專利名稱：用于電流回路系統(tǒng)的絕緣支撐法蘭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及功率控制系統(tǒng)領域。更具體地，本發(fā)明涉及用于消除電流回路系統(tǒng)中的局部放電的絕緣支撐法蘭(insulating support flange)。
背景技術：
電動機控制器(更普遍地，電控制器)通過限制來從電源到電動機或其它負載的功率來進行操作。例如，一些電動機控制器通過在電源與電動機之間間歇地傳導電流，來限制傳輸至電動機的功率。這些電動機控制器通常耦接至正 弦交流(AC)電源，并且在每個正弦波周期的一部分內(nèi)傳導電流。相應地，為了限制傳輸至電動機的功率，電動機控制器可以在每個周期的一部分內(nèi)不傳導電流。通常，電動機控制器不傳導電流的時段的持續(xù)時間是可調(diào)節(jié)的。因此，通過調(diào)節(jié)該不傳導時間段的持續(xù)時間，可以控制電動機的操作。一些電動機控制器通過經(jīng)由一對可控硅整流器(SCR)傳導電流來選擇性地傳送電流。SCR是一種包括通過門極信號控制的整流器的固態(tài)開關。因此，當SCR通過門極信號而接通時，SCR允許電流從其陽極流至其陰極，但不允許電流反向流動。一旦被接通，SCR通常保持導通，直到去除門極信號，并且電流降低至接近零。在截止狀態(tài)下，SCR通常不在任何方向上傳導電流。通過在適當?shù)臅r間施加門極信號，電動機控制器可以調(diào)節(jié)傳輸至負載的功率。通常，電動機控制器包括用于接通SCR的電路。電動機控制器可以包括將小電流傳輸至SCR的門極的驅(qū)動器。該驅(qū)動器可以對至門極的電流脈沖進行計時以調(diào)節(jié)傳輸至電動機的功率。為了傳輸更多功率，在SCR變?yōu)檎蚱煤笄以诮油⊿CR之前，該驅(qū)動器將延遲較少時間。類似地，為了減少傳輸至電動機的功率，在SCR變?yōu)檎蚱弥笄以诮油⊿CR并允許電流通過之前，該驅(qū)動器將延遲較長時間。每個驅(qū)動器包括用于確定何時接通SCR的電路。通常，電動機控制器針對每個SCR采用一個驅(qū)動器。因此，調(diào)節(jié)單相交流電的電動機控制器通常采用兩個驅(qū)動器，而三相控制器包括六個。向驅(qū)動器的操作供電提出了挑戰(zhàn)。通常，驅(qū)動器連接至暴露于高電壓下的SCR。例如，SCR通常連接至工作在2300伏特或更高伏特的電源。因此，保持驅(qū)動器與系統(tǒng)的其它部分電隔離會是重要的。一些系統(tǒng)針對每個驅(qū)動器采用單個電源。然而，每個驅(qū)動器的專用電源會增加系統(tǒng)成本、系統(tǒng)尺寸、以及可能不合格的部件的數(shù)目。此外，電動機控制器通常采用大量的驅(qū)動器。例如，如上所述，對來自三相交流電源的功率進行調(diào)節(jié)的電動機控制器可以采用六個驅(qū)動器，其中，每相的兩個SCR中的每個SCR使用一個驅(qū)動器。類似地，為了調(diào)節(jié)來自較高電壓電源的功率，電動機控制器可以針對每個相采用兩對或更多對SCR。因此，每相具有三個SCR對的三相系統(tǒng)可以采用18個SCR和18個驅(qū)動器。因此，隨著開關和驅(qū)動器的數(shù)目增加，利用專用電源對每個驅(qū)動器供電變得不令人滿意。利用一些成果，設計者轉向自供電門驅(qū)動系統(tǒng)(SPOTS)以避免這些問題。通常地，SP⑶S捕獲來自驅(qū)動負載的電源的能量(即，線功率)。通常，在SP⑶S內(nèi)，一串電容器連接至對這些電容器充電的自供電電路。SPGDS可以使用SCR兩端的電壓差來產(chǎn)生電流及存儲電荷。然后，電容器上的電荷可以用于對驅(qū)動器供電。通常在SCR的工作期間產(chǎn)生用于對電容器充電的電壓差。當SCR間歇地在電源與負載之間傳導電流時，在SCR兩端會形成電壓差。自供電系統(tǒng)可以避免與每個驅(qū)動器的專用電源相關聯(lián)的隔離問題。此外，在自供電系統(tǒng)中針對向驅(qū)動器供電的部件的成本會比針對每個驅(qū)動器采用專用電源的系統(tǒng)低。然而，SP⑶S還需要改進，因為現(xiàn)在認識到SP⑶S伴隨有操作和響應時間的延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體涉及用于將預充電電路的電流回路系統(tǒng)的電流回路導體與布置在該電流回路導體周圍的多個電流互感器隔離的系統(tǒng)和方法。特別地，本文所述的實施例包括絕緣支撐法蘭，其具有第一管狀部分；第二管狀部分，其徑向布置在第一管狀部分周圍并且經(jīng)由固體環(huán)形部分連接至第一管狀部分，該固體環(huán)形部分從第一管狀部分徑向向外延伸至第二管狀部分的第一端；環(huán)形基座，其從第二管狀部分的 第二端徑向向外延伸；以及多個叉件，其從環(huán)形基座的圓周或接近環(huán)形基座的圓周軸向延伸，其中，每個叉件包括與第二管狀部分成角度的端面。絕緣支撐法蘭被配置成沿著電流回路導體的軸向方向彼此配合。另夕卜，多個電流互感器中的每一個被安裝(即，適當?shù)乇３?在其各個絕緣支撐法蘭的叉件、環(huán)形基座與第二管狀部分之間。像這樣，絕緣支撐法蘭的第一和第二環(huán)形部分之間的固定的開放空氣空間將電流互感器與電流回路導體隔離，從而降低電流互感器與電流回路導體之間放電的可能性。


