改进的电流互感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及改进的电流互感器。改进的电流变压器具有环形芯以及围绕所述环形芯缠绕的多个绕组。所述环形芯具有矩形截面面积，所述矩形截面面积构造成提供至少375安培的电流变压器额定电流。
【专利说明】改进的电流互感器【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用于飞行器的发电机模块，且更具体地涉及用于所述发电机模块中的故障检测电流互感器。
【背景技术】
[0002]发电机模块、尤其是飞行器的发电机模块遭受影响其操作的内部和外部短路(故障)。为了检测在发电机模块内部或外部的短路，内部电流互感器被用于确定发电机模块的内部电流。外部电流互感器同时被用于确定离开该发电机模块的电流。当外部电流互感器和内部电流互感器的电流测量值相差超过预定阈值时，控制器确定在发电机模块的内部或外部存在故障，并且该控制器采取合适动作。内部电流互感器物理上定位在发电机相绕组的中性侧上，以在受保护区域中包括发电机绕组。
[0003]电流互感器具有饱和点，在该饱和点，电流互感器的次级输出不再线性地增加，尽管流经该电流互感器的初级电流连续增加。当发生内部电流互感器的饱和时，在短路期间内部电流互感器测量值和外部电流互感器测量值之间的差能超过该阈值，从而导致控制器在存在故障时不能检测到该故障、或者当不存在故障时错误地感测有故障。
【发明内容】
[0004]公开了一种电流互感器，所述电流互感器具有:限定轴线的环形磁芯；围绕所述磁芯缠绕的多个绕组；环形壳体，所述环形壳体包围所述磁芯和所述绕组；以及连接到所述绕组的输出引线线。所述环形磁芯具有矩形截面面积，所述矩形截面面积限定可操作以提供合适的电流互感器额定电流的轴向高度范围和径向宽度范围。
[0005]还公开了一种用于飞行器的发电机模块，所述发电机模块包括:发电机；内部电流互感器，所述内部电流互感器可操作以检测所述发电机模块的内部电流并且可操作以将检测到的内部电流输出给控制器。所述电流互感器具有限定轴线的环形磁芯、围绕所述磁芯缠绕的多个绕组、包围所述磁芯和所述绕组的环形壳体、以及连接到所述绕组的输出引线对。所述环形磁芯具有矩形截面面积，所述矩形截面面积限定可操作以提供合适的电流互感器额定电流的轴向高度范围和径向宽度范围。
[0006]还公开了一种组装发电机模块的方法，所述方法包括以下步骤:确定通过发电机模块的最大短路电流；将内部电流互感器安装在所述发电机模块中，其中，所述电流互感器具有芯截面面积，所述芯截面面积足以允许所述内部电流互感器的额定初级电流超过通过所述发电机模块的最大短路电流；以及将所述内部电流互感器连接到控制器，其中，所述控制器还连接到相应的外部电流互感器，使得所述控制器能够将所述发电机模块的内部电流与所述发电机模块的输出电流比较并且确定何时所述系统中存在故障。
[0007]本发明的这些以及其他特征通过下述说明书和附图可被最佳地理解，下述是附图简要说明。【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示意性地示出了发电机模块。
[0009]图2示出了电流互感器的等轴测图。
[0010]图3示出了图1的电流互感器的截面图。
[0011]图4示出了图1的电流互感器的俯视图。
【具体实施方式】
[0012]图1示意性地示出了发电机模块10，所述发电机模块在输出12处输出电流。在发电机模块10内的是内部电流互感器20，所述内部电流互感器测量发电机模块10的内部电流。内部电流互感器20在物理上定位在发电机相绕组的中性侧上，以在受保护区域中包括发电机绕组。
[0013]外部电流互感器30被连接到发电机模块10，并且测量发电机模块10的输出电流。内部电流互感器20和外部电流互感器30都被连接到控制器40。控制器40从内部电流互感器20和外部电流互感器30中的每一个读取检测电流，并且当检测电流以大于预定阈值的量变化时识别是内部故障或外部故障。内部电流互感器20和外部电流互感器30均具有相同的初级电流对次级电流的比。通过将每个电流互感器20、30的绕组中的次级匝数合适地分段(sectioning),设计者可确保电流互感器20、30具有相同的输入初级电流对输出次级电流的比，并且由此确保执行正确比较。
[0014]诸如内部电流互感器20的电流互感器具有饱和阈值。该电流互感器的饱和阈值取决于电流互感器芯中的芯材料的量以及其他因素。当经过电流互感器的初级电流超过饱和阈值时，电流互感器的次级输出(电流测量值)达到峰值并且停止以线性方式增加。该效应使得饱和的电流互感器不能够给出大于电流饱和阈值的正确电流读数，并且必然影响控制器40的故障检测。本领域技术人员根据本发明会理解到，在考虑到内部电流互感器和外部电流互感器的芯之间的属性差异或者绕组中的匝数的情况下，增加芯材料的量将增大电流互感器的电流饱和阈值，而不会影响输入电流与输出电流的比。
