JP6388758B2 - 初期過渡電流抑制 - Google Patents

Description

本開示は、概して、航空機での発電及び電力分配のためのシステムなどの電力システムに関する。本開示は、より具体的には、そのような電力システムにおいて、たとえば初期過渡電流（ｓｕｂｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）の状態などの好ましくない状態を識別し、そのシステムを好ましくない状態から保護することに関する。

航空機は、航空機上で種々の機能を実行するための種々の電子装置及びシステムを採用する。航空機上の電子装置及びシステムのための電力は、航空機の電力システムにより供給される。航空機の電力システムは、種々の電力分配及び変換システムとともに、任意の数の発電機を備える。たとえば、任意の数の発電機は、航空機エンジンにより駆動される。分配線は、発電機から種々の電力分配及び変換システムへ生成された電力を運ぶ。

航空機の電力変換システムは、たとえば、整流器及び変圧器を備える。整流器は、発電機により供給される交流（ＡＣ)電力から直流（ＤＣ)電力を供給するために使用される。変圧器は、様々なレベルのＡＣ電力及びＤＣ電力を供給するために使用される。航空機の電力分配システムは、ＡＣバス及びＤＣバス、並びにバスとバスとの間及びバスと航空機上の種々の負荷との間で電力を運ぶための種々の分配線を含む。

電力システムで発生する好ましくない状態から航空機の電力システムのコンポーネントを保護することが望ましい。そのような好ましくない状態の例は、初期過渡故障電流をもたらす故障状態である。初期過渡故障電流は、故障発生直後の期間に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後に第一の一又は複数の周期中に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。初期過渡故障電流は、通常、故障から生じる最も高いレベルの過渡電流を表す。初期過渡故障電流の大きさは、通常の定常状態の故障電流の大きさの３〜４倍とされる。

航空機の電力システムにおける初期過渡イベントは、主要な発電機バスで激しい故障が発生するときに引き起こされる。エネルギーは、発電機空隙及び磁気に蓄えられる。主要バスで激しい故障が起こると、このすべてのエネルギーが故障に放出される。

初期過渡イベントの継続時間は、通常は比較的短い。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後数ミリ秒間だけ存在する。航空機の電力システムでの初期過渡イベントに対し、この比較的短い期間の後、航空機の発電機制御ユニットは、もとの許容可能な故障電流限界まで発電機バスで電流を規制する。

航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置は、航空機の電力システムで発生する初期過渡故障電流及び他の好ましくない状態など、好ましくない状態に耐えるように大きさが決定されることが望ましい。航空機の電力システムの発電性能として、より高い故障レベルに耐えるために航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の性能を高めることが望ましい。

より高い故障レベルに耐える能力は、航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の大きさを増やすことにより獲得される。しかしながら、航空機の電力システムにおいてより大きい保護装置及び電力制御装置を使用することにより、航空機の重量が増加し、これにより好ましくない方法で航空機の運用費が増大することにもなる。さらに、過去において、供給者が初期過渡故障電流に耐えるような好ましくない接点材料を使用したことがある。しかしながら、このような材料は、他の好ましくない特性を有するかもしれない。別の方法として、航空機の電力システムでの保護装置及び電力制御装置にバックアップ保護を提供するために、ヒュージブルリンクを使用することができる。

したがって、少なくとも上述の問題点のいくつかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法及び装置を有することが有利であろう。

本開示の実施形態は、電力システムの初期過渡電流の抑制方法を提供する。コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送る。コントローラは、時間遅延終了の識別に応じて、電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止する。

本開示の別の実施形態は、コントローラを備える装置を提供する。コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送り、かつ時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止するように構成される。

本開示の別の実施形態は、発電機、電流センサ、スイッチ及びコントローラを備える装置を提供する。発電機は、電力分配システムに出力電流を供給するように構成される。電流センサは、出力電流を感知するように構成される。スイッチは、閉じられると、出力電流を接地に送るように構成される。閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のためにスイッチを閉じ、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成される。

本開示の一つの態様によれば、電力システムの初期過渡電流を抑制するための方法が提供される。方法は、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送ること、及びコントローラにより、時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止することを含む。有利には、電流は、電力システムにおいて発電機により供給される出力電流とする。好適には、発電機、電力システム、及びコントローラは航空機上にあるとする。有利には、本開示は、コントローラにより、電力システムの複数の相電流を感知すること；複数の相電流の一つが閾値レベルを上回るときに、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルを識別すること；及びコントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムにおける電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために複数の相電流を送ることをさらに含んでもよい。有利には、電流を接地に送ることは、電流を接地につなぐためにスイッチを閉じることを含み、電流を接地に送ることを自動的に停止することは、時間遅延終了の識別に応じて、スイッチを自動的に開くことを含む。好適には、スイッチは、半導体スイッチとする。好適には、本開示は、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムでの電流レベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更することであって、スイッチコントローラが第二の状態にあるときには、スイッチが閉じられるように構成される、変更すること；及び時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態へスイッチコントローラの状態を自動的に変更することであって、スイッチコントローラが第一の状態にあるときには、スイッチは開くように構成される、変更することをさらに含むことができる。