當參考附圖閱讀以下具體說明時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更容易理解，在所有附圖中，相似的附圖標記表示相似的部件，其中圖I是包括從預充電電路接收電荷的SPGDS的示例性自動化系統(tǒng)的概略圖；圖2是具有圖I的預充電電路的電路圖的、圖I的自動化系統(tǒng)的更詳細的概略圖；圖3是用于實現(xiàn)圖I和圖2的預充電電路的示例性電流回路系統(tǒng)的透視圖；圖4是圖3的電流回路系統(tǒng)的示例性絕緣支撐法蘭的透視圖；圖5是圖4的絕緣支撐法蘭的俯視圖；圖6是沿圖5的線6-6截取的絕緣支撐法蘭的橫截面?zhèn)纫晥D；圖7是沿圖5的線7-7截取的絕緣支撐法蘭的橫截面?zhèn)纫晥D；圖8是沿圖5的線8-8截取的絕緣支撐法蘭的橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖9是沿圖5的線9-9截取的絕緣支撐法蘭的橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式如上所述，SP⑶S使用連接至自供電電路的一串電容器捕獲來自驅(qū)動負載的電源的能量。更具體地，SPGDS通過SCR兩端的電壓差產(chǎn)生電流及存儲電荷。然后，使用所存儲的電荷對SP⑶S的驅(qū)動器供電。然而，還如以上所描述的，SP⑶S需要改進，因為現(xiàn)在認識到SPGDS伴隨有操作和響應時間的延遲。當從特定的操作模式轉換時，電容器可能缺少足夠的電荷來對驅(qū)動器供電。結果，當電容器充電幾個周期時，在傳導電流之前，重新激活SP⑶S會呈現(xiàn)延遲。例如，在全速操作期間，一些系統(tǒng)旁路SCR而直接將功率從電源傳輸至電動機。SCR兩端不具有電壓差，則電容器會放電，使得驅(qū)動器不具有電力源。因此，當這種系統(tǒng)從全速操作轉換至SPGDS限制傳輸至電動機的功率的模式時，對驅(qū)動器供電的電容器會缺少足夠的電荷來重新啟動驅(qū)動器。SCR可以保持截止幾個周期，同時電容器創(chuàng)建足以對驅(qū)動器供電的電荷。類似地，在系統(tǒng)啟動期間，電容器可能由于缺少SCR兩端的電勢而放電。結果，在從這些未激活時段之一進行轉換期間，由于電容器重新充電，系統(tǒng)會幾個周期不進行響應。在該延遲期間，SCR可以保持截止,這導致到達電動機的功率的突變。這些突變可以導致會對系統(tǒng)內(nèi)的各種部件造成磨損的電流和轉矩波動?，F(xiàn)在轉向附圖，圖I描繪了根據(jù)本技術的示例性自動化系統(tǒng)10。如以下更詳細說明的，自動化系統(tǒng)10可以包括用于最小化電氣放電的絕緣支撐法蘭。圖I的自動化系統(tǒng)10可以例示控制負載的操作的任何數(shù)目的系統(tǒng)。在一個例子中，例如自動化系統(tǒng)10可以例示采用交流-交流(AC-AC)電動機控制的系統(tǒng)，諸如針對于 抽吸流體、操作傳送帶、處理空氣和氣體、或其它形式的工廠自動化的自動化系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)10可以包括預充電電路12，以將自供電門極驅(qū)動系統(tǒng)(SPOTS) 14維持在就緒狀態(tài)。在未激活時段內(nèi)，當另外存儲在SPGDS14中的能量可能消失時，預充電電路12可以傳輸小電流以保持SPGDS 14準備好進行響應，而在重新啟動時不具有充電延遲。單個預充電電路12的一些實施例可以傳輸足夠的電流以將具有兩個驅(qū)動器的SPGDS 14維持在就緒狀態(tài)。實際上，單個預充電電路12可以傳輸足夠的電流以將多個SPGDS 14維持在就緒狀態(tài)。一個或更多個SP⑶S 14可以連接至預充電電路12。例如，SP⑶S 14可以包括一些用以接收來自預充電電路12的能量的能量存儲裝置，諸如電容器、電感器或電池。另外，SP⑶S 14可以包括自供電電路，以便在SP⑶S 14操作時捕獲能量并且對能量存儲裝置充電。例如，自供電電路可以使用SPGDS 14兩端的電壓差來對電容器充電。例如，為了控制流過SP⑶S 14的電流，例如它可以包括可變電導的裝置，諸如晶閘管、可控硅整流器、金屬氧化物半導體門控晶閘管、閘流管、晶體管、門極關斷晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管、場控二極管、結型場效應晶體管、靜電感應晶體管或雙極結型晶體管。SP⑶S 14 (在激活時)可以控制源16和負載18之間的電流。源16例如可以包括各種電能源，諸如交流(AC)或直流(DC)電源。在AC電源的情況下，源16驅(qū)動的電流以正弦方式、作為方波、作為三角波、以不規(guī)則的形式、或任何其它交流形式在方向上交替。負載18可以包括適合于約束(harness)由源16驅(qū)動的電流的任何裝置。例如，負載18可以包括例如電感應電動機、加熱元件、電化學處理或電弧。通過選擇性地允許電流在源16與負載18之間流動，SP⑶S 14可以控制負載18的操作。為了吸取功率，預充電電路12被耦接至控制電源20?？刂齐娫?0可以是具有充足的能力使得預充電電路12能夠?qū)PGDS 14通電的任何交流電源。例如，為了降低成本，控制電源20可以是簡單的線頻率源，諸如北美洲普遍使用的60Hz、120V的交流源、或歐洲普遍使用的50Hz、220V的交流源。然而，也可以采用以其它電壓和頻率運行的控制電源20。由于預充電電路12對于控制電源20的需求會遠小于負載18對于源16的需求，因而控制電源20供應的均方根(RMS)電壓會遠小于源16供應的RMS電壓。例如，控制電源20的RMS電壓會小于源16的RMS電壓的一半或十分之一。
