專利名稱：智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種集雙供電交流電源(單相電網(wǎng)電和逆變電)系統(tǒng)間的雙向自動“無縫”智能切換和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能于一體的電力電子控制裝置，具體地講是一種雙供電交流電源(單相電網(wǎng)電和逆變電)系統(tǒng)間的雙向智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)。
背景技術(shù)：
在要求交流不停電供電或?qū)涣鞴╇婋娫促|(zhì)量有特殊要求的用電設(shè)備系統(tǒng)中，都采用電網(wǎng)供電(或主供電)與逆變電供電的雙供電方式供電，以確保一旦主供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，及時準(zhǔn)確可靠地把逆變電投上，保證用電設(shè)備安全可靠運行。特別對于計算機或計算機網(wǎng)絡(luò)的供電系統(tǒng)、通訊或信號設(shè)備的供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控設(shè)備的供電系統(tǒng)等及其它不允許突然瞬間斷電或?qū)╇婋娫促|(zhì)量要求苛刻的用電設(shè)備或系統(tǒng)，要求雙供電電源之間能“無縫”智能切換(即“0”切換)，而不對用電設(shè)備即負載產(chǎn)生不良影響。現(xiàn)有的切換裝置或靜態(tài)開關(guān)，僅具有一般的切換功能，切換時間在數(shù)ms甚至10ms以上；不具備逆變電頻率、相位的自動跟蹤調(diào)節(jié)功能，不能實現(xiàn)雙供電電源系統(tǒng)間的“無縫”切換，或雙供電電源系統(tǒng)間的頻率和相差造成的電壓波動不可避免地會對負載造成影響。同時，現(xiàn)有的切換裝置或靜態(tài)開關(guān)不具有對雙供電電源信息處理和與計算機通訊及管理功能，不能完成對多達16個逆變并聯(lián)模塊進行監(jiān)控和信息處理，不具有智能功能和特征；也不具獨立單元結(jié)構(gòu)，通用性差。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，以實現(xiàn)雙供電電源系統(tǒng)間“無縫”雙向自動切換；雙供電電源信息的在線檢測與計算、監(jiān)控與調(diào)整、參數(shù)預(yù)置與修改、信息儲存與查詢、計算機管理與通訊，以克服上述的不足。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型由DSP(數(shù)字信號處理器)及外圍電路構(gòu)成，其特點是DSP通過內(nèi)置的CAN(控制局域網(wǎng))芯片與各逆變模塊之間進行雙向通訊，DSP內(nèi)部的比較單元通過并機總線電路向各個逆變器輸出頻率和相位與市電相同的矩形波，DSP內(nèi)部的捕捉單元接收來自市電和逆變電過零檢測信號，DSP內(nèi)置的A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換電路與市電和逆變電模擬量信號相連接，DSP還輸出一個市電或逆變電接通或斷開信號至驅(qū)動市電或逆變電投切的開關(guān)箱驅(qū)動電路；上述DSP外圍還通過總線隔離電路與一個由微處理器構(gòu)成的監(jiān)控部分相連接，監(jiān)控部分與DSP之間的數(shù)據(jù)交換通過靜態(tài)RAM實現(xiàn)，附屬電路包括總線隔離和仲裁邏輯，微處理器中設(shè)置有CAN控制器和CAN接口芯片，微處理器與逆變器之間通過CAN總線進行雙向通訊；上述微處理器主要由單片機構(gòu)成，在微處理器上設(shè)置有單片機與DSP相連接的接口電路，單片機的輸入端還連接有各逆變模塊保險檢測信號，單片機通過CAN總線與逆變器之間進行雙向通訊；上述單片機上還設(shè)置有與上位機進行通信的通訊接口，通訊接口與單片機之間通過一個電平轉(zhuǎn)換器相連接。
本實用新型采用了上述雙CPU結(jié)構(gòu)，為靜態(tài)開關(guān)智能化和實現(xiàn)高精度、高性能控制奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本實用新型原理框圖。
圖2為本實用新型監(jiān)控部分原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。