本開示のさらなる態様によれば、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送り、かつ時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止するように構成されるコントローラを備える装置が提供される。有利には、本開示は、コントローラに接続され、かつ電力システムの電流を感知するように構成される電流センサをさらに備える。好適には、電流センサは、電力システムの発電機により供給される出力電流を感知するように構成され、コントローラは、閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために出力電流を接地に送るように構成される。好適には、電流センサは、電力システムにおいて複数の相電流を感知するように構成され；かつコントローラは、複数の相電流の一つが閾値レベルを上回るときに閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルを識別し、かつ閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために複数の相電流を接地に送るように構成される。有利には、本開示は、コントローラに接続され、かつ閉じられるときに電流を接地に送るように構成されるスイッチをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じてスイッチを閉じるように、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成される。好適には、スイッチは、半導体スイッチとする。好適には、本開示は、コントローラ及びスイッチに接続され、スイッチコントローラが第一の状態にあるときにはスイッチを開き、かつスイッチが第二の状態にあるときにはスイッチを閉じるように構成されるスイッチコントローラをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムにおける電流のレベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更し、かつ時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態にスイッチコントローラの状態を自動的に変更するように構成される。有利には、コントローラ及び電力システムは、航空機上にあるとする。

本開示のさらなる態様によれば、電力分配システムに出力電流を提供するように構成される発電機；出力電流を感知するように構成される電流センサ；閉じられるときに出力電流を接地に送るように構成されるスイッチ；及び閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のためにスチッチを閉じ、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成されるコントローラを備える装置が提供される。有利には、本開示は、コントローラ及びスイッチに接続され、かつスイッチコントローラが第一の状態にあるときにはスイッチを開き、スイッチコントローラが第二の状態にあるときにはスイッチを閉じるように構成されるスイッチコントローラをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更し、かつ時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態にスイッチコントローラの状態を自動的に変更するように構成される。有利には、閾値レベルは第一の閾値レベルとし、電力分配システムと任意の数の負荷との間で接続される任意の数の電力コントローラをさらに備え、任意の数の電力コントローラは、任意の数の第二の閾値レベル未満の任意の数の負荷に供給される電流を制御するために大きさが決定され、任意の数の第二の閾値レベルは、第一の閾値レベル未満とする。好適には、出力電流のレベルが時間遅延終了での任意の数の第二の閾値レベル未満となるように、時間遅延が選択される。有利には、発電機、電力分配システム、電流センサ、スイッチ、及びコントローラは、航空機上にあるとする。

上述のフィーチャ及び機能は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態のさらなる詳細は、後述の説明及び図面を参照して理解できるだろう。

実施形態の特徴と考えられる新規のフィーチャは、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、実施形態、好適な使用モード、さらにはその目的及び特徴は、添付図面とともに本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるだろう。

一つの実施形態による電力システムのブロック図である。 一つの実施形態による航空機の電力システムのブロック図である。 一つの実施形態による過渡電流及び閾値レベルの波形図である。 一つの実施形態によるスイッチコントローラのブロック図である。 一つの実施形態による初期過渡電流抑制プロセスのフローチャートである。

種々の実施形態は、任意の数の種々の検討事項を認識し考慮する。本明細書でアイテムを参照する際に使用される「任意の数の」は、一又は複数のアイテムを意味する。例えば、任意の数の種々の検討事項は、一又は複数の種々の検討事項を意味する。

電力システムにおいて好ましくない状態が起こった場合に、航空機で電力システムの安全な動作を提供することが望ましいということを、種々の実施形態は認識し考慮する。そのような好ましくない状態の例は、発電機故障電流とする。

最新の民間航空機で起こりうる発電機故障電流は、他の航空機よりも高いことがあるということを、種々の実施形態は認識し考慮する。たとえば、限定されないが、最新の民間航空機での初期過渡電流は、６０００アンペアピークにまで達すると測定されたことがある。

いくつかの最新の民間航空機では故障電流レベルが比較的高い可能性があるので、特大の回路遮断器及び接触器が使用された、又はバックアップ保護として好ましくない接点材料及び可溶性リンクが使用された、ということを種々の実施形態は認識し考慮する。たとえば、回路遮断器製造業者の中には、銀タングステン接点、銀タングステンカーバイド接点、及び銀モリブデン接点を使用したものもいる。このような材料は、徐々に酸化する可能性があり、ゆえに、航空機の電力システムでの使用には好ましい材料ではない。

一つの実施形態によれば、電力システムにおける初期過渡故障電流、過渡故障電流、又は他の故障電流、或いは故障電流の組み合わせは、故障電流が閾値レベルを超えるときに、低インピーダンススイッチング装置を介して接地に短絡される。故障電流がその最大ポテンシャルに到達する前に、閾値レベルが選択され、故障電流を接地に送る。次いで、スイッチング装置は、時間遅延後に開かれ、電流を故障に流すようにする。時間遅延は、選択された期間とする。あるいは、接地に送られる故障電流が所望の故障電流レベルを下回るときに、時間遅延の終了が識別される。初期過渡電流又は他の故障電流の抑制を提供するように電流を接地に短絡するための適切な時間遅延期間は、電力システムの特性に基づくとする。故障が存在し渦電流状態が電力システムに存続するならば、電力システムの別の保護装置が、渦電流状態に応じて開かれる。大きな故障電流がスイッチング装置を介して接地に送られるので、電力システムの他の保護装置の大きさは縮小できる。

