供电系统、供电设备及电气柜的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种供电系统、供电设备及电气柜。


背景技术：

2.现有的电柜类产品在生成时，考虑生产地与使用地之间的用电标准差异，在进行设计时，需要以使用地的用电标准进行设计。但在设计完成后，在生成地又无法进行测试，导致产品存在隐患。或者，由于使用地的用电标准不同，在设计时还需要针对不同地区对产品进行修正，也导致生产效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种供电系统、供电设备及电气柜，旨在解决现有技术中供电系统无法匹配不同电压的电源的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提出一种供电系统，供电系统包括：
5.电源输入端，用于接入电源；
6.电压转换单元，与电源输入端连接，用于对电源进行转换，获得第一输出电源；
7.控制单元，分别与电源输入端和电压转换单元连接，用于检测电源的电压，并根据电压控制电压转换单元的电压转换比，使电压转换单元按照电压转换比对电源进行转换。
8.可选的，电压转换单元包括：
9.变压器，变压器的原边线圈具有多个抽头，各抽头与电源输入端连接，用于将电源转换成第一输出电源；
10.多个开关，各开关设置于各抽头与电源输入端之间，各开关的控制端均与控制单元连接。
11.可选的，控制单元包括：
12.整流单元，与电源输入端连接；
13.第一检测电路，与整流单元的输出端连接，用于检测输出端的输出电压；
14.第一控制器，与第一检测电路连接，用于根据输出电压确定电源的电压，并根据电压控制电压转换单元的电压转换比，使电压转换单元按照电压转换比对电源进行转换。
15.可选的，控制单元还包括：
16.输出电路，输出电路的输入端与整流单元的输出端连接，用于将整流单元输出的电源转换为第二输出电源。
17.可选的，控制单元还包括：
18.滤波器，滤波器的输入端与电源输入端连接，滤波器的输出端与整流单元的输入端连接。
19.可选的，控制单元还包括：
20.电抗器，电抗器的输入端与滤波器的输出端连接，电抗器的输出端与整流单元的输入端连接。
21.可选的，控制单元包括：
22.变频单元，与电源输入端连接，用于将电源转换成第三输出电源；
23.第二检测电路，与变频单元连接，用于检测变频单元中直流母线的母线电压；
24.第二控制器，与第二检测电路连接，用于根据母线电压确定电源的电压，并根据电压控制电压转换单元的电压转换比，使电压转换单元按照电压转换比对电源进行转换。
25.可选的，供电系统还包括：
26.断路器，断路器的输入端与电源输入端连接，断路器的输出端分别与电压转换单元和控制电路连接。
27.为实现上述目的，本发明一种供电设备，供电设备包括如上述的供电系统。
28.为实现上述目的，本发明一种电气柜，电气柜包括如上述的供电设备。
29.本发明中，供电系统包括：电源输入端，用于接入电源；电压转换单元，与电源输入端连接，用于对电源进行转换，获得第一输出电源；控制单元，分别与电源输入端和电压转换单元连接，用于检测电源的电压，并根据电压控制电压转换单元的电压转换比，使电压转换单元按照电压转换比对电源进行转换。本发明通过灵活配置电压转换单元的电压转换比，使得供电系统在具有不同电压的电源输入时，能够保证负载的正常运行，提高了供电系统的兼容性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
31.图1为本发明供电系统第一实施例的功能框图；
32.图2为本发明供电系统第二实施例的功能框图；
33.图3为本发明供电系统第三实施例的功能框图；
34.图4为本发明供电系统第四实施例的功能框图。
35.附图标号说明：
36.标号名称标号名称100电源输入端3006电抗器200电压转换单元3007断路器300控制单元3008变频单元3001整流单元3009第二检测电路3002第一检测电路3010第二控制器3003第一控制器t变压器3004输出电路k开关3005滤波器
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37.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