本實用新型針對雙供電電源系統(tǒng)間的“無縫”雙向自動切換、以及多達16個逆變模塊并機供電的要求，選用了性價比高、功能強大的DSP為主控芯片，以支持逆變電與電網(wǎng)電實現(xiàn)高精度頻率、相位同步控制和參數(shù)檢測計算及切換等控制軟件；采用了價格低廉的89C52單片機和CAN總線技術(shù)，以支持實現(xiàn)監(jiān)控和與上位機，與底層逆變模塊的通訊功能軟件；采用GAL器件構(gòu)成搶答仲裁競爭，解決兩個CPU讀寫沖突；采用128*64點陣式液晶顯示器，通過上、下、左、右及回車鍵構(gòu)成人機接口，實現(xiàn)供電方式(電網(wǎng)電或逆變電)、語種(中文或英文)以及系統(tǒng)菜單選擇、參數(shù)顯示等；采用非易失性RAM結(jié)構(gòu)，作為系統(tǒng)公共數(shù)據(jù)區(qū)，解決兩個CPU的通訊。
在本實用新型中(圖1所示)控制核心采用美國TI公司生產(chǎn)的TMS320LF240A型DSP(Digital Signal Processing)，它完成使逆變器同市電相位和頻率的同步、對逆變電和市電的檢測以及根據(jù)檢測的結(jié)果通過系統(tǒng)內(nèi)部的小型智能決策控制器驅(qū)動開關(guān)箱決定負載由哪路電源供電。過零檢測電路用于將交流市電和交流逆變電轉(zhuǎn)換成同頻率、同相位的矩形波，輸入給DSP，經(jīng)過DSP內(nèi)部的捕獲單元，可以得到市電和逆變電的頻率和相位。220V的市電和逆變電經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路變成0-3V的低壓直流電，由DSP的A/D采樣單元進行幅值采樣。通過過零檢測電路和電平轉(zhuǎn)換電路，小型智能決策系統(tǒng)可以得到市電和逆變電的頻率、相位和幅值等信息。為了使各個逆變器輸出的220V交流電達到同市電的同頻率和同相位，DSP智能決策系統(tǒng)檢測到市電的頻率和相位后，通過DSP內(nèi)部的比較單元和并機總線電路向各個逆變器輸出頻率和相位與市電相同的矩形波。根據(jù)并機總線上靜態(tài)開關(guān)發(fā)出的矩形波，逆變器調(diào)整輸出交流電的頻率和相位，可以使之與市電的頻率和相位達到一致，這就是逆變電和市電的同步過程。智能數(shù)字式新型靜態(tài)開關(guān)除了和各個逆變器模塊通過同步總線相連接外，還通過CAN總線相連接，通過CAN總線靜態(tài)開關(guān)可以與各逆變器模塊進行通信，得到逆變器模塊的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)。
本實用新型的工作過程是如負載主供電為市電，則靜態(tài)開關(guān)通過過零檢測電路得到市電的頻率和相位，并通過并機總線輸出和市電同頻率、同相位的矩形波，逆變器根據(jù)這個矩形波使逆變器的輸出和市電同步，此時逆變器處于熱等待狀態(tài)。DSP智能決策系統(tǒng)驅(qū)動開關(guān)箱使市電向負載供電。當(dāng)市電掉電或出現(xiàn)故障時，DSP智能決策系統(tǒng)根據(jù)采樣輸入，判斷出市電不正常，轉(zhuǎn)換輸出邏輯，通過開關(guān)箱驅(qū)動進行切換，使逆變電向負載供電。當(dāng)市電恢復(fù)正常后，DSP智能決策系統(tǒng)通過采樣輸入和過零檢測電路判斷市電在正常范圍內(nèi)，通過并機總線使逆變器輸出與市電達到同步，同步后DSP智能決策系統(tǒng)轉(zhuǎn)換輸出邏輯，通過開關(guān)箱驅(qū)動進行切換，使市電向負載供電，逆變電又處于熱等待狀態(tài)。
在本實用新型中，除了由DSP及其外圍電路所組成的系統(tǒng)完成靜態(tài)開關(guān)主控功能外，還設(shè)計了另外一個由89C52組成的監(jiān)控單元完成和計算機進行數(shù)據(jù)通信，將靜態(tài)開關(guān)和逆變器的數(shù)據(jù)通過串行通信接口傳送給計算機，或接收計算機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。89C52監(jiān)控系統(tǒng)和DSP智能決策系統(tǒng)通過總線隔離電路、公共靜態(tài)RAM和仲裁電路完成數(shù)據(jù)的交互。
