一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法
一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于船舶技术领域，更具体地，涉及一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法。
【背景技术】
[0002]在船舶领域，中频400Hz电源为导航设备进行供电。为保障导航设备供电可靠性，一般配备2台中频400Hz电源，一台主用，一台备用。一般情况下使用主用电源供电，当主用电源故障时，备用电源投入，保证导航设备供电连续性。
[0003]目前采用的切换方式主要依靠人工操作，包含故障发生、故障判断、执行切换、切换结束四个阶段，切换时间过长，无法保证导航设备供电连续性。
[0004]目前市面上常见的有不间断中频电源方案及单纯的切换开关方案。
[0005]不间断电源的实现均使用蓄电池加变流器结合的模式，即输入电源正常时，由输入电源进行供电；输入电源异常时，变流器将蓄电池电能变换为负载所需的电源。成本高，体积大，不适用于船上应用要求。
[0006]如果是单纯的切换电路，大多采用接触器或者断路器与控制器结合的形式，控制器检测到某一路输入电源异常时，先切断该路电源，延时一段时间，再接通另外的输入支路对负载进行供电。接触器及断路器均属于慢速器件，其开通或者关断时间几十ms或者上百ms，对于中频400Hz电源来说，其一个周期只有2.5ms，无法满足连续性要求。
[0007]在船用领域，不增加变流器及蓄电池，成本低，切换速度快的方案暂未找到。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法，旨在解决现有技术中的切换电路由于需延时一段时间导致无法满足中频400Hz电源的连续性要求的技术问题。
[0009]本发明提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换装置，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路；所述第一全控型电力电子器件的输入端与所述第一开关的输入端、所述第一电压传感器和主用中频电源的输出端相连；所述第二全控型电力电子器件的输入端与所述第二开关的输入端、所述第二电压传感器和备用中频电源的输出端相连；所述第一全控型电力电子器件的输出端与所述第二全控型电力电子器件的输出端、所述第一开关的输出端、所述第二开关的输出端、所述第三电压传感器和中频负载的输入端相连；所述电流传感器连接在所述第一全控型电力电子器件的输出端与中频负载的输入端之间，用于测量负载电流；所述第一电压传感器用于采集主用中频电源电压，所述第二电压传感器用于采集备用中频电源电压，所述第三电压传感器用于采集中频负载电压。
[0010]更进一步地，所述主用中频电源经第一全控型电力电子器件或经第一开关对中频负载进行供电；所述备用中频电源经第二全控型电力电子器件或经第二开关对中频负载进行供电。
[0011]更进一步地，当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，所述控制电路关闭主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而关断第一全控型电力电子器件SCRl模块，并等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而开通第二全控型电力电子器件SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；
[0012]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，所述控制电路关闭备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而关断第二全控型电力电子器件SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而开通第一全控型电力电子器件SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0013]更进一步地，所述控制电路包括:主控模块、AD采样模块和脉冲驱动模块；所述主控模块用于实现电压、电流的AD采样计算、逻辑控制和驱动脉冲的控制；所述AD采样模块用于将电压传感器采集的电源电压和电流传感器采集的负载电流转换为所述主控模块可识别的数字信号；所述脉冲驱动模块用于根据所述主控模块输出的脉冲信号控制所述第一全控型电力电子器件和所述第二全控型电力电子器件的导通或关断。
[0014]其中主控模块由主控芯片DSP及其供电回路组成，是整个控制系统的核心，完成电压电流的AD采样计算、逻辑控制、驱动脉冲控制等功能；AD采样模块由AD芯片及信号调理电路组成，主要将电压传感器、电流传感器送过来的电压信号、电流信号转换为主控模块可识别的数字信号；脉冲驱动模块由电平转换芯片、隔离脉冲变压器、光耦等组成，将主控模块送出来的脉冲信号送往SCR模块，控制SCR模块的导通或者关断。
[0015]更进一步地，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器和所述第三电压传感器的采样频率均为20kHz。
[0016]本发明还提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，包括下述步骤:
[0017]当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，通过控制所述第一全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第二全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；
