專利名稱：雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制裝置，特別涉及一種雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器。
背景技術：
目前，雙電源轉(zhuǎn)換器用于一些要求電力不能中斷的重要場合，如建筑電氣中要求的一級負荷。供電的連續(xù)性對于某些特殊的用戶部門，如醫(yī)院，機場等，目前已廣泛應用于高層樓宇、郵電通訊、煤礦、軍事設施、大型工業(yè)流水線和消防等需要不間斷供電的場所。為了保證供電的可靠與連續(xù)性，一般都采用兩路電源，一路電源為供電的主電源，另一路為副電源，一旦主電源出現(xiàn)故障無法工作時，要求副電源馬上工作，以維持電氣設備的正常運行，這樣就需要一種能對兩路電源都進行實時監(jiān)控檢測并能在主電源發(fā)生故障時可自動在兩路電源之間進行可靠自動切換以保證供電的裝置。但是，目前雙電源轉(zhuǎn)換控制器普遍存在性能不高而成本較高的缺陷，其功能較少，如沒有通訊功能等。傳統(tǒng)的雙電源轉(zhuǎn)換控制器在檢測電源時，需要采用3個變壓器檢測三相電壓，或者將交流電通過與一個恒定直流電壓相加后才能送至微處理器的A/D端口，多個檢測變壓器造成控制器成本較高。缺少通訊功能則無法向上級監(jiān)控設備提供信號，上位機也無法通過通訊端口對雙電源轉(zhuǎn)換控制器工作模式進行設置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種檢測方式簡單、功能更加完善、成本較低、使用方便的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器。為達到上述目的，本發(fā)明提供的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，包括主、副變壓器，還包括電壓檢測電路、電源電路、切換電路及其開關位置回饋電路、單片機和通訊電路，其中，電壓檢測電路接在主、副變壓器與單片機之間，電源電路與電壓檢測電路相連，開關位置回饋電路接在切換電路與單片機之間，通訊電路與所述單片機相連，電壓檢測電路分別采集主、 副變壓器的AB線電壓和AC線電壓，經(jīng)變壓、整流和濾波后接至單片機，單片機將采集到的主、副變壓器的AB線電壓和AC線電壓采用賦值比較法分別轉(zhuǎn)換為三相電壓，并與三相電壓的設定值進行比較，然后將相應的電源切換指令發(fā)送至切換電路，切換電路完成相應的電源切換動作；賦值比較法將主、副變壓器的AB線電壓和AC線電壓轉(zhuǎn)換為三相電壓的步驟包括1)在公式 UAC2 = UA2+UC2+UAXUC、UAB2 = UA2+UB2+UaXUb 和 UBC2 = UB2+UC2+UB X Uc 中，對三個相電壓分別賦以初值，即令Ua = 220V, Ub = 220V, Uc = 220V，得出其線電壓UAB、UAC 和UBC值；2)令 UAB = UaB2-UA2-UB2-UaXUb,UAC = Uac2-Ua2-Uc2-Ua X Uc 和UBC = Ubc2-Ub2-Uc2-Ub X Uc,判斷如果UAB > 0，UAC > 0，則 Ua 偏小，讓 Ua 自加 1 ；
如果UAB > 0，UBC > 0，則 Ub 偏小，讓 Ub 自加 1 ；如果UAC > 0，UBC > 0，則 Uc 偏小，讓 Uc 自加 1 ；如果UAB < 0，UAC < 0，則 Ua 偏大，讓 Ua 自減 1 ；如果UAB < 0，UBC < 0，則 Ub 偏大，讓 Ub 自減 1 ；如果UAC < 0，UBC < 0，則 Uc 偏大，讓 Uc 自減 1 ；循環(huán)代入求解，得到不斷逼近三個相電壓隊、隊和Uc的真實值，直到最后近似等于
真實值。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，還包括鍵盤電路和顯示電路，鍵盤電路和顯示電路分別與所述單片機相連。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其中所述切換電路包括光耦合放大器電路和與之相連的繼電器驅(qū)動電路。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其中所述單片機采用型號為MC9S08DZ60的芯片構(gòu)成。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其中所述電源電路采用型號為LM2596的芯片構(gòu)成。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其中所述光耦合放大器電路采用型號為 IL420X007的芯片構(gòu)成。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其中所述通訊電路包括485通訊電路和CAN通訊電路。