RU2531907C1 - Intelligent distributing dc device - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: use: in the field of electric engineering. The device comprises input and output buses and switching elements, which are made in the form of a group of primary ones, according to the number of energy generation channels, providing for their connection to a power supply bus in accordance with the specified conditions, and in the form of a group of secondary ones, in accordance with the number of loads, providing for their connection to the power supply bus in accordance with information on the procedure of connection, realised in the introduced control device, which is connected with the help of a multiplex information bus to all switching elements, at the same time the switching element based on a semiconductor electronic key comprises sensors of current and voltage, sensors of environmental parameters, connected to a microcontroller, interacting via an information multiplex bus with a control device, which makes it possible to perform diagnostics and switching of energy generation and consumption channels in accordance with information on reference values of currents, voltages and parameters (for instance, temperature of the electronic key) of environment stored in the memory of the microcontroller.

EFFECT: expansion of functional capabilities.

2 dwg

Description

Международная патентная классификация (МПК):International Patent Classification (IPC):

1. H02H3 - Схемы защиты, осуществляющие автоматическое отключение и непосредственно реагирующие на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров с последующим восстановлением соединения или без такового1. H02H3 - Protection circuits that automatically shut off and directly respond to an unacceptable deviation from normal electrical operating parameters with subsequent restoration of the connection or without it

2. H02J1 - Схемы главных и распределительных сетей постоянного тока2. H02J1 - Schemes of main and distribution DC networks

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к устройствам распределения постоянного тока, выполняющим коммутацию источников и нагрузок и реагирующих на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров.The invention relates to DC distribution devices that perform switching of sources and loads and respond to an unacceptable deviation from normal electrical operating parameters.

Изобретение может быть использовано в системах электроснабжения подвижных автономных объектов.The invention can be used in power supply systems of mobile autonomous objects.

Уровень техникиState of the art

Известна система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника (Патент RU №2201645), содержащая коммутаторы и линию электропередачи, состоящую из прямого и обратного проводов, коммутаторы, установленные на шинах общего источника, выполнены в виде статического преобразователя напряжение-ток, а коммутаторы, установленные на концах линий электропередачи, выполнены в виде статического преобразователя ток-напряжение, представляющего собой параллельный транзисторный ключ, к которому подключен широтно-импульсный модулятор с конденсаторным фильтром на выходе, при этом между транзисторным ключом и конденсаторным фильтром подсоединен диод в прямом направлении для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии. Недостатками данной системы являются:A known system for distributing direct current electricity from buses of a common source (Patent RU No. 2201645), comprising switches and a power line consisting of direct and return wires, switches installed on buses of a common source, are made in the form of a static voltage-current converter, and switches installed at the ends of power lines are made in the form of a static current-voltage converter, which is a parallel transistor switch to which a pulse-width mode is connected an amplifier with a capacitor filter at the output, while a diode is connected in the forward direction between the transistor switch and the capacitor filter to eliminate the reverse voltage response to the power line from the consumer of electricity. The disadvantages of this system are:

- она не может обеспечить достаточно надежное и бесперебойное электропитание потребителей, так как работает только от одной питающей сети;- it cannot provide a sufficiently reliable and uninterrupted power supply to consumers, since it works only from one power supply network;

- в схеме не предусмотрены автоматы защиты;- circuit breakers are not provided in the circuit;

- не предусмотрен контроль параметров среды, в которой функционируют коммутационные элементы (например, температуры, влажности, радиации).- there is no control over the parameters of the environment in which the switching elements operate (for example, temperature, humidity, radiation).

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату патент на электрическое распределительное устройство (RU №2451375), принятое за прототип, состоящее из корпуса, выполненного с наличием лицевой и задней съемных панелей. На лицевой панели при помощи кронштейна установлен блок автоматов защиты силовых цепей, прибор контроля напряжения, коммутационные аппараты, контрольно-индикационный блок в виде комплекта световых индикаторов, электрически связанных с первым блоком электроэлементов. На задней панели с внутренней стороны на втулках из диэлектрического материала параллельно друг другу установлены две плоские шины «+» и «-», между которыми на кронштейне размещен блок контакторов. Плоская шина «+» связана с контакторами шинами J-образной формы. С наружной стороны на задней панели установлен блок питания выносных приборов со вторым блоком электроэлементов, размещенный в корпусе с развитой теплообменной поверхностью. Монтажные зоны для присоединения кабелей с соответствующей арматурой расположены на противоположных стенках корпуса устройства.The closest in technical essence and the achieved result patent for an electrical switchgear (RU No. 2451375), adopted as a prototype consisting of a housing made with front and rear removable panels. A block of power circuit breakers, a voltage control device, switching devices, a control and indicating unit in the form of a set of light indicators electrically connected to the first block of electrical elements are installed on the front panel using the bracket. On the rear panel, on the inside, on bushes of dielectric material, two flat busbars “+” and “-” are installed parallel to each other, between which a contactor block is placed on the bracket. The flat bus “+” is connected to the contactors by J-shaped buses. On the outside, on the rear panel, a power supply unit for remote devices with a second block of electrical elements is installed, located in a housing with a developed heat-exchange surface. Mounting zones for connecting cables with appropriate fittings are located on opposite walls of the device.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- конструктивная сложность электрического распределительного устройства и сложность при обслуживании и эксплуатации;- the structural complexity of the electrical switchgear and the complexity of maintenance and operation;

- сравнительно низкое качество электропитания из-за наличия электромеханических контакторов;- relatively low quality of power supply due to the presence of electromechanical contactors;

- автоматы защиты срабатывают только от превышения тока нагрузки (другие параметры рабочей среды не учитываются).- circuit breakers operate only when the load current is exceeded (other parameters of the working environment are not taken into account).

