電流故障檢測器和電路斷流器及其組件的制作方法

文檔序號：7495431閱讀：402來源：國知局

專利名稱：電流故障檢測器和電路斷流器及其組件的制作方法
電流故障檢測器和電路斷流器及其組件本申請是2002年9月13日提交的名稱為"電流故障檢測器和電路斷流器及其組件"的中國專利申請02822501.5的分案申請。發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及電氣控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種飛機電氣控制系統(tǒng)，其監(jiān)控電流通路中的電流狀態(tài)，并且一旦檢測到電流故障，就中斷該電流通路。
背景技術(shù)：
在電子機械領(lǐng)域中，電流不平衡表現(xiàn)出可能導致災(zāi)難性結(jié)果的嚴重問題，諸如在燃油泵內(nèi)的電弧放電。由于燃油泵通常被安裝在一個燃料容器內(nèi)，以便直接從該容器當中泵送燃料，在燃油泵內(nèi)的電弧放電可能導致燃料空氣混合氣的爆炸和隨后該燃料容器的破裂，這可能是災(zāi)難性的。由于這樣一個事件的嚴重的結(jié)果，需要一種裝置或者方法，其可以解決這種類型的電弧放電以及其他相關(guān)問題。目前飛機上正在使用的通常類型的電路保護裝置是一種熱斷路器。但是，電弧放電通常不會導致熱斷路器起動。因此，長久以來迫切需要在飛機中有一種電流不平衡檢測功能。電流不平衡的一種非常重要的形式是接地故障，在此故障中電流流動于電路或者電氣裝置至地之間，而這種電流是不希望有的。在現(xiàn)有技術(shù)中，借助單獨的接地故障中斷單元已經(jīng) 解決了接地故障的檢測。但是，上述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)是有局限性的，包括必須使飛機重新布線。除了使飛機重新布線的要求之外，還必須需求額外的空間以容納接地故障中斷系統(tǒng)。一種由Autronics(型號2326-l)制造的現(xiàn)用的接地故障中斷單元己在大型商用飛機中使用，以供燃油泵的接地故障保護。這種Autronics 單元檢測接地故障，并通過利用電流互感器來輸出一個表示故障的信號，而且起到取消對燃油泵控制繼電器供電的作用。用于接地故障檢測的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)有助于減少在飛機電力系統(tǒng)中，包括航空燃料泵中的電弧放電。這個問題己經(jīng)變成美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的一個主要關(guān)注的問題，并且近來的研究已經(jīng)發(fā)表了各種各樣的研究項目和規(guī)定，以求防止燃料箱起爆。由FAA于2001年6 月20和21日在SEAT交流Airport Hilton主辦了一個有關(guān)防止燃料箱起爆的會議，以便更好地了解SFARNo.88的規(guī)定和有關(guān)驗證措施以及用于運輸類飛機的適航性標準。此外在這點上，2001年5月7日(星期一)的美國聯(lián)邦公報包括一個與SFAR No.88有關(guān)的章程"燃料箱容錯系統(tǒng)估算要求和有關(guān)的適航性和驗證標準(Fuel Tank System Fault Tolerance Evaluation Requirements and Related Airworthiness and Certification Standard)"。這些資料和FAA會議強調(diào)了檢測接地故障、和在電路操作上盡最大可能防止在燃油泵內(nèi)以及可能暴露給可燃原料的類似裝置內(nèi)產(chǎn)生電弧放電的重要性。除了前述的Autronics公司型號No. 2326-1系列的接地故障電流檢測器之外，還有一種由PRIMEX航天公司作為部件型號437,437銷售的接地故障檢測系統(tǒng)。該PRIMEX系統(tǒng)使用電流互感器檢測在三相400 赫茲電動機中的接地故障電流。但是，如果這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于飛機中，無論作為原始裝置或者作為改裝裝置，它們都有嚴重的局限性，因為它們需要在當前現(xiàn)有裝置之外的單獨布線和空間。本發(fā)明提供許多操作和功能方面的優(yōu)點，其中有適于裝入現(xiàn)有的繼電器底板上的可用空間內(nèi)，利用其所監(jiān)控系統(tǒng)的電源進行操作，并且在檢測接地故障以及從被監(jiān)控系統(tǒng)取消供電時從功能上看更快和更有效。對于飛機來說，需要一種改進的電路保護裝置。進一步地希望該電路保護裝置可被包括在飛機中現(xiàn)有裝置內(nèi)，或者與一個現(xiàn)有裝置封裝在一起，共用對現(xiàn)有電氣電路的相同連線，這是因為在任何一種飛機中用于電子裝置和控制系統(tǒng)的空間是有限的，而且增加布線以適用于新的裝置是非常困難的。本發(fā)明致力于解決這些問題和其他問題。發(fā)明內(nèi)容簡要地和從一般意義上說，本發(fā)明致力于這樣的裝置和方法其用于監(jiān)控在一個電路的線路端和負載端之間的電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)，并當檢測到電流故障狀態(tài)的時候中斷該電流通路。本發(fā)明涉及一種對飛機特別有吸引力的電流不平衡檢測和電路中斷器，用以保護一個具有線路端和負載端的電路。在一個當前的實施例中，本發(fā)明在現(xiàn)有的飛機電力控制繼電器組件內(nèi)加入了電流不平衡檢測和電路中斷器。例如，在一個燃料供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用中，電流不平衡檢測和電路斷流器被加入到燃料泵控制繼電器組件內(nèi)。因此，本發(fā)明可針對現(xiàn)有的飛機進行更新，或者可以在新制造的飛機和己經(jīng)加入繼電器系統(tǒng)的新型飛機設(shè)計中使用。所述電流不平衡檢測和故障電路斷路器包括外殼、電源、被監(jiān)控電路、傳感器、邏輯控制器和電源控制器(例如繼電器、接觸器、固態(tài)繼電器等等)。在一個實施例中，本發(fā)明還可包括故障指示器、按壓測試開關(guān)和復位開關(guān)。電源被配置成用于給傳感器、邏輯控制器和電源控制器提供電力。傳感器被配置成用于檢測在被監(jiān)控電路中的電流不平衡。在一個實施例中，監(jiān)控電流不平衡的傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器。邏輯控制器被配置成用于監(jiān)控繼電器控制輸入信號以及處理來自傳感器的輸入。在另一個實施例中，邏輯控制器比較傳感器信號與預(yù)定的表示可接受操作的極限值，并且當傳感器信號在可接受的極限值之外的時候，輸出一個表示電路電流不平衡的信號。電源控制器被配置成用以接收來自邏輯控制器的輸入，并且當檢測到電流不平衡的時候，取消對電路的負載端供電。在一個實施例中，由于檢測到電流不平衡，保持對電路的負載端取消供電的狀態(tài)，直到電流不平衡檢測和電路斷流器的電源被循環(huán)為止。在另一個實施例中，在復位開關(guān)被觸發(fā)以前保持取消供電狀態(tài)。在又一個實施例中，故障指示器提供一個是否已出現(xiàn)電流不平衡狀態(tài)的指示?？梢园ò磯簻y試開關(guān)，用以檢查在保持期間的單元的操作。用故障復位開關(guān)使故障指示器復位。本發(fā)明也提供了一種中斷用于電力負載的電路的方法，所述電路具有一個線路端和一個負載端而產(chǎn)生接地故障。概括地說，該方法包括提供電力供應(yīng)，持續(xù)地監(jiān)控和檢測電路的線路端的電流不平衡，持續(xù)地監(jiān)控繼電器的控制輸入，接收來自一邏輯控制器的輸入，而當檢測到電流不平衡的時候，中斷繼電器控制輸入信號，并且起動故障指示器。在所述方法的一個方面，當檢測到電流不平衡的時候，在電源被循環(huán)以前保持使電路中斷。典型的是，所要監(jiān)控的被供以電流的負載是電動機。在另一方面，電流不平衡檢測和電路斷流器不需要額外的信號、輸入、布線或者電源，而是從所要監(jiān)控的電路取得其電力。在所述方法的一種應(yīng)用中，電路的負載端被連接到燃油泵，并且在該燃料泵內(nèi)結(jié)束電弧放電。
在一個實施例中，本發(fā)明被配置用于執(zhí)行接地故障檢測和電路中
斷(GFI)，并且提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的重要優(yōu)點。因為本發(fā)明的GFI 系統(tǒng)被封裝在與現(xiàn)有繼電器系統(tǒng)相同的外殼中，其易于對應(yīng)現(xiàn)有飛機而被改裝。因為其易于以交流或直流電路操作，包括由被監(jiān)控的電路為其自身電源供電，其可用于以交流或直流布線的飛機，而無需在該飛機中作其他改變或重新布線。此外，因為本發(fā)明的GFI系統(tǒng)直接作用于被監(jiān)控的電路并且是被監(jiān)控電路的一部分，就避免了與現(xiàn)有技術(shù) 系統(tǒng)相關(guān)的一個主要問題，即必須分別地連接到被監(jiān)控電路。本發(fā)明的另一個實質(zhì)性優(yōu)點是，它在故障情況下從電路斷電更加迅速，這是因為檢測和控制處于獨立位置，這樣就提供了就地檢測和控制。
目前服務(wù)的大多數(shù)飛機都使用具有先前討論過的局限性的斷路器。雖然本發(fā)明的電子和機電方面均對于由這類斷路器所提供的保護給予了額外保護，但理想的是能以某種形式組裝本發(fā)明，使其便于對于現(xiàn)有的、最新制造的飛機和新的飛機設(shè)計進行改裝，從而使本發(fā)明的優(yōu)點具有更廣應(yīng)用范圍。因此，在本發(fā)明的另一個方面，所述電流不平衡檢測和電路斷流器的電子和機電單元被安裝在一個外殼內(nèi)，該外殼具有與現(xiàn)有技術(shù)電源控制器相同的形狀因數(shù)。本發(fā)明經(jīng)由現(xiàn)有的電源控制器電接插件與被監(jiān)視和控制的電路連接，且其從被控制電路取得電力。雖然有許多形狀因數(shù)可對由這類斷路器所提供的保護給予額外保護，但最希望的形狀因數(shù)與飛機中所用的電源控制器有關(guān)。
在一個目前的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明是一種用于中斷在電路的線路端和負載端之間的電流通路的裝置。所述裝置包括電源，其在線路端或者負載端被電連接到上述電流通路。所述裝置還包括一電源控制器，其被置于電流通路內(nèi)。所述電源控制器適于在有控制供電的情況下接通電流通路，并且在沒有控制供電的情況下，斷開電流通路。所述外殼裝置進一步包括傳感器系統(tǒng)和邏輯控制器。傳感器系統(tǒng)從電源接收電力，監(jiān)控在電流通路中的電流，并輸出一個表示在電流通路內(nèi) 的電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控制器也從電源接收電力，接收上述傳感器信號，并且當傳感器信號不滿足一個規(guī)定判據(jù)的時候，從電源控制器取消控制供電。
在所述裝置的詳細方面，控制供電是由電源提供的，并且該電源適于當電源控制器被斷開且傳感器信號滿足規(guī)定判據(jù)的時候，在第一時間量輸出具有第一電壓的控制供電，該第一電壓足以使得電源控制器接通電流通路。在第一時間量之后，電源輸出具有第二電壓的控制供電，該第二電壓小于第一電壓，而足以保持電源控制器處于接通位置。在所述裝置的另一個詳細方面，傳感器系統(tǒng)包括與三相交流系統(tǒng) 的三根輸電線或者直流系統(tǒng)的兩根線路有關(guān)的單一一個傳感器，用于提供各線路中的電流平衡測量值，或者包括一些獨立的傳感器，其各自與電流通路中的一根輸電線有關(guān)，用于對于每個輸電線提供獨立的電流測量值，或者使上述二者結(jié)合。
