一种自动换相装置及系统的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种自动换相装置及系统。

背景技术：

电能质量是指电力系统中电能的质量，理想的电能应该是完全对称的正弦波，然而，一些因素会使波形偏离对称正弦，由此产生电能质量问题。电能质量问题中，三相不平衡是一个重要指标，因此，对三相不平衡进行调节是十分有必要的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种自动换相装置及系统。

本实用新型实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种自动换相装置，应用于包括三相电路的电力系统，所述自动换相装置包括开关单元、控制单元和电流互感单元。

所述开关单元与所述三相电路电信连接，用于控制所述三相电路的导通或关断。

所述电流互感单元与所述开关单元电信连接，用于检测所述开关单元的电流并将检测结果发送到所述控制单元。

所述控制单元分别与所述开关单元和所述电流互感单元电信连接，所述控制单元根据所述电流互感单元的检测结果控制所述开关单元的导通或关断。

进一步地，所述三相电路包括A相、B相和C相，所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，所述第一开关单元与所述三相电路的A相电信连接，用以控制所述三相电路的A相的导通或关断；所述第二开关单元与所述三相电路的B相电信连接，用以控制所述三相电路的B相的导通或关断；所述第三开关单元与所述三相电路的C相电信连接，用以控制所述三相电路的C相的导通或关断。

所述控制单元控制所述第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元中任意一个开关单元导通时，控制另外两个开关单元关断。

进一步地，所述第一开关单元包括第一功率开关和第一继电器，所述第一功率开关和所述第一继电器并联，所述控制单元分别与所述第一功率开关和所述第一继电器电信连接，并根据所述电流互感单元的检测结果控制所述第一功率开关和所述第一继电器的导通或关断。

所述第二开关单元包括第二功率开关和第二继电器，所述第二功率开关和所述第二继电器并联，所述控制单元分别与所述第二功率开关和所述第二继电器电信连接，并根据所述电流互感单元的检测结果控制所述第二功率开关和所述第二继电器的导通或关断。

所述第三开关单元包括第三功率开关和第三继电器，所述第三功率开关和所述第三继电器并联，所述控制单元与所述第三功率开关和所述第三继电器电信连接，并根据所述电流互感单元的检测结果控制所述第三功率开关和所述第三继电器的导通或关断。

进一步地，所述电流互感单元包括第一互感器、第二互感器和第三互感器。

所述第一互感器与所述第一开关单元电信连接，用于检测所述第一开关单元的电流并发送到所述控制单元，所述控制单元根据所述第一互感器的检测结果，控制所述第一开关单元中的所述第一功率开关和第一继电器的导通或关断，进而控制所述三相电路中A相的导通或关断。

所述第二互感器与所述第二开关单元电信连接，用于检测所述第二开关单元的电流并发送到所述控制单元，所述控制单元根据所述第二互感器的检测结果，控制所述第二开关单元中的所述第二功率开关和第二继电器的导通或关断，进而控制所述三相电路中B相的导通或关断。

所述第三互感器与所述第三开关单元电信连接，用于检测所述第三开关单元的电流并发送到所述控制单元，所述控制单元根据所述第三互感器的检测结果，控制所述第三开关单元中的所述第三功率开关和第三继电器的导通或关断，进而控制所述三相电路中C相的导通或关断。

进一步地，所述控制单元包括控制器、第一放大电路和第二放大电路。

所述控制器与分别与所述第一互感器、所述第二互感器、所述第三互感器、所述第一放大电路和所述第二放大电路电信连接，用于控制所述第一放大电路和所述第二放大电路的运行。

所述第一放大电路分别与所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器电信连接，用于放大所述控制器发出的导通或关断信号并发送到所述第一继电器、第二继电器和第三继电器，以导通或关断所述第一继电器、第二继电器和第三继电器。

所述第二放大电路分别与所述第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关电信连接，用于放大所述控制器发出的脉冲控制指令并传输到所述第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关，以导通或关断所述第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关。

