一种双电源转换装置的制作方法

本实用新型涉及一种双电源转换装置。

背景技术：

在现代工业、医疗、商业以及日常生活等领域均存在一些需要持续供电的用电设备，为了满足这些用电设备的持续供电要求，通常采取双路供电的供电方案，即利用双电源自动转换装置实现主、备两路电源的自动切换。双电源自动转换装置通常包括检测单元、控制单元和双电源切换开关，检测单元用于对主电源和备用电源的输入电压进行实时检测，控制单元根据检测单元的检测结果控制双电源切换开关从而实现主、备电源的自动转换。现有双电源自动转换装置在进行电源转换过程中，双电源切换开关的执行逻辑是先断后合，即先断开主电源，然后接通备用电源，这样就会出现短暂的断电，这种短时断电对于部分应用场合是无法接受的。为了解决这一问题，一篇中国发明专利（公开号为cn105024450a，公开日为2015/11/4）中公开了一种可满足高敏感负载的供电需求且具有高可靠性的双电源自动转换装置，其基本结构如图1所示，该装置采用机械式双电源转换开关进行主备电源切换，并使用包含逆变单元的辅助供电单元（下文称其为短时供能单元）在机械式双电源转换开关切换过程中为负载短时供能。

上述双电源转换装置中的短时功能回路，主要功能是在机械开关转换的过程中协助机械开关快速灭弧，并给负载短时供能。

如图2所示，常用电源备用电源分别通过整流桥，把交流电压整流成直流电压，两路整流输出的直流电压并联，通过充电缓冲电路及直流滤波电路后，变换成稳定的直流电压，然后通过逆变电路把直流电压逆变成可控的脉冲电压，可控的脉冲电压经过输出滤波电路后形成可控的交流电压，注入负载。通过在负载侧人为注入可控的交流电压，迫使电流快速过零起到辅助灭弧的作用，灭弧后可控的交流电压继续施加在负载侧起到短时供能的作用，直到机械开关转换完成，由电网给负载供电，此时撤销施加的可控交流电压，完成快速转换的功能。

在辅助灭弧过程中，当l1、l2、l3、n，中的任意相灭弧成功后，就停止在当前相继续施加可控的交流电压，直到l1、l2、l3、n全部灭弧成功，再进入短时功能模式，因此在工作过程中必然会出现灭弧有先后顺序，最终出现有一相未灭弧的情况，而此时，在非隔离系统中，常用电源和备用电源的n相是相互连接的，因此会形成电路上的通路，此通路的等效电路如图3所示。

图中c1、c2为图2中直流滤波电路中的滤波电容，q1、q2为图2逆变电路中的一组igbt模块、lg为连接q1、q2输出的滤波电感，cf为连接lg的滤波电容，k1为机械式双电源转换开关的触头，d为整流桥中的一个整流二极管。nm、ns分别为常用电源和备用电源的n线，在非隔离系统中，两个电源的n线连接在一起。常规的滤波电路仅在l1、l2、l3、n之间有滤波电容，而当仅剩1相未灭弧时，nc点就变成了孤立的浮空点。如图3所示。此时q1、q2输出的高频脉动电压经过电感lg后，直接施加在k1的触头上，滤波电容cf由于一端浮空而无效，因此在k1上直接存在高频脉冲电压，此时即便机械开关触头上的电弧电流过零灭弧，但是在开关的触头上存在的高频脉冲电压远大于介质恢复电压强度，根据斯列宾提出的弧隙介质强度恢复理论，电弧亦会”重燃”，因此会出现高频的电流过零但始终无法有效灭弧的现象。由于介质恢复强度与开关的开距相关，因此此种现象会持续到机械开关的触头开距达到一定值后，高频脉动电压小于介质恢复电压为止。会明显的加长灭弧的时间，从而无法有效实现快速切换的功能。

现有技术中对其进行了以下改进：nc直接连接前级母线电容中点，固定nc点电位，此种方法可以有效解决上述问题，但是回路中会有很大的纹波电流，大的纹波电流会在短时间内使直流母线电解电容的中点电压出现偏离，若此时母线电压较高，则会出现其中一个电解电容过压的情况。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种双电源转换装置，对其中短时供能单元的电路拓扑进行改进，从而能够缓解或消除母线电解电容的中点电压偏移问题，并能起到更好的辅助灭弧效果。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种双电源转换装置，包括常用电源输入端、备用电源输入端、机械式双电源转换开关，以及用于从常用电源和/或备用电源取能并在电源转换过程中为负载短时供能的短时供能单元，所述短时供能单元包括逆变电路及输出滤波电路，所述输出滤波电路包括分别串接在n相与a、b、c相之间的三组滤波电容；所述三组滤波电容与n相连接形成公共连接点nc，所述逆变电路的直流侧中点通过无极性电容与公共连接点nc连接或者由串接在正负直流母线之间的无极性电容构建的直流母线中点与公共连接点nc连接。