在另一個目前的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明是一種集成的電流故障檢測/斷路器，其包括一個適于被置于具有線路端和負載端的電流通路內(nèi) 的斷路器，和一個電連接到該電流通路的電源。所述裝置還包括一個傳感器系統(tǒng)，其從電源接收供電、監(jiān)控在電流通路中的電流、并輸出表示電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。所述裝置進一步包括一個控制器，其從電源接收供電、接收傳感器信號并且當該傳感器信號不滿足一個規(guī)定判據(jù)時打開斷路器。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種中斷在電路的線路端和負載端之間的電流通路的方法，該電路具有與其電連接的電源。所述方法包括在電流通路中設(shè)置一種電源控制器。該電源控制器適于當提供控制供電的時候，處于接通位置，并且否則處于斷開位置。使用傳感器系統(tǒng) 監(jiān)控在電流通路中的電流，并且輸出表示該電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號，并且僅當該傳感器信號滿足一個規(guī)定判據(jù)時，給電源控制器提供控制供電。
在一個詳細方面，所述方法進一步包括監(jiān)控由電源提供給傳感器系統(tǒng)的供電電壓電平，并且當對傳感器系統(tǒng)的電壓電平小于一個預(yù) 定值的時候，忽略傳感器信號。通過忽略傳感器信號，所述系統(tǒng)的電流故障檢測特性實際上受到禁止，直到供電電壓處于預(yù)定值或高于預(yù) 定值為止。在一個相關(guān)的詳細方面，所述方法進一步包括監(jiān)控一外部通/斷電源開關(guān)，并且當出現(xiàn)下列任一狀態(tài)的時候，即傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)或者外部電源開關(guān)是斷開的時候，從電源控制器取消控制供電。在又一個詳細的方面，上述規(guī)定判據(jù)取決于連接到負載端的電力負載的工作電流，其可以具有用于第一時間量的第一工作電流，和用于第二時間量的第二工作電流。在這種情況下，所述方法進一步包括基于在第一時間量期間的第一工作電流，將規(guī)定判據(jù)設(shè)定為第一電平，并且基于在第二時間量期間的第二工作電流，將規(guī)定判據(jù)設(shè) 定為第二電平。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控穿過一個電路的電流通路的裝置，該電路具有線路端和負載端以及處于它們之間的電源控制器。所述電源控制器在有控制供電的情況下接通電流通路，并且在沒有控制供電的情況下斷開電流通路。所述電路被安裝在一個殼體內(nèi)，并且所述裝置包括一個同樣被安裝在殼體內(nèi)并被電連接到電流通路的電源。所述裝置還包括一個傳感器系統(tǒng)和一個邏輯控制器，二者均同樣被安裝在該殼體內(nèi)。傳感器系統(tǒng)從電源接收電力、監(jiān)控在電流通路中的電流并輸出表示在電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控制器也從電源接收電力、接收傳感器信號，并且當傳感器信號不滿足一個規(guī)定判據(jù)的時候，從電源控制器取消控制供電。在一個詳細的方面，所述裝置進一步包括一個被置于電源控制器周圍的柔性印制電路板，并且電路包括以下至少一個安裝在該板上的電源、傳感器系統(tǒng)和邏輯控制器。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種替換現(xiàn)有的電源控制器的方法，該現(xiàn)有的電源控制器位于電流通路的負載端和線路端之間、并被安裝在一個具有特定形狀因數(shù)的殼體內(nèi)。所述方法包括從電流通路斷開現(xiàn)有的電源控制器，并且提供一個裝置，該裝置適于監(jiān)控經(jīng)過電流通路的電流狀態(tài)，并且當電流狀態(tài)不滿足一個規(guī)定判據(jù)時中斷電流通路。所述裝置安裝在一個殼體內(nèi)，該殼體具有與被斷開的電源控制器基本上相同的形狀因數(shù)。所述方法進一步包括在電流通路內(nèi)以前設(shè)置被斷開的電源控制器的位置上安裝所述裝置。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于接通在一個電路的線路端和負載端之間的電流通路的裝置。該裝置包括一個具有斷開位置和接通位置的電源控制器。該電源控制器被設(shè)置在電流通路內(nèi)，并且在有第一控制供電的情況下，從斷開位置切換到接通位置，而在有第二控制供電的情況下，保持該接通位置。所述裝置進一步包括一個電源，該 lti源當l乜源控制器被斷開的吋候，在第一時間量輸出具有第一電壓的第-控制供屯，而在第一時間量之后輸出具有第二電壓的控制供電，其屮第二電壓小于第一電壓并足以使電源控制器保持在接通位置。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于中斷在電路的線路端和負載端之間的電流通路的裝置，該電路的負載端被連接到一個具有相關(guān)的第一工作電流和第二工作電流的電力負載，其中第一工作電流用于第一時間量，而第二工作電流用于第二時間量。所述裝置包括一個位于電流通路內(nèi)的電源控制器。該電源控制器在有控制供電的情況下接通電流通路，并且在沒有控制供電的情況下斷開電流通路。所述裝置還包括一個傳感器系統(tǒng)，其監(jiān)控在電流通路中的電流，并且輸出表示在電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。所述裝置進一步包括一個邏輯控制器，其接收傳感器信號，并且在第一時間量期間，比較傳感器信號與第一工作電流所限定的第一規(guī)定判據(jù)，而且如果傳感器信號不滿足第一規(guī)定判據(jù)，就從電源控制器取消控制供電。而該邏輯控制器在第二時間量期間，比較傳感器信號與第二工作電流所限定的第二規(guī)定判據(jù)，且如果傳感器信號不滿足第二規(guī)定判據(jù)，就從電源控制器取消控制供電。
借助下面舉例說明本發(fā)明特點的詳細描述和附圖，本發(fā)明的上述這些方面和其他方面及優(yōu)點將變得顯而易見。

圖1是一個按照本發(fā)明配置的系統(tǒng)的概括性方框圖，包括一個電源、一個傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控制器和一個電源控制器；
圖2是一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控制器、一個外部直流泵輸入幵關(guān)和一個由直流繼電器構(gòu)成的電源控制器；圖3-1至3-3組成圖2所示電源的示意圖；圖4是一個圖2所示電流不平衡傳感器的示意圖；圖5a-l至5c-4組成圖2所示邏輯控制器的示意圖圖6是另一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由一個電流不平衡傳感器和三個過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控制器、一個外部直流泵輸入開關(guān)和一個由直流繼電器構(gòu)成的電源控制
器；
圖7-1至7-3組成圖6所示電源的示意圖8a-l至8c-4組成圖6所示邏輯控制器的示意圖9是另一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不
平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個外部交流泵輸入開關(guān)和一個由直
流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖10a和10b組成圖9所示電源的示意圖11是圖9所示電流不平衡傳感器的示意圖12-1和12-2組成圖9所示邏輯控制器的示意圖13是另一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由一個電
流不平衡傳感器和三個過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控
制器、一個外部交流泵輸入開關(guān)和一個由直流繼電器構(gòu)成的電源控制
器；
圖14是另一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控制器、一個外部交流泵輸入開關(guān)和一個由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；圖15是圖14所示電源的示意圖；圖16是圖14所示電流不平衡傳感器的示意圖；圖17-1和17-2組成圖14所示邏輯控制器的示意圖；圖18是另一個系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個電源、一個由一個電流不平衡傳感器和三個過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個邏輯控制器、一個外部交流泵輸入開關(guān)和一個由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖19a是一個裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在
典型的波音737/747和空中客車飛機中使用；
圖19b至19d分別是圖19a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖；圖19e是圖19a所示裝置的立體圖，帶有一個剖面示出各組成部
分，包括所述電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖19f是圖19e所示柔性印制電路板的平面圖20a是一個裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在波音747-400、 757和767飛機中使用；
圖20b至20d分別是圖20a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖20e是圖20a所示裝置的立體圖，帶有一個剖面示出各組成部分，包括電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖21a是一個裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在DC-IO、 MD 10和MD 11飛機中使用；
圖21b至21d分別是圖21a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖21e是圖21a所示裝置的立體圖，帶有一個剖面示出各組成部分，包括電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖21f是圖21e所示柔性印制電路板的平面圖22是一個所述系統(tǒng)的電流故障檢測器/斷路器配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、一個螺線管驅(qū)動電路和一個由斷路器和螺線管構(gòu)成的電源控制器；
圖23是圖22所示系統(tǒng)的示意圖24a是一個按照本發(fā)明配置的電流故障檢測器/斷路器的立體
圖24b至24d分別是圖24a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖；圖24e是圖24a所示裝置的剖視圖，其示出各組成部分，包括斷
路器和螺線管、傳感器系統(tǒng)和在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路
板；
圖25是一個所述系統(tǒng)的直流獨立電流故障檢測器配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器和過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、和一個由直流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖26是圖25所示電源的示意圖27a-l至27c-4組成圖25所示邏輯控制器的示意圖28是一個所述系統(tǒng)的交流獨立電流故障檢測器配置的方框圖，