进一步地，所述控制单元还包括比较电路，所述比较电路分别与所述第一互感器、第二互感器、第三互感器和所述控制器电信连接，用于接收所述第一互感器、第二互感器、第三互感器发送的检测结果。

所述比较电路对所述检测结果进行处理并传输到所述控制器，所述控制器根据处理后的检测结果控制所述第二放大电路的运行。

进一步地，所述控制器中设有模数转换模块，所述模数转换模块分别与所述第一互感器、第二互感器和第三互感器电信连接，用于将所述第一互感器、第二互感器和第三互感器检测到的模拟信号转换成数字信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种自动换相系统，应用于包括三相电路的电力系统，自动换相系统包括主机和多个上述自动换相装置，所述主机与所述自动换相装置包括的控制单元通信连接，用于控制所述控制单元的运行。

进一步地，所述主机与所述自动换相装置包括的模数转换模块电信连接，所述主机根据所述模数转换模块发送的信号或操作人员输入的指令生成控制指令，并发送到所述控制单元。

进一步地，所述主机与所述自动换相装置包括的模数转换模块电信连接，所述主机根据所述模数转换模块发送的信号或操作人员输入的指令生成控制指令，并发送到所述控制单元，以通过所述控制单元控制所述自动换相装置的运行。

进一步地，所述自动换相系统还包括电荷检测单元，所述电荷检测单元与所述三相电路和所述主机电信连接，用于检测所述三相电路的电荷平衡情况并发送到所述主机，所述主机根据所述电荷平衡情况生成对应的控制指令并发送到所述自动换相装置。

本实用新型实施例提供的自动换相装置及系统，应用于包括三相电路的电力系统，控制单元分别与电流互感单元和开关单元电信连接，开关单元与三相电路电信连接，电流互感单元与开关单元连接，电流互感单元用于检测开关单元的电流并将检测结果发送到控制单元。控制单元根据检测结果生成控制信号以控制开关单元的导通或关断，从而控制三相电路的导通或关断。整体实现结构简单，能够便捷地进行换相。

本实用新型实施例提供的自动换相装置及系统，控制单元根据电流互感单元的检测结果，对开关单元进行控制，从而控制三相电路的导通或关断。此自动换向装置结构简单，在不需要断电的情况下也能便捷地进行三相电路的换相。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种自动换相装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例所提供的一种自动换相装置的电路原理图。

图3为本实用新型实施例所提供的一种控制单元的结构框图。

图4为本实用新型实施例所提供的一种比较电路的电路原理图。

图5为本实用新型实施例所提供的一种自动换相系统的结构框图。

图标：100-自动换相装置；200-自动换相系统；10-开关单元；G1-第一功率开关；G2-第二功率开关；G3-第三功率开关；S1-第一继电器；S2-第二继电器；S3-第三继电器；20-电流互感单元；CT1-第一互感器；CT2-第二互感器；CT3-第三互感器；30-控制单元；301-控制器；Y1-第一运放；Y2-第二运放；Y3-第三运放；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；302-第一放大电路；BJT1-第一三极管；BJT2-第二三极管；BJT3-第三三极管；303-第二放大电路；BJT4-第四三极管；BJT5-第五三极管；BJT6-第六三极管；40-主机；50-电荷检测单元。

具体实施方式

经调查发现，电网在三相不平衡较严重的情况下长时间运行，对供电和用电双方都将产生不利影响。现有技术中，针对负载不平衡的现状，主要采取的是手动换相操作，换相过程中必须将负荷支路停电，对供电可靠性造成了较大影响，而换相操作对人员素质要求较高，容易发生误操作，给电能质量和设备健康造成了严重影响。现有技术中，部分自动换相操作，需要在停电状态下进行操作，这样会带来用户在一定时间内不能正常用电，甚至部分电气设备会损坏。