在工作時，預充電電路12可以連續(xù)地向SP⑶S 14傳輸小電荷，從而確保SP⑶S 14內(nèi)的對其工作供電的部件維持充足儲量的存儲電能以無延遲地重新啟動SP⑶S 14。SP⑶S14在被激活時，仍可以從預充電電路12吸取功率，但是自供電電路通過使用SPGDS 14間歇地阻斷源16與負載18之間的電流流動所產(chǎn)生的電壓差從大量SP⑶S 14吸取功率。然而，應當指出，本技術的應用不限于連續(xù)對SP⑶S 14充電的預充電電路12，在一些實施例中，預充電電路12可以間歇地工作。當SP⑶S 14未激活時，預充電電路12提供的電荷可以防止對SP⑶S 14供電的部件變得斷電。預充電電路12可以將功率從控制電源20傳送至SP⑶S 14，同時保持SP⑶S 14電隔離。由于SP⑶S 14可能從源16和負載18承受遠大于控制電源20的峰值電壓的電壓，因而電隔離會是重要的。因此，預充電電路12可以保持SPGDS 14 隔離。為了更詳細地說明預充電電路12，圖2描繪了 包括在自動化系統(tǒng)10內(nèi)的示例性預充電電路12的電路圖。為了防止電流在SPGDS 14和控制電源20之間流動，預充電電路12可以包括穿過一個或更多個線圈24的絕緣的電流回路22。電流回路22可以是延伸穿過線圈24的足夠長度的線。由于它們鄰近，穿過電流回路22的交流電流在線圈24中感應出電流?？梢约s束該感應的電流以維持SPGDS 14中的電荷。如圖2所示及如以下更詳細地說明的，預充電電路12可以包括一個或更多個絕緣支撐法蘭44，其被配置為最小化電流回路22和線圈24之間的放電。一個或更多個橋式整流器26可以對線圈24中的感應的交流電流進行整流。橋式整流器26分別布置在SP⑶S 14和線圈24之間。橋式整流器26將線圈24中的交流電流轉換為可以用于對SPGDS 14內(nèi)的存儲電容器充電的單向電流。橋式整流器26例如可以包括橋式布置的四個二極管(例如，DA1-DA4)，以實現(xiàn)全波整流。然而，應該指出，例如，其它實施例可以采用其它器件對來自線圈24的電流進行整流，諸如半波整流器。在一些實施例中，由于電流回路22的阻抗會非常低，所以預充電電路12可以包括用于降低來自控制電源20的電壓的互感器28。例如，互感器28可以是簡單的線互感器，其適于將來自控制電源20的電壓降低至0.6V。然而，其它實施例可以采用輸出不同電壓的互感器28。通過采用電流回路22，可以約束單個互感器28的輸出來對多個SP⑶S 14中的多個驅(qū)動器供電。通過對預充電電路12添加線圈回路24，單個互感器28可以支持附加的SP⑶S 14及其關聯(lián)的驅(qū)動器。電流回路22的長度和規(guī)格會是重要的，以確保在線圈24中感應足夠的電流。在一些實施例中，電流回路22采用長度在10英尺和30英尺之間的4號規(guī)格和8號規(guī)格之間的線。例如，一些實施例可以采用21英尺長的、6號規(guī)格線的電流回路22。耦接至輸出0.6V的交流電流的互感器28的這些尺寸的電流回路22可以在電流回路22內(nèi)承載約50安培的交流電流。布置在該電流回路22周圍的線圈24可以包括用于在未激活的時段內(nèi)將SPGDS14中的電容器通電的適當數(shù)目的繞組。圖3是用于實現(xiàn)圖I和圖2的預充電電路12的示例性電流回路系統(tǒng)30的透視圖。更具體地，如圖3所示，電流回路系統(tǒng)30包括用作圖2的預充電電路12的電流回路22的電流回路導體32 (例如，成形為圖3中的長棒)。另外，電流回路系統(tǒng)30包括多個電流互感器34，每個電流互感器34具有布置在電流回路導體32周圍的環(huán)形磁芯體。以上關于圖2說明的線圈24包裹在電流互感器34的環(huán)形磁芯體周圍。如上所述，軸向流過電流回路導體32的交流電流(如箭頭36所示)在包裹在電流互感器34的環(huán)形磁芯體周圍的線圈24中感應出電流。流過電流互感器34的線圈24的交流電流可以用于在未激活的時段內(nèi)對圖I和圖2的SP⑶S 14充電。更具體地，以上關于圖I和圖2說明的SP⑶S 14包括圖3所示的門極驅(qū)動板38。如所示的,每個門極驅(qū)動板38電f禹接至各功率塊(power brick)40,功率塊40串聯(lián)連接并經(jīng)由主線端子42電耦接至以上關于圖I和圖2說明的負載18。像這樣，流過電流互感器34的線圈24的交流電流可以用于在未激活的時段內(nèi)對門極驅(qū)動板38充電。同時，電流可以不從調(diào)節(jié)高電壓功率的門極驅(qū)動板38流回可以工作在低得多的電壓的電流回路導體32 ( S卩，圖2的電流回路22)。在一些實施例中，電流回路導體32可以包括具有絕 緣層的導電芯，該絕緣層具有足夠的厚度和介電強度以防止電流從線圈24流向地。例如，該絕緣層可以包括額定電壓為直流功率50kV的硅層。然而，應該指出，其它實施例可以采用其它絕緣體，諸如聚四氟乙烯、玻璃編織帶、陶瓷纖維、聚乙烯、聚丙烯、或具有足夠的介電強度的任何其它材料。另外，電流回路系統(tǒng)30包括布置在電流回路導體32周圍的多個絕緣支撐法蘭44，以進一步將電流回路導體32與電流互感器34的線圈24隔離。特別地，如以下更詳細所述，每個絕緣支撐法蘭44包括中心管狀體以及從圓形基座延伸的多個叉件，其中，中心管狀體具有位于第一環(huán)形部分和第二環(huán)形部分之間的開放空氣絕緣空間。電流互感器34可以卡到中心管狀體和從圓形基座延伸的多個叉件之間的位置。另外，絕緣支撐法蘭44的中心管狀體被配置為裝配到其它軸向相鄰的中心管狀體內(nèi)，從而將絕緣支撐法蘭44和關聯(lián)的電流互感器34保持在適當?shù)奈恢貌⑶已仉娏骰芈穼w32軸向等距地分隔開。