專利名稱：智能型雙電源自動切換開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的技術(shù)方案涉及用于配電系統(tǒng)從正常電源斷開并連到備用電源的帶有自動轉(zhuǎn)換的回路裝置，具體地說是智能型雙電源自動切換開關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高，要求實現(xiàn)持續(xù)供電，即使在出現(xiàn)故障時，也能夠盡可能在短時間內(nèi)恢復(fù)供電。自動切換開關(guān)電器就應(yīng)運(yùn)而生了，它由一個或幾個切換開關(guān)電器和切換控制部分組成， 能夠直接檢測兩路接入電源的電壓和頻率等相應(yīng)參數(shù)的變化并進(jìn)行邏輯判斷，從而實現(xiàn)電源的自動切換，即在供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，將負(fù)載電路從一個問題電源自動切換至另一個正常的電源，以確保重要負(fù)荷連續(xù)和可靠地運(yùn)行。CN 201708542U,CN 201601532U、CN 101567580、CN 201213098 和 CN 201623530U 披露了雙電源自動切換開關(guān)的整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，CN1632896公開了雙電源自動切換開關(guān)的傳動機(jī)構(gòu)，上述已公開的雙電源自動切換開關(guān)的技術(shù)都是機(jī)械的內(nèi)容，這些技術(shù)均存在不能直接自動檢測兩路接入電源的電壓和頻率相應(yīng)參數(shù)的變化并進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓或頻率異常問題時，不能將負(fù)載電路從一個問題電源自動切換至另一個正常的電源的缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供智能型雙電源自動切換開關(guān)，以單片機(jī)為核心構(gòu)成控制部分，能直接自動檢測兩路接入電源的電壓和頻率相應(yīng)參數(shù)的變化并進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，即出現(xiàn)電壓或頻率異常時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器動作，以實現(xiàn)電源的自動切換，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的雙電源自動切換開關(guān)當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓或頻率異常問題時，不能將負(fù)載電路從一個問題電源自動切換至另一個正常的電源的缺點。本實用新型解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是智能型雙電源自動切換開關(guān)， 包括控制部分和執(zhí)行部分，其中，控制部分主要由單片機(jī)、電壓互感器、電壓提升電路、光電耦合器、按鍵、IXD顯示器和芯片74LS164構(gòu)成，執(zhí)行部分主要由電機(jī)、機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)和斷路器構(gòu)成；上述部件的連接方式是，由單片機(jī)分別與電壓提升電路和光電耦合器相連接，加之電壓提升電路和光電耦合器又分別與電壓互感器相連接由此形成電壓和頻率采集電路，由單片機(jī)通過三極管和繼電器與電機(jī)和斷路器依次相連形成電機(jī)驅(qū)動電路，由單片機(jī)與芯片 74LS164和設(shè)置在LCD顯示器中的發(fā)光二極管依次相連形成電源狀態(tài)指示電路，由單片機(jī)與IXD顯示器和按鍵相連形成人機(jī)交互模塊，電機(jī)經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器動作。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)，所述斷路器是具有過電流的脫扣器的斷路器， 屬于CB級自動切換開關(guān)。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)，所述IXD顯示器型號為0CMJ48C-3，是一種帶有字庫的液晶顯示器。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)，所述單片機(jī)中存有操作軟件，其總體流程是開始一初始化一消防復(fù)位？ 一Y，消防復(fù)位程序一返回消防復(fù)位？ ；N，斷路器輔助信號檢測一脫扣？ 一Y，脫扣處理程序一返回消防復(fù)位？ ；N，按鍵信號檢測保存一自動？ 一Y，自動進(jìn)程 —返回消防復(fù)位？ ；N，手動進(jìn)程一返回消防復(fù)位？