ここで図１を参照すると、実施形態による電力システムのブロック図が示される。この例では、電力システム１００は、航空機１０２に電力を供給することができる。

航空機１０２は、任意の種類の航空機とする。たとえば、限定されないが、航空機１０２は、固定翼、回転翼、又は軽航空機とする。航空機１０２は、乗客、貨物、乗客及び貨物の両方を運ぶために構成されてもよく、また任意の他の操作又は命令を実行するために使用されてもよい。航空機１０２は、航空機、軍隊、又は任意の他の民間機関又は軍事機関により運航される。

航空機１０２は、実施形態が実施されるプラットフォーム１０４の例である。実施形態による初期過渡故障電流の抑制及び他の故障電流の抑制は、航空機１０２以外のプラットフォーム上の又はそのための電力システム１００に提供される。たとえば、限定されないが、プラットフォーム１０４は、空中、宇宙、陸上、水面、水中、又は任意の他の作動環境又は環境の組み合わせにおいて走行するために構成される任意の乗物とすることができる。

実施形態による初期過渡故障電流の抑制及び他の故障電流の抑制は、乗物以外のプラットフォーム上の又はそのための電力システム１００に提供される。たとえば、プラットフォーム１０４は、電力システム１００により電力が供給される任意の固定構造又は任意の可動構造を含むことができる。

電力システム１００は、発電機１０６及び電力分配及び変換システム１０８を備える。たとえば、発電機１０６は、航空機１０２のエンジンの作動により駆動される。たとえば、限定されないが、発電機１０６は、電力分配及び変換システム１０８に供給される可変周波数三相ＡＣ電力を生成することができる。

電力分配及び変換システム１０８は、電力変換システム１０９及び電力分配システム１１１を備えることができる。電力変換システム１０９は、発電機１０６により供給されるＡＣ電力を負荷１１２のための電力に変換するように構成される装置及びシステムを備えることができる。たとえば、限定されないが、電力変換システム１０９は、整流器、変圧器、整流器及び変圧器、他の電力変換装置又はシステム、或いは電力変換装置又はシステムの任意の組み合わせを含むことができる。発電機１０６により供給されるＡＣ電力からＤＣ電力を供給するために、整流器を使用することができる。変圧器は、様々なレベルのＡＣ電力及びＤＣ電力を供給するために使用することができる。

電力分配システム１１１は、電力を負荷１１２に分配するための構造体を備えることができる。また、電力分配システム１１１は、任意の数のＡＣバス、任意の数のＤＣバス、または任意の数のＡＣバス及びＤＣバスを備えることができる。分配線は、電力分配及び変換システム１０８のバス間及び電力分配及び変換システム１０８及び負荷１１２のバス間で電力を運ぶために提供される。

負荷１１２は、電力を使用する航空機１０２又はプラットフォーム１０４に任意の電気装置又はシステムを備えることができる。負荷１１２は、電力システム１００の一部としてもよい。たとえば、限定されないが、負荷１１２は、航空機１０２の一部とすることができ、又は航空機１０２内又は航空機１０２上に配置されてもよい。

一つの実施形態によれば、電力システム１００において好ましくない状態である場合の電力システム１００の安全操作が、電力コントローラ１１４により提供される。たとえば、電力コントローラ１１４は、電力分配及び変換システム１０８の種々の場所、或いは電力システム１００の他の場所又は場所の組み合わせに提供される種々のコントローラ及び保護装置を備えることができる。電力コントローラ１１４は、電力システム１００の種々の場所で好ましくない状態の識別に応じて接触器又は他の回路遮断器を開く、又は他の適切な処置を取るように構成される。

たとえば、限定されないが、電力システム１００の種々の場所での電流レベル、電圧レベル、或いは他の状態又は状態の組み合わせが閾値レベル１１６を上回ると識別されるときには、電力コントローラ１１４は、電力システム１００を保護するための適切な処置を取るように構成することができる。適切な時間に適切な処置が取られて好ましくない状態から電力システム１００を保護する、又は他の所望の状態又は状態の組み合わせを満たすために、閾値レベル１１６は、電力システム１００の特性に基づき選択される。

一つの実施形態によれば、発電機１０６は、電力分配及び変換システム１０８に出力電流１１８を供給する。たとえば、多相電力システムにおいて、出力電流１１８は、複数の相電流１２０を含むことができる。いかなる場合でも、出力電流１１８は、電流レベル１２２により規定される。電力システム１００の故障の結果として、出力電流１１８は、初期過渡故障電流又は他の故障電流を含むこともある。この場合、電流レベル１２２は、好ましくないレベルまで上昇する。

一つの実施形態によれば、電流レベル１２２が閾値レベル１２８を上回るときに、出力電流１１８は、スイッチ１２６を介して接地１２４に送られる。一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ１３０は、電流レベル１２２がいつ閾値レベル１２８を上回るかを識別し、電流レベル１２２が閾値レベル１２８を上回るとスイッチ１２６を制御して出力電流１１８を接地１２４に送るように構成することができる。また、一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ１３０は、スイッチ１２６を制御して、時間遅延１３２の後に出力電流１１８を接地１２４に送ることを停止するように構成することができる。

