CN1323475C - 可适用于飞机的接地故障电路断流器 - Google Patents

Abstract

当感测到电流不稳定时，可适用飞机的接地故障电路断流器断开一个电路。该电路断流器包括一个电源，一个在该电路的线路侧感测电流不稳定的传感器，一个逻辑控制器，和一个功率控制器。该电源给传感器，逻辑控制器，和功率控制器提供电力。逻辑控制器接收来自传感器的输入，而且功率控制器接收来自逻辑控制器的输入，并且当传感器感测到电流不稳定的时候断开到电路负载侧的电力。由于被感测到的电流不稳定的电力断开一直被保持到电源被循环。优选地，电路断流器是自给的，不须另外的信号、输入或者电源。

Description

可适用于飞机的接地故障电路断流器

发明背景

这个发明通常涉及电气控制系统，并且更具体地涉及到一个飞机电气控制系统，当电流不稳定(imbalance)被感测到的时候，其断开负载的电源。

在机电技术中，电流不稳定是严重的问题，其可能导致灾难性的结果，例如燃料泵内的电弧。一个燃料泵内的电弧可能导致燃料容器的破裂。在飞机中，这样的一个破裂可能是灾难性的。因此，可以防止这类电弧以及其它相关问题的一个装置或方法是必需的。目前，在飞机中使用的一个普遍类型的电流保护装置是一个热断路器(thermalcircuit breaker)。然而，通常电弧不引起热断路器激活。从而，特别是对于飞机，存在一个对于改善的接地故障电路断流器装置的需要。本发明阐明了这些及其他所涉及到的。

发明内容

本发明致力于一个接地故障电路断流器(ground fault circuitinterrupter)，其特别适用于供飞机用来断开有一个线路侧和一个负载侧的电路。接地故障电路断流器可以为了现有的飞机被改进，或可以被使用在新建造的飞机和新的飞机设计中。可适用飞机的接地故障电路断流器包括一个电源，一个被监控的电路，一个传感器，一个逻辑控制器，和一个功率控制器。一个电源被配置来提供到传感器和逻辑控制器的电力。第二个电源可以被选择性地提供功率调节器的电力。传感器被配置来感测在要被监控的电路的线路侧中的电流不稳定。逻辑控制器被配置来处理来自传感器的输入。在一个目前优选实施例中，逻辑控制器用一个范围的表示可接受操作的传感器信号与传感器信号比较，并且在传感器信号超过可接受的信号范围的时候输出一个表示一个电路电流不稳定的信号。功率调节器被配置来接收来自逻辑控制器的输入并且在电流不稳定被感测到的时候切断到电路的负载侧的电力。在一个目前的优选实施例中，由于一个被感测到的电流不稳定而从电路的负载侧中移除的电力一直保持到电源被循环。

本发明还提供一个断开一个电负载的电路的方法，该电路有一个线路侧和一个有一个接地故障的负载侧。简要地，该方法包括提供一个电源，不断地监控电路的电流不稳定，感测在电路的线路侧中的电流不稳定，处理来自电源和传感器中的输入，从一个逻辑控制器接收输入，和在电流不稳定被感测到的时候切断电路。结合目前的优选方面，在电流不稳定被感测到的时候，电路的断开一直保持到电源被循环。一般地，被提供电流的负载是一个发动机。在另一个优选方面中，不需要另外的信号、输入或电源。结合目前优选的该方法的应用，电路的负载侧被连接到一个燃料泵，并且电弧在该燃料泵内被防止。