上述智能型雙電源自動切換開關(guān)，用外接電源為其中的單片機(jī)和其他電路供電提供所需要的電力。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)，所涉及的零部件均是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知并可以商購獲得的，所涉及的元器件和電路的連接方法是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)的運(yùn)行方法，其實現(xiàn)電源自動切換的過程是電壓互感器將檢測到的兩路電源電壓信號經(jīng)電壓提升電路輸入到單片機(jī)中，經(jīng)電壓互感器輸出的電壓信號經(jīng)過光電耦合器也輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)將輸入的電壓信號作如下處理: 單片機(jī)利用其A/D轉(zhuǎn)換模塊采用等時間間隔采集模擬電壓信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到若干序列的離散采樣值，然后應(yīng)用均方根算法從這些序列的采樣值來獲得等效于輸入電壓信號的有效值。電壓互感器將檢測到的兩路電源的電壓信號同時經(jīng)過光電耦合器也輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)對由光電耦合器輸入的兩路電源的電壓信號進(jìn)行采樣，通過計時和計算，單片機(jī)得到兩路電源電壓的有效值和頻率值，并將這兩路電源電壓的有效值和頻率值信息實時顯示在LCD顯示器上。用戶通過控制部分上的按鍵來即時設(shè)定或預(yù)先設(shè)定需要使用的電源電壓的有效值和頻率值。單片機(jī)將實時監(jiān)測是否有按鍵即時按下，若有，則根據(jù)即時按下的按鍵指令進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；若沒有按鍵即時按下，單片機(jī)則循環(huán)檢測電壓信號的有效值和頻率值。單片機(jī)將當(dāng)前時刻的電源電壓的有效值和頻率值與上述的預(yù)先設(shè)定需要使用的電源電壓的有效值和頻率值相比較，若當(dāng)前時刻的電源電壓的有效值或頻率值超出了設(shè)定值的范圍，即電壓出現(xiàn)異常，單片機(jī)發(fā)出電源切換命令，使電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器切斷故障電源，并切換到另一路正常電源，使實現(xiàn)持續(xù)供電。上述智能型雙電源自動切換開關(guān)的運(yùn)行方法，其實現(xiàn)電源自動切換有以下手動工作模式和自動工作模式兩種模式手動工作模式是通過按鍵控制執(zhí)行部分動作，將上述的電路在常用電源、備用電源和雙分再扣三個狀態(tài)間切換；自動工作模式是智能型雙電源自動切換開關(guān)的控制部分隨時對常用電源和備用電源進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)常用電源三相中有任意一相或多相的電壓和頻率出現(xiàn)異常情況，甚至失電，即斷相時，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒rt1;確定供電故障是不可逆的，常用電源已經(jīng)無法提供正常的供電時，即將常用電源斷開，再經(jīng)過t2時間延時后，將備用電源閉合，此時備用電源的三相電壓是正常的；當(dāng)在備用電源運(yùn)行一段時間后，常用電源又恢復(fù)正常時，控制部分經(jīng)過t3 延時確認(rèn)常用電源恢復(fù)正常，然后將備用電源切斷，再經(jīng)t4延時將常用電源閉合，此操作過程為自投自復(fù)；當(dāng)在備用電源供電一定時間后，常用電源又恢復(fù)正常，此時不再從備用電源切換到常用電源，僅當(dāng)備用電源故障時切換，此操作過程為自投不自復(fù)。本實用新型的有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的優(yōu)點如下(1)本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)，既檢測出了電源電壓的幅值，還測出了電源電壓的頻率，如果電源頻率出現(xiàn)異常，亦能實現(xiàn)自動切換。(2)本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)以單片機(jī)為核心，LCD帶背光中文顯示，輕觸按鍵操作，通過控制部分上的按鍵用戶可以對控制參數(shù)過電壓、欠電壓值、頻率偏差值和切換延時進(jìn)行設(shè)定，從液晶屏上可看到設(shè)定結(jié)果，方便了人們對各相電源情況的監(jiān)測。(3)本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)切換延時可設(shè)定常用電源異常時， 電源自常用電源切換到雙分的延時tl ；從雙分狀態(tài)，切換到備用電源的延時t2 ；備用電源異?