3.1　STS型自動(dòng)切換開關(guān)的主控切換通道：

(1)自動(dòng)切換供電通道：由輸入電源1、外置斷路器開關(guān)Ka、斷路器開關(guān)CB1、STS1和公用輸出開關(guān)CB3組成它的第1條供電通道。由輸入電源2、外置斷路器開關(guān)Kb、斷路器開關(guān)CB2、STS2和公用輸出開關(guān)CB3組成其第2條供電通道。其中的STS1和STS2”靜態(tài)開關(guān)”均是由反向并聯(lián)的”SCR可控硅”來(lái)構(gòu)成自動(dòng)切換開關(guān)的”可控交流供電通道”。當(dāng)我們將輸入電源1和輸入電源2分別選定為L(zhǎng)TM開關(guān)的“優(yōu)先供電電源”和“備用電源”時(shí)，在來(lái)自邏輯控制板的SCR的柵極觸發(fā)信號(hào)的調(diào)控下，STS1和STS2將分別處于”導(dǎo)通”狀態(tài)和”關(guān)斷”狀態(tài)。在此條件下，輸入電源1就將通過(guò)Ka、CB1、STS1和CB3通道向后接負(fù)載供電。反之，如果將輸入電源2選定為它的“優(yōu)先供電電源”時(shí)、輸入電2就將通過(guò)Kb、CB2、STS2和CB3供電通道向后接負(fù)載供電。

(2)維修旁路供電通道：它是由兩組帶二匙二鎖的”機(jī)電互鎖”功能的CB1、CB2、CB3、CB4和CB5等斷路器開關(guān)所組成的兩條維修旁路來(lái)組成的。設(shè)置維修旁路的目的是：() 確保LTM開關(guān)在連續(xù)地向后接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的條件下，能對(duì)它內(nèi)部的”STS功率切換”部件或”斷路器開關(guān)” 等部件執(zhí)行”脫機(jī)”式的更換操作; ()防止因”誤操作”而致使兩路交流輸入電源同時(shí)被”誤接通”、并進(jìn)而造成在它的輸出端出現(xiàn)”停電” 等不幸事故的發(fā)生(注：為進(jìn)一步提高LTM開關(guān)的”容錯(cuò)”功能，艾默生公司還能提供帶雙”公共輸出開關(guān)”CB3和CB3A的產(chǎn)品)。

(3)“熱插拔”更換操作：為確保在向后接負(fù)載不間斷地供電的條件下，能對(duì)“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”執(zhí)行“帶電式”的“熱插拔”操作。所有STS功率切換模塊及斷路器開關(guān)都用“可熱插拔”的、模塊化的設(shè)計(jì)方案。在此條件下，操作人員就可根據(jù)從它的LCD顯示屏上所獲得的故障信息、用“帶電”式“熱插拔”操作的辦法、迅速和準(zhǔn)確地更換掉相關(guān)的“有故障”的部件，從而達(dá)到縮短平均維修時(shí)間(MTTR)的目的。

3.2 STS型負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)的邏輯控制部件：

為確保UPS雙總線輸出供電系統(tǒng)能獲得“信息網(wǎng)絡(luò)”級(jí)的高可靠性，在這種STS型負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)的控制電路中用如下多重冗余設(shè)計(jì)方案來(lái)增強(qiáng)它的”容錯(cuò)”功能(見(jiàn)圖3)：