优选地，所述直流正、负母线之间具有两组串联的容值相同的具有极性的电容c1，两组电容c1都各自并联连接一组电阻r，两组电阻r的阻值相同，所述两组电容c1的连接点即为逆变电路的直流侧中点，所述无极性电容串接于两组电容c1的连接点与逆变电路的直流侧中点与公共连接点nc之间。

优选地，所述无极性电容包括相同的两组电容，这两组无极性电容串联连接于逆变电路的直流侧正、负母线之间，这两组无极性电容的连接中点与所述的公共连接点nc直连。

优选地，所述无极性电容的耐压值至少为所述滤波电容耐压值的两倍。

优选地，所述滤波电容为电解电容，所述无极性电容为薄膜电容。

相比现有技术，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

本实用新型所提出的电路拓扑可以解决现有技术中直流滤波电路的电解电容中点不平衡引起的电容损坏问题。常规电路拓扑在双电源转换装置带较大单相负载时会出现电解电容中点不平衡，需要使用大容量的电解电容解决此问题，而本实用新型的电路拓扑仅需要较小的母线电解电容就可满足中点平衡，可以有效减小体积及降低成本。

本实用新型可以有效提高转换过程中短时供能单元的辅助灭弧效果。

附图说明

图1为一种现有双电源自动转换装置的基本原理示意图；

图2为现有双电源自动转换装置的电路原理图；

图3为现有短时供能单元协助机械开关灭弧过程的等效电路原理示意图；

图4为本实用新型技术方案中短时供能单元协助机械开关灭弧过程的等效电路原理示意图；

图5为本实用新型的一个具体实施例的电路原理图；

图6为具体实施例中输出滤波电路与直流滤波电路之间的电路连接示意图；

图7为输出滤波电路与直流滤波电路之间的另一种电路连接示意图。

具体实施方式

针对现有技术所存在的不足，本实用新型的解决思路是对短时供能单元中滤波电路的拓扑结构进行改进，以克服逆变单元前端的直流滤波电路中需要使用大容量电容来防止中点电位不平衡所带来的电容损坏问题，并提高短时供能单元的辅助灭弧功能。

具体而言，本实用新型的双电源转换装置，包括常用电源输入端、备用电源输入端、机械式双电源转换开关，以及用于从常用电源和/或备用电源取能并在电源转换过程中为负载短时供能的短时供能单元，所述短时供能单元包括逆变电路及输出滤波电路，所述输出滤波电路包括分别串接在n相与a、b、c相之间的三组滤波电容；所述三组滤波电容与n相连接形成公共连接点nc，所述逆变电路的直流侧中点通过无极性电容与公共连接点nc连接或者由串接在正负直流母线之间的无极性电容构建的直流母线中点与公共连接点nc连接。

如图4所示，本实用新型在现有的短时供能单元中设置了一组无极性电容cfn’，其与逆变电路的直流侧中点o点及所述三组滤波电容与n相的公共连接点nc连接。当nc点通过电容cfn’与电容c1、c2的中点o连接后，q1、q2输出的高频脉动电压就通过lg与cf形成的lc滤波电路滤波后形成可控的交流电压，此时在机械开关k1触头端的是可控的交流电压而非高频脉动电压，就可以达到快速灭弧不重燃的效果。

优选地，所述直流正、负母线之间具有两组串联的容值相同的具有极性的电容c1，两组电容c1都各自并联连接一组电阻r，两组电阻r的阻值相同，所述两组电容c1的连接点即为逆变电路的直流侧中点，所述无极性电容串接于两组电容c1的连接点与逆变电路的直流侧中点与公共连接点nc之间。

优选地，所述无极性电容包括相同的两组电容，这两组无极性电容串联连接于逆变电路的直流侧正、负母线之间，这两组无极性电容的连接中点（即为直流母线中点）与所述公共连接点nc直连。