14包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器和三個過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及一個由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖29是一個所述系統(tǒng)的固態(tài)電路獨立電流故障檢測器配置的方框圖，包括一個電源、一個由電流不平衡傳感器和三個過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及一個由固態(tài)繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖30a是一個按照本發(fā)明配置的獨立電流故障檢測器裝置的立體圖；而
圖30b和30c分別是圖30a所示裝置的俯視圖和前視圖；圖30d是圖30a所示裝置的立體圖，帶有一個剖面示出各組成部分，包括電源控制器和一個在其上安裝有系統(tǒng)部件的印制電路板。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，它們供說明之用而不供用于限定，尤其參考圖l，其示出了一個按照本發(fā)明構(gòu)成的系統(tǒng)10，用于一旦在電路內(nèi)檢測到電流故障狀態(tài)時，就中斷在該電路的線路端24和負載端26之間的電流通路20。電流故障狀態(tài)可以是在電路內(nèi)的電流不平衡狀態(tài)或者過電流狀態(tài)的結(jié)果。
在一種其最基本的形式中，系統(tǒng)10包括電源30、傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60。電源30給邏輯控制器50、傳感器系統(tǒng)40和電源控制器60提供電力。電源控制器60可以是一個機電繼電器(或為交流線圈或為直流線圈)，或者一個固態(tài)器件。線圈型繼電器是由上述電源提供的控制供電32進行供電的?？刂乒╇?2的返回通路34穿過邏輯控制器50。在其他實施例中，控制供電32代替電源30，經(jīng)由一個外部開關(guān)而直接被饋送給電源控制器60。
傳感器系統(tǒng)40監(jiān)控穿過電流通路20的電流，并且輸出一個或多個表示在該電流通路中的電流狀態(tài)的傳感器信號42。邏輯控制器50從傳感器系統(tǒng)40接收該一個或多個傳感器信號42，并且當至少一個傳感器信號不滿足一個規(guī)定判據(jù)的時候，取消從電源控制器60供電。該規(guī)定判據(jù)將在下面進一步描述，但其大體上定義了在電路內(nèi)可接受的電流不平衡和過電流狀態(tài)的界限。當傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)的時候，邏輯控制器50中斷控制供電32的返回通路34。這使電源控制器60去中斷電流通路20，從而取消對電路的負載端26供電。邏輯控制器50包括與故障指示和系統(tǒng)測試和復位相關(guān)的電路和外部開關(guān)。當中斷電流通路20時，邏輯控制器50提供一個故障指示，其可以是一個發(fā)光LED或者機械指示器(未示出)。機械指示器的有利之處在于它們不需要電力，因此如果對系統(tǒng)的電源斷路，故障仍然被表示。
本發(fā)明的系統(tǒng)10可適應(yīng)于供各種各樣的飛機和在該飛機內(nèi)的各種各樣的系統(tǒng)使用。例如，該系統(tǒng)可以被結(jié)合進波音737、 747、 757、 767、DC-IO、 MD 11和空中客車航空燃料系統(tǒng)的其中任何一個之內(nèi)，作為監(jiān)控在該飛機燃料系統(tǒng)中被用于給泵供電的電源電路的手段。系統(tǒng)10還可以在采用機電裝置或者固態(tài)開關(guān)諸如制動系統(tǒng)和飛機環(huán)境控制系統(tǒng)的其他飛機系統(tǒng)中得到應(yīng)用，上述制動系統(tǒng)包括液壓泵/電動機和截止閥，上述飛機環(huán)境控制系統(tǒng)包括由開關(guān)控制的燈、電風扇、烤爐等等。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以被分類為三種常規(guī)的配置。第一種常規(guī)配置是集成的電流故障保護/電源控制器。這種配置將電流故障保護結(jié)合到電力控制繼電器之內(nèi)，并且預(yù)定用于替換現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)繼電器。第二種常規(guī)配置是集成的電流故障保護/斷路器。這種配置將電流故障保護結(jié)合到斷路器之內(nèi)，并且預(yù)定用于替換現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)斷路器。第三種常規(guī)配置是獨立的電流故障保護裝置。這種配置并不替代現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)組成部分，反之，是一種附加的裝置，預(yù)定設(shè)置在現(xiàn)有的飛機斷路器和飛機負載之間。這三種配置中的每一種均在下面在飛機燃料系統(tǒng)的環(huán)境下進行描述。但是，這些系統(tǒng)的應(yīng)用不局限于燃料供應(yīng)系統(tǒng)。
集成的電流故障保護/電源控制器
一個燃料供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的每個泵通常經(jīng)由一個機電繼電器從三相交流電源接收其能量。雖然可以使用交流線圈繼電器，典型地該繼電器本身是直流線圈繼電器。目前直流線圈繼電器是優(yōu)選的，這是因為它們有較快的響應(yīng)時間，其最大值大約為10-15毫秒(ms)。一個典型的交流線圈繼電器具有大約15-50毫秒的響應(yīng)時間。但是，當前在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)正在開發(fā)逼近直流線圈繼電器的響應(yīng)時間的交流圈繼電器方案。取決于繼電器的類型，以交流控制供電或者直流控制供電對繼電器提供電力。這些控制供電有時被稱為泵輸入。輸入到繼電器的電源典型地是可借助于駕駛員座艙開關(guān)用開關(guān)控制的。
本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)定用于代替在典型的航空燃料系統(tǒng)中使用的繼電器。為此目的，取決于在現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)中使用的繼電器的類型和可用丌關(guān)控制的泵輸入的類型，所述系統(tǒng)可以采用若干配置中的任何一
種。例如，波音757和DC-10飛機采用直流繼電器線圈和交流泵輸入。波音737、 747和767以及空中客車飛機則采用直流繼電器線圈和直流泵輸入。對于這些現(xiàn)有的飛機配置中的每一種，所述系統(tǒng)包括對繼電器供電是必需的相應(yīng)的繼電器和電路。本發(fā)明的系統(tǒng)不局限于這些現(xiàn) 有的飛機系統(tǒng)配置，而是完全適合在各種各樣預(yù)期的系統(tǒng)中使用。例如，所述系統(tǒng)可以配置成包括交流繼電器，以供交流泵輸入或者直流泵輸入中的任一個使用。下面是各種各樣的系統(tǒng)配置的描述。為了便于描述這些結(jié)構(gòu)，基于其繼電器類型和泵輸入類型，而對它們加以分類。
具有直流泵輸入的直流繼電器
參考圖2，其中示出了一個供航空燃料系統(tǒng)使用的系統(tǒng)10，該系統(tǒng)具有直流泵輸入80和直流線圈繼電器60，與目前的波音737/747型飛機相同。系統(tǒng)10包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24上分接到115V 交流三相線路中的每條線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器 50和直流繼電器60提供電力。對邏輯控制器50的直流泵輸入80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該開關(guān)從飛機直流電源接收供電。
參考圖3-1至3-3,在一個優(yōu)選實施例中，所述電源是具有兩個線性電源U14和U15的回描型開關(guān)電源。電源U14給電流傳感器U7(圖 4)提供7V直流以便得到該電流傳感器的最大增益，同時電源U15給邏輯控制器電路(圖5a-l至5c-3)提供5V直流。如稍后在下面所解釋的，該電源還給電源控制器提供28V直流或者16V直流的控制供電。
在電源的輸入側(cè)，二極管CR12、 CR13、 CR14、 CR15、 CR16和 CR17形成一個全波三相電橋。對于由電橋產(chǎn)生的接近300V的峰值電壓，電容器C17和C18起到存儲裝置的作用。電阻器R42、 R43提供濾波功能，其中電阻器R42和電容器C17作為一個RC網(wǎng)絡(luò)工作，而電阻器R43和電容器C18作為兩極濾波器的另一個RC網(wǎng)絡(luò)工作。電阻器R44和R45提供電磁干擾(EMI)保護，防止噪聲通過二極管CR15、 CR16和CR17中的任何一個返回。二極管VR2和VR3保護控制電路 U12和晶體管Q8,防止超出它們各自的工作容量(在一種配置中是 450V和800V )的電壓尖脈沖。
控制電路U12檢測變壓器L2的初級繞組至晶體管Q8的兩端間的電壓。電阻器R49和電容器C22濾除通向控制電路U12的檢測輸入端的噪聲。如果控制單元U12檢測到輸出電壓為低，則其接通并保持接通，直到通過變壓器L2的電流達到一個預(yù)先確定的量為止。電阻器 R50允許流過變壓器L2的電流增加到該預(yù)先確定的量。一旦達到了該預(yù)定量，該裝置就關(guān)斷，并且能量被傳送給變壓器L2的次級側(cè)。在次級側(cè)，電容器C26濾去高頻噪聲，同時電容器C25存儲大部分能量。來自變壓器L2的次級側(cè)的能量然后被提供給線性電源U14和U15。
返回到圖2，傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個傳感器，這三根輸電線形成了電流通路20。傳感器系統(tǒng)40通過提供--個表示在輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，確定在電流通路20 中的電流狀態(tài)。
參考圖4，在一個實施例中，傳感器40是霍爾效應(yīng)傳感器，如 AmplocPro5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換實施例中，傳感器40 可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。傳感器40當工作于10V時具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個電流傳感器監(jiān)控所有三相的電流來實現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方式求和由三相電流產(chǎn) 生的磁通量，并且產(chǎn)生一個與結(jié)果成正比的輸出信號42。由于三相交流燃油泵通常具有一個不接地中性線，系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當不存在接地故障狀態(tài)時，在電流傳感器上測量到的磁通量是零。而當出現(xiàn)一個接地故障狀態(tài)時，電流流向地(不返回至傳感器)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并導致在傳感器上測量到的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器的輸出即提供了電流損失的數(shù)直。在一個優(yōu)選實施(列中，對于 ;'殳有實測到的不平衡，傳感器的輸出大約是供電電壓的一半。
