自动转换开关电器以及判断和处理其故障的方法 【技术领域】
本发明涉及一种自动转换开关电器，特别是涉及一种能够判断和处理手柄折断、触头熔焊以及转换开关内部脱扣故障的自动转换开关电器。本发明还涉及一种判断和处理自动转换开关电器故障的方法。
背景技术
自动转换开关电器，又称ATSE(Automatic Transfer SwitchingEquipment)，包括一个或几个转换开关电器以及操作机构。在重要的用电场所，ATSE用于检测电路，并在一个电源出现问题而不能继续为负载设备正常供电时，切换到另一个电源，从而保证负载设备的连续工作。然而，在使用过程中，ATSE在解决不同电源之间的切换问题的同时，其自身也可能出现各种问题。例如当转换开关的手柄折断时，无法通过转换开关的手柄来断开转换开关，如果此时将常用电源切换到备用电源，则会使相互之间进行切换的两个电源短路。这极有可能会造成火灾或者造成负载设备的损坏。同样，当转换开关的触头熔焊时，尽管从外观上看手柄处于断开位置，然而由于转换开关内部发生了熔焊现象，所以致使发生熔焊的转换开关实际上处于闭合状态。如果此时将常用电源切换到备用电源将会产生与手柄折断相同的危险。此外，转换开关可能因多次使用而致使其内部触头不能扣合，故无法继续继续使用，并最终影响其所属的ATSE的作用的实现。因此，在发生脱扣故障的时候，往往希望及时找到问题所在，并及时更换已经失效的转换开关。否则当备用电源也出现问题时，将无法再次进行电源切换。
以往，本领域技术人员解决上述问题的方法通常为，例如为了避免可能因手柄折断和/或触头熔焊所造成的短路的危险，而在ATSE之外再连接数个熔断器。这样做的缺点在于，增加了整个设备所占用的空间和安装的复杂性，并提高了设备成本，同时由于无法对例如手柄折断、触头熔焊、转换开关脱扣的故障原因和位置作出及时判断，所以维修人员需要耗费大量时间来寻找和排除故障，从而影响了生产、生活的正常进行，且增大了维修成本。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种自动转换开关电器，特别是提供一种能够判断和处理手柄折断、触头熔焊以及转换开关内部脱扣故障的自动转换开关电器。本发明的另一个目的是提供一种判断和处理自动转换开关电器故障的方法。
为了实现前一个目的，自动转换开关电器包括了常规ATSE的组成部分，即一个常用侧转换开关、一个备用侧转换开关、一个操纵机构、一个控制单元、一个信号处理单元、一组常用电源输入端子、一组备用电源输入端子、一组输出端子以及电源状况信号采集单元。其中常用侧转换开关用于连接常用电源输入端子和输出端子，而备用侧转换开关用于连接备用电源输入端子和输出端子。操纵机构与常用侧转换开关手柄和备用侧转换开关手柄机械地接合，以使操纵机构能够正确地控制各个转换开关手柄的位置。电源状况信号采集单元设置在常用电源输入端子和/或备用电源输入端子上。此外，所述自动转换开关电器还包括有：设置在所述输出端子上的转换开关输出信号采集单元，其用于采集输出端子上的电压信号，并将采集到的电压信号传送到信号处理单元；转换开关手柄位置信号采集单元，其用于采集常用侧转换开关手柄和/或备用侧转换开关手柄的位置信号，并将采集到的信号传送到信号处理单元。
根据本发明的一种实施方式，所述转换开关手柄位置信号采集单元用于将位置信号传送到信号处理单元。信号处理单元对获得的位置信号和来自转换开关输出信号采集单元的电压信号进行分析。信号处理单元设置成，当所述常用侧转换开关从闭合位置变化到打开位置时，如果转换开关处于断开位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号为零，则认为无故障；如果转换开关处于断开位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号不为零，则认为发生了手柄折断和/或触头熔焊故障。当信号处理单元认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障时，为了避免常用电源与备用电源短路，信号处理单元会向控制单元发出信号停止操纵机构，且不会闭合所述备用侧转换开关。
根据本发明的另一实施方式，所述转换开关手柄位置信号采集单元用于将位置信号传送到信号处理单元，所述信号处理单元对所述位置信号与来自所述转换开关输出信号采集单元的电压信号进行分析。信号处理单元设置成，当处于闭合位置的所述常用侧转换开关脱扣时，如果转换开关处于闭合位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号不为零，则认为无故障；如果转换开关处于闭合位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号为零，则认为发生了转换开关内部脱扣故障。当信号处理单元认为存在转换开关内部脱扣时，信号处理单元会向控制单元发出信号停止操纵机构，且不会闭合所述备用侧转换开关。