40.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
42.参照图1，图1为本发明供电系统第一实施例的功能框图。本发明提出供电系统的第一实施例。
43.如图1所示，在第一实施例中，供电系统可以包括：电源输入端100，用于接入电源；电压转换单元200，与电源输入端100连接，用于对电源进行转换，获得第一输出电源；控制单元300，分别与电源输入端100和电压转换单元200连接，用于检测电源的电压，并根据电压控制电压转换单元200的电压转换比，使电压转换单元200按照电压转换比对电源进行转换。
44.需要说明的是，电压转换单元200的输出端与负载连接，该负载可以为指示灯、蜂鸣器或者风机等，该负载接收第一输出电源后上电工作。电源输入端100所接入的电源可以为三相电源或者直流电压。
45.在负载的工作环境不同时，所接入的电源电压不同。例如，接入的电源电压220v三相交流电或者415v三相交流电。为保证负载在不同的工作环境下均能够正常运行，需要将所接入的电源进行转换，从而为负载提供相应的电压。
46.在具体实现时，由于负载的供电电压一定，为提高供电系统的适应性，电压转换单元200可以对所接入的电压进行升压或者降压。其升压或者降压的倍率可以以电压转换比进行表示，如30:52、30:57、52:30、或者57:30等。其具体的电压转换比需要根据负载的供电电压以及所需要适配的输入电源进行确定，本实施方式对此不加以限制。
47.电压转换单元200在控制单元300的控制下，从多种电压转换比中选取一种电压转换比进行电源转换。例如，电压转换单元200可以包括一开关器件，该开关器件在一周期内的开始时间与断开时间的比值对应一电压转换比，控制单元300可以通过驱动该开关器件的开关，调节电压转换比。或者，电压转换单元200可以包括多个开关器件，各开关器件分别对应的回路具有不同的电压转换比，控制单元300可以通过控制不同开关器件的闭合，调节电压转换比。
48.控制单元300内可以设置有电流检测电路或者电压检测电路等，根据电流检测电
路或者电压检测电路反馈的检测信号，确定所接入电源的电压；再基于预先设定的对应关系确定所需的电压转换比。例如，若第一输出电源的所需电压为220v。控制单元300在检测到电源输入端100接入电源的电压为380v时，控制电压转换单元200的电压转换比为52:30；若控制单元300在检测到电源输入端100接入电源的电压为415v时，控制电压转换单元200的电压转换比为57:30。其中，电流检测电路或者电压检测电路已有成熟技术，本实施方式在此不再赘述。
49.在第一实施例中，供电系统包括电源输入端100、电压转换单元200和控制单元300。控制单元300通过检测电源输入端100所接入电源的电压确定电压转换单元200的电压转换比，从而使电压转换单元200按照电压转换比对电源输入端100所接入电源进行转换，获得所需的第一输出电源。本实施方式通过灵活配置电压转换单元200的电压转换比，使得供电系统在具有不同电压的电源输入时，能够保证负载的正常运行，提高了供电系统的兼容性。
50.参照图2，图2为本发明供电系统第二实施例的结构框图。基于上述第一实施例，本发明提出供电系统的第二实施例。
51.在第二实施例中，电压转换单元200包括：变压器t，变压器t的原边线圈具有多个抽头，各抽头与电源输入端100连接，用于将电源转换成第一输出电源；多个开关k，各开关k设置于各抽头与电源输入端100之间，各开关k的控制端均与控制单元300连接。
52.在本实施方式中，电压转换单元200的电压转换比是指变压器t的变比。变压器t的副边线圈的匝数不变，其原边线圈上具有多个抽头，各抽头通过开关k与电源输入端100连接。故变压器t的处于工作状态下的变比与原边线圈实际工作的匝数相关。
53.控制单元300可以分别对开关k的端口或闭合进行控制。通常，在变压器t处于工作状态时，仅有一个开关k处于闭合状态。例如，若第一输出电源的所需电压为220v，变压器t的副边线圈匝数为30。控制单元300在检测到电源输入端100接入电源的电压为380v时，控制电压转换单元200的电压转换比为52:30，则原边线圈的匝数为52，此时控制单元300驱动对应的开关闭合。若控制单元300在检测到电源输入端100接入电源的电压为415v时，控制电压转换单元200的电压转换比为57:30，则原边线圈的匝数为57，此时控制单元300驱动对应的开关闭合。