[0018]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，通过控制所述第二全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第一全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0019]更进一步地，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。
[0020]更进一步地，当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。
[0021]更进一步地，主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
[0022]本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑:如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
【附图说明】
[0023]图1是本发明提供的船用400Hz中频电源不间断切换装置的电路图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]本发明提供的切换装置能够实现船用中频400Hz电源可靠、快速、安全的进行切换。当船上主用中频400Hz电源故障时，在I个正弦周波2.5ms内，切断主用电源回路，接通备用电源回路，保证导航设备供电的连续性。
[0026]本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑:如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
[0027]如图1所示，船用400Hz中频电源不间断切换装置包括电压传感器PV1、电压传感器PV2、晶闸管SCR1、晶闸管SCR2、接触器KM1、接触器KM2、控制电路、电压传感器PV3、电流传感器PTl组成；第一全控型电力电子器件SCRl输入端与第一开关KMl输入端、第一电压传感器PV1、主用中频电源输出端相连；第二全控型电力电子器件SCR2输入端与第二开关KM2输入端、第二电压传感器PV2、备用中频电源输出端相连；第一全控型电力电子器件SCRl输出端与第二全控型电力电子器件SCR2输出端、第一开关KMl输出端、第二开关KM2输出端、第三电压传感器PV3、中频负载输入端相连；电流传感器PTl安装在第一全控型电力电子器件SCRl输出端与中频负载输入端之间，用于测量负载电流；主用中频电源经第一全控型电力电子器件SCRl可以对中频负载进行供电，主用中频电源也可以经第一开关KMl对中频负载进行供电；备用中频电源经第二全控型电力电子器件SCR2可以对中频负载进行供电，备用中频电源也可以经第二开关KM2对中频负载进行供电；第一电压传感器PVl完成对主用中频电源电压的采样，第二电压传感器PV2完成对备用中频电源电压的采样、第三电压传感器PV3完成对中频负载电压的采样。
[0028]在本发明实施例中，当主用中频电源故障，且备用中频电源正常时，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源失电，备用电源正常，立即关闭主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而关断SCRl模块，等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而开通SCR2模块，实现了在2.5ms的一个正弦周期内切换至备用中频电源进行供电的功能；当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源恢复供电，备用电源正常，立即关闭备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而关断SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而开通SCRl模块，实现了在2.5ms 一个正弦周期内切换至主用中频电源进行供电的功能。
[0029]在本发明实施例中，控制电路包括主控模块、高速AD采样模块和脉冲驱动模块。主控模块由主控芯片DSP及其供电回路组成，是整个控制系统的核心，完成电压电流的AD采样计算、逻辑控制、驱动脉冲控制等功能；AD采样模块由AD芯片及信号调理电路组成，主要将电压传感器、电流传感器送过来的电压信号、电流信号转换为主控模块可识别的数字信号；脉冲驱动模块由电平转换芯片、隔离脉冲变压器、光耦等组成，将主控模块送出来的脉冲信号送往SCR模块， 控制SCR模块的导通或者关断。PVl将主用中频电源的电压信号隔离变换为小电流信号，PV2将备用中频电源的电压信号隔离变换为小电流信号，PV3将中频负载的电压信号隔离变换为小电流信号，PTl将中频负载的电流信号隔离变换为小电流信号，再送入控制电路；上述信号经控制电路的高速AD采样模块转换为数字量后送入主控模块，主控模块经过计算、比较，就可以判断两路输入电压、输出电压、输出电流是否正常。这样，控制电路就可以检测主用中频电源是否正常，备用中频电源是否正常，中频负载电压是否正常，中频负载电流是否正常。控制电路主控芯片采用DSP，AD采样芯片使用16位AD芯片，上述电压、电流检测为实时检测，采样频率为20kHz，即0.05ms计算一次所有的电压电流，以此判断主用中频电源电压、备用中频电源电压、中频负载电压及电流是否在正常范围之内。
[0030]本发明提供的切换装置中电路工作模式如下:
[0031]主用供电Model:主用中频电源正常，备用中频电源正常，控制电路工作正常，SCRl导通，SCR2、KM1、KM2切断，主用中频电源经SCRl对中频负载进行供电；
[0032]备用供电Mode2:主用中频电源故障，备用中频电源正常，控制电路工作正常，SCR2导通，SCR1、KM1、KM2切断，主用中频电源经SCR2对中频负载进行供电；