返回到圖2，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯控制器50接收的。邏輯控制器50對照一個規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號42，如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32的返回通路34。這也就是除去對電源控制器60的驅(qū)動信號，并使直流繼電器鎖定到跳閘狀態(tài)，而且中斷對負載端26的電流通路20。邏輯控制器50包括與故障指示和系統(tǒng) 測試及復位相關(guān)的電路和外部開關(guān)，為說明清晰起見沒有在圖2中顯示出這些開關(guān)。
參考圖5a-l至5a-3，傳感器輸出被輸入給放大器U1A，該放大器調(diào)整傳感器輸出信號的增益。放大器U1A還起到低通濾波器的作用，用于防止電磁干擾或者放電的威脅。電阻器R6、 R7和R8設(shè)定了規(guī)定判據(jù)，對照該規(guī)定判據(jù)來比較傳感器輸出信號。具體地說，這些電阻器設(shè)定了在U1B的引腳6和U1C的引腳10上的基準電壓電平，使得一個電壓對應(yīng)于較高閾值電壓，同時另一電壓則對應(yīng)于較低閾值電壓。這些電壓電平依次對應(yīng)于較高和較低的電流不平衡閾值，而上述電流不平衡閾值在一個實施例中分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。
如果來自放大器U1A的電壓大于引腳6的較高閾值電壓，或者小于引腳10的較低閾值電壓，相應(yīng)的放大器U1B、U1C的輸出就變成高，起到故障信號的作用。來自這些放大器中任何一個的高輸出使得晶體管Q1的柵極成為高，而這又依次驅(qū)動晶體管Q2的輸出為高，晶體管 Q2輸出通過放大器U2A。放大器U2A的輸出被輸入給邏輯門U10B(圖 5b-3)。
邏輯門U10B接收兩個其他的輸入。一個來自控制供電電路而另一個來自傳感器電力監(jiān)控電路。為了使邏輯門U10B工作，它的每個輸入都必須是邏輯低。對于控制供電電路(圖5b-l)，外部的直流控制供電穿過光耦合器U3、放大器U2B和邏輯門U4A。在一種替換結(jié)構(gòu)中，通過從4.99k到49.9k改變電阻器R12和R13的值，控制供電電路可以適應(yīng)于支持一個外部交流控制供電。當控制供電為高即控制開關(guān)接通的時候，U4A的輸出為低，并且邏輯門U10B被允許工作(假定對該門的其他輸入為低)。
至于傳感器電力監(jiān)視器電路(圖5b-3)，晶體管Q7監(jiān)控供給電流傳感器的7V直流電源，并且當電壓饋送降低到傳感器正常工作的電平之下時，禁止傳感器輸出以免影響電源控制器操作。當供電電壓降低到工作電平之下時，晶體管Q7導通，其依次禁止邏輯門U10B工作。系統(tǒng)實質(zhì)上在電壓饋送處于或高于預(yù)定值(此時邏輯門U10B重新開始工作)之前忽略傳感器信號。
邏輯控制器被設(shè)計成使系統(tǒng)在通電時處于故障狀態(tài)，在此期間系統(tǒng)不給負載輸送電力。在系統(tǒng)起動和穩(wěn)定之后，假如不存在故障，系統(tǒng)切換到工作模式。在復位期間，來自復位電路(圖5b-3)中的邏輯門 U9A的信號經(jīng)過U11A，并且進入到一個由邏輯門U9C和U9D組成的鎖存器(圖5b-4)，使得該鎖存器取決于電阻器R31和電容器C9的值(圖 5b-3)以及監(jiān)控電路U8的延遲時間(該時間為140至560毫秒)，而對于開始的60毫秒(ms)至100毫秒處于故障狀態(tài)。較長的延遲控制著復位時間。使用這兩種方案是因為其各自有局限性。
鎖存器U9C/U9D也可以被一個來自邏輯門U10B(圖5b-3)的故障信號置于故障狀態(tài)。這樣的故障會永久設(shè)定鎖存器。必須有復位功能以便從鎖存器除去故障。一旦通電復位，就對歷史鎖存狀態(tài)存在禁止。如果經(jīng)歷一個故障，鎖存器U9C/U9D即進入鎖存狀態(tài)，并且其輸出進入到U10C(圖5b-4)。所有的輸入必須是低以便使U10C正常工作。如果邏輯門U9C的輸出為高，則存在故障狀態(tài)，并且門U10C的輸出為低。這樣一種輸出將晶體管Q3的柵銜圖5c-l)設(shè)定成為低，該柵極使控制供電至接地的通路中斷，并使繼電器斷開亦即使繼電器開路。來自U9C的輸出也輸入給邏輯門U5B、 U5C和U5D(圖5c-4)，它們依次在邏輯門U9C的輸出是高的時候使LED CR6導通。
邏輯門U11C和U11D(圖5c-3)和電源內(nèi)的電路一起形成一個上托電源(pop-up power supply)。當繼電器U6(圖5c-l)從其斷開位置變到其接通位置的時候，該上托電源就給該繼電器提供第一控制供電電壓。一旦繼電器接通一定時間，正如電容器C13和電阻器R40的值所限定的.該電源就提供小于第一電壓的第二電壓給繼電器U6，以便使該繼電器保持接通。這樣降低了在電源和繼電器線圈中的熱耗散。
當門UC10(圖5b-4)的輸出是高的時候，晶體管Q3導通。這樣就通過對于控制供電提供一個經(jīng)由晶體管Q3的返回通路，形成了對繼電器的28V直流控制供電。該控制供電的存在給繼電器U6提供能量，并使其接通。在開始命令繼電器接通時，邏輯門U11D的輸出變?yōu)楦撸⑶冶环答伒竭壿嬮TU11C。當門U11D的輸出變?yōu)楦叩臅r候，電源中的晶體管Q9(圖3-3)導通并且它使電流流經(jīng)電阻器R54 (該電阻器是電阻器R52的旁路)。這使得在電阻器R53頂端的電壓達到28V直流當電阻器R52沒有旁路的時候，在電阻器R52和R53兩端間的電壓大約是16V直流。因此，所述上托電源提供了 28V直流來接通繼電器，亦即使其從斷開位置轉(zhuǎn)換到接通位置，并提供了 16V直流以將繼電器 U6保持在接通位置。在開始命令接通繼電器之后，在一個由電阻器 R40和電容器C13(圖5c-3)所決定的時刻，門U11D的輸出變成低，其依次斷幵Q9而使電壓恢復到16V直流。
對于不具有過電流保護的裝置，本方案將是保持第一電壓，直到電源控制器接通為止，并且如果電源控制器斷開就恢復到第一電壓-否則，只要電源控制器接通，其將保持第二電壓。對于過電流，這一方案可由在最小的第一時間量上的第一電壓來補充。
在故障狀態(tài)期間，邏輯門UC9(圖5b-4)的輸出是高。隨著這個輸出通過邏輯門U5B和U5C(圖5c-4)， U5C的輸出被設(shè)置為高。這使得晶體管Q6導通，并且使LED CR6發(fā)光。門U5C的高輸出被輸入給邏輯門U10A(圖5c-2)，邏輯門U10A起到非門的作用，并且輸出一個邏輯低給門U4D的引腳11。門U4D的引腳12也是低。因此，門U4D 的輸出驅(qū)動晶體管Q5，該晶體管依次驅(qū)動自鎖繼電器U7。該自鎖繼電器的引腳3切換到接觸引腳2，從而提供5V直流給門U4D的引腳 12，引腳12使得U4D的輸出變成低。當門U4D的輸出成為低的時候，晶體管Q5截止，節(jié)省邏輯供電。
處于故障狀態(tài)中時，可用復位開關(guān)S2(圖5b-l)使邏輯控制器復位。當開關(guān)S2被接通的時候，放大器U2C的輸出變成高而U4B(圖5c-l) 的輸出變成低。在門U4C(圖5c-2)處，兩個輸入均為低，因此輸出是高。來自門U4C的高輸出使晶體管Q4導通，該晶體管依次驅(qū)動自鎖繼電器U7從引腳3和2切換觸點至引腳3和1 。這使得門U4C的輸出變?nèi)?低而使晶體管Q4截止。
邏輯控制器包括各種各樣的維護電路，包括前述的復位開關(guān)S2和故障指示LED CR6。還包括按壓測試電路(圖5c-l)，其包括線圈Ll、電阻器R25和R26以及開關(guān)Sl。上述線圈圍繞電流傳感器(未示出)纏繞足夠次數(shù)，使得當開關(guān)S1被接通時，該傳感器就輸出一個表示電流不平衡的信號。在一種配置中，線圈圍繞傳感器纏繞25次。
上述系統(tǒng)監(jiān)控用于電流不平衡的電流通路20，并且對負載提供接地故障檢測和電路中斷(GFI)保護。但是，在電路中可能存在用單個傳感器無法檢測到的電流故障狀態(tài)。例如，如果處于單個傳感器下游的三根輸電線中的任何兩根出現(xiàn)短路，流過該傳感器的電流總和仍然會是零。因此，上述短路將不會被檢測到。而按照本發(fā)明，通過將過電流傳感器包括進來作為傳感器系統(tǒng)的一部分就避免了前述情況。
參考圖6，其中示出了一個供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)10，其具有直流泵輸入80和直流線圈繼電器60,例如存在于波音747-400或者波音767飛機中。系統(tǒng)10包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24上分接115V 交流三相線路的每個線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40中的每個傳感器、邏輯控制器50和直流繼電器60提供電力。
該電源是一種回描型開關(guān)電源，其結(jié)構(gòu)和操作與上文參考圖3-1 至3-3所描述的類似。該電源包含兩個線性電源U14、 U15。電源U14 給傳感器系統(tǒng)中的每個電流傳感器提供7V直流，同時電源U15給邏輯控制器電路提供5V直流。所述電源還起上托電源的作用，給直流繼電器提供28V直流或者16V直流的控制供電。對邏輯控制器50的直流泵輸入80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該泵開關(guān)從一個飛機直流電源接受供電。在圖7-1至7-3中提供一個示范性電源的詳細示意圖。
傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個不平衡傳感器44，這三根三相輸電線構(gòu)成電流通路20。傳感器系統(tǒng)40還包括三個過電流傳感器46。每個過電流傳感器46圍繞三根構(gòu)成電流通路20的輸電線的其中一根。不平衡傳感器44和過電流傳感器46均可以是霍爾效應(yīng) 傳感器，如以上參考圖4描述的。不平衡傳感器44用代數(shù)方式求和由流經(jīng)三相輸電線的三相電流所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個與結(jié)果成正比的輸出信號42。每個過電流傳感器46輸出一個表示流過其相關(guān)輸電線的電流量的信號48。在替換結(jié)構(gòu)中，傳感器44、 46還可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)傳感器。
繼續(xù)參考圖6，來自不平衡傳感器44和過電流傳感器46的信42、 48被提供給邏輯控制器50，這里它們被對照各自的預(yù)定判據(jù)進行比較。對于不平衡傳感器44，該判據(jù)類似于以上參考圖2進行的描述，即-1.5A RMS至+1.5A RMS。對于過電流傳感器46，該判據(jù)隨連接到電路的負載端26的電力負載而變。在--個實施例中，閾值是1.25x負載的工作電流。在一個優(yōu)選實施例中，邏輯是以硬件實現(xiàn)的。做為選擇，該邏輯可以由可編程的固件提供。在兩種情況下，邏輯都是如果傳感器信號42、 48的其中任何一個不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，控制供電32的返回通路34即被中斷。這樣就消除了對電源控制器60的驅(qū)動信號，并且使直流繼電器鎖定到斷路狀態(tài)，并且中斷至負載端26的電流通路20。
在一個優(yōu)選實施例中，所述系統(tǒng)被配置成提供用以檢測過電流故障狀態(tài)的雙重閾值判據(jù)。一個判據(jù)適用于負載的正常操作期間，而另一個則適用于負載的通電操作期間。對每個判據(jù)的過電流閾值是不同的。在正常操作中，直流繼電器是接通的，并且115V交流被提供給具有相應(yīng)穩(wěn)態(tài)工作電流的泵電動機。在正常操作期間，系統(tǒng)使用一個基于該穩(wěn)態(tài)工作電流的閾值檢測過電流狀態(tài)。例如，如果電動機的穩(wěn)態(tài) 工作電流是5A，則規(guī)定閾值是1.25x5ARMS。