基于上述调查，本实用新型实施例提供了一种自动换相装置及系统，用于在不断电的前提下实现换相，换相装置结构简单，换相更可靠、稳定。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请结合参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种自动换相装置100的结构框图，所述自动换相装置100应用于包括三相电路的电力系统，所述自动换相装置100包括开关单元10、控制单元30和电流互感单元20。

所述开关单元10与所述三相电路电信连接，用于控制所述三相电路的导通或关断。

所述电流互感单元20与所述开关单元10电信连接，用于检测所述开关单元10的电流并将检测结果发送到所述控制单元30。

所述控制单元30分别与所述开关单元10和所述电流互感单元20电信连接，所述控制单元30根据所述电流互感单元20的检测结果控制所述开关单元10的导通或关断。

进一步地，所述三相电路包括A相、B相和C相，所述开关单元10包括第一开关单元10、第二开关单元10和第三开关单元10。

所述第一开关单元10与所述三相电路的A相电信连接，用以控制所述三相电路的A相的导通或关断。当所述第一开关单元10导通时，所述三相电路的A相导通，处于运行状态。

所述第二开关单元10与所述三相电路的B相电信连接，用以控制所述三相电路的B相的导通或关断。当所述第二开关单元10导通时，所述三相电路的B相导通，处于运行状态。

所述第三开关单元10与所述三相电路的C相电信连接，用以控制所述三相电路的C相的导通或关断。当所述第三开关单元10导通时，所述三相电路的C相导通，处于运行状态。

所述控制单元30控制所述第一开关单元10、第二开关单元10和第三开关单元10中任意一个开关单元10导通时，控制另外两个开关单元10关断。

请结合参阅图2，为本实用新型实施例提供的一种自动换相装置100的电路原理图，所述第一开关单元10包括第一功率开关G1和第一继电器S1，所述第一功率开关G1和所述第一继电器S1并联，所述控制单元30分别与所述第一功率开关G1和所述第一继电器S1电信连接，并根据所述电流互感单元20的检测结果控制所述第一功率开关G1和所述第一继电器S1的导通或关断。

所述第二开关单元10包括第二功率开关G2和第二继电器S2，所述第二功率开关G2和所述第二继电器S2并联，所述控制单元30分别与所述第二功率开关G2和所述第二继电器S2电信连接，并根据所述电流互感单元20的检测结果控制所述第二功率开关G2和所述第二继电器S2的导通或关断。

所述第三开关单元10包括第三功率开关G3和第三继电器S3，所述第三功率开关G3和所述第三继电器S3并联，所述控制单元30与所述第三功率开关G3和所述第三继电器S3电信连接，并根据所述电流互感单元20的检测结果控制所述第三功率开关G3和所述第三继电器S3的导通或关断。

可选地，所述各个开关单元10中的功率开关可以选择但不限于晶闸管，所述各个开关单元10中的继电器可以选择但不限于永磁开关。

进一步地，所述电流互感单元20包括第一互感器CT1、第二互感器CT2和第三互感器CT3。

所述第一互感器CT1与所述第一开关单元10电信连接，用于检测所述第一开关单元10的电流并发送到所述控制单元30，所述控制单元30根据所述第一互感器CT1的检测结果，控制所述第一开关单元10中的所述第一功率开关G1和第一继电器S1的导通或关断，进而控制所述三相电路中A相的导通或关断。

所述第二互感器CT2与所述第二开关单元10电信连接，用于检测所述第二开关单元10的电流并发送到所述控制单元30，所述控制单元30根据所述第二互感器CT2的检测结果，控制所述第二开关单元10中的所述第二功率开关G2和第二继电器S2的导通或关断，进而控制所述三相电路中B相的导通或关断。

所述第三互感器CT3与所述第三开关单元10电信连接，用于检测所述第三开关单元10的电流并发送到所述控制单元30，所述控制单元30根据所述第三互感器CT3的检测结果，控制所述第三开关单元10中的所述第三功率开关G3和第三继电器S3的导通或关断，进而控制所述三相电路中C相的导通或关断。