；蜃詮?fù)時，切換到雙分狀態(tài)的延時t3 ；從雙分狀態(tài)，切換到常用電源的延時t4。(4)本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)切具有三相相序自動識別功能。總之，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)切以單片機(jī)為核心構(gòu)成控制部分， 能直接自動檢測兩路接入電源的電壓和頻率相應(yīng)參數(shù)的變化并進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，即出現(xiàn)電壓或頻率異常時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器動作，以實現(xiàn)電源的自動切換，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的雙電源自動切換開關(guān)當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓或頻率異常問題時，不能將負(fù)載電路從一個問題電源自動切換至另一個正常的電源的缺點。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)組成框圖。圖2是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)構(gòu)成方式示意圖。圖3是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)外形示意側(cè)視圖。圖4是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的電壓和頻率采集電路連接原理圖。圖5是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的電機(jī)驅(qū)動電路和電源狀態(tài)指示電路連接原理圖。圖6是本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的操作軟件總體流程圖。圖中，1.單片機(jī)，2.電壓提升電路，3.電壓互感器，4.光電耦合器，5.芯片 74LS164，6.發(fā)光二極管，7.按鍵，8. LCD顯示器，9.三極管，10.繼電器，11.電機(jī)，12.機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)，13.斷路器，14.液晶屏，15.外殼，16.外接電源插口，17.兩路電源插口，Dl.電壓和頻率采集電路，D2.電機(jī)驅(qū)動電路，D3.電源狀態(tài)指示電路。
具體實施方式
圖1所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)包括控制部分和執(zhí)行部分，其中，控制部分是由單片機(jī)(1)、電壓互感器(3)、電壓提升電路O)、光電耦合器 (4)、按鍵(7)、LCD顯示器(8)和芯片74LS164(5)構(gòu)成，執(zhí)行部分是由電機(jī)(11)、機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)(12)和斷路器(13)構(gòu)成。圖2所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的構(gòu)成方式是，由單片機(jī)(1)分別與電壓提升電路( 和光電耦合器相連接G)，加之電壓提升電路( 和光電耦合器⑷又分別與電壓互感器⑶相連接由此形成電壓和頻率采集電路(Dl)，由單片機(jī)(1)通過三極管(9)和繼電器(10)與電機(jī)(11)和斷路器(1 依次相連形成電機(jī)驅(qū)動電路(D2)，由單片機(jī)(1)與芯片74LS164 和設(shè)置在LCD顯示器(8)中的發(fā)光二極管(6) 依次相連形成電源狀態(tài)指示電路(D3)。其中由單片機(jī)⑴與LCD顯示器⑶和按鍵(7)相連形成人機(jī)交互模塊，電機(jī)(U)經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)(12)帶動斷路器(13)動作。圖3所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的外形為長方體， 外殼(15)上設(shè)置有按鍵(7)、液晶屏(14)、外接電源插口(16)和兩路電源插口 (17)。圖4所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的電壓和頻率采集電路(Dl)包括單片機(jī)(1)、電壓互感器(3)、光電耦合器0)、通道選擇器⑶4051、電壓提升電路(2)和電源。