负载智能识别方法与包含该负载智能识别方法的电子断路器与流程

本发明涉及一种电路上电控制方法，具体是一种负载智能识别方法与包含该负载智能识别方法的电子断路器。

背景技术：

1、断路器是一种重要的基础电气通断设备，能够在正常情况下承载和开断额定电流，也能在收到电流超出额定电流的信号时，自动断开电路，从而为用电设备提供过电流保护功能。断路器的应用在我们身边无处不在，城市、消防以及学校等基础建设，利用断路器实现对供电不同支路的控制，工厂利用断路器提供高效的用电管理，提升用电安全。

2、随着智能电网的发展，断路器的智能化已经成为行业的研发热点。智能断路器是一种新型断路器，配置有电子设备、传感器和执行器，利用单片机作为控制器，采用模块化的设计，将通信单元、信号输入单元、信号输出单元、显示单元等各个部分集成于芯片当中。相比于传统断路器，智能断路器具有小体积、高智能度的优点。

3、在工业自动化行业，系统电源主要采用直流24v为供电电压，通常是由开关电源将交流220v转换为直流24v提供给整个系统使用。考虑到整个系统的负载要求，需要在执行电源的短路保护动作之前，设置一段动作迟滞时间。在实际应用中，如果线路中某处发生短路，由于开关电源的动作迟滞，可能会导致导线和元器件烧毁，出现起火风险。为了处理以上问题，通常会将整个系统划分成不通的工作区域，在各个工作区域内分别设置断路器。

4、依靠断路器通断的负载可以分为阻性负载、感性负载与容性负载三种类型，传统的机械式断路器考虑到容性负载问题，同样会出现保护动作迟滞现象。与电源的输出电压与输出电流相比，三种负载在电流与电压的先后上具有不同的特性，当断路器开断纯阻性负载时，负载电流和负载电压之间没有相位差；而在感性负载电路中，负载电流滞后于负载电压；容性负载电路中，负载电流超前负载电压。授权公告号cn107192941b的中国授权发明提供了一种断路器动态负载能力的分析方法与管理方法，利用了上述不同负载具有不同的电流与电压相位差的原理，获取电路的实时电流与实时电压，计算电流相位角与电压相位角的相位差，并根据相位差的测定结果来确定电流性质与负载类型，但是该方案仍然需要针对不同的负载类型设定不同的电流许用电流。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负载智能识别方法，能够在负载的通电回路中采集电流信息与电压信息，根据采集信息识别负载类型；所述通电回路中设置有mos开关管以控制通电回路的通断；所述负载智能识别方法包括如下步骤：

2、s1.使上电系统初始化；

3、s2.以时间ta1打开负载端口，再以时间tb1断开负载端口，在上电瞬间快速采集电流信号，重复电路的开断过程与采集过程1-3次，与预设的电流阈值对比，若多次测定的电流值未超过预设的电流阈值，识别负载类型为阻性负载或者感性负载；若测定电流值超出预设的电流阈值，识别负载类型为容性负载或者短路故障；

4、s3.识别负载类型为容性负载或者短路故障，继续以时间ta1采集电流信号并以时间tb1断开负载端口，重复电路的开断过程与采集过程1-3次，将得到的电流数值与s2步骤中采集到的电流数据做对比，若采集电流呈现逐渐上涨的趋势，识别负载类型为容性负载；若采集电流维持不变的趋势，识别为短路故障；

5、s4-1.识别负载类型为容性负载，打开负载端口，以时间ta2打开负载端口，以时间tb2关闭负载端口，采集当前电流信号与电压信号。循环开断电路过程与信号采集过程，直至采集的电流值与电压值趋于稳定，维持负载端口打开状态。

6、进一步地，在步骤s2、s3当中，端口打开时间ta1最大设定为施加短路电流时允许mos开关管打开的最大时间，端口关闭时间tb1根据安全占空比与ta1设定；

7、步骤s4-1当中，端口的打开时间ta2与mos开关管的热阻系数相关，根据mos开关管的热阻系数查询mos开关管的规格书查表获得端口允许打开的最大时间，s4-1端口关闭时间tb2根据安全占空比与ta2设定。

8、进一步地，步骤s4-1当中，端口的打开时间ta2为多次，且单次打开时间呈现逐渐增长趋势。

9、进一步地，所述负载智能识别方法还包括步骤s4-2.识别为短路故障，以时间ta1与tb1重复电路的开断过程与信号采集过程，直至采集电流呈现下降趋势或者低于预设的电流阈值，再依照s2至s4-1中的步骤识别为容性负载、阻性负载、感性负载。

10、本发明的目的还在于提供一种包含上述负载智能识别方法的电子断路器，所述电子断路器包括中央控制器、电流检测模块、电压检测模块、mos开关管；

11、所述mos开关连接至负载的通电回路中，由所述中央控制器控制mos开关管实现负载端口的通断；

12、所述电流检测模块能够采集通过mos开关管的电流；

13、所述电压检测模块能够采集系统中的电压；

14、所述中央控制器负责接收电流检测模块与电压检测模块输出的信号，按照负载识别方法识别负载类型，并通过中央控制器内的逻辑电路针对不同类型的负载类型施加不同的上电程序。