为了使所述自动换相装置100的换相过程更为清楚，下面将举例说明所述自动换相装置100是如何通过控制单元30、电流互感单元20和开关单元10的配合，从而实现换相的。例如，A相运行时，第一开关单元10中的第一继电器S1导通，第一功率开关G1关断，所述第二互感器CT2对所述第二开关单元10的电流检测结果为第二开关单元10处于关断状态，所述第三互感器CT3对所述第三开关单元10的电流检测结果为第三开关单元10处于关断状态，若需要将运行相从A相换相到B相，则所述控制单元30控制所述第一功率开关G1导通，再关断所述第一继电器S1，然后关断所述第一功率开关G1同时导通所述第二功率开关G2，再将所述第二继电器S2导通，随后关断第二功率开关G2，以完成第一开关单元10的关断和第二开关单元10的导通，从而使得运行相从A相切换到B相。负荷在其余相序间的换相与上述操作一致。

在换相时，由于功率开关的到同和关断所需时间短、门极触发精确、迅速而可靠，因此，在所述自动换相装置100进行换相时，开关单元10的切换所需时间短，不需要停电便能换相，用户不会有停电感。

请结合参阅图3和图4，图3为本实用新型实施例提供的一种控制单元30的结构框图，图4为本实用新型实施例所提供的一种比较电路的电路原理图，所述控制单元30包括控制器301、第一放大电路302和第二放大电路303。

所述控制器301与分别与所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2、所述第三互感器CT3、所述第一放大电路302和所述第二放大电路303电信连接，用于控制所述第一放大电路302和所述第二放大电路303的运行。

进一步地，所述控制器可选用但不限于单片机、现场可编程逻辑门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、需求方平台(Demand-Side Platform，DSP)和微控制器中的一种。其中，微控制器为STM32系列模组。

所述第一放大电路302分别与所述第一继电器S1、所述第二继电器S2和所述第三继电器S3电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第一继电器S1、第二继电器S2和第三继电器S3，以导通或关断所述第一继电器S1、第二继电器S2和第三继电器S3。

可选地，所述第一放大电路302包括第一三极管BJT1、第二三极管BJT2和第三三极管BJT3，所述第一三极管BJT1与所述第一继电器S1电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第一继电器S1，以导通或关断所述第一继电器S1。所述第二三极管BJT2与所述第二继电器S2电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第二继电器S2，以导通或关断所述第二继电器S2。所述第三三极管BJT3与所述第三继电器S3电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第三继电器S3，以导通或关断所述第三继电器S3。

所述第二放大电路303分别与所述第一功率开关G1、第二功率开关G2和第三功率开关G3电信连接，用于放大所述控制器301发出的脉冲控制指令并传输到所述第一功率开关G1、第二功率开关G2和第三功率开关G3，以导通或关断所述第一功率开关G1、第二功率开关G2和第三功率开关G3。

可选地，所述第二放大电路303包括第四三极管BJT4、第五三极管BJT5和第六三极管BJT6，所述第四三极管BJT4与所述第一功率开关G1电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第一功率开关G1，以导通或关断所述第一功率开关G1。所述第五三极管BJT5与所述第二功率开关G2电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第二功率开关G2，以导通或关断所述第二功率开关G2。所述第六三极管BJT6与所述第一继电器S1电信连接，用于放大所述控制器301发出的导通或关断信号并发送到所述第三功率开关G3，以导通或关断所述第三功率开关G3。

进一步地，所述控制单元30还包括比较电路，所述比较电路分别与所述第一互感器CT1、第二互感器CT2、第三互感器CT3和所述控制器301电信连接，用于接收所述第一互感器CT1、第二互感器CT2、第三互感器CT3发送的检测结果。

所述比较电路对所述检测结果进行处理并传输到所述控制器301，所述控制器301根据处理后的检测结果控制所述第二放大电路303的运行。

可选地，所述比较电路包括第一运放Y1、第二运放Y2、第三运放Y3以及第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。