[0015]图2、3和4示出了用作发电机模块10内的内部电流互感器20的改进电流互感器100。首先转到图2，图2示出了改进电流互感器100的等轴测图。电流互感器100包括一对弓丨线102、104，该对弓I线提供对应于初级电流的次级输出。在图1的示例中，引线102、104连接到控制器40，并且向控制器40提供发电机模块10的内部电流读数。电流互感器100还包括具有开口 108的环形主体106。电流互感器100测量流过开口 108的导体中的初级电流。环形主体106包括磁芯部段、围绕该芯缠绕的次级绕组、以及包封该芯以及电流互感器绕组的壳体。
[0016]图3借助电流互感器100的截面图示出了电流互感器100的内部部件。电流互感器100包括磁芯110、多个绕组120、以及包围所述芯110和绕组120的壳体130。次级绕组120围绕芯110缠绕并且提供电流感测。
[0017]在如图3所示的具体示例中，电流互感器主体106相对于由环形主体106限定的轴线具有0.520英寸的轴向高度140。然而，要理解的是，电流互感器主体106可类似地具有更短的轴向高度140。芯110包括具有0.0235平方英寸的截面面积的矩形截面，并且有利于至少375安培的额定初级电流。0.0235平方英寸的截面面积限定能够产生该截面面积的轴向高度160和径向宽度170的范围。在一个具体示例中，芯110具有0.188英寸的轴向高度，并且芯110具有0.250英寸的内部半径176以及0.375英寸的外部半径172，从而得到0.125英寸的径向宽度170。
[0018]为了合适地装配在发电机模块10的包装内，电流互感器100具有环形主体106不应当超过的最大轴向高度140和最大外部半径150。在具体示例中，环形主体106具有
0.475英寸的外部半径以及0.115英寸的内部半径178，从而得到0.360英寸的径向宽度174。在该具体示例中，壳体130具有0.187平方英寸的截面面积。
[0019]当确定改进电流互感器100的类型和结构时，认识到，改变磁芯材料以及改变绕组内的次级匝数将影响输入电流与输出电流的比。由此，期望将改进电流互感器100中的绕组120的匝数与外部电流互感器30 (如图1所示)中的芯组成以及绕组的匝数相匹配。还期望考虑到内部电流互感器和外部电流互感器的磁芯材料之间的属性差异。在该具体示例中，内部电流互感器20、100的电流互感器绕组120具有五百匝。在一个示例中，电流互感器芯110主要由诸如铁钴的合金构造成。
[0020]图4以剖视图示出了电流互感器100的俯视图，揭示了引线102、104至绕组120的连接。引线102、104每一个均连接到至少两个完整匝的捆扎带。这些引线在连接点114、116处被连接。连接点114、116围绕电流互感器100的环形主体106分离至少90度。
[0021]虽然已经公开了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员会认识到，一些修改会落入本发明的范围内。鉴于此，下述权利要求书应当被研究以确定本发明的真实范围和内容。
【权利要求】
1.一种电流互感器(CT)，所述电流互感器包括:限定轴线的环形磁芯；围绕所述磁芯缠绕的多个绕组；环形壳体，所述环形壳体包围所述磁芯和所述绕组；连接到所述绕组的输出引线对；其中，所述环形磁芯具有矩形截面面积，所述矩形截面面积限定可操作以提供至少375安培的电流互感器额定电流的轴向高度范围和径向宽度范围。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述轴向高度范围和所述径向宽度范围限定0.0235平方英寸的截面面积。
3.根据权利要求2所述的电流互感器，其中，所述轴向高度是0.188英寸并且所述径向宽度是0.125英寸。
4.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述环形壳体的轴向高度小于或等于0.520英寸。
5.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述环形磁芯包括内部开口，且其中，所述内部开口的半径与所述环形磁芯的外部半径的比是0.25至0.375。
6.根据权利 要求1所述的电流互感器，其中，所述磁芯的截面面积与壳体的截面面积的比是0.0235至0.187。
7.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述多匝由500匝构成。
