一种电源分配器转让专利
申请号 : CN202111593762.3
文献号 : CN114024313B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 吴名伟
申请人 : 苏州浪潮智能科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种电源分配器,其特征在于,包括:三个单相插座;三个所述单相插座中任一目标单相插座均用于接入符合所述目标单相插座的电压的用电设备;
分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个所述单相插座连接的星型开关电路;
分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的三角形开关电路;
分别与所述星型开关电路和所述三角形开关电路连接的控制器,用于根据所述电源分配器当前的三相电接线需求相应控制所述星型开关电路或所述三角形开关电路接通,以将所述三相绕组按照符合所述三相电接线需求的目标接线方式相连接,并将所述目标接线方式下的三相电一一供至三个所述单相插座;
所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组;三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座;所述星型开关电路包括第一星型开关、第二星型开关、第三星型开关、第四星型开关、第五星型开关及第六星型开关;其中:所述第一星型开关的第一端与所述a相绕组的第一端连接,所述a相绕组的第二端与所述a相插座的火线端子连接,所述第二星型开关的第一端与所述b相绕组的第一端连接,所述b相绕组的第二端与所述b相插座的火线端子连接,所述第三星型开关的第一端与所述c相绕组的第一端连接,所述c相绕组的第二端与所述c相插座的火线端子连接,所述第四星型开关的第一端与所述a相插座的零线端子连接,所述第五星型开关的第一端与所述b相插座的零线端子连接,所述第六星型开关的第一端与所述c相插座的零线端子连接,所述第一星型开关至所述第六星型开关的第二端相连接,所述第一星型开关至所述第六星型开关的控制端均与所述控制器连接,所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地;
则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求,则控制所述星型开关电路内六个星型开关均接通。
2.如权利要求1所述的电源分配器,其特征在于,所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组;三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座;所述三角形开关电路包括第一三角形开关、第二三角形开关、第三三角形开关、第四三角形开关、第五三角形开关及第六三角形开关;其中:
所述第一三角形开关的第一端分别与所述a相绕组的第二端、所述a相插座的火线端子及所述第六三角形开关的第一端连接,所述第一三角形开关的第二端与所述b相绕组的第一端连接,所述第二三角形开关的第一端分别与所述b相绕组的第二端、所述b相插座的火线端子及所述第四三角形开关的第一端连接,所述第二三角形开关的第二端与所述c相绕组的第一端连接,所述第三三角形开关的第一端分别与所述c相绕组的第二端、所述c相插座的火线端子及所述第五三角形开关的第一端连接,所述第三三角形开关的第二端与所述a相绕组的第一端连接,所述第四三角形开关的第二端与所述a相插座的零线端子连接,所述第五三角形开关的第二端与所述b相插座的零线端子连接,所述第六三角形开关的第二端与所述c相插座的零线端子连接,所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地;
则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求,则控制所述三角形开关电路内六个三角形开关均接通。
3.如权利要求1‑2任一项所述的电源分配器,其特征在于,所述电源分配器还包括:分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的电压电流检测电路,用于检测所述电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流;
设于所述三相绕组与三个所述单相插座之间的连接线路上、且与所述控制器连接的保护开关电路;
所述控制器还用于当所述电源分配器的任一目标相的输入电压和/或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时,控制所述保护开关电路断开目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。
4.如权利要求3所述的电源分配器,其特征在于,所述电压电流检测电路包括一一检测所述三相绕组输入的三个单相电的三个子检测电路及一一检测三个所述单相插座各自输出的单相电的三个子检测电路;每个所述子检测电路均包括:电流感测元件,用于检测对应的目标单相电的电流信号;
