專利名稱：自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)和控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及電氣開關(guān)，更具體而言，它涉及自動轉(zhuǎn)換開關(guān)及其控制。
背景技術(shù)：
許多行業(yè)使用轉(zhuǎn)換開關(guān)切換電源，例如，從公用電源切換到專用次級電源，可在數(shù)秒內(nèi)自動完成。關(guān)鍵性行業(yè)，例如，像醫(yī)院，機(jī)場雷達(dá)站和高容量數(shù)據(jù)中心依靠自動轉(zhuǎn)換開關(guān)以提供連續(xù)供電。轉(zhuǎn)換開關(guān)典型地是利用眾多可以斷開和閉合的接觸器。
典型地，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)是用繼電器邏輯線路，可編程邏輯控制器(PLC)或埋置式控制器加以控制。在已知系統(tǒng)內(nèi)，這種埋置式控制器監(jiān)測公用電源的故障狀況。依據(jù)對公共電源一組故障的任何一個的識別，埋置式控制器通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接通次級電源，這種次級電源典型的為發(fā)電機(jī)。
已知的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器采用外部部件以實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，并且在改變輸入/輸出(I/O)時要求軟硬件的再建。而且，已知的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器不能和外部設(shè)備通信以達(dá)到用軟件選擇選項(xiàng)。
因此，希望提供一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，它消除了外部部件，同時提供I/O電路再建的靈活性。而且還希望有一種帶通信接口的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器以便能夠從外部設(shè)備啟動和選擇軟件選項(xiàng)。
發(fā)明概述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器包括調(diào)整和過濾輸入電源的電源電路。同時還包括一臺變壓器用來將公用電源和發(fā)電機(jī)電源變換成電源電壓和給控制器的檢測電源。在自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器內(nèi)還包括電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路，它是一種用于驅(qū)動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管的螺線管驅(qū)動器電路。控制器用埋置式微控制器監(jiān)測公用電源和發(fā)電機(jī)電壓，控制器還與用作操作員指令輸入的用戶接口相連。采用LED指示器，將它連接到所說的微控制器，在操作員界面處指示操作員指令的輸入。
附圖簡述

圖1是一種簡化的原理圖，示出自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)內(nèi)的電氣通路；和圖2是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器的方框圖。
發(fā)明詳述圖1是圖10的簡化原理圖，示出自動轉(zhuǎn)換開關(guān)(ATS)系統(tǒng)內(nèi)的電氣通路。在圖10中包括公用電源12和發(fā)電機(jī)電源14。通過電路開關(guān)器16將公用電源12和發(fā)電機(jī)電源14接到轉(zhuǎn)換開關(guān)18。轉(zhuǎn)換開關(guān)18的配置是從公用電源12通過轉(zhuǎn)換開關(guān)18至主開關(guān)器板20為電源提供通路。然后經(jīng)由主開關(guān)器板將用電分配給設(shè)備。轉(zhuǎn)換開關(guān)18還配置有控制器(未示出)用于監(jiān)測來自公用電源12的電源的質(zhì)量，例如，電壓，功率因子，電氣噪聲等。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器依據(jù)預(yù)置限檢測出電源質(zhì)量有問題時，轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器指示轉(zhuǎn)換開關(guān)18暫時切換到來自發(fā)電機(jī)14的電源，直至轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器從公用電源12檢測到電源已經(jīng)恢復(fù)到可接收水平為止。
圖2是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器40的方框圖?？刂破?0包括微控制器42，存儲器44，用戶接口46，電源輸入部分48，輸出部分50，它的任務(wù)是指示一個或多個轉(zhuǎn)換開關(guān)18(圖1中所示)接通來自發(fā)電機(jī)的電源或返回到公用電源?？刂破?0還包括配置區(qū)52，通信端口54以及多功能輸入/輸出(I/O)端口56，這些都將在下面詳細(xì)描述。
微控制器一詞，如此處所使用的那樣，同樣指微處理器，簡約指令集電路(RISC)，專用集成電路(ASICs)，邏輯電路，以及任何其他能執(zhí)行上面描述的程序的電路和處理器。
控制器40是一種低成本，高性能ATS控制器，具有軟件可選的選項(xiàng)。在一種示范性實(shí)施方案中，軟件選項(xiàng)是由端口54，例如端口RS232，通過使用工廠配置程序啟動或禁用的。