絕緣支撐法蘭44可以由塑料(例如，注塑模制的熱塑材料)或具有足夠的介電強度的任何其它電氣等級材料(electrical grade material)制成。在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44可以有波紋以增加它們的機械強度。在安裝電流回路導體32穿過電流互感器34時，絕緣支撐法蘭44可以保護電流回路導體32的較軟的絕緣體免受機械損壞。另外，絕緣支撐法蘭44可以有助于電流回路導體32的移除和替換。另外，如圖3所示，電流回路系統(tǒng)30可以包括可安裝(螺栓連接)至功率塊40的多個法蘭安裝支架46。更具體地，法蘭安裝支架46可以安裝在交替相鄰的功率塊40之間。換言之，在一些實施例中，法蘭安裝支架46可以安裝在隔一個而相鄰的功率塊40對之間。然而，在其它實施例中，功率塊40之間的法蘭安裝支架46的間隔可以改變。例如，法蘭安裝支架46可以在1、3、4、5或更多個功率塊40的組之間分隔開。如所示的，在一些實施例中，法蘭安裝支架46可以包括大體三角形狀的平面體部分48，其具有在兩個功率塊安裝點52之間延伸的第一側50、以及從功率塊安裝點52延伸至公共頂端56的兩個其它側54。圓形孔58可以切入法蘭安裝支架46的平面體部分48，使得絕緣支撐法蘭44能夠安裝在法蘭安裝支架46內(nèi)。如圖3所示，在一些實施例中，每三個絕緣支撐法蘭44可以安裝至法蘭安裝支架46。然而，在其它實施例中，可以改變法蘭安裝支架46之間的絕緣支撐法蘭44的間隔。例如，法蘭安裝支架46之間可以支撐2、4、5、6或更多個絕緣支撐法蘭44。圖4是圖3的電流回路系統(tǒng)30的示例性絕緣支撐法蘭44的透視圖。如所示的，絕緣支撐法蘭44可以包括為環(huán)形部分的中心管狀部分60，在中心管狀部分60內(nèi)可以安裝電流回路導體32。中心管狀部分60可以包括具有第一內(nèi)徑、第一外徑和第一厚度的主管狀部分62。中心管狀部分60還可以包括上部管狀部分64，上部管狀部分64具有基本上與第一內(nèi)徑相同的第二內(nèi)徑(例如，第一內(nèi)徑的5%內(nèi))、小于第一外徑的第二外徑、以及小于第一厚度的第二厚度(例如，約為第一厚度的50%)。中心管狀部分60還可以包括下部管狀部分66，下部管狀部分66具有比第一和第二內(nèi)徑大的第三內(nèi)徑、與第一外徑基本相同的第三外徑(例如，第一外徑的5%內(nèi))、以及小于第一厚度的第三厚度(例如，約為第一厚度的50% )。一般地，一個絕緣支撐法蘭44的上部管狀部分64被配置成緊固地裝配在另一相鄰的絕緣支撐法蘭44的下部管狀部分66內(nèi)。更具體地，上部管狀部分64的第二外徑與下部管狀部分66的第三內(nèi)徑基本相同(或略小)。一般地，主管狀部分62顯著長于上部管狀部分64和下部管狀部分66兩者。例如，在一些實施例中，主管狀部分62可以比上部管狀部分64和下部管狀部分66兩者長約3-8倍之間。 還如圖4所示，絕緣支撐法蘭44包括徑向布置在中心管狀部分60周圍的第二環(huán)形部分68(即，以中心管狀部分60作為第一環(huán)形部分)。特別地，如以下更詳細說明的，環(huán)形部分68包括大體平面的部分70以及外部管狀部分72，大體平面的部分70形成從中心管狀部分60徑向延伸的環(huán)形平面，外部管狀部分72從大體平面的部分70的外邊緣軸向延伸(例如，與中心管狀部分60同心)。像這樣，如以下更詳細說明的，中心管狀部分60和環(huán)形部分68在它們之間形成固定的開放空間，在工作期間，這進一步將電流回路導體32與電流互感器34隔離。絕緣支撐法蘭44還包括大體平面的基座74，其形成從外部管狀部分72的端部76徑向延伸的環(huán)形平面。此外，絕緣支撐法蘭44包括多個叉件78。在一些實施例中，叉件78在基座74的圓周80處或附近從基座74延伸。然而，在其它實施例中，多個叉件78可以位于基座74的其它徑向位置(例如內(nèi)側)處。本文描述的實施例包括從基座74延伸并圍繞基座74在圓周上基本等間距分隔開的三個叉件78。然而，在其它實施例中，可以使用2、4、5或甚至更多個叉件78。一般地，支撐法蘭44被配置成與電流互感器34之一耦接，使得電流互感器34卡到叉件78、基座74與外部管狀部分72之間的適當位置，其中叉件78將電流互感器34保持在適當?shù)奈恢?。更具體地，叉件78中的每個包括端部82，端部82朝向外部管狀部分72徑向向內(nèi)延伸使得互感器34可以在叉件78、基座74與外部管狀部分72之間保持在適當?shù)奈恢锰?。此外，端?2包括成角度的端面84，通過在徑向方向上稍微倒退叉件78，端面84使得電流互感器34能夠移動到適當位置。盡管圖4的透視圖中未示出，但是在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44還可以包括用于防止絕緣支撐法蘭44相對于其它相鄰的絕緣支撐法蘭44旋轉的旋轉鎖定零件(locking feature)。更具體地,如下面更詳細描述的,旋轉鎖定零件可以包括凸起，凸起在主管狀部分62過渡到上部管狀部分64的軸向位置86附近,從中心管狀部分60的上部管狀部分64向外徑向地延伸。此外，旋轉鎖定零件還可以包括凹口，凹口在絕緣支撐法蘭44的下端88附近徑向地延伸至下部管狀部分66的內(nèi)壁。如下面更詳細描述的，當相鄰的絕緣支撐法蘭44圍繞電流回路導體32彼此緊挨地軸向安裝時，從一個絕緣支撐法蘭44的上部管狀部分64向外徑向地延伸的凸起與徑向地延伸到相鄰的絕緣支撐法蘭44的下部管狀部分66的內(nèi)壁中的凹口對準和配合。