CN110829360B - 一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空配电系统领域，具体涉及一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法；包括：手分过程保护方法、过流延时保护方法与短路保护方法；本发明能可靠有效实现对高压直流断路器的控制，在不同故障电流下完成采集、判断、互锁、输出等功能。并且整个电路的功能实现无需编程，减少了系统故障率，且无需更新程序。此外，集成电路的功耗小，体积小，可靠性高。

Description

一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法
技术领域
本发明属于航空配电系统领域，具体涉及一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法。
背景技术
航空270V直流电源系统近些年出现在大家的视野中，成为低压直流和恒频交流后第三种飞机主电源系统；与此同时飞机供电系统进一步向大容量、轻重量发展。对故障电流成功可靠分断和对负载的保护，是对直流断路器更严峻的考验。
直流270V断路器的研究和设计成为推动直流270V发展的重要环节。目前，通过电力电子器件承担开断过程中触头的磨损和烧蚀，成为断路器新的发展方向。通过使用功率电力电子器件在开断过程中完成引流并切断故障电流，关断中产生的过电压可通过缓冲回路和压敏电阻以及TVS等器件进行吸收。
结合航空领域中对可靠性和体积重量的特殊要求，本发明给出了一种采用集成电路控制高压直流断路器的方法，实现对断路器的控制。提高了断路器可靠性，大大减小了装置的故障率。
发明内容
本发明的目的是为高压直流断路器提供一种硬件集成电路实现的方法，可靠有效的实现对高压直流断路器的控制，在不同故障电流下完成采集、判断、互锁、输出等功能。以解决航空高压直流断路器可靠工作与分断电弧的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现的：
一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，包括：手分过程保护方法、过流延时保护方法与短路保护方法；
手分过程保护方法为，当手动拉拔断路器按钮时，通过触头电压检测装置可测得触头间电压值，该值与预设值Va进行比较，当测得触头间电压值大于预设值Va时，手分555输出，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；
过流延时保护方法与短路保护方法为，通过采样电阻对主回路电流Im进行检测，检测到主回路电流值Im时，该值与预设过流值Io和预设短路值Is比较，当Im≤Io或短路锁过流时，过流555不动作；当发生过流或短路故障，并形成故障电流，Is≥Im≥Io时，过流555输出，经过反延时时间t后，驱动IGBT导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时过流锁手分电路使其复位，即使触头电压大于Va，手分电路也不动作，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；当Im≥Is时，短路555输出，驱动IGBT导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时短路锁手分和过流电路，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量。
所述固态开关支路，固态开关支路采用IGBT模块，当触头打开到额定开距后，固态开关关断故障电流。
所述吸收回路采用压敏电阻吸收电感能量，并抑制过电压的峰值。
所述吸收回路增加了由电阻和电容串联的缓冲回路，配合吸收回路中压敏电阻的响应时间，减小分断时过电压上升率。
所述硬件集成电路包括手分硬件控制电路模块、过流反延时电路模块、短路硬件控制电路模块、输出电路模块、脱扣线圈以及吸收回路，当手分硬件控制电路模块、过流反延时电路模块、短路硬件控制电路模块之中的任意一个集成电路启动时，会通过输出电路模块控制脱口线圈的启动以及吸收回路的通断。
所述IGBT模块的驱动电路检测到触点打开状态时，内部比较电路动作，IGBT模块导通t时长后关断。
所述IGBT模块的饱和导通压降要远小于电弧电压，因此电流会成功转移到IGBT模块上。
所述IGBT模块导通t时长由具体保护要求进行设计确定
本发明所达到的有益效果在于：
本发明的一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，能可靠有效实现对高压直流断路器的控制，在不同故障电流下完成采集、判断、互锁、输出等功能。并且整个电路的功能实现无需编程，减少了系统故障率，且无需更新程序。此外，集成电路的功耗小，体积小，可靠性高。
附图说明
图1是硬件电路控制逻辑图
图2是高压直流断路器系统构成原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明硬件电路控制逻辑图，采样电阻R3串联于入线端汇流条两端，它的主要功能是采集主回路中汇流条上通过电流大小，供控制板进行负载保护的逻辑判断。当没有过流、短路故障发生时，断路器正常导通，当发生过流、短路故障时，根据过流、短路硬件控制电路对断路器进行保护。
具体保护方法包括手分过程保护方法、过流延时保护方法与短路保护方法。手分过程保护方法为，当手动拉拔断路器按钮时，通过触头电压检测装置可测得触头间电压值，该值与预设值Va进行比较，当测得触头间电压值大于预设值Va时，手分555输出，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；
过流延时保护方法与短路保护方法为，通过采样电阻对主回路电流Im进行检测，检测到主回路电流值Im时，该值与预设过流值Io和预设短路值Is比较，当Im≤Io或短路锁过流时，过流555不动作；当发生过流或短路故障，并形成故障电流，Is≥Im≥Io时，过流555输出，经过反延时时间t后，驱动IGBT导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时过流锁手分电路使其复位，即使触头电压大于Va，手分电路也不动作，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；当Im≥Is时，短路555输出，驱动IGBT导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时短路锁手分和过流电路，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量。
吸收回路采用压敏电阻Rv吸收电感能量，并抑制过电压的峰值。此外，吸收回路增加了由电阻Rx和电容Cx串联的缓冲回路，配合吸收回路中压敏电阻Rv的响应时间，减小分断时过电压上升率。
图2为高压直流断路器系统构成原理图，在开断过程中，触头打开后，电流换流到固态开关支路，固态开关支路采用IGBT模块，IGBT模块的驱动电路检测到触点打开状态时，内部比较电路动作，由于IGBT模块的饱和导通压降要远小于电弧电压，因此电流会成功转移到IGBT模块上，IGBT模块导通t时长后关断故障电流，t时长可根据具体保护要求进行设计确定。

