专利名称：差动电流保护电路的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及到结合电力系统应用的控制电路，特别涉及到这样的控制电路，它响应于沿电力导体不同位置电流的差值。
一般在商用飞机上可遇到的恒速驱动电力系统，将一台发电机通过液力传动耦连到飞机发动机，並以恒速驱动发电机，使其产生恒频输出电压。可变速恒频(VSCF)电力系统包括一个直接耦连到发动机的发电机，因而发电机被以可变速度驱动。这个发电机的变频输出被电气转换成恒频输出。最好用可变速恒频电力系统对现有装备恒速驱动的飞机改型。改型的成功关键在于VSCF系统的设计，该系统可直接替换现有的恒速驱动系统。这就消除了飞机布线的改变以及任何其它系统元件的变更。为了实现这个目的，VSCF转换器及其控制应装在与发电机相同的外壳内，且将一个发电机远方控制单元放置在靠近系统负荷。
差动保护电路监测电力系统中不同位置的电流並当电流差值超过某预定值时产生一种控制信号以使电压源解除激励，这是已知的技术。如美国专利4，173，774号所述，其典型的差动保护电路包括两个电流互感器，它们响应于电力导体中的电流並连成一个环路。跨在电流互感器两端至少连接一个负载电阻，並在互感器两端产生的电压极性是这样的如果通过两个互感器流过同样的电流，跨负载电阻两端就不产生电压。如果在两个互感器之间的电力导体上发生故障，跨负载电阻两端就产生电压。有一个控制电路检测这个电压的出现，並作出适当的反应，例如，截止电源或将电力导体与负荷断开。
在用来替换一个恒速驱动系统的VSCF飞机电力系统中采用的一个差动保护电路，应对VSCF系统和发电机远方控制单元二者都检测故障，这种检测由于这样的事实而复杂了接近VSCF系统的地电位可能不同于接近于发电机远方控制单元地电位，这是因为在飞机结构中共模电压的缘故。另外，由于雷击而会使飞机结构引入很高的电压。因此就希望研究出一种差动保护电路，它能工作于替换一个恒速驱动系统的VSCF系统中。
根据本发明构成的一种差动保护电路包括一对电流互感器，其中每个都具有一个二次线圈，並感应耦合到电力系统的一个电力导体。这两个线圈电气上串连在一个回路中而互相反向排列。每个二次线圈都电气並连一个电阻。控制电路被连接成当电流互感器检测到电流差值时接收电阻两端产生的电压信号。控制电路之一利用在一个电流互感器上的隔离线圈与该电流互感器回路隔离开。这就消除了误跳闸，该误跳闸可能由于在VSCF位置接地的系统和在发电机远方控制单元位置处接地的系统之电位差造成的。
从以下结合附图
仅作为举例示出的较佳实施例的描述，可更易明了本发明，其中唯一的附图是根据本发明构成的差动保护电路的示意图。
如附图所示，用标号10总体标示VSCF电力系统，它包括一个电源12，该电源包括一个变速发电机和一个转换器，用于将发电机的输出转换为一个恒频交流输出，还有一个发电机控制单元14。典型的发电机控制单元还包括与本发明无关的其它电路，所以在附图上未示出。电源在多相电力母线上的一个电力导体16上生成一个恒频交流输出电压，该导体通过一个接触器20连到负荷18。一个就地的或第一个电流互感器22设置在电源附近，以检测在电力母线11上一个导体中的电流，该电流互感器包括第一个二次线圈24和第二个二次线圈26。第一个负载电阻28跨接在互感器22的二次线圈24的两端。第二个电流互感器30与第一电流互感器一样耦合到同一电力导体，且包括第一个二次线圈32。负载电阻34在电气上跨接在互感器30的二次线圈两端。互感器线圈24和32在电气上反向排列地串接成一个这样的回路如果在电力导体中流同样的电流，则在负载电阻28和34两端不生成电压。但是，如果故障发生在电流互感器之间，则在负载电阻两端就产生电压。跨电阻34两端产生的电压由发电机远方控制单元36检测，该控制单元包括按已知技术构成的控制电路，由它产生合适的动作，诸如断开接触器20，将负荷从电力母线上去掉。
