基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法，适用于270V、540V高压直流智能配电领域。能够实现电流的隔离采样，安全性较高，采样的电流范围广。采样方案简单，成本较低，分流器集成于汇流条上，能够极大降低配电产品的重量和体积。同时，基于机位码的位置识别和负载规格识别方法，能够通过机位码的不同排列组合，在线可编程、自动选取相应的I2T过流保护曲线，执行对应机位处智能控制模块的功能，便于高压直流智能接触器控制模块的统型设计，使产品的技术状态管理和质量管控更容易。并且具有互换性，不同机位处智能控制模块外场可更换，极大提高了产品的维修性和保障性。和保障性。和保障性。

【技术实现步骤摘要】
基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法


[0001]本专利技术属于航空高压直流智能配电领域，涉及一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法，具体涉及的一种适用于270V、540V高压直流供电体制的负载电流隔离检测与智能控制模块规格识别方法。

技术介绍

[0002]目前，在航空电力系统领域，随着负载种类的增多与负载容量的提高，配电中心的复杂程度越来越高，高可靠、抗干扰能力强的智能配电控制技术，对于配电系统的安全运行和故障监测、故障保护与隔离，发挥着越来越重要的作用。目前，交流智能配电技术逐渐成熟，高压直流智能配电技术尚在研究阶段。某高压直流智能配电系统单线图如图1所示。智能配电由智能接触器(SMTC)完成，其原理如图2所示，主要包括三部分：高压直流接触器、智能控制模块(SMTCCU)、电流检测模块。高压直流接触器实现大功率负载的配电，智能控制模块实现接触器的控制、过流保护、状态监测、故障隔离及通讯功能。电流检测模块对负载电流进行检测。其核心关键技术为智能控制模块设计技术。
[0003]传统的智能控制模块针对不同负载呈现系列化特点，规格有35A、50A、75A、100A、150A、300A等。不同规格的智能控制模块电流采样调理电路不同，通过硬件匹配电阻实现规格选配，技术状态和产品质量均难以管控、且不同配电支路负载通道之间不可互换，给外场维护维修带来一定困难。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法，针对机上不同位置和不同的负载规格，其硬件和软件设计完全相同。采用基于分流器的隔离式电流采样调理电路方案和机位信号外部连接器插针编码方案，具有成本低、负载规格在线可编程、灵活性高等特点，技术状态管理和质量管控更容易。同时具有互换性，不同机位处智能控制模块均外场可更换，极大提高了产品的维修性和保障性。
[0006]技术方案
[0007]一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器，包括在高压直流汇流条与每一个负载之间连接接触器；其特征在于还包括与接触器连接的智能接触器控制模块；所述智能接触器控制模块包括CPU最小系统、电源处理电路、电平转换电路、电流采样调理电路、离散量输入采集电路、离散量状态输出电路、接触器输出正控和负控驱动电路、BIT测试电路、CAN通讯电路和机位码识别电路；电流采样调理电路采集负载的电流信号，并送至CPU进行负载支路电流的实时监测；离散信号采样调理电路对离散信号包括接触器的常闭和常开触电信号进行采集，通过电平转换电路送至CPU进行离散量状态监测；CPU最小系统根据采集的模拟量及离散量，实现接触器的控制；接触器输出正控和负控驱动电路将CPU输出的
接触器控制信号进行放大，输出至接触器线圈两端，控制接触器通断电路；离散量状态输出电路将过流信号离散量以硬线形式进行输出；CAN通讯收发电路用来与上位机进行通信，将配电支路的相关电气参数、状态信息、故障信息上传至上位机；电源处理电路将外部提供的两路28V供电转化成
±
15V、5V供电电源，给各电路模块进行供电；BIT测试电路用来产生电流激励信号，在维护BIT自检时，对电流采样调理电路进行检查，判断其是否工作正常；机位码识别电路接收4位机位，识别4位机位码的排列组合，输入CPU选取不同的I2T过流保护曲线实现相应负载规格的电流保护功能。
[0008]所述电流采样调理电路包括隔离运放U1、高精密运放U2、基准电压芯片U4、隔离电压转换芯片U3、R2、R7、C4组成的差模滤波电路以及各芯片的偏置电阻和电容；分流器两端差分电压即V
shunt_P
‑
V
shunt_N
，通过R2、R7、C4组成的差模滤波电路滤除差模噪声，并通过C6电容滤除共模噪声；然后经U1隔离运放处理后，电压放大为
‑
2.05～2.05V，并通过由R1、R3、R6、R8以及高精密运放U2组成的差分放大电路进行电平转换后，同时叠加1.5V基准偏置电压，最终输出电压变为0～3V，送入AD采样电路进行AD数模转化；在电路工作过程中，因隔离运放U1需隔离电源供电，故设置U3隔离电压转换芯片，实现5V转5V电源的隔离处理；隔离后5V电源为5V_ISO，为隔离运放高压侧进行供电；U4为基准电压芯片，实现5V到1.5V电压的转换，产生高精度的1.5V基准电压。