8.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述引线对中的每一个均借助至少两个完整匝的捆扎带连接到所述多个绕组。
9.根据权利要求8所述的电流互感器，其中，所述引线对中的第一引线连接在第一位置，并且所述引线对中的第二引线连接在第二位置，且其中，所述第一位置和第二位置的每一个均分离至少90度。
10.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述磁芯由包括具有铁钴的合金的芯材料制成。
11.根据权利要求10所述的电流互感器,其中，所述芯材料由铁钴合金构成。
12.—种用于飞行器的发电机模块,所述发电机模块包括:发电机；内部电流互感器，所述内部电流互感器可操作以检测所述发电机模块的内部电流并且可操作以将检测到的内部电流输出给控制器；其中，所述内部电流互感器具有限定轴线的环形芯、围绕所述芯缠绕的多个绕组、包围所述芯和所述绕组的环形壳体、连接到所述绕组的输出引线对，且其中，所述环形芯具有矩形截面面积，所述矩形截面面积限定可操作以提供至少375安培的电流互感器额定电流的轴向高度范围和径向宽度范围。
13.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述轴向高度范围和径向宽度范围限定0.0235平方英寸的截面面积。
14.根据权利要求13所述的电流互感器，其中，所述轴向高度是0.188英寸并且所述径向宽度是0.125英寸。
15.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述环形壳体的轴向高度不大于0.520英寸。
16.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述环形芯包括内部开口，且其中，所述内部开口的半径与所述环形芯的外部半径的比是0.25至0.375。
17.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述芯的截面面积与壳体的截面面积的比是 0.0235 至 0.187。
18.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述多匝由500匝构成。
19.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述引线对中的每一个均借助至少两个完整匝的捆扎带连接到所述多个绕组。
20.根据权利要求19所述的电流互感器，其中，所述引线对中的第一引线连接在第一位置，并且所述引线对 中的第二引线连接在第二位置，且其中，所述第一位置和第二位置的每一个均分离至少90度。
21.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述芯由包括具有铁钴的合金的芯材料制成。
22.根据权利要求21所述的电流互感器，其中，所述芯材料由铁钴合金构成。
23.一种组装发电机模块的方法，所述方法包括以下步骤:确定通过发电机模块的最大短路电流；将内部电流互感器安装在所述发电机模块中，其中，所述电流互感器具有可操作以允许所述内部电流互感器的额定电流超过通过所述发电机模块的所述最大短路电流的芯截面面积；以及将所述内部电流互感器连接到控制器，其中，所述控制器还连接到相应的外部电流互感器，使得所述控制器能够将所述发电机模块的内部电流与所述发电机模块的输出电流比较并且确定何时在所述发电机模块中存在故障。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括以下步骤:将所述内部电流互感器与所述外部电流互感器相匹配，使得所述内部电流互感器和所述外部电流互感器共用相同的电流比和芯材料，由此确保所述内部电流互感器和所述外部电流互感器具有相同的输入电流与输出电流的比。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括:确保所述内部电流互感器和所述外部电流互感器的每一个均具有带有矩形截面面积的芯，所述矩形截面面积具有限定0.0235平方英寸的截面面积的轴向高度与径向宽度的比。
【文档编号】H01F27/30GK103531341SQ201310280804
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】J.C.德尔, H.R.范德齐登, J.D.鲍德温, K.K.维奇 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司