[0033]主用手动供电Mode3:主用中频电源正常，备用中频电源正常，控制电路故障，SCR1、SCR2断开，通过手动操作KMl闭合，KM2断开，主用中频电源经KMl对中频负载进行供电；
[0034]备用手动供电Mode4:主用中频电源故障，备用中频电源正常，控制电路故障，SCR1、SCR2断开，通过手动操作KM2闭合，KMl断开，主用中频电源经KM2对中频负载进行供电；
[0035]本发明提供的切换及保护逻辑如下:
[0036]主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。
[0037]主用中频电源故障时，若备用中频电源正常，则在2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。
[0038]备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，则在2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0039]主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不进行切换。
[0040]图中标示SCR1、SCR2晶闸管，并不限定于使用晶闸管，只要是全控型电力电子器件即可；图中标示KM1、KM2，并不限定于使用接触器，也可使用断路器、刀闸等开关进行替代；图中标示为单线图，可适用于单相或者多相电源，例如:如果是船用单相中频电源，相应开关及传感器器件数量乘以2，如果是船用三相中频电源，相应开关及传感器器件数量乘以3ο
[0041]本发明还提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，包括下述步骤:
[0042]当主用中频电源故障，且备用中频电源正常时，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源失电，备用电源正常，立即关闭主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而关断SCRl模块，等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而开通SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电的功能；
[0043]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源恢复供电，备用电源正常，立即关闭备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而关断SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而开通SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电的功能。
[0044]其中，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
[0045]本发明采用高速采样技术，可以实时判断船用中频电源供电及负载供电情况，精度达到0.05ms ;由于使用了电力电子器件晶闸管作为自动切换的执行元件，可以在船用中频400Hz电源一个正弦周期(即2.5ms)即可完成切换动作；由于使用了适宜的切换及保护逻辑，能保证切换过程更安全、可靠；由于增加了手动操作接触器，即使控制电路等控制系统故障，也可以保证对中频负载的供电，增加了可靠性。
[0046]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路； 所述第一全控型电力电子器件的输入端与所述第一开关的输入端、所述第一电压传感器和主用中频电源的输出端相连；所述第二全控型电力电子器件的输入端与所述第二开关的输入端、所述第二电压传感器和备用中频电源的输出端相连；所述第一全控型电力电子器件的输出端与所述第二全控型电力电子器件的输出端、所述第一开关的输出端、所述第二开关的输出端、所述第三电压传感器和中频负载的输入端相连； 所述电流传感器连接在所述第一全控型电力电子器件的输出端与中频负载的输入端之间，用于测量负载电流； 所述第一电压传感器用于采集主用中频电源电压，所述第二电压传感器用于采集备用中频电源电压，所述第三电压传感器用于采集中频负载电压。2.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述主用中频电源经第一全控型电力电子器件或经第一开关对中频负载进行供电；所述备用中频电源经第二全控型电力电子器件或经第二开关对中频负载进行供电。3.如权利要求2所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，所述控制电路关闭主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而关断第一全控型电力电子器件SCRl模块，并等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而开通第二全控型电力电子器件SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电； 当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，所述控制电路关闭备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而关断第二全控型电力电子器件SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而开通第一全控型电力电子器件SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。4.