CN111244916A - 一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，首先确定航空配电系统中交流电源的供电系统构型，根据供电系统构型确定其中所采用的接触器；再将接触器分为两类，并分析供电系统构型，确定出现两个交流电源并联时的接触器闭合情况，找出关键接触器所涉及的接触器闭合情况；之后对于每个关键接触器，依据所涉及的若干种接触器闭合情况，构建其硬件互锁电路。本发明提出的接触器硬件互锁使得在配电控制器故障或接触器状态传输线路故障情况下，也不会发生交流电源并联的重大事故，降低了控制器故障对整个配电系统的影响，提高了系统安全性、可靠性。

Description

一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法

技术领域

本发明属于航空配电技术领域，具体涉及航空配电系统中对关键交流连接接触器采用硬件互锁，有效保证接触器正确动作的方法。

背景技术

在航空电源系统领域，随着机载用电设备的大幅增加，对电能质量的要求也越来越高，飞机配电系统的地位和作用也愈发重要。飞机的配电系统不仅要提供足够的电容量，还要保证供电的高可靠性，尤其是在民用飞机上。

航空配电系统中，交流接触器是一种应用于远距离控制交流主电路通断的自动控制开关，实现对交流电源接入电网、退出电网或电网状态重构等功能。目前，对交流接触器的控制方法一般采用处理器控制，特点是硬件结构简单、成本低，但如果处理器出现故障，那么这些接触器就不能被有效、准确地控制，接触器错误的动作有可能影响整个配电系统的正常工作，甚至会引起整个系统发生重大故障，导致机毁人亡，特别是配电系统中的一些重要的交流接触器，对它有效、可靠地控制影响了整个配电系统的安全性、可靠性。

发明内容

航空供电系统中的配电控制器通过控制配电盘箱中的接触器完成机上电源分配、通道转换、故障隔离等功能。对于这类接触器，我们分析其功能后将其分为两类，一类是连接发电机或地面电源的接触器，实现交流电源投入电网或退出电网，另一类接触器是连接接触器，实现供电系统中通道转换、汇流条的冗余供电等。其中第二类连接接触器的不当操作有可能会使两个或两个以上的交流电源并联，这对供电系统及飞机都是重大故障，有可能导致机毁人亡，所以这类接触器是供电系统中的“关键接触器”，对他们实现准确、有效控制，保证其绝对不会引起交流电源并联就变得尤为重要。

目前，机上使用的多数为处理器控制的方法，但这种方法在处理器故障或程序跑飞的情况下就可能输出错误的控制命令，导致接触器错误动作，进而引发供电系统发生并联故障，为此，本申请提出一种航空配电系统中关键的交流连接接触器的硬件互锁方法，能保证在处理器输出控制命令不稳定或错误的情况下连接接触器也不会发生错误动作，保证系统不会发生并联的重大故障发生，从而提高了整个供电系统的可靠性、安全性等级。

本发明的技术方案为：

所述一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定航空配电系统中交流电源的供电系统构型，根据供电系统构型确定其中所采用的接触器；

步骤2：将步骤1确定的接触器按照以下规则分为两类：

一类是连接发电机或地面电源的接触器，实现交流电源投入电网或退出电网；另一类接触器是连接接触器，实现供电系统中通道转换、汇流条的冗余供电；

将连接接触器作为关键接触器；

步骤3：分析供电系统构型，确定出现两个交流电源并联时的接触器闭合情况；并在所述接触器闭合情况中分别确定每个关键接触器所涉及的接触器闭合情况；

步骤4：对于每个关键接触器，依据其在步骤3中分析得到的所涉及的若干种接触器闭合情况，采用以下过程构建其硬件互锁电路：

所述硬件互锁电路包括继电器线圈控制回路和该关键接触器的线圈控制回路；

关键接触器的线圈控制回路接收该关键接触器的控制命令，关键接触器的线圈控制回路中串联有继电器的常闭触点；

继电器线圈控制回路中串联有该关键接触器对应的常开触点电路；所述常开触点电路由若干支路组成，每条支路对应该关键接触器涉及的一种接触器闭合情况：某一支路由对应的所述接触器闭合情况中所涉及的除该关键接触器外的其余接触器的常开触点串联而成。

进一步的，在常开触点电路中，将多个支路中均涉及的某一接触器的常开触点简化成由多个支路共用的单个接触器常开触点。

进一步的，在常开触点电路中，若某一支路中还涉及其他关键接触器，则将所述其他关键接触器的常开触点省略。

进一步的，在常开触点电路中，在每条支路中还串联有二极管，防止继电器线圈放电。

进一步的，对于步骤3中不涉及关键接触器的接触器闭合情况，则对该接触器闭合情况所涉及的接触器对应供电电源设置供电优先级，将供电优先级高的供电电源对应的接触器的常闭触点接入该闭合情况所涉及的其余接触器的控制命令回路中。

