CN117439014A - 一种外部电源监控装置及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于配电领域，涉及一种外部电源监控装置及监控方法，解决电源接入飞机时的安全性问题。装置包括：外部电源控制模块、外部电源电流互感器、外部电源断路器、外部电源接触器、外部电源汇流条，外部电源电流互感器设置在外部电源断路器与外部电源接触器主触点前端之间；外部电源接触器的主触点后端接外部电源汇流条；外部电源接触器的第一组辅助触点的一端接外部电源控制模块的状态采集端，第一组辅助触点的另一端接地，控制线圈正端接外部电源控制模块的控制端，控制线圈负端接地；主触点前端接外部电源控制模块内部AC/DC的输入端以及电压采集端；外部电源控制模块内部的离散量采集端接外部电源开关。提高了配电的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空配电系统，属于配电系统领域。具体是一种外部电源监控装置及监控方法。
背景技术
飞机在地面通电检查、起动以及设备维护时需要115V/400Hz和28VDC交流和直流制式的外部供电电源。外部飞机外部电源接入飞机电网，需要外部电源控制模块来控制和监控。
为了保证将合格的地面电源接入飞机，飞机电源系统中都设计有地面电源监控装置。早期飞机多为直流电源系统，主要针对地面直流电源的极性进行监控；目前，国内飞机多采用交流主电源系统，需要对地面交流电源的相序、电压、频率等参数进行监控。当地面电源向飞机供电时，飞机不同、工作状态不同，都可能造成地面电源供电参数的瞬间变化，一旦供电指标达不到飞机需求，地面电源控制保护装置会立即切断地面电源。在飞机发动机起动时，地面电源的直流输出电流升高，短时间大功率输出造成瞬时电源供电品质下降，或者外部电源电压波形畸变，如外部电源电压过压导致供电失败。
因此，需要一种外部电源监控装置及监控方法，在将外部电源接入机上电网时，既能将合格品质的外部电源接入机上电网，又能够在外部电源品质下降时（如过压）能够起到保护机载设备作用，同时在外部电源和机上主电源切换时，能够安全可靠的过渡，避免外部电源监控模块误接通EPC，影响主电源接通。
发明内容
发明目的：提供一种外部电源监控装置及监控方法，来实现对飞机外部电源接入飞机电网的可靠安全控制。
技术方案：
一种外部电源监控装置，包括：外部电源控制模块EMU、外部电源电流互感器EPCT、外部电源断路器EP CB、外部电源接触器EPC、外部电源汇流条，其中，
外部电源断路器EP CB的一端用于接收外部电源输入；外部电源电流互感器EP CT设置在外部电源断路器EP CB与外部电源接触器EPC主触点前端之间的外部电源主功率通道上；外部电源接触器EPC的主触点后端与外部电源汇流条连接；外部电源接触器EPC的第一组辅助触点的一端的常开触点与外部电源控制模块EMU的EPC状态采集端连接，外部电源接触器EPC的第一组辅助触点的另一端接地；外部电源接触器EPC的控制线圈正端与外部电源控制模块EMU的EPC控制端连接，外部电源接触器EPC的控制线圈负端接地；外部电源控制模块EMU内部AC/DC的输入端接外部电源接触器EPC的主触点前端；外部电源控制模块EMU内部的电压采集端接外部电源接触器EPC的主触点前端；外部电源控制模块EMU内部的离散量采集端接外部电源开关。
进一步地，外部电源控制模块EMU包括过压快速保护电路，当外部电源电压高于过压较大值时，过压快速保护电路用于对外部电源电压进行半波调理后通过比较器与电压阈值进行比较，当外部电源电压小于等于电压阈值的情况下，比较器输出低电平；当外部电源电压大于电压阈值的情况下，比较器输出高电平并对高电平进行模拟地和数字地的隔离，形成过压快速保护信号。
进一步地，AD/DC的输入为外部电源交流单相115V/400HzA相，输出为直流28VDC，AD/DC功率满足EPC接通瞬态和稳态功率的要求。
一种外部电源监控方法，所述方法借助于上述的外部电源监控装置执行，所述方法包括：
外部电源控制模块EMU通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格；
外部电源品质合格的情况下，则输出28V接通外部电源接触器EPC，将外部电源接通至外部电源汇流条；
外部电源控制模块EMU采集外部电源接触器EPC的辅助触点，判断外部电源接触器EPC是否接通；
当外部电源控制模块EMU接通外部电源接触器EPC后，若外部电源发生过压，外部电源控制模块EMU通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格；
外部电源品质不合格的情况下，根据设定的保护曲线，形成反延时保护信号以及通过过压快速保护电路进行快速保护形成快速保护信号；
通过反延时保护信号和快速保护信号的逻辑运算形成EPC控制信号。
进一步地，保护曲线满足：