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的優(yōu)點和積極效果在于由于主、副變壓器是采集 AB和AC線電壓，可以減少2個檢測變壓器，檢測方式得到簡化。另外，采用電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成電源電路，用于雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器本身供電，省去了外接電源。這都降低了雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的成本。由于增加了通訊電路，功能進一步完善，使用非常方便。下面將結(jié)合實施例參照附圖進行詳細說明。


圖1是本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的方框圖
圖2是單片機的電路原理圖3是電壓檢測電路和電源電路的電路原理圖
圖4是開關位置回饋電路的電路原理圖5是切換電路的電路原理圖一；
圖6是切換電路的電路原理圖二；
圖7是鍵盤電路和顯示電路的電路原理圖8是485通訊電路的電路原理圖9是CAN通訊電路的電路原理圖10是三路相電壓的計算原理圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，包括主變壓器1、副變壓器2、電壓檢測電路4、電源電路6、切換電路3及其開關位置回饋電路5、單片機10、鍵盤電路7、顯示電路 8和通訊電路9。其中，電壓檢測電路4接在主、副變壓器1、2與單片機10之間，對電網(wǎng)輸入的三相交流電壓進行實時檢測。結(jié)合參照圖3，電源電路6與電壓檢測電路4相連，輸出5V電壓。 電源電路6采用型號為LM2596的芯片構(gòu)成。由于電源輸入的電壓是380V，為了將此電壓轉(zhuǎn)換成單片機能夠接收的信號，先將輸入電壓進行變壓，變壓后的電壓分成兩路。參照圖3，一路電壓經(jīng)過整流后接到芯片 LM2596，LM2596是一個電壓調(diào)節(jié)器，它可以輸出0到37V的不同電壓值，在這里，它作為電源電路，將電壓轉(zhuǎn)換成5V，用于雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器本身供電，省去了外接電源。另外一路電壓先經(jīng)過全波整流，變成比較平穩(wěn)的直流電壓，再經(jīng)過一個二階低通濾波電路，濾除高頻干擾信號。經(jīng)過變壓，整流，濾波處理后的電壓接至單片機10。主、副變壓器1、2的電壓信號檢測電路4構(gòu)成相同。電壓檢測電路4分別采集主、副變壓器1、2的AB線電壓和AC線電壓，經(jīng)變壓、整流和濾波后接至單片機10。單片機10采用型號為MC9S08DZ60的芯片構(gòu)成。單片機10將采集到的主、副變壓器1、2的AB線電壓和AC線電壓分別轉(zhuǎn)換為三相電壓，并與設定值進行比較，然后將相應的電源切換指令發(fā)送至切換電路3，切換電路3完成相應的電源切換動作。單片機10將變壓器AB線電壓和AC線電壓轉(zhuǎn)換為三相電壓時，將UAC與ACMPl+ 接入一比較器，輸出高電平時啟動定時器，將UAB與ACMP2+接入另一比較器，輸出低電平時停止定時器，由定時器的計數(shù)和單片機的時鐘頻率可算出UAB和UAC的時間差，進而算出其相位差。已知UAB，UAC及它們的相位差，由余弦定理可求出UA，UB, UC。若用主、副變壓器1、2兩個變壓器檢測兩路的相電壓，檢測到的兩路相電壓與未知的第三路相電壓不能構(gòu)成一個三角形。因此，只能用這兩個變壓器來檢測兩路的線電壓， 再用三路線電壓所構(gòu)成的三角形來計算第三路線電壓和三路相電壓。下面給出第三路線電壓和三路相電壓的計算方法。假設所檢測的三相電壓相位差互為120°，以％作為參考向量，則相電壓為 Α, Ι, liG，線電壓為 Λ，%。如圖10所示，線電壓與％的夾角為α，此角可由相位檢測得到。參照圖10，在三角形ODE中，由三角形余弦定理可得Ubc2 = Uab2+Uac2-2UabUaccos α 公式 1再對Ubc2進行開方運算，即可得到線電壓Ubc的電壓值。當三相電壓平衡時，可直接由公式2計算出相電壓的電壓值相電壓UA=Ub=UC=Uab (或Uac或Ubc) / =公式 2而在絕大多數(shù)情況下，三相電壓是不平衡的，所以需要用下面的公式來進行三個相電壓的求解在Δ OAD中，由圖可得Δ OAD = 120°，由三角形余弦定理可得Uac2 = Ua2+Uc2+UaXUc 公式 3在Δ OAB中，由圖可得Δ OAB = 120°，由三角形余弦定理可得 Uab2 = Ua2+Ub2+Ua XUb公式 4 在Δ AOB中，由圖可得Δ OAB = 120°，由三角形余弦定理可得