与所述电流感测元件连接的第一差动放大器,用于将所述电流信号进行放大处理,得到电流放大信号;
电压感测元件,用于检测所述目标单相电的电压信号;
与所述电压感测元件连接的第二差动放大器,用于将所述电压信号进行放大处理,得到电压放大信号;
且所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组;三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座;所述保护开关电路包括a相保护开关、b相保护开关及c相保护开关;其中:
所述a相保护开关的第一端与所述a相绕组的第二端连接,所述a相保护开关的第二端与所述a相插座的火线端子连接,所述b相保护开关的第一端与所述b相绕组的第二端连接,所述b相保护开关的第二端与所述b相插座的火线端子连接,所述c相保护开关的第一端与所述c相绕组的第二端连接,所述c相保护开关的第二端与所述c相插座的火线端子连接,所述a相保护开关、所述b相保护开关及所述c相保护开关的控制端均与所述控制器连接;
则所述控制器具体用于当所述目标单相电的电流放大信号和/或电压放大信号不满足预设安全标准时,控制所述目标单相电对应的保护开关断开。
5.如权利要求3所述的电源分配器,其特征在于,所述控制器具体用于:若所述目标相的输入电压持续大于预设第一高电压阈值的时间超过预设第一时间,则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路;
若所述目标相的输入电压持续小于预设低电压阈值的时间超过预设第二时间,则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路;
若所述目标相的输入电流持续大于预设第一高电流阈值的时间超过预设第三时间,则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路;
若所述目标相的输出电压持续大于预设第二高电压阈值的时间超过预设第四时间,则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路;
若所述目标相的输出电流持续大于预设第二高电流阈值的时间超过预设第五时间,则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路。
6.如权利要求3所述的电源分配器,其特征在于,所述控制器还用于:计算所述目标相的输入电压和输入电流之间的第一相位角差θ1,并基于所述第一相位角差计算所述目标相的输入功率因数COSθ1;
将所述目标相的输入电压乘以所述目标相的输入电流后再乘以所述输入功率因数,得到所述目标相的输入功耗;
计算所述目标相的输出电压和输出电流之间的第二相位角差θ2,并基于所述第二相位角差计算所述目标相的输出功率因数COSθ2;
将所述目标相的输出电压乘以所述目标相的输出电流后再乘以所述输出功率因数,得到所述目标相的输出功耗。
7.如权利要求1‑2任一项所述的电源分配器,其特征在于,所述控制器还包括:与外部设备连接的通信接口;
所述控制器还用于通过所述通信接口与所述外部设备进行数据通信,以完成相应处理功能。
8.如权利要求7所述的电源分配器,其特征在于,所述控制器还包括:与显示器连接的扩展接口;
所述控制器还用于通过所述扩展接口控制所述显示器显示指定内容。
9.如权利要求7所述的电源分配器,其特征在于,所述通信接口包括:通过接入以太网与上位机实现远程通信的以太网接口;所述上位机用于通过所述以太网远程访问所述控制器,以获取所述控制器的相关控制信息;
与第一PC机连接的GUI接口;所述第一PC机用于通过所述GUI接口向所述控制器发送用户指令,以使所述控制器根据所述用户指令执行相应控制操作;
与第二PC机连接的串行通信接口;所述第二PC机用于通过所述串行通信接口对所述控制器的固件进行升级。
说明书 :
一种电源分配器
技术领域
背景技术
形成一个三角环。如图2所示,为星型接法,星型接法即为各相电源或负载的一端连接在一
点,形成一个中性点,这种接法又称为三相三线制;如果从该中性点再引出一条中性线,则
整个结构变为三相四线制。三角形接法由于各相首尾相连,所以只能存在一种电压,而星型
接法允许对各相加上不同的电压。
求将一次侧输入的三相电进行变压操作,并将变压后的三相电经二次侧输入至PDU。PDU分
为三角形接法的PDU和星型接法的PDU两种,需提前根据数据中心对PDU的三相电接线需求
部署相应接线的PDU。PDU用于将配电变压器二次侧的三相绕组按照自身接线方式相连接,
并得到相应接线的三相电输出。可以理解的是,PDU输出的三相电即为三个单相电,每个单
相电均可供符合此单相电电压的用电设备使用。需要说明的是,单个PDU只支持一种接线方
式,所以如果数据中心对PDU的三相电接线需求改变,则需要重新部署相应接线的PDU,但
是,重新部署PDU需改接电路的连接线,这并不容易实现,导致部署时间较长,部署效率较
低。
发明内容