Claims (8)

1.一种硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，包括：手分过程保护方法、过流延时保护方法与短路保护方法；
手分过程保护方法为，当手动拉拔断路器按钮时，通过触头电压检测装置可测得触头间电压值，该值与预设值Va进行比较，当测得触头间电压值大于预设值Va时，手分555输出，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；
过流延时保护方法与短路保护方法为，通过采样电阻对主回路电流Im进行检测，检测到主回路电流值Im时，该值与预设过流值Io和预设短路值Is比较，当Im≤Io或短路锁过流时，过流555不动作；当发生过流或短路故障，并形成故障电流，Is≥Im≥Io时，过流555输出，经过反延时时间t后，驱动固态开关支路的IGBT模块导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时过流锁手分电路使手分555复位，即使触头电压大于Va，手分电路也不动作，触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量；当Im≥Is时，短路555输出，驱动固态开关支路的IGBT模块导通且驱动脱扣线圈使断路器分闸，与此同时短路锁手分和短路锁过流触头打开后，电流换流到固态开关支路，由吸收回路吸收触头分断时产生的能量。
2.如权利要求1所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述固态开关支路，固态开关支路采用IGBT模块，当触头打开到额定开距后，固态开关关断故障电流。
3.如权利要求1所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述吸收回路采用压敏电阻吸收电感能量，并抑制过电压的峰值。
4.如权利要求3所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述吸收回路增加了由电阻和电容串联的缓冲回路，配合吸收回路中压敏电阻的响应时间，减小分断时过电压上升率。
5.如权利要求1所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述硬件集成电路包括手分硬件控制电路模块、过流反延时电路模块、短路硬件控制电路模块、输出电路模块、脱扣线圈以及吸收回路，当手分硬件控制电路模块、过流反延时电路模块、短路硬件控制电路模块之中的任意一个模块启动时，会通过输出电路模块控制脱口线圈的启动以及吸收回路的通断。
6.如权利要求2所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述IGBT模块的驱动电路检测到触点打开状态时，内部比较电路动作，IGBT模块导通t时长后关断。
7.如权利要求2所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述IGBT模块的饱和导通压降要远小于电弧电压，因此电流会成功转移到IGBT模块上。
8.如权利要求6所述的硬件集成电路控制高压直流断路器的方法，其特征在于，所述IGBT模块导通t时长由具体保护要求进行设计确定。
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