本发明其它特色和优点将结合说明的附图和以下详细说明而变得明显，附图以举例方式说明本发明的原理。

附图简单说明

图1说明了本发明一个适合于波音757飞机的控制系统的第一个实施例的一个框图，其在电流不稳定被感测到的时候切断电路；

图2说明了图1中显示的控制系统的电源部分的一个详图；

图3说明了图1中显示的控制系统的逻辑控制器部分的一个详图；

图4说明了图1控制系统的一个传感器的一个详图；

图5说明了本发明一个适合于波音747飞机的控制系统的第二个实施例的一个框图，其在电流不稳定被感测到的时候切断电路；

图6说明了图5中显示的控制系统的电源部分的一个详图；

图7说明了图5中显示的控制系统的逻辑控制器部分的一个详图；

图8说明了图5控制系统的一个传感器的一个详图；

图9说明了本发明一个控制系统的一个可替换优选实施例的一个框图，其适合于在电流不稳定被感测到的时候为了切断电路而在交流应用中提供直流电继电器(relay)的速度；

图10说明了一个在图9中显示的控制系统的电源部分的一部分的优选实施例的一个详图；

图11说明了在图9中显示的电源部分的第二个部分的一个详图；

图12说明了在图9中显示的控制系统的优选的逻辑控制器部分的一个详图；和

图13说明了图9中控制系统的一个传感器的一个详图。

优选实施例的详细说明

图1说明了控制系统10的一个优选实施例，其适合于波音757飞机，而图5说明了控制系统10的一个优选实施例，其适合于波音747飞机，每个方案都根据本发明设计，以便在电流不稳定被感测到的时候断开负载的电力。参考图1和图5，本发明的可适用飞机的接地故障电路断流器10断开一个有线路侧24和一个有一个接地故障的负载侧26的电路20。该负载可能是一个发动机，或牵引负载的任何电气装置，其中，设备或人员的保护措施被期望。本发明的接地故障电路断流器包括一个电源30，一个传感器40，一个逻辑控制器50，和一个功率调节器60。电源被配置来提供到逻辑控制器的电力，并且传感器被配置来感测电路20的线路侧24中的电流不稳定，以及输出一个传感器信号到逻辑控制器。逻辑控制器被配置来接收和处理来自传感器的传感器信号，并且功率调节器被配置来接收来自逻辑控制器的输入以及在电流不稳定被感测到的时候切断到电路的负载侧的电力。

图2和图6说明了电源的一个优选实施例的一个详图，并且图3和图7说明了逻辑控制器的一个优选实施例的一个详图。参考图4和图8，在本发明的一个优选实施例中说明了在本发明的控制系统中使用的一个传感器，本传感器优选地包括集成电路U7，它是一个当工作在10V的时候有一个233mV/A输出端的Amploc Pro 5霍耳效应线性传感器。所有三个泵电力相线都经过传感器核心。kirchhcoff的电流定律指出，在一个节点中的净电流为零。考虑到泵绕组的星形连接点并且回顾相绕组的输入，在用代数式求和的时候，相绕组中的净电流为零。如果存在一个接地故障，即其中电流通过传感器提供而不通过传感器返回，那么相线中的电流代数和将等于接地故障电流。例如，一个中性线(fourth wire)可以被增加给星形连接点，并且被回到电源，而不经过传感器。在所有四个线路中的净电流仍然为零，而经由三相线路被传递通过传感器的不稳定电流将等于在中性线中的电流。

在一个优选实施例中，因为没有被测量到的不稳定，传感器的输出近似于电源电压的二分之一。放大器U3A把信号放大十倍。增益通过电阻R5和R3的比值而被设置。在3db点处电容C4的电抗等于R5的电阻。这出现于3386Hz。电阻R1，R2，和R4偏置该放大器并且已经被选择，因此对电阻R4，要求其最大值为1兆欧，以在传感器被指定的更坏的高输出情况下，调整放大器输出到中间供给(mid supply)。传感器的更坏的低输出情况的校准容易实现。

放大器U3B和U3C，和电阻R6，R7，以及R8被设置来探测一个大于大约1.5A的电流不稳定。来自放大器U3B或U3C的一个高输出指示一个不稳定存在于1.5A阈值的超额。集成电路U4A对放大器U3B和U3C的输出起″或门″作用。在它的输出端的一个逻辑0指示一个或别的故障条件存在。同时发生的不稳定输入可以被处理，但是因为一个正不稳定不能和一个负不稳定同时存在，所以物理上是不可能的。

