6、开关k7、开关k8、开关k9、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k16、开关k17、开关k18、开关k19、开关k20和开关k21；

a相连接在a接线口的火线输入端上，b相连接在b接线口的火线输入端上，c相连接在c接线口的火线输入端上，a接线口的零线输入端、b接线口的零线输入端和c接线口的零线输入端均与零线n连接；

开关k19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关k1的一端、a接线口的输出端、开关k9的一端、开关k13的一端和开关k15的一端分别与节点j1连接；

开关k20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关k2的一端、b接线口的输出端、开关k8的一端、开关k12的一端和开关k14的一端分别与节点j2连接；

开关k21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关k3的一端、c接线口的输出端、开关k7的一端、开关k10的一端和开关k11的一端分别与节点j3连接；

一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关k4的一端、开关k5的一端和开关k6的一端分别与节点j4连接；

二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关k16的一端、开关k17的一端和开关k18的一端分别与节点j5连接；

开关k4的另一端、开关k9的另一端、开关k10的另一端、开关k14的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点j6连接；

开关k5的另一端、开关k8的另一端、开关k11的另一端、开关k15的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点j7连接；

开关k6的另一端、开关k7的另一端、开关k12的另一端、开关k13的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点j8连接；

开关k1的另一端、开关k2的另一端和开关k3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；

开关k19的另一端、开关k20的另一端和开关k21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；

开关k1、开关k2、开关k3、开关k7、开关k8、开关k9、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k19、开关k20和开关k21均为电路结构完全相同的复合开关；

复合开关包括一号节点701、二号节点702、可控硅开关kb、磁保持继电器开关kc、节点ma、电感la、节点mb、电容ca、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c0、光电耦合器opt、电阻r0、自用电供电模块901、磁驱动电力路502、硅驱动电路503和控制器107，光电耦合器opt包括发光二极管d5和光敏三极管q0；

可控硅开关kb的一端和磁保持继电器开关kc的一端分别与一号节点701连接，可控硅开关kb的另一端、磁保持继电器开关kc的另一端、电感la的一端、二极管d1的正极端和二极管d3的负极端分别与节点ma连接，电感la的另一端、电容ca的一端和电容c0的一端分别与节点mb连接，电容ca的另一端连接在二号节点702上，二极管d2的正极端和二极管d4的负极端都连接在电容c0的另一端上，二极管d1的负极端和二极管d2的负极端都连接在发光二极管d5的正极端上，二极管d3的正极端和二极管d4的正极端都连接在发光二极管d5的负极端上，光敏三极管q0的发射极接地，光敏三极管q0的集电极分别与电阻r0的一端和控制器连接，电阻r0的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关kb的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关kc的控制端和控制器连接；

在同一时间断面内一号节点701只能与a相、b相和c相这三相中的其中一相导通连接；二号节点702连接在零线n上。

在使用时，把一号节点连接在电源的火线c上，把二号节点连接在电源的零线n上。

在本实例的复合开关中，电感la采用高频电感，电感la的电感为几十微亨。当可控硅开关kb或磁保持继电器开关kc导通瞬间，电容ca的阻抗约为0，而由于电感la的存在，电感la在导通瞬间，其频率变化很大，电感la的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50hz工频，则电感la的阻抗很小。

在电感la中，电感la的电压ula超前电感la的电流i190度，即电感la的电流i1落后电感la的电压ula90度。

在电容c0中，电容c0的电流i2超前电容c0的电压uc090度，即电容c0的电压uc0落后电容c0的电流i290度。

电流i1通过电感la、电容ca形成闭合回路，则有电感la上的电压ula超前电感la上的电流i190度。

当电感la的电压ula在某个时刻的节点ma点为正、节点mb点为负时，则电流i2从节点ma点通过二极管d1、发光二极管d5、二极管d4和电容c0形成支路。

忽略二极管d1、发光二极管d5和二极管d4的压降，显然有即ula＝uc0，即电感la的电压ula等于电容c0的电压uc0。显然有电感la上的电压ula滞后电容c0上的电流i290度，从而有电容c0上的电流i2与电感la上的电流i1互为反向，即电流i2与电流i1互为反向。ucn是火线c上的电压。为叙述方便，将a相、b相和c相统一称为火线。

当电流i2正向且大于发光二极管d5发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号ui0即从高电平变为低电平，合理选择电容c0，使电容c0上的电流i2正向过零点且能快速达到发光二极管d5发光的最小电流。