控制器40的配置具有外部連接(圖2中未示出)以容許與多功能輸入/輸出(I/O)板適配。I/O板給控制器40一種模塊配置，因此用戶需要時可獲得不同的選項(xiàng)。
在一種示范性實(shí)施方案中，控制器40的功能是在包括有下面將要描述的控制和調(diào)節(jié)電路的主控電路板上完成的。
電源輸入部分48包括變壓器，它將來自公用電源和發(fā)電機(jī)電源14(二者均示于圖1)的電源變換成供給控制器40的電源電壓和由控制器40檢測的電壓。電源輸入?yún)^(qū)48對來自變壓器的原始電壓在將它加到控制器40主控板和任何選項(xiàng)的I/O板之前進(jìn)行調(diào)整和過濾，使之和在這些板上的工作電壓和工作電流是正確的。
電源輸入部分48進(jìn)一步包括電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路，這種電路使用低通濾波技術(shù)對原始輸入電壓在將它加到微控制器42的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)芯腳之前去除所有不希望有的噪聲。當(dāng)公用電源12或發(fā)電機(jī)電源14含有大量諧波畸變時，過濾可允許控制器40正確檢測電壓和頻率。
在控制器40的另一種示范性實(shí)施方案中，輸出部分50配置成一種螺線管驅(qū)動器電路，這種驅(qū)動器電路包括都在主控板上完成的螺線管驅(qū)動器的兩個選項(xiàng)。第1螺線管驅(qū)動器選項(xiàng)用板上繼電器配置，用于公共電源和發(fā)電機(jī)電源為240 Vac和低于240 Vac情況。第2螺線管驅(qū)動器選項(xiàng)用固態(tài)驅(qū)動器配置，用于公用電源和發(fā)電機(jī)電源高于240 Vac，但低于600 Vac的情況。該螺線管驅(qū)動器電路用于控制供給ATS驅(qū)動器螺線管的電源，該螺線管在轉(zhuǎn)換開關(guān)18(圖1所示)內(nèi)引發(fā)從1個電源到另一個電源的切換。
利用用戶接口46，用戶可以瞬間激勵一正常輸出，引發(fā)ATS轉(zhuǎn)換到公用電源使用的正常位置。瞬間激勵一種應(yīng)急輸出將引發(fā)ATS轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)電源所使用的位置。為了防止ATS驅(qū)動螺線管受損，在控制器40內(nèi)執(zhí)行一種螺線管服務(wù)器方案，它控制在關(guān)閉驅(qū)動電路和啟動診斷模式之前驅(qū)動螺線管可以被激勵的最大時間和嘗試次數(shù)。
主控板上的所有功能受微控制器42的控制，微控制器42使用定制的寫入固件監(jiān)測公共電源和發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，監(jiān)測用戶界面46上用戶界面對指示器更新的情況，執(zhí)行實(shí)時時鐘功能，監(jiān)測ATS位置和控制ATS。微控制器42還監(jiān)測和控制用于控制任何附屬的I/O板的所有外部I/O連接。在一種進(jìn)一步的實(shí)施方案中，控制器40配置有發(fā)電機(jī)冷卻計時器，發(fā)電機(jī)預(yù)熱計時器，功率延遲丟失計時器，發(fā)電機(jī)起動失敗計時器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動計時器，發(fā)電機(jī)間歇計時器，發(fā)電機(jī)過載計時器以及返回切換前公共電源穩(wěn)定性計時器。
控制器40包括配置區(qū)52。在一種實(shí)施方案中，配置區(qū)52包括跨線板。跨線由用戶安裝以選擇內(nèi)置在ATS調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的7天，14天，21天和28天周期中的一種周期。通過適當(dāng)選擇位于主控制板上的跨線設(shè)定，可以將調(diào)節(jié)裝置的周期調(diào)整為7天，14天，21天或28天。
配置區(qū)52進(jìn)一步包括跨線可選電壓和頻率選擇。電壓控制器40可檢測的電壓通過使用正確的跨線設(shè)定從120，208，220和240 Vac 4種值選擇。電壓范圍也可以從380，415，440和480 Vac中選擇，但此時要求在控制器40中使用不同的變壓器。通過跨線也可以獲得50Hz和60Hz的頻率選擇。
控制器40進(jìn)一步配置成無源負(fù)載流出選擇，當(dāng)將它和負(fù)載流出I/O選項(xiàng)板相連接時，它會在控制器從公用電源向發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換之前切斷某些高千瓦負(fù)載，從而保護(hù)了不需要的負(fù)載對發(fā)電機(jī)的過分加載。
在另一種實(shí)施方案中，控制器40可配置成有發(fā)電機(jī)控制板(未示出)選項(xiàng)，這是一種選項(xiàng)式I/O板，它連接到主控板并含有在I/O端口56訪問的I/O功能。I/O功能的實(shí)例包括，但不限于，油壓設(shè)定，溫度設(shè)定，以及一組干接觸器，這種干接觸器用于包括燃料/運(yùn)轉(zhuǎn)接觸輸出和啟動接觸輸出的起動器馬達(dá)控制。在控制器40中包括有發(fā)電機(jī)控制板的情形下，一個軟件控制比特位被啟動從而允許訪問該板的I/O功能。
在還有的一種實(shí)施方案中，控制器40可配置成具有三相檢測板(未示出)。三相檢測板是一種選項(xiàng)式I/O板，它將控制器40對公用電源和發(fā)電機(jī)電源的檢測從單相電壓檢測擴(kuò)大到三相電壓檢測。該三相檢測板包括對適當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率進(jìn)行探測所需要的所有必備的調(diào)節(jié)線路。