一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ１３０は、電流レベル１２２がいつ閾値レベル１２８を上回るかを識別するための初期過渡識別子１３４を含むことができる。初期過渡識別子１３４は、電流レベル１２２を監視し、かつ電流レベル１２２を閾値レベル１２８と比較するように構成することができる。閾値レベル１２８は、固定閾値レベルであってもよく、或いはオペレータにより設定又は変更されてもよい。たとえば、初期過渡抑制コントローラ１３０のソフトウェアを使用して実施される機能により、ユーザは、他の航空機の必要に応じて又は他の理由から閾値レベル１２８を設定又は変更することができる。

電流センサ１３６は、出力電流１１８を感知するために使用することができる。たとえば、限定されないが、電流センサ１３６は、電流変圧器又は出力電流１１８を感知するための任意の他の装置を備えることができる。電流センサ１３６の出力は、初期過渡識別子１３４に提供され、初期過渡識別子１３４により使用されて、電流レベル１２２を識別し、電流レベル１２２が閾値レベル１２８を上回るかどうかを決定する。また、電流センサ１３６の出力は、接地１２４に送られる出力電流１１８のレベルがいつ所望の電流レベルを下回るかを識別するためにも使用することができる。

閾値レベル１２８を上回る電流レベル１２２の識別に応じて、初期過渡識別子１３４は、出力電流１１８の好ましくない高い電流レベル１２２を抑制するために、初期過渡抑制器１３８を作動させる。たとえば、初期過渡抑制器１３８は、時間遅延１３２中に接地１２４に出力電流１１８を送ることにより、出力電流１１８の好ましくない電流レベル１２２を抑制するように構成される初期過渡抑制コントローラ１３０の一部とすることができる。時間遅延１３２は、適切なタイマー装置又は機能により設けられる選択された期間とすることができる。あるいは、接地１２４に送られる出力電流１１８のレベルが所望の故障電流レベルを下回るときに、時間遅延１３２の終了が識別されてもよい。

初期過渡抑制器１３８は、スイッチコントローラ１４０を備えることができる。スイッチコントローラ１４０は、スイッチ１２６を開く及び閉じるための適切な制御信号を生成するように構成される。たとえば、電力システム１００の通常の作動中には、スイッチ１２６は開く１４２とする。スイッチ１２６が開く１４２ときには、スイッチ１２６を介して電流は流れない。具体的には、スイッチ１２６が開く１４２ときには、出力電流１１８は、スイッチ１２６を介して接地１２４に送られない。

スイッチ１２６が閉じられる１４４ときには、出力電流１１８は、スイッチ１２６を介して接地１２４に流れる。ゆえに、スイッチコントローラ１４０は、閾値レベル１２８を上回る電流レベル１２２の識別に応じて、スイッチ１２６を閉じるように構成される。

スイッチ１２６は、スイッチ１２６が閉じられる１４４ときにスイッチ１２６を介して接地１２４に流れる出力電流１１８に低インピーダンスを供給する半導体スイッチ１４６として実施することができる。たとえば、限定されないが、半導体スイッチ１４６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１４８又は別の適切な半導体スイッチング装置とすることができる。別の例として、半導体スイッチ１４６は、スイッチング装置又は他の装置の組み合わせを使用して実施することができる。

一つの実施形態によれば、スイッチ１２６は、できる限り発電機１０６に近接して配置することができる。発電機１０６に近接してスイッチ１２６を配置することで、より多くの出力電流１１８がスイッチ１２６を介して接地１２４まで到達できるように、発電機１０６から電力分配及び変換システム１０８まで延在する分配線のインピーダンスを活用することができる。多くの場合、このような分配線のインピーダンスは、スイッチ１２６のインピーダンスを上回る。

たとえば、限定されないが、発電機１０６は、航空機１０２の翼に配置される航空機のエンジンにより駆動することができる。発電機分配線は、航空機１０２の本体において、航空機１０２の翼に配置される発電機１０６から電力分配及び変換システム１０８に電力を運ぶことができる。この場合、スイッチ１２６を航空機１０２の翼の発電機１０６近傍に配置し、発電機１０６から航空機１０２の本体への発電機分配線の比較的高いインピーダンスを活用して、より多くの出力電流１１８をスイッチ１２６を介して接地１２４に到達させることが望ましい。

一つの実施形態によれば、スイッチコントローラ１４０は、時間遅延１３２後にスイッチ１２６を自動的に開くように構成される。時間遅延１３２は、選択された期間とする。或いは、時間遅延１３２の終了は、接地１２４に送られる出力電流１１８のレベルが所望の故障電流閾値レベルを下回るときに識別されてもよい。

時間遅延１３２は、固定された期間でもよく、また固定された電流閾値レベルに基づいてもよい。また、期間又は時間遅延１３２の閾値レベルは、オペレータにより設定又は変更することができる。たとえば、初期過渡抑制コントローラ１３０のソフトウェアを使用して実施される機能により、ユーザは種々の航空機の必要性に応じて又は他の理由から時間遅延１３２を設定又は変更することができる。