当外部电源电压V=180V，保护时间t≤0.05s；当V=124.6+2.77/t，0.05s＜t<6.925s；当V=125，t≥6.925。
进一步地，通过过压快速保护电路进行快速保护，具体包括：
外部电源电压大于电压阈值的情况下，交流外部电源电压通过半波调理，将交流正弦波信号的负半波翻转为正半波，形成“馒头”波信号，然后通过比较器，实时与设定电压阈值比较，当外部电源电压大于设定值时输出快速保护信号。
进一步地，外部电源控制模块EMU通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格，具体包括：
在外部电源开关接通、外部电源电压小于等于外部电源正常电压上限、外部电源电压大于等于外部电源正常电压下限、频率大于等于频率下限、频率小于等于频率上限、相序无故障的情况下，电源品质合格，否则电源品质不合格。
进一步地，还包括：
在外部电源电压欠压的情况下，执行欠压反延时保护；
在外部电源过频的情况下，执行过频反延时保护；
在外部电源欠频的情况下，执行欠频反延时保护。
有益效果：
在将外部电源接入机上电网时，既能将合格品质的外部电源接入机上电网，又能够在外部电源品质下降时（如过压），通过设置软件反延时保护和硬件快速保护电路起到保护机载设备的作用，同时在外部电源和机上主电源切换时，能够安全可靠的过渡，避免外部电源监控模块因误接通EPC，影响主电源接通，提高了配电系统的安全性、可靠性。
附图说明
图1是本发明飞机外部电源控制框图；
图2是本发明过压快速保护原理框图。
具体实施方式
一种外部电源监控装置，基于外部电源控制硬件实现，硬件配置包括外部电源控制模块EMU、外部电源电流互感器EP CT、外部电源断路器EP CB外部电源输入、外电源接触器EPC、外部电源汇流条；外部电源控制模块EMU工作电源由外电源提供，EMU通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，外部电源品质合格，则输出28V控制电接通EPC，将外部电源接通至外部电源汇流条，EMU采集EPC的辅助触点的状态，判断EPC是否接通。
当EMU接通EPC后，外部电源发生过压，EMU通过软件识别结合设定的保护曲线，进行反延时保护。反延时保护曲线特征为，外部电源电压越高保护时间越短，所以设置当外部电源大于设定值进行过压快速保护。
EMU内部设置硬件快速保护模块，当外部电源电压高于过压较大值时，软件保护时间要求严格，软件保护不能满足保护时间要求，则通过硬件快速保护实现。
外部电源监控模块的工作电源由交流外部电源提供，设置的AD/DC模块，其输入为外部电源交流单相115V/400Hz（A相），输出为直流28VDC，功率满足EPC接通瞬态和稳态功率的要求。当飞机无外部电源时，保证EMU不工作，EPC不能接通，保证飞机供电系统的安全性。
EMU内部设置硬件快速保护模块，当外部电源大于设定值进行过压快速保护方法，交流外部电源电压通过半波调理模块，将交流正弦波信号的负半波翻转为正半波，形成“馒头”波信号，然后通过比较器，实时与设定阈值比较，当外部电源电压大于设定值时输出快速保护信号，信号经过隔离后与EPC驱动信号做逻辑运算，EMU直接断开EPC，实现快速保护功能，如图2所示。
EMU过压保护曲线满足：当外部电源电压V=180V，保护时间t≤0.05s；当V=124.6+2.77/t，0.05s＜t<6.925s；当V=125，t≥6.925。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，是某型飞机的外部电源监控原理框图。外部电源电压为115VAC/400Hz三相交流，EPC为三相交流接触器，外部电源监控EMU模块采集外部电源交流三相电压，外部开关状态、外部电源频率、相序。外部电源监控模块内部设置AD/DC模块，输入为外部电源的A相，输出为28VDC，给EPC接触器线圈正端供电，EPC线圈负端由外部电源监控模块控制给出。外部电源过压保护动作点电压为125V，当外部电源监控模块敏感到外部电源任一相电压高于动作点电压时，外部电源监控模块控制断开EPC线圈负载控制信号。典型值的保护时间按照表1所示参数执行：
表1典型值的保护时间按照下表
| 序号 | 电压保护点（V） | 保护时间（ms） |
| 1 | 125 | 不小于6925 |
| 2 | 133 | 不大于266 |
| 3 | 141 | 不大于150 |
| 4 | 151 | 不大于97 |
| 5 | 161 | 不大于72 |
| 6 | 180 | 不大于50 |
外部电源监控模块内部设置外部电源电压快速保护模块，模块原理如图2所示，外部电源大于180V进行过压快速保护，外部电源三相电压与设定阈值比较，当外部电源三相电压任意一相电压大于设定值时输出快速保护信号，快速保护信号与EPC驱动信号做逻辑运算，直接断开EPC。
