船用互動式GTO交流電源裝置的制作方法

本發明涉及一種交流電源裝置，尤其涉及一種船用互動式GTO交流電源裝置，屬于船舶電氣設備技術領域。

背景技術：

船舶上的一些特殊設備需要連續工作，其中一些是由交流電源供電，裝設在駕駛臺、機艙集中控制臺。上述特殊設備額定電壓通常為單相AC220V，三相不超過AC690V，其功率有大有小。船舶特殊設備通常由主配電板和應急配電板分別供電互為備份，有的由應急配電板供電。船舶建造規范規定：在正常情況下，應急配電板由主配電板供電，當主電源失電時，應急發電機組應能自動啟動并自動向應急配電板及其負載供電，其時間最好在主電源失電后30秒內完成，最長不超過45秒。現代化船舶中智能化程度很高，許多功率較大的自動化設備十分依賴于供電的連續性，如果在工作中途發生短暫(即使是30秒)斷電，將可能造成不良影響，若主電源和應急電源都失電，產生的后果會很嚴重。為防止主電源與應急電源都失電，必要時對功率較小的特殊設備應配置小容量的UPS作為備用電源。

UPS主要由充電器、蓄電池、逆變器、靜態開關及控制電路組成，其中蓄電池是重要組成部分，其儲存能量大小決定了UPS的供電容量與時間。在船舶上內置大量蓄電池會使UPS體積大、份量重，蓄電池需要定期充放電會增加維護成本，并且船舶中的非專門艙室不允許裝設大量的蓄電池，更不允許存在充放電所造成的污染。而船舶公用直流電源由充放電板及蓄電池組所組成，蓄電池組安裝在符合安全條件的專門艙室內，通常蓄電池組容量都比較大，其容量和該船舶所需容量相適應。在主電源與應急電源切換的(約30秒左右)過程中或其都無法供電的情況下，如果能夠利用公用直流電源逆變成為交流電源實現船舶特殊設備的連續供電，可最大限度地延長后備供電的時間。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種船用互動式GTO交流電源裝置，利用公用直流電源逆變成為交流電源實現船舶特殊設備的連續供電，以最大限度地延長后備供電時間。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種船用互動式GTO交流電源裝置，包括主配電板、應急配電板、充放電板、可關斷晶閘管GTO、GTO控制器1、逆變器2，所述主配電板、應急配電板與交流輸出端相連，向交流輸出端提供交流電源，所述主配電板和應急配電板的供電電路互鎖，所述充放電板經可關斷晶閘管GTO與逆變器2的直流端相連，所述可關斷晶閘管GTO對電路通斷進行控制，所述GTO控制器1與可關斷晶閘管GTO的門極相連，所述逆變器2的交流端與交流輸出端相連。

本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現：

前述船用互動式GTO交流電源裝置，還包括電容C、電感L、熔斷器F，所述電容C、電感L、熔斷器F串聯，串聯電路連接于交流輸出端的兩端之間。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：在主電源與應急電源切換的過程中或兩者都無法供電的情況下，利用公用直流電源逆變成為交流電源實現連續供電，其體積較小、重量較輕，無內置蓄電池和充電器，維護工作量極少，可最大限度地延長后備供電的時間，并能節省安裝空間和設備投資。