如此，基本上防止了相鄰的絕緣支撐法蘭44的旋轉。此外，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44可以包括在基座74的外圓周80附近的切口部分90，其有助于穿過安裝于絕緣支撐法蘭44上的電流互感器34的引線(例如線圈24)。此外，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44可以包括穿透與外部管狀部分72相鄰的基座74的一個或更多個孔92、以及與基座74相鄰的外部管狀部分72中的相關聯(lián)的凹槽94?？?2和凹槽94有助于將絕緣支撐法蘭44安裝到圖3所示的法蘭安裝支架46上。更具體地，螺栓(未示出)可以穿過孔92(若需要的話，利用凹槽94為螺栓提供空間)，使得螺栓將絕緣支撐法蘭44緊固到法蘭安裝支架46上。圖5是圖4的絕緣支撐法蘭44的俯視圖。此外，圖6-9是分別沿著圖5的線6-6、7-7,8-8和9-9截取的絕緣支撐法蘭44的橫截面?zhèn)纫晥D。圖5至9旨在更全面地描述絕緣支撐法蘭44的特征和尺寸。例如，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44的基座74的外徑ODb㈣可以約為2. 9英寸(例如，在約2. 6 3. 2英寸的范圍內(nèi))。如圖5所示，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44可以包括圍繞基座74的圓周80等 距分隔開(即，分開120度)的三個叉件78。然而，如上所述，絕緣支撐法蘭44替代地可以具有圍繞基座74的圓周80分隔開的2、4、5、或甚至更多個叉件78。此外，在一些實施例中，叉件78可以圍繞基座74的圓周80不等距分隔開。還如圖5所示，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44可以在基座74中具有布置在外部管狀部分72的相對側的兩個孔92。然而，絕緣支撐法蘭44替代地可以包括多于兩個的孔92。如上所述，孔92有助于將絕緣支撐法蘭44安裝到法蘭安裝支架46上。還如圖5所示，在一些實施例中，絕緣支撐法蘭44的基座74可以包括切口部分90，切口部分90如上所述有助于穿過安于絕緣支撐法蘭44上的電流互感器34的引線(例如線圈24)。如示出的，在一些實施例中，切口部分90可以是大體矩形的，其中內(nèi)側邊96與絕緣支撐法蘭44的中心軸線98分隔開約I. 05英寸(例如，在約0. 95 I. 15英寸的范圍內(nèi))的距離dCQ。此夕卜，在一些實施例中，大體矩形的切口部分90的內(nèi)側邊96可以具有約I英寸(例如，在約
0.9 I. I英寸的范圍內(nèi))的寬度WCQ。圖5還示出了凸起100，凸起100在主管狀部分62向上部管狀部分64過渡的軸向位置86附近從中心管狀部分60的上部管狀部分64徑向向外延伸。圖6還示出了凸起100、以及在絕緣支撐法蘭44的下端88的附近徑向地延伸到下部管狀部分66的內(nèi)壁104中的凹口 102。如上所述，凸起100和凹口 102—起形成基本上防止相鄰的絕緣支撐法蘭44旋轉的旋轉鎖定零件。更具體地，當圍繞電流回路導體32緊挨著彼此軸向安裝相鄰的絕緣支撐法蘭44時，一個絕緣支撐法蘭44的凸起100與相鄰的絕緣支撐法蘭44的凹口 102對準和配合。如圖6所示，在一些實施例中，凸起100的長度Ipkj和凹口 102的長度Iind均可為約0. 12英寸(例如，在約0. I 0. 14的范圍內(nèi))。不管準確尺寸如何，凹口 102的長度Iind可以略大于凸起100的長度I ，使得當圍繞電流回路導體32緊挨著彼此軸向安裝相鄰的絕緣支撐法蘭44時，一個絕緣支撐法蘭44的凸起100裝配到相鄰的絕緣支撐法蘭44的凹口 102內(nèi)。還如圖6至9所示，在一些實施例中，上部管狀部分64的內(nèi)徑IDus和主管狀部分62的內(nèi)徑IDms均可為約0. 63英寸(例如，在約0. 56 0. 7英寸范圍內(nèi))，并且下部管狀部分66的內(nèi)徑ID?？梢詾榧s0.81英寸(例如，在約0.72 0.9英寸范圍內(nèi))。此外，在一些實施例中，上部管狀部分64的外徑ODus可以為約0. 8英寸(例如，在約0. 72 0. 9英寸范圍內(nèi))，并且主管狀部分62的外徑ODms和下部管狀部分66的外徑ODu均可為約0. 9英寸(例如，在約0.8 I. O英寸范圍內(nèi))。不管準確的尺寸如何，如上所述，上部管狀部分64的外徑ODus將略小于下部管狀部分66的內(nèi)徑ID。，使得在圍繞電流回路導體32組裝時一個絕緣支撐法蘭44的上部管狀部分64可以裝配在相鄰的絕緣支撐法蘭44的下部管狀部分66內(nèi)。還如圖6至9所示，在一些實施例中，中心環(huán)形部分60的上部環(huán)形部分64的長度Ius可以為約0. 4英寸(例如，在約0. 35 0. 45范圍內(nèi))，中心環(huán)形部分60的主環(huán)形部分62的長度Ims可以為約3英寸(例如，在約2. 7 3. 3范圍內(nèi))，并且中心環(huán)形部分60的下部環(huán)形部分66的長度L可以為約0.4英寸(例如，在約0.35 0.45范圍內(nèi))。如此，中心環(huán)形部分60的總長度Ies可以為約3. 8英寸(例如，在約3. 4 4. 2英寸范圍內(nèi))。此夕卜，可以沿著主管狀部分62以距主管狀部分62向上部管狀部分64過渡的軸向位置86約 0.5英寸(例如，在約0.45 0.55英寸范圍內(nèi))的距離dPS，軸向地定位從主管狀部分62延伸并連接到外部管狀部分72的大體平面的部分70。還如圖6至9所示，在一些實施例中，外部管狀部分72的外徑ODqts可以為約I. 77英寸(例如，在約I. 6 I. 95英寸范圍內(nèi))，并且外部管狀部分72的內(nèi)徑IDras可以為約