由于远方的地38电位与就地者40电位不同，则在发电机远方控制单元36中的差动保护电路和在VSCF系统的就地发电机控制系统的差动保护电路42之间需要隔离，这种隔离是靠互感器线圈26提供的。另一个电阻44和一个二极管46电气连接到线圈26两端。二极管将一个来自线圈26的交流信号转换成半波直流信号，用于控制单元14中的检测电路。馈通电容48和50设在包括发电机控制单元14的电磁屏蔽内。
为了使电阻44影响最小，其阻值要足够大，例如大于电阻28阻值的100倍。假设线圈24、26和32的匝数相同，则跨过线圈26两端产生的电压等于跨电阻28两端电压加上线圈24的IR降。于是，当减小线圈24电阻时，附加线圈两端的电压就接近电阻28两端的电压。对电路的分析表明，对于可接受的在线圈24中最不利情况下的IR降以及在电力导体中最大的预期的电流，差动保护电路42不会发生误跳闸。
由于差动保护回路提供了将VSCF系统从电力母线去除的快速断开功能，能用它提供在电流互感器之间发生故障以外的原因所需要的断开功能。为了这个原因，可以在发电机控制单元中采用一个现有的微处理机去激励一个互感器而构成一个振荡器52，用于产生一个交流信号，例如12千赫，以使发电机远方控制单元中的差动保护电路跳开接触器20。选择12千赫频率对于降低在振荡器中互感器的尺寸是足够高的，而又足够低，所以不需要高频半导体。
利用在互感器22上的第二个线圈提供在发电机控制单元14和差动保护回路之间的隔离，本发明就避免了应用单独隔离变压器或其它的隔离设备，如差动放大器或光耦合器。
尽管按照其较佳实施例对本发明进行了叙述，但很明显，对技术熟练的人员可作出各种变化而不脱离本发明范围。例如，虽然在较佳实施例的差动保护回路中采用了两个负载电阻28和34，但这些电阻可以换为等效阻值的负载电阻。如果电阻28和34各为800欧，则它们可各换为一个400欧电阻。因此意在使所附的权利要求覆盖这些变更。
权利要求
1.一种差动保护电路包括具有第一个线圈24的第一个电流互感器22，该线圈在第一个位置感应耦合到一个电力导体；具有第一个线圈32的第二个电流互感器30，该线圈在与上述第一位置离开的第二个位置感应耦合到所述电力导体；所述第一个和第二个电流互感器的所述各自第一个线圈在电气上互相反向排列在串连在一个回路中；第一个电阻28电气上与所述第一和第二电流互感器的第一线圈並联；以及第一个控制装置36，用于响应于跨在所述第一个电阻两端的第一个电压信号将一个电路截止；其特征在于在所述第一个电流互感器上的第二个线圈26，以及第二个控制装置42，用于响应所述第二个线圈两端的第二个电压信号将所述电路截止。
2.如权利要求1所述的一种差动保护电路，其特征还在于接在所述第一个电流互感器的所述第二个线圈两端的第二个电阻44，所述第二个控制装置跨接在所述第二个电阻两端。
3.如权利要求2所述的一种差动保护电路，其中所述第二个电阻的阻值远大于所述第一个电阻的阻值。
4.如权利要求1所述的一种差动保护电路，其中在所述第一个电流互感器的所述第一个线圈的匝数等于所述第一个电流互感器的所述第二个线圈的匝数。
5.如权利要求1所以的一种差动保护电路，其中所述第一个电流互感器的所述第一个线圈的匝数等于所述第二个电流互感器的所述第一个线圈的匝数。
6.如权利要求1所述的一种差动保护电路，其特征在于装置52向所述第二个线圈输送一个交流信号。
7.如权利要求1所述的一种差动保护电路，其特征在于第二个电阻34在电气上与所述第一个电阻並连。
全文摘要
一种差动保护电路包括一对电流互感器22、30，每个都有一个二次线圈24、32，且在一个电力导体16的不同位置感应耦合。二互感器的二次线圈以反向排列地在电气上串连在一个回路中。电阻28、34各与一个互感器二次线圈并连。控制电路36接成能检测电阻两端的电压信号，并当检测电压达一预定值时给出合适动作。互感器之一的附加线圈26供作该回路和控制电路之一间的隔离，以防止差动保护电路42的误跳闸。
文档编号H02H3/28GK1054856SQ9110144
公开日1991年9月25日 申请日期1991年3月11日 优先权日1990年3月9日
发明者莱兰德·路易斯·克斯勒 申请人:西屋电气公司