一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，兩組直流電源分別通過各自的輸入EMI濾波器和轉(zhuǎn)換單元接逆變電源直流母線電容，兩組轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)相同，均包括兩個(gè)斷路器、兩個(gè)接觸器、一個(gè)IGBT絕緣柵雙極型晶體管和二極管，充分利用ATS導(dǎo)通損耗小和STS切換時(shí)間短的優(yōu)勢，將IGBT與接觸器并聯(lián)使用，IGBT在轉(zhuǎn)換時(shí)工作，接觸器在轉(zhuǎn)換完成后導(dǎo)通，既保證快速轉(zhuǎn)換，又解決了IGBT的散熱問題，提高裝置的效率。有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種工作模式供用戶選擇，并可由用戶任意設(shè)定一路直流電源為主用電，且可以在線檢修，用戶界面友好，體積小，重量輕，維修性好，具有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備，特別涉及一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]逆變電源將直流電轉(zhuǎn)換成交流電為小型電網(wǎng)的負(fù)載供電，為保證可靠性，直流輸入常采用兩路直流電源，一路為主用，一路為備用。當(dāng)主用電源斷電時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用電源；當(dāng)主用電源恢復(fù)供電時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到主用電源供電，兩電源轉(zhuǎn)換不影響逆變電源正常工作。常用的直流轉(zhuǎn)換開關(guān)有自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS (Automatic Transfer Switch)和靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS(Static Transfer Switch) o ATS將負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)換接至備用電源的開關(guān)電器，以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行。但ATS為機(jī)械結(jié)構(gòu)，以接觸器為轉(zhuǎn)換執(zhí)行部件，轉(zhuǎn)換時(shí)間在10ms左右，轉(zhuǎn)換時(shí)間長，逆變器直流母線電壓跌落嚴(yán)重，難以在此逆變電源系統(tǒng)中應(yīng)用。STS為電源二選一自動(dòng)切換系統(tǒng)，正常工作狀態(tài)下，主電源正常時(shí)，負(fù)載通過主電源供電。在主電源發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載自動(dòng)切換到備用電源，主電源恢復(fù)正常后，負(fù)載又自動(dòng)切換到主電源。STS采用晶閘管SCR(Silicon Controlled Rectifier)或IGBT作為開關(guān)器件，標(biāo)準(zhǔn)切換時(shí)間為< 8ms，不會(huì)造成敏感類負(fù)載斷電。但SCR、IGBT存在導(dǎo)通損耗，需配散熱器和風(fēng)扇進(jìn)行散熱，致使STS體積、重量大，效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對現(xiàn)在常用的直流轉(zhuǎn)換開關(guān)存在的問題，提出了一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，充分利用ATS導(dǎo)通損耗小和STS切換時(shí)間短的優(yōu)勢，將IGBT與接觸器并聯(lián)使用，IGBT在轉(zhuǎn)換時(shí)工作，接觸器在轉(zhuǎn)換完成后導(dǎo)通，既保證快速轉(zhuǎn)換，又解決了 