由磁性補償裝置的伺服控制和包括該裝置的接觸器的製作方法

2023-08-01 20:48:51 3

專利名稱：由磁性補償裝置的伺服控制和包括該裝置的接觸器的製作方法
技術領域：
本發明涉及接觸器保護領域，特別是配合裝置的接觸器保護，以補償電動排斥力， 所述電動排斥力趨於使得觸頭的障礙性斷開產生磨損，甚至使觸頭熔接在一起。本發明涉 及這樣的補償裝置的優化以使得接觸器的總體尺寸和耗電量儘可能低，同時使得它們能夠 在由於短路而發生過載的情形下正確實現它們的功能。
背景技術：
在接觸器中，為了保證電流流動，在用作彈簧從而保證觸頭之間的壓力的機構和 通過電流流動在觸頭的水平處產生的排斥力之間建立一平衡。接觸器通常設計為經得起其 額定電流的大約若干倍，例如12倍的均方根電流(rms currents)，其取決於負載控制。超 過該數值(figure)，排斥力佔主導地位並能夠克服壓簧的作用以使得觸頭分離然後電流一 減小就閉合回來。但是，在觸頭之間的電擊產生熔接的危險，或者至少會過度磨損。因此， 接觸器傳統上與電流中斷或限制裝置有關，其防止在短路或者大的過載的情形下從那裡流 過過多的電流，以使得接觸器原則上沒有時間遭受任何損壞。但是，如果過載對應不那麼高的均方根電流(例如，額定電流的大約十五倍)，限 制裝置並不動作，至少不立即動作。過載電流帶事實上存在，其中觸頭排斥閾值被超過而沒 有限制電流。為了補償在所述時間間隔中電動排斥力的影響，從而分開過載的發生和電路 的斷開而無需輕率地增大壓力彈簧的尺寸，已經提出磁性補償器，例如在文獻FR2517463、 US3887888或EP0974997中。補償裝置，也稱作磁性「U」或「鐵手」，包括兩個磁性部分，在 它們之間形成圍繞可動觸頭的可變空氣間隙以形成電磁體。磁性補償器可以以相對於接觸器殼體固定的方式定位，在所述情形下，當執行中 斷時，它會妨礙觸頭的斷開並削弱接觸器的性能。因此，所述兩個部分之一，其為U形的，優 選地連接到可動觸頭支承機構。磁性補償器尺寸適合以不對額定電流下操作中的接觸壓 力產生任何明顯影響。當過載形成顯著的排斥力時，補償器有效地增強接觸壓力，從而保持 觸頭在閉合位置。但是，磁性U直接作用在電磁體的可動部分上，在大補償力的情形下，它會將該可 動部分扯開，特別是對於交流電磁體。為了抵消這種影響，將必須增大接觸器保持電流，但 是這會破壞總體尺寸以及增大接觸器的耗電量。

發明內容
本發明的目的之一在於，通過優化磁性補償器的操作而減小現有磁性補償器的一 些缺點。特別地，本發明涉及電磁體的保持電流(在閉合位置的電流)的控制以在正常操 作中保持該電流在最小值並且僅當接觸力必須由磁性U補償時才增大電流。由於該不相關 聯性(dissociation)，排斥所產生的力並不導致促動器被扯開，並且在正常操作中耗電量 保持最小，不會使得促動器尺寸過大。根據本發明的特徵之一，本發明涉及裝備有伺服控制磁性補償裝置的接觸器。該接觸器優選地包括至少一個具有兩個觸頭的可動橋和由線圈和可動部分形成的電磁促動 器，所述可動部分固定地附著到耦合到接觸橋的觸頭保持器裝置以驅動接觸橋。補償裝置， 其也是本發明的對象，包括兩個能夠相對於彼此運動的磁性部分，優選地為U形部分和大 致平面的部分，所述大致平面的部分將U的凹陷閉合但在其間保留非零的空氣間隙。接觸 器的可動觸頭的傳導支承部位於所述兩個磁性部分之間以形成電磁體。所述支承部功能性 耦合到磁性部分之一以使得空氣間隙的減小在觸頭閉合方向施加力。接觸器的促動器線圈設置有能夠被控制的電力供應裝置。根據一種可選方案，線 圈能夠包括多個繞組，電力供應裝置包括中斷裝置，例如電晶體，從而使得其中一個繞組能 夠斷開以改變線圈產生的電場，從而根據中斷裝置的控制改變由磁性部分中的電磁體產生 的力。