根据本发明的又一实施方式，所述转换开关手柄位置信号采集单元用于将位置信号传送到信号处理单元。信号处理单元对获得的位置信号和来自转换开关输出信号采集单元的电压信号进行分析。信号处理单元设置成，当所述常用侧转换开关从闭合位置变化到打开位置时，如果转换开关处于断开位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号为零，则认为无故障；如果转换开关处于断开位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号不为零，则认为发生了手柄折断和/或触头熔焊故障；当处于闭合位置的所述常用侧转换开关脱扣时，如果转换开关处于闭合位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号不为零，则认为无故障；如果转换开关处于闭合位置而转换开关输出信号采集单元的电压信号为零，则认为发生了转换开关内部脱扣故障。当信号处理单元认为存在手柄折断和/或触头熔焊时，为了避免常用电源与备用电源短路，信号处理单元会向控制单元发出信号停止操纵机构，且不会闭合所述备用侧转换开关。当信号处理单元认为存在转换开关内部脱扣时，信号处理单元会向控制单元发出信号停止操纵机构，且不会闭合所述备用侧转换开关。
优选地，转换开关手柄位置信号采集单元通过检测操纵机构所处的位置，来确定与操纵机构机械地接合的常用侧转换开关和/或备用侧转换开关的手柄位置。
优选地，本发明的各种实施方式中的所述转换开关为微型断路器(MCB)，但是本发明还可使用塑壳断路器等，任何可用的断路器。
优选地，本发明地各种实施方式中的所述转换开关手柄位置信号采集单元为三个位置传感器，但是也可为任何可行的数量的位置传感器。
优选地，本发明的各种实施方式中的所述位置传感器为光电耦合传感器，但也可为其它适合类型的位置传感器。
优选地，本发明的各种实施方式中的所述自动转换开关电器还包括一个报警装置，用于在所述自动转换开关电器发生故障时报警。
为了实现本发明的后一个目的，本发明提供了一种判断和处理自动转换开关电器故障的方法。
根据本发明的又一实施方式，所述方法包括以下步骤：
在输出端子上采集电压信号，并采集转换开关手柄的位置信号；
信号处理单元分别接收来自所述输出端子上的电压信号和来自所述转换开关手柄位置信号采集单元的位置信号；
分析所述电压信号和所述位置信号，如果常用侧转换开关位于断开位置而输出端子上存在电压信号，则存在手柄折断和/或触头熔焊故障，如果常用侧转换开关处于断开位置而输出端子上不存在电压信号，则无故障。
优选地，在分析所述电压信号和所述位置信号的所述步骤之后，还包括停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的步骤。
优选地，停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的所述步骤之后，还包括报警的步骤。
根据本发明的又一实施方式，一种判断和处理自动转换开关电器的故障的方法，包括以下步骤：
在输出端子上采集电压信号，并采集转换开关手柄的位置信号；
信号处理单元分别接收来自所述输出端子上的电压信号和来自所述转换开关手柄位置信号采集单元的位置信号；
分析所述电压信号和所述位置信号，如果常用侧转换开关处于断开位置而输出端子上不存在电压信号，则存在常用侧转换开关内部脱扣故障，如果常用侧转换开关处于断开位置而输出端子上存在电压信号，则无故障。
优选地，在分析所述电压信号和所述位置信号的所述步骤之后，还包括停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的步骤。
优选地，停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的所述步骤之后，还包括报警的步骤。
根据本发明的又一实施方式，一种判断和处理自动转换开关电器的故障的方法，包括以下步骤：
在输出端子上采集电压信号，并采集转换开关手柄的位置信号；
信号处理单元分别接收来自所述输出端子上的电压信号和来自所述转换开关手柄位置信号采集单元的位置信号；
分析所述电压信号和所述位置信号，如果常用侧转换开关处于断开位置而输出端子上存在电压信号，则存在手柄折断和/或触头熔焊故障，如果常用侧转换开关处于断开位置而输出端子上不存在电压信号，则无故障；如果常用侧转换开关处于闭合位置而输出端子上不存在电压信号，则存在常用侧转换开关内部脱扣故障，如果常用侧转换开关处于闭合位置而输出端子上存在电压信号，则无故障。