IGBT的散熱問題，提高裝置的效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，兩組直流電源分別通過各自的輸入EMI濾波器和轉(zhuǎn)換單元接逆變電源直流母線電容，兩組轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)相同，均包括兩個(gè)斷路器、兩個(gè)接觸器、一個(gè)IGBT絕緣柵雙極型晶體管和二極管，第一接觸器接在輸入EMI濾波器輸出和逆變電源直流母線電容前端之間，第二接觸器并聯(lián)在IGBT的集電極和發(fā)射極兩端，IGBT與二級管串聯(lián)接在兩個(gè)斷路器之間；一個(gè)斷路器接輸入EMI濾波器輸出，另一個(gè)斷路器接逆變電源直流母線電容前端；電壓電流采樣板采集兩組直流電源輸出端的電流電壓信號送控制算法板，控制算法板發(fā)出IGBT驅(qū)動(dòng)信號和接觸器控制信號；IGBT驅(qū)動(dòng)信號通過IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT導(dǎo)通或斷開，接觸器控制信號通過接觸器控制電路控制接觸器吸合和斷開，IGBT和第二接觸器同時(shí)接收控制算法板吸合信號，當(dāng)?shù)诙佑|器完全吸合后，斷開IGBT，完成兩組直流電源轉(zhuǎn)換供電。
[0005]所述逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，還包括面板，面板包括自動(dòng)和手動(dòng)控制開關(guān)、旁路開關(guān)和人機(jī)交互終端，自動(dòng)和手動(dòng)控制開關(guān)和旁路開關(guān)輸入開關(guān)信號到控制算法板選擇控制方式，其中旁路開關(guān)信號輸入控制算法板，控制算法板輸出控制信號控制第一接觸器閉合，第二接觸器和IGBT斷開，兩組直流電源任何一組旁路供電，人機(jī)交互終端與控制算法板互通，選擇控制方式，并顯示運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。
[0006]所述二極管的陰極通過斷路器接逆變電源直流母線電容，電壓鉗位同時(shí)防止逆變電源直流母線電容和其他電源倒灌，將兩組直流電源獨(dú)立開。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，將IGBT與接觸器并聯(lián)使用，充分發(fā)揮ATS和STS各自的優(yōu)勢，轉(zhuǎn)換速度快且損耗小。本發(fā)明有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種工作模式供用戶選擇，并可由用戶任意設(shè)定一路直流電源為主用電，且可以在線檢修，用戶界面友好，體積小，重量輕，維修性好，具有較好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)控制示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)控制流程圖；
[0011]圖4為本發(fā)明逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)靜態(tài)轉(zhuǎn)換波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1、2所示逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)和控制示意圖，包括直流電源110、直流電源1120、輸入EMI濾波器111、輸入EMI濾波器1121、第一轉(zhuǎn)換單元、第二轉(zhuǎn)換單元、控制單元和逆變電源直流母線電容O。
[0013]第一轉(zhuǎn)換單元，一端連接輸入EMI濾波器111，另一端與逆變電源直流母線電容O相連。第一轉(zhuǎn)換單元由斷路器112、斷路器II15、IGBT 113、二極管114、接觸器118和接觸器III17構(gòu)成。IGBT 113和接觸器118并聯(lián)作為轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換速度快且損耗小；斷路器112、斷路器1115分別接在IGBT 113的集電極和二極管114的陰極兩端，用于在檢修IGBT113時(shí)斷開，將IGBT 113與電隔離，確保安全在線檢修；接觸器II117接斷路器112前端和逆變電源直流母線電容前端，為了在檢修IGBT 113時(shí)閉合導(dǎo)通，保證檢修時(shí)對逆變電源直流母線電容O不間斷供電；IGBT 113發(fā)射極和斷路器1115之間串聯(lián)的二極管114作用是電壓鉗位，防止逆變電源直流母線電容O和直流電源1120的能量倒灌到直流電源110，同時(shí)也避免了直流電源IlO和直流電源1120之間的環(huán)流。