控制器40解決了存在于現(xiàn)有控制器中的問題。這些問題包括外部繼電器變壓器箱同控制器分離，需要外部調(diào)節(jié)裝置時鐘以及在沒有完全的ATS控制器再建的情況下使I/O改變的能力。此外，控制器40在主控板上安置所有ATS控制部件和電壓調(diào)節(jié)部件，因而允許其他的I/O功能在上面描述的選項(xiàng)板上實(shí)現(xiàn)。
已經(jīng)用各種特殊的實(shí)施方案對本發(fā)明做了描述，本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在實(shí)踐中可以對本發(fā)明進(jìn)行更改但卻沒有超出本專利權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器(40)，包括整流和濾波輸入電壓的電源電路；至少一臺變壓器，用于將公用電源(12)和發(fā)電機(jī)電源(14)變換成電源電壓和電壓檢測源；電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路；驅(qū)動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管的螺線管驅(qū)動器電路；埋置式微控制器(42)，配置成控制邏輯功能和監(jiān)測公用電源和發(fā)電機(jī)的電壓和頻率；連接到所說的用于操作員指令輸入的微控制器的用戶接口(46)；至少一個LED指示器，將它連接到所說的微控制器，在所說的用戶接口指示操作員的指令輸入；
2.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的微控制器(42)包括至少一個模-數(shù)變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的控制器(40)，其中所說的電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路包括低通濾波器，它配置成從電源除去其噪聲，因而能使所說的微控制器(42)的模-數(shù)變換器正確檢測電壓和頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的螺線管驅(qū)動器電路配置有繼電器，用于供給自動轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動螺線管電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的螺線管驅(qū)動器電路配置有固態(tài)器件，用于供給自動轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動螺線管電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的微控制器(42)對調(diào)節(jié)裝置時鐘識別跨線選擇，調(diào)節(jié)裝置時鐘對預(yù)選天數(shù)的設(shè)定是可調(diào)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的微控制器(42)對120 VAC，208 VAC，220 VAC和240 VAC中至少一種電源電壓識別跨線選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的變壓器適合于380 VAC，415 VAC，440 VAC和480 VAC中至少一種電源電壓，所說的微控制器(42)對380 VAC，415 VAC，440 VAC和480 VAC中至少一種電源電壓識別跨線選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)控制板，該板用所說的微控制器(42)配置并且檢測至少油壓和溫度之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的控制器(40)，其中所說的發(fā)電機(jī)控制板用一組干接觸器配置，用于包括至少燃料/運(yùn)行接觸輸出和起動接觸輸出之一的起動器馬達(dá)控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)進(jìn)一步包括一種三相檢測板，它將所說的控制器對公用電源(12)和發(fā)電機(jī)(14)電源的單相檢測能力擴(kuò)大到三相檢測。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，進(jìn)一步包括負(fù)載流出I/O選項(xiàng)板，在所說的控制器將負(fù)載轉(zhuǎn)換至發(fā)電機(jī)電源(14)之前，它將負(fù)載切斷，以防止發(fā)電機(jī)過載。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的微控制器(42)至少配置有下列計時器之一，發(fā)電機(jī)冷卻計時器，發(fā)電機(jī)預(yù)熱計時器，功率延遲丟失計時器，發(fā)電機(jī)起動失敗計時器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動計時器，發(fā)電機(jī)間歇計時器，發(fā)電機(jī)過載計時器以及返回切換前公共電源穩(wěn)定性計時器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器(40)，其中所說的微控制器(42)識別對頻率50Hz和60Hz設(shè)置的跨線選擇。