根據另一實施例，磁性補償器的線圈包括供電裝置，所述裝置的控制使得在線圈中流 動的電流能夠得以改變，例如經由調製信號的頻率，特別是電壓調製。線圈電力供應裝置使得能夠伺服控制後者，從而根據補償器形成的動作伺服控 制促動力。這些裝置與用於測量表示在補償器的兩個磁性部分內也就是接觸器觸頭之間流 動的電流的量的裝置，以及用於將該表示的量和閾值相比較而命令電力供應裝置的裝置有 關。用於測量的裝置能夠是不同類型的，例如能夠直接測量在電極之間流動的電流，或者測 量與電流相關的參數。特別地，測量裝置包括用於測量在補償器的磁性部分內的磁通量的
直ο


其它的優點和特徵將從下面僅僅是示例性地給出而絕非以限制性的例證目的的 給出的示出在附圖中的本發明的特定實施例的描述變得更加明顯，在附圖中圖1示出根據本發明的能夠與伺服控制相關聯的裝備有補償裝置的接觸器機構。圖2示出在存在短路的情況下通過現有技術的磁性保持器在接觸器中相對於時 間施加的力。圖3示出根據本發明的優選實施例的補償器的使用。圖4A和4B根據本發明的接觸器的實施例的線圈的伺服控制的圖形。圖5示出根據本發明的接觸器的另一實施例的伺服控制。
具體實施例方式圖1示意性地示出單極接觸器10的斷開和閉合機構。兩個導體12每一個支承靜 觸頭14，該靜觸頭14協同可動觸頭16在斷開和閉合位置之間操作。兩個可動觸頭16通過 橋的方式彼此固定，並通過電磁裝置20促動，該電磁裝置20包括線圈22，該線圈22與固定 地附著到可動觸頭16的支承部18的觸頭保持器裝置24相關聯。容納在觸頭保持器24內 部的極彈簧26在觸頭14、16之間產生力以保持觸頭閉合，它決定接觸壓力FP。觸頭保持器24進一步支承磁性補償器30，該磁性補償器30包括通過耦合或者通 過簡單的擠壓而固定在觸頭橋18上的第一磁性部分32和第二 U形磁性部分34，兩個部分 安置為使得形成一貫穿開口，觸頭橋18位於該開口中。這樣，當觸頭14、16閉合時，磁性補 償器30形成電磁體18、32、34。它的部件安置和尺寸確定成以使得無論它們磨損程度如何 在觸頭14、16的閉合位置在兩個磁性部分32、34之間保持非零的空氣間隙e。
當電流I在導體12中流動時，排斥力Fk產生在觸頭14、16的位置處，並將觸頭16 偏壓到斷開位置。該力Fk總是更強的，因為導體12為J形狀的，因此在觸頭14、16處兩個 分支中的電流在相反方向流動。而且，在由兩個磁性部分32、34形成的磁性電路中，磁通量 Φ產生在補償器30內。該通量通過空氣間隙e並因此在橋18和第二 U形部分34之間產 生補償力Fc，該補償力加到彈簧26的力FP。如圖2所示，這樣，能夠注意到，在第一「正常」操作階段，特別地，在額定電流下， 觸頭的排斥力Fk最小，如同鐵手30產生的力Fc。極彈簧26的力Fp保證觸頭14、16保持閉 合。電流I增大得越多，而壓力Fp保持恆定，排斥力Fk增大得越多，鐵手30的力Fc也是如 此，其達到形成補償器30的磁性材料的飽和的漸近線Fmax。電磁體20其本身在觸頭14、16上施加力FE。傳統上，該力Fe是恆定的，取決於線 圈22中流動的電流以保持促動器20閉合，其稱作保持電流。由於補償器30的構型，電磁 體20受到由前面的不同的力產生的應力F，並且，特別對應鐵手30和極彈簧26的排斥力Fk 和壓力FP+FC之間的差異。促動器20受到的力F是「鍾」形式的。但是，磁性U 30確實直 接作用在促動器20的可動部分18、24上，並且，在強力的情形下，當促動器20能夠承受的 力&超出時(圖2)，施加的應力F會導致可動部分24扯開。