　i. 用全數(shù)字的DSP調(diào)控技術(shù)及CANBUS數(shù)字通信技術(shù),大大地提高它的調(diào)控精度和響應(yīng)速度;
　ii.為確保DSP芯片和可控硅驅(qū)動(dòng)電路能穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行, 對(duì)負(fù)責(zé)向它供電的直流輔助電源用下述的多重冗余設(shè)計(jì)方案：()由兩路具有平均無(wú)故障工作時(shí)間高達(dá)230萬(wàn)小時(shí)的“N+1”UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)+EMC輸入濾波器所組成的電路向兩套具有“雙路交流輸入端”供電特性的直流輔助電源1和2提供冗余式的“凈化”電源。 ()從兩套冗余式的直流電源所輸出的兩路DC電源以“雙母線”的形式向3個(gè)邏輯控制板及可控硅驅(qū)動(dòng)板提供它們所需的控制電源;
　iii.為確保SCR型“可控硅功率模塊”能準(zhǔn)確無(wú)誤地運(yùn)行，由3塊邏輯控制板來(lái)共同對(duì)它提供”2+1” 冗余式的”柵極觸發(fā)”調(diào)控信號(hào);
　iv.為確保LTM開關(guān)能準(zhǔn)確無(wú)誤地執(zhí)行切換操作，對(duì)于它內(nèi)部的“2+1” 冗余式的邏輯控制板來(lái)說(shuō)，還對(duì)“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的兩路輸入電源和輸出電源的如下運(yùn)行參數(shù)、執(zhí)行不間斷的高精度的監(jiān)控及數(shù)據(jù)樣操作：相序、頻率、相位差、快速“過(guò)壓及欠壓”(脈寬4ms的瞬態(tài)浪涌/電壓下陷)、緩慢“過(guò)壓及欠壓”、峰值電流Ipk、KVA、KW、Pf、直流電源的冗余度、風(fēng)扇的冗余度等。
　v.為提高LTM開關(guān)的可靠性，在它的所有的“弱電”邏輯控制部件同“強(qiáng)電”功率部件之間的機(jī)械設(shè)計(jì)上、都用“分開隔離安裝”的配置方案。對(duì)于這樣的LTM開關(guān)來(lái)說(shuō)，只要有一路輸入電源工作正常，位于它內(nèi)部的所有“可維護(hù)的電氣部件均可在向負(fù)載連續(xù)供電的條件下、執(zhí)行熱插拔式的“更換”操作。

　在此基礎(chǔ)上，當(dāng)今的STS型“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)已高達(dá)100萬(wàn)小時(shí)以上。顯然，這樣的MTBF值是遠(yuǎn)高于當(dāng)今UPS工業(yè)所制造出的UPS單機(jī)的MTBF值(40-50萬(wàn)小時(shí))的。

4　負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)能執(zhí)行安全切換操作的前提條件

4.1 兩路輸入的交流電源必須處于“相互同步入鎖”工作狀態(tài)

長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明：為確保UPS雙總線輸出供電系統(tǒng)能安全可靠地運(yùn)行，負(fù)責(zé)向“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”供電的兩路交流電源必須處于“相互入鎖”的工作狀態(tài)。這意味著：當(dāng)“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”在執(zhí)行切換操作的瞬間，期望兩路交流電源之間的相位差盡可能地接近于零(見(jiàn)圖4a)。在這里，為討論方便計(jì)，將輸入電源1和電源2分別指定為“優(yōu)先供電電源”和“備用電源”、并且假定電源1和電源2是處于同頻率、同相位的理想運(yùn)行狀態(tài)之下的，當(dāng)電源1因故出現(xiàn)停電或“過(guò)壓/欠壓”故障時(shí)，“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行如圖4a所示的“同相”切換操作，從而確保信息網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。反之，如果在要求它執(zhí)行切換操作的瞬間、不能確保電源1和電源2是處于“同相位”的工作狀態(tài)的話(注：此時(shí)，即使這兩路交流電源的頻率和電壓幅值都相等的)，“此時(shí)的”負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)就會(huì)因兩路輸入電源之間的相位差過(guò)大、而被置于“禁止切換”操作的工作狀態(tài)之下，從而造成在“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”輸出端出現(xiàn)“停電”故障、并進(jìn)而導(dǎo)致“網(wǎng)絡(luò)癱瘓”故障發(fā)生。

