一種船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船舶領(lǐng)域，中頻400Hz電源為導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行供電。為保障導(dǎo)航設(shè)備供電可靠性，一般配備2臺(tái)中頻400Hz電源，一臺(tái)主用，一臺(tái)備用。一般情況下使用主用電源供電，當(dāng)主用電源故障時(shí)，備用電源投入，保證導(dǎo)航設(shè)備供電連續(xù)性。
[0003]目前采用的切換方式主要依靠人工操作，包含故障發(fā)生、故障判斷、執(zhí)行切換、切換結(jié)束四個(gè)階段，切換時(shí)間過長，無法保證導(dǎo)航設(shè)備供電連續(xù)性。
[0004]目前市面上常見的有不間斷中頻電源方案及單純的切換開關(guān)方案。
[0005]不間斷電源的實(shí)現(xiàn)均使用蓄電池加變流器結(jié)合的模式，即輸入電源正常時(shí)，由輸入電源進(jìn)行供電；輸入電源異常時(shí)，變流器將蓄電池電能變換為負(fù)載所需的電源。成本高，體積大，不適用于船上應(yīng)用要求。
[0006]如果是單純的切換電路，大多采用接觸器或者斷路器與控制器結(jié)合的形式，控制器檢測(cè)到某一路輸入電源異常時(shí)，先切斷該路電源，延時(shí)一段時(shí)間，再接通另外的輸入支路對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。接觸器及斷路器均屬于慢速器件，其開通或者關(guān)斷時(shí)間幾十ms或者上百ms，對(duì)于中頻400Hz電源來說，其一個(gè)周期只有2.5ms，無法滿足連續(xù)性要求。
[0007]在船用領(lǐng)域，不增加變流器及蓄電池，成本低，切換速度快的方案暫未找到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的切換電路由于需延時(shí)一段時(shí)間導(dǎo)致無法滿足中頻400Hz電源的連續(xù)性要求的技術(shù)問題。
[0009]本發(fā)明提供了一種船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置，包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、電流傳感器、第一全控型電力電子器件、第二全控型電力電子器件、第一開關(guān)，第二開關(guān)和控制電路；所述第一全控型電力電子器件的輸入端與所述第一開關(guān)的輸入端、所述第一電壓傳感器和主用中頻電源的輸出端相連；所述第二全控型電力電子器件的輸入端與所述第二開關(guān)的輸入端、所述第二電壓傳感器和備用中頻電源的輸出端相連；所述第一全控型電力電子器件的輸出端與所述第二全控型電力電子器件的輸出端、所述第一開關(guān)的輸出端、所述第二開關(guān)的輸出端、所述第三電壓傳感器和中頻負(fù)載的輸入端相連；所述電流傳感器連接在所述第一全控型電力電子器件的輸出端與中頻負(fù)載的輸入端之間，用于測(cè)量負(fù)載電流；所述第一電壓傳感器用于采集主用中頻電源電壓，所述第二電壓傳感器用于采集備用中頻電源電壓，所述第三電壓傳感器用于采集中頻負(fù)載電壓。
[0010]更進(jìn)一步地，所述主用中頻電源經(jīng)第一全控型電力電子器件或經(jīng)第一開關(guān)對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電；所述備用中頻電源經(jīng)第二全控型電力電子器件或經(jīng)第二開關(guān)對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電。
[0011]更進(jìn)一步地，當(dāng)主用中頻電源故障且備用中頻電源正常時(shí)，所述控制電路關(guān)閉主用電源通道的第一全控型電力電子器件SCRl的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而關(guān)斷第一全控型電力電子器件SCRl模塊，并等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，打開備用電源通道的第二全控型電力電子器件SCR2的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而開通第二全控型電力電子器件SCR2模塊，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)正弦周期2.5ms內(nèi)切換至備用中頻電源進(jìn)行供電；