有益效果

本发明提出的关键交流接触器硬件互锁方式是根据飞机的交流供电逻辑，为保证不会发生两个或以上交流电源并联的情况，而针对交流电源系统中关键交流接触器作出的设计。供电系统状态转换或故障隔离过程中的关键交流接触器的控制至关重要，本发明提出的接触器硬件互锁使得在配电控制器故障或接触器状态传输线路故障情况下，也不会发生交流电源并联的重大事故，降低了控制器故障对整个配电系统的影响，提高了系统安全性、可靠性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：4个交流电源的供电系统架构；

图2：第一交流连接接触器1的硬件互锁原理图；

图3：第二交流连接接触器2的硬件互锁原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

航空供电系统中的交流电源一般为115V，400Hz的三相交流电，配电控制器可以通过控制配电盘箱中的交接触器完成机上电源分配、通道转换、故障隔离等功能。我们将这些接触器分为两类，一类是连接发电机或地面电源的接触器，实现交流电源投入电网或退出电网，另一类接触器是连接接触器，实现供电系统中通道转换、汇流条的冗余供电等。第二类连接接触器的不当操作有可能会使两个或两个以上的交流电源并联，这对供电系统及飞机都是重大故障，有可能导致机毁人亡，所以这类接触器是供电系统中的“关键接触器”，对他们实现准确、有效控制，保证其绝对不会引起交流电源并联就变得尤为重要。目前，机上使用的多数为处理器控制的方法，但这种方法在处理器故障或程序跑飞的情况下就可能输出错误的控制命令，导致接触器错误动作，进而引发供电系统发生并联故障，所以本文针对这类关键接触器使用了一种硬件互锁的方法，能保证在处理器输出控制命令不稳定或错误的情况下连接接触器也不会发生错误动作，保证系统不会发生并联的重大故障发生，从而提高了整个供电系统的可靠性、安全性等级。

本实施例中采用常见的有4个交流电源的供电系统构型，如图1所示，对其中的关键连接接触器的硬件互锁方法进行说明。

该电源系统中一共有4个交流电源，第一主交流发电机1，交流地面电源、辅助交流发电机，第二主交流发电机2。这4个交流电源给飞机提供交流电，并通过第一交流汇流条1和第二交流汇流条2分配给机上的左半备份负载和右半部分负载。当系统需要某一个交流电源接入电网时，配电控制器就接通对应的接触器，如需要接入第一主交流发电机1时，闭合第一发电机接触器1即可，但交流地面电源给第一交流汇流条1供电时，就需要同时闭合交流地面电源接触器和第一交流连接接触器1，而辅助交流发电机给第二交流汇流条2供电时，就需要同时闭合辅助发电机接触器和第二交流连接接触器2，当然，交流地面电源也可以同时给第一交流汇流条1和第二交流汇流条2供电。具体的供电逻辑是有设计部分综合对供电电源的有效利用、供电的安全性等级要求及负载的合理分配来确定，依据设定的供电逻辑来确定硬件互锁方案。

本实施例中，通过分析4个交流电源的供电系统构型，具有接触器分别为第一发电机接触器1、交流地面电源接触器、辅助发电机接触器、第二发电机接触器2、第一交流连接接触器1以及第二交流连接接触器2。根据之前对接触器的分类：一类是连接发电机或地面电源的接触器，实现交流电源投入电网或退出电网，另一类接触器是连接接触器，实现供电系统中通道转换、汇流条的冗余供电等，我们可以确定第一交流连接接触器1以及第二交流连接接触器2是关键交流接触器。

然后再分析供电系统构型，确定出现两个交流电源并联的情况有以下6种：

1)当第一发电机接触器1、第一交流连接接触器1和交流地面电源接触器同时闭合；

2)当第一发电机接触器1、第一交流连接接触器1和辅助发电机接触器同时闭合；

3)当交流地面电源接触器和辅助发电机接触器同时闭合；

4)当辅助发电机接触器、第二交流连接接触器2和第二发电机接触器2同时闭合；

5)当交流地面电源接触器、第二交流连接接触器2和第二发电机接触器2同时闭合；

6)当第一发电机接触器1、第一交流连接接触器1、第二交流连接接触器2和第二发电机接触器2同时闭合。

分析上述6种并联情况可以发现，除了情况3，其余5种情况都与第一交流连接接触器1或第二交流连接接触器2有关系，那么只要保证在与第一交流连接接触器1有关的并联情况下使第一交流连接接触器1不会闭合，在与第二交流连接接触器2有关的并联情况下使第二交流连接接触器2不会闭合，就可以杜绝上述的并联故障发生。

下面分别针对第一交流连接接触器1和第二交流连接接触器2这两个关键交流接触器进行硬件互锁电路设计：

第一交流连接接触器1的硬件互锁电路设计，首先分析跟第一交流连接接触器1有关的并联情况有1)、2)、6)共3种情况，先将第1)条中的第一发电机接触器1和交流地面电源接触器的常开触点进行串联，再串入一个继电器的线圈控制回路，再把继电器的常闭触点串入第一交流连接接触器1的线圈控制回路，这样就能保证当第一发电机接触器1和交流地面接触器同时闭合时，继电器也闭合，它的常闭触点打开，保证连接接触器1断开，避免了并联情况1)的发生。

