三相全自动交流节电装置的无缝切换电路的制作方法

本实用新型涉及节电装置的旁路转换技术领域，特别涉及到一种三相全自动交流节电装置的无缝切换电路。

背景技术：

三相全自动交流节电装置是通过智能调压、自动调容、三相平衡、能效优化等技术来实现节能、稳压、优化供电质量、延长设备使用寿命等功能，进而可最大限度地降低企业运营成本。但是当节电装置运行发生异常，将对自身或负载造成损害时，为保证用电安全以及用电设备的正常稳定运行，需要及时将节电模式无缝切换到旁路市电供电模式。

本实用新型即为解决上述问题而发明，可在节电装置发生故障时，实现由节电装置供电到旁路市电供电的无缝切换，既不影响负载的安全稳定运行，又不妨碍对故障设备的安全维修。

技术实现要素：

三相全自动交流节电装置需要在市电平稳启动负载后接入，进入节电模式；在发生故障或停电检修等情况下通过旁路控制切换到市电供电，进入非节电模式。为使两种模式的切换过程中，负载能够不间断地带电正常运行，需采用无缝切换的技术手段。

三相全自动交流节电装置需要在市电平稳启动负载后接入，进入节电模式；在发生故障或停电检修等情况下通过旁路控制切换到市电供电，进入非节电模式。为使两种模式的切换过程中，负载能够不间断地带电正常运行，需采用无缝切换的技术手段。

本实用新型由主电路和控制电路两部分组成。通过控制电路输出主电路中各个开关的控制信号，使主电路的开关有序动作，实现了节电装置在节电与旁路两种工作模式下的无缝切换，使用电设备能够安全高效运行，更好地达到绿色节能的目的。

本实用新型是通过以下技术方案来实现上述无缝切换的目的与要求：

所述控制电路包括切换电路，时钟信号发生电路和开关驱动电路。切换电路中由多个二极管构成两个或门电路，或门的输入端分别为节能模式选择信号、节电按钮控制信号，和旁路按钮控制信号、故障信号。其中节能按钮和旁路按钮为互锁关系，则任一时刻只能有一个或门电路输出有效信号“1”，该有效信号经微分电路可触发对应计数电路计数，计数电路的输出即为控制电路中各个开关的顺序控制信号，这里所用到的开关既可以是继电器，也可以是接触器，只是主电路中的开关，其电流容量要大于控制电路中的开关的电流容量。时钟信号发生电路采用时基集成电路与分频电路得到上述计数电路的时钟。开关驱动电路采用驱动用集成电路实现，提高了开关动作的安全可靠性。

所述的主电路由调压器、变压器、开关组成，其中主电路的开关可选用大容量、高性能的继电器或接触器。所述调压器调压范围宽，精度高；所述变压器原边具有两个抽头，可根据电压调节需要自动切换，且变压器的输入通过开关常闭触点与调压器输出端连接，通过常开触点与旁路连接，如此可在调压器发生异常情况时，自动将变压器输入侧切换到旁路，而不影响负载的节电运行；主电路中调压器与变压器的配合使用可分别实现负载供电电压的粗调与细调，使供电电压实现精密调节的效果。

主电路中用于旁路与节能无缝切换用的开关有3个，分别由控制电路中相应的控制开关控制动作，其分别安装在旁路上，节电装置调压输入侧和节电装置的输出侧。在节电与旁路的转换过程中，由控制电路部分输出有序的开关驱动信号，让控制开关顺序发生动作，进而合理控制主电路中的3个切换开关的闭合与断开顺序，确保负载端始终被稳定供电，即实现节电与旁路的无缝切换。

本实用新型的有益效果在于：

1.供电电压调节采用调压器和变压器的配合使用，实现电压的粗调和细调；

2.具有旁路、节能两个状态无缝切换的功能，可确保负载长期安全运行，并便于节能设备的安全维护；

3.变压器原边为分抽头，电压变化范围宽，且可根据实际需要实现自动切换；

4.变压器输入侧与调压器输出侧通过开关常闭触点连接，与市电供电侧通过开关常开触点连接，如此可在调压器出现故障时，变压器自动切换到旁路供电，而不影响负载的节电运行；