　在此條件下，如果因故致使”負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”執(zhí)行”誤切換操作”或不顧后果地強(qiáng)迫它執(zhí)行切換操作的話，就有可能因?yàn)樵趦陕方涣麟娫粗g作”異相切換操作”時(shí)所產(chǎn)生的”瞬態(tài)電壓值”相差過(guò)大(見(jiàn)圖4b)而導(dǎo)致出現(xiàn)如下更加嚴(yán)重的故障發(fā)生：
　i. LTM開關(guān)的供電線路中的上游側(cè)的“斷路器開關(guān)”跳閘,造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的大面積的停電;
　ii.分別來(lái)自兩套UPS電源的電源1和電源2因出現(xiàn)“輸出過(guò)流”故障而同時(shí)進(jìn)入“自動(dòng)關(guān)機(jī)”狀態(tài);
　iii.因在“切換操作瞬間”所形成的“瞬態(tài)浪涌電壓過(guò)高”而損壞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(例：燒毀網(wǎng)路中某些服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等)或致使部份的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因執(zhí)行“重新開機(jī)啟動(dòng)”的誤操作而進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)癱瘓”狀態(tài)。
　　
解決上述矛盾的技術(shù)措施之一是：在兩套UPS供電系統(tǒng)之間配置“負(fù)載同步控制器” LBS( Load Bus Synchronizer), 從而確保從兩套UPS供電系統(tǒng)所輸出的電源總是處于相互同步跟蹤的“入鎖狀態(tài)”之中。

4.2 執(zhí)行“先斷后開”的切換操作：

從上面的分析可知：只有當(dāng)“優(yōu)先供電電源”因故出現(xiàn)停電/電壓或頻率“超限”故障時(shí)，才需要”負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)“執(zhí)行切換操作。顯然，在此瞬間，“優(yōu)先供電電源”肯定是處于故障工作狀態(tài)之下的。為防止在兩路輸入電源之間、因出現(xiàn)過(guò)大的“交叉性”的和破壞性的“環(huán)流”而致使原來(lái)處于正常工作狀態(tài)的“備用電源”也被拖入到“自動(dòng)關(guān)機(jī)”/“被損壞”的不幸事件的發(fā)生。在“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的設(shè)計(jì)中，用的是“先斷后開”的切換操作方式、其典型的切換操作時(shí)間為：4ms左右(它包括故障診斷時(shí)間和切換操作時(shí)間)。這就意味著：當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，處于“優(yōu)先供電”通道上的STS-1開關(guān)應(yīng)該首先被“關(guān)斷”。然后，再將處于“備用供電”通道上的另一個(gè)STS-2開關(guān)后“接通”，從而達(dá)到消除位于“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的上游側(cè)的兩路交流電源之間出現(xiàn)交叉性的“環(huán)流”的可能性(注：“環(huán)流”是指在兩套交流電源之間流動(dòng)的”破壞性電流”,它不是流進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的有用負(fù)載電流)。

　在此需特別說(shuō)明的是，此時(shí)易產(chǎn)生如下誤解：既然LTM開關(guān)已用“先斷后通”的切換方式，似乎就沒(méi)有必要再要求送到“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”上的兩路交流電源一定是處于“相互同步入鎖”狀態(tài)之下。然而，回答是原否定的。其原因是：為確保信息網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行(注：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備允許的瞬間供電中斷時(shí)間為20ms左右)，“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的切換時(shí)間被限定在4-5ms左右。根據(jù)可控硅的工作原理，對(duì)于原來(lái)處于導(dǎo)通狀態(tài)的可控硅來(lái)說(shuō)，一旦它被置于觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)之后、即使把送到它的柵極上的“觸發(fā)脈沖”撤除掉后、它將繼續(xù)處于導(dǎo)通狀態(tài)、直至到輸入電源的電壓下降到“過(guò)零點(diǎn)”為止。對(duì)于呈現(xiàn)電感性的供電線路而言，還要求流過(guò)可控硅中的“滯后電流”而言，還要求下降到可控硅的截止電流以下。因此，對(duì)于50Hz的供電電源來(lái)說(shuō)，仍有處于“優(yōu)先供電通道”上和”備用電源供電通道”上的兩對(duì)SCR可控硅同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)的可能性(其重疊導(dǎo)通時(shí)間在0-5ms的范圍之間)。正是基于上述原因，確保UPS雙總線輸出系統(tǒng)的安全運(yùn)行所需的條件仍然是：兩路交流電源應(yīng)該處于”相互入鎖”狀態(tài)之中。