部署PDU,从而节约了部署时间,提高了部署效率。
以将所述三相绕组按照符合所述三相电接线需求的目标接线方式相连接,并将所述目标接
线方式下的三相电一一供至三个所述单相插座。
型开关、第四星型开关、第五星型开关及第六星型开关;其中:
接,所述b相绕组的第二端与所述b相插座的火线端子连接,所述第三星型开关的第一端与
所述c相绕组的第一端连接,所述c相绕组的第二端与所述c相插座的火线端子连接,所述第
四星型开关的第一端与所述a相插座的零线端子连接,所述第五星型开关的第一端与所述b
相插座的零线端子连接,所述第六星型开关的第一端与所述c相插座的零线端子连接,所述
第一星型开关至所述第六星型开关的第二端相连接,所述第一星型开关至所述第六星型开
关的控制端均与所述控制器连接,所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均
接地;
第三三角形开关、第四三角形开关、第五三角形开关及第六三角形开关;其中:
的第一端连接,所述第二三角形开关的第一端分别与所述b相绕组的第二端、所述b相插座
的火线端子及所述第四三角形开关的第一端连接,所述第二三角形开关的第二端与所述c
相绕组的第一端连接,所述第三三角形开关的第一端分别与所述c相绕组的第二端、所述c
相插座的火线端子及所述第五三角形开关的第一端连接,所述第三三角形开关的第二端与
所述a相绕组的第一端连接,所述第四三角形开关的第二端与所述a相插座的零线端子连
接,所述第五三角形开关的第二端与所述b相插座的零线端子连接,所述第六三角形开关的
第二端与所述c相插座的零线端子连接,所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线
端子均接地;
绕组与目标相插座之间的目标连接线路。
所述子检测电路均包括:
其中:
连接,所述b相保护开关的第二端与所述b相插座的火线端子连接,所述c相保护开关的第一
端与所述c相绕组的第二端连接,所述c相保护开关的第二端与所述c相插座的火线端子连
接,所述a相保护开关、所述b相保护开关及所述c相保护开关的控制端均与所述控制器连
接;
三角形开关电路接通,以将配电变压器二次侧的三相绕组按照符合三相电接线需求的目标
接线方式相连接,并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座。可见,本申请的电
源分配器同时支持三角形接线方式和星型接线方式,并可根据电源分配器当前的三相电接
线需求自动选用相应的接线方式,因此不必重新部署PDU,从而节约了部署时间,提高了部
署效率。
附图说明
例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获
得其他的附图。
具体实施方式
部署PDU,从而节约了部署时间,提高了部署效率。
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连接,并将目标接线方式下的三相电
一一供至三个单相插座S。
根据电源分配器当前的三相电接线需求相应控制星型开关电路100或三角形开关电路200
接通,以将配电变压器二次侧的三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连
接,并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S,以为三个单相插座S各自接入
的用电设备供电。
型接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。控制器300在电源分配器当前的三相电接
线需求为三角形接线需求时,控制三角形开关电路200接通,以将配电变压器二次侧的三相
绕组按照三角形接线方式相连接,并将三角形接线方式下的三相电一一供至三个单相插座
S。
和任意一相上加上230V,余下的两相各加上400V的电压。三角形接法的优点在于即使三相
中有一相失去作用,整个系统仍然可以运作(效率为原来的57.7%)。还需要说明的是,电源
分配器有两种型号,分别为基本型电源分配器和智能型电源分配器(Smart PDU)。虽然两者
均能够为机架或机柜内的关键设备提供可靠的配电,但Smart PDU提供更多功能,所以本申
请采用Smart PDU进行改进。
流,有利于切除单相接地故障;3)三相不平衡负荷情况下能充分利用变压器容量,同时降低
变压器损耗等优点。
节约了部署时间,提高了部署效率。
二星型开关YSW2、第三星型开关YSW3、第四星型开关YSW4、第五星型开关YSW5及第六星型开
关YSW6;其中:
二端与b相插座Sb的火线端子连接,第三星型开关YSW3的第一端与c相绕组的第一端连接,c
相绕组的第二端与c相插座Sc的火线端子连接,第四星型开关YSW4的第一端与a相插座Sa的
零线端子连接,第五星型开关YSW5的第一端与b相插座Sb的零线端子连接,第六星型开关
YSW6的第一端与c相插座Sc的零线端子连接,第一星型开关YSW1至第六星型开关YSW6的第
二端相连接,第一星型开关YSW1至第六星型开关YSW6的控制端均与控制器300连接,a相插