1.5英寸(例如，在約I. 35 I. 65英寸范圍內(nèi))。如此，外部管狀部分72的內(nèi)徑IDqts可以顯著大于主管狀部分62的外徑0Dms，從而在主管狀部分62與外部管狀部分72之間形成固定的開放空氣空間106 ( S卩，環(huán)形開放空氣容積)。例如，假定主管狀部分62的外徑ODms為約0. 9英寸并且外部管狀部分72的內(nèi)徑IDras為約I. 5英寸，主管狀部分62的外壁108和外部管狀部分72的內(nèi)壁110分隔開約0. 3英寸的開放空氣空間距離dMS。如此，在一些實施例中，開放空氣空間距離dQAS可以大于主管狀部分62的外徑ODms的約25%。還如圖7所示，在一些實施例中，每個叉件78可以具有約0.6英寸(例如，在約0. 54 0. 66英寸范圍內(nèi))的長度Iprang，其中端部82具有約0. 09英寸(例如，在約0. 08
0.1英寸范圍內(nèi))的寬度Wmd。此外，在一些實施例中，叉件78可以具有約0. 11英寸(例如，在約0. I 0. 12英寸范圍內(nèi))的寬度Wprong。此外，在一些實施例中，基座74可以具有約0.15英寸(例如，在約0. 13 0. 17英寸范圍內(nèi))的寬度Wbase。如上所述，絕緣支撐法蘭44使得電流回路導體32能夠與圖3的電流互感器34隔離。當使用更高的電力系統(tǒng)電壓(例如，高達15kV或甚至大于15kV)時，絕緣完整變得愈加重要。傳統(tǒng)技術已經(jīng)呈現(xiàn)了高水平的部分放電和低起始電壓，從而導致最終產(chǎn)品性能退化，有內(nèi)部電弧故障的可能。本文描述的絕緣支撐法蘭44確保沒有固體介質(zhì)或陷入的氣容器與電流回路導體32或電流互感器34接觸。更具體地，固定的空氣絕緣的開放層(即，主管狀部分62與外部管狀部分72之間的固定的開放空氣空間106)消除了傳統(tǒng)系統(tǒng)中存在的部分放電問題。此外，絕緣支撐法蘭44被設計為互鎖模制輪廓，使得絕緣支撐法蘭44本質(zhì)上高度模塊化，從而增強可重用性和可替代性。如此，本文描述的實施例提供了相對于傳統(tǒng)技術的堅固的、可靠的、可標定的成本有效的替選方式。本發(fā)明還包括如下技術方案I 一種絕緣支撐法蘭，包括第一管狀部分；第二管狀部分，其被徑向地布置在所述第一管狀部分周圍并經(jīng)由固體環(huán)形部分連接到所述第一管狀部分，所述固體環(huán)形部分從所述第一管狀部分徑向向外延伸到所述第二管狀部分的第一端部，其中在所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間形成環(huán)形開放的空氣容積；環(huán)形基座，其從所述第二管狀部分的第二端部徑向向外延伸；以及多個叉件，其在所述環(huán)形基座的圓周附近從所述環(huán)形基座軸向延伸。2.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間的距離比所述第一管狀部分的外徑的約25%大。3.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第一管狀部分包括具有第一內(nèi)徑和第一外徑的主管狀部分、從所述主管狀部分的第 一端軸向延伸并具有第二內(nèi)徑和第二外徑的上部管狀部分、以及從所述主管狀部分的第二端部軸向延伸并具有第三內(nèi)徑和第三外徑的下部管狀部分，其中所述第二外徑略小于所述第三內(nèi)徑。4.根據(jù)方案3所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第一內(nèi)徑和所述第二內(nèi)徑的尺寸基本相似，并且所述第一外徑和所述第三外徑的尺寸基本相似。5.根據(jù)方案3所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述上部管狀部分包括在所述主管狀部分和所述上部管狀部分鄰接的軸向位置附近徑向向外延伸的凸起。6.根據(jù)方案5所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述下部管狀部分包括在所述第一管狀部分的端部處的、所述下部管狀部分的內(nèi)壁中的凹口。7.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述環(huán)形基座包括與所述第二管狀部分相鄰的一個或更多個孔。8.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述環(huán)形基座包括在所述環(huán)形基座的所述外圓周附近的切口部分。9.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述多個叉件中的每一個包括朝向所述第二管狀部分徑向延伸的端部。10.根據(jù)方案I所述的絕緣支撐法蘭，其中，圍繞所述環(huán)形基座的外圓周基本上均等地間隔所述多個叉件。11. 