它們實現(xiàn)電壓和頻率采集作用的運(yùn)行方法是單片機(jī)(1)選通某個模擬通道，假設(shè)選通模擬通道0，此時CD4051B_1、CD4051B_2和CD4051B_3的通模擬通道0 將同時被選通，通過一次選通既實現(xiàn)了模擬地和數(shù)字地的連接又將常用電源A相電壓引入進(jìn)來，引入的A相電壓信號經(jīng)電壓提升電路⑵輸入到單片機(jī)⑴中，其中CD4051B_2* ⑶4051B_3的VEE端與-5V相連接，可以通過完整的交流信號，這里的-5V從負(fù)電壓產(chǎn)生器 ICL7600處產(chǎn)生。同時A相電壓信號經(jīng)電壓互感器C3)輸出后經(jīng)過光電耦合器(4)后再經(jīng) 74LS04整形后通過⑶4051B_1也輸入到單片機(jī)(1)中，單片機(jī)(1)將輸入的電壓信號作如下處理單片機(jī)(1)利用其A/D轉(zhuǎn)換模塊采用等時間間隔采集模擬電壓信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到若干序列的離散采樣值，然后應(yīng)用均方根算法從這些序列的采樣值來獲得等效于輸入電壓信號的有效值；單片機(jī)(1)對通過CD4051B_1的電壓信號進(jìn)行采樣，通過計時和計算， 單片機(jī)⑴可得到電源電壓的頻率值。對于常用電源的B相C相電壓、備用電源的各相電壓和頻率的采集方法同上所述。圖5所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)的電機(jī)驅(qū)動電路 (D2)和電源狀態(tài)指示電路(D!3)的構(gòu)成和連接方式是，其中電機(jī)驅(qū)動電路(擬)包括單片機(jī) (1)、繼電器(10)、三極管(9)和電機(jī)(11)。它們實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動作用的運(yùn)行方法是若電壓出現(xiàn)異常，假設(shè)常用電源異常，單片機(jī)(1)RD5端口發(fā)出高電平，使三極管(9)T3導(dǎo)通，進(jìn)而使繼電器(10)吸合，切換到備用電源為電機(jī)(11)供電；再由單片機(jī)⑴RD6端口發(fā)出高電平，使三極管(9)Τ2導(dǎo)通，進(jìn)而使繼電器(10)吸合，電機(jī)(11)正轉(zhuǎn)控制回路導(dǎo)通，電機(jī)(11) 轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)(12)帶動斷路器(13)切斷故障電源，并切換到另一路正常電源， 使實現(xiàn)持續(xù)供電。電源狀態(tài)指示電路(D!3)部分包括單片機(jī)(1)、芯片74LS164 和發(fā)光二極管(6)。它們實現(xiàn)電源狀態(tài)指示作用的運(yùn)行方法是單片機(jī)⑴將電源信息數(shù)據(jù)鎖存到芯片74LS164(5)中，當(dāng)需要輸出這些信息時，芯片74LS164(5)采用并行輸出的方式點亮LED 顯示器(8)，從而實現(xiàn)了單片機(jī)(1)輸出信息的顯示，這些信息包括當(dāng)前兩路電源狀態(tài)和常用電源合閘信號、脫扣信號狀態(tài)以及備用電源合閘信號、脫扣信號狀態(tài)。圖6所示實施例表明，本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)中存入單片機(jī)⑴ 的操作軟件總體流程是開始一初始化一消防復(fù)位？ 一Y，消防復(fù)位程序一返回消防復(fù)位？ ；N，斷路器輔助信號檢測一脫扣？ 一Y，脫扣處理程序一返回消防復(fù)位？ ；N，按鍵信號檢測保存一自動？ 一Y，自動進(jìn)程一返回消防復(fù)位？ ；N，手動進(jìn)程一返回消防復(fù)位？實施例1按照圖2、3、4和5所示裝置構(gòu)成智能型雙電源自動切換開關(guān)，存入單片機(jī)(1)的操作軟件具有圖6所示的操作軟件總體流程。其中，所用斷路器(13)是具有過電流的脫扣器的斷路器，屬于CB級自動切換開關(guān)；所用IXD顯示器(8)的型號為0CMJ48C-3，是一種帶有字庫的液晶顯示器。該智能型雙電源自動切換開關(guān)，用外接電源為其中的單片機(jī)(1)和其他電路供電提供所需要的電力。本實施例的智能型雙電源自動切換開關(guān)的運(yùn)行方法，其實現(xiàn)電源自動切換的過程是電壓互感器⑶將檢測到的兩路電源電壓信號經(jīng)電壓提升電路⑵輸入到單片機(jī)⑴ 中，經(jīng)電壓互感器(3)輸出的電壓信號經(jīng)過光電耦合器(4)也輸入到單片機(jī)(1)中，單片機(jī)(1)將輸入的電壓信號作如下處理單片機(jī)(1)利用其A/D轉(zhuǎn)換模塊采用等時間間隔采集模擬電壓信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到若干序列的離散采樣值，然后應(yīng)用均方根算法從這些序列的采樣值來獲得等效于輸入電壓信號的有效值。電壓互感器C3)將檢測到的兩路電源的電壓信號同時經(jīng)過光電耦合器⑷也輸入到單片機(jī)⑴中，單片機(jī)⑴對由光電耦合器 (4)輸入的兩路電源的電壓信號進(jìn)行采樣，通過計時和計算，單片機(jī)(1)得到兩路電源的電壓值和頻率值，并將這兩路電源電壓的有效值和頻率值信息實時顯示在LCD顯示器(8)上。 