优选地，当分析所述电压信号和所述位置信号的所述步骤之后，还包括停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的步骤。
优选地，停止操纵机构且不会闭合所述备用侧转换开关的所述步骤之后，还包括报警的步骤。
本领域技术人员将理解，在一些情况下，本发明中的备用侧也可以作为常用侧来使用，而常用侧也可以作为备用侧来使用。
从上述方案中可以看出，由于本发明避免了常用电源与备用电源短路，并可对故障进行报警，所以有利于保护生产、生活的安全，并节省了时间，降低了成本。
【附图说明】
图1为本发明的自动转换开关电器的主视图；
图2为沿图1中的A-A获得的剖视图；
图3为拆除了前部面板的图1的自动转换开关电器的主视图；
图4a、4b以及4c分别显示了处于常用侧转换开关闭合/备用侧转换开关断开位置、中间位置以及常用侧转换开关断开/备用侧转换开关闭合位置的操纵机构和底盘；
图5为本发明的自动转换开关电器的功能结构示意图；
图6为本发明的自动转换开关电器的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的更加清楚，以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1显示了本发明的自动转换开关电器的主视图。其中，常用电源所在的一侧以字母N表示，备用电源所在的一侧以字母B表示。尽管在本实施方式中，常用侧转换开关1和备用侧转换开关3为微型断路器，但是本领域技术人员将理解所述转换开关1和3也可为其它类型的断路器，例如塑壳断路器等。在使用过程中，所述转换开关1和3的上部分别与底盘6上的一组常用电源输入端子和一组备用电源输入端子连接。常用电源输入端子和备用电源输入端子按照标记(即L1、L2、L3、N)所示分别连接到三相常用电源和备用电源的三个相线和零线。常用侧转换开关1和备用侧转换开关3的下部连接到相同的一组输出端子。常用电源输入端子和备用电源输入端子的各个端子上均装有电源状况信号采集单元11(如图5所示)。在各个输出端子上均装有转换开关输出信号采集单元12(如图5所示)。图1还显示了壳的面板41。壳内包括了操纵机构2(如图4a、4b、4c)和电路板71、72以及73。如图1所示，操纵机构2在常用侧和备用侧分别有两个杆暴露在壳外。信号处理单元13(如图5所示)、控制单元14(如图5所示)以及报警器10(如图5所示)用集成电路板构成。此外，在壳的面板41上，一个指示器标明了N、F、B三个位置，其中位置N表示常用电源闭合/备用电源断开，位置B表示备用电源闭合/常用电源断开，而中间位置F表示两个电源均断开。
图2显示了沿图1的A-A获得的剖视图。其中，壳的主体42和电动机23固定在底盘6上，壳的面板41盖在壳的主体42上。转盘24与电动机23的轴固定在一起。电路板71包含有报警器10，且在电路板71上安装有报警灯和/或报警笛，所述报警灯和/或报警笛的类型和数量可根据不同的实际需要而变化。电路板72包含有信号处理单元13，主要用于分析和处理信号，所述信号包括来自设置在常用电源输入端子和备用电源输入端子上的电源状况信号采集单元11的信号、来自设置在输出端子上的开关输出信号采集单元12的信号以及来自设置在操纵机构2上的转换开关手柄位置信号采集单元5的信号。电路板73包含有控制单元14，控制单元14用于控制电动机23的转动以及报警器10的报警。控制单元14可以控制电动机23旋转，以使操纵机构2从图4a中的常用电源位置经过图4b的中间位置，然后变化到图4c的备用电源位置，或者从备用电源位置经过中间位置变化到常用电源位置。此外，转盘24插入光耦板53中，转盘24在旋转过程中经过光耦板53中的缝隙，并在转盘24的半圆形圆周的中央部分具有缺口25(如图4a、4b和4c所示)。当操纵机构处于中间位置时，即光耦板53中的光可以穿过所述转盘24上的缺口25时，光耦板53会向信号处理单元发出相应的位置信号。
图3显示了用于确定操纵机构2所处位置的光耦板51、52和53的位置，光耦板51、52的工作原理与光耦板53的工作原理类似。操纵机构2包括常用侧叉状件21、备用侧叉状件22以及转盘24，所述叉状件21和叉状件22的朝外的两根杆暴露在壳外，且所述两根杆之间分别容纳有转换开关1和转换开关3的手柄。叉状件21和叉状件22各有两个平行开口，所述每一叉状件的两个平行开口中容纳有三个定位销26，使得叉状件21、22只能沿对称轴B的轴向运动。转盘24在其最远的两个端部各有一个销27，且每一个销27都插入到与该销27所对应的叉状件21和叉状件22上的凹槽中，以在电动机23转动的同时推动叉状件21或叉状件22向上或向下运动，从而实现转换开关1和/或转换开关3的闭合。光耦板51用于判断叉状件21的位置，光耦板52用于判断叉状件22的位置。当光耦板51被叉状件21遮蔽，光耦板53被转盘24遮蔽，而光耦板52未被遮蔽时，则认为常用侧转换开关处于闭合位置而备用侧转换开关处于断开位置；当光耦板52被叉状件22遮蔽，光耦板53被转盘24遮蔽，而光耦板51未被遮蔽时，则认为常用侧转换开关处于断开位置而备用侧转换开关处于闭合位置；当光耦板51、52分别被叉状件21、22遮蔽，而光耦板53未被遮蔽时，则认为操纵机构处于中间位置，即常用侧转换开关和备用侧转换开关都处于断开位置。