一種電流回路系統(tǒng)，包括電流回路導體棒；多個絕緣支撐法蘭，其被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，其中相鄰的絕緣支撐法蘭的管狀部分沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上配合；以及多個環(huán)形電流互感器，每個電流互感器安裝在各個絕緣支撐法蘭中，使得所述電流互感器被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，而通過其各自的絕緣支撐法蘭與所述電流回路導體棒隔離。12.根據(jù)方案11所述的電流回路系統(tǒng)，其中，每個絕緣支撐法蘭包括第一管狀部分，其被配置成沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上與相鄰的絕緣支撐法蘭的第一管狀部分配合；第二管狀部分，其被徑向地布置在所述第一管狀部分的周圍并且經(jīng)由固體環(huán)形部分連接到所述第一管狀部分，所述固體環(huán)形部分從所述第一管狀部分向外徑向地延伸到所述第二管狀部分的第一端，其中在所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間形成環(huán)形開放的空氣容積；環(huán)形基座，其從所述第二管狀部分的第二端徑向向外延伸；以及
多個叉件，其在所述環(huán)形基座的圓周附近從所述環(huán)形基座軸向延伸，其中所述各個電流互感器保持在所述多個叉件、所述環(huán)形基座與所述第二管狀部分之間的適當位置處。13.根據(jù)方案12所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述第一管狀部分包括具有第一內(nèi)徑和第一外徑的主管狀部分、從所述主管狀部分的第一端軸向延伸并具有第二內(nèi)徑和第二外徑的上部管狀部分、以及從所述主管狀部分的第二端軸向延伸并具有第三內(nèi)徑和第三外徑的下部管狀部分，其中所述第二外徑略小于所述第三內(nèi)徑，并且其中相鄰的絕緣支撐法蘭的上部管狀部分和下部管狀部分沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上配合。14.根據(jù)方案13所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述第一內(nèi)徑和所述第二內(nèi)徑的尺寸基本相似，并且所述第一外徑和所述第三外徑 的尺寸基本相似。15.根據(jù)方案13所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述上部管狀部分包括在所述主管狀部分和所述上部管狀部分鄰接的軸向位置附近徑向向外延伸的凸起。16.根據(jù)方案15所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述下部管狀部分包括在所述第一管狀部分的端部處的所述下部管狀部分的內(nèi)壁中的凹口，并且其中相鄰絕緣支撐法蘭的所述上部管狀部分的凸起和所述下部管狀部分的所述凹口配合。17.根據(jù)方案12所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述環(huán)形基座包括與所述第二管狀部分相鄰的一個或更多個孔。18.根據(jù)方案12所述的電流回路系統(tǒng)，其中，所述多個叉件中的每一個包括朝向所述第二管狀部分徑向延伸的端部。19 一種系統(tǒng)，包括串聯(lián)布置并以主線端子終止的多個電源； 多個門極驅(qū)動器板，每個門極驅(qū)動器板包括自供電門極電路，所述自供電門極電路被配置成控制經(jīng)由所述主線端子從所述多個電源至負載的電流；以及電流回路系統(tǒng)，其被配置成將功率從控制電源提供給所述多個門極驅(qū)動器板，所述電流回路系統(tǒng)包括電流回路導體棒，其被配置成使來自所述控制電源的第一電流流動；多個絕緣支撐法蘭，其被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，其中相鄰的絕緣支撐法蘭的管狀部分沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上配合；以及多個環(huán)形電流互感器，每個電流互感器安裝在各個絕緣支撐法蘭中，使得所述電流互感器被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，而通過其各自的絕緣支撐法蘭與所述電流回路導體棒隔離，其中流經(jīng)所述電流回路導體棒的所述第一電流生成通過所述電流互感器的繞組的第二電流，并且其中流經(jīng)所述電流互感器的所述第二電流向所述門極驅(qū)動器板提供功率。20.根據(jù)方案19所述的系統(tǒng)，其中，每個絕緣支撐法蘭包括第一管狀部分，其被配置成沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上與相鄰的絕緣支撐法蘭的第一管狀部分配合；第二管狀部分，其被徑向地布置在所述第一管狀部分周圍并經(jīng)由固體環(huán)形部分連接到所述第一管狀部分，所述固體環(huán)形部分從所述第一管狀部分徑向向外延伸到所述第二管狀部分的第一端部，其中在所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間形成環(huán)形開放的空氣容積；環(huán)形基座，其從所述第二管狀部分的第二端部徑向向外延伸；多個叉件，其在所述環(huán)形基座的圓周附近從所述環(huán)形基座軸向延伸，其中所述各個電流互感器保持在所述多個叉件、所述環(huán)形基座與所述第二管狀部分之間的適當?shù)奈恢锰帯?
