负载接口供电相自动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，具体涉及负载接口供电相自动交换装置及其控制方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，用电装置的类型越来越多。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装置，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，能智能自动检测复合开关的自身投切故障，智能化程度高的负载接口供电相自动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：

负载接口供电相自动交换装置，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、节点ma、节点mb、电感la、电容ca、电容c2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、光电耦合器opt、电阻r0、电阻r1、电阻r2、切换开关ka、磁驱动电力路、硅驱动电路、自用电供电模块和接地端sgnd，

控制器包含有脉冲计数器；切换开关ka包括可控硅开关kb和磁保持继电器开关kc，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、电阻r1的一端和电感la的一端分别与节点ma连接，电感la的另一端、磁保持继电器开关kc的另一端、电阻r2的一端和电容ca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，电阻r1的另一端与电容c2的一端连接，二极管d1的正极端和二极管d3的负极端分别连接在电容c2的另一端上，二极管d2的正极端和二极管d4的负极端分别连接在电阻r2的另一端上，二极管d1的负极端和二极管d2的负极端分别连接在发光二极管d5的正极端上，二极管d3的正极端和二极管d4的正极端分别连接在发光二极管d5的负极端上，光敏三极管q0的集电极端分别与电阻r0的一端和控制器连接，光敏三极管q0的发射极与信号接地端sgnd连接，自用电供电模块分别与电阻r0的另一端、磁驱动电路、硅驱动电路和控制器连接，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，能智能自动检测复合开关的自身投切故障，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。

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。

一种适用于负载接口供电相自动交换装置的控制方法，控制方法包括复合开关的自身投切故障判断过程，复合开关的自身投切故障判断过程包括可控硅开关kb的无法导通故障、磁保持继电器开关kc的无法闭合故障、磁保持继电器开关kc的无法断开故障和可控硅开关kb的无法关断故障；

(4-1)判断可控硅开关kb为无法导通故障的过程是：

在投入复合开关时，假设可控硅开关kb处于关断状态，且磁保持继电器开关kc也处于断开状态的前提下，

(4-1-1)先由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，控制器等待可控硅开关kb的运行检测电路返回的触发脉冲信号，并用控制器的脉冲计数器进行触发脉冲计数，当延时设定时间后，若控制器接收到的触发脉冲个数在设定个数以上时，即可认为该可控硅开关kb能正常导通，若控制器接收到的触发脉冲个数小于设定个数时，

(4-1-2)再由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，若控制器接收到的触发脉冲个数仍小于设定个数时，即可判断该可控硅开关kb为无法导通故障；

(4-2)判断磁保持继电器开关kc为无法闭合故障的过程是：

在投入复合开关时，假设可控硅开关kb能正常导通，且可控硅开关kb已处于导通状态和磁保持继电器开关kc处于断开状态的前提下，

(4-2-1)先由控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数在设定个数以上时，

(4-2-2)再由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数也在设定个数以上时，

(4-2-3)再次由控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，此时如果控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲计数仍在设定个数以上时，即可判断该磁保持继电器开关kc为无法闭合故障；

(4-3)判断磁保持继电器开关kc为无法断开故障的过程是：

在切除复合开关时，假设可控硅开关kb能正常导通，且可控硅开关kb已处于断开状态和磁保持继电器开关kc已处于闭合状态的前提下，

(4-3-1)先由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号让可控硅开关kb导通，并延时设定时间让可控硅开关kb可靠导通后，又由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，等待设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数小于设定个数时；

(4-3-2)再由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再次等待设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数仍小于设定个数时，即可判断磁保持继电器开关kc为无法断开故障；

(4-4)判断可控硅开关kb为无法关断故障的过程是：

在切除复合开关时，假设磁保持继电器开关kc能正常断开，且磁保持继电器开关kc已处于断开状态和可控硅开关kb还处于导通状态的前提下，

(4-4-1)先由控制器向可控硅开关kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数在设定个数以上时；

(4-4-2)再由控制器向可控硅开关kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数仍在设定个数以上时，即可判断可控硅开关kb为无法关断故障。

一种适用于负载接口供电相自动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＝||3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。

一种适用于负载接口供电相自动交换装置的控制方法，若负载接口供电相自动交换装置有两个时，则这两个负载接口供电相自动交换装置即可通过各自的无线模块将这两个负载接口供电相自动交换装置进行相互无线信号连接；

当第一个负载接口供电相自动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，而第二个负载接口供电相自动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；

若第一个负载接口供电相自动交换装置的这一个负载接口确定是由a相供电后，则让第二个负载接口供电相自动交换装置的这两个负载接口分别由b相供电和c相供电。

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，能智能自动检测复合开关的自身投切故障，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是可控硅开关kb的一种波形示意图。

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：负载接口供电相自动交换装置，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、节点ma、节点mb、电感la、电容ca、电容c2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、光电耦合器opt、电阻r0、电阻r1、电阻r2、切换开关ka、磁驱动电力路502、硅驱动电路503、自用电供电模块901和接地端sgnd，

控制器107包含有脉冲计数器805；切换开关ka包括可控硅开关kb和磁保持继电器开关kc，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、电阻r1的一端和电感la的一端分别与节点ma连接，电感la的另一端、磁保持继电器开关kc的另一端、电阻r2的一端和电容ca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，电阻r1的另一端与电容c2的一端连接，二极管d1的正极端和二极管d3的负极端分别连接在电容c2的另一端上，二极管d2的正极端和二极管d4的负极端分别连接在电阻r2的另一端上，二极管d1的负极端和二极管d2的负极端分别连接在发光二极管d5的正极端上，二极管d3的正极端和二极管d4的正极端分别连接在发光二极管d5的负极端上，光敏三极管q0的集电极端分别与电阻r0的一端和控制器连接，光敏三极管q0的发射极与信号接地端sgnd连接，自用电供电模块分别与电阻r0的另一端、磁驱动电路、硅驱动电路和控制器连接，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。

