1.一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于:包括主流通回路、固态开关模块和限流模块;
主流通回路包括主电感和固态开关模块的串联组合;
固态开关模块用于执行主流通回路的分断操作;
限流模块用于限制故障电流峰值,降低固态开关分断压力;
固态开关模块包括多个串联的MOSFET晶体管、第一二极管和驱动单元;
所述MOSFET晶体管包括串联连接的第一晶体管和多个第二晶体管,第一晶体管的漏极连接第二晶体管的源极;
第一二极管和限压电阻的串联组合的一端连接第二晶体管的漏极,另一端连接第一晶体管的源极;
驱动单元包括驱动电容、驱动电阻;所述驱动电阻的一端连接第二晶体管的栅极,驱动电阻的另一端连接驱动电容的一端、以及第一二极管和限压电阻的串联组合的另一端,驱动电容的另一端连接第一晶体管的源极;
限流模块包括副电感、限流支路和耗能支路;其中,主电感和副电感存在互感;限流支路和耗能支路分别与副电感并联连接;
限流支路包括串联连接的限流电阻和限流电容,用于限制故障电流的幅度;
耗能支路包括串联连接的第二二极管和耗能电阻,用于吸收限流模块中的剩余能量。
2.根据权利要求1所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于:所述第一二极管选用TVS二极管,当MOSFET晶体管的漏源电压超过TVS二极管的钳位电压时,二极管导通,将电压限制在安全范围内。
3.根据权利要求1所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于:所述固态开关模块还包括MOV元件,MOV元件并联在固态开关模块两端;MOV在正常电压下呈现低阻抗,当电压超过其阈值时,阻抗迅速增加,吸收过电压能量。
4.根据权利要求1所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于,还包括监测模块和控制模块;监测模块用于实时采集电流信号;控制模块用于根据小波变换方法识别电流信号的频率特征,进而通过多阈值动态判定电流信号的故障类型,从而生成固态开关模块的分断控制逻辑。
5.根据权利要求4所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于,所述控制模块中判定电流信号的故障类型的具体流程包括:对采集的电流信号进行预处理,包括高通滤波;
对预处理后的电流信号采用小波变换算法进行分解,选用db4小波基函数进行三层离散小波变换,得到基波分量和三层细节分量;所述三层细节分量分别为高频细节分量、中频细节分量和低频细节分量;
选取中频细节分量作为过流故障特征;计算中频细节分量的能量积分,并以此预设一个限流阈值;
根据多个不同阈值分别判定故障类型;其判定流程为:
当检测到的电流变化率超过短路阈值时,则认为是短路故障;
当检测到的中频细节分量的能量积分超过限流阈值,且持续时间超过时间阈值T,则判定为过流故障。
6.根据权利要求5所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于,所述中频细节分量的能量积分的计算公式为:;
式中,表示中频细节分量在时间区间[t2,t1]的能量积分; 表示中频细节分量的能量幅值;t2,t1分别表示积分时间的起点和终点; 表示采样时间频率。
7.根据权利要求5所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于,所述高通滤波的处理流程包括:选择滤波器类型,并设置滤波器参数,包括采样率、截止频率和阶数;
用滤波器设计工具计算滤波器系数;
在控制模块中部署该滤波器,用于输出滤波后的电流信号。
8.根据权利要求4所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于,所述控制模块中生成固态开关模块的分断控制逻辑的具体流程包括:根据故障类型调节限流模块中限流电阻Rc值,所述限流电阻Rc为可变电阻,并通过数字电位器调节其电阻值;
当判定为短路故障时,控制模块发送指令至数字电位器,将限流电阻Rc调至最大电阻值,并对固态开关模块执行关断操作;
当判定为过流故障时,逐步增大限流电阻Rc的电阻值,并延时T后;若仍超过限流阈值,则对固态开关模块执行关断操作;若延时T后,低于限流阈值,则无需操作。
9.根据权利要求4‑8任一项所述的一种模块化集成式耐冲击断路器,其特征在于:所述断路器的工作过程包括以下工作模态:模态Ⅰ:主流通回路处于正常导通状态,电流流经主电感Lp和导通的固态开关模块;限流模块中因直流电路无波动未产生感应电流;控制模块持续分析电流信号,未触发分断控制指令;
模态Ⅱ:若控制模块判定为短路故障,则将限流电阻Rc调至最大电阻值;限流模块中的副电感Ls与主电感Lp耦合产生互感M,限流模块通过限流支路分流主流通回路的电流,抑制主流通回路的电流峰值;同时,生成固态开关的分断控制指令;
模态Ⅲ:若控制模块判定为过流故障,则逐步增大限流电阻Rc的电阻值;限流模块持续分流主流通回路的电流;同时,生成固态开关的分断控制指令;
若控制模块在延时T后低于限流阈值,则返回模态Ⅰ;
模态Ⅳ:控制模块发送分断控制指令,固态开关模块的驱动电容提供电能切断全部MOSFET晶体管;主流通回路被切断时,瞬态故障电流转移至限流模块;
模态Ⅴ:主流通回路完全断开后,限流模块中的剩余能量通过耗能支路彻底释放;副电感Ls电流逐渐衰减至零;控制模块触发复位操作返回模态Ⅰ。