本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)(如圖2所示)主要完成智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)和計算機的數(shù)據(jù)通信。通過總線隔離電路、公共靜態(tài)RAM和仲裁電路等與靜態(tài)開關(guān)的接口電路，監(jiān)控單元可以得到靜態(tài)開關(guān)所采集的數(shù)據(jù)。RS232串行通信接口用于監(jiān)控單元和計算機之間的數(shù)據(jù)通信，CAN總線接口電路用于監(jiān)控單元采集各個逆變器的數(shù)據(jù)。在監(jiān)控單元中，還設(shè)計了人機接口電路，即液晶顯示和按鍵接口電路。通過人機接口，用戶可以查看靜態(tài)開關(guān)和各個逆變器內(nèi)部的參數(shù)，并可以完成同計算機及逆變器進行數(shù)據(jù)通信的操作。
權(quán)利要求1.一種智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，由DSP數(shù)字信號處理器及外圍電路構(gòu)成，其特征在于DSP通過內(nèi)置的CAN控制局域網(wǎng)總線與各逆變模塊之間進行雙向通訊，DSP內(nèi)部的比較單元通過并機總線電路向各個逆變器輸出頻率和相位與市電相同的矩形波，DSP內(nèi)部的捕捉單元接收來自市電和逆變電過零檢測信號，DSP內(nèi)置的A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路與市電和逆變電模擬量信號相連接，DSP還輸出一個市電或逆變電接通或斷開信號與驅(qū)動市電或逆變電投切的開關(guān)箱驅(qū)動電路相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，其特征在于DSP外圍還通過總線隔離電路與一個由微處理器構(gòu)成的監(jiān)控部分相連接，監(jiān)控部分與DSP之間的通訊通過靜態(tài)RAM實現(xiàn)，附屬電路包括總線隔離和仲裁邏輯，微處理器中設(shè)置有CAN控制器和CAN接口芯片，微處理器與逆變器之間通過CAN總線進行雙向通訊。
3.如權(quán)利要求2所述的智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，其特征在于微處理器主要由單片機構(gòu)成，在微處理器上設(shè)置有單片機與DSP相連接的接口電路，單片機的輸入端還連接有各逆變模塊保險檢測信號，單片機通過CAN總線與逆變器之間進行雙向通訊。
4.如權(quán)利要求3所述的智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，其特征在于單片機上還設(shè)置有與上位機進行通信的通訊接口，通訊接口與單片機之間通過一個電平轉(zhuǎn)換器相連接。
5.、如權(quán)利要求1所述的智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，其特征在于DSP采用美國TI公司生產(chǎn)的TMS320LF240A型DSP。
6.如權(quán)利要求3所述的智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，其特征在于單片機采用89C52。
專利摘要本實用新型涉及一種智能型數(shù)字式靜態(tài)開關(guān)，由DSP及外圍電路構(gòu)成，其特點是DSP通過內(nèi)置的CAN總線與各逆變模塊之間進行雙向通訊，DSP內(nèi)部的比較單元通過并機總線電路向各個逆變器輸出頻率和相位與市電相同的矩形波，DSP內(nèi)部的捕捉單元接收來自市電和逆變電過零檢測信號，DSP內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換電路對市電和逆變電模擬量信號進行A/D轉(zhuǎn)換，DSP還輸出一個市電或逆變電接通或斷開信號與驅(qū)動市電或逆變電投切的開關(guān)箱驅(qū)動電路相連接；DSP外圍還與一個監(jiān)控部分相連接。本實用新型能在雙供電電源系統(tǒng)間“無縫”雙向自動智能切換；雙供電電源信息的在線檢測與計算、監(jiān)控與調(diào)整、參數(shù)預(yù)置與修改、信息儲存與查詢、計算機管理與通訊。
文檔編號H03K17/08GK2674764SQ20032012544
公開日2005年1月26日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者蘇義鑫, 鄭曉敏, 吳勇, 姚繼忠, 畢小龍, 秦珀石, 王攀, 秦娟英 申請人:武漢理工大學(xué), 武漢普天通信設(shè)備集團有限公司