复合开关故障自检原理如下：参见图11和图12所示，

当需要投切复合开关时，控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，使可控硅开关kb导通。电流经可控硅开关kb、电感la和电容ca形成闭合回路，并联在电感la两端的电容c2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、光电耦合器opt、电阻r1、电阻r0、电阻r2、自用电供电模块和接地端sgnd共同形成了可控硅开关kb的运行检测电路。在电流流过可控硅开关kb时该可控硅开关kb的运行检测电路会产生触发脉冲信号，保持一定时间后，控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，使磁保持继电器开关kc闭合。磁保持继电器开关kc闭合后将可控硅开关kb与电感la组成的串联支路短路，此时可控硅开关kb的运行检测电路将不会产生触发脉冲。然后，控制器向可控硅开关kb发出断开控制信号，使可控硅开关kb断开，由磁保持继电器开关kc保持供电回路工作。

当需要切除复合开关时，控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，使可控硅开关kb导通，保持一定时间后，控制器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，此时，可控硅运行检测电路将有触发脉冲出现。最后，控制器向可控硅开关kb再次发出断开控制信号，可控硅开关kb随即断开。至此就完全切除了复合开关。ucn是c相上的电压。为叙述方便，将a相、b相和c相统一称为火线。

复合开关具备在开关动作的过程中能进行自我故障检测，且无需在复合开关中另外设置检测故障的仪器，从而使复合开关的结构更加简单，体积小，结构可靠，成本低廉，降低了复合开关使用时投切不成功的安全隐患。复合开关能进行复合开关自身投切故障的智能化检测，能及时让用户知道复合开关是否出现了故障，便于及时更换，结构简单，可靠性高，安全性好。过滤器提高了隔离变压器输入的可靠性，进而使得隔离变压器输出的可靠性更高。

(一)、使用时，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k9，参见图3所示，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k7，参见图3所示，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。

(二)、复合开关的自身投切故障判断过程包括可控硅开关kb的无法导通故障、磁保持继电器开关kc的无法闭合故障、磁保持继电器开关kc的无法断开故障和可控硅开关kb的无法关断故障；

(4-1)判断可控硅开关kb为无法导通故障的过程是：

在投入复合开关时，假设可控硅开关kb处于关断状态，且磁保持继电器开关kc也处于断开状态的前提下，

(4-1-1)先由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，控制器等待可控硅开关kb的运行检测电路返回的触发脉冲信号，并用控制器的脉冲计数器进行触发脉冲计数，当延时设定时间后，若控制器接收到的触发脉冲个数在设定个数以上时，即可认为该可控硅开关kb能正常导通，若控制器接收到的触发脉冲个数小于设定个数时，

(4-1-2)再由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，若控制器接收到的触发脉冲个数仍小于设定个数时，即可判断该可控硅开关kb为无法导通故障；

(4-2)判断磁保持继电器开关kc为无法闭合故障的过程是：

在投入复合开关时，假设可控硅开关kb能正常导通，且可控硅开关kb已处于导通状态和磁保持继电器开关kc处于断开状态的前提下，

(4-2-1)先由控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数在设定个数以上时，

(4-2-2)再由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数也在设定个数以上时，

(4-2-3)再次由控制器向磁保持继电器开关kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，此时如果控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲计数仍在设定个数以上时，即可判断该磁保持继电器开关kc为无法闭合故障；

(4-3)判断磁保持继电器开关kc为无法断开故障的过程是：

在切除复合开关时，假设可控硅开关kb能正常导通，且可控硅开关kb已处于断开状态和磁保持继电器开关kc已处于闭合状态的前提下，

(4-3-1)先由控制器向可控硅开关kb发出导通控制信号让可控硅开关kb导通，并延时设定时间让可控硅开关kb可靠导通后，又由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，等待设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数小于设定个数时；

(4-3-2)再由控制器向磁保持继电器开关kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再次等待设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数仍小于设定个数时，即可判断磁保持继电器开关kc为无法断开故障；

(4-4)判断可控硅开关kb为无法关断故障的过程是：

在切除复合开关时，假设磁保持继电器开关kc能正常断开，且磁保持继电器开关kc已处于断开状态和可控硅开关kb还处于导通状态的前提下，

(4-4-1)先由控制器向可控硅开关kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数在设定个数以上时；

(4-4-2)再由控制器向可控硅开关kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时设定时间后，若控制器接收到可控硅开关kb的触发脉冲个数仍在设定个数以上时，即可判断可控硅开关kb为无法关断故障。

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。

本实施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，能智能自动检测复合开关的自身投切故障，智能化程度高。

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。

若负载接口供电相自动交换装置有两个时，则这两个负载接口供电相自动交换装置即可通过各自的无线模块将这两个负载接口供电相自动交换装置进行相互无线信号连接；

当第一个负载接口供电相自动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，而第二个负载接口供电相自动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；

若第一个负载接口供电相自动交换装置的这一个负载接口确定是由a相供电后，则让第二个负载接口供电相自动交换装置的这两个负载接口分别由b相供电和c相供电。

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。