船用互动式GTO交流电源装置的制作方法

本发明涉及一种交流电源装置，尤其涉及一种船用互动式GTO交流电源装置，属于船舶电气设备技术领域。

背景技术：

船舶上的一些特殊设备需要连续工作，其中一些是由交流电源供电，装设在驾驶台、机舱集中控制台。上述特殊设备额定电压通常为单相AC220V，三相不超过AC690V，其功率有大有小。船舶特殊设备通常由主配电板和应急配电板分别供电互为备份，有的由应急配电板供电。船舶建造规范规定：在正常情况下，应急配电板由主配电板供电，当主电源失电时，应急发电机组应能自动启动并自动向应急配电板及其负载供电，其时间最好在主电源失电后30秒内完成，最长不超过45秒。现代化船舶中智能化程度很高，许多功率较大的自动化设备十分依赖于供电的连续性，如果在工作中途发生短暂(即使是30秒)断电，将可能造成不良影响，若主电源和应急电源都失电，产生的后果会很严重。为防止主电源与应急电源都失电，必要时对功率较小的特殊设备应配置小容量的UPS作为备用电源。

UPS主要由充电器、蓄电池、逆变器、静态开关及控制电路组成，其中蓄电池是重要组成部分，其储存能量大小决定了UPS的供电容量与时间。在船舶上内置大量蓄电池会使UPS体积大、份量重，蓄电池需要定期充放电会增加维护成本，并且船舶中的非专门舱室不允许装设大量的蓄电池，更不允许存在充放电所造成的污染。而船舶公用直流电源由充放电板及蓄电池组所组成，蓄电池组安装在符合安全条件的专门舱室内，通常蓄电池组容量都比较大，其容量和该船舶所需容量相适应。在主电源与应急电源切换的(约30秒左右)过程中或其都无法供电的情况下，如果能够利用公用直流电源逆变成为交流电源实现船舶特殊设备的连续供电，可最大限度地延长后备供电的时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船用互动式GTO交流电源装置，利用公用直流电源逆变成为交流电源实现船舶特殊设备的连续供电，以最大限度地延长后备供电时间。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种船用互动式GTO交流电源装置，包括主配电板、应急配电板、充放电板、可关断晶闸管GTO、GTO控制器1、逆变器2，所述主配电板、应急配电板与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述主配电板和应急配电板的供电电路互锁，所述充放电板经可关断晶闸管GTO与逆变器2的直流端相连，所述可关断晶闸管GTO对电路通断进行控制，所述GTO控制器1与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述逆变器2的交流端与交流输出端相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述船用互动式GTO交流电源装置，还包括电容C、电感L、熔断器F，所述电容C、电感L、熔断器F串联，串联电路连接于交流输出端的两端之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在主电源与应急电源切换的过程中或两者都无法供电的情况下，利用公用直流电源逆变成为交流电源实现连续供电，其体积较小、重量较轻，无内置蓄电池和充电器，维护工作量极少，可最大限度地延长后备供电的时间，并能节省安装空间和设备投资。

