ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2014 года по МПК H02J1/00 H02H3/00 

Международная патентная классификация (МПК):

1. H02H3 - Схемы защиты, осуществляющие автоматическое отключение и непосредственно реагирующие на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров с последующим восстановлением соединения или без такового

2. H02J1 - Схемы главных и распределительных сетей постоянного тока

Область техники

Изобретение относится к устройствам распределения постоянного тока, выполняющим коммутацию источников и нагрузок и реагирующих на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров.

Изобретение может быть использовано в системах электроснабжения подвижных автономных объектов.

Уровень техники

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:

- она не может обеспечить достаточно надежное и бесперебойное электропитание потребителей, так как работает только от одной питающей сети;

- в схеме не предусмотрены автоматы защиты;

- не предусмотрен контроль параметров среды, в которой функционируют коммутационные элементы (например, температуры, влажности, радиации).

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.

Недостатками прототипа являются:

- конструктивная сложность электрического распределительного устройства и сложность при обслуживании и эксплуатации;

- сравнительно низкое качество электропитания из-за наличия электромеханических контакторов;

- автоматы защиты срабатывают только от превышения тока нагрузки (другие параметры рабочей среды не учитываются).

Раскрытие изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема интеллектуального распределительного устройства (ИРУ), на фиг.2 - схема коммутационного элемента.

Осуществление изобретения

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.

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.

Первичные коммутационные элементы и вторичные коммутационные элементы имеют унифицированную конструкцию, различающуюся мощностью электронного ключа.

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.

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.

Описание работы ИРУ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит входные и выходные шины и коммутационные элементы, которые 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, что позволяет 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. 2 ил.

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.