たとえば、限定はされないが、初期過渡抑制器１３８は、閾値レベル１２８を上回ると識別される電流レベル１２２に応じてスイッチコントローラ１４０がスイッチ１２６を閉じるのとほぼ同時に、カウンタ又は時間遅延１３２を測定するための他の装置を起動するように構成することができる。この例では、スイッチコントローラ１４０は、時間遅延１３２の終了の識別に応じてスイッチ１２６を自動的に開くように構成される。別の例では、スイッチコントローラ１４０は、所望の故障電流閾値レベルを下回る接地１２４に送られる出力電流１１８の識別に応じてスイッチ１２６を自動的に開くように構成されてもよい。

一つの例では、スイッチコントローラ１４０は、フリップフロップ１５０又は状態１５２をラッチするための別の適切な装置を備えることができる。たとえば、フリップフロップ１５０の状態１５２は、第一の状態１５４又は第二の状態１５６のどちらかとすることができる。フリップフロップ１５０が第一の状態１５４にあるときには、スイッチコントローラ１４０の出力は、スイッチ１２６が開いた１４２状態を維持するように制御する。フリップフロップ１５０が第二の状態１５６にあるときには、スイッチコントローラ１４０の出力は、スイッチ１２６が閉じられる１４４ように制御する。フリップフロップ１５０の状態１５２は、出力電流１１８の電流レベル１２２が閾値レベル１２８を上回るとの指示に応じて、第一の状態１５４から第二の状態１５６へ自動的に変更できる。フリップフロップ１５０の状態１５２は、時間遅延１３２の終了の識別に応じて第二の状態１５６からもとの第一の状態１５４に自動的に変更できる。

ここで述べられるように初期過渡抑制コントローラ１３０により実行される機能は、ハードウェア１５８又はハードウェア１５８及びソフトウェア１６０内で実施することができる。初期過渡抑制コントローラ１３０により実行される機能がハードウェエア１５８及びソフトウェア１６０内で実施される場合には、初期過渡抑制コントローラ１３０は、所望の機能を実行するためにソフトウェア１６０を起動させるためのプログラム可能なプロセッサユニットを備えることができる。たとえば、限定されないが、プロセッサユニットは、マイクロプロセッサ、他のプロセッサユニット、又はプロセッサユニットの組み合わせとすることができる。そのようなプロセッサユニットは、汎用又は特定コンピュータ或いは他のコンピュータ装置のどちらかで提供することができる。

プロセッサユニットは、メモリ、固定記憶域、又はその両方に読み込まれるソフトウェア１６０の命令を実行する役割を果たす。プロセッサユニットは、特定の実施次第で、任意の数のプロセッサ、マルチプロセッサコア、又は他の種類のプロセッサとしてもよい。さらに、プロセッサ装置は、単一チップ上でメインプロセッサが二次プロセッサと共存する任意の数の異種プロセッサシステムを使用して実施することができる。別の実施例では、プロセッサユニットは、同一形態の複数のプロセッサを含む対称型マルチプロセッサシステムであってもよい。

異なる実施形態のプロセッサは、コンピュータで実行される命令の形式でソフトウェア１６０を使用してプロセッサユニットにより実行される。実施形態による所望の機能を実行するためにプロセッサユニットを制御するための命令は、プロセッサユニットと通信する記憶装置に配置することができる。たとえば、限定されないが、命令は固定記憶域上の機能的な形式とすることができる。これらの命令は、プロセッサ装置により実行されるようにメモリに読み込まれる。

これらの命令は、プログラム命令、プログラムコード、コンピュータで使用可能なプログラムコード、又はコンピュータ可読プログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニットにより読み込み可能及び実行可能である。種々の実施形態のプログラムコードは、例えば、メモリ又は固定記憶域などの種々の物理媒体又はコンピュータ可読記憶媒体上で実施できる。

別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ１３０の機能性は、特定用途向けに製造又は構成される回路を有する、たとえばハードウェア１５８などのハードウェアユニットで実施される。この種のハードウェアは、動作を実行するように構成される記憶装置からメモリへのプログラムコードの読み込みを必要とせずに、動作を実行することができる。

例えば、限定されないが、そのようなハードウェアユニットは、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理装置、又は任意の数の動作を実行するように構成される他の適する種類のハードウェアとすることができる。プログラム可能な論理装置とともに、この装置は任意の数の動作を実行するように構成される。装置は、後で再構成することができるか、又は任意の数の動作を実行するように恒久的に構成することができる。プログラム可能な論理装置の例は、たとえば、限定されないが、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルアレイロジック、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び他の適するハードウェア装置を含む。この種の実施により、種々の実施形態のプロセスがハードウェアユニットで実施されるので、プログラムコードは省略することができる。

さらに別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ１３０により提供される機能性は、コンピュータ及びハードウェアユニットに見られるプロセッサの組み合わせを使用して、実施される。初期過渡抑制コントローラ１３０は、所望の機能を実行するように構成される任意の数のハードウェアユニット及び任意の数のプロセッサを備えることができる。この例では、初期過渡抑制コントローラ１３０により提供される機能性のいくつかは、任意の数のハードウェアユニットで実施され、他方、他のプロセスは、任意の数のプロセッサで実施される。

さらに別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ１３０により提供される機能性は、ディスクリート回路コンポーネントを単独で又はハードウェアユニット、プロセッサユニット、又はその両方との組み合わせで使用して実施することができる。

ここで図２を参照すると、実施形態による航空機の電力システムのブロック図が示される。この例では、電力システム２００は、図１の航空機１０２の電力システム１００の一部分を実施する例である。