本发明针对过压设计冗余保护，同时EPC线圈的正端供电来自外部电源，外部电源断开时，保证EPC不会误接通。
在外部电源开关接通、外部电源电压小于等于外部电源正常电压上限、外部电源电压大于等于外部电源正常电压下限、频率大于等于频率下限、频率小于等于频率上限、相序无故障的情况下，电源品质合格，否则电源品质不合格。
在外部电源电压小于125V的情况下，执行欠压反延时保护：在4.5s内，断开EPC；
在外部电源频率小于382.5Hz的情况下，执行欠频反延时保护：在4s内，断开EPC；
在外部电源频率大于417.5Hz的情况下，执行过频反延时保护：在4s内，断开EPC。
本发明将外部电源接入机上电网时，既能将合格品质的外部电源接入机上电网，又能够在外部电源品质下降时（如过压）能够起到保护机载设备作用，其中外部电源过压会损坏机载设备，所以本发明设置冗余过压保护方法。另外在外部电源和机上主电源切换时，能够安全可靠的过渡，避免外部电源监控模块误接通EPC，影响主电源接通。
Claims (8)
1.一种外部电源监控装置，其特征在于，包括：外部电源控制模块、外部电源电流互感器、外部电源断路器、外部电源接触器、外部电源汇流条，其中，
外部电源断路器的一端用于接收外部电源输入；外部电源电流互感器设置在外部电源断路器与外部电源接触器主触点前端之间的外部电源主功率通道上；外部电源接触器的主触点后端与外部电源汇流条连接；外部电源接触器的第一组辅助触点的一端的常开触点与外部电源控制模块的EPC状态采集端连接，外部电源接触器的第一组辅助触点的另一端接地；外部电源接触器的控制线圈正端与外部电源控制模块的EPC控制端连接，外部电源接触器的控制线圈负端接地；外部电源控制模块内部AC/DC的输入端接外部电源接触器的主触点前端；外部电源控制模块内部的电压采集端接外部电源接触器的主触点前端；外部电源控制模块内部的离散量采集端接外部电源开关。
2.根据权利要求1所述的外部电源监控装置，其特征在于，外部电源控制模块包括过压快速保护电路，当外部电源电压高于过压较大值时，过压快速保护电路用于对外部电源电压进行半波调理后通过比较器与电压阈值进行比较，当外部电源电压小于等于电压阈值的情况下，比较器输出低电平；当外部电源电压大于电压阈值的情况下，比较器输出高电平并对高电平进行模拟地和数字地的隔离，形成过压快速保护信号。
3. 根据权利要求2所述的外部电源监控装置，其特征在于， AD/DC的输入为外部电源交流单相115V/400Hz，输出为直流28VDC，AD/DC功率满足EPC接通瞬态和稳态功率的要求。
4.一种外部电源监控方法，其特征在于，所述方法借助于权利要求1-3中任一项所述的外部电源监控装置执行，所述方法包括：
外部电源控制模块通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格；
外部电源品质合格的情况下，则输出28V接通外部电源接触器，将外部电源接通至外部电源汇流条；
外部电源控制模块采集外部电源接触器的辅助触点，判断外部电源接触器是否接通；
当外部电源控制模块接通外部电源接触器后，若外部电源发生过压，外部电源控制模块通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格；
外部电源品质不合格的情况下，根据设定的保护曲线，形成反延时保护信号以及通过过压快速保护电路进行快速保护形成快速保护信号；
通过反延时保护信号和快速保护信号的逻辑运算形成EPC控制信号。
5.根据权利要求4所述的外部电源监控方法，其特征在于，保护曲线满足：
当外部电源电压V=180V，保护时间t≤0.05s；当V=124.6+2.77/t，0.05s＜t<6.925s；当V=125，t≥6.925。
6.根据权利要求5所述的外部电源监控方法，其特征在于，通过过压快速保护电路进行快速保护，具体包括：
外部电源电压大于电压阈值的情况下，交流外部电源电压通过半波调理，将交流正弦波信号的负半波翻转为正半波，形成“馒头”波信号，然后通过比较器，实时与设定电压阈值比较，当外部电源电压大于设定值时输出快速保护信号。
7.根据权利要求6所述的外部电源监控方法，其特征在于，外部电源控制模块通过采集外部电源开关、外部电源电压、频率和相序，判断外部电源品质是否合格，具体包括：
在外部电源开关接通、外部电源电压小于等于外部电源正常电压上限、外部电源电压大于等于外部电源正常电压下限、频率大于等于频率下限、频率小于等于频率上限、相序无故障的情况下，电源品质合格，否则电源品质不合格。
8.根据权利要求7所述的外部电源监控方法，其特征在于，还包括：
在外部电源电压欠压的情况下，执行欠压反延时保护；
在外部电源过频的情况下，执行过频反延时保护；
在外部电源欠频的情况下，执行欠频反延时保护。
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