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей и области применения устройства путем обеспечения управления коммутацией нескольких независимых каналов генерирования и совокупности потребителей, с реализацией централизованного контроля параметров электропитания и цифрового управления коммутацией в целях защиты потребителей электроэнергии от выхода параметров источников питания за назначаемые пределы и контроля температуры электронного ключа.The objective of the invention is to expand the functionality and scope of the device by providing switching control of several independent channels of generation and a combination of consumers, with the implementation of centralized control of power parameters and digital control of switching in order to protect consumers of electricity from going beyond the parameters of power sources and electronic temperature control the key.

Описание изобретения к патентуPatent Description

Технический результат заявляемого изобретения выражается в расширении функциональных возможностей и области применения распределительного устройства путем обеспечения возможности управления коммутацией нескольких независимых источников постоянного тока и совокупности потребителей, с контролем параметров электропитания и параметров среды, в которой функционируют коммутационные элементы (например, температуры электронного ключа), обеспечивая многокритериальную защиту потребителей электроэнергии.The technical result of the claimed invention is expressed in expanding the functionality and scope of the switchgear by providing the ability to control the switching of several independent DC sources and a combination of consumers, with control of the power parameters and the parameters of the environment in which the switching elements (for example, the temperature of the electronic key) operate, providing multi-criteria protection of consumers of electricity.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена схема интеллектуального распределительного устройства (ИРУ), на фиг.2 - схема коммутационного элемента.Figure 1 presents a diagram of an intelligent switchgear (IRA), figure 2 is a diagram of a switching element.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Интеллектуальное распределительное устройство связано с каналами генерирования электрической энергии, которые подключены к входам 1, 2, 3, 4. Первичные коммутационные элементы 5, 6, 7, 8 получают команды управления с помощью мультиплексной информационной шины 9 и соединяют входы 1, 2, 3, 4 с шиной питания 10.The smart switchgear is connected to electric power generation channels that are connected to inputs 1, 2, 3, 4. The primary switching elements 5, 6, 7, 8 receive control commands using the multiplex information bus 9 and connect the inputs 1, 2, 3, 4 with power bus 10.

Устройство управления 11 связано как с бортовой информационной управляющей системой автономного подвижного объекта через порт 12, так и с каждым из коммутационных элементов через мультиплексную шину информационную 9. Вторичные коммутационные элементы 13, 14, 15, 16, 17 получают команды управления с помощью мультиплексной информационной шины 9 и соединяют шину питания 10 с выходами нагрузки 18, 19, 20, 21, 22.The control device 11 is connected both with the on-board information control system of the autonomous movable object via port 12, and with each of the switching elements via the information multiplex bus 9. Secondary switching elements 13, 14, 15, 16, 17 receive control commands using the multiplex information bus 9 and connect the power bus 10 with the outputs of the load 18, 19, 20, 21, 22.

Первичные коммутационные элементы и вторичные коммутационные элементы имеют унифицированную конструкцию, различающуюся мощностью электронного ключа.Primary switching elements and secondary switching elements have a unified design, which differs in the power of the electronic key.

Коммутационный элемент содержит датчик напряжения 23, датчик тока 24, микроконтроллер 25, электронный ключ 26 и датчик параметров внешней среды (например, температуры) 27, установленный на корпусе электронного ключа 26.The switching element comprises a voltage sensor 23, a current sensor 24, a microcontroller 25, an electronic key 26 and an environmental parameter sensor (for example, temperature) 27 mounted on the body of the electronic key 26.

Микроконтроллер 25 хранит в своей памяти информацию о конфигурации, содержащую адрес на мультиплексной шине, предельные электрические параметры электронного ключа, контрольные значения напряжений, токов, параметров внешней среды, и о порядке операций коммутационного элемента.The microcontroller 25 stores in its memory configuration information containing the address on the multiplex bus, the limit electrical parameters of the electronic switch, the control values of the voltages, currents, environmental parameters, and the operating procedure of the switching element.

Описание работы ИРУIRA job description

Работа ИРУ начинается с поступления от бортовой информационной управляющей системы на порт 12 разовой команды включения. Устройство управления через мультиплексную шину производит опрос первичных коммутационных элементов (5, 6, 7, 8) с целью определения их состояния и параметров канала генерирования. По результатам опроса формируется ответ в бортовую информационную управляющую систему о готовности ИРУ к работе или о его отказе.The work of the ISU begins with the receipt of a one-time inclusion command from port on-board information control system to port 12. The control device through the multiplex bus interrogates the primary switching elements (5, 6, 7, 8) in order to determine their status and parameters of the generation channel. Based on the results of the survey, a response is generated to the on-board information management system about the readiness of the IRA to work or about its failure.