用戶通過控制部分上的按鍵(7)來即時設(shè)定或預(yù)先設(shè)定需要使用的電源電壓的有效值和頻率值。單片機(jī)(1)將實時監(jiān)測是否有按鍵(7)即時按下，若有，則根據(jù)即時按下的按鍵指令進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；若沒有按鍵(7)即時按下，單片機(jī)(1)則循環(huán)檢測電壓信號的有效值和頻率值。單片機(jī)(1)將當(dāng)前時刻的電源電壓的有效值和頻率值與上述的預(yù)先設(shè)定需要使用的電源電壓的有效值和頻率值相比較，若當(dāng)前時刻的電源電壓的有效值或頻率值超出了設(shè)定值的范圍，即電壓出現(xiàn)異常，單片機(jī)(1)發(fā)出電源切換命令，使電機(jī)(11)轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)(12)帶動斷路器(13)切斷故障電源，并切換到另一路正常電源，使實現(xiàn)持續(xù)供電。本實施例的智能型雙電源自動切換開關(guān)的運(yùn)行方法，其實現(xiàn)電源自動切換有以下手動工作模式和自動工作模式兩種模式手動工作模式是通過按鍵(7)控制執(zhí)行部分動作，將上述的電路在常用電源、備用電源和雙分再扣三個狀態(tài)間切換；自動工作模式是智能型雙電源自動切換開關(guān)的控制部分隨時對常用電源和備用電源進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)常用電源三相中有任意一相或多相的電壓和頻率出現(xiàn)異常情況，甚至失電，即斷相時，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒rt1;確定供電故障是不可逆的，常用電源已經(jīng)無法提供正常的供電時，即將常用電源斷開，再經(jīng)過t2時間延時后，將備用電源閉合，此時備用電源的三相電壓是正常的；當(dāng)在備用電源運(yùn)行一段時間后，常用電源又恢復(fù)正常時，控制部分經(jīng)過t3 延時確認(rèn)常用電源恢復(fù)正常，然后將備用電源切斷，再經(jīng)t4延時將常用電源閉合，此操作過程為自投自復(fù)；當(dāng)在備用電源供電一定時間后，常用電源又恢復(fù)正常，此時不再從備用電源切換到常用電源，僅當(dāng)備用電源故障時切換，此操作過程為自投不自復(fù)。
權(quán)利要求1.智能型雙電源自動切換開關(guān)，其特征在于包括控制部分和執(zhí)行部分，其中，控制部分主要由單片機(jī)、電壓互感器、電壓提升電路、光電耦合器、按鍵、LCD顯示器和芯片 74LS164構(gòu)成，執(zhí)行部分主要由電機(jī)、機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)和斷路器構(gòu)成；上述部件的連接方式是，由單片機(jī)分別與電壓提升電路和光電耦合器相連接，加之電壓提升電路和光電耦合器又分別與電壓互感器相連接由此形成電壓和頻率采集電路，由單片機(jī)通過三極管和繼電器與電機(jī)和斷路器依次相連形成電機(jī)驅(qū)動電路，由單片機(jī)與芯片74LS164和設(shè)置在IXD顯示器中的發(fā)光二極管依次相連形成電源狀態(tài)指示電路，由單片機(jī)與LCD顯示器和按鍵相連形成人機(jī)交互模塊，電機(jī)經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器動作。
專利摘要本實用新型智能型雙電源自動切換開關(guān)，涉及用于配電系統(tǒng)從正常電源斷開并連到備用電源的帶有自動轉(zhuǎn)換的回路裝置，包括控制部分和執(zhí)行部分，其中，控制部分主要由單片機(jī)、電壓互感器、電壓提升電路、光電耦合器、按鍵、LCD顯示器和芯片74LS164構(gòu)成，執(zhí)行部分主要由電機(jī)、機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)和斷路器構(gòu)成；本實用新型以單片機(jī)為核心構(gòu)成控制部分，能直接自動檢測兩路接入電源的電壓和頻率相應(yīng)參數(shù)的變化并進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓或頻率異常時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)由機(jī)械連鎖結(jié)構(gòu)帶動斷路器動作，實現(xiàn)電源的自動切換，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓或頻率異常問題時，不能將負(fù)載電路從一個問題電源自動切換至另一個正常電源的缺點。
文檔編號H02J9/06GK202197145SQ201120349318
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者劉宏勛, 孟憲春, 李志剛, 李文華, 杜江, 馬超 申請人:河北工業(yè)大學(xué)