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述控制电路包括主控模块、AD采样模块和脉冲驱动模块； 所述主控模块用于实现电压、电流的AD采样计算、逻辑控制和驱动脉冲的控制； 所述AD采样模块用于将电压传感器采集的电源电压和电流传感器采集的负载电流转换为所述主控模块可识别的数字信号； 所述脉冲驱动模块用于根据所述主控模块输出的脉冲信号控制所述第一全控型电力电子器件和所述第二全控型电力电子器件的导通或关断。5.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器和所述第三电压传感器的采样频率均为20kHz。6.一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，包括下述步骤: 当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，通过控制所述第一全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第二全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电； 当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，通过控制所述第二全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第一全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。7.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。8.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。9.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
【专利摘要】本发明公开了一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路。本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑：如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
【IPC分类】H02J9/06
【公开号】CN104901416
【申请号】CN201510324261
【发明人】曾祥孔, 陈林, 柳彬, 王玮, 皇丰辉, 胡丁丁, 李维, 徐芬
【申请人】武汉华海通用电气有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月12日
【技术领域】
[0001]本发明属于船舶技术领域，更具体地，涉及一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法。
【背景技术】
[0002]在船舶领域，中频400Hz电源为导航设备进行供电。为保障导航设备供电可靠性，一般配备2台中频400Hz电源，一台主用，一台备用。一般情况下使用主用电源供电，当主用电源故障时，备用电源投入，保证导航设备供电连续性。
[0003]目前采用的切换方式主要依靠人工操作，包含故障发生、故障判断、执行切换、切换结束四个阶段，切换时间过长，无法保证导航设备供电连续性。
[0004]目前市面上常见的有不间断中频电源方案及单纯的切换开关方案。
[0005]不间断电源的实现均使用蓄电池加变流器结合的模式，即输入电源正常时，由输入电源进行供电；输入电源异常时，变流器将蓄电池电能变换为负载所需的电源。成本高，体积大，不适用于船上应用要求。
[0006]如果是单纯的切换电路，大多采用接触器或者断路器与控制器结合的形式，控制器检测到某一路输入电源异常时，先切断该路电源，延时一段时间，再接通另外的输入支路对负载进行供电。接触器及断路器均属于慢速器件，其开通或者关断时间几十ms或者上百ms，对于中频400Hz电源来说，其一个周期只有2.5ms，无法满足连续性要求。
[0007]在船用领域，不增加变流器及蓄电池，成本低，切换速度快的方案暂未找到。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法，旨在解决现有技术中的切换电路由于需延时一段时间导致无法满足中频400Hz电源的连续性要求的技术问题。
[0009]本发明提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换装置，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路；所述第一全控型电力电子器件的输入端与所述第一开关的输入端、所述第一电压传感器和主用中频电源的输出端相连；所述第二全控型电力电子器件的输入端与所述第二开关的输入端、所述第二电压传感器和备用中频电源的输出端相连；所述第一全控型电力电子器件的输出端与所述第二全控型电力电子器件的输出端、所述第一开关的输出端、所述第二开关的输出端、所述第三电压传感器和中频负载的输入端相连；所述电流传感器连接在所述第一全控型电力电子器件的输出端与中频负载的输入端之间，用于测量负载电流；所述第一电压传感器用于采集主用中频电源电压，所述第二电压传感器用于采集备用中频电源电压，所述第三电压传感器用于采集中频负载电压。
[0010]更进一步地，所述主用中频电源经第一全控型电力电子器件或经第一开关对中频负载进行供电；所述备用中频电源经第二全控型电力电子器件或经第二开关对中频负载进行供电。
[0011]更进一步地，当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，所述控制电路关闭主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而关断第一全控型电力电子器件SCRl模块，并等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而开通第二全控型电力电子器件SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；