图4a、4b以及4c分别显示了处于常用侧转换开关闭合/备用侧转换开关断开位置、中间位置以及常用侧转换开关断开/备用侧转换开关闭合位置的操纵机构和底盘。
图5为本发明的功能结构示意图。其中信号输入部分8由电源状况信号采集单元11、转换开关输出信号采集单元12以及转换开关手柄位置信号采集单元5组成，且单元11、单元12和单元5都将各自的信号交由信号处理单元13处理。信号处理单元13由电子器件组成，并设置成能够对各种信号进行处理，且将进一步处理的信号传送给控制单元14，由控制单元14根据其所接收到的信号来控制操纵机构2和报警器10。信号处理单元13和控制单元14组成处理和控制部分15。操纵机构2和报警器10组成信号输出部分9。
图6为本发明的信号和控制示意图。其中NI表示常用电源状况信号、NO表示常用侧转换开关输出信号、BI表示备用电源状况信号、BO表示备用侧转换开关输出信号。处理和控制部分15分别控制报警器10和操纵机构2。操纵机构2对常用侧转换开关1和备用侧转换开关3进行控制。
根据本发明的第一实施方式，输出端子上的转换开关输出信号采集单元12发出电压信号，而转换开关手柄位置信号采集单元5发出位置信号；信号处理单元13分别接收所述电压信号和所述位置信号；信号处理单元13对所述电压信号和所述位置信号进行分析，并判断常用侧转换开关的位置和/或备用侧转换开关的位置。信号处理单元13还进一步判断是否存在手柄折断和/或触头熔焊和转换开关内部脱扣故障，在处于闭合位置的所述常用侧转换开关脱扣时，如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为存在常用侧转换开关内部脱扣故障；如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为无故障；在所述常用侧转换开关从闭合位置变化到打开位置时，如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为无故障；如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障。
当信号处理单元13认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2，以避免常用电源与备用电源短路。当信号处理单元认为存在转换开关内部脱扣时，控制单元14也将停止操纵机构2。
另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
本发明的第二实施方式的自动转换开关电器具有与第一实施方式完全相同的机械结构和电路结构。其不同之处仅在于，本发明的第二实施方式中的信号处理单元13仅对手柄折断和/或触头熔焊故障进行分析和处理，即在所述常用侧转换开关从闭合位置变化到打开位置时，如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为无故障；如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障。
当信号处理单元13认为存在转换开关内部脱扣故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2，以避免常用电源与备用电源短路。
另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
本发明的第三实施方式的自动转换开关电器具有与第一实施方式完全相同的机械结构和电路结构。其不同之处仅在于，本发明的第三实施方式的信号处理单元13仅对内部脱口故障进行分析和处理，即在处于闭合位置的所述常用侧转换开关脱扣时，如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为存在转换开关内部脱扣故障；如果光耦板如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为无故障。