5.节电装置旁路与节能两种状态的切换既可以由手动按钮实现，也可以通过节能与故障旁路的电信号自动实现。

附图说明

图1为主电路原理图。

其中AX、BX、CX为三相调压器；C1、C2、C3为三相变压器；KM1、KM2、KM3、KM4、KM5均为开关；1、2分别代表开关的常闭触点、常开触点；U、V、W代表三相电，N为零线。

图2为切换电路原理图。

其中JN0为节电模式控制信号；JN1为节电模式的触发信号；JN-K为节电按钮JN的常开触点；JN-B为节电按钮JN的常闭触点；PL-K为旁路按钮PL的常开触点；PL-B为旁路按钮PL的常闭触点；GZS0为故障信号；GZS为故障触发信号；B1～B5为计数器IC4的输出信号；A1～A5为计数器IC3的输出信号；CLK为计数器的时钟信号；JD为节能运行的控制信号；FJN为旁路运行的控制信号。

图3为时钟信号发生电路原理图。

其中IC10为时基集成电路；IC11为分频器。

图4为开关驱动电路原理图。

其中J3、J4、J5为开关JD3、JD4、JD5的控制信号；J3_OUT、J4_OUT、J5_OUT为开关JD3、JD4、JD5的驱动信号；TJD为调压器电机启停控制信号；TJD_OUT为调压器电机驱动信号；TGZ为调压器故障信号；TGZ_OUT为开关JD1驱动信号；ABT为变压器变比切换信号；ABT_OUT为开关JD2驱动信号。

图5为控制电路开关JD1、JD2、JD3、JD4、JD5的控制电路图。

图6为主电路开关KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的控制原理图。

其中L为火线；N为零线。

上述附图中：R_XX代表电阻；C_XX代表电容；D_XX代表二极管；IC_XX代表集成电路。并且各图中标号一致的部分均代表相同的信号。

其中：1-发光源；2-光度传感器。

图3为组合电缆浮球开关工作示意图。

其中：1-浮球；2-电缆；F1-浮球1；F2-浮球2；L-中水池低水位线；H-中水池高水位线。

图4为电磁开关KM1逻辑控制电路原理图。

其中：r-透光率检测信号；H-中水池高水位检测信号；IC1-集成与门电路；IC2-集成非门电路；RX-电阻；Q1-三极管；KM1-电磁开关KM1的电磁线圈。

图5为电磁开关KM2逻辑控制电路原理图。

其中：S-马桶进水槽水位检测信号；L-中水池低水位检测信号；IC3-集成与门电路；IC5-集成非门电路；RX-电阻；Q2-三极管。

图6为电磁开关KM3逻辑控制电路原理图。

其中：S-马桶进水槽水位检测信号；KM2-电磁开关KM2的常开触点；RX-电阻；IC4-集成或非门电路；KM3-电磁开关KM3的电磁线圈；Q3-三极管。

具体实施方式

下面将配合附图对本实用新型的主电路和控制电路部分做详细说明。本实施例是在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

1.主电路

主电路部分主要由调压器AX、BX、CX，变压器C1、C2、C3，开关KM1～KM5组成，这里的开关KM1～KM5可以是继电器也可以是接触器，如图1所示。其中KM1～KM3为主电路中节能与旁路切换用开关，KM4为调压器输出侧，即变压器一次侧输入控制开关，调压器正常状态下，其输出电压供给变压器一次侧输入端，当调压器发生故障，开关KM4得电，常开触点闭合，使变压器断开与调压器的连接，而转为继续由市电供电，从而不影响变压节能运行。开关KM5为变压器变比选择开关。