附圖說明

圖1是本發明GTO交流電源裝置的兩線制電路圖；

圖2是本發明GTO交流電源裝置的三線制電路圖；

圖3是本發明的GTO交流電源裝置兩路互動式電路圖；

圖4是本發明的GTO控制器具體實施例一電路圖；

圖5是本發明的GTO控制器具體實施例二電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，船用互動式GTO交流電源裝置，包括主配電板、應急配電板、充放電板、可關斷晶閘管GTO、GTO控制器1、逆變器2、電容C、電感L、熔斷器F，所述主配電板、應急配電板與交流輸出端相連，向交流輸出端提供交流電源，所述主配電板和應急配電板的供電電路互鎖，所述充放電板經可關斷晶閘管GTO與逆變器2的直流端相連，所述可關斷晶閘管GTO對電路通斷進行控制，所述GTO控制器1與可關斷晶閘管GTO的門極相連，所述逆變器2的交流端與交流輸出端相連，所述電容C、電感L、熔斷器F串聯，串聯電路連接于交流輸出端的兩端之間，起到濾波的作用。本發明可應用于兩線制電路，也可應用于三線制電路，如圖2所示。圖2中的1Q、2Q、3Q為斷路器，常態為合閘位置，主要用于進行短路和過載保護，1KM、2KM為接觸器，主要用于交流電路控制；GTO為可關斷晶閘管，用門極正信號使其觸發導通，用門極負信號使其關斷，主要用于直流電路控制。GTO的額定電流(即陽極可關斷電流的最大值IATO)應按不小于負載電流的3倍選取，GTO的額定電壓(即陽極尖峰電壓Vp)應按不小于線路電壓的2倍選取；逆變器的直流輸入電壓與充放電板提供的直流電壓相同，其交流輸出電壓以及容量按交流負載而定。圖2中，主配電板正常供電時，接觸器1KM自動吸合，接觸器2KM被閉鎖，交流負載由主配電板直接供電；主配電板失電時，接觸器1KM自動釋放，在應急配電板尚未供電前(大約30秒左右時間)，用門極正信號使GTO觸發導通，由充放電板提供直流電源經逆變器變成交流電源向交流負載供電；當應急配電板開始供電后，接觸器2KM自動吸合，接觸器1KM被閉鎖，同時用門極負信號使GTO關斷，交流負載由應急配電板直接供電；當主配電板與應急配電板都失電時，接觸器1KM、2KM均自動釋放，GTO控制器1用門極正信號使GTO觸發導通，充放電板提供的直流電源經逆變器2變成交流電源向交流負載供電；當主配電板或應急配電板恢復供電后，接觸器1KM或2KM自動吸合，同時GTO控制器1用門極負信號使GTO關斷，交流負載由主配電板或應急配電板直接供電。

本發明有三路互動式和兩路互動式，三路互動是指主配電板供電的主電源、應急配電板供電的應急電源和充放電板供電的公用直流電源互動，其控制原理如前所述。兩路互動是指應急配電板供電的應急電源和充放電板供電的公用直流電源互動，如圖3所示。

GTO控制器1的具體實施例一如圖4所示，當主配電板與應急配電板都失電時，接觸器1KM、2KM均自動釋放，其常閉輔助觸頭接通，正電源經電阻R和常閉輔助觸頭1KM、2KM至GTO門極，產生正電流使GTO觸發導通，同時對電感L進行儲能，此時由充放電板提供的直流電源經逆變器變成交流電源向交流負載供電；當主配電板或應急配電板恢復供電后，接觸器1KM或2KM自動吸合，其常閉輔助觸頭1KM或2KM斷開，儲存在L中的電能釋放出負電流至GTO門極使其關斷，此時交流負載由主配電板或應急配電板直接供電。采用該方式時,大容量的GTO要求較大的電感L以產生較大的儲存能量。

GTO控制器1的另一具體實施例一如圖5所示，應急配電板供電時，接觸器KM自動吸合，交流負載由應急配電板直接供電；當應急配電板失電時，接觸器KM自動釋放，其常開輔助觸頭KM斷開，正電源經電阻R向電容器C充電，產生正電流至GTO門極使其觸發導通，由充放電板提供直流電源經逆變器變成交流電源向交流負載供電；當應急配電板恢復供電時，接觸器KM自動吸合，其常開輔助觸頭KM閉合，電容器C放電，產生負電流至GTO門極使其關斷，交流負載由應急配電板直接供電。采用這種方式時，若GTO驅動容量較大，則要求電容器的容量也較大。

GTO門板觸發導通的信號可按GTO產品提供的參數確定，一般要求觸發電壓為3—15V，觸發電流為幾十到幾百毫安。

GTO的一個重要參數是關斷增益βoff，βoff是表征GTO關斷能力強弱的一個重要特征，βoff等于被關斷的最大陽極電流IATO與門極最大負電流－IGM之比，即：

βoff＝IATO/|－IGM︱

βoff為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強。GTO的品牌與電流大小都對βoff會有影響，在具體電路中，應根據GTO產品的參數確定電阻、電容等元件的參數。

GTO的另一個重要參數是擎住電流，擎住電流是指剛從斷態轉入通態并切除門極電流之后，能維持通態所需的最小陽極電流。為防止由充放電板提供的直流電源經逆變器變成交流電源向交流負載供電時，負載電流小于擎住電流而造成GTO自行關斷，本發明在負載側并聯了補償電容模塊，不僅可防止GTO自行關斷，而且可以通過電容器的放電，防止互動過程中有可能出現的短暫斷電，同時能提高功率因數。補償電容模塊的容量可按負載容量的10—15％選取，其容抗比由可能出現的諧波而定。

除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍內。