[发明专利]相电输出自动交换装置及其控制方法

权利要求书

1.相电输出自动交换装置，其特征在于，包括A相、B相、C相、零线N、A接线口、B接线口、C接线口、一号负载接口(811)、二号负载接口(822)、三号负载接口(833)、控制器(107)、节点J1、节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J6、节点J7和节点J8；

还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器(101)、一号相电压采样电路(102)、一号单相逆变电源(103)、一号过滤器(104)、一号隔离变压器(105)、一号负载接口电压采样电路(108)、接口功率因数监测器(109)、二号相电压采样电路(110)、二号单相逆变电源(1030)、二号过滤器(1040)，二号隔离变压器(1050)、二号负载接口电压采样电路(1080)、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K17、开关K18、开关K19、开关K20和开关K21；

所述A相连接在A接线口的火线输入端上，B相连接在B接线口的火线输入端上，C相连接在C接线口的火线输入端上，所述A接线口的零线输入端、所述B接线口的零线输入端和所述C接线口的零线输入端均与零线N连接；

所述开关K19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关K1的一端、A接线口的输出端、开关K9的一端、开关K13的一端和开关K15的一端分别与节点J1连接；

所述开关K20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关K2的一端、B接线口的输出端、开关K8的一端、开关K12的一端和开关K14的一端分别与节点J2连接；

所述开关K21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关K3的一端、C接线口的输出端、开关K7的一端、开关K10的一端和开关K11的一端分别与节点J3连接；

所述一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关K4的一端、开关K5的一端和开关K6的一端分别与节点J4连接；

所述二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关K16的一端、开关K17的一端和开关K18的一端分别与节点J5连接；

所述开关K4的另一端、开关K9的另一端、开关K10的另一端、开关K14的另一端、开关K16的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点J6连接；

所述开关K5的另一端、开关K8的另一端、开关K11的另一端、开关K15的另一端、开关K17的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点J7连接；

所述开关K6的另一端、开关K7的另一端、开关K12的另一端、开关K13的另一端、开关K18的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点J8连接；

所述开关K1的另一端、开关K2的另一端和开关K3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，所述一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，所述一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；

所述开关K19的另一端、开关K20的另一端和开关K21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，所述二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，所述二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；

一种根据相电输出自动交换装置的控制方法，所述控制方法包括负载接口供电相自动交换过程，所述负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-1)设功率因数P_AC＝||A相功率因数|-|C相的功率因数||，功率因数P_AB＝||A相功率因数|-|B相的功率因数||，功率因数P_BC＝||B相功率因数|-|C相的功率因数||；

(5-2)三相功率因数监测器在设定时间间隔内对A相、B相和C相分别进行功率因数平衡监测，并将每相的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

若控制器对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后得到当前功率因数最大的相为A相，当前功率因数最小的相为C相，并且此时有功率因数P_AC大于设定值P₀时，则需要确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由A相、B相和C相这三相中的哪一相在对其进行供电；

(5-3)控制器立即给接口功率因数监测器发出接口监测指令，接口功率因数监测器立即对一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的功率因数同时进行监测，并将一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口上的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；

当控制器对接口功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后即可分别确定出一号负载接口、二号负载接口和三号负载接口当前分别是由A相、B相和C相这三相中的哪一相在对其进行供电；

若此时确定出一号负载接口上的供电相由A相供电，二号负载接口上的供电相由B相供电，三号负载接口上的供电相由C相供电，则此时的开关K7、开关K8和开关K9均处于闭合状态，此时的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K17和开关K18均处于断开状态，此时的一号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上，二号相电压采样电路的采样闸刀位于d端上；

(5-4)为使A相、B相和C相上的功率因数两两绝对值之差后的绝对值小于设定值P₀，则需要将一号负载接口上的供电相由A相供电变为由C相供电，二号负载接口上的供电相仍由B相供电，三号负载接口上的供电相由C相供电变为由A相供电；

(5-5)将一号负载接口上的供电相由A相供电变为由C相供电和将三号负载接口上的供电相由C相供电变为由A相供电的负载接口供电相自动交换过程如下：

(5-5-1)首先，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的a采样端上与A相接通，一号相电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关K1闭合使一号单相逆变电源与A相接通；在控制器的控制下，一号单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成一号闭环控制，在控制器中产生一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与A相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关K4和断开开关K9，此时一号负载接口上的供电相的状态还是与A相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关K1闭合，让一号相电压采样电路的采样闸刀连接到一号相电压采样电路的c采样端上与C相接通，一号相电压采样电路采集C相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使一号单相逆变电源输出的电压信号以C相的电压信号作为参考，以一号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的一号闭环控制，在控制器中产生SPWM的一号驱动信号，使一号单相逆变电源输出的一号电压波形先经过一号过滤器过滤后再经过一号隔离变压器输出稳定的一号正弦波电源，并在控制器的控制下使一号隔离变压器输出的一号正弦波电源与C相电压同幅值同相位，此时一号负载接口上的供电相的状态与C相上的供电相的状态相同；

(5-5-2)同理，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的c采样端上与C相接通，二号相电压采样电路采集C相的电压信号并上传给控制器；

然后，让开关K21闭合使二号单相逆变电源与C相接通；在控制器的控制下，二号单相逆变电源输出的电压信号以C相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成二号闭环控制，在控制器中产生二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与C相电压同幅值同相位；

然后，同时闭合开关K18和断开开关K7，此时三号负载接口上的供电相的状态也与C相上的供电相的状态相同；

接着，仍然让开关K21闭合，让二号相电压采样电路的采样闸刀连接到二号相电压采样电路的a采样端上与A相接通，二号相电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器；控制器采用移相控制，使二号单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以二号单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成新的二号闭环控制，在控制器中产生SPWM的二号驱动信号，使二号单相逆变电源输出的二号电压波形先经过二号过滤器过滤后再经过二号隔离变压器输出稳定的二号正弦波电源，并在控制器的控制下使二号隔离变压器输出的二号正弦波电源与A相电压同幅值同相位，此时三号负载接口上的供电相的状态与A相上的供电相的状态相同；

(5-5-3)然后，同时闭合开关K10、断开开关K4、闭合开关K13和断开开关K18，此时一号负载接口上的供电相完全由C相供电，三号负载接口上的供电相完全由A相供电；

(5-5-4)最后，将一号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，将二号相电压采样电路的采样闸刀转动到d端上，断开开关K1和断开开关K21，从而使一号相电压采样电路、一号单相逆变电源、一号过滤器、一号隔离变压器、二号相电压采样电路、二号单相逆变电源、二号过滤器和二号隔离变压器均退出负载接口供电相自动交换的作业；

(5-5-5)至此，将一号负载接口上的供电相由A相供电变为由C相供电和将三号负载接口上的供电相由C相供电变为由A相供电的负载接口供电相自动交换过程结束；

(5-5-6)同理，将一号负载接口上的供电相、二号负载接口上的供电相和三号负载接口上的供电相两两相交换的原理与将一号负载接口上的供电相由A相供电变为由C相供电和将三号负载接口上的供电相由C相供电变为由A相供电的原理相同。