负载上电启动时，首先是由市电供电运行，此时节电装置工作在旁路，只有旁路开关KM2处于得电吸合状态，而开关KM1、KM3～KM5均未得电，处于常态，即调压器AX、BX、CX的输入侧开路，而其输出侧分别通过开关KM4的常闭触点与变压器C1、C2、C3的一次侧连接，变压器二次侧经开关KM1输出到负载，因此此时调压器与变压器均没有变压输出供给负载，负载由市电供电。

负载正常启动后，可由旁路市电供电转换到节电装置供电的节电模式，此时，控制电路接收到节电信号后，可输出主电路开关的驱动信号，使其动作顺序为：KM1得电闭合-KM2失电断开-KM3得电闭合，并且在节电过程中，若调压器发生故障，可通过控制开关KM4动作，使变压器的输入侧通过开关KM4的常开触点自动切换到旁路上，如此不会影响负载继续在节电模式下运行。节电装置运行中发生其他故障时，控制电路将输出主电路的开关驱动信号，使其动作顺序为：KM3失电断开-KM2得电闭合-KM1失电断开。

由上述分析可得，节电装置在节电与旁路的切换过程中，开关KM1和KM2交替动作，即任一时刻二者其一必须处于闭合状态，这样才可以使负载端供电不间断，实现无缝切换，三相开关KM3用于控制调压器的供电，并且开关KM2、KM3为互锁关系，可避免同时闭合造成的短路故障，开关KM4用于切换各变压器的供电输入，KM5用于控制各变压器的变比切换，使电压调节范围更宽、更灵活。

2.控制电路

控制电路主要包括切换电路、时钟信号发生电路、开关驱动电路，最终输出的开关驱动信号可间接控制主电路的开关有序动作，进而实现无缝切换的功能。下面将分别结合具体电路做详细说明：

(1).切换电路

如图2所示，二极管D21～D24、D38、D39构成了两个或门电路，其中JN0为节电模式选择信号；JN-K为节电按钮JN的常开触点，JN-B为节电按钮JN的常闭触点；PL-K为旁路按钮PL常开触点，PL-B为旁路按钮PL的常闭触点；GZS0为节电装置的故障信号，可以是三相不平衡、缺相、电机堵转等故障信号的集合体。由电路可知，节电与旁路均可自启动，分别通过节电信号JN0和故障信号GZS0置“1”来实现，也可以通过节电按钮JN和旁路按钮PL实现手动切换。

实际应用中，旁路切换至节能有两种方式：一是可设置节电装置上电延时几十秒后，自动由旁路切换至节能模式，方法是将节能信号JN0延时置“1”，再将其经过RC微分电路和非门电路，如图2所示，输出作为或门的一个输入信号；二是通过按动节能按钮JN，手动切换节能状态，则节能按钮的常开触点JN-K闭合，与旁路按钮的常闭触点PL-B串联，输出信号作为或门的另一路输入，这两种方式都可使得或门输出JD为高脉冲信号(相应的，另一个或门输出FJN为低电平“0”信号)，连接到触发器IC1的清零端，使其清零，同时连接到触发器IC2的置位端，使其输出高电平“1”，则计数器IC3清零，而计数器IC4开始计数，计数时钟CLK每到来一个上升沿，计数器IC4输出加1，即输出信号B1～B5被轮流置“1”，而B1～B5为开关得电闭合的控制信号，间接控制主电路开关KM1闭合、KM2断开、KM3闭合、调压器电机启动，使负载节电运行。

当节电装置发生故障或检修人员需要停机检修时，节电装置需由节电模式自动或手动切换到旁路，而不影响负载侧正常运行。因此把节能按钮的常闭触点JN-B和旁路按钮的常开触点PL-K的串联支路与故障信号GZS0构成或门电路，当检测到故障信号，即GZS0为“1”时或人为按下旁路按钮PL，则或门输出FJN得到高脉冲信号，同时JD为低电平“0”。如此FJN信号连接到触发器IC1置位端，使其输出Q为“1”，将计数器IC4清零，而计数器IC3的RST复位端得到一个高电平脉冲，使其清零后开始计数，输出信号A1～A5为开关失电断开的控制信号，间接控制调压器电机停止、主电路开关KM3断开、KM2闭合、KM1断开，使节电装置切换到旁路，这样既不会影响负载的正常运行，也不会妨碍节电装置的安全检修，若存在故障，待故障排除后，可通过按下节电按钮使负载继续节电运行，且旁路按钮PL与节能按钮JN为互锁，任意时刻只有一个为得电闭合状态。