В соответствии с информацией о правилах использования каналов генерирования, хранящейся в памяти устройства управления, производится включение одного из исправных первичных коммутационных элементов 5, 6, 7, 8.In accordance with the information on the rules for using the generation channels stored in the memory of the control device, one of the operational primary switching elements 5, 6, 7, 8 is turned on.

С целью обновления информации о рабочих параметрах устройство управления 11 производит постоянный опрос через мультиплексную шину информационную 9 первичных 5, 6, 7, 8 и вторичных 13, 14, 15, 16, 17 коммутационных элементов с сохранением результатов в своей памяти.In order to update the information on operating parameters, the control device 11 continuously polls through the information bus 9 the primary 5, 6, 7, 8 and secondary 13, 14, 15, 16, 17 switching elements with storing the results in their memory.

Подключение и отключение выходов нагрузок к шине питания 10 производится с помощью вторичных коммутационных элементов 13, 14, 15, 16, 17 в соответствии с информацией о правилах питания нагрузок, хранящейся в памяти устройства управления.Connecting and disconnecting the outputs of the loads to the power bus 10 is carried out using the secondary switching elements 13, 14, 15, 16, 17 in accordance with the information about the rules for supplying loads stored in the memory of the control device.

При выходе напряжения в канале генерирования, увеличении протекающего тока через электронный ключ или выходе параметров внешней среды за рамки контрольных значений микроконтроллер первичного коммутационного элемента выключает электронный ключ 26 и подготавливает сигнал об изменении состояния канала генерирования.When the voltage in the generation channel exits, the current flowing through the electronic switch increases, or the environmental parameters go beyond the control values, the microcontroller of the primary switching element turns off the electronic switch 26 and prepares a signal about the change in the state of the generation channel.

Устройство управления 11, получив при выполнении опроса первичных коммутационных элементов 5, 6, 7, 8 информацию о выключении одного из каналов генерирования, производит анализ наличия исправных каналов генерирования и первичных коммутационных элементов и согласно правилам использования каналов генерирования отправляет команду на включение другого исправного первичного коммутационного элемента и сохраняет информацию об отказе в своей памяти.The control device 11, having received, when performing a survey of primary switching elements 5, 6, 7, 8, information about turning off one of the generation channels, analyzes the availability of working generation channels and primary switching elements and, in accordance with the rules for using generation channels, sends a command to turn on another healthy primary switching element and stores the failure information in its memory.

При выходе напряжения на шине питания 10, увеличении протекающего тока нагрузки выше контрольного значения или выходе параметров внешней среды за рамки контрольных значений микроконтроллер вторичного коммутационного элемента выключает электронный ключ и формирует сигнал об изменении состояния питания нагрузок.When the voltage on the supply bus 10, an increase in the flowing load current above the control value or when the environmental parameters go beyond the control values, the microcontroller of the secondary switching element turns off the electronic key and generates a signal about the change in the state of the load power.

Claims (1)

Интеллектуальное распределительное устройство постоянного тока, содержащее входные и выходные шины и коммутационные элементы, отличающееся тем, что коммутационные элементы выполнены в виде группы первичных по числу каналов генерирования электроэнергии, обеспечивающие подключение их к шине питания согласно заданным условиям, и в виде группы вторичных по числу нагрузок, обеспечивающие их присоединение к шине питания в соответствии с информацией о порядке подключения, реализуемым во введенном устройстве управления, которое связано с помощью мультиплексной информационной шины со всеми коммутационными элементами, при этом коммутационный элемент на базе полупроводникового электронного ключа содержит датчики тока и напряжения, датчики параметров внешней среды, подключенные к микроконтроллеру, взаимодействующему через информационную мультиплексную шину с устройством управления, позволяющее выполнять диагностику и коммутацию каналов генерирования и потребления электроэнергии в соответствии с информацией о контрольных значениях токов, напряжений и параметров (например, температуры электронного ключа) внешней среды, хранящейся в памяти микроконтроллера. Intelligent DC switchgear containing input and output buses and switching elements, characterized in that the switching elements are made in the form of a group of primary in the number of power generation channels, ensuring their connection to the power bus according to specified conditions, and in the form of a group of secondary in the number of loads providing their connection to the power bus in accordance with the information about the connection procedure implemented in the entered control device, which is associated with using a multiplexed information bus with all switching elements, the switching element based on a semiconductor electronic key contains current and voltage sensors, environmental parameters sensors connected to a microcontroller that interacts through the information multiplex bus with a control device that allows diagnostics and switching of the generation channels and electricity consumption in accordance with the information on the control values of currents, voltages and parameters (e.g. Emer, dongle temperature) of the environment, stored in the microcontroller memory.

Images