同样地，将第2)条并联情况也做相同的处理，将第一发电机接触器1和辅助发电机接触器的常开触点进行串联，再串入继电器的线圈控制回路，同样该继电器的常闭触点串入第一交流连接接触器1的线圈控制回路。

第6)条并联情况中需要串联的接触器有3个，第一发电机接触器1、第二发电机接触器2和第二交流连接接触器2，可以将第一发电机接触器1、第二发电机接触器2和第二交流连接接触器2的常开触点进行串联。但由于第二交流连接接触器2也是关键接触器，对第一交流连接接触器1和第二交流连接接触器2都要设计硬件互锁电路，所以这里可以只使用第一发电机接触器1和第二发电机接触器2进行串联，再串入1继电器的线圈控制回路即可，就能保证只要第一发电机接触器1和第二发电机接触器2同时闭合时，第一交流连接接触器1就不允许接通，同样地，第二交流连接接触器2的互锁电路设计也会保证只要第一发电机接触器1和第二发电机接触器2同时闭合时，第二交流连接接触器2也不允许接通，可以共同避免第6)条的并联故障。

对于上述6种情况中的第3种并联情况，其中不涉及关键交流接触器，这里我们可以通过设置供电优先级来解决，例如本实施例中，确定飞机地面时优先使用地面电源供电，而辅助交流发电机只有在没有地面电源时才能接入，那么可以在辅助发电机接触器的控制命令回路里串入交流地面电源接触器的一个常闭触点，这样当交流地面电源接触器闭合时，它的常闭辅助触点断开，就能保证辅助发电机接触器不会闭合，即使在处理器错误地输出闭合指令时。

综上，第一交流连接接触器1的互锁电路就是把上述三个互锁电路并联，避免了1)、2)、6)这3种情况的并联故障情况发生，再对互锁电路进行优化，串联继电器可以简化为1个，第一主交流发电机1接触器也可以简化为1个，同时，因为交流地面电源和辅助交流发电机的供电优先级关系，可以把他们的常开辅助触点并成1路，且为了防止继电器线圈放电，干扰28V直流电源稳定性，故每个并联支路中串入一个二极管，最终得到图2所示的硬件互锁电路。

同样地方法，可以得出第二交流连接接触器2的硬件互锁电路，如图3所示。

相比较处理器使用软件输出控制命令，本发明提出的这种硬件互锁的方法更可靠，更安全。目前。随着飞机上用电负载的大幅增加，飞机的供电系统也越来越复杂，交流电源数量增加有6个、8个或更多，对应的供电逻辑也更为复杂，但安全性、可靠性始终是飞机供电系统的首要要求，特别是出现更多关键交流连接接触器的情况，使用硬件互锁的方法可以有效保证系统安全性。

目前，在某民机预研项目的配电盘箱中使用了本发明的技术方案，经过试验测试发现，硬件互锁电路能有效防止中间交流连接接触器的错误动作，即使在处理器输出错误控制命令的情况下，有效避免了交流电源并联故障的发生，降低了故障发生率，提高了配电系统安全性、可靠性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定航空配电系统中交流电源的供电系统构型，根据供电系统构型确定其中所采用的接触器；

步骤2：将步骤1确定的接触器按照以下规则分为两类：

一类是连接发电机或地面电源的接触器，实现交流电源投入电网或退出电网；另一类接触器是连接接触器，实现供电系统中通道转换、汇流条的冗余供电；

将连接接触器作为关键接触器；

步骤3：分析供电系统构型，确定出现两个交流电源并联时的接触器闭合情况；并在所述接触器闭合情况中分别确定每个关键接触器所涉及的接触器闭合情况；

步骤4：对于每个关键接触器，依据其在步骤3中分析得到的所涉及的若干种接触器闭合情况，采用以下过程构建其硬件互锁电路：

所述硬件互锁电路包括继电器线圈控制回路和该关键接触器的线圈控制回路；

关键接触器的线圈控制回路接收该关键接触器的控制命令，关键接触器的线圈控制回路中串联有继电器的常闭触点；

继电器线圈控制回路中串联有该关键接触器对应的常开触点电路；所述常开触点电路由若干支路组成，每条支路对应该关键接触器涉及的一种接触器闭合情况：某一支路由对应的所述接触器闭合情况中所涉及的除该关键接触器外的其余接触器的常开触点串联而成。

2.根据权利要求1所述一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：在常开触点电路中，将多个支路中均涉及的某一接触器的常开触点简化成由多个支路共用的单个接触器常开触点。

3.根据权利要求1所述一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：在常开触点电路中，若某一支路中还涉及其他关键接触器，则将所述其他关键接触器的常开触点省略。

4.根据权利要求1所述一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：在常开触点电路中，在每条支路中还串联有二极管，防止继电器线圈放电。

5.根据权利要求1所述一种航空配电系统中关键交流接触器的硬件互锁方法，其特征在于：对于步骤3中不涉及关键接触器的接触器闭合情况，则对该接触器闭合情况所涉及的接触器对应供电电源设置供电优先级，将供电优先级高的供电电源对应的接触器的常闭触点接入该闭合情况所涉及的其余接触器的控制命令回路中。

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