電力システム２００は、発電機２０２を備える。発電機２０２は、航空機のエンジンにより駆動される。たとえば、限定はされないが、発電機２０２は、種々の周波数三相ＡＣ電力を生成することができる。発電機分配線２０４は、発電機２０２からＡＣバス２０６へ生成されたＡＣ電力を運ぶことができる。

発電機回路遮断器２０７は、発電機分配線２０４上に設けられる。発電機回路遮断器２０７は、それが開かれるときには、発電機２０２からＡＣバス２０６を切断するように構成される任意の装置である。たとえば、限定はされないが、発電機回路遮断器２０７は、発電機コントローラ２０８により制御され、電力システム２００の好ましくない状態の識別に応じて発電機２０２からＡＣバス２０６を切断する。

ＡＣバス２０６は、発電機２０２により提供されるＡＣ電力を種々の負荷に分配するように構成される。たとえば、限定はされないが、ＡＣバス２０６は、発電機２０２により提供されるＡＣ電力を整流器２１０、ＡＣ負荷２１２及びＡＣ負荷２１４に分配するように構成することができる。

整流器接触器２０９は、ＡＣバス２０６と整流器２１０との間に設けられる。整流器接触器２０９は、それが開かれるときに、整流器２１０をＡＣバス２０６から切断するように構成される任意の装置である。たとえば、限定はされないが、整流器接触器２０９は、電力システム２００の好ましくない状態の識別に応じて整流器２１０をＡＣバス２０６から切断するように、整流器コントローラ２１１により制御される。

整流器２１０は、ＡＣバス２０６で提供されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成することができる。整流器２１０は、任意のＡＣ電力からＤＣ電力への変換器とするこができる。整流器２１０からのＤＣ電力は、ＤＣバス２１６に提供される。

種々のＤＣ負荷は、ＤＣバス２１６のＤＣ電力により電力供給される。たとえば、限定はされないが、そのようなＤＣ負荷は、モータコントローラ２１８、モータ２２０、モータコントローラ２２２、及びモータ２２４を含む。別の実施形態では、ＤＣバス２１６に接続されるＤＣ負荷は、単独のモータ及びモータコントローラ又は複数のモータ及びモータコントローラを含むことができる。別の実施形態では、ＤＣバス２１６に接続されるＤＣ負荷は、付加的に又は代替的にモータ及びモータコントローラ以外の任意の数のＤＣ負荷を備えてもよい。

モータ２２０及び２２４は、任意の種類の電気モータとすることができる。たとえば、限定はされないが、モータ２２０及び２２４は、誘導モータ、永久磁石モータ、独立励磁の同期モータ、又は他の種類の電気モータとすることができる。モータ２２０及び２２４は、同じ又は異なる種類のモータとすることができる。

モータコントローラ２１８及び２２２は、それぞれ、モータ２２０及び２２４それぞれを制御するのに適切な任意の種類のモータコントローラとする。制御されるモータの種類次第で、モータコントローラ２１８及び２２２は、任意の適切な大きさ及び複雑さとすることができる。一つの例では、モータコントローラ２１８、モータコントローラ２２２又はその両方は、モータ２２０又はモータ２２４の駆動用にそれぞれ電力変換を提供する半導体多機能モータコントローラとすることができる。この種のモータコントローラは、種々のモータ及びモータ負荷を駆動するために使用することができる。

ＡＣ負荷２１２及び２１４は、任意の数のＡＣ負荷とする。接触器２２６は、ＡＣバス２０６とＡＣ負荷２１２との間に提供される。接触器２２８は、ＡＣバス２０６とＡＣ負荷２１４との間に提供される。接触器２２６及び２２８は、接触器２２６が開かれるときにはＡＣ負荷２１２をＡＣバス２０６から切断し、接触器２２８が開かれるときにはＡＣ負荷２１４をＡＣバス２０６から切断するように構成される任意の装置とする。たとえば、限定はされないが、接触器２２６は、電力システム２００の好ましくない状態の識別に応じてＡＣ負荷２１２をＡＣバス２０６から切断するために、負荷コントローラ２３０により制御される。接触器２２８は、電力システム２００の好ましくない状態の識別に応じてＡＣ負荷２１４をＡＣバス２０６から切断するように、負荷コントローラ２３２により制御される。

この例では、整流器２１０は、図１の電力変換システム１０９の一つの例である。ＡＣバス２０６及びＤＣバス２１６は、図１の電力分配システム１１１の例である。発電機コントローラ２０８、整流器コントローラ２１１、負荷コントローラ２３０、及び負荷コントローラ２３２は、図１の電力コントローラ１１４の例である。

この例では、電流センサ２３４は、発電機２０２の出力で電流を感知するように構成される。電流センサ２３４の出力は、コントローラ２３６に提供される。この例では、コントローラ２３６は、図１の初期過渡抑制コントローラ１３０の例である。

コントローラ２３６は、発電機分配線２０４上の発電機２０２からＡＣバス２０６に供給される電流のレベルを識別し、発電機２０２からの電流レベルが閾値レベルを上回るかどうかを判定するために電流センサ２３４により供給される出力を使用することができる。閾値レベルを上回る電流レベルの識別に応じて、コントローラ２３６は、選択された期間中に電流を発電機２０２から接地２４０に送るためにスイッチ２３８を閉じる。コントローラ２３６は、所望の故障電流レベルが得られたら、選択された期間の終了の識別に応じて発電機２０２から接地２４０へ電流を送ることを停止するために、スイッチ２３８を開く。