54.在进行变压器设计时，可以先确定变压器的副边匝数，主要受限于变压器的需求功率与电磁设计方案，可以根据需求与特定情况选型设计。在确定副边匝数，根据需求电压进行匝数比计算。例如，若确定副边匝数设计30匝，第一输出电源的电压为220v，需求电压为220v、380v、415v、460v、480v；则原边线圈的匝数为30、52、57、63、66。在绕制绕组时，可以先绕制30匝作为第一绕组，在采用中间抽头的方式，引出连接点，继续绕制第二个、第三、第四和第五绕组。其中，后续各绕组的绕制匝数分别为：22、5、6、3。当然原边线圈的匝数需要根据需求设计，本实施方式对此不加以限制。
55.在第二实施例中，电压转换单元200包括：变压器t，变压器t的原边线圈具有多个抽头，各抽头与电源输入端100连接，用于将电源转换成第一输出电源；多个开关k，各开关k设置于各抽头与电源输入端100之间，各开关k的控制端均与控制单元300连接。本实施方式中，控制单元300可以通过控制变压器t中的开关k的开关，从而切换电压转换单元200的电压转换比，控制更灵活。
56.参照图3，图3为本发明供电系统第三实施例的电路原理图。基于上述第一实施例和第二实施例，本发明提出供电系统的第三实施例。
57.在第三实施例中，控制单元300包括：整流单元3001，与电源输入端100连接；第一检测电路3002，与整流单元3002的输出端连接，用于检测输出端的输出电压；第一控制器3003，与第一检测电路3002连接，用于根据输出电压确定电源的电压，并根据电压控制电压转换单元200的电压转换比，使电压转换单元200按照电压转换比对电源进行转换。
58.在本实施方式中，电源输入端100所接入的电源可以为交流电，如三相交流电。为便于对三相交流电的电压进行检测，控制单元300中设置有整流单元3002，以对三相交流电进行整流。第一检测电路3002用于对整流单元3002的输出端的电压进行检测。电压检测已有成熟技术，故第一检测电路3002的具体结构，本实施方式在此不再赘述。
59.第一控制器3003根据第一检测电路3002反馈的信号确定整流单元3002的输出端的电压，再基于预设的计算规则确定三相交流电的电压。例如，以三相不控整流单元的整流公式(u电网电压有效值＝u母线电压有效值/1.35/cosα，cosα为功率因数)进行计算。
60.需要说明的是，为提高供电系统的兼容性，控制单元300还可以包括：输出电路3004，输出电路3004的输入端与整流单元3001的输出端连接，用于将整流单元3001输出的电源转换为第二输出电源。
61.在本实施方式中，输出电路3004后端也可以连接有负载，输出电路3004将整流后的电流输出至负载。例如，输出电路3004后端可以连接有电机，供电系统用于驱动该电机。同时，电压转换单元200后端可以连接有指示灯或者风机等。
62.通常，电机的驱动电压高于指示灯或者风机等的驱动电压。为满足电机的驱动需求，电源输入端100所接入的电源需要满足电机的电压需求。此时，接入的电源相对于指示灯或者风机等电压高，电压转换单元200需要将接入电源进行降压。也即第二输出电源的电压大于第一输出电源的电压。
63.需要说明的是，在对整流单元3002的输出端的电压进行检测时，需要保证输出电路3004处于不输出状态。这是由于输出电路3004带载后可能引起电压波动，导致检测结果不准确。
64.在本实施方式中，控制单元300还可以包括：滤波器3005，滤波器3005的输入端与电源输入端100连接，滤波器3005的输出端与整流单元3001的输入端连接。其中，滤波器3005可以由lc滤波电路组成，或者采用其他形式的滤波电路，本实施方式对此不加以限制。
65.为保证输出电路3004后端负载的运行稳定性，本实施方式可以通过设置滤波器3005对输入电源进行滤波，从而获得稳定的第二输出电源，避免后端负载由于输入电压不稳定引起波动。
66.在本实施方式中，控制单元300还可以包括：电抗器3006，电抗器3006的输入端与滤波器3005的输出端连接，电抗器3006的输出端与整流单元3001的输入端连接。
