曾 舟(泰永科技股份有限公司， 廣東 深圳 518057)

1 引言

在比較重要的場所，為了保證負(fù)載的正常供電，一般由兩路電源供電，對兩路電源的選擇，運(yùn)用最多的是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE)，該開關(guān)電器由控制器部分與本體開關(guān)兩部分組成。用于市電與市電或市電與發(fā)電機(jī)兩路電源之間的轉(zhuǎn)換。主要功能是：當(dāng)兩組電源設(shè)定為一主一備時，將優(yōu)先使用主電源，當(dāng)主電源出現(xiàn)故障時，例如：電源的停電、欠壓、過壓、缺相(部分產(chǎn)品具有對頻率的檢測，超過設(shè)定值時同樣具有轉(zhuǎn)換功能)，控制器部分能夠進(jìn)行快速故障判斷，確認(rèn)出現(xiàn)故障時對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至備用電源，保證給負(fù)載持續(xù)供電。當(dāng)主電源正常時，控制器部分對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至主電源，由主電源給負(fù)載供電。當(dāng)兩組電源設(shè)定為互為備用時，控制器部分將選擇任意一路電源給負(fù)載供電，只有在該電源出現(xiàn)故障時，控制器部分將對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至另一路電源?？刂破鞑糠衷诟鱾€轉(zhuǎn)換過程具有延時可調(diào)、指示、報警、通信等輔助功能。產(chǎn)品符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60947-6-1和國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第6-1部分：多功能電器 轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》(GB/T14048.11)。一般應(yīng)用于兩路電源為相同電壓、相同頻率的交流電源之間的轉(zhuǎn)換。本文所述的特殊場所的應(yīng)用主要是指非相同電壓、相同頻率、相同相數(shù)的電源之間的轉(zhuǎn)換。

2 碼頭輪胎吊機(jī)上ATSE的運(yùn)用

碼頭輪胎吊機(jī)原設(shè)計為自帶三相柴油同步發(fā)電機(jī)，提供輪胎吊機(jī)的所有電能，額定功率為350kW，采用三相三線制，額定線電壓為440V±5%，電流約為550A。采用此種方式，存在以下明顯缺點(diǎn)：1)柴油內(nèi)燃發(fā)電機(jī)噪聲相當(dāng)大，實(shí)際現(xiàn)場往往是多臺吊機(jī)同時工作，更加明顯。2)柴油內(nèi)燃機(jī)尾氣污染大，造成嚴(yán)重的空氣污染。3)柴油發(fā)電成本高，發(fā)電機(jī)接近滿負(fù)荷工作時發(fā)出1kWh電，消耗柴油約為0.35～0.45L，折合約2.8～3.5RMB，柴油發(fā)電機(jī)輕載或空載時單位油耗更大，成本更高。另外，柴油發(fā)電機(jī)還有不少的維修、維護(hù)費(fèi)用。如果使用地面電網(wǎng)電源，成本將極大的降低。

圖1 碼頭輪胎吊機(jī)電路系統(tǒng)圖

為解決以上問題，同時防止出現(xiàn)電源缺相情況發(fā)生，降低電源傳送的難度，考慮從地面配電房送直流電源給各臺輪胎吊機(jī)供電，除了可以滿足要求外，更具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)多臺輪胎吊機(jī)組網(wǎng)由地面直流電源供電，吊裝物品在下降時吊機(jī)的主電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，可以為直流電網(wǎng)反饋電能，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。2)由于是多臺輪胎吊機(jī)組網(wǎng)，大大提高直流電網(wǎng)(局部網(wǎng))的抗沖擊能力。因此，選擇直流電源為優(yōu)先使用電源。直流電源由地面專用的三相變壓器輸出，經(jīng)過全波整流后取得。三相變壓器的線電壓為440V±10%,整流后電壓為600V±10%，單臺輪胎吊機(jī)的額定電流約為580A。

ATSE本體開關(guān)的選擇。A電源(主電源)側(cè)：額定電壓600V±10%(DC)，額定電流630A。B電源(備用電源)側(cè)：額定電壓：440V±5%(AC)，額定電流630A。具體電路系統(tǒng)如圖1所示。

ATSE的特殊要求：

1)本體開關(guān)部分：(1)本體開關(guān)應(yīng)具有獨(dú)立的交流電源輸入/輸出接口與直流電源輸入/輸出接口，交直流電源之間完全隔離。(2)直流電源供電時，直流電壓達(dá)到660V,在大電流、高電壓情況下，直流電源通斷時滅弧相當(dāng)困難，應(yīng)采用多極串聯(lián)的方式，為提高滅弧效果，在設(shè)計上可以考慮運(yùn)用磁吹滅弧，另外對開關(guān)轉(zhuǎn)換的同步性要求極高，應(yīng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝嚴(yán)格保證。

