УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ И ЗАЩИТЫ

Заявляемое техническое решение относится к средствам защиты потребителей, срабатывающим при отклонении электрических параметров от нормальных значений, и может быть использовано для подключения и отключения потребителей электроэнергии пассажирских вагонов к вагонной шине питания.
Известно коммутационное устройство, содержащее выпрямитель, пороговый элемент, формирователь управляющего напряжения и коммутационный блок (см. Авт.Св. №1309116 МПК Н01Н 83/12)
Формирователь управляющего напряжения в устройстве выполнен на элементе задержки, схеме «И» и ключе, а коммутационный блок - в виде поляризованного бистабильного реле. Устройство обеспечивает только аварийное переключение нагрузки при снижении напряжения сети ниже порогового значения.
Известно также, коммутационное устройство по патенту РФ №2038642, МПК Н01Н 83/12, (принято за прототип) содержащее формирователь управляющего напряжения и коммутационный блок и реализующее гистерезисный закон управления коммутационным блоком на основе двухпороговой оценки уровня напряжения сети.
Формирователь управляющего напряжения в известном устройстве выполнен в виде RS-триггера, а коммутационный блок содержит два силовых тиристора, трансформатор, резисторы в цепях управления тиристоров. Указанное коммутационное устройство, обеспечивает только отключение нагрузки при изменениях уровня напряжений, выходящих за диапазон пороговых уровней. Функциональные возможности устройства ограничены, так как не обеспечивается контроль тока, напряжения и мощности, отсутствует защита от короткого замыкания и возможность самодиагностики.
Решаемая техническая задача - расширение функциональных возможностей. Указанная задача решается за счет того, что устройство коммутации и защиты, содержащее формирователь управляющих напряжений, подключенный к блоку коммутации, содержит также управляющий контроллер, взаимосвязанный с внешними цепями через шинный интерфейс, блок коммутации содержит n каналов, где n≥1, каждый из которых включает силовой транзистор, измерительный резистор и электромеханическое реле, а формирователь управляющих напряжений содержит n микроконтроллеров, выход каждого из которых подключен к силовому транзистору и электромеханическому реле, а вход - к измерительному резистору соответствующего канала коммутации, при этом управляющий микроконтроллер взаимосвязан через линии связи с микроконтроллерами, каждый из которых включен параллельно линии последовательного включения силового транзистора и измерительного резистора коммутируемой цепи, в другую линию которой включено электромеханическое реле.
Такая структура устройства обеспечивает не только коммутацию потребителей электропитания, но и позволяет по командам и запросам внешних устройств, поступающим по шинному интерфейсу на управляющий контроллер, обеспечить измерение токов и напряжений на нагрузке и передачу их значений, а также значение параметров мощности во внешние устройства и реализовать возможность самодиагностики устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
1
n
1
n
Устройство содержит управляющий контроллер 1, например, контроллер MC9S12, взаимосвязанный через линии связи, например оптоэлектронные 2-2 с соответствующими микроконтроллерами 3-3, образующими формирователь управляющих напряжений 4 для n-канального блока коммутации 5. Каждый канал блока коммутации 5 осуществляет коммутацию одного потребителя и содержит силовой транзистор 6, измерительный резистор 7 и электромеханическое реле 8. Силовой транзистор 6 и измерительный резистор 7 включены последовательно в одну из линий цепи питания потребителя; в другую линию цепи питания включено электромеханическое реле 8. Каждый микроконтроллер 3 выходом подключен к силовому транзистору 6 и к электромеханическому реле 8, а входом - к измерительному резистору 7, соответствующего канала коммутации. Кроме того, каждый микроконтроллер 3 подключен параллельно силовому транзистору 6 и измерительному резистору 7 к линии цепи питания потребителя.
Вторичный источник питания 9 обеспечивает формирование постоянного стабилизированного питания +5В для контроллеров и +15В для каналов коммутации из напряжения питания 48В. Взаимодействие управляющего контроллера 1 с внешними устройствами осуществляется через шинный интерфейс 10.
Устройство работает следующим образом.
1
n
1
n
1
n
При включении питания устройства микроконтроллеры 3-3 начинают с помощью встроенных аналого-цифровых преобразователей (на чертеже не показаны) постоянно измерять падение напряжения на резисторах 7 и преобразовывать его к ток, а также контролировать напряжение на входах и выходах каналов коммутации. Управляющий контроллер 1 через линии связи 2-2 и микроконтроллеры 3-3 пересчитывает измеренные параметры с учетом калибровочных коэффициентов для передачи соответствующей информации во внешние устройства. При превышении в какой-либо цепи питания током потребления некоторой величины, заданной программно, по команде управляющего контроллера 1 микроконтроллер 3 соответствующей цепи отключает силовой транзистор 6 и электромеханическое реле 8.
Таким образом, по командам управляющего контроллера 1 осуществляется отключение и включение потребителей, и постоянный контроль электрических параметров цепей.