線圈22中的電流通常保持最 小以減小耗電量，同時保證觸頭14、16的閉合。為了防止扯開，解決方案之一可以通過增大 電流而增大促動器20的力FE，或者增大鐵手30的尺寸。根據本發明，提出僅當必要時才改變促動器20承受的力Fe。特別地，提出使用稱 作電子線圈的線圈22，並根據在導體12中流動的電流I調節其電力供應。如果電流I超 過額定電流某一閾值，線圈22的電力供應增大以使得促動器20的力&超過產生的應力F。 這樣，可以防止扯開而不必增大鐵手30的尺寸。特別地，選取的閾值Itl可以對應接觸器10承受的最大峰值電流的一半，其使得促 動器20的線圈22中的電流增大可預見。例如，如果接觸器10設計用於400A的額定電流， 也就是，極彈簧26設計對於每毫秒8000A的峰值電力觸頭14、16不斷開，儘管從15 X 400 = 6000A起電流I被視為故障電流，電流I 一旦達到Itl = 4000A，信號就表明線圈22的保持 電流必須增大。當IOOkA的短路電流I在100微秒後達到脫扣值而彈簧26保持接觸器閉 合大約200微秒時，該閾值Itl是適合的，如圖2所示，促動器20承受的最大力F尚未達到。 其它的可選方案也是可以的。為了伺服控制線圈22，裝置被採用來檢測電流I超過閾值Itl，或者直接取決於電 流的量超過閾值。根據一個實施例，直接通過接觸器10中存在的電流傳感器進行測量。一 些接觸器10，尤其是大範圍的接觸器，實際上能夠使用電子磁熱保護裝置用的電流測量。根 據另一實施例，通過適當的傳感器檢測到的閾值涉及電流I施加在接觸器10的部件上並且 特別是在設置用於該目的的第二磁性部分34上的力。例如，應變儀插入在磁性補償器30 和電磁體20之間，並且使得處理電路能夠從該測量確定線圈22中的電流的伺服控制觸發 閾值。根據優選實施例，為了更大的精確地和靈敏度，表示電流的量直接在磁性補償器 30上得以確定。特別地，如圖3所示，對於裝備有鐵手30的接觸器10』的另一實施例，通量 Φ的探測(exploratory)繞組40配合在第二 U形部分34周圍。在電線12、18中流動的 電流I在補償器30中產生通量Φ。該通量通過繞組40進行測量，其利用數值的表格將代表性的通量值傳輸到處理裝置42，例如比較裝置。特別地，感應電壓是U = 2ηΧ π XfXO 的形式的，其中η為繞組40的圈數，f為電流I的頻率。對於頻率為f = 50Hz的4000A的 電流，通量將為1. 25 ^e-tl4Wb,其對應1. 98V的感應電壓，如果探測線圈40包括η = 50圈的 話。處理裝置42這樣能夠將2V的閾值與感生電壓相關聯以觸發線圈22的伺服控制。與測量裝置40相關聯的處理裝置42使得能夠通過快速檢測到的供應電流I過調 (overshoot)閾值Itl，特別地通過特徵量(U，力...)的過調。裝置44然後接收對應該過調 的信號並將該信息傳遞到線圈22的電力供應以伺服控制電力供應。因為當線圈22的電力 供應被改變時補償器30閉合，因此在該改變與促動器20施加的力Fe的增大之間沒有潛在 性。而且，伺服控制裝置44設計用以快速反應以使得促動器20的力Fe大於促動器20受 到的力F。在前面的優選實施例中，促動器20承受的峰值力F發生在大約0.35ms。根據本 發明，優選地，對於線圈22的操作規程的改變預先發生，並優選地，在從閾值Itl(或者測量 的量U、Φ等的等價物)過調開始的200微秒內。根據圖4Α所示的第一替代實施例，激勵線圈22是具有串聯配合的至少兩個繞組 22Α、22Β的系統，第一保持繞組22Α具有比第二浪湧(inrush)繞組221B更高的電阻。例 如，繞組22A包括2400圈100歐的電阻，繞組22B包括200圈1. 