2)控制器部分：(1)為保證工作可靠，應(yīng)加強(qiáng)控制器EMC抗干擾設(shè)計；電源端增加防浪涌器件(如壓敏電阻或放電管)，使其最低能耐受6kV的沖擊電壓；為抵抗諧波或感性負(fù)載運(yùn)行時的干擾串?dāng)_到電源線上，在控制器電源輸入端加裝吸收EFT(脈沖群抗擾度)干擾的裝置(如EFT抑制器或安規(guī)電容和電感)。電源諧波還會疊加到控制器電壓采樣電路，為保證電源電壓采樣的準(zhǔn)確性，避免誤動作，在控制器采樣電路要增加低通濾波處理，軟件設(shè)計時也要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的平滑處理。(2)采用數(shù)碼管顯示，顯示直觀、設(shè)置方便，抗干擾能力強(qiáng)。(3)具有與上位機(jī)通信的功能，方便集中控制。(4)主電源應(yīng)改為直流采樣，備用電源應(yīng)改為交流線電壓采樣。(5)控制器部分電源除了采用400V交流、600V直流供電外，還增加了第三路的24V直流蓄電池供電，當(dāng)兩路電源均出現(xiàn)故障時，仍然可以保證控制器正常工作：正常指示、報警、通信。(6)本體開關(guān)部分的輔助開關(guān)與控制器的反饋線接口連接，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時控制，本體開關(guān)轉(zhuǎn)換更加可靠。

3 在三相電源變成單相電源時轉(zhuǎn)換開關(guān)的運(yùn)用

一般情況下，一個電網(wǎng)中用戶的三相負(fù)載占大多數(shù)，但也有單相負(fù)載，單相負(fù)載中主要是單相照明負(fù)載，各單相負(fù)載比較均勻地分配在三相電源的各相中，當(dāng)用電緊張需要錯峰用電時，必須強(qiáng)制停止三相負(fù)載，但是又應(yīng)該保證用戶單相負(fù)載，特別是單相照明負(fù)載的正常供電。這種情況下，運(yùn)用轉(zhuǎn)換開關(guān)(TSE)的轉(zhuǎn)換功能，起到三相電源變成單相電源的作用，是極好的選擇。

圖2 三相變單相運(yùn)用原理圖

用電緊張需要錯峰用電，轉(zhuǎn)換開關(guān)需要轉(zhuǎn)換時，由供電局監(jiān)控中心遠(yuǎn)程發(fā)出指令，傳輸至各臺轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制器，因此控制器需要具有通訊功能，且能夠與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時通訊，彼此之間通訊協(xié)議需要完全匹配。這種情況下，該雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能、用途已經(jīng)發(fā)生了改變，不再是傳統(tǒng)的“當(dāng)一路電源出現(xiàn)故障(例如：停電、欠壓、過壓、缺相、過頻率、欠頻率)后，快速自動轉(zhuǎn)換到另外一路電源(假設(shè)此電源是正常的)”。該轉(zhuǎn)換開關(guān)完全是由供電局遠(yuǎn)程控制，按實(shí)際要求操作轉(zhuǎn)換，也就是說是人為的遠(yuǎn)程操作、控制轉(zhuǎn)換，與電源是否有故障沒有任何關(guān)系。因此，控制器對電源的檢測只用于顯示，不進(jìn)行判斷，也不根據(jù)電源是否出現(xiàn)故障情況對本體開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。

不同區(qū)域負(fù)載使用不同的轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行控制，不同的轉(zhuǎn)換開關(guān)單相進(jìn)線選擇接入不同的相線，即L1、L2、L3的其中一相，從而達(dá)到電網(wǎng)各相負(fù)載的平衡。三相變成單相運(yùn)用原理圖(以三臺TSE分別控制三個不同區(qū)域?yàn)槔?見圖2。

對TSE的特殊要求：

1)本體開關(guān)部分：使用通用的3極本體開關(guān)，無特殊要求。

2)控制器部分：(1)為保證工作可靠，應(yīng)加強(qiáng)控制器EMC抗干擾設(shè)計；電源端增加防浪涌器件(如壓敏電阻或放電管)，使其最低能耐受6kV的沖擊電壓；為抵抗諧波或感性負(fù)載運(yùn)行時的干擾串?dāng)_到電源線上，在控制器電源輸入端加裝吸收EFT(脈沖群抗擾度)干擾的裝置(如EFT抑制器或安規(guī)電容和電感)。電源諧波還會疊加到控制器電壓采樣電路，為保證電源電壓采樣的準(zhǔn)確性，避免誤動作，在控制器采樣電路要增加低通濾波處理，軟件設(shè)計時也要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的平滑處理。(2)采用數(shù)碼管顯示，顯示直觀、設(shè)置方便，抗干擾能力強(qiáng)。(3)具有與上位機(jī)通信的功能，方便集中控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。(4)本體開關(guān)部分的輔助開關(guān)與控制器的反饋線接口連接，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時控制，本體開關(guān)轉(zhuǎn)換更加可靠。

4 結(jié)束語

自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE)在有兩路電源供應(yīng)且比較重要的場所已經(jīng)廣泛運(yùn)用，技術(shù)成熟。在一些有特殊要求的場所，對產(chǎn)品進(jìn)行局部的設(shè)計改進(jìn)，完全可以滿足實(shí)際使用要求，并且改進(jìn)、驗(yàn)證周期短，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)明顯。由于本產(chǎn)品已經(jīng)納入國家“3C”認(rèn)證產(chǎn)品范疇，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的補(bǔ)差的形式試驗(yàn)測試，取得證書后方可以投入生產(chǎn)、使用。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第6-1部分：多功能電器 轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(GB/T 14048.11-2008)[S].北京 ：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2]翁瑞琪編.電子工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3]牛新國編.電工技術(shù)常用公式與數(shù)據(jù)手冊[M].北京：總后金盾出版社,2005.