15、进一步地，所述电子断路器包括电源模块，多个负载端口并联设置于电源模块中，电源模块向多个负载端口输出电压；

16、多个负载端口上各设置有mos开关管，mos开关管的源极与电源输入端相连，mos开关管的漏极与电源输出端相连，mos开关管的栅极与mos栅极驱动器相连；

17、所述电流检测模块设置于输入电源与mos开关管的源极之间，用于感应电路中的电流强度，电流检测模块采集到的电流数据经电流放大器输送至中央控制器；

18、所述电压检测模块能够感应电源输入电压与端口输出电压，从而得出mos开关管漏极与源极之间的工作电压；

19、所述中央控制器的引脚上能够产生pwm信号，中央控制器接收电流检测模块与电压检测模块收集的信息，输出pwm信号到电源控制电路，控制mos栅极驱动器驱动mos开关管对电源模块的开断。

20、进一步地，还包括电流预设模块，所述电流预设模块包括交互按键，所述交互按键与中央控制器相连。

21、进一步地，还包括复位模块，所述复位模块连接至中央控制器，在断路状态下，中央控制器根据复位模块输入的信息向mos开关管输出pwm信号。

22、进一步地，还包括显示模块，所述显示模块包括显示屏，所述显示屏与中央控制器相连。

23、进一步地，还包括通讯模块，所述通讯模块包括io-link物理层驱动，io-link物理层驱动与中央控制器相连并通过m12接口电缆连接至io-link主站设备，io-link主站设备通过以太网线连接至外部plc设备。

24、本发明提供的电子断路器能够根据负载类型采用不同的上电程序进行控制，在满足大容量容性负载的同时，提高整个系统稳定性。本发明采用电子电流采样和mos开关管控制输出，结合pwm控制算法，具有反应速度快，容性带载能力大等特点，同时结合远程通讯，可以任意设置短路保护电流。

技术特征：

1.负载智能识别方法，能够在负载的通电回路中采集电流信息与电压信息，根据采集信息识别负载类型；所述通电回路中设置有mos开关管以控制通电回路的通断；其特征在于：所述负载智能识别方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的负载智能识别方法，其特征在于：在步骤s2、s3当中，端口打开时间ta1最大设定为施加短路电流时允许mos开关管打开的最大时间，端口关闭时间tb1根据安全占空比与ta1设定；

3.如权利要求2所述的负载智能识别方法，其特征在于：s4-1当中，端口的打开时间ta2为多次，且单次打开时间呈现逐渐增长趋势。

4.如权利要求2所述的负载智能识别方法，其特征在于：还包括步骤s4-2.识别为短路故障，以时间ta1与tb1重复电路的开断过程与信号采集过程，直至采集电流呈现下降趋势或者低于预设的电流阈值，再依照s2至s4-1中的步骤识别为容性负载、阻性负载、感性负载。

5.电子断路器，包含如权利要求1-4任一所述的负载智能识别方法；其特征在于：所述电子断路器包括中央控制器、电流检测模块、电压检测模块、mos开关管；

6.如权利要求5所述的电子断路器，其特征在于：包括电源模块，多个负载端口并联设置于电源模块中，电源模块向多个负载端口输出电压；

7.如权利要求6所述的电子断路器，其特征在于：还包括电流预设模块，所述电流预设模块包括交互按键，所述交互按键与中央控制器相连。

8.如权利要求6所述的电子断路器，其特征在于：还包括复位模块，所述复位模块连接至中央控制器，在断路状态下，中央控制器根据复位模块输入的信息向mos开关管输出pwm信号。

9.如权利要求6所述的电子断路器，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块包括显示屏，所述显示屏与中央控制器相连。

10.如权利要求6所述的电子断路器，其特征在于：还包括通讯模块，所述通讯模块包括io-link物理层驱动，io-link物理层驱动与中央控制器相连并通过m12接口电缆连接至io-link主站设备，io-link主站设备通过以太网线连接至外部plc设备。

技术总结
本发明提供了负载智能识别方法，根据不同负载产生的电流曲线不同，采用不同的上电方法进行控制。本发明采用间断采集的方式收集电压信息与电流信息，根据信息形成的趋势判断负载类型，当判断负载呈容性时，以多次短时间打开负载端口的方式完成对容性负载的充电，利用上述上电方法的通电回路具有较大的容性负载带载能力。还提供了包含上述负载智能识别方法的电子断路器并提供了上述电子断路器的实现电路，通过MOS开关管控制各路端口的通断。本发明采用电子电流采样和MOS开关管控制输出，结合PWM控制算法，具有反应速度快，容性带载能力大等特点，同时结合远程通讯，可以任意设置短路保护电流并实现电路的远程复位。

技术研发人员：王奇,闫池,张强
受保护的技术使用者：昆山兴威联电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12