如果一个故障条件存在，那么它经过集成电路U5A给出一个逻辑1到包括集成电路U4B和U4C的锁存器(latch)。在管脚5的一个逻辑1强迫输出端管脚4为低(单位)，关掉晶体管Q1，这去掉了到电力控制平台的驱动信号。另一个到锁存器的输入端的管脚9一般是在逻辑0。这将引起管脚10到高(电位)，通过给出一个逻辑1到管脚6而设置锁存器。

在一个优选实施例中，上电序列把电力控制部分初始化到不工作模式。这通过给出一个逻辑0到集成电路U5A的管脚2以模仿一个电流的不稳定情况来被完成。

集成电路U5B，电阻R13，电容C5和二极管CR8产生的上电复位脉冲一般是7msec。该复位由电容C5通过电阻R13充电到由IC U5B设置的阈值所用的时间决定。二极管CR8提供一个快速复位。

二极管CR1，CR2，CR3，CR4，CR5，和CR6形成一个全波三相电桥。电容C1用作由电桥产生的281V峰值电压的存储装置。优选地，调节器是一个有着非常规架构(abnormal architecture)，在低端有感应器的补偿型(buck-type)配置。因为电路不必涉及接地，所以这是可接受的。其实，板载的地线大约超出接地270V。

优选地，转换开关在一个非常规模式中起作用。如果它感测到输出电压是低电位，那么它打开并且一直保持到通过感应器L1的电流到达一个预确定值。否则，该循环被跳过。电能被存储在感应器L1中并且通过二极管CR7被传输到输出电容器C3。恰当的调整由齐纳管VR1和光耦合器U2确定。电容C2用来存储少量调节器用来运转它的内部电路的电能。

参考图9到13，说明了本发明一个控制系统的一个可替换优选实施例，其适合于一个AC-DC应用，该操作在电流不稳定被感测到的时候切断电路。如图9所示，本发明的可适用飞机的接地故障电路断流器10断开一个有线路侧24和一个有一个接地故障的负载侧26的电路20。该负载可能是一个发动机，或牵引负载的任何电气装置，其中，设备或人员的保护措施是必须的。本发明的接地故障电路断流器包括一个电源30，一个传感器40，一个逻辑控制器50，和一个功率控制器60。电源被配置来提供到逻辑控制器的电力，并且传感器被配置来感测电路20的线路侧24中的电流不稳定，以及输出一个传感器信号到逻辑控制器。逻辑控制器被配置来接收和处理来自传感器的传感器信号输入，并且功率控制器被配置来接收来自逻辑控制器的输入以及在电流不稳定被感测到的时候切断到电路的负载侧的电力。

图10和11说明了电源的一个优选实施例的详图。图12说明了逻辑控制器的一个优选实施例的详图。参考图13，显示了一个用于本发明的控制系统的传感器，在本发明的一个优选实施例中，该传感器优选地包括集成电路U7，它是一个当工作在10V的时候有一个233mV/A输出端的Amploc Pro 5霍耳效应线性传感器。所有三个泵电力相线都经过传感器的芯(core)。Kirchhcoff的电流定律指出在一个节点中的净电流为零。考虑到泵绕组的星形连接点并且回顾相绕组的输入，在代数求和时，相绕组中的净电流为零。如果存在一个接地故障，即其中电流通过传感器提供而不通过传感器返回，那么相线中的电流代数和将等于接地故障电流。例如，一个中性线可以被增加到星形连接点，并且被回到电源，而不经过传感器。在所有四个线路中的净电流仍然为零，而经由三相线路被传输，通过传感器的不稳定电流将等于在中性线中的电流。