附图说明

图1是本发明GTO交流电源装置的两线制电路图；

图2是本发明GTO交流电源装置的三线制电路图；

图3是本发明的GTO交流电源装置两路互动式电路图；

图4是本发明的GTO控制器具体实施例一电路图；

图5是本发明的GTO控制器具体实施例二电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，船用互动式GTO交流电源装置，包括主配电板、应急配电板、充放电板、可关断晶闸管GTO、GTO控制器1、逆变器2、电容C、电感L、熔断器F，所述主配电板、应急配电板与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述主配电板和应急配电板的供电电路互锁，所述充放电板经可关断晶闸管GTO与逆变器2的直流端相连，所述可关断晶闸管GTO对电路通断进行控制，所述GTO控制器1与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述逆变器2的交流端与交流输出端相连，所述电容C、电感L、熔断器F串联，串联电路连接于交流输出端的两端之间，起到滤波的作用。本发明可应用于两线制电路，也可应用于三线制电路，如图2所示。图2中的1Q、2Q、3Q为断路器，常态为合闸位置，主要用于进行短路和过载保护，1KM、2KM为接触器，主要用于交流电路控制；GTO为可关断晶闸管，用门极正信号使其触发导通，用门极负信号使其关断，主要用于直流电路控制。GTO的额定电流(即阳极可关断电流的最大值IATO)应按不小于负载电流的3倍选取，GTO的额定电压(即阳极尖峰电压Vp)应按不小于线路电压的2倍选取；逆变器的直流输入电压与充放电板提供的直流电压相同，其交流输出电压以及容量按交流负载而定。图2中，主配电板正常供电时，接触器1KM自动吸合，接触器2KM被闭锁，交流负载由主配电板直接供电；主配电板失电时，接触器1KM自动释放，在应急配电板尚未供电前(大约30秒左右时间)，用门极正信号使GTO触发导通，由充放电板提供直流电源经逆变器变成交流电源向交流负载供电；当应急配电板开始供电后，接触器2KM自动吸合，接触器1KM被闭锁，同时用门极负信号使GTO关断，交流负载由应急配电板直接供电；当主配电板与应急配电板都失电时，接触器1KM、2KM均自动释放，GTO控制器1用门极正信号使GTO触发导通，充放电板提供的直流电源经逆变器2变成交流电源向交流负载供电；当主配电板或应急配电板恢复供电后，接触器1KM或2KM自动吸合，同时GTO控制器1用门极负信号使GTO关断，交流负载由主配电板或应急配电板直接供电。

本发明有三路互动式和两路互动式，三路互动是指主配电板供电的主电源、应急配电板供电的应急电源和充放电板供电的公用直流电源互动，其控制原理如前所述。两路互动是指应急配电板供电的应急电源和充放电板供电的公用直流电源互动，如图3所示。

GTO控制器1的具体实施例一如图4所示，当主配电板与应急配电板都失电时，接触器1KM、2KM均自动释放，其常闭辅助触头接通，正电源经电阻R和常闭辅助触头1KM、2KM至GTO门极，产生正电流使GTO触发导通，同时对电感L进行储能，此时由充放电板提供的直流电源经逆变器变成交流电源向交流负载供电；当主配电板或应急配电板恢复供电后，接触器1KM或2KM自动吸合，其常闭辅助触头1KM或2KM断开，储存在L中的电能释放出负电流至GTO门极使其关断，此时交流负载由主配电板或应急配电板直接供电。采用该方式时,大容量的GTO要求较大的电感L以产生较大的储存能量。

GTO控制器1的另一具体实施例一如图5所示，应急配电板供电时，接触器KM自动吸合，交流负载由应急配电板直接供电；当应急配电板失电时，接触器KM自动释放，其常开辅助触头KM断开，正电源经电阻R向电容器C充电，产生正电流至GTO门极使其触发导通，由充放电板提供直流电源经逆变器变成交流电源向交流负载供电；当应急配电板恢复供电时，接触器KM自动吸合，其常开辅助触头KM闭合，电容器C放电，产生负电流至GTO门极使其关断，交流负载由应急配电板直接供电。采用这种方式时，若GTO驱动容量较大，则要求电容器的容量也较大。

GTO门板触发导通的信号可按GTO产品提供的参数确定，一般要求触发电压为3—15V，触发电流为几十到几百毫安。

GTO的一个重要参数是关断增益βoff，βoff是表征GTO关断能力强弱的一个重要特征，βoff等于被关断的最大阳极电流IATO与门极最大负电流－IGM之比，即：

βoff＝IATO/|－IGM︱

βoff为几倍至几十倍。βoff值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。GTO的品牌与电流大小都对βoff会有影响，在具体电路中，应根据GTO产品的参数确定电阻、电容等元件的参数。

GTO的另一个重要参数是擎住电流，擎住电流是指刚从断态转入通态并切除门极电流之后，能维持通态所需的最小阳极电流。为防止由充放电板提供的直流电源经逆变器变成交流电源向交流负载供电时，负载电流小于擎住电流而造成GTO自行关断，本发明在负载侧并联了补偿电容模块，不仅可防止GTO自行关断，而且可以通过电容器的放电，防止互动过程中有可能出现的短暂断电，同时能提高功率因数。补偿电容模块的容量可按负载容量的10—15％选取，其容抗比由可能出现的谐波而定。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。