[0014]第二轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)同第一轉(zhuǎn)換單元，一端連接輸入EMI濾波器1121，另一端與逆變電源直流母線電容O相連。第二轉(zhuǎn)換單元由斷路器11122、斷路器IV25、IGBT 1123、二極管1124、接觸器1128和接觸器IV27構(gòu)成。IGBT 1123和接觸器1128并聯(lián)作為轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換速度快且損耗小；斷路器11122、斷路器IV25分別接在IGBT 1123的集電極和二極管II14的陰極，用于在檢修IGBT 1123時(shí)斷開，將IGBT 1123與電隔離，確保安全在線檢修；接觸器IV27接斷路器III22前端和逆變電源直流母線電容O前端，為了在檢修IGBT 1123時(shí)閉合導(dǎo)通，保證檢修時(shí)對逆變電源直流母線電容O不間斷供電；IGBT 1123發(fā)射極和斷路器IV25之間串聯(lián)的二極管124作用是電壓鉗位，防止逆變電源直流母線電容O和直流電源IlO的能量倒灌到直流電源1120，同時(shí)也避免了直流電源IlO和直流電源1120之間的環(huán)流。
[0015]輸入EMI濾波器Ill和輸入EMI濾波器1121，一端連接直流電源，另一端與轉(zhuǎn)換單元相連；其作用是濾除差模和共模信號，抑制電磁干擾。
[0016]控制單元，包括電壓電流采樣板116、電壓電流采樣板1126、面板4、控制算法板5和接口板8。電壓電流采樣板116和電壓電流采樣板1126采集直流電源IlO和直流電源1120輸出電流電壓信號，將采集的信號送接控制算法板5，采集直流電源的電壓電流信號供控制算法板5判斷直流電源使用狀態(tài)；面板4由自動(dòng)/手動(dòng)控制開關(guān)1、旁路開關(guān)2、人機(jī)交互終端3構(gòu)成；自動(dòng)/手動(dòng)控制開關(guān)I信號輸入控制算法板5，供操作人員選擇自動(dòng)控制模式或手動(dòng)控制模式；旁路開關(guān)信號輸入控制算法板，供操作人員選擇直流電源I旁路或直流電源II旁路；人機(jī)交互終端3與控制算法板5互通，供操作人員選擇直流電源IlO或直流電源1120為主用電，并顯示運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)?？刂扑惴ò?接收電壓電流采樣板116、電壓電流采樣板1126、面板4的信號，經(jīng)過邏輯判斷和算法處理，發(fā)出IGBT驅(qū)動(dòng)信號和接觸器控制信號；接口板8由IGBT驅(qū)動(dòng)電路6和接觸器控制電路7構(gòu)成，接收控制算法板5發(fā)出的指令，經(jīng)過功率放大后分別驅(qū)動(dòng)IGBT 13,23和控制接觸器17、18、27、28。
[0017]本發(fā)明的控制流程開機(jī)后，控制算法板5實(shí)時(shí)檢測自動(dòng)/手動(dòng)控制開關(guān)I信號，判斷本發(fā)明處于的控制模式；
[0018]I)在手動(dòng)控制模式下，控制算法板5發(fā)出關(guān)閉IGBT I13、IGBT 1123、接觸器118、接觸器1128控制信號；同時(shí)檢測旁路開關(guān)2信號，當(dāng)操作人員選擇直流電源I旁路，控制算法板5發(fā)出開通接觸器III17控制信號，逆變電源由直流電源I旁路供電；當(dāng)操作人員選擇直流電源II旁路，控制算法板5發(fā)出開通接觸器接觸器IV27控制信號，逆變電源由直流電源II芳路供電；
[0019]2)在自動(dòng)控制模式下，控制流程如圖3，圖中UL、%分別正常電壓的最低電壓和最高電壓，Untl、U112tl分別為直流電源IlO和直流電源1120的輸出電壓。控制算法板5首先判斷直流電源IlO和直流電源1120哪路電源為主用電源。以直流電源IlO設(shè)為主用電源，直流電源1120設(shè)為備用電源為例介紹本發(fā)明的自動(dòng)控制模式的流程?？刂扑惴ò?實(shí)時(shí)檢測兩路直流電源電壓，當(dāng)W〈UI1(l〈U#t，主電正常，關(guān)斷IGBT 1123、接觸器1128并同時(shí)開通IGBT 113、接觸器118，IGBT 113開通速度快，較接觸器118提前開通，直流電源IlO通過IGBT 113為逆變電源直流母線電容O供電，接觸器118閉合后，關(guān)斷IGBT 113，直流電源IlO通過接觸器118為逆變電源直流母線電容O供電，本發(fā)明處于主電供電狀態(tài)。