Ubc2 = Ub2+Uc2+UbXUc公式 5由上面的公式3，4，5可計算出三個相電壓隊、隊和Uc的電壓值，可借助于MATLAB 得出計算UA、Ub和Uc的公式。在考慮到盡量減少單片機的運算開銷的前提下，下面給出賦值比較法來進行相電壓Ua，Ub，Uc的求值計算。先對公式3，4，5進行變型，得到公式如下令UAB = Uab2-Ua2-Ub2-UaXUb公式 9UAC = Uac2-Ua2-Uc2-UaXUc公式 10UBC = Ubc2-Ub2-Uc2-UbXUc公式 11給三個相電壓賦個初值，可令Ua = 220V, Ub = 220V, Uc = 220V,將已經(jīng)賦值的三個相電壓分別代入公式3，4，5中，這樣可以得出UAB，UAC, UBC的值的大小，即判斷如果UAB > 0，UAC > 0，則Ua偏小，讓Ua自加1 ；
如果UAB > 0，UBC > 0，則Ub偏小，讓Ub自加1 ；
如果UAC > 0，UBC > 0，則Uc偏小，讓Uc自加1 ；
如果UAB < 0，UAC < 0，則Ua偏大，讓Ua自減1 ；
如果UAB < 0，UBC < 0，則Ub偏大，讓Ub自減1 ；
如果UAC < 0，UBC < 0，則Uc偏大，讓Uc自減1 ；
循環(huán)代入求解，得到不斷逼近三個相電壓UA、UB和Uc的真實值，直到最后近似等于真實值。此方法雖要循環(huán)代入計算，但避免了開方運算，使得計算變得簡單。
開關位置回饋電路5接在切換電路3與單片機10之間，單片機10通過開關位置
回饋電路5的開關位置信號判斷當前工作負載連接位置。參照圖4，兩路開關位置信號分別經(jīng)過小型光耦合器TLP113進入單片機10，單片機10對開關量輸入信號進行判斷，然后經(jīng)過發(fā)光二極管來顯示當前工作負載是接在主變壓器1還是接在副變壓器2上。信號經(jīng)過 TLP113后再進入單片機10，可以抗干擾，使輸入信號更準確。參照圖5和圖6，切換電路3包括光耦合放大器電路和與之相連的繼電器驅(qū)動電路。參照圖5，光耦合放大器電路采用型號為IL420X007的芯片構(gòu)成。單片機10通過 CroutE/CroutN腳給出一個信號，信號經(jīng)過光耦合放大器電路IL420X007進行隔離和放大，參照圖6，進而由繼電器驅(qū)動電路完成主、備電源之間的切換。采用光耦合放大器電路 IL420X007進行光電隔離，可以提高電路的抗干擾能力。鍵盤電路7和顯示電路8分別與單片機10相連。參照圖7，為了更適合雙電源自動切換裝置的應用現(xiàn)場，方便操作人員觀察操作，采用四位數(shù)碼管及12個發(fā)光二極管顯示系統(tǒng)的狀態(tài)及參數(shù)。6個按鍵，其中4個按鍵用于進行過壓欠壓動作值以及動作時間中延時時間的設置，另外2個按鍵分別提供了手動和自動工作模式，自投自復和互為備用兩種工作模式，用戶可以根據(jù)需要進行工作模式的選擇。 通訊電路9與單片機10相連。通訊電路9包括485通訊電路和CAN通訊電路，參照圖8，RS485通訊電路采用MAX485電平轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn)RS485通訊。參照圖9，CAN通訊電路采用芯片TJA1040作為其收發(fā)器，實現(xiàn)CAN總線通訊。上述通訊電路9采用光耦隔離芯片6W37可靠地將輸入輸出進行隔離，降低干擾。 上述繼電器驅(qū)動電路、鍵盤電路7和顯示電路8及通訊電路9均為已知技術，故不作贅述。 上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計方案前提下，本領域中普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權利要求書中。
權利要求
1.一種雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，包括主、副變壓器(1、2)，其特征在于還包括電壓檢測電路G)、電源電路(6)、切換電路(3)及其開關位置回饋電路(5)、單片機(10)和通訊電路(9)，其中，所述電壓檢測電路⑷接在所述主、副變壓器(1、2)與所述單片機(10)之間，所述電源電路(6)與所述電壓檢測電路(4)相連，所述開關位置回饋電路( 接在所述切換電路⑶與所述單片機(10)之間，所述通訊電路(9)與所述單片機(10)相連，所述電壓檢測電路⑷分別采集所述主、副變壓器(1、2)的AB線電壓和AC線電壓，經(jīng)變壓、整流和濾波后接至所述單片機(10)，所述單片機(10)將采集到的所述主、副變壓器(1、2)的AB 線電壓和AC線電壓采用賦值比較法分別轉(zhuǎn)換為三相電壓，并與所述三相電壓的設定值進行比較，然后將相應的電源切換指令發(fā)送至所述切換電路(3)，所述切換電路C3)完成相應的電源切換動作；所述賦值比較法將所述主、副變壓器(1、2)的AB線電壓和AC線電壓轉(zhuǎn)換為三相電壓的步驟包括1)在公式Uac2 = Ua2+Uc2+UaXUc、Uab2 = Ua2+Ub2+UaXUb 和 Ubc2 = UB2+UC2+UBXUc 中，對三個相電壓分別賦以初值，即令Ua = 220V, Ub = 220V, Uc = 220V，得出其線電壓UAB、UAC和 UBC 值；2)令UAB = Uab2-Ua2-Ub2-UaXUb, UAC = Uac2-Ua2-Uc2-UaXUb 禾口 UBC = UBC2-UB2-UC2-UBXUC，判斷如果UAB > 0，UAC > 0，則Ua偏小，讓Ua自加1 ；如果UAB > 0，UBC > 0，則Ub偏小，讓Ub自加1 ；如果UAC > 0，UBC > 0，則Uc偏小，讓Uc自加1 ；如果UAB < 0，UAC < 0，則Ua偏大，讓Ua自減1 ；如果UAB < 0，UBC < 0，則Ub偏大，讓Ub自減1 ；如果UAC < 0，UBC < 0，則Uc偏大，讓Uc自減1 ；通過循環(huán)代入求解，得到不斷逼近三個相電壓UA、UB和Uc的真實值，直到最后近似等于真實值。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于還包括鍵盤電路(7) 和顯示電路(8)，所述鍵盤電路(7)和顯示電路(8)分別與所述單片機(10)相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于其中所述切換電路( 包括光耦合放大器電路和與之相連的繼電器驅(qū)動電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于其中所述單片機(10) 采用型號為MC9S08DZ60的芯片構(gòu)成。
5.根據(jù)權利要求4所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于其中所述電源電路(6) 采用型號為LM2596的芯片構(gòu)成。
6.根據(jù)權利要求5所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于其中所述光耦合放大器電路采用型號為IL420X007的芯片構(gòu)成。
7.根據(jù)權利要求6所述的雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，其特征在于其中所述通訊電路(9) 包括485通訊電路和CAN通訊電路。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，包括主副變壓器、電壓檢測電路、電源電路、切換電路及其開關位置回饋電路、單片機、鍵盤電路、顯示電路和通訊電路。電壓檢測電路分別采集主、副變壓器的AB線電壓和AC線電壓，單片機將采集到的主、副變壓器AB線電壓和AC線電壓分別轉(zhuǎn)換為三相電壓，并與三相電壓的設定值進行比較，然后將相應的電源切換指令發(fā)送至切換電路，切換電路完成相應的電源切換動作。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的優(yōu)點和積極效果在于可以減少2個檢測變壓器，檢測方式得到簡化，采用電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成電源電路用于自身供電，省去了外接電源，降低了雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的成本。由于增加了通訊電路，功能進一步完善，使用非常方便。
全文摘要
本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器，包括主副變壓器、電壓檢測電路、電源電路、切換電路及其開關位置回饋電路、單片機、鍵盤電路、顯示電路和通訊電路。電壓檢測電路分別采集主、副變壓器的AB線電壓和AC線電壓，單片機將采集到的主、副變壓器AB線電壓和AC線電壓分別轉(zhuǎn)換為三相電壓，并與三相電壓的設定值進行比較，然后將相應的電源切換指令發(fā)送至切換電路，切換電路完成相應的電源切換動作。本發(fā)明雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的優(yōu)點和積極效果在于可以減少2個檢測變壓器，檢測方式得到簡化，采用電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成電源電路用于自身供電，省去了外接電源，降低了雙電源轉(zhuǎn)換自動控制器的成本。由于增加了通訊電路，功能進一步完善，使用非常方便。
文檔編號H02J9/06GK102570586SQ20111041512
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者盧其威, 孔德煜, 巫海東, 王肅珂 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)