座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc的地线端子均接地;
理为:
YSW5及第六星型开关YSW6均接通,以将配电变压器二次侧的三相绕组按照星型接线方式相
连接(星形接线方式指将配电变压器二次侧的三相绕组的三相末端接在一起,三相首端为
电源端,这时有两种电压等级,即线电压和相电压,且线电压等于相电压的约1.73倍,线电
流等于相电流),并将星型接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。
SW1、第二三角形开关ΔSW2、第三三角形开关ΔSW3、第四三角形开关ΔSW4、第五三角形开
关ΔSW5及第六三角形开关ΔSW6;其中:
端连接,第二三角形开关ΔSW2的第一端分别与b相绕组的第二端、b相插座Sb的火线端子及
第四三角形开关ΔSW4的第一端连接,第二三角形开关ΔSW2的第二端与c相绕组的第一端
连接,第三三角形开关ΔSW3的第一端分别与c相绕组的第二端、c相插座Sc的火线端子及第
五三角形开关ΔSW5的第一端连接,第三三角形开关ΔSW3的第二端与a相绕组的第一端连
接,第四三角形开关ΔSW4的第二端与a相插座Sa的零线端子连接,第五三角形开关ΔSW5的
第二端与b相插座Sb的零线端子连接,第六三角形开关ΔSW6的第二端与c相插座Sc的零线
端子连接,a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc的地线端子均接地;
形开关ΔSW6,其工作原理为:
第五三角形开关ΔSW5及第六三角形开关ΔSW6均接通,以将配电变压器二次侧的三相绕组
按照三角形接线方式相连接(三角形接线方式指将配电变压器二次侧的三相绕组首尾互相
连接,三个端点为电源端,这时只有一种电压等级,线电压等于相电压,线电流等于相电流
的约1.73倍),并将三角形接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。
相插座之间的目标连接线路。
及各相输出电流,并将电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输
出电流提供给控制器300。控制器300当电源分配器的任一相(称为目标相)的输入电压和/
或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时,控制保护开关电路断开
目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。
之间的a相连接线路。控制器300当电源分配器的b相输入电压和/或b相输入电流和/或b相
输出电压和/或b相输出电流不满足预设安全标准时,控制保护开关电路断开b相绕组与b相
插座Sb之间的b相连接线路。控制器300当电源分配器的c相输入电压和/或c相输入电流和/
或c相输出电压和/或c相输出电流不满足预设安全标准时,控制保护开关电路断开c相绕组
与c相插座Sc之间的c相连接线路。
电流检测电路的结构示意图。
每个子检测电路均包括:
相保护开关Breaker3;其中:
端连接,b相保护开关Breaker2的第二端与b相插座Sb的火线端子连接,c相保护开关
Breaker3的第一端与c相绕组的第二端连接,c相保护开关Breaker3的第二端与c相插座Sc
的火线端子连接,a相保护开关Breaker1、b相保护开关Breaker2及c相保护开关Breaker3的
控制端均与控制器300连接;
单相电的三个子检测电路(如图7所示);每个子检测电路均包括电流感测元件CS、第一差动
放大器A1、电压感测元件VS及第二差动放大器A2;保护开关电路包括a相保护开关
Breaker1、b相保护开关Breaker2及c相保护开关Breaker3,其工作原理为:
大器A1;第一差动放大器A1将a相电的电流信号进行放大处理,得到a相电流放大信号,并将
a相电流放大信号提供给控制器300(如MCU(Microcontroller Unit,微处理器),经ADC
(Analog‑to‑digital converter,模拟数字转换器)接口接收检测信号);电压感测元件VS
检测a相绕组输入的a相电的电压信号,并将a相电的电压信号输入至第二差动放大器A2;第
二差动放大器A2将a相电的电压信号电压信号进行放大处理,得到a相电压放大信号,并将a
相电压放大信号提供给控制器300;控制器300当a相电流放大信号和/或a相电压放大信号
不满足预设安全标准时,控制a相保护开关Breaker1断开。需要说明的是,其余子检测电路
的检测原理类似,本申请在此不再赘述。
其中,电阻R1用于匹配输入阻抗,提高测量精度;瞬态二极管TVS用于抗雷击;电阻R2、R3、
R4、R5用于限流。
Transistor,绝缘栅双极电晶体)开关。
大电流的一种自动开关,故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电路。电磁开关在各行业有广泛的应用,最常见的是工业领域的接触器。电磁开关是起动机