當(dāng)仏1(|>%或UI1(I〈^時(shí)，主電不正常，采用同樣的方法判斷備電是否正常，若備電也不正常，報(bào)警提醒；若備電正常，關(guān)斷IGBT 113、接觸器118并同時(shí)開通IGBT 1123、接觸器1128，IGBT 1123通速度快，較接觸器II28提前開通，直流電源II20通過IGBT II23為逆變電源直流母線電容O供電，接觸器Π28閉合后，關(guān)斷IGBT 1123，直流電源1120通過接觸器1128為逆變電源直流母線電容O供電，本發(fā)明處于備電供電狀態(tài)。本發(fā)明處于備電供電狀態(tài)時(shí)，當(dāng)U^UI1(I〈UH，主電恢復(fù)正常，關(guān)斷IGBT 1123、接觸器1128并同時(shí)開通IGBT 113、接觸器118，轉(zhuǎn)換到主電供電。由于接觸器1128關(guān)斷時(shí)間大于IGBT 113的開通時(shí)間，存在接觸器1128與IGBT113同時(shí)開通的狀態(tài)，但電壓鉗位二極管114和二極管1124避免了接觸器1128與接觸器1128同時(shí)導(dǎo)通時(shí)直流電源I 10和直流電源1120之間的環(huán)流。總之，IGBT只在轉(zhuǎn)換過程中開通，開通持續(xù)時(shí)間為接觸器的開通時(shí)間，約為100ms，轉(zhuǎn)換完成后直流電源通過接觸器為逆變電源直流母線電容O供電，充分利用了 IGBT轉(zhuǎn)換速度快，接觸器導(dǎo)通損耗小的優(yōu)點(diǎn)。
[0020]圖4為本發(fā)明的靜態(tài)轉(zhuǎn)換波形，主備電轉(zhuǎn)換時(shí)，逆變電源直流母線電壓跌落約4%20V,逆變電源輸出電壓、電流正常，表明本發(fā)明具有較快的轉(zhuǎn)換速度，能保證逆變電源正常工作。
【權(quán)利要求】
1.一種逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，兩組直流電源分別通過各自的輸入EMI濾波器和轉(zhuǎn)換單元接逆變電源直流母線電容，其特征在于，兩組轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)相同，均包括兩個(gè)斷路器、兩個(gè)接觸器、一個(gè)IGBT絕緣柵雙極型晶體管和二極管，第一接觸器接在輸入EMI濾波器輸出和逆變電源直流母線電容前端之間，第二接觸器并聯(lián)在IGBT的集電極和發(fā)射極兩端，IGBT與二級管串聯(lián)接在兩個(gè)斷路器之間；一個(gè)斷路器接輸入EMI濾波器輸出，另一個(gè)斷路器接逆變電源直流母線電容前端；電壓電流采樣板采集兩組直流電源輸出端的電流電壓信號送控制算法板，控制算法板發(fā)出IGBT驅(qū)動(dòng)信號和接觸器控制信號；IGBT驅(qū)動(dòng)信號通過IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT導(dǎo)通或斷開，接觸器控制信號通過接觸器控制電路控制接觸器吸合和斷開，IGBT和第二接觸器同時(shí)接收控制算法板吸合信號，當(dāng)?shù)诙佑|器完全吸合后，斷開IGBT，完成兩組直流電源轉(zhuǎn)換供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，還包括面板，面板包括自動(dòng)和手動(dòng)控制開關(guān)、旁路開關(guān)和人機(jī)交互終端，自動(dòng)和手動(dòng)控制開關(guān)和旁路開關(guān)輸入開關(guān)信號到控制算法板選擇控制方式，其中旁路開關(guān)信號輸入控制算法板，控制算法板輸出控制信號控制第一接觸器閉合，第二接觸器和IGBT斷開，兩組直流電源任何一組旁路供電，人機(jī)交互終端與控制算法板互通，選擇控制方式，并顯示運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述逆變電源用直流雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述二極管的陰極通過斷路器接逆變電源直流母線電容，電壓鉗位防止逆變電源直流母線電容與其他電源能量倒灌，將兩組直流電源獨(dú)立開。
【文檔編號】H02J9/06GK104505931SQ201510030800
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月21日
【發(fā)明者】張艷軍, 楊晟飛, 章建峰, 張振華, 楊禎 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所