1歐姆的電阻。在正常操 作中，保持繞組22A是起主要作用的並保證線圈22中的電流。在存在過載電流時，伺服控 制裝置44發送信號到中斷裝置46以斷開組件的保持繞組22k。浪湧電阻22B佔據優勢，並 產生更高的電力供應。對於反應的系統，中斷裝置46是電晶體類型的是有利的。伺服控制 裝置44 一旦接收到表明來自處理裝置42的過載的信號，電晶體46就被要求斷開，以實現 在小於100微秒內高速增大電壓前部U22 (圖4B)。在另一實施例中，線圈22以電子的方式通過脈寬調製(PWM)信號供應。特別地， 線圈22的電力供應直接從控制監測裝置48(圖3)而得以執行，針對控制電壓產生預定寬 度T的脈衝。如圖5所示，在正常操作規程中，脈衝信號具有第一頻率Π，例如標稱頻率f 的1%，從而使得在線圈22中獲得平均保持電流I1,所述平均電流I1對應在兩個脈衝之間 減小的電流的平均值。伺服控制裝置44 一旦接收到來自處理22的表明過載的信號，它們 就傳遞脈衝頻率增大指令到控制監測裝置48以使得在第二脈衝頻率f2處獲得的平均電流 I2以充分的方式增大以抵消經受的力F。使得頻率翻倍，特別地f2 =固定頻率的2%，被證 明確實足以實現期望的效果。線圈22的電力供應的這種類型的改變也是非常快速的，特別 地，促動器20在0. 1毫秒內反應。電流I 一旦返回到額定值，線圈22的伺服控制就優選地通過返回最小保持電流而 繼續，也就是，線圈22中的電流在輸電線保護開關裝置脫扣之前在瞬態電流過程中或者故 障階段增大。儘管已經參照具有觸頭橋18的接觸器10描述了本發明，但是本發明並不限於此。 本發明可以涉及其它部件，特別地，轉換開關、繼電器或者其它類似裝置。本發明優選地用 於其中集成有電流傳感器的高等級的接觸器10中，補償裝置30和伺服控制然後能夠配合 在現有的接觸器中。而且，用於線圈22的電流的伺服控制的其它系統能夠得以提供，用於 測量表示供應電流I的閾值Itl的過調量的其它裝置也能夠得以提供。還可以容忍促動器 20的部分斷開，因此在「測量的量/確定閾值過調和觸發伺服控制/伺服控制/在促動器 20上實際動作」過程中稍微不那麼高速的動作。在促動器20的斷開和觸頭14、16的斷開
7開始之間，對應極彈簧26的變形(在前面的情形下為大約4毫米的距離)的等待時間因此 逝去。
權利要求
一種針對電氣設備(10)的觸頭(14，16)的排斥的磁性補償裝置(30)，該電氣設備裝備有觸頭(14，16)的電磁促動器(20)，包括線圈(22)，該線圈的電力供應裝置(46，48)能夠被控制，所述裝置(30)包括第一磁性部分(32)和第二磁性部分(34)，該第一磁性部分用以功能性耦合到傳導可動觸頭支承部(18)，該第一和第二磁性部分之間限定可變的非零空氣間隙(e)和通道，所述可動觸頭支承部(18)定位於其中以形成電磁體；其特徵在於還包括用於測量表示在所述觸頭(14，16)之間流動的電流(I)的量的裝置(40)；將表示所述觸頭(14，16)之間流動的電流(I)的量與閾值(I0)相比較的處理裝置(42)，以及用於根據所述處理裝置(42)的結果控制所述線圈(22)的電力供應裝置(46，48)以當所述觸頭(14，16)之間流動的電流(I)超過所述閾值(I0)時增大所述線圈(22)的電流供應的裝置(44)。
2.如權利要求1所述的磁性補償裝置，其中，所述用於測量表示電流的量的裝置包括 用於測量由磁性部分(32，34)中的電流⑴感應的通量(Φ)的裝置(40)。
3.根據權利要求1或2所述的磁性補償裝置，其中，所述第二部分(34)是U形的，並且 所述第一部分(32)是板形式的。