図１及び図２は、種々の実施形態が実施される方法に対する物理的又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示されたコンポーネントに加えて、代えて、又は加え及び代えて他のコンポーネントを使用することができる。いくつかの実施形態では、いくつかのコンポーネントは不要である。また、ブロックは、いくつかの機能的なコンポーネントを示すために提示される。異なる実施形態において実施されるとき、これらの一又は複数のブロックは、異なるブロックに合成又は分割することができる。

たとえば、限定されないが、一つの実施形態による初期過渡抑制コントローラは、システムの電源が入るといつでも、機能性試験を実行することができる。この機能性試験は、初期過渡抑制コントローラのソフトウェアで実施される。

ここで図３を参照すると、実施形態による過渡電流及び閾値レベルの波形図が示される。この例では、波形３００、３０２及び３０４は、ある期間にわたってのアンペアでの三相電流のレベルを示す。この例では、直線３０６は１０００アンペアでの閾値レベルを示し、直線３０８は−１０００アンペアでの閾値レベルを示す。実施形態によれば、波形３００、３０２、及び３０４により表される電流は、絶対値において、直線３０６及び３０８により示される閾値レベルを上回る波形３００、３０２、及び３０４により表される相電流の任意の一つのレベルの識別に応じて、選択された期間に接地に送られる。この例では、期間がおよそ０．０１５秒と選択されると、波形３００、３０２、及び３０４により表される相電流のピーク電流レベルは、接地へ相電流を送ることが停止されるときには、直線３０６及び３０８により示される閾値レベルの範囲内となるだろう。

ここで図４を参照すると、実施形態によるスイッチコントローラのブロック図が示される。この例では、スイッチコントローラ４００は、図１のスイッチコントローラ１４０を実施する一つの例である。

この例では、スイッチコントローラ４００は、フリップフロップ４０２を備える。フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、スイッチ４０６に接続される。フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、電流レベルがフリップフロップ４０２の入力Ｓ４１０で受信される閾値レベル４０８を上回るという指示に応じて設定される。スイッチ４０６は、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４の設定に応じて閉じされる。

フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、時間遅延４１２を介してフリップフロップ４０２の入力Ｒ４１４に接続される。ゆえに、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４の設定に応じて時間遅延４１２の後に消去される。スイッチ４０６は、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４の消去に応じて開かれる。

時間遅延４１２は、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４が設定されるときに、選択された期間の時間を測り始めるために起動されるタイマー装置又はタイマー機能とする。この場合、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、選択される期間の終了を示すタイマー装置又はタイマー機能に応じて消去される。また、時間遅延４１２は、所望の故障電流レベルを下回る故障電流レベルを識別するための装置又は機能を備えることができる。この場合、フリップフロップ４０２の出力Ｑ４０４は、所望の故障電流レベルを下回る故障電流レベルを識別する装置又は機能に応じて、消去される。

ここで図５を参照すると、一つの実施形態による初期過渡電流抑制のためのプロセスのフローチャートが示される。図５のプロセスは、たとえば、図１の初期過渡抑制コントローラ１３０により実施される。

プロセスは、電力システムの電流レベルを識別することにより開始する（工程５０２）。次いで、電流レベルが閾値レベルを上回るかどうかが判定される（工程５０４）。電流レベルが閾値レベルを上回らない場合には、プロセスは工程５０２に戻る。閾値レベルを上回る電流レベルが識別されるまで、工程５０２及び５０４は繰り返される。

工程５０４において電流レベルが閾値レベルを上回ると判定される場合には、時間遅延が開始され（工程５０６）、電流が接地に送られる（工程５０８）。たとえば、半導体スイッチを閉じることにより、電流は接地に送られる。次いで、時間遅延が終了するかどうかが判定される（工程５１０）。たとえば、選択期間後又は接地に送られる電流が所望の電流レベルを下回ると、時間遅延が終了する。時間遅延が終了しなければ、プロセスは工程５０８に戻り、時間遅延が終了するまで、電流は接地に送られ続ける。工程５１０で時間遅延が終了すると判定される場合には、電流を接地に送ることが停止され（工程５１２）、その後、プロセスは終了する。たとえば、電流を接地に送ることを停止することは、半導体スイッチを開くことを含む。

種々の図示された実施形態でのフローチャート及びブロック図は、種々の実施形態における装置及び方法のいくつかの可能な実施の構造、機能性、及び工程を示す。その際、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、工程又はステップのモジュール、セグメント、機能又は部分を表わすことができる。いくつかの別の実施においては、ブロックに記載された機能又は機能群は、図の中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている二つのブロックがほぼ同時に実行されること、又は時には含まれる機能によってはブロックが逆の順番に実行されることもある。

種々の実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提供されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の実施形態は、他の所望の実施形態と比較すると、別の特性を提供できる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も好ましく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

Claims (8)