[0012]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，所述控制电路关闭备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而关断第二全控型电力电子器件SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而开通第一全控型电力电子器件SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0013]更进一步地，所述控制电路包括:主控模块、AD采样模块和脉冲驱动模块；所述主控模块用于实现电压、电流的AD采样计算、逻辑控制和驱动脉冲的控制；所述AD采样模块用于将电压传感器采集的电源电压和电流传感器采集的负载电流转换为所述主控模块可识别的数字信号；所述脉冲驱动模块用于根据所述主控模块输出的脉冲信号控制所述第一全控型电力电子器件和所述第二全控型电力电子器件的导通或关断。
[0014]其中主控模块由主控芯片DSP及其供电回路组成，是整个控制系统的核心，完成电压电流的AD采样计算、逻辑控制、驱动脉冲控制等功能；AD采样模块由AD芯片及信号调理电路组成，主要将电压传感器、电流传感器送过来的电压信号、电流信号转换为主控模块可识别的数字信号；脉冲驱动模块由电平转换芯片、隔离脉冲变压器、光耦等组成，将主控模块送出来的脉冲信号送往SCR模块，控制SCR模块的导通或者关断。
[0015]更进一步地，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器和所述第三电压传感器的采样频率均为20kHz。
[0016]本发明还提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，包括下述步骤:
[0017]当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，通过控制所述第一全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第二全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；
[0018]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，通过控制所述第二全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第一全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0019]更进一步地，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。
[0020]更进一步地，当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。
[0021]更进一步地，主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
[0022]本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑:如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
【附图说明】
[0023]图1是本发明提供的船用400Hz中频电源不间断切换装置的电路图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]本发明提供的切换装置能够实现船用中频400Hz电源可靠、快速、安全的进行切换。当船上主用中频400Hz电源故障时，在I个正弦周波2.5ms内，切断主用电源回路，接通备用电源回路，保证导航设备供电的连续性。
[0026]本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑:如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
[0027]如图1所示，船用400Hz中频电源不间断切换装置包括电压传感器PV1、电压传感器PV2、晶闸管SCR1、晶闸管SCR2、接触器KM1、接触器KM2、控制电路、电压传感器PV3、电流传感器PTl组成；第一全控型电力电子器件SCRl输入端与第一开关KMl输入端、第一电压传感器PV1、主用中频电源输出端相连；第二全控型电力电子器件SCR2输入端与第二开关KM2输入端、第二电压传感器PV2、备用中频电源输出端相连；第一全控型电力电子器件SCRl输出端与第二全控型电力电子器件SCR2输出端、第一开关KMl输出端、第二开关KM2输出端、第三电压传感器PV3、中频负载输入端相连；电流传感器PTl安装在第一全控型电力电子器件SCRl输出端与中频负载输入端之间，用于测量负载电流；主用中频电源经第一全控型电力电子器件SCRl可以对中频负载进行供电，主用中频电源也可以经第一开关KMl对中频负载进行供电；备用中频电源经第二全控型电力电子器件SCR2可以对中频负载进行供电，备用中频电源也可以经第二开关KM2对中频负载进行供电；第一电压传感器PVl完成对主用中频电源电压的采样，第二电压传感器PV2完成对备用中频电源电压的采样、第三电压传感器PV3完成对中频负载电压的采样。