在起動操作過程中，負載是斷開的，此時通過接通直流繼電器供電。在起動操作期間，系統(tǒng)使用一個基于負載的起動電流而規(guī)定的閾值檢測過電流狀態(tài)。例如，如果起動電流是20A,則規(guī)定閾'直是 1.25x20ARMS。在轉(zhuǎn)換到正常閾值之前，系統(tǒng)在一段特定時間即起動階段內(nèi)使用這個起動閾值。起動階段的持續(xù)時間取決于負載要用于加電和穩(wěn)定的時間，并且咧如可以達到大約80ms。因此，如果在起動時間階段中系統(tǒng)檢測到電流超過起動閾值，繼電器即被斷開而取消對負載供電。所述雙重閾值系統(tǒng)的優(yōu)點是，它防止了在負載起動期間的誤動作.并且允許在正常操作期間的密切監(jiān)控。
參考圖8a-l至8c-4，邏輯控制器的傳感器控制電路類似于先前參號-圖5a-l至5c-4所描述的。不平衡傳感器輸出被輸入給放大器UlA(圖 Sa-l), K調(diào)整該傳感器輸出信號的增益。電阻器R6、 R7和R8(圖8a-2> 設(shè)定對照比較傳感器輸出信號的規(guī)定判據(jù)。具體地說，電阻器設(shè)定在 U1B的引腳6和UIC的引腳10上的基準電壓電平，使得一個電玉對應(yīng)于較高的閾值電壓，而另一個對應(yīng)于較低的閾值電壓。這些電壓電平依次對應(yīng)于較高和較低的電流不平衡閾值，在一個實施例中，它們
分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。
如果來自放大器U1A的電壓高于引腳6的較高閾值電壓，或者低于引腳IO的較低閾值電壓，則相應(yīng)放大器U1B、 U1C的輸出成為高。來自這些放大器中的任一個的高輸出使得晶體管Q2(圖8a-4)的柵極為低，其依次驅(qū)動晶體管Q4輸出為高。晶體管Q3的輸出流過放大器 U4D。放大器U4D的輸出被輸入給邏輯門U8。
每個過電流傳感器輸出被輸入給放大器U2A、 U3A、 U4A(圖8a-l 和8a-3)，其調(diào)整該傳感器輸出信號的增益。每個放大器輸出被輸入給 —對比較器U2B/U2C、 U3B/U3C、 U4B/U4C(圖8a-2和8a-4)，它們起到三相電流通路中的每個線路A、 B和C的過電流檢測器的作用。
如上所述，邏輯控制器被配置成提供用于過電流檢測器的一個起動閾值和一個正常閾值。這些閾值是由電阻器R76和R77設(shè)定的。在正常操作期間，部件U5A(圖8a-3)是接通的，使電阻器R77(圖8a-4)短路。形成于電阻器R76兩端的電壓很小，這樣就設(shè)定了對應(yīng)于正常閾值的過電流閾值。在一種配置中，R76是24.3k而正常閾值是15A。如果三個過電流放大器U2A、 U3A、 U4A中的任何一個輸出一個信號，該信號具有大于相應(yīng)正常閾值電壓的電壓，則與該放大器相關(guān)的過電流檢測器的輸出變成高。來自這些過電流檢測器中的任一個的高輸出使得晶體管Q2的柵極成為低，其依次將晶體管Q3的輸出驅(qū)動為高。晶體管Q2的輸出流過放大器U4D。放大器U4D的輸出被輸入給邏輯門U8。
在起動操作期間，部件U5A是斷開的，并且形成于電阻器R76和 R77兩端的電壓較高，這樣就設(shè)定了對應(yīng)于起動值的過電流閾值。在一種配置中，電阻器R76是24.3k而電阻器R77是127k，并且起動閾值是60A。部件U5A的接通/斷開操作與先前描述的上托電源通過晶體管Ql和Q9(圖8a-3和7-3)的操作有關(guān)系。起動操作的持續(xù)時間，亦即部件U5A被斷開的時間，是由電容器C53(圖8c-3)和電阻器R111確定的。例如，使用1微法的電容器C53和lOOK的電阻器Rlll，起動時間就大約是70毫秒。如圖8b-l至8c-4所示，邏輯控制器電路的其余部分類似于先前參考圖5b-l至5c-4所描述的。雖然在上述示意圖中未示出，但邏輯控制器可以包括各種各樣的維護電路，包括復位開關(guān)和按壓測試開關(guān)以及電路，類似于先前參考圖5b-l和5c-l所描述的。
具有交流泵輸入的直流繼電器
參考圖9，其中示出了一個供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)，其具有交流泵輸入80和直流線圈繼電器60，諸如存在于波音757飛機中。該系統(tǒng) 包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和直流繼電器60提供電力。對邏輯控制器50的交流泵輸入80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該泵開關(guān)分接上述三相線路的其中之一。
參考圖10a和10b,電源包括10V電源(圖10a)和20V電源(圖10b)。電源包括二極管CR1、 CR2、 CR3、 CR4、 CR5禾Q CR6，它們構(gòu)成一個全波三相電橋。電容器C1對于由電橋產(chǎn)生的281V峰值電壓起到存儲器件的作用。調(diào)節(jié)器是裝配架式(buck-type)配置，其為在下方擁有電感器的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。這是可以接受的，因為電路無需一定以大地為基準。實際上，對于10V和20V電源，機載電學地線大約分別比大地高 270V和260V。
優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換開關(guān)以非常規(guī)的方式工作。如果其檢測到一個輸出電壓為低，在流過電感器L1或者L1A的電流達到一個預(yù)定量之前，相應(yīng)的控制器起動并保持為起動。否則，跳過該循環(huán)。能量被存儲在電感器Ll或者L1A中，并且經(jīng)由二極管CR7或者CR7A傳送給輸出電容器C3或者C3A。由齊納二極管(Zener)VRl或VR1A以及光耦合器U2或U2A確定恰當?shù)恼{(diào)節(jié)。電容器C2或者C2A用于存儲少量能量，g卩，每個相應(yīng)調(diào)節(jié)器用于操作其內(nèi)部電路。
返回到圖9,傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個傳感器，這三根三相輸電線形成電流通路20。通過提供一個表示輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，傳感器40確定在電流通路20中的電流狀態(tài)。
參考圖ll，在一個實施例中，傳感器40是一個霍爾效應(yīng)傳感器，如Amploc Pro 5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換性實施例中，傳感器40可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。傳感器40在工作于 10V的時候具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個電流傳感器監(jiān)控所有的三相電流實現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方式求和三相電流流經(jīng)三相輸電線所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生與結(jié)果成正比的輸出信號42。由于三相交流燃油泵典型地具有不接地的中性線，系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當不存在接地故障狀態(tài)的時候，在電流傳感器處測量出的磁通量是零。當出現(xiàn)接地故障狀態(tài)的時候，電流流向地(不經(jīng)由傳感器返回)，破壞了該閉環(huán)系統(tǒng)，并導致在傳感器上測量到的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器的輸出提供了電流損失的數(shù)值。在一個優(yōu)選實施例中，對于沒有實測到的不平衡，傳感器的輸出大約是供電電壓的二分之一。
返回到圖9，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯控制器50接收的。邏輯控制器50相對一個規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號42，如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32到電源控制器的返回通路34。這也就是除去對該電源控制器的驅(qū)動信號，并使直流繼電器鎖定到跳閘狀態(tài)，而且中斷對負載端26的電流通路20。
參考圖12-1和12-2，在一個優(yōu)選實施例中，對于沒有實測到的不平衡，傳感器的輸出大約是供電電壓的二分之一。放大器U3A以系數(shù) IO放大信號。該增益是由電阻器R5和R3的比值設(shè)定的。3db點是電容器C4的電抗等于R5電阻的點，這出現(xiàn)于3386Hz上。電阻器R1、 R2和R4使放大器偏置，并且經(jīng)過選擇而使得需要電阻器R4有1兆歐的最大值，以便在傳感器處于其指定的惡劣情況高輸出時，將放大器輸出調(diào)整為中間供給(mid supply)。易于實現(xiàn)對應(yīng)于傳感器的惡劣情況低輸出的校準。
設(shè)置放大器U3B和U3C，以及電阻器R6、 R7和R8，以檢測超出較高及較低電流閾值的電流不平衡，上述電流閾值在一個實施例中分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。來自放大器U3B或者U3C的高輸出表示出現(xiàn)了超出上述電流閾值的不平衡。門U4A對來自放大器U3B和 U3C的輸出進行"或"操作。在其輸出端的一個邏輯0表示總有一個故障狀態(tài)出現(xiàn)。同時發(fā)生的不平衡輸入是可以被處理的，但這實際上是不可能的，因為當存在負值不平衡時，無法同時存在正值不平衡。
如果發(fā)生故障狀態(tài)，則其通過門U5A將一個邏輯1送至由門U4B 和U4C組成的鎖存器。在引腳5上，邏輯1迫使輸出端引腳4為低，使晶體管Q1截止，該晶體管中斷電源到直流繼電器的返回通路，從而實際上消除了對于直流繼電器的驅(qū)動信號，導致其斷開和中斷到負載端26的電流通路20。該鎖存器的另一個輸入端引腳9通常是處于邏輯 0。這使引腳10變?yōu)楦?，通過將一個邏輯1送至引腳6設(shè)定鎖存器。
在一個優(yōu)選實施例中，通電程序使電源控制部分初始化為非工作模式。這是通過將一個邏輯0送至門U5A的引腳2以模擬一種電流不平衡狀態(tài)來實現(xiàn)的。由門U5B、電阻器R13、電容器C5和二極管CR8 產(chǎn)生的通電復位脈沖典型地是7微秒。復位是由經(jīng)由電阻器R13將電容器C5充電到閾值所用的時間來確定的，該閾值由門U5B設(shè)定。二極管CR8提供快速復位。
參考圖13，圖9的系統(tǒng)可以被修改為包括一個傳感器系統(tǒng)40，該傳感器系統(tǒng)具有用于監(jiān)控相間電流的過電流傳感器46。這樣一種系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)類似于先前參考圖6所作描述。
具有交流泵輸入的交流繼電器
參考圖14，其中示出了一個供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)，其具有一個交流泵輸入和一個交流線圈繼電器60。該系統(tǒng)包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24上分接115V交流三相線路中的每個線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40和邏輯控制器50提供電力。用于繼電器60的交流泵輸入 80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該泵開關(guān)分接三相線路的其中之
參考圖15，在電源30的一個實施例中，二極管CR1、 CR2、 CR3、 CR4、 CR5和CR6構(gòu)成一個全波三相電橋。電容器Cl對于由該電橋產(chǎn)生的281V峰值電壓起到存儲器件的作用。調(diào)節(jié)器最好是裝配架式 (budc type)配置，其為在下方擁有電感器的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。這是可以接受的，因為電路無需一定以大地為基準。實際上，機載電學地線大約比大地高270V。優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換開關(guān)以非常規(guī)的方式工作。如果其檢測到輸出電