当信号处理单元13认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2，以避免常用电源与备用电源短路。当信号处理单元认为存在转换开关内部脱扣时，控制单元14也将停止操纵机构2。
另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
根据本发明的第四实施方式，自动转换开关电器故障的判断和处理方法包括以下步骤：
(A)输出端子上的转换开关输出信号采集单元12发出电压信号，而转换开关手柄位置信号采集单元5发出位置信号；
(B)信号处理单元13分别接收所述电压信号和所述位置信号；
(C)信号处理单元13对所述电压信号和所述位置信号进行分析，并判断常用侧转换开关的位置和/或备用侧转换开关的位置。信号处理单元13还进一步判断是否存在手柄折断和/或触头熔焊以及转换开关内部脱扣故障，在处于闭合位置的所述常用侧转换开关发生脱扣时，如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为存在转换开关内部脱扣故障，如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为无故障；在所述常用侧转换开关从闭合位置变化到断开位置时，如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为无故障；如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障；
(D)当信号处理单元13认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2，以避免常用电源与备用电源短路。当信号处理单元认为存在转换开关内部脱扣时，控制单元14也将停止操纵机构2。
(E)另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
本发明的第五实施方式，自动转换开关电器故障的判断和处理方法包括以下步骤：
(A)输出端子上的转换开关输出信号采集单元12发出电压信号，而转换开关手柄位置信号采集单元5发出位置信号；
(B)信号处理单元13分别接收所述电压信号和所述位置信号；
(C)信号处理单元13对所述电压信号和所述位置信号进行分析，并判断常用侧转换开关的位置和/或备用侧转换开关的位置。信号处理单元13还进一步判断是否存在手柄折断和/或触头熔焊故障，在所述常用侧转换开关从闭合位置变化到打开位置时，如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为无故障；如果常用侧转换开关处于断开位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障；
(D)当信号处理单元13认为存在手柄折断和/或触头熔焊故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2，以避免常用电源与备用电源短路。
(E)另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
根据本发明的第六实施方式，自动转换开关电器故障的判断和处理方法包括以下步骤：
(A)输出端子上的转换开关输出信号采集单元12发出电压信号，而转换开关手柄位置信号采集单元5发出位置信号；
(B)信号处理单元13分别接收所述电压信号和所述位置信号；
(C)信号处理单元13对所述电压信号和所述位置信号进行分析，并判断常用侧转换开关的位置和/或备用侧转换开关的位置。信号处理单元13还进一步判断是否存在转换开关内部脱扣故障，在处于闭合位置的所述常用侧转换开关脱扣时，如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号为零，则认为存在转换开关内部脱扣故障；如果常用侧转换开关处于闭合位置，而转换开关输出信号采集单元12的电压信号不为零，则认为无故障
(D)当信号处理单元13认为存在转换开关内部脱扣故障时，信号处理单元13会向控制单元14发出信号。控制单元14在收到所述信号后，将会停止操纵机构2。
(E)另外，当存在故障时，信号处理单元13还会向控制单元14发出信号，控制单元14在收到所述信号后，将会控制报警器10报警。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，本领域技术人员将理解，在一些情况下，本发明中的备用侧也可以作为常用侧来使用，而常用侧也可以作为备用侧来使用。本发明的各种实施方式不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。