当电流i2正向过零点后，光电耦合器的输出信号ui0即从高电平变为低电平，由于电流i2与电流i1反向，则有当光电耦合器的输出信号ui0从低电平变为高电平时，电流i1刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号ui0从低电平变为高电平时，即获得了电流i1的过零点电流。当获得了电流i1的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关kc发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关kc断开，则控制器就给磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关kc随即断开；如果需要让磁保持继电器开关kc闭合，则控制器就给磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关kc随即闭合。从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关kc发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关kc的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关kc的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关kc，使得磁保持继电器开关kc的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关kc的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关kb导通的瞬间，由于电感la的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关kb的导通压降很小，且电感la在工频频率下阻抗很小，节点ma和节点mb两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关kc，对磁保持继电器开关kc的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关kb的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在可控硅开关kb处于导通且磁保持继电器开关kc处于闭合时，如果要关断可控硅开关kb，则在电流i1过零点时才让可控硅开关kb断开，这样能够有效保护可控硅开关kb的使用寿命。

只有在要向火线c投入复合开关的可控硅开关kb时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

当可控硅开关kb导通时，在磁保持继电器开关kc还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关kc也是导通的，即可控硅开关kb和磁保持继电器开关kc此时同时处于导通状态。由于可控硅开关kb支路具有电感la的导通电阻，显然磁保持继电器开关kc支路的阻抗要远远小于可控硅开关kb支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关kc的电流大于流过可控硅开关kb支路的电流。若磁保持继电器开关kc不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。从通过获取电感la支路的电流i1过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关kc的触点，让磁保持继电器开关kc在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关kc上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关kc的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

一种适用于三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法。

(一)、控制方法包括复合开关的精确过零投切控制过程，复合开关的精确过零投切控制过程如下：

(4-1)投入复合开关；

(4-1-1)当要向火线c投入复合开关时，先检测火线c上电压ucn过零点时的准确时间点，当电压ucn过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出导通控制信号，可控硅开关kb随即导通；

(4-1-2)当可控硅开关kb导通设定时间后，先检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关kc随即闭合；

(4-1-3)然后再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出关断控制信号，可控硅开关kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线c的投入工作；

(4-2)切除复合开关；

(4-2-1)当要切除火线c上的复合开关时，先检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出导通控制信号，可控硅开关kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关kb可靠导通；

(4-2-2)在可控硅开关kb导通的情况下，再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关kc随即断开；

(4-2-3)然后再次检测电流i1过零点时的准确时间点，当电流i1过零点时，控制器立即向可控硅开关kb发出关断控制信号，可控硅开关kb随即关断；至此复合开关已从火线c上完全切除。

(二)、控制方法还包括负载接口供电相自动交换过程，负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-1)设功率因数pac＝||a相功率因数|-|c相的功率因数||，功率因数pab＝||a相功率因数|-|b相的功率因数||，功率因数pbc＝||b相功率因数|-|c相的功率因数||；

(5-2)三相功率因数监测器在设定时间间隔内对a相、b相和c相分别进行功率因数平衡监测，并将每相的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

若控制器对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后得到当前功率因数最大的相为a相，当前功率因数最小的相为c相，并且此时有功率因数pac大于设定值p0时，则需要确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由a相、b相和c相这三相中的哪一相在对其进行供电；

(5-3)控制器立即给接口功率因数监测器发出接口监测指令，接口功率因数监测器立即对一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的功率因数同时进行监测，并将一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

当控制器对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后即可分别确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由a相、b相和c相这三相中的哪一相在对其进行供电；

参见图1所示，若此时确定出一号负载接口上的供电相由a相供电，二号负载接口上的供电相由b相供电，三号负载接口上的供电相由c相供电，则此时的开关k7、开关k8和开关k9均处于闭合状态，此时的开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、开关k6、开关k10、开关k11、开关k12、开关k13、开关k14、开关k15、开关k16、开关k17和开关k18均处于断开状态，此时的一号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上，二号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上；

(5-4)为使a相、b相和c相上的功率因数两两绝对值之差后的绝对值小于设定值p0，则需要将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电，二号负载接口上的供电相仍由b相供电，三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电；

(5-5)将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-5-1)首先，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的a采样端上与a相接通，参见图2所示，一号相电压采样电路采集a相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关k1闭合使一号单相逆变电源与a相接通；参见图3所示，在控制器的控制下，一号单相逆变电源输出的电压信号以a相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成一号闭环控制，在控制器中产生一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与a相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关k4和断开开关k9，此时一号负载接口上的供电相的状态还是与a相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关k1闭合，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的c采样端上与c相接通，参见图4所示，一号相电压采样电路采集c相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使一号单相逆变电源输出的电压信号以c相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的一号闭环控制，在控制器中产生spwm的一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与c相电压同幅值同相位，此时一号负载接口上的供电相的状态与c相上的供电相的状态相同；

(5-5-2)同理，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的c采样端上与c相接通，参见图2所示，二号相电压采样电路采集c相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关k21闭合使二号单相逆变电源与c相接通；参见图3所示，在控制器的控制下，二号单相逆变电源输出的电压信号以c相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成二号闭环控制，在控制器中产生二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与c相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关k18和断开开关k7，此时三号负载接口上的供电相的状态也与c相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关k21闭合，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的a采样端上与a相接通，参见图4所示，二号相电压采样电路采集a相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使二号单相逆变电源输出的电压信号以a相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的二号闭环控制，在控制器中产生spwm的二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与a相电压同幅值同相位，此时三号负载接口上的供电相的状态与a相上的供电相的状态相同；