在一个优选实施例中，因为没有被测量到的不稳定，传感器的输出近似于电源电压的二分之一。放大器U3A把信号放大十倍。增益通过电阻R5和R3的比值而被设定。在3db点处电容C4的电抗等于R5的电阻。这出现在3386Hz处。电阻R1，R2，和R4偏置该放大器并且已经被选择，因此对电阻R4，要求其最大值为1兆欧，以在传感器被指定的更坏的高输出情况下，调整放大器输出到中间供给。传感器的更坏的低输出情况的校准容易实现。

放大器U3B和U3C，和电阻R6，R7，以及R8被设置来探测一个大于大约1.5A的电流不稳定。来自放大器U3B或U3C的一个高输出指示一个超过1.5A阈值的不稳定存在。集成电路U4A对来自放大器U3B和U3C的输出进行″或″(处理)。在它的输出端的一个逻辑0指示总有一个故障条件存在。同时发生的不稳定输入可以被处理，但是因为一个正不稳定不能与一个负不稳定同时存在，所以物理上是不可能的。

如果一个故障条件存在，那么它经过集成电路U5A给出一个逻辑1到包括集成电路U4B和U4C的锁存器。在管脚5的一个逻辑1强迫输出端管脚4为低电位，关掉晶体管Q1，这去掉了到电力控制平台的驱动信号。另一个到锁存器的输入端，管脚9一般是在逻辑0。这将引起管脚10为高电位，通过给出一个逻辑1到管脚6而设置锁存器。

在一个优选实施例中，上电序列把电力控制部分初始化到不工作模式。这通过提供一个逻辑0到集成电路U5A的管脚2以模仿一个电流的不稳定情况而实现。

集成电路U5B，电阻R13，电容C5和二极管CR8产生的上电复位脉冲一般是7msec。该复位由电容C5通过电阻R13充电到由集成电路U5B设置的阈值所花费的时间确定。二极管CR8提供一个快速复位。

二极管CR1，CR2，CR3，CR4，CR5，和CR6形成一个全波三相电桥。电容C1担当由电桥生产的281V峰值电压的存储装置。该调节器是一个有非常规架构的，在低端有感应器的补偿型配置。因为电路不必涉及接地，所以这是可接受的。实际上，因为分别为10V和20V的输入，板载地线大约超出接地270v和260V。

优选地，转换开关在一个非常规模式中起作用。如果它感测到一个输出电压低，那么相应的控制器打开并且一直保持到通过感应器L1或L1A的电流到达一个预先确定值。否则，该循环被跳过。电能被存储在感应器L1或L1A中并且通过二极管CR7或CR7A被传输到输出电容器C3或C3A。恰当的调整由齐纳管VR1或VR1A和光耦合器(opto-coupler)U2或U2A确定。电容C2或C2A用来存储少量能量，每个相应的调节器用该能量来运转内部电路。

从上述可知，可见本发明提供了一个为防止飞机的电气设备中的电弧的方法和装置，该方法和装置可适合于多种系统和元件。同样地，它比以前的系统提供了更加可靠且迅速的电力断开，从而减少了由于在电路中的接地故障而造成的损坏。虽然本发明的一个特定的形式已经被说明和描述，但是很明显，不偏离本发明的精神和范围而可做出的各种修改。因此，除了权利要求，本发明不受其它限制。

Claims (12)

1.一种用于监控AC或DC电路中的电流并在接地故障期间将所述电路断开的系统，所述电路有一个线路侧和一个让电气负载连接在其上的负载侧，所述系统包括：

一个功率控制器，其被配置成当接收到驱动信号时，在所述线路侧和所述负载侧之间完成所述电路；

一个传感器，其被配置成由正在被监控的所述电路不断供以电力，用于感测所述电路中的电流不稳定并且用于提供一个传感器信号，用来基于对所述电流不稳定的感测来指示在所述电路中是否存在一个不期望的电流；和