5　大功率負(fù)載自動(dòng)切Q開關(guān)各種工作模式

5.1 正常工作模式和自動(dòng)切換工作模式：

　如圖5a所示，來(lái)自兩套UPS并機(jī)供電系統(tǒng)的電源1和電源2被分別送到4個(gè)“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”LTM1、2、3、4的兩個(gè)輸入端上(為便于負(fù)載均衡供電及有利于增”故障隔離”功能，在該“雙總線輸出”供電系統(tǒng)中、配置有4個(gè)的LTM開關(guān)。此時(shí)，用戶可在STS型“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的控制面板的LCD監(jiān)示屏上、用“人―機(jī)對(duì)話”的菜單操作的方法來(lái)確定將那套UPS并機(jī)系統(tǒng)的輸出電源作為它們的”優(yōu)先供電電源”。例如：在這里，我們將送到LTM1和2開關(guān)上的輸入電源1和電源2分別選定為它們的”優(yōu)先供電電源”和”備用供電電源”， 將送到LTM3和4開關(guān)的電源2和電源1分別選定為它們的”優(yōu)先供電電源”和”備用供電電源”。在此條件下，只要”優(yōu)先供電電源”的電壓和頻率在其所允許的工作范圍之仁保電源1將分別通過(guò)LTM1和LTM2開關(guān)向后接負(fù)載提供I1和I2電流; 電源2分別通過(guò)LTM3和LTM4開關(guān)向后接負(fù)載提供I3和I4電流。在LTM開關(guān)的運(yùn)行中，當(dāng)因故致使輸入電源1發(fā)生故障時(shí)(例：發(fā)生電源1“停電”或頻率/“電壓超限”故障時(shí))，LTM1和2開關(guān)就會(huì)自動(dòng)地以“先斷后通”的工作方式、在3-5ms的時(shí)間齲將用戶的負(fù)載同原來(lái)處于”備用供電電源”狀態(tài)的電源2相接通(見(jiàn)圖5b), 從而確保信息網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行(注：對(duì)于當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們所允許的瞬間供電中斷時(shí)間約為20ms左右。因此，上述的3-5ms的切換時(shí)間是絕對(duì)不會(huì)影響到信息網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行的)。

5.2 “手動(dòng)/自動(dòng)返回式切換”工作模式：

　在“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”因故執(zhí)行從“優(yōu)先供電電源”→“備用供電電源”切換操作之后，當(dāng)承擔(dān)“優(yōu)先供電電源”任務(wù)的輸入電源1恢復(fù)正常工作時(shí)(它的電壓、頻率及同“備用供電電源”之間的“相位差”均符合所規(guī)定的窗口要求)，則必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)摹皶r(shí)間延遲”后、才允許LTM開關(guān)根據(jù)用戶所設(shè)置的不同的返回式切換工作模式來(lái)分別執(zhí)行手動(dòng)或自動(dòng)的返回式切換操作。此時(shí)，它可根據(jù)用戶的愿望被分別設(shè)置成自動(dòng)復(fù)位(Reset)或手動(dòng)復(fù)位(Reset)兩種工作模式。例如：如果LTM1和2開關(guān)被設(shè)置成自動(dòng)復(fù)位(Reset)工作模式的話，當(dāng)“優(yōu)先供電電源”恢復(fù)正常工作狀態(tài)后，連接在LTM1和2開關(guān)的后面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會(huì)自動(dòng)地重新恢復(fù)到由電源1供電的正常工作狀態(tài)(見(jiàn)圖5a)。在這里，為返回式切換操作設(shè)置一定的時(shí)間延遲的目的是：防止因“優(yōu)先供電電源”在尚未進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)、因倉(cāng)促執(zhí)行切換操作而誘發(fā)“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”頻繁地執(zhí)行“誤切換操作”的弊端。在實(shí)踐中，LTM開關(guān)的典型的切換“延時(shí)時(shí)間”為：3秒左右，其可調(diào)范圍為：1―60秒。反之，如果LTM開關(guān)被設(shè)置成手動(dòng)復(fù)位(Reset)工作模式的話，當(dāng)“優(yōu)先供電電源”恢復(fù)正常工作狀態(tài)后，則要求用戶通過(guò)在LTM1和2開關(guān)的LCD屏上、發(fā)出執(zhí)行手動(dòng)切換操作的指令，它才會(huì)執(zhí)行返回式切換操作。否則，這些“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的后接負(fù)載將被繼續(xù)鎖定在” 被禁止切換”的工作狀態(tài)之中(見(jiàn)圖5b)，繼續(xù)由原定的“備用電源”供電。

5.3 “禁止切換”工作模式