(2).时钟信号发生电路

IC10为时基集成电路，输出方波信号经过IC11分频电路分频后得到计数器IC3、IC4的时钟信号CLK，如图3所示，其中二极管D26、D27、D28与电阻R76构成或门电路，即当A5、B5、IC11的输出Q6三者任一为高电平“1”时，IC11即清零，进而图2中计数器IC3、IC4停止计数，主电路中所有开关保持当前状态直到再次接收到旁路或节能切换信号。

(3).开关驱动电路

如图4所示，触发器IC9、IC8、IC7、IC5的清零控制R端分别由图2所示的计数器IC3的输出信号A4、A3、A2、A1控制，其置位控制S端分别由图2所示的计数器IC4的输出信号B1、B2、B3、B4控制，由上述分析可知，旁路转节能过程中，计数器IC3清零，计数器IC4计数，则图4中各个触发器输出Q端将在旁路转节能状态中依次被置位，即信号J3、J4、J5、TJD将按顺序依次输出高电平“1”，然后经过开关驱动电路IC12，依次输出主电路开关得电的驱动信号J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT和TJD_OUT，且为输出低电平有效。其中J3_OUT、J4_OUT，J5_OUT分别用于驱动主电路中开关KM1、KM2、KM3的控制开关JD3、JD4、JD5；TJD_OUT用于驱动主电路中调压器AX、BX、CX的电机启动开关。TGZ、ABT分别为调压器故障信号和变压器变比切换信号，均为高电平有效。

如图5所示JD1～JD5分别为主电路中开关KM1～KM5的控制开关，其可以是继电器，也可以选用接触器，图4输出的开关驱动信号J3_OUT～J5_OUT即为开关JD3～JD5的驱动信号，当J3_OUT～J5_OUT在旁路转节能状态中依次输出为“0”时，开关JD3～JD5线圈依次得电，其常开触点吸合，常闭触点断开，则如图6所示，主电路中旁路无缝切换到节能状态时，开关动作顺序为：KM1吸合、KM2断开、KM3吸合。并且开关KM2与KM3为互锁关系，因此需将KM2的常闭触点与KM3的线圈串联，将KM3的常闭触点与KM2的线圈串联。而当图4中TGZ为“1”时，即调压器发生故障，如图5所示开关JD1线圈得电吸合，则如图6和图1所示，主电路开关KM4常开触点闭合，变压器转由旁路供电；当图4中ABT为“1”时，说明需要切换变压器变比，则图5中开关JD2线圈得电吸合，主电路开关KM5常开触点吸合。

相反，在节能切旁路的过程中，图2中计数器IC4清零，IC3计数，则图4中各个触发器输出Q端将依次被清零，即信号TJD、J5、J4、J3将按顺序依次输出低电平“0”，然后经过开关驱动电路IC12，输出调压器电机启动开关和主电路中开关KM1、KM2、KM3的控制开关JD3、JD4、JD5的失电信号TJD_OUT＝J5_OUT＝J4_OUT＝J3_OUT＝“1”，则调压器的电机停止工作，同时，如图5和图6所示，可以得知开关JD5、JD4、JD3的励磁线圈依次失电，其常开触点断开，常闭触点吸合，则此时主电路中的开关KM1～KM3的动作顺序为：KM3断开、KM2吸合、KM1断开。如此，节电装置便无缝切换到旁路运行。

最后需要说明的是：上述仅为本实用新型的实施例，并非是对本实用新型的实施方式进行限定，凡是利用本实用新型说明书及附图内容，将本实用新型运用到其他相关技术领域的，均应涵盖在本实用新型的保护范围之中。