一个逻辑控制器，其被配置成由正在被监控的电路供以电力，以接收来自所述传感器的传感器信号，并且将所述传感器信号与用于所述电路的可接受运行状态的一个预确定范围进行比较，并且如果所述传感器信号不在所述预确定范围，那么就切断到所述功率控制器的所述驱动信号，从而切断到所述负载侧的电力。

2.根据权利要求1的系统，其中所述负载包括一个电动机。

3.根据权利要求1的系统，还包括一个电源，其被电连接到所述线路侧，并用于向所述传感器和所述逻辑控制器输出电力。

4.一种用于监控AC或DC电路中的电流并在接地故障期间将所述电路断开的方法，所述电路具有一个连接到电源的线路侧和一个连接到电气负载的负载侧，所述方法包括：

为所述电路中的电流不稳定而使用一个传感器监控所述电路，所述传感器是从正在被监控的所述电路中不断地被供以电力的；

把所述传感器的输出与一个表示可接受运行状态的传感器输出预定范围进行比较；

如果所述传感器输出不在表示可接受运行状态的所述传感器输出范围中，那么产生一个表示电路故障的信号；和

在所述电路故障信号被指示的时候从所述电路的负载侧切断电力。

5.一种断开向电气负载供电的AC或DC电路的方法，所述电路有一个连接到电源的线路侧和一个连接到所述电气负载的负载侧，所述方法包括：

使用一个传感器来不断地监控电路的电流不稳定，所述传感器是从正在被监控的所述电路中不断地被供以电力的；

产生一个表示所述电流不稳定的信号；

将表示所述电流不稳定的信号与表示可接受运行状态的信号电平的范围进行比较；并且

在来自所述传感器的所述信号不在可接受运行状态的范围内时，断开所述电路。

6.根据权利要求5的方法，其中所述负载包括一个电动机。

7.根据权利要求5的方法，还包括复位所述电路的步骤。

8.根据权利要求5的方法，其中所述产生由所述电流传感器执行，而比较是由一个逻辑控制器执行的，所述方法还包括从正在被监控的电路向所述逻辑控制器提供电力。

9.一种电路，其包括：

一个线路侧，其通过一个AC或DC电流路径电连接到一个负载侧；

一个电源，其被电连接到所述电流路径，并用于输出一个预确定电压和电流的电力；

一个功率控制器，其被配置成当接收到驱动信号时，在所述线路侧和所述负载侧之间完成所述电路，从而将电力供给所述电气负载；

一个传感器，其被配置成不断接收来自所述电源的电力以感测在所述电路中的电流不稳定，并提供一个指示电流不稳定的值的传感器信号；和

一个逻辑控制器，其被配置成接收来自所述电源的电力，接收来自所述传感器的传感器信号，比较所述传感器信号和表示可接受运行状态的传感器信号电平的范围，并且在所述传感器信号不在所述可接受运行状态的范围内时切断到所述功率控制器的所述驱动信号。

10.根据权利要求9的电路，其中切断到所述负载侧的电力抑制了一个正在由所述电路运行的装置内的电弧。

11.一种用于断开AC或DC电路的线路侧和负载侧之间的电流路径的装置，所述装置包括：

一个电源，其被电连接到所述电流路径，并用于输出电力；

一个功率控制器，其被配置成当接收到驱动信号时，完成所述线路侧和所述负载侧之间的所述电流路径，从而将电力供给所述电气负载；

一个传感器，其被配置成由所述电源不断供以电力，用于监控所述电流路径中的电流，并输出一个表示所述电流路径中电流平衡的传感器信号；和

一个由所述电源供电的控制器，用于接收来自所述传感器系统的传感器信号，并且当所述传感器信号未落入一个表示可接受运行状态的传感器输出的预确定范围中时，切断到所述功率控制器的驱动信号。

12.根据权利要求11的装置，其中所述电流路径包括多条电线路，所述传感器在这些电线路之间进行感测，且所述电流平衡包括这些电线路之间的电流平衡。

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