[0012]當(dāng)采用備用中頻電源供電時(shí)，若主用中頻電源由故障狀態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)，所述控制電路關(guān)閉備用電源通道的第二全控型電力電子器件SCR2的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而關(guān)斷第二全控型電力電子器件SCR2模塊，等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，打開主用電源通道的第一全控型電力電子器件SCRl的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而開通第一全控型電力電子器件SCRl模塊，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)正弦周期2.5ms內(nèi)切換至主用中頻電源進(jìn)行供電。
[0013]更進(jìn)一步地，所述控制電路包括:主控模塊、AD采樣模塊和脈沖驅(qū)動(dòng)模塊；所述主控模塊用于實(shí)現(xiàn)電壓、電流的AD采樣計(jì)算、邏輯控制和驅(qū)動(dòng)脈沖的控制；所述AD采樣模塊用于將電壓傳感器采集的電源電壓和電流傳感器采集的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為所述主控模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；所述脈沖驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述主控模塊輸出的脈沖信號(hào)控制所述第一全控型電力電子器件和所述第二全控型電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷。
[0014]其中主控模塊由主控芯片DSP及其供電回路組成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，完成電壓電流的AD采樣計(jì)算、邏輯控制、驅(qū)動(dòng)脈沖控制等功能；AD采樣模塊由AD芯片及信號(hào)調(diào)理電路組成，主要將電壓傳感器、電流傳感器送過來的電壓信號(hào)、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為主控模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；脈沖驅(qū)動(dòng)模塊由電平轉(zhuǎn)換芯片、隔離脈沖變壓器、光耦等組成，將主控模塊送出來的脈沖信號(hào)送往SCR模塊，控制SCR模塊的導(dǎo)通或者關(guān)斷。
[0015]更進(jìn)一步地，所述第一電壓傳感器、所述第二電壓傳感器和所述第三電壓傳感器的采樣頻率均為20kHz。
[0016]本發(fā)明還提供了一種船用400Hz中頻電源不間斷切換方法，包括下述步驟:
[0017]當(dāng)主用中頻電源故障且備用中頻電源正常時(shí)，通過控制所述第一全控型電力電子器件關(guān)斷，并等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，控制所述第二全控型電力電子器件開通，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)正弦周期2.5ms內(nèi)切換至備用中頻電源進(jìn)行供電；
[0018]當(dāng)采用備用中頻電源供電時(shí)，若主用中頻電源由故障狀態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)，通過控制所述第二全控型電力電子器件關(guān)斷，并等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，控制所述第一全控型電力電子器件開通，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)正弦周期2.5ms內(nèi)切換至主用中頻電源進(jìn)行供電。
[0019]更進(jìn)一步地，當(dāng)主用中頻電源正常時(shí)，無論備用中頻電源是否正常，使用主用中頻電源對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電，不切換。
[0020]更進(jìn)一步地，當(dāng)主用中頻電源故障時(shí)，若備用中頻電源故障，即使主用中頻電源電壓超出正常范圍，不切換。
[0021]更進(jìn)一步地，主用中頻電源供電時(shí)，若因中頻負(fù)載短路等負(fù)載因素造成主用中頻電源電壓超出正常范圍，即使備用中頻電源正常，也不切換。
[0022]本發(fā)明使用靜態(tài)開關(guān)晶閘管，加上快速電壓電流檢測(cè)及失電判斷方法，2.5ms即可完成切換動(dòng)作，保證了供電連續(xù)性；使用適合的切換策略及保護(hù)邏輯:如負(fù)載短路時(shí)不切換、切換點(diǎn)的選取等，保證了切換過程的安全性及可靠性；增加了機(jī)械式旁路開關(guān)，增加了供電可靠性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明提供的船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明提供的切換裝置能夠?qū)崿F(xiàn)船用中頻400Hz電源可靠、快速、安全的進(jìn)行切換。當(dāng)船上主用中頻400Hz電源故障時(shí)，在I個(gè)正弦周波2.5ms內(nèi)，切斷主用電源回路，接通備用電源回路，保證導(dǎo)航設(shè)備供電的連續(xù)性。