壓為低，在流過電感器L1或者L1A的電流達到一個預(yù)定量之前，其接通并保持為接通。否則，跳過該循環(huán)。能量被存儲在電感器L1中，并且經(jīng)由二極管CR7傳送給輸出電容器C3。由齊納二極管VR1以及光耦合器U2確定恰當?shù)恼{(diào)節(jié)。電容器C2用于存儲少量能量，調(diào)節(jié)器以此操作其內(nèi)部電路。
返回到圖14，傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個傳感器，這三根三相輸電線形成電流通路20。通過提供一個表示在輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，傳感器40確定在電流通路20中的電流狀態(tài)。
參考圖16，在一個實施例中，傳感器40是一個霍爾效應(yīng)傳感器，如一個AmplocPro5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換實施例中，傳感器40可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。當工作在10V的時候，傳感器40具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個電流傳感器40監(jiān)控所有的三相電流來實現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方式求和三相電流流經(jīng)三相輸電線所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個與結(jié) 果成正比的輸出信號42。由于三相交流燃油泵典型地具有一個不接地的中性線，系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當不存在接地故障狀態(tài)的時候，在電流傳感器40上測量到的磁通量是零。當出現(xiàn)接地故障狀態(tài)的時候，電流流向地(不經(jīng)由傳感器返回)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并且導致在傳感器40上測量到的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器40的輸出即提供了電流損失的數(shù)值。在一個優(yōu)選實施例中，對于沒有實測到的不平衡，傳感器40的輸出大約是供電電壓的二分之一。
返回到圖14，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯控制器50接收的。邏輯控制器50對照一個規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號 40,如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32到電源控制器的返回通路34。
參考圖17-1、 17-2，邏輯控制器50的放大器U3A接收傳感器信號42，并且以系數(shù)IO放大該信號。該增益是由電阻器R5和R3的比誼沒定的。3db點是電容器C4的電抗等于R5電阻的點，這出現(xiàn)于 3386Hz上。電阻器R1、 R2和R4使放大器偏置，并且經(jīng)過選擇而使得需要電阻器R4有1兆歐的最大值，以便在傳感器處于其指定的惡劣情況高輸出時，將放大器輸出調(diào)整為中間供給。易于實現(xiàn)對應(yīng)于傳感器的惡劣情況低輸出的校準。
設(shè)置放大器U3B和U3C，以及電阻器R6、 R7禾QR8，以檢測超出較高及較低電流閾值的電流不平衡，上述電流閾值在一個實施例中分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。來自放大器U3B或者U3C的高輸出表示出現(xiàn)了超出1.5ARMS閾值的不平衡。IC(集成電路)U4A對來自放大器U3B和U3C的輸出進行"或"操作。在其輸出端的一個邏輯0表示總有一個故障狀態(tài)出現(xiàn)。同時發(fā)生的不平衡輸入是可以被處理的，但這實際上是不可能的，因為當存在負值不平衡時，無法同時存在正值不平衡。
如果發(fā)生故障狀態(tài)，則其通過IC U5A將一個邏輯1送至由IC U4B 和U4C組成的鎖存器。在引腳5上，邏輯1迫使輸出端引腳4為低，使晶體管Ql截止，該晶體管中斷控制供電32到電源控制器60的返回通路34，從而消除了對于電源控制器的驅(qū)動信號，并導致交流繼電器鎖定到跳開即斷開狀態(tài)，而且中斷到負載端26的電流通路20。該鎖存器的另一個輸入端引腳9通常是處于邏輯0上。這使引腳10變?yōu)楦撸?通過將一個邏輯1送至引腳6設(shè)定該鎖存器。
在一個優(yōu)選實施例中，通電程序使電源控制部分初始化為非工作模式。這是通過將一個邏輯0送至IC U5A的引腳2以模擬一種電流不平衡狀態(tài)來實現(xiàn)的。由ICU5B、電阻器R13、電容器C5和二極管CR8 產(chǎn)生的通電復位脈沖典型地是7微秒。復位是由經(jīng)由電阻器R13將電容器C5充電到閾值所用的時間來確定的，該閾值由ICU5B設(shè)定。二極管CR8提供快速復位。
參考圖18，圖9的系統(tǒng)可以被修改為包括一個傳感器系統(tǒng)40，該傳感器系統(tǒng)具有用于監(jiān)控相間電流的過電流傳感器46。這樣一種系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)類似于先前參考圖6所作描述。
組裝
目前正在使用中的大多數(shù)飛機利用具有前述局限性的斷路器。雖然本發(fā)明的電子和機電方面對這類斷路器所提供的保護給予了額外保護，但希望能夠以一種形式組裝本發(fā)明，其允許方便地對于現(xiàn)有的、新制造的飛機和新的飛機設(shè)計進行改裝，因此而使本發(fā)明的優(yōu)點具有史廣的應(yīng)用范圍。因此，在本發(fā)明的另一個目前優(yōu)選的方面，所述系統(tǒng)的電子和機電元件被安裝在一個外殼內(nèi)，該外殼具有與現(xiàn)有的電源控制器相同的形狀因數(shù)。該系統(tǒng)通過現(xiàn)有的電源控制器電接插件與所要監(jiān)視和控制的電路連接，并且從所要維護的電路取得電力。雖然對于這類斷路器所提供的保護有許多形狀因數(shù)可以給予額外保護，但集成的電流故障斷路器的各種變形是基于繼電器和電流故障斷路器電路，或者固態(tài)開關(guān)裝置和電流故障斷路器電路。集成電流故障斷路器對于特定的飛機裝置是定制的。其裝配和構(gòu)造經(jīng)設(shè)計適應(yīng)于在飛機中特定的繼電器裝置需要。
參考圖19a-19d，其中一些上述的集成電流故障保護/電源控制器可以被配置成與波音737型、747型和空中客車飛機中使用的現(xiàn)有電源控制器殼體90的形狀因數(shù)一致。這樣的殼體90典型地包括接插件部分 92、安裝用法蘭94和外罩96。殼體90的概略尺寸如下從頂部98 到底部100大約為2.65英寸(約6.73cm)，沿其側(cè)面102大約為1.50英寸(約3.81cm)寬，從安裝用法蘭94的前側(cè)104到該安裝用法蘭的后側(cè) 106大約為2.0英寸(約5紙m)。
接插件部分92包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板108，典型地具有八個螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和 X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。參考圖19d，引腳 Al和A2容納第一線路A和負載A，引腳Bl和B2容納第二線路B 和負載B，而引腳C1和C2容納第三線路C和負載C。
參考圖19c和19f，組成電源30、傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50 和電源控制器60的電路被安裝在柔性電路板110上。柔性電路板110 包括由柔性部分114連接到一起的剛性電路板112部分。電路板110 被折疊成長方形以便裝配到殼體外罩96內(nèi)，如圖19e所示。利用該柔性電路板，使系統(tǒng)電路得以裝配到具有與其所替換部件的形狀因數(shù)相同的殼體內(nèi)。故障指示器il6和復位及測試按鈕位于外罩的頂端外部。
參考圖20a-20f，上述的一些集成電流故障保護/電源控制可以被配置成與波音747-400、 757和767飛機中使用的現(xiàn)有電源控制器殼體120的形狀因數(shù)一致。這樣的殼體120典型地包括接插件部分122、安裝用法蘭124和外罩126。殼體120的概略尺寸如下從頂部128到底部130大約3.28英寸(約8.33cm)，沿其短邊132大約1.53英寸(約3.89cm) 寬，而沿其長邊134大約2.51英寸(大6.38cm)。
接插件部分122包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板 136，典型地具有八個螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。參考圖20d，接插件Al和A2容納第一線路A和負載A，接插件Bl和B2容納第二線路B和負載B，而接插件Cl和C2容納第三線路C和負載C。
參考圖20e，形成電源30和邏輯控制器50的電路被安裝在兩個電路板138、 140上，電路板138、 140被設(shè)置在傳感器系統(tǒng)40和電源控制器60的上方。故障指示器142和復位及測試按鈕被設(shè)置在外罩的頂端外部。
參考圖21a-21d，上述的一些集成電流故障保護/電源控制器可以被配置成與DC-10飛機中使用的現(xiàn)有電源控制器殼體150的形狀因數(shù)一致。這樣的殼體150典型地包括接插件部分152、安裝用法蘭154和外罩156。殼體150的概略尺寸如下從頂端158到底部160大約3.25 英寸(約8.26cm)，而沿其各邊162則大約為2.5英寸(約6.35cm)寬。
接插件部分152包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板 164，典型地具有八個螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。
參考圖21e和21f，形成電源30和邏輯控制器50的電路被安裝到柔性電路板166上。柔性電路板166包括由柔性部分170結(jié)合到一起的剛性電路板168部分。電路板166被折疊成長方形以便裝配到殼體外罩156內(nèi)。該維護系統(tǒng)電路被設(shè)置在外罩的頂端附近，并且與位于外罩的頂端外部的故障指示器172和復位及測試按鈕連接。
集成的電流故障保護/斷路器
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種集成電流故障保護斷路器，在此處稱為故障保護斷路器(FPB)。 FPB將上述的集成電流故障保護/ 電源控制器的電流故障保護方式結(jié)合到一個斷路器中，該斷路器預(yù)定用于取代現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)斷路器。FPB由檢測和控制電子及機電部件組成，這些部件在單個裝置中與斷路器結(jié)合，用以提供附加的接地故
障和/或過電流檢測，同時保持現(xiàn)有三相115V交流斷路器的性能和功能。一個增設(shè)的按拉式鍵(在此處稱為FPB按拉式鍵)被附著于內(nèi)部電路斷路器按拉式鍵上，并且當這個增設(shè)按鍵被機電式跳開的時候，它就拉開斷路器按拉式鍵。在一個優(yōu)選實施例中，機電式的跳開是借助用以提供拉開斷路器所必需的強制力的螺線管和平衡彈簧完成的。還可以實施FPB按拉式鍵的手工操作，以斷開和閉合斷路器觸點從而對燃油泵取消供電或者提供供電。