[0028]在本发明实施例中，当主用中频电源故障，且备用中频电源正常时，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源失电，备用电源正常，立即关闭主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而关断SCRl模块，等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而开通SCR2模块，实现了在2.5ms的一个正弦周期内切换至备用中频电源进行供电的功能；当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源恢复供电，备用电源正常，立即关闭备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而关断SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而开通SCRl模块，实现了在2.5ms 一个正弦周期内切换至主用中频电源进行供电的功能。
[0029]在本发明实施例中，控制电路包括主控模块、高速AD采样模块和脉冲驱动模块。主控模块由主控芯片DSP及其供电回路组成，是整个控制系统的核心，完成电压电流的AD采样计算、逻辑控制、驱动脉冲控制等功能；AD采样模块由AD芯片及信号调理电路组成，主要将电压传感器、电流传感器送过来的电压信号、电流信号转换为主控模块可识别的数字信号；脉冲驱动模块由电平转换芯片、隔离脉冲变压器、光耦等组成，将主控模块送出来的脉冲信号送往SCR模块， 控制SCR模块的导通或者关断。PVl将主用中频电源的电压信号隔离变换为小电流信号，PV2将备用中频电源的电压信号隔离变换为小电流信号，PV3将中频负载的电压信号隔离变换为小电流信号，PTl将中频负载的电流信号隔离变换为小电流信号，再送入控制电路；上述信号经控制电路的高速AD采样模块转换为数字量后送入主控模块，主控模块经过计算、比较，就可以判断两路输入电压、输出电压、输出电流是否正常。这样，控制电路就可以检测主用中频电源是否正常，备用中频电源是否正常，中频负载电压是否正常，中频负载电流是否正常。控制电路主控芯片采用DSP，AD采样芯片使用16位AD芯片，上述电压、电流检测为实时检测，采样频率为20kHz，即0.05ms计算一次所有的电压电流，以此判断主用中频电源电压、备用中频电源电压、中频负载电压及电流是否在正常范围之内。
[0030]本发明提供的切换装置中电路工作模式如下:
[0031]主用供电Model:主用中频电源正常，备用中频电源正常，控制电路工作正常，SCRl导通，SCR2、KM1、KM2切断，主用中频电源经SCRl对中频负载进行供电；
[0032]备用供电Mode2:主用中频电源故障，备用中频电源正常，控制电路工作正常，SCR2导通，SCR1、KM1、KM2切断，主用中频电源经SCR2对中频负载进行供电；
[0033]主用手动供电Mode3:主用中频电源正常，备用中频电源正常，控制电路故障，SCR1、SCR2断开，通过手动操作KMl闭合，KM2断开，主用中频电源经KMl对中频负载进行供电；
[0034]备用手动供电Mode4:主用中频电源故障，备用中频电源正常，控制电路故障，SCR1、SCR2断开，通过手动操作KM2闭合，KMl断开，主用中频电源经KM2对中频负载进行供电；
[0035]本发明提供的切换及保护逻辑如下:
[0036]主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。
[0037]主用中频电源故障时，若备用中频电源正常，则在2.5ms内切换至备用中频电源进行供电；若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。
[0038]备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，则在2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。
[0039]主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不进行切换。
[0040]图中标示SCR1、SCR2晶闸管，并不限定于使用晶闸管，只要是全控型电力电子器件即可；图中标示KM1、KM2，并不限定于使用接触器，也可使用断路器、刀闸等开关进行替代；图中标示为单线图，可适用于单相或者多相电源，例如:如果是船用单相中频电源，相应开关及传感器器件数量乘以2，如果是船用三相中频电源，相应开关及传感器器件数量乘以3ο
[0041]本发明还提供了一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，包括下述步骤:
[0042]当主用中频电源故障，且备用中频电源正常时，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源失电，备用电源正常，立即关闭主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而关断SCRl模块，等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而开通SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电的功能；
[0043]当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，控制电路在0.05ms内检测到主用中频电源恢复供电，备用电源正常，立即关闭备用电源通道的SCR2驱动脉冲，从而关断SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的SCRl驱动脉冲，从而开通SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电的功能。
[0044]其中，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
