自动转换开关及其转换控制方法与流程

本发明涉及一种自动转换开关，属于低压配电。

背景技术：

1、在一些对连续供电要求较高的重要的场合，例如现代数据中心、机房等，转换开关用于下游配电基础设施在两个独立电源之间可靠地进行切换，使得维持所连接的设备(例如，服务器、路由器等)的不间断操作。当检测到当前工作电源质量不满足设备正常工作时，可以进行自动转换；当需要对当前工作电源进行维护时，还可以由人工手动地启动转换。

2、以it设备为例，参考行业中相关规定（信息技术工业理事会(itic)计算机和商业设备制造商协会(cbema)曲线），为了保证it设备的正常连续工作，设备工作电压低于70%额定电压的时间要小于20ms。为了提高可靠性，转换装置通常会设计成在半个基波周期内完成转换，即转换时间小于8ms（60hz系统）/10ms（50hz系统）。

3、传统的自动转换开关采用机械式自动转换开关（ats）或者继电器组合来实现，在动作过程中，机械触点的释放和闭合均需要一定时间（至少是数ms）来完成，并且触点的释放和闭合过程存在一定的离散性，进一步增加了转换的时间。

4、静态转换开关（sts）采用全固态器件，可以在极短的时间内（ μs级）完成触点释放和闭合，从而实现两路电源的快速切换。并且，固态器件一致性好，动作期间的时间离散性完全可以忽略，切换的可靠性高。但是，固态开关需要更多的部件以及昂贵的隔离驱动电路。因此，减少固态开关数目的电路设计将降低成本并且简化转换电路。此外，由于负载的特性不同，切换时两路电源的相位不同等，会造成在合闸过程中产生很大的冲击电流。固态开关对于电流冲击的耐受能力较弱，而机械触点在这方面有一定的优势。另外，机械式开关驱动电路简单，且自带隔离断口，整体成本较纯固态的方案低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种自动转换开关，结合机械式转换开关以及固态开关的优点，可实现电源的无弧快速切换，可靠性高，成本较低，且具有较强的抗电流冲击能力。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种自动转换开关，包括控制单元以及至少一套混合式转换开关；所述混合式转换开关包括第一机械式转换开关及电流转移支路；所述电流转移支路包括第二机械式转换开关、桥式整流电路、放电电路，以及设置于桥式整流电路或放电电路中的可令电流转移支路导通和关断的可控半导体开关；所述放电电路被配置为：在电流转移支路导通后并且在第一机械式转换开关的待分离机械断口分离前，其放电电流大于负载正常工作时的电流；第二机械式转换开关的第一、第二静触头分别连接第一机械式转换开关的第一、第二静触头，第二机械式转换开关的固定端与桥式整流电路的一个交流端连接，桥式整流电路的另一个交流端连接第一机械式转换开关的固定端，所述放电电路接在整流电路的两个直流端之间。

4、优选地，在所述放电电路中并联有过压抑制部件。

5、进一步优选地，所述过压抑制部件为压敏电阻。

6、进一步地，所述自动转换开关还包括并联于负载两端的负载耗散电路，用于电源转换过程中负载中储存能量的自消耗。

7、优选地，所述负载耗散电路由半控型单相全桥整流电路和过压抑制部件并联组成。

8、优选地，所述可控半导体开关串接在放电电路中。

9、优选地，所述桥式整流电路中至少包括一个用于作为所述可控半导体开关的晶闸管。

10、如以上第一个技术方案所述自动转换开关的转换控制方法，包括以下步骤：

11、步骤1、控制单元向第一机械式转换开关发出转换指令；

12、步骤2、在转换指令发出之后，第一机械式转换开关的动触头与待转换静触头分离之前，控制单元控制所述可控半导体开关导通；

13、步骤3、在第一机械式转换开关的动触头与待转换静触头分离并且动触头与待转换静触头间的间距到达不产生电弧的安全间距之后，第一机械式转换开关的动触头与目标静触头闭合之前，控制单元控制所述可控半导体开关断开；