參考圖22，在一種配置中，F(xiàn)PB包括電源100、電流傳感器110、控制器或者說螺線管驅(qū)動器120、螺線管130、具有相關(guān)的按拉式鍵(未示出)的機械式斷路器140以及測試開關(guān)150。 FPB按拉式鍵被機電式地跳開以鎖定接地故障狀態(tài)，取消對燃油泵的三相供電并且提供FPB 指示。FPB是一個完全獨立的單元，從負載端三相電源獲得其電子部件的電力，并且使用與斷路器相同的飛機線路接口。
參考圖23， FPB使用單個電流傳感器L2檢測由三相電流產(chǎn)生的凈磁通量。磁通量信號被輸入給螺線管驅(qū)動器Q1，該信號在此受到調(diào) 節(jié)和濾波以消除誤動作，并且檢測任一極性的凈磁通量。一旦出現(xiàn)接地故障，螺線管驅(qū)動器Q1即使得螺線管L1觸發(fā)一個按拉式鍵機電式地動作，取消三相供電。FPB按拉式鍵保持在鎖定的故障狀態(tài)，直到該按拉式鍵被手動復位為止。當FPB處于故障狀態(tài)中的時候，使泵控開關(guān)160(115V交流或者28V直流)循環(huán)對于燃油泵的控制沒有作用。
在一種配置中，當發(fā)生電流不平衡也就是說超出一個預(yù)定范圍的時候，F(xiàn)PB檢測接地故障狀態(tài)，該預(yù)定范圍在一種配置中是-1.5ARMS 至+1.5ARMS。這個范圍允許足夠的裕度，以防止燃油泵電動機漏電流 (其隨電動機繞組絕緣和受污染的燃料而變)造成誤動作。
在確定故障檢測閾值的情況下，當選擇故障檢測速度時，誤動作也是一個關(guān)心的因素。對接地故障的FPB響應(yīng)可以被分為檢測和反應(yīng) 吋間。反應(yīng)時間取決于按拉式鍵的機電動作，而檢測時間取決于將誤動作減到最少。FPB包括一個濾波系統(tǒng)，用以衰減通常大多由噪聲、 EMI、雷電和HIRF所引起的高頻效應(yīng)。通常這些高頻信號導致錯誤的指示。系統(tǒng)的頻帶寬度和工作范圍受到限制以將誤動作減到最小，同時保持最寬的可允許的檢測頻譜。選擇具有恰當靈敏度范圍的傳感器
110以便測量在感興趣范圍內(nèi)的信號。
當對FPB的線路端的三相電源供電中斷時，就損失了 FPB操作。但是，任意持續(xù)時間的供電中斷都不會導致鎖定的FPB故障狀態(tài)，或者鎖定FPB故障狀態(tài)的復位。當中斷終止的時候，F(xiàn)PB即返回到其中斷之前的工作模式。
接地故障狀態(tài)跳開位于FPB頂端的FPB按拉式鍵，使該按鍵伸出到一定高度以提供FPB狀態(tài)的可見指示。處于斷路狀態(tài)的FPB只能通過手動地復位在FPB上的按拉式鍵142來復位。
在一個優(yōu)選實施例中，恰當?shù)剡\行一種檢驗FPB的端對端測試。這是借助于一個位于FPB外殼頂部的按壓測試開關(guān)150實現(xiàn)的。這個開關(guān)的動作通過使剛好超出最大閾值的電流流過傳感器旁路，來模擬接地故障狀態(tài)。這種手控的測試導致鎖定FPB，從負載端觸點取消供電，并使按拉式鍵伸出以提供可見指示。該按拉式鍵必須被復位(推入) 以清除FPB故障狀態(tài)。
組裝
參考圖24a-24e，上述的集成電流故障保護/斷路器可以被配置成與在波音700系列飛機及類似飛機中使用的現(xiàn)有15A和20A斷路器外殼 180的形狀因數(shù)一致。這樣的外殼180典型地包括接插件部分182、機蓋184和按下/彈出鈕142。 15A斷路器外殼180的概略尺寸如下從頂端188到底部190大約為4.00英寸(約10.16cm)，沿其長邊192大約為2.O0英寸(約5.08cm)，而沿其短邊194大約為1.38英寸(約3.51cm)。
接插件部分182包括電接插件裝置，如具有六個端子Al、 A2、 Bl、 B2、 Cl和C2的接線板或者說接插件板。參考圖24d，接插件A1 和A2容納第一線路A和負載A,接插件Bl和B2容納第二線路B和負載B，而接插件Cl和C2容納第三線路C和負載C。傳感器系統(tǒng)110 被置于接插件部分182的上方。輸入線A、B和C穿過傳感器系統(tǒng)110，并被輸入至一個起到電源控制器140作用的斷路器。輸出線A、 B和C 返回到聽述接插件部分。
形成電源100和螺線管驅(qū)動器120的電路被安裝在電路板196上。電源100和螺線管驅(qū)動器120與螺線管130連接。
獨立的電流故障保護裝置
按照本發(fā)明的另一個實施例，所述系統(tǒng)被配置成為一個獨立裝置，只要與負載有關(guān)的電源線路和返回線路對該裝置是可使用的，它就可以被安裝到斷路器和負載之間電路中的任何地方。與前述的系統(tǒng)配置相同，該獨立裝置從被監(jiān)控的電源線的線路端取得其工作電力。因此該裝置不需要額外電源。
直流結(jié)構(gòu)
參考圖25，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在直流電源和由該電源供電的負載之間的電流通路。該系統(tǒng)包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24分接直流線路和返回線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60提供電力。傳感器系統(tǒng)40包括不平衡傳感器44和過電流傳感器46。
參考圖26，在一個優(yōu)選實施例中，所述電源具有兩個線性電源U1 和U2。電源U1給電流傳感器44、 46(圖25)提供7V直流，以便由上述電流傳感器得到最大增益，同時電源U2給邏輯控制器電路提供5V 直流。
在電源的輸入側(cè)，從飛機接收28V直流。二極管CR1起阻塞二極管的作用。電容器Cl則起到二極管CR1所輸出的大約26V直流的存儲裝置的作用。電阻器R2和R3起分壓器的作用，以將電源U1的輸出設(shè)定為7V直流。二極管CR13與電容器C15和C17配合工作，將電源U2的輸出設(shè)定為5V直流。
返回到圖25，電源接地故障保護是通過以不平衡傳感器44監(jiān)控 28V直流電源和負載返回電流的信號實現(xiàn)的。該電流傳感器44用代數(shù) 方式求和上述電源和返回電流所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個與結(jié)果成正比的輸出信號42。借助于28V直流電源和流過接地故障傳感器的燃油泵的負載反饋信號，所述系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當不存在接地故障狀態(tài)時，在傳感器上測量到的磁通量是零。而當出現(xiàn)接地故障狀態(tài)時，電流流向地(不經(jīng)由傳感器返回)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并導致在傳感器上測量到
的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器的輸出42 即提供了電流損失的數(shù)值。
雖然術(shù)語接地故障意思是對地電弧放電/短路，但所述檢測方案檢測由電流損失導致的或者由電源對所述閉環(huán)系統(tǒng)外部任何其他飛機布線系統(tǒng)導致的電流不平衡狀態(tài)，其中該電流損失是電源對地通路的結(jié) 果。因此所述系統(tǒng)可供檢測其下游裝置的所有錯誤接線。
對負載-返回電弧放電/短路的28V直流不會被檢測為接地故障，這是因為28V對于負載-返回電流而言是標準的，并且所述閉環(huán)系統(tǒng)不會導致電流損失。雖然這種電弧放電-短路使電流幅值超出正常水平以外，但這不是一致不平衡狀態(tài)，并且在接地故障傳感器處的相應(yīng)凈磁通量總和是零。
為了檢測這種不受歡迎的故障狀態(tài)，以過電流傳感器46監(jiān)控28V 直流電源信號的電流電平從而實現(xiàn)過電流保護。流過上述傳感器46的電流所產(chǎn)生的磁通量產(chǎn)生一個與電流幅值成正比的輸出信號。當電流幅值超過一個預(yù)定的閾值限度的時候，產(chǎn)生過電流狀態(tài)。與接地故障檢測類似，過電流檢測鎖定一致斷路狀態(tài)。用于過電流檢測的閾值限度經(jīng)過選擇，具有足夠裕度以免燃油泵最大起動電流和泵最大工作電流導致誤動作。由于在起動電流和工作電流中的差別，對于過電流方案采用兩個閾值限度，其方式類似于先前相對于本發(fā)明其他實施例所作論述。
在操作中，對于不受歡迎的接地故障和過電流狀態(tài)，所述系統(tǒng)監(jiān) 控在線路端24和負載端26之間的電路20。由傳感器44、 46產(chǎn)生的上述磁通量信號被輸入給邏輯控制器50。邏輯控制器50調(diào)節(jié)并傳送信號通過濾波器，以消除任一極性的噪聲磁通量。當出現(xiàn)接地故障或者過電流狀態(tài)的時候，邏輯控制器50中斷繼電器電源輸入32的返回通路 34。這使得繼電器60鎖定斷開，從而中斷對負載端26的電流通路20。 LED 52表示檢測出的故障。繼電器60保持鎖定，直到通過按下在系統(tǒng)外殼上的復位按鈕54而手動地復位為止。在邏輯控制器60中的獨立的自鎖繼電器(下面將進一步描述)被用于存儲故障狀態(tài)，導致故障狀態(tài)的不確定保持。因此，借助于控制開關(guān)82循環(huán)燃油泵28V直流電源不會使系統(tǒng)復位。當系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)時，燃油泵的控制是通過飛
機泵控制開關(guān)82完成的。
手動復位開關(guān)54防止飛機座艙開關(guān)82和斷路器84的循環(huán)，避免再對現(xiàn)有的接地故障或者過電流狀態(tài)施加電源。手動復位強行施加一個有意識的維護動作，該維護動作是在實施了必要的針對故障的維修故障查找從而排除了故障之后應(yīng)被執(zhí)行的。
用以檢驗系統(tǒng)完好性的定期維修檢査是通過按壓兩個設(shè)置在外殼上的按壓測試開關(guān)實施的。一個開關(guān)提供接地故障測試56，而另一個開關(guān)提供過電流測試58。示出裝置正確運行的確定可見指示是由LED 52提供的。
在一個獨立的電流故障保護裝置的配置中，當出現(xiàn)超出-1.5ARMS 至+1.5A RMS可接受范圍的電流不平衡時，完成接地故障檢測。這一范圍對于防止漏電流提供了足夠裕度以免造成誤動作，漏電流通常發(fā) 生于浸入燃料的各部件中。
過電流檢測是用單獨的傳感器監(jiān)控28V直流電源的電流電平實現(xiàn) 的。流過該傳感器的28V直流電流所產(chǎn)生的磁通量產(chǎn)生一個與電流幅值成正比的輸出信號，當電流幅值超過預(yù)定閾值時就導致過電流狀態(tài)。類似于接地故障狀態(tài)，過電流檢測鎖定斷路狀態(tài)。如同以前描述的實施例，用于過電流檢測的閾值限制經(jīng)過選擇具有足夠的裕度，以防止正常的起動和操作狀態(tài)產(chǎn)生誤動作。因此，過電流設(shè)計具有雙重閾值，一個是在起動期間的閾值而另一個是用于操作的閾值，類似于以前參考本發(fā)明其他實施例所描述的。
按下接地故障測試開關(guān)56，通過使剛好超出最大閾值的電流流過不平衡傳感器44來模擬接地故障狀態(tài)。手控測試通過使LED 52發(fā)光、鎖定故障狀態(tài)和使繼電器60斷開而提供接地故障檢測的可見指示。復位開關(guān)必須被按下以清除鎖定的接地故障狀態(tài)、LED，并且允許繼電器60接通。過電流測試開關(guān)58通過使剛好超出閾值的電流流過過電流傳感器46來模擬過電流狀態(tài)。過電流檢測的可見指示是通過使LED 52發(fā)光、鎖定故障狀態(tài)并使繼電器60斷開來提供的。再次按下復位開關(guān)54清除裝置和完成端對端測試，使該裝置重整以供正常使用。當執(zhí) 行端對端測試時，可以用任意順序按壓接地故障測試開關(guān)56和過電流測試開關(guān)58。上述開關(guān)受到以防止意外的按壓。在一致替換配置中，所述系統(tǒng)配備有兩個LED，一個用于提供接地故障狀態(tài)的指示，而另一個用于提供過電流狀態(tài)的指示。
在真實的故障狀態(tài)情況下，所述裝置切斷其繼電器并且取消對泵的供電。所述裝置對飛機警報系統(tǒng)沒有任何直接輸出，因此機組人員借助現(xiàn)有的被保護部件的報警方案而受到針對故障狀態(tài)的報警。當電動機被斷電的時候，泵失去壓力，并且增壓泵壓力開關(guān)警告機組人員該增壓泵不能工作了。任何再次起動增壓泵的努力都沒有結(jié)果。在故障狀態(tài)之后使所述裝置是復位由地面維修人員在執(zhí)行必要的故障排除措施之后完成的。
