十二脈沖自耦變壓器整流單元的制作方法
【專利說明】十二脈沖自耦變壓器整流單元
[0001]本發(fā)明涉及十二脈沖自耦變壓器整流單元(ATRU)以及特別地并且不排他地涉及用于檢測其連接的三相電源中的特定狀況和/或其操作的方法和設(shè)備。
[0002]十二脈沖ATRU是用于從三相AC電源輸入產(chǎn)生DC輸出電源的整流器。這種類型的整流器特別地用于飛機(jī)中，因?yàn)榕c最簡單的可能的三相整流器(六脈沖整流器)相比，其給出了 DC輸出上的較小波動，以及三相輸入電源中諧波電流的較低水平。為了最小化需要實(shí)現(xiàn)十二脈沖方案的相移變壓器的成本和重量，其由自耦變壓器做出。
[0003]在這種裝置中重要的是能夠迅速確定諸如缺失的AC相位或輸入電源的下降等的異常。如果存在缺失的相位，則在整流器處將僅存在三個(gè)相位中的兩個(gè)，這可能導(dǎo)致由ATRU的輸出所供能的設(shè)備的損壞或故障。輸入電源下降也可能在由ATRU的輸出所供能的特定類型的設(shè)備中是有問題的。例如，在使用無傳感器的方波驅(qū)動器的設(shè)備中，至關(guān)重要的是存在對輸入電源下降的快速檢測。這是需要的，因?yàn)闉榱四軌蛱峁┹斎腚娫幢恢匦逻B接時(shí)的“熱”重啟，橋式驅(qū)動器必須在輸入電源下降的非常短的時(shí)間(通常Ims)內(nèi)關(guān)閉，由于電機(jī)控制器需要在電源被中斷的時(shí)間段期間保持對轉(zhuǎn)子位置的跟蹤。
[0004]存在許多用于檢測缺失相位的現(xiàn)有提議。例如，US5548207公開了一種方法，其中，被監(jiān)測的三相電源連接至隔離變壓器的初級繞組，隔離變壓器逐步降低電壓并將電壓供給至整流器。整流后輸出的紋波被分析以確定是否存在缺失相位。該技術(shù)需要連接至三相電源，并且這可能是有問題的，特別在至或從被監(jiān)測電源的接入不方便的情況下。例如，在這里提出的構(gòu)造中，ATRU可以布置在燃料箱內(nèi)以使得燃料提供對單元的主動冷卻(由此允許ATRU的重量減少)。監(jiān)測電路通常在燃料箱的外部并且在US5548207中所公開的類型的配置中如此，需要提供附加的密封饋通連接以將ATRU鏈接至監(jiān)測電路。
[0005]我們發(fā)現(xiàn)，由于使用自耦變壓器構(gòu)造，三相十二脈沖自耦變壓器具有不同的特性，整流后的標(biāo)稱DC輸出具有施加其上的相對于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓的共模電壓，其根據(jù)各種操作狀況而變化。因此，我們設(shè)計(jì)了一種系統(tǒng)，其能夠監(jiān)測至ATRU的三相電源的狀況，其不需要連接至三相電源的每個(gè)相位，而是監(jiān)測出現(xiàn)在ATRU的整流標(biāo)稱DC輸出上的相對于發(fā)電機(jī)地線的共模電壓。因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供檢測三相十二脈沖自耦變壓器整流單元(ATRU)中的缺失相位的方法，ATRU用于接收三相輸入并輸送施加了共模電壓的整流標(biāo)稱DC輸出，該方法包括監(jiān)測所述共模電壓的頻率和振幅中的至少之一，由此確定輸入中是否存在缺失相位。
[0006]由此，在一個(gè)配置中，檢測共模電壓的頻率，并且如果共模電壓的頻率低于預(yù)設(shè)的閾值頻率，則確定缺失相位事件。這可以提供指示信號輸出或顯示警告。頻率檢測可以使用模擬電路或數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。
[0007]可替換地或另外地，可以檢測共模電壓的振幅，并且如果共模電壓的振幅超過預(yù)設(shè)的振幅閾值，則確定缺失相位事件。
[0008]除了或代替尋找缺失相位，該方法可以再次通過監(jiān)測相對于發(fā)電機(jī)地線的共模電壓來尋找輸入電源下降。
[0009]由此，在另一方面中，本發(fā)明提供檢測三相十二脈沖自耦變壓器整流單元(ATRU)中的輸入電源下降的方法，ATRU用于接收三相輸入并輸送施加了共模電壓的整流標(biāo)稱DC輸出，該方法包括監(jiān)測所述共模電壓的頻率和振幅中的至少之一，由此確定是否存在輸入電源下降。
[0010]由此，共模電壓的振幅可以被監(jiān)測并與預(yù)定閾值振幅進(jìn)行比較。
[0011 ] 振幅檢測可以使用模擬電路或數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。
[0012]在這些方面中的每一個(gè)中，可以便利地通過參考三相發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓或另一接地基準(zhǔn)來檢測共模電壓。本發(fā)明還擴(kuò)展至用于檢測三相十二脈沖自耦變壓器整流單元(ATRU)中的缺失相位的設(shè)備，ATRU用于接收三相輸入并輸送施加了共模電壓的整流標(biāo)稱DC輸出，該設(shè)備包括用于監(jiān)測所述共模電壓的頻率和振幅中的至少之一并由此確定輸入中是否存在缺失相位的電路。
[0013]本發(fā)明還擴(kuò)展至用于檢測三相十二脈沖自耦變壓器整流單元(ATRU)中的輸入電源下降的設(shè)備，ATRU用于接收三相輸入并輸送施加了共模電壓的整流標(biāo)稱DC輸出，該設(shè)備包括用于監(jiān)測所述共模電壓的振幅并判斷所述振幅是否小于預(yù)定閾值振幅的電路。