14、步骤4、在第一机械式转换开关的动触头与目标静触头闭合之后，控制单元控制第二机械式转换开关进行转换。

15、如以上第五个技术方案所述自动转换开关的转换控制方法，包括以下步骤：

16、步骤1、控制单元向第一机械式转换开关发出转换指令；

17、步骤2、在转换指令发出之后，第一机械式转换开关的动触头与待转换静触头分离之前，控制单元控制所述可控半导体开关导通；

18、步骤3、在第一机械式转换开关的动触头与待转换静触头分离并且动触头与待转换静触头间的间距到达不产生电弧的安全间距之后，第一机械式转换开关的动触头与目标静触头闭合之前，控制单元控制所述可控半导体开关断开，同时控制所述半控型单相全桥整流电路导通；

19、步骤4、第一机械式转换开关的动触头与目标静触头闭合之前，控制单元向所述半控型单相全桥整流电路发送关断信号；

20、步骤5、在第一机械式转换开关的动触头与目标静触头闭合之后，控制单元控制第二机械式转换开关进行转换。

21、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

22、本发明技术方案结合了机械式转换开关以及固态开关的优点，在正常工作时，由机械式转换开关向负载供能，固态开关处于断开状态；发生转换时，在机械式转换开关触头打开前，已经完成了电流从主回路向转移支路的转移，使机械式转换开关在无电流状态下打开，触头间不会产生电弧，大大提高了转换的可靠性；同时，无电弧分断大大降低了触头的烧损，大幅增加了机械式转换开关的电气寿命；由于固态开关仅在机械式转换开关的转换过程中短时进行接通、关断操作，因此无需散热装置，系统效率高，体积较小，成本较低。

技术特征：

1.一种自动转换开关，其特征在于，包括控制单元以及至少一套混合式转换开关；所述混合式转换开关包括第一机械式转换开关及电流转移支路；所述电流转移支路包括第二机械式转换开关、桥式整流电路、放电电路，以及设置于桥式整流电路或放电电路中的可令电流转移支路导通和关断的可控半导体开关；所述放电电路被配置为：在电流转移支路导通后并且在第一机械式转换开关的待分离机械断口分离前，其放电电流大于负载正常工作时的电流；第二机械式转换开关的第一、第二静触头分别连接第一机械式转换开关的第一、第二静触头，第二机械式转换开关的固定端与桥式整流电路的一个交流端连接，桥式整流电路的另一个交流端连接第一机械式转换开关的固定端，所述放电电路接在整流电路的两个直流端之间。

2.如权利要求1所述自动转换开关，其特征在于，在所述放电电路中并联有过压抑制部件。

3.如权利要求2所述自动转换开关，其特征在于，所述过压抑制部件为压敏电阻。

4.如权利要求1所述自动转换开关，其特征在于，还包括并联于负载两端的负载耗散电路，用于电源转换过程中负载中储存能量的自消耗。

5.如权利要求4所述自动转换开关，其特征在于，所述负载耗散电路由半控型单相全桥整流电路和过压抑制部件并联组成。

6.如权利要求1所述自动转换开关，其特征在于，所述可控半导体开关串接在放电电路中。

7.如权利要求1所述自动转换开关，其特征在于，所述桥式整流电路中至少包括一个用于作为所述可控半导体开关的晶闸管。

8.如权利要求1所述自动转换开关的转换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求5所述自动转换开关的转换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种自动转换开关。所述自动转换开关包括控制单元以及至少一套混合式转换开关；混合式转换开关包括第一机械式转换开关及电流转移支路；电流转移支路包括第二机械式转换开关、桥式整流电路、放电电路，以及设置于桥式整流电路或放电电路中的可令电流转移支路导通和关断的可控半导体开关；第二机械式转换开关的两个静触头分别连接第一机械式转换开关的两个静触头，桥式整流电路的两个交流端分别连接第一、第二机械式转换开关的固定端，放电电路接在整流电路的两个直流端之间。本发明还公开了该自动转换开关的转换控制方法。本发明可实现电源的无弧快速切换，可靠性高，成本较低，且具有较强的抗电流冲击能力。

技术研发人员：汪雪峰,徐胜,李志鹏
受保护的技术使用者：常熟开关制造有限公司（原常熟开关厂）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13