4.一種電氣設備(10)，包括能夠相對於彼此運動的至少一對觸頭(14，16)；所述觸頭 (14，16)的電磁促動器(20)，其包括線圈(22)，該線圈(22)的電力供應裝置(44,46)能夠 被控制；以及如權利要求1-3中任一項所述的磁性補償裝置(30)，該磁性補償裝置耦合到 接觸器(10)的可動觸頭(14)的傳導支承部(18)並耦合到所述線圈(22)的電力供應裝置 (46，48)。
5.一種電氣設備(10)，包括:能夠相對於彼此運動的至少一對觸頭(14，16)；所述觸頭(14，16)的電磁促動器(20)，其包括線圈(22)，該線圈與可動觸頭(16)的傳 導支承部(18)形成電磁體；針對所述觸頭(14，16)的排斥的磁性補償裝置(30)，其包括第一磁性部分(32)和第 二磁性部分(34)，所述第一磁性部分功能性地耦合到所述可動觸頭(16)的支承部(18)，在 所述第一和第二磁性部分之間限定可變的非零空氣間隙(e)和通道，所述可動觸頭支承部 (18)定位於其中以形成電磁體，其特徵在於，所述設備進一步包括能夠被控制的所述促動器(20)的線圈(22)的電力供應裝置(46，48)；用於測量表示所述觸頭(14，16)之間流動的電流⑴的量的裝置(40)；將表示所述觸頭(14，16)之間流動的電流(I)的量與閾值(Itl)進行比較的處理裝置 (42)；用於根據所述處理裝置(42)的結果控制所述線圈(22)的電力供應裝置(46，48)以當 所述觸頭(14，16)之間流動的電流⑴超過所述閾值(Itl)時增大所述線圈(22)的電流供 應的裝置(44)。
6.如權利要求4或5所述的電氣設備，其中，所述線圈(22)包括多個串聯的繞組(22A， 22B)，所述線圈(22)的電力供應裝置包括中斷裝置(46)，該中斷裝置使得所述繞組的至少 一個(22A)能夠被斷開。
7.如權利要求6所述的電氣設備，其中，所述中斷裝置包括電晶體(46)，所述處理裝置包括發送所述電晶體(46)的斷開信號。
8.如權利要求4或5所述的電氣設備，其中，所述線圈(22)的電力供應裝置包括控制 監測裝置(48)，該控制監測裝置使得所述線圈(22)的供應電壓能夠得以調製。
9.如權利要求8所述的電氣設備，其中，所述處理裝置(44)包括用於改變所述線圈 (22)的供應電壓的調製頻率的裝置。
10.如權利要求4-9中任一項所述的電氣設備，包括支承兩個可動觸頭(16)的可動觸 頭橋(18)、兩個靜觸頭(14)、與所述可動觸頭橋(18)相關聯並固定地附著到電磁促動器 (20)的可動部分上的觸頭保持器裝置(24)，其中，所述磁性補償裝置(30)的第二部分(34) 與所述觸頭保持器裝置(24)相關聯，而所述第一部分(32)壓在所述可動觸頭橋(18)上。
全文摘要
為了防止促動器被固定到接觸器(10)的可動觸頭(16)的橋(18)上的磁性補償裝置(30)扯開，本發明提出根據接觸器(10)中流動的電流(I)伺服控制促動器(20)的線圈(22)。補償器(30)中的電流(I)產生的通量因此能夠被測量，與閾值進行比較，以及線圈(22)的電力供應被增大以準確地增大促動器(20)的力(FE)以抵消在觸頭(14，16)的水平處的排斥力(FR)。通過這種解決方案，可以在接觸器(10)的正常操作中保持線圈(22)中的保持電流最小並減小過載開始時發生斷開的危險而無需增大由於磁性保持器(30)所致的慣性。
文檔編號H01H1/54GK101944442SQ20101022100
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者克裡斯琴·D·巴塔伊, 米歇爾·勞雷爾 申請人:施耐德電器工業公司