[0045]本发明采用高速采样技术，可以实时判断船用中频电源供电及负载供电情况，精度达到0.05ms ;由于使用了电力电子器件晶闸管作为自动切换的执行元件，可以在船用中频400Hz电源一个正弦周期(即2.5ms)即可完成切换动作；由于使用了适宜的切换及保护逻辑，能保证切换过程更安全、可靠；由于增加了手动操作接触器，即使控制电路等控制系统故障，也可以保证对中频负载的供电，增加了可靠性。
[0046]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路； 所述第一全控型电力电子器件的输入端与所述第一开关的输入端、所述第一电压传感器和主用中频电源的输出端相连；所述第二全控型电力电子器件的输入端与所述第二开关的输入端、所述第二电压传感器和备用中频电源的输出端相连；所述第一全控型电力电子器件的输出端与所述第二全控型电力电子器件的输出端、所述第一开关的输出端、所述第二开关的输出端、所述第三电压传感器和中频负载的输入端相连； 所述电流传感器连接在所述第一全控型电力电子器件的输出端与中频负载的输入端之间，用于测量负载电流； 所述第一电压传感器用于采集主用中频电源电压，所述第二电压传感器用于采集备用中频电源电压，所述第三电压传感器用于采集中频负载电压。2.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述主用中频电源经第一全控型电力电子器件或经第一开关对中频负载进行供电；所述备用中频电源经第二全控型电力电子器件或经第二开关对中频负载进行供电。3.如权利要求2所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，所述控制电路关闭主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而关断第一全控型电力电子器件SCRl模块，并等待至负载电流过零点时，打开备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而开通第二全控型电力电子器件SCR2模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电； 当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，所述控制电路关闭备用电源通道的第二全控型电力电子器件SCR2的驱动脉冲，从而关断第二全控型电力电子器件SCR2模块，等待至负载电流过零点时，打开主用电源通道的第一全控型电力电子器件SCRl的驱动脉冲，从而开通第一全控型电力电子器件SCRl模块，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。4.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述控制电路包括主控模块、AD采样模块和脉冲驱动模块； 所述主控模块用于实现电压、电流的AD采样计算、逻辑控制和驱动脉冲的控制； 所述AD采样模块用于将电压传感器采集的电源电压和电流传感器采集的负载电流转换为所述主控模块可识别的数字信号； 所述脉冲驱动模块用于根据所述主控模块输出的脉冲信号控制所述第一全控型电力电子器件和所述第二全控型电力电子器件的导通或关断。5.如权利要求1所述的船用400Hz中频电源不间断切换装置，其特征在于，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器和所述第三电压传感器的采样频率均为20kHz。6.一种船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，包括下述步骤: 当主用中频电源故障且备用中频电源正常时，通过控制所述第一全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第二全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至备用中频电源进行供电； 当采用备用中频电源供电时，若主用中频电源由故障状态恢复为正常状态，通过控制所述第二全控型电力电子器件关断，并等待至负载电流过零点时，控制所述第一全控型电力电子器件开通，实现了在一个正弦周期2.5ms内切换至主用中频电源进行供电。7.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，当主用中频电源正常时，无论备用中频电源是否正常，使用主用中频电源对中频负载进行供电，不切换。8.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，当主用中频电源故障时，若备用中频电源故障，即使主用中频电源电压超出正常范围，不切换。9.如权利要求6所述的船用400Hz中频电源不间断切换方法，其特征在于，主用中频电源供电时，若因中频负载短路等负载因素造成主用中频电源电压超出正常范围，即使备用中频电源正常，也不切换。
【专利摘要】本发明公开了一种船用400Hz中频电源不间断切换装置及方法，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、电流传感器、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第一开关，第二开关和控制电路。本发明使用静态开关晶闸管，加上快速电压电流检测及失电判断方法，2.5ms即可完成切换动作，保证了供电连续性；使用适合的切换策略及保护逻辑：如负载短路时不切换、切换点的选取等，保证了切换过程的安全性及可靠性；增加了机械式旁路开关，增加了供电可靠性。
【IPC分类】H02J9/06
【公开号】CN104901416
【申请号】CN201510324261
【发明人】曾祥孔, 陈林, 柳彬, 王玮, 皇丰辉, 胡丁丁, 李维, 徐芬
【申请人】武汉华海通用电气有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月12日
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