盡管這里僅說明和描述了本發(fā)明的一些特征，但是本領域的技術人員將會想到許多修改和改變。因此，應理解，所附權利要求旨在覆蓋落在本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣的修改和改變。
權利要求
1.一種絕緣支撐法蘭，包括 第一管狀部分； 第二管狀部分，其被徑向地布置在所述第一管狀部分周圍并經(jīng)由固體環(huán)形部分連接到所述第一管狀部分，所述固體環(huán)形部分從所述第一管狀部分徑向向外延伸到所述第二管狀部分的第一端部，其中在所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間形成環(huán)形開放的空氣容積； 環(huán)形基座，其從所述第二管狀部分的第二端部徑向向外延伸；以及 多個叉件，其在所述環(huán)形基座的圓周附近從所述環(huán)形基座軸向延伸。
2.根據(jù)權利要求I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第二管狀部分的內(nèi)壁與所述第一管狀部分的外壁之間的距離比所述第一管狀部分的外徑的約25%大。
3.根據(jù)權利要求I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第一管狀部分包括具有第一內(nèi)徑和第一外徑的主管狀部分、從所述主管狀部分的第一端軸向延伸并具有第二內(nèi)徑和第二外徑的上部管狀部分、以及從所述主管狀部分的第二端部軸向延伸并具有第三內(nèi)徑和第三外徑的下部管狀部分，其中所述第二外徑略小于所述第三內(nèi)徑。
4.根據(jù)權利要求3所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述第一內(nèi)徑和所述第二內(nèi)徑的尺寸基本相似，并且所述第一外徑和所述第三外徑的尺寸基本相似。
5.根據(jù)權利要求3所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述上部管狀部分包括在所述主管狀部分和所述上部管狀部分鄰接的軸向位置附近徑向向外延伸的凸起。
6.根據(jù)權利要求5所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述下部管狀部分包括在所述第一管狀部分的端部處的、所述下部管狀部分的內(nèi)壁中的凹ロ。
7.根據(jù)權利要求I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述環(huán)形基座包括與所述第二管狀部分相鄰的ー個或更多個孔。
8.根據(jù)權利要求I所述的絕緣支撐法蘭，其中，所述環(huán)形基座包括在所述環(huán)形基座的所述外圓周附近的切ロ部分。
9.一種電流回路系統(tǒng)，包括 電流回路導體棒； 多個絕緣支撐法蘭，其被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，其中相鄰的絕緣支撐法蘭的管狀部分沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上配合；以及 多個環(huán)形電流互感器，每個電流互感器安裝在各個絕緣支撐法蘭中，使得所述電流互感器被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，而通過其各自的絕緣支撐法蘭與所述電流回路導體棒隔離。
10.一種系統(tǒng),包括 串聯(lián)布置并以主線端子終止的多個電源； 多個門極驅(qū)動器板，每個門極驅(qū)動器板包括自供電門極電路，所述自供電門極電路被配置成控制經(jīng)由所述主線端子從所述多個電源至負載的電流；以及 電流回路系統(tǒng)，其被配置成將功率從控制電源提供給所述多個門極驅(qū)動器板，所述電流回路系統(tǒng)包括 電流回路導體棒，其被配置成使來自所述控制電源的第一電流流動； 多個絕緣支撐法蘭，其被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，其中相鄰的絕緣支撐法蘭的管狀部分沿著所述電流回路導體棒在軸向方向上配合；以及 多個環(huán)形電流互感器，每個電流互感器安裝在各個絕緣支撐法蘭中，使得所述電流互感器被徑向地布置在所述電流回路導體棒的周圍，而通過其各自的絕緣支撐法蘭與所述電流回路導體棒隔離，其中流經(jīng)所述電流回路導體棒的所述第一電流生成通過所述電流互感器的繞組的第二電流，并且其中流經(jīng)所述電流互感器的所述第二電流向所述門極驅(qū)動器板提供功率。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及將預充電電路的電流回路系統(tǒng)的電流回路導體與布置在電流回路導體周圍的多個電流互感器隔離的系統(tǒng)和方法。實施例包括絕緣支撐法蘭，具有第一管狀部分；第二管狀部分；環(huán)形基座；及多個叉件。絕緣支撐法蘭被配置成沿電流回路導體的軸向方向彼此配合。多個電流互感器中的每個安裝在各自的絕緣支撐法蘭的叉件、環(huán)形基座與第二環(huán)形部分之間或保持在各自的絕緣支撐法蘭的叉件、環(huán)形基座與第二環(huán)形部分之間的適當位置處。絕緣支撐法蘭的第一與第二環(huán)形部分之間的固定的開放空氣空間將電流互感器與電流回路導體隔離，減小了電流互感器與電流回路導體之間的放電的可能性。
文檔編號H01B17/56GK102682935SQ20121004695
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·斯科特·麥克倫南, 瑪麗安娜·溫特策爾 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司