[0014]本文所公開的設(shè)備和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，控制電路不需要接入三相電源，這是有益的，因?yàn)樵试S至低壓控制電路的高壓增加了成本和復(fù)雜性。此外，檢測的方法比使用變壓器的方法(其是可替換的已知方法)更便宜和簡單。
[0015]盡管以上描述了本發(fā)明，但其可擴(kuò)展至以上列出的或以下描述或附圖中的特征的任何創(chuàng)造性組合。
[0016]僅通過示例的方式，現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的特定的具體實(shí)施例，其中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括缺失相位檢測和輸入下降保護(hù)的三相十二脈沖ATRU的圖；
[0018]圖2(a)是示出所有三個(gè)相位存在時(shí)施加在ATRU的DC輸出上的共模電壓的圖；以及
[0019]圖2(b)是類似于圖2(a)但示出相位之一缺失時(shí)的共模電壓的圖。
[0020]結(jié)合三相電源來描述此處公開的實(shí)施例和修改，該三相電源被設(shè)計(jì)為對操作燃料泵的DC電機(jī)供電。當(dāng)然，應(yīng)該理解，電路可以容易地適于在其他應(yīng)用中確定三相電源的狀況。
[0021]首先參考圖1，來自三相發(fā)電機(jī)10的三相電源被供給至已知電路設(shè)計(jì)的ATRU 12。三相發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓連接至地線，并且ATRU安裝在也連接至地線的外殼14中。在飛機(jī)中實(shí)現(xiàn)的該方案中，“地線”的意思是共用機(jī)體或共用接地網(wǎng)(在組合式飛機(jī)的情況下)。在ATRU 12中，三相電源以已知方式連接至三角形結(jié)構(gòu)中的三個(gè)初級繞組16\162和16 3。在每個(gè)頂點(diǎn)處，兩個(gè)次級繞組IS1US2被連接，并將電流供給至二極管對的兩個(gè)陣列20 \202，整流DC經(jīng)由兩個(gè)相間變壓器22\222 (也稱為相間反應(yīng)器)輸出。DC電源被傳送至電機(jī)控制器24并且由此至電機(jī)26。電機(jī)控制器控制電機(jī)的角速度和角位移。
[0022]我們對上述類型的ATRU電路的分析揭露了針對十二脈沖方案，當(dāng)所有三個(gè)相位存在時(shí)，DC輸出具有施加于其上的相對于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓的共模電壓，其由大致半個(gè)正弦脈沖組成，具有DC輸出電壓的大約18%的振幅，并且是輸入頻率的三倍(參見圖2 (a))。當(dāng)缺失相位事件發(fā)生時(shí)，共模電壓增大至DC輸出電壓的大約54%，并且變得等于輸入頻率(參見圖2(b))。由于在自耦變壓器中從通電繞組(相位間連接的繞組)耦合至共享現(xiàn)在斷開的相位連接的兩個(gè)繞組的影響，該電壓具有復(fù)雜的形狀。當(dāng)然，可以理解，共模電壓等同地影響了 DC正和負(fù)線，這樣，在DC電路中，僅看到整流后的標(biāo)稱DC輸出。共模電壓存在于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓(其接地至飛機(jī)結(jié)構(gòu)或其它底盤類型)之間，可以通過觀察地線或底盤與DC負(fù)線之間的電勢差來監(jiān)測。
[0023]因此，本實(shí)施例利用以下事實(shí):在正常操作期間，共模輸出電壓是輸入頻率的三倍，但在缺失相位狀況期間，其等于輸入頻率。在該特定實(shí)施例中，輸入頻率可以在360和800Hz之間變化，這對于使用“頻率紊亂的”發(fā)電機(jī)的新一代飛機(jī)來說是典型的；缺失相位狀況將產(chǎn)生同一范圍中的共模頻率，而正常操作狀況將產(chǎn)生在1080至2400Hz范圍內(nèi)的共模頻率。因此，以范圍800至1080Hz內(nèi)的閾值頻率操作的頻率檢測器可以在整個(gè)輸入頻率范圍中辨別正常操作和缺失相位。清楚的是，該方案也可以在固定頻率或密切調(diào)節(jié)頻率的電源的情況下應(yīng)用。
[0024]該方案的好處是檢測器僅需要從電機(jī)控制器外殼至電機(jī)控制器的連接，電機(jī)控制器外殼連接至飛機(jī)接地系統(tǒng)(其是也連接發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的位置)，電機(jī)控制器參考ATRU的DC輸出的負(fù)側(cè)。該連接可以是高阻抗并且可以包括電容器，以使得感測電路不產(chǎn)生顯著的循環(huán)接地電流，并且不阻止電子電路和ATRU DC輸出與泵外殼之間的DC隔離測試。結(jié)果是不需要電子器件和三相輸入電源之間的連接。這在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的燃料泵的情況下具有特別的益處，因?yàn)锳TRU