[0009]所述CPU最小系统连接看门狗电路，保证程序的可靠运行，实现CPU运行状态的监测。
[0010]所述CPU最小系统连接存储电路，对监测数据及故障信息的记录。
[0011]一种利用所述基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器进行过流保护的方法，其特征在于步骤如下：
[0012]步骤1：采集电流采样调理电路的输出电压V
o
，计算实际电流值：
[0013][0014]其中，R
shunt
为分流器电阻值，V
o
为输出电压；
[0015][0016]其中，V
shunt
＝V
shunt_P
‑
V
shunt_N
为分流器两端电压，V
shunt
＝I*R
shunt
＝I*R5；
[0017]步骤2：按照机位识别码配置表对高压直流智能配电系统每个智能配电通道进行位置编码定义，即在每个智能控制模块外部对4位机位码离散量信号进行插针编码定义；
[0018]机位识别码配置表
[0019][0020]步骤3：根据步骤二得到的负载电流规格，计算每种规格下对应的过流保护门限值；
[0021]步骤4：根据步骤1得到的实际电流值，进行过流状态判断：当实际电流大于相应规格的过流保护门限值时，按照I2T反延时曲线，进行热量累加计算；当延时时间到，执行过流保护，控制接触器断开；否则，则不执行过流保护。
[0022]所述过流保护门限值为额定电流的1.265倍。
[0023]所述I2T反延时曲线计算公式为：I0为额定负载电流。
[0024]有益效果
[0025]本专利技术提出的一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法，对于不同规格负载，智能控制模块基于分流器的隔离式电流采样方案，适用于270V、540V高压直流智能配电领域。能够实现电流的隔离采样，安全性较高，采样的电流范围广。采样方案简单，成本较低，分流器集成于汇流条上，能够极大降低配电产品的重量和体积。同时，基于机位码的位置识别和负载规格识别方法，能够通过机位码的不同排列组合，在线可编程、自动选取相应的I2T过流保护曲线，执行对应机位处智能控制模块的功能，便于高压直流智能接触器控制模块的统型设计，使产品的技术状态管理和质量管控更容易。并且具有互换性，不同机位处智能控制模块外场可更换，极大提高了产品的维修性和保障性。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器，包括在高压直流汇流条与每一个负载之间连接接触器；其特征在于还包括与接触器连接的智能接触器控制模块；所述智能接触器控制模块包括CPU最小系统、电源处理电路、电平转换电路、电流采样调理电路、离散量输入采集电路、离散量状态输出电路、接触器输出正控和负控驱动电路、BIT测试电路、CAN通讯电路和机位码识别电路；电流采样调理电路采集负载的电流信号，并送至CPU进行负载支路电流的实时监测；离散信号采样调理电路对离散信号包括接触器的常闭和常开触电信号进行采集，通过电平转换电路送至CPU进行离散量状态监测；CPU最小系统根据采集的模拟量及离散量，实现接触器的控制；接触器输出正控和负控驱动电路将CPU输出的接触器控制信号进行放大，输出至接触器线圈两端，控制接触器通断电路；离散量状态输出电路将过流信号离散量以硬线形式进行输出；CAN通讯收发电路用来与上位机进行通信，将配电支路的相关电气参数、状态信息、故障信息上传至上位机；电源处理电路将外部提供的两路28V供电转化成
±
15V、5V供电电源，给各电路模块进行供电；BIT测试电路用来产生电流激励信号，在维护BIT自检时，对电流采样调理电路进行检查，判断其是否工作正常；机位码识别电路接收4位机位，识别4位机位码的排列组合，输入CPU选取不同的I2T过流保护曲线实现相应负载规格的电流保护功能。2.根据权利要求1所述基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器，其特征在于：所述电流采样调理电路包括隔离运放U1、高精密运放U2、基准电压芯片U4、隔离电压转换芯片U3、R2、R7、C4组成的差模滤波电路以及各芯片的偏置电阻和电容；分流器两端差分电压即V
shunt_P
‑
V
shunt_N
，通过R2、R7、C4组成的差模滤波电路滤除差模噪声，并通过C6电容滤除共模噪声；然后经U1隔离运放处理后，电压放大为
‑
2.05～2.05V，并通过由R1、R3、R6、R8以及高精密运放U2组成的差分放大电路进行电平转换后，同时叠加1.5V基准偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂芳，张迪，武珊，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：