參考圖27a至27c，邏輯控制器包括類似于先前參考本發(fā)明其他實施例所描述的電路。具體地說，傳感器控制電路(圖27a)包括放大器U3 A 和放大器U4A，放大器U3A調(diào)節(jié)從不平衡傳感器接收的不平衡信號，放大器U4A調(diào)節(jié)從過電流傳感器接收的過電流信號。過電流傳感器的輸出被輸入給放大器U4B和U4C。元件U6與晶體管Q7和電阻器R19 以及R20配合，以類似于參考圖8a所描述的方式，將過電流閾值設(shè)定為正常操作閾值或者起動閾值。
維護電路(圖27c)包括三個開關(guān)Sl、 S2和S3。開關(guān)Sl起復位開關(guān) 的作用，類似先前參考圖5b所作描述。開關(guān)S2、電阻器R41和線圈 Ll起到相應(yīng)于不平衡傳感器的按壓測試電路的作用，同時開關(guān)S3、電阻器R42和線圈L2起到相應(yīng)于過電流傳感器的按壓測試電路的作用。在任一情況下，線圈都圍繞其相關(guān)的電流傳感器纏繞足夠次數(shù)，使得當其相關(guān)開關(guān)被接通的時候，該傳感器輸出一個表示電流故障狀態(tài)的信號。如圖27b和27c所示的其余邏輯電路，則與先前參考圖5b和5c-4 所作描述類似。
交流配置
參考圖28，在另一種配置中，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在一個交流電源和由該電源供電的負載之間的電流通路。所述系統(tǒng)包括電源30，其在該電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60提供電力。傳感器系統(tǒng)40包括單個傳感器44和三個過電流傳感器46。通過提供一個表示輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，該單個傳感器44確定在電流通路20中的電流狀態(tài)。每個過電流傳感器46輸出一個表示流過其相關(guān)輸電線的電流量的信號48。
這些信號被提供給邏輯控制器50，它們在此被以類似于參考圖 8a-l至8c-4所描述的方式對照最大可接受閾值進行比較。如果傳感器信號42、 48中的任何一個不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，電源32到交流繼電器60的返回通路34即被中斷。
固態(tài)配置
參考圖29，在另一種配置中，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在一個交流電源和由該電源供電的負載之間的電流通路。所述系統(tǒng)包括電源30，其在該電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60提供電力。傳感器系統(tǒng)40包括單個傳感器44和三個過電流傳感器46。通過提供一個表示在輸電線之中的電流平衡的輸出傳感器信號42，單個傳感器44確定在電流通路20中的電流狀態(tài)。每個過電流傳感器46輸出一個表示流過其相關(guān)輸電線的電流量的信號48。
這些信號被提供給邏輯控制器50，它們在此被以類似于參考圖 8a-l至8c-4所描述的方式對照最大可接受閾值進行比較。如果傳感器信號42、 48中的任何一個不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，邏輯控制器50切換該固態(tài)元件到斷開位置，從而中斷對負載端26的電流通路。
組裝
參考圖30a-30d，上述的獨立電流故障保護裝置可以被包含在相應(yīng) 的外殼200中，在一個實施例中，外殼200具有以下尺寸從頂部202 到底部204大約為2.50英寸(約6.35cm)，而沿著其邊206則大約為4.00 英寸(約10.16cm)。聽述外殼還包括線路輸入接插件208和線路輸出接插件210，用于與現(xiàn)有的飛機布線系統(tǒng)連接。
參考圖25和30d，輸入連接器208容納來自飛機的直流輸入線路，同時輸出連接器210容納接到飛機負載的直流線路。形成電源30、邏輯控制器50和維護系統(tǒng)70的電路被安裝在電路板212上。維護系統(tǒng) 70電路與位于外殼180頂部的測試按鈕連接。傳感器系統(tǒng)(不可見)被置于電路板212的下方。輸入線路A和B經(jīng)過傳感器系統(tǒng)，并且被輸入給電源控制器60。
從上述可知，本發(fā)明提供了一種用于在飛機中的電氣裝置中保持電流狀態(tài)的方法和裝置，其可適用于各種各樣的系統(tǒng)和部件。因而，本發(fā)明可供對現(xiàn)有系統(tǒng)額外可靠而迅速地斷開電源，因此減少了電路中來源于接地故障或者過電流狀態(tài)的損壞。雖然己經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的特定方式，但顯而易見的是，不脫離本發(fā)明的精神和范圍尚可進行各種各樣的改進。因此，本發(fā)明僅僅受限于所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控并中斷連接至電負載的電源電路的飛機電流不平衡檢測和電路斷流器，所述電源電路具有線路端和負載端，該負載端向外部負載和繼電器控制信號線提供電能，所述繼電器控制信號線承載用于激活電源控制器的繼電器控制信號，所述電源控制器用于控制電能向所述外部負載的流動，所述電流不平衡檢測和電路斷流器包括一傳感器系統(tǒng)，用于感測所述電源電路中的電流不平衡并且輸出傳感器信號；一電源，其連接到正被監(jiān)控的所述電源電路的所述線路端或所述繼電器控制信號線；一邏輯控制器，其由所述電源供電，用于輸出表示故障的故障信號，所述故障與響應(yīng)電流不平衡而由所述傳感器系統(tǒng)輸出的所述傳感器信號有關(guān)；所述電源控制器被配置成為響應(yīng)所述故障信號而取消對所述電路的所述負載端的供電；和用于所述傳感器系統(tǒng)、所述邏輯控制器、所述電源和所述電源控制器的殼體，所述殼體的尺寸和形狀允許直接更換飛機中的現(xiàn)有電源控制器并與所述現(xiàn)有電源控制器的機殼兼容，所述殼體包括一電連接器裝置，該電連接器裝置對所述現(xiàn)有電源控制器具有等效的電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號線承載一交流信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號線承載一直流信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電源控制器被配置成由所述繼電器控制信號提供能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號包括交流信號，而所述電源控制器包括交流繼電器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號包括直流信號，而所述電源控制器包括直流繼電器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號包括交流信號，而所述電源控制器包括直流繼電器。
8. —種用于中斷連接至電負載的電路的飛機電流不平衡檢測和電路斷流器，所述電路具有線路端和負載端，所述電流不平衡檢測和電路斷流器包括-一殼體，其具有與現(xiàn)有飛機電源控制器兼容的機殼，并且其具有電連接，該電連接與所述現(xiàn)有飛機電源控制器的電路連接等效，所述電路連接包括對至少電路電源輸出線連接和輸入電連接的連接，所述輸入電連接包括電路電源輸入線連接和繼電器控制信號輸入連接；至少一個電源，其被置于所述殼體中并且由所述電流不平衡檢測和電路斷流器的所述輸入電連接中的一個輸入電連接供電；一傳感器系統(tǒng)，其被置于所述殼體中并配置成用于感測電路中的電流不平衡并且用于提供傳感器信號，該傳感器信號基于對所述電流不平衡的所述感測而指示所述電路內(nèi)電流不平衡的存在；一邏輯控制器，其被置于所述殼體中并配置成由所述至少一個電源供電，用以接收來自所述繼電器控制信號輸入連接的外部繼電器控制信號以及來自所述傳感器系統(tǒng)的所述傳感器信號，并且用以比較所述傳感器信號和所述電路的可接受操作的預(yù)定范圍，以及在所述傳感器信號超出所述預(yù)定范圍時中斷所述繼電器控制信號；以及一電源控制器，其被置于所述殼體中并且被配置為由所述繼電器控制信號提供能量并且當所述繼電器控制信號被中斷時取消對所述電路的所述負載端的供電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電源由所述電源輸入線連接供電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電源輸入線連接與所述電路接合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電路包括交流電路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電源由所述繼電器控制信號輸入連接供電。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號輸入連接包括一交流信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號輸入連接包括一直流信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電路的所述電源部分包括三根電線，并且所述傳感器系統(tǒng)包括與所述電線有關(guān)的單個傳感器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述外部繼電器控制信號包括一交流信號，并且所述電源控制器包括一交流繼電器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述外部繼電器控制信號包括一直流信號，并且所述電源控制器包括一直流繼電器°
18. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述外部繼電器控制信號包括一交流信號，并且所述電源控制器包括一直流繼電器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述邏輯控制器被配置成在上電序列期間測試以確定單元是否正適當?shù)剡\ 行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，進一步包括一故障指示器，其被配置成從所述邏輯控制器接收所述故障信號并且指示電流不平衡條件已經(jīng)發(fā)生。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，進一步包括一復位開關(guān)，用以在故障發(fā)生后使所述電流不平衡檢測和電路斷流器復位。
全文摘要
電源控制器被置于電路的線路端與負載端之間的電流通路內(nèi)。該電源控制器在有控制供電的情況下接通該電流通路，并在沒有該控制供電的情況下斷開該電流通路。一電連接到該電流通路的電源提供控制供電。傳感器系統(tǒng)從該電源接收供電、監(jiān)控在該電流通路中的電流并輸出表示該電流通路中電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控制器也從該電源接收供電、接收該傳感器信號，并當傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)時，從電源控制器取消該控制供電。傳感器系統(tǒng)可以包括不平衡傳感器和過電流傳感器的其中之一或兩者均包括，不平衡傳感器用于監(jiān)控在兩個或更多個輸電線中的電流平衡，而過電流傳感器用于監(jiān)控在個別線路中的電流。
文檔編號H02H1/06GK101677181SQ200910179760
公開日2010年3月24日申請日期2002年9月13日優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者R·A·巴克斯, R·H·魯薩利, T·E·金申請人:海卓-艾爾公司

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