67.另外，为了提高供电系统的功率，通过设置电抗器3006使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因素。当然，为提高功率因素，电抗器3006还可以采用其他类型的功率因素校正电路替代。
68.在本实施方式中，供电系统还可以包括：断路器3007，断路器3007的输入端与电源输入端100连接，断路器3007的输出端分别与电压转换单元200和控制电路300连接。
69.断路器3007可以控制供电系统的上电和掉电。在断路器3007处于断开状态时，供电系统处于掉电状态；在断路器3007处于断开状态时，供电系统处于上电状态。断路器3007可以由控制电路300进行控制，控制电路300响应用户的操作，对断路器3007的开关进行控制。或者，断路器3007还可以由用户直接控制。
70.在第三实施例中，控制单元300包括：整流单元3001，与电源输入端100连接；第一检测电路3002，与整流单元3002的输出端连接，用于检测输出端的输出电压；第一控制器3003，与第一检测电路3002连接，用于根据输出电压确定电源的电压，并根据电压控制电压转换单元200的电压转换比，使电压转换单元200按照电压转换比对电源进行转换。本实施方式通过设置整流单元3001对接入的电压进行整流，从而提高电压检测的准确性。同时，整流单元3001后端还可以设置输出电路3004，从而提高供电系统的兼容性。
71.参照图4，图4为本发明供电系统第四实施例的电路原理图。基于上述第一实施例、第二实施例和第三实施例，本发明提出供电系统的第四实施例。
72.如图4所示，在第四实施例中，控制单元300可以包括：变频单元3008，与电源输入端100连接，用于将电源转换成第三输出电源；第二检测电路3009，与变频单元3008连接，用于检测变频单元中直流母线的母线电压；第二控制器3010，与第二检测电路3009连接，用于根据母线电压确定电源的电压，并根据电压控制电压转换单元200的电压转换比，使电压转换单元200按照电压转换比对电源进行转换。
73.在本实施方式中，供电系统为一种变频控制设备，电源输入端100接入电网电源。变频单元3008输出的第三输出电源，用于为各类大功率电器件进行供电及控制。变频单元3008可以包括整流电路、逆变电路等，变频单元3008已有已有成熟技术，本实施方式在此不再赘述。
74.通常，为保证变频单元3008的运行，需要设置相应的检测设备(如风扇、电柜照明灯、电柜指示灯、开关、蜂鸣器等低压配件)。通常变频单元3008具备一定的宽范围的电网适应能力(380-480vac，-15％～10％的电网波动偏差)，而低压配件的适应能力较小(一般为220v的-7％- 8％)。因此，在供电系统所接入的不同电压的电源时，往往变频单元3008能够正常运行，而低压配无法正常运行。
75.第二检测电路3009用于获取变频单元3008的母线电压，第二控制器3010根据该母线电压确定所接入电源的电压，具体可以参考第三实施例。电压检测已有成熟技术，故第二检测电路3009的具体结构，本实施方式在此不再赘述。
76.在本实施方式中，为保证低压配件的供电，可以通过变压器t对所接入的电源进行转换，获得对应的电源。例如，输入电源为415vac，通过变压器t转换成220v的电源。第二控制器3010根据检测到的所接入电源的电压确定变压器t的变比，并控制变压器t以该变比进行工作。具有可以参照第一实施例和第二实施例，本实施方式在此不再赘述。
77.在第四实施例中，供电系统作为一种变频控制设备，通过对母线电压值进行检测，确定电网电压，从而根据预先设定的对应关系，确定变压器t的变比，并控制变压器t中对应的接触器吸合，实现自动电网识别与自适应供电控制，提高了供电系统的兼容性。
78.为实现上述目的，本发明一种供电设备，供电设备包括如上述的供电系统。该供电系统的具体结构参照上述实施例，由于本供电设备可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
79.为实现上述目的，本发明一种电气柜，电气柜包括如上述的供电设备。该供电设备的具体结构参照上述实施例，由于本电气柜可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
80.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。