上的控制开关,是起动机(直流电动机、传动啮合机构、电磁开关)三大部件之一,其工作原
理是线圈通电后产生电磁吸力,使活动铁芯移动,从而一方面拉动传动啮合机构使起动机
小齿轮前移与发动机飞轮齿圈啮合,另一方面推动开关触点接通,使直流电动机通电运转,
从而带动发动机启动。
阻小,但是驱动电流大,而MOSFET(Metal‑Oxide‑Semiconductor Field‑Effect
Transistor,金氧半场效晶体管)的导通电阻大,却有着驱动电流小的优点。IGBT正是结合
了这两者的优点:不仅驱动电流小,导通电阻也很低。
固态继电器的一种,固态继电器是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,但它具有与
电磁继电器本质上相同的功能。固态继电器是一种全部由固态电子组件组成的无触点开关
组件,它利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的隔离,利用大功率三极体、
功率场效应管、单向可控硅或双向可控硅等器件的开关特性,来达到无触点、无火花地接通
和断开被控电路。固态继电器敏捷度高,控制功率小,寿命比较高,可靠性好,切换速度可达
到几毫秒至几微妙。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关,在零电压处导通,零电
流处关断,减少了电流波形的溘然间断,从而减小了开关瞬态效应。因此,本申请开关优选
IGBT开关。
开关的接通情况。当六个IGBT开关接通时,配电变压器二次侧的三相绕组按照星型接线方
式相连接。电压电流检测电路可检测配电变压器二次侧的各相绕组输入的电压/电流信号,
并将检测的电压/电流信号反馈至MCU。MCU根据反馈的电压/电流信号调整IGBT驱动电路生
成的PWM信号,以使配电变压器二次侧的各相绕组输入目标电压/电流信号。
的输入OVP(Over Voltage Protection,过电压保护),则控制保护开关电路断开目标相对
应的保护开关,目标相的单相插座没有输出。
(Under Voltage Protection,欠电压保护),则控制保护开关电路断开目标相对应的保护
开关,目标相的单相插座没有输出。
的输入OCP(Over Current Protection,过电流保护),则控制保护开关电路断开目标相对
应的保护开关,目标相的单相插座没有输出。
电路断开目标相对应的保护开关,目标相的单相插座没有输出。
路断开目标相对应的保护开关,目标相的单相插座没有输出。
入电流Iin之间的第一相位角差θ1,并将第一相位角差θ1的余弦COSθ1作为目标相的输入功率
因数,然后将目标相的输入电压Vin乘以目标相的输入电流Iin后再乘以输入功率因数COSθ1,
得到目标相的输入功耗Pin,即Pin=Vin*Iin *COSθ1。同理,目标相的输出功耗的计算过程包
括:计算目标相的输出电压Vout和输出电流Iout之间的第二相位角差θ2,并将第二相位角差θ2
的余弦COSθ2作为目标相的输出功率因数,然后将目标相的输出电压Vout乘以目标相的输出
电流Iout后再乘以输出功率因数COSθ2,得到目标相的输出功耗Pout,即Pout=Vout*Iout*COSθ2。
户界面)的基础绘图操作。
Equipment,数据终端设备)类型、用于路由器以太网接口的DTE类型,通过一组隔离变压器
将RJ45脚位接入控制器通信脚位)、GUI接口及串行通信接口(如RS232接口),其工作原理
为:
太网向控制器300下发控制指令,以使控制器300根据控制指令执行相应控制操作。
一PC机可通过GUI接口向控制器300发送包含目标显示内容的显示指令,以使控制器300根
据显示指令控制显示器显示目标显示内容。
流/功率及PDU接线状态存放至EEPRM 303中,还可将EEPRM 303中存放的内容显示在LCD屏
幕上。控制器300还可与一些功能开关连接,不同功能开关导通,显示器需显示不同显示内
容,则控制器300可根据功能开关的导通情况控制显示器显示相应显示内容。控制器300还
可与指示灯连接,控制器300可在任一目标相的输入电压过压或输入电压欠压或输入电流
过流或输出电压过压或输出电流过流时,控制指示灯亮,以起到报警作用。
通、ΔSW1 ΔSW6开路(因开路未显示在图10)、Breaker1 Breaker3都保持接通,当有保护时
~ ~
才断开。
路未显示在图11)、ΔSW1 ΔSW6启动持续接通、Breaker1 Breaker3都保持接通,当有保护
~ ~
时才断开。
持续接通、ΔSW1 ΔSW6开路(因开路未显示在图12)、Breaker1保护断开、Breaker2和
~
Breaker3都保持接通。
路(因开路未显示在图13)、ΔSW1 ΔSW6启动持续接通、Breaker2保护断开、Breaker1和
~
Breaker3都保持接通。
持续接通、ΔSW1 ΔSW6开路(因开路未显示在图14)、Breaker3保护断开、Breaker1和
~
Breaker2都保持接通。
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。