(5-5-3)然后，同时闭合开关k10、断开开关k4、闭合开关k13和断开开关k18，参见图5所示，此时一号负载接口上的供电相完全由c相供电，三号负载接口上的供电相完全由a相供电；

(5-5-4)最后，将一号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，将二号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，断开开关k1和断开开关k21，参见图6所示，从而使一号相电压采样电路、一号单相逆变电源、一号过滤器、一号隔离变压器、二号相电压采样电路、二号单相逆变电源、二号过滤器和二号隔离变压器均退出负载接口供电相自动交换的作业；

(5-5-5)至此，将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的负载接口供电相自动交换过程结束；

(5-5-6)同理，将一号负载接口上的供电相、二号负载接口上的供电相和三号负载接口上的供电相两两相交换的原理与将一号负载接口上的供电相由a相供电变为由c相供电和将三号负载接口上的供电相由c相供电变为由a相供电的原理相同。

参见图7所示，一号负载接口上的供电相由b相供电和二号负载接口上的供电相由a相供电。

参见图8所示，二号负载接口上的供电相由c相供电和三号负载接口上的供电相由b相供电。

本实例能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高。

实例2，同实例1的不同之处为：

参见图1、图9和图10所示，一号负载接口811为快速连接口，快速连接口包括插头34和壳体39，在壳体的上表面上向上固定设有绝缘管31，在绝缘管的外管壁上设有与控制器连接的压力传感器32，在绝缘管包围的壳体上表面上固定有与壳体的内腔38相连通的通孔，在通孔内固定有插针37，并且插针的下端位于壳体的内腔内，插针的上端位于绝缘管内；一根导线30的两端分别导电连接在插针的下端和节点j6上；插头包括绝缘插管36和设置在绝缘插管内的导电管35；绝缘插管的内径与绝缘管的外径匹配，插针的直径与导电管的内径匹配；二号负载接口822的结构和三号负载接口833的结构均与一号负载接口811的结构完全相同。在插针的顶端设有锥尖33。

实例3，同实例1的不同之处为：

参见图1和图11所示，还包括分别与控制器连接的存储器106、无线模块504、地址编码器507和服务器200。

若三相四线电源负载接口相电交换装置有两个时，则这两个三相四线电源负载接口相电交换装置即可通过各自的无线模块将这两个三相四线电源负载接口相电交换装置进行相互无线信号连接；

当第一个三相四线电源负载接口相电交换装置内的三个负载接口中只有其中一个负载接口连接有负载，而第二个三相四线电源负载接口相电交换装置内的三个负载接口中只有其中两个负载接口连接有负载时；

若第一个三相四线电源负载接口相电交换装置的这一个负载接口确定是由a相供电后，则让第二个三相四线电源负载接口相电交换装置的这两个负载接口分别由b相供电和c相供电。

实例4，同实例1的不同之处为：

参见图1和图11所示，复合开关还包括与控制器连接的定时器(在附图中未画出)和设置在控制器内的软件消弧模块(在附图中未画出)；

由于光电耦合器opt有一定导通压降和传输延时，所以控制器收到光电耦合器opt的电流输出信号ui0具有延时，当控制器判断到光电耦合器0pt的电流输出信号ui0过零点时，实际电流可能已经走到其他非零值，这就产生了控制器判断到光电耦合器0pt的电流输出信号ui0过零点时的滞后时间t1；

还由于磁保持继电器开关kc的闸刀片需要克服继电触点的压力才能把闸刀片从继电触点上拉开，这就产生了磁保持继电器开关kc的继电动作延迟时间t2；

考虑到以上客观存在的滞后时间和延时时间；由于三相电的每相电流在三相功率因素监测器中都会分别形成对应的电流波形l；

当需要采集a相、b相和c相这三相中某相的电流波形l时，控制器启动软件消弧模块读取三相功率因素监测器内对应相的电流波形l的波形过零点时间t0，并在检测到波形过零点时间t0时开启定时器；

设电流波形l的周期为t，设n为正整数；并设控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号时的合闸命令发出时间点为t，则：

根据t即可计算出磁保持继电器开关kc彻底合闸的时间；由于磁保持继电器开关kc的合闸时长和断闸时长相等，所以控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号时的断闸命令发出时间点也为t。

在控制器启动软件消弧模块读取三相功率因素监测器内对应相的电流波形l的波形过零点时间t0时，由于波形刚好过零的准确时间点不易获得；因此，采用在电流波形l的过零点段波形上读取两次时间点后计算这两次时间点的均值作为电流波形l的波形过零点时间t0的值；

若设在电流波形l的过零点段波形上两次读取的时间点分别为t3和t4，则：

将公式(2)代入公式(1)中则有：

本实例采用软件配合，提高了可靠性和准确性。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。