1. 保護装置及び電力制御装置を有する電力システム（１００）における初期過渡電流を抑制するための方法であって、
   電流センサ（２３４）により、電力システム（１００）の発電機（２０２）により提供される出力電流（１１８）を感知すること、
   コントローラ（２３６）により、第１の閾値レベル（１２８）を上回る出力電流（１１８）のレベルの識別に応じて、時間遅延（１３２）の間、出力電流（１１８）を接地（１２４）に送ること、
   時間遅延（１３２）の終了の識別に応じてコントローラ（２３６）により出力電流（１１８）を接地（１２４）に送ることを自動的に停止すること、及び
   電力システム（１００）の種々の場所での電流レベル、および／または電圧レベルが第２の閾値レベル（１１６）を上回っていると確認されたときに、電力制御装置により保護装置の回路遮断器を開くことを含み、
   出力電流（１１８）を接地（１２４）に送ることは、電流を接地（１２４）につなぐためにスイッチ（１２６）を閉じることを含み、出力電流（１１８）を接地（１２４）に送ることを自動的に停止することは、時間遅延（１３２）の終了の識別に応じてスイッチ（１２６）を自動的に開くことを含み、
   前記スイッチ（１２６）は、前記回路遮断器と前記発電機（２０２）の間に配置され、
   前記第１の閾値レベル（１２８）は、前記第２の閾値レベル（１１６）より大きい、方法。
2. コントローラ（２３６）により、第１の閾値レベル（１２８）を上回る出力電流（１１８）のレベルの識別に応じて、スイッチコントローラ（１４０）の状態を第一の状態（１５４）から第二の状態（１５６）へ変更することであって、スイッチコントローラ（１４０）が第二の状態（１５６）にあるときにスイッチ（１２６）は閉じられる（１４４）ように構成される、変更すること、及び
   時間遅延（１３２）の終了の識別に応じて、スイッチコントローラ（１４０）の状態を第二の状態（１５６）から第一の状態（１５４）へ自動的に変更することであって、スイッチコントローラ（１４０）が第一の状態（１５４）にあるときにスイッチ（１２６）は開く（１４２）ように構成される、自動的に変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. スイッチ（１２６）は、発電機（２０２）とＡＣバス（２０６）とを接続する発電機分配線（２０４）に接続されており、ＡＣバス（２０６）は、発電機（２０２）により提供されるＡＣ電力を分配する、請求項１または２に記載の方法。
4. スイッチ（１２６）のインピーダンスは、発電機分配線（２０４）のインピーダンスより小さい、請求項３に記載の方法。
5. 電力システム（１００）の発電機（２０２）により提供される出力電流（１１８）を感知するように構成される電流センサ（２３４）と、
   第１の閾値レベル（１２８）を上回る出力電流（１１８）のレベルの識別に応じて、時間遅延（１３２）の間、出力電流（１１８）を接地（１２４）に送り、かつ時間遅延（１３２）の終了の識別に応じて出力電流（１１８）を接地（１２４）に送ることを自動的に停止するように構成されるコントローラ（２３６）と、
   コントローラ（２３６）に接続され、かつスイッチ（１２６）が閉じられる（１４４）ときに出力電流（１１８）を接地（１２４）に送るように構成されるスイッチ（１２６）と、
   保護装置及び電力制御装置であって、電力制御装置は、電力システム（１００）の種々の場所での電流レベル、および／または電圧レベルが第２の閾値レベル（１１６）を上回っていると確認されたときに、保護装置の回路遮断器を開くように構成されている、保護装置及び電力制御装置と、を備え、
   コントローラ（２３６）は、第１の閾値レベル（１２８）を上回る出力電流（１１８）のレベルの識別に応じてスイッチ（１２６）を閉じ（１４４）、かつ時間遅延（１３２）の終了の識別に応じてスイッチ（１２６）を自動的に開く（１４２）ように構成され、
   前記スイッチ（１２６）は、前記回路遮断器と前記発電機（２０２）の間に配置され、
   前記第１の閾値レベル（１２８）は、前記第２の閾値レベル（１１６）より大きい、
   装置。
6. コントローラ（２３６）及びスイッチ（１２６）に接続され、スイッチコントローラ（１４０）が第一の状態（１５４）にあるときにはスイッチ（１２６）を開き（１４２）、かつスイッチコントローラ（１４０）が第二の状態（１５６）にあるときにはスイッチ（１２６）を閉じる（１４４）ように構成されるスイッチコントローラ（１４０）をさらに備え、
   コントローラ（２３６）は、第１の閾値レベル（１２８）を上回る出力電流（１１８）のレベルの識別に応じてスイッチコントローラ（１４０）の状態（１５２）を第一の状態（１５４）から第二の状態（１５６）へ変更し、かつ時間遅延（１３２）の終了の識別に応じてスイッチコントローラ（１４０）の状態（１５２）を第二の状態（１５６）から第一の状態（１５４）に自動的に変更するように構成される、請求項５に記載の装置。
7. 発電機（２０２）により提供されるＡＣ電力を分配するＡＣバス（２０６）と、
   発電機（２０２）とＡＣバス（２０６）を接続する発電機分配線（２０４）と、をさらに備え、
   スイッチ（１２６）は、発電機分配線（２０４）に接続されている、請求項５または６に記載の装置。
8. スイッチ（１２６）のインピーダンスは、発電機分配線（２０４）のインピーダンスより小さい、請求項７に記載の装置。

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