所述第一电阻R1电连接于所述第一互感器CT1和所述第一运放Y1的同向输入端之间，所述第二电阻R2一端接地，另一端与所述第一运放Y1的反向输端入电连接，所述第一运放Y1的输出端与所述控制器301电信连接。

所述第三电阻R3电连接于所述第二互感器CT2和所述第二运放Y2的同向输入端之间，所述第四电阻R4一端接地，另一端与所述第二运放Y2的反向输入端电连接，所述第二运放Y2的输出端与所述控制器301电信连接。

所述第五电阻R5电连接于所述第三互感器CT3和所述第三运放Y3的同向输入端之间，所述第六电阻R6一端接地，另一端与所述第三运放Y3的反向输入端电连接，所述第三运放Y3的输出端与所述控制器301电信连接。

为了使所述比较电路的运行更为清楚，下面将举例说明。例如，在所述换相装置需要将运行相从A相切换到B相时，通过第一电阻R1连接到所述第一开关单元10的第一互感器CT1的电流检测结果为正，所述第一运放Y1的输出端输出为正，并将所述检测结果发送到所述控制器301，所述控制器301判断所述A相处于导通状态。通过第二电阻R2连接到所述第二开关单元10的第二运放Y2的电流检测结果为负，并将所述检测结果发送到所述控制器301，所述控制器301判断所述B相处于关断状态，则生成对应的控制信号到所述第一放大电路302和所述第二放大电路303。所述比较电路的设计，通过运放对所述互感单元信号的处理，能够避免因测试不准而引起的环流现象，提高了自动换相装置100的工作可靠性。

进一步地，所述控制器301中设有模数转换模块，所述模数转换模块分别与所述第一互感器CT1、第二互感器CT2和第三互感器CT3电信连接，用于将所述第一互感器CT1、第二互感器CT2和第三互感器CT3检测到的模拟信号转换成数字信号。

本实用新型实施例提供的自动换相装置100，应用于包括三相电路的电力系统，控制单元30分别与电流互感单元20和开关单元10电信连接，开关单元10与三相电路电信连接，电流互感单元20与开关单元10连接，电流互感单元20用于检测开关单元10的电流并将检测结果发送到控制单元30。控制单元30根据检测结果生成控制信号以控制开关单元10的导通或关断，从而控制三相电路的导通或关断。使得本实用新型实施例提的自动换相装置100工作性能稳定、换相时间端，不需要停电也能进行换相。

请结合参阅图5，本实用新型实施例还提供了一种自动换相系统200，应用于包括三相电路的电力系统，包括主机40和多个上述自动换相装置100，所述主机40与所述自动换相装置100包括的控制单元30通信连接，用于控制所述控制单元30的运行。

进一步地，所述主机40与所述自动换相装置100包括的模数转换模块电信连接，所述主机40根据所述模数转换模块发送的信号或操作人员输入的指令生成控制指令，并发送到所述控制单元30，以通过所述控制单元30控制所述自动换相装置100的运行。

进一步地，所述主机40与所述自动换相装置100包括的模数转换模块电信连接，所述主机40根据所述模数转换模块发送的信号或操作人员输入的指令生成控制指令，并发送到所述控制单元30，以通过所述控制单元30控制所述自动换相装置100的运行。

进一步地，所述自动换相系统200还包括电荷检测单元50，所述电荷检测单元50分别与所述三相电路和所述主机40电信连接，用于检测所述三相电路的电荷平衡情况并发送到所述主机40，所述主机40根据所述电荷平衡情况生成对应的控制指令并发送到所述自动换相装置100。

本实用新型实施例提供的自动换相系统200，应用于包括三相电路的电力系统，通过主机40与自动换相装置100包括的控制单元30通信连接，使得自动换相装置100在主机40的控制下运行，以获得工作性能稳定、换相时间短的自动换相系统200。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。