自动转换开关控制器的设计与实现

自动转换开关控制器的设计与实现
[摘要]工业发达国家已把电气控制工程中的自动转换开关电器生产、使用列为重点产品加以限制与规范。

鉴于其在电气自动化控制方面的重要性，本文作者从自动转换开关电器及其成套设备(APSE)的技术发展历史，类型及特点等方面展开介绍，进而来介绍一下自动转换开关控制器的设计与实现
[关键词]多功能电气设备；电气控制；自动转换开关
1.1引言
自动转换开关电器(ATSE)主要用于紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用)电源的开关电器，以确保重要负荷连续的可靠运行。

因此APSE常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。

转换一量失败将会造成电源短路或重要负荷断电(甚至短暂停电)的危害。

因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。

我国自动转换开关电器的研制和生产在20世纪90年代代还处于空白状态，也无国家标准。

国内所需的双电源转换装置往往由设计、成套部门用接触器、继电器等产品的组合进行替代。

该种产品往往因没有经过试验检测，其可靠性、安全性存在较大隐患。

1.2自动转换开关的发展历史
自动转换开关的历史悠久，在将电作为主要能源后。

由于对重要负载的供电存在不同电源间的转换问题，ATSE必然会得到应用。

以往的ATSE一般都是由设计院设计、电气成套企业或用户直接用接触器、继电器、刀开关或由断路器，机械联锁、控制器构成双电源转换系统。

伴随各种用户或用电系统对提高自动化程度的需求和新技术的应用，自动转换开关逐渐得到发展和应用。

特别是20世纪80年代以后，国外公司推出的不同型式的ARISE纷纷进入市场。

我国在20世纪90年代中期，针对国内市场需求，众多研究开发单位和生产制造企业开始专门研究开发和生产营销ATSE,使ATSE得到快速发展，经历了以低压电器分立元件构成ATSE,以模拟电路应用为主的机电一体化产品，以高性能的新型电器元件为基础并采用以CPU为核心的智能型专用控制器的发展历程。

1.3自动电源转换开关的类型及特点
1.3.1按结构组合形式分类
(1)整体结构方式。

这种转换开关的结构为一个整体的本体开关，它与双向投切开关的转换原理一样。

开关由两组动触头(A和B)、公用静触头及电磁操作机构、机电联锁机构组成。

另外配置有独立的控制器，通过连接导线与本体开关联结。

控制器有完善的参数检测、工况显示及告警功能。

本体开关触头转换的程序在机械结构上就被固定，只能是“通－断－通”，因此本体开关无论自动控制还是手动操作，乃至开关出现问题，都不会造成2个电源同时投入使环网短路的危险情况。

(2)组合结构方式。

这种转换开关的结构由2台断路器(或接触点或开关)及电动(磁)执行机构、机电联锁机构组成。

另外配置独立的或一体装设的控制器，相互之间通过导线联结。

1.3.2按电气性能分类
(1)PC级自动转换开关。

PC级自动转换开关能够接通、承载短路，但不能分断短路电流因此未配备过电流脱扣保护。

通常使用PC级自动转换开关，应在开关前或后配置短路保护电器。

整体结构式的转换开关一般为PC级。

(2)CB级自动转换开关。

CB级自动转换开关能够接通、承载并允许分断短路电流，本身就具备短路电流保护功能。

在短路或过载时。

自动转换开关因保护动作分闸，闭锁了自动转换功能，而不再进行自动转换。

只有当电压失压或异常时，自动转换开关才进行自动转换。

1.4应用方式
根据电源系统的不同，以及控制负载对电源切换方式和电源恢复后的复位方式的不同要求ATSE在应用中又可分为如下几种：
(1)自投自复(R)对两路电源(分别称为常用电源和备用电源)进行自动切换。

正常状态时由常用电源供电，当常用电源出现异常时，经已设定的延时后自动切换至备用电源：当常用电源恢复正常后，经已设定的延时后自动返回至常用电源。

(2)自投手复(s)对两路电源进行自动切换，在常用电源出现异常时，经已设定的延时后自动切换至备用电源，但当常用电源恢复正常后，不能自动回复，而是当备用电源再现异常才进行切换。

(3)电网一发电(f)对电网和发电两路电源进行自动切换，发电设备通常为柴油发电机组。

在电网电压低于设定值时(一般为85％额定电压)，经发电延时指令发出发电指令(以一组常开常闭触点控制)。

当发电电压达到85％额定电压时，先从电网断开负载电路，经延时发出卸载指令，卸去次要负载(以另一组常开常闭触点控制)，再经延时接通发电电源。

当电网电压恢复正常(达到85％额定电压以上)后。

经延时将负载电路从发电电源断开，再经延时，自动切换到电网供电。

1.5工作原理
ATSE的智能控制器对常用电源和备用电源同时进行监控，并显示其运行状态及故障信息。

A型(电网→电网)、B型(电网→发电机)、T型(通用型带通信接口)工作原理基本类同。

B型在A型基础上增加发电机起动触头用于控制发电机开停，并带有装／卸载触头用于控制接触器或带电操机构的断路器实施对次要负载的装(电网供电时)／卸(发电机供电时)载操作。

T型在A型基础上增加通信接口，实时通过总线向计算机提供APSE运行状态及电源信息，并可通过计算机控制ATSE及发电机工作，或修改APSE运行参数，实现遥测、遥调、遥控、遥信功能。

APSE的智能控制器，在“自投自复”工作方式下，当常用电源出现停电、欠压、过压、缺相等故障时，“常用电异常”指示灯亮，APSE自动将负载从常用电源切除并转换至备用电源(b型在常用电源出现异常时延时10s后向发电机发出起动信号，并特备用电源供电正常后转换至备用电源)-如果常用电源恢复正常，则自动将负载从备用电源返回至常用电源(B型此时将关闭发电机起动信号)。

在常用电源正常供电工作的情况下，如果备用电源出现欠压、过压或缺相等故障，则控制器面板上相应发光二级管发亮指示异常A型伴有蜂鸣报警提醒处理(B型在此时不蜂鸣报警)。

当常用电源、备用电源均异常时，ATSE停止向负载供电并声光报警。

在“常用供电”工作方式下仅限常用电源向负载供电，当常用电源异常时(非停电或备用电源有电时)，负载与供电电源脱离。

并声光报警。

在“备用供电”工作方式下仅限备用电源向负载供电。

当备用电源异常时(非停电或常用电源有电时)，负载与供电电源脱离，并声光报警。

在“断电再扣”工作方式下负载与供电电源脱离或再扣断路器。

当负载出现过载或短路引起断路器脱扣时。

相应脱扣指示灯亮并蜂鸣报警。

特故障排除，按“断电再扣”后方可按工作方式选择“自投自复”、“常用供电”或“备用供电”。

下图为控制器在实际线路中的接线图控制器在实际应用中的接线图
1.6本论文的主要工作
根据实际需要设计自动转换开关控制器，使其具有以下主要的功能和特点。

主要功能：
1.指示当前接入的电源状态：
2.指示当前电源工作状态：
3.任一路停电时，其控制开关自动将负荷换到另一路输出：
4.双路电源同时停电时，由主电源供电：
5.可提供0-30S的可调延时
6.有手动／自动切换功能，可实现远程操作：
主要特点：
1.采用单片机程序先断后台控制：
2.继电器开关量瞬时输出：
3.程序、电气同时联馈：
4.体积小巧，置于开关柜面板，便于操作。