优选地，所述无极性电容的耐压值至少为所述滤波电容耐压值的两倍。

优选地，所述滤波电容为电解电容，所述无极性电容为薄膜电容。

为便于公众理解，下面通过一个具体实施例来对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明：

如图5所示，本实施例的双电源转换装置，包括常用电源输入端、备用电源输入端、机械式双电源转换开关，以及用于从常用电源和/或备用电源取能并在电源转换过程中为负载短时供能的短时供能单元。当短时供能单元检测到常用电源跌落，并且此时若备用电源正常，则驱动机械式双电源转换开关进行转换，双电源转换开关转换过程中，短时供能单元通过并网控制电路的输出端输出可控的电压协助机械开关快速灭弧，并且在机械式双电源转换开关转换的过程中，短时供能单元给负载提供能量，避免负载供电中断时间过长。

如图5所示，本实施例中的短时供能单元包括：两个整流桥、充电缓冲电路、直流滤波电路、逆变电路、输出滤波电路、并网控制电路、输出电流采样电路、负载电流采样电路、控制电路。两个整流桥分别从常用电源、备用电源取电，把交流电源整流后并联输出给直流滤波电路；整流桥输出正端与直流滤波电路正端之间设置有充电缓冲电路，充电缓冲电路包含充电电阻、旁路开关，旁路开关可以是接触器、继电器、晶闸管等，其主要功能是防止整流桥输出的脉动直流直接供直流滤波电路形成大的冲击，这种冲击可能会导致整流桥的损坏，因此通过充电缓冲电路的电阻，对直流滤波电路中的电容进行限流充电，当充电结束后，就闭合旁路开关，旁路充电电阻；直流滤波电路把整流桥输出的脉动直流滤波成平滑的直流电源提供给逆变电路；逆变电路把直流电源逆变成可控的交流电源送至机械式双电源转换开关负载端，协助双电源转换开关在转换过程中快速灭弧，并给负载提供交流电源，减少负载供电中断时间。

其中控制电路的主要功能是：对常用电源、备用电源进行快速电压检测，当检测到常用电源跌落，备用电源正常时，控制电路发出驱动信号，驱动机械式双电源转换开关进行转换，同时控制电路对负载电压、负载电流、逆变电路输出电流进行采样，把采集到得信号结合常用电源电压信号、备用电源电压信号进行运算处理后，输出可控的驱动信号驱动逆变电路工作，逆变电路输出连接输出滤波电路，输出滤波电路把逆变电路的脉冲电压滤波成连续的交流电压，然后通过并网控制电路输出给负载及机械式双电源转换开关。以达到短时供能单元输出可控的交流电源协助双电源转换开关在转换过程中快速灭弧，并给负载提供交流电源的目的。

本实施例中输出滤波电路与直流滤波电路之间的电路连接如图6所示，直流滤波电路包括连接在直流正、负母线之间的两组串联的容值相同的具有极性的电容c1，两组电容c1都各自并联连接一组电阻r，两组电阻r的阻值相同，两组电容c1的连接点即为逆变电路的直流侧中点o；输出滤波电路包括分别串接在a、b、c相与n相之间的三组滤波电容c2；三组滤波电容与n相的公共连接点nc与直流侧中点o之间串接有一组无极性的电容c3，可以是一个电容，也可以是多个电容串联。该电路拓扑可以限制纹波电流，缓解直流母线电容中点电压偏离的状况。但是在某些极端情况下，仍会触发母线中点电压偏离的保护。

图7显示了输出滤波电路与直流滤波电路之间的另一种电路连接结构，其在正负母线间串联两组相同的无极性的电容c3，两组电容c3的连接中点（即直流母线中点），与nc相连接。nc点与直流母线上的无极性电容的连接中点相连，当电容两端都接入电路后，电容的自身特性就是抑制电压的跳变，而仅有一端接入电路一端浮空的话，电容是无效的，不能抑制电压的跳变，当nc点电位不再跳变时，lg的输出端电压即为受控的交流电压，控制此电压迫使k1中的电流迅速过零，从而实现辅助灭弧功能。同时此电路可使功率模块输出电流中高频分量流经其对应相滤波电容c和n桥滤波电容c（n）后回流到母线电容中，从而降低了电弧端口纹波电流的注入，减少了纹波电流对灭弧的影响，使得短时功能回路的辅助灭弧功能更加稳定。

其中有极性的电容c1、c2优选采用电解电容，无极性的电容c3优选采用高耐压的薄膜电容，其耐压值最好大于电容c1、c2耐压值的两倍。