15.一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，包括連接到公用電源(12)的輸入(48)；連接到發(fā)電機(jī)電源(14)的輸入；變壓器開關(guān)(18)，它將負(fù)載從所說的公用電源切換到所說的發(fā)電機(jī)電源，并且將負(fù)載反切換到所說的公用電源；和自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器(40)，包括整流和濾波輸入電源的電源電路；至少一個變壓器，將公共電源和發(fā)電機(jī)電源變換成電源電壓和電壓檢測源；電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路；驅(qū)動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管的螺線管驅(qū)動器電路；埋置式微控制器(42)，控制邏輯功能和監(jiān)測公用電源和發(fā)電機(jī)電壓和頻率；連接到所說的微控制器用于操作員指令輸入的用戶接口(46)；和至少一個連接到所說的微控制器的LED指示器在用戶接口處指示操作員指令輸入。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的微控制器(42)進(jìn)一步包括至少一個模-數(shù)變換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路包括低通濾波器，用于從電源中去除噪聲，從而使所說的微控制器(42)的模-數(shù)變換器正確檢測電壓和頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的螺線管驅(qū)動器電路配置有繼電器，用于供給自動轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動螺線管電源。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的螺線管驅(qū)動器電路用固態(tài)器件配置，用于供給自動轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動螺線管電源。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的微控制器(42)對調(diào)節(jié)裝置時鐘識別跨線選擇，調(diào)節(jié)裝置時鐘對預(yù)選天數(shù)的設(shè)定是可調(diào)的。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的微控制器(42)對120 VAC，208 VAC，220VAC和240 VAC中至少一種電源電壓識別跨線選擇。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的變壓器適合于380 VAC，415 VAC，440 VAC和480 VAC中至少一種電源電壓，所說的微控制器(42)對380 VAC，415 VAC，440 VAC和480 VAC中至少一種電源電壓識別跨線選擇。
23.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的控制器(40)進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)控制板，該板用所說的微控制器(42)配置并且檢測至少油壓和溫度之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的發(fā)電機(jī)控制板用一組干接觸器輸出配置，用于包括至少燃料/運(yùn)行接觸輸出和起動接觸輸出之一的起動馬達(dá)控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所說的控制器(40)進(jìn)一步包括一種三相檢測板，它將所說的控制器對公用電源(12)和發(fā)電機(jī)電源(14)的單相檢測能力擴(kuò)大到三相檢測。
26.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的控制器(40)進(jìn)一步包括負(fù)載流出I/O選項(xiàng)板，在所說的控制器將負(fù)載轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)電源(14)之前該選項(xiàng)板切斷負(fù)載，從而防止發(fā)電機(jī)過載。
27.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的微控制器(42)至少配置有下列計時器之一，發(fā)電機(jī)冷卻計時器，發(fā)電機(jī)預(yù)熱計時器，功率延遲丟失計時器，發(fā)電機(jī)起動失敗計時器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動計時器，發(fā)電機(jī)間歇計時器，發(fā)電機(jī)過載計時器以及返回切換前公用電源穩(wěn)定計時器。
28.根據(jù)權(quán)利要求15的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)，其中所說的微控制器(42)識別對頻率50Hz和60Hz的跨線選擇。
全文摘要
公開一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)(ATS)控制器(40),它包括調(diào)整和過濾輸入電源的電源電路,將公用(12)和發(fā)電機(jī)(14)電源變換成電源電壓和電壓檢測源的變壓器以及電壓檢測信號調(diào)節(jié)電路?？刂破鬟M(jìn)一步提供驅(qū)動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管的螺線管驅(qū)動器電路,監(jiān)測公用和發(fā)電機(jī)電壓的埋置式微控制器(42),以及與所說的微控制器相連接用于操作員指令輸入的用戶接口(46)。此外還包括驗(yàn)證用戶接口輸入以及控制器和ATS系統(tǒng)總體運(yùn)行的LED指示器。
文檔編號H02J9/06GK1362767SQ0113028
公開日2002年8月7日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者P·J·拉杜斯維茨 申請人:通用電氣公司