[0026]本發(fā)明使用靜態(tài)開關(guān)晶閘管，加上快速電壓電流檢測(cè)及失電判斷方法，2.5ms即可完成切換動(dòng)作，保證了供電連續(xù)性；使用適合的切換策略及保護(hù)邏輯:如負(fù)載短路時(shí)不切換、切換點(diǎn)的選取等，保證了切換過程的安全性及可靠性；增加了機(jī)械式旁路開關(guān)，增加了供電可靠性。
[0027]如圖1所示，船用400Hz中頻電源不間斷切換裝置包括電壓傳感器PV1、電壓傳感器PV2、晶閘管SCR1、晶閘管SCR2、接觸器KM1、接觸器KM2、控制電路、電壓傳感器PV3、電流傳感器PTl組成；第一全控型電力電子器件SCRl輸入端與第一開關(guān)KMl輸入端、第一電壓傳感器PV1、主用中頻電源輸出端相連；第二全控型電力電子器件SCR2輸入端與第二開關(guān)KM2輸入端、第二電壓傳感器PV2、備用中頻電源輸出端相連；第一全控型電力電子器件SCRl輸出端與第二全控型電力電子器件SCR2輸出端、第一開關(guān)KMl輸出端、第二開關(guān)KM2輸出端、第三電壓傳感器PV3、中頻負(fù)載輸入端相連；電流傳感器PTl安裝在第一全控型電力電子器件SCRl輸出端與中頻負(fù)載輸入端之間，用于測(cè)量負(fù)載電流；主用中頻電源經(jīng)第一全控型電力電子器件SCRl可以對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電，主用中頻電源也可以經(jīng)第一開關(guān)KMl對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電；備用中頻電源經(jīng)第二全控型電力電子器件SCR2可以對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電，備用中頻電源也可以經(jīng)第二開關(guān)KM2對(duì)中頻負(fù)載進(jìn)行供電；第一電壓傳感器PVl完成對(duì)主用中頻電源電壓的采樣，第二電壓傳感器PV2完成對(duì)備用中頻電源電壓的采樣、第三電壓傳感器PV3完成對(duì)中頻負(fù)載電壓的采樣。
[0028]在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)主用中頻電源故障，且備用中頻電源正常時(shí)，控制電路在0.05ms內(nèi)檢測(cè)到主用中頻電源失電，備用電源正常，立即關(guān)閉主用電源通道的SCRl驅(qū)動(dòng)脈沖，從而關(guān)斷SCRl模塊，等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，打開備用電源通道的SCR2驅(qū)動(dòng)脈沖，從而開通SCR2模塊，實(shí)現(xiàn)了在2.5ms的一個(gè)正弦周期內(nèi)切換至備用中頻電源進(jìn)行供電的功能；當(dāng)采用備用中頻電源供電時(shí)，若主用中頻電源由故障狀態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)，控制電路在0.05ms內(nèi)檢測(cè)到主用中頻電源恢復(fù)供電，備用電源正常，立即關(guān)閉備用電源通道的SCR2驅(qū)動(dòng)脈沖，從而關(guān)斷SCR2模塊，等待至負(fù)載電流過零點(diǎn)時(shí)，打開主用電源通道的SCRl驅(qū)動(dòng)脈沖，從而開通SCRl模塊，實(shí)現(xiàn)了在2.5ms 一個(gè)正弦周期內(nèi)切換至主用中頻電源進(jìn)行供電的功能。
[0029]在本發(fā)明實(shí)施例中，控制電路包括主控模塊、高速AD采樣模塊和脈沖驅(qū)動(dòng)模塊。主控模塊由主控芯片DSP及其供電回路組成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，完成電壓電流的AD采樣計(jì)算、邏輯控制、驅(qū)動(dòng)脈沖控制等功能；AD采樣模塊由AD芯片及信號(hào)調(diào)理電路組成，主要將電壓傳感器、電流傳感器送過來的電壓信號(hào)、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為主控模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；脈沖驅(qū)動(dòng)模塊由電平轉(zhuǎn)換芯片、隔離脈沖變壓器、光耦等組成，將主控模塊送出來的脈沖信號(hào)送往SCR模塊，