用于控制接触器的方法和控制单元 |
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| 申请号 | CN201380080861.9 | 申请日 | 2013-11-12 | 公开(公告)号 | CN105723492B | 公开(公告)日 | 2017-10-17 |
| 申请人 | ABB技术有限公司; | 发明人 | B·伦丁; G·约翰森; P·弗兰森; | ||||
| 摘要 | 本公开涉及一种在用于断开 接触 器装置1的控制单元12中执行的方法50。接触器装置1包括在允许 电流 在电流通路中流动的闭合 位置 以及电流通路被破坏的断开位置之间可移动的承载件8。控制单元12被配置为通过激励电磁 电路 的线圈6实现承载件8在闭合位置和断开位置之间的移动。该方法50包括：通过使线圈6去激励开启接触器装置1的断开，其中，所述去激励包括使用包括放电元件37的去磁电路40，放电元件37被设置为消耗线圈6中的 能量 ；在第一时间点旁通52放电元件37；以及再激励53线圈6。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在用于断开接触器装置(1)的控制单元(12)中执行的方法(50)，所述接触器装置(1)包括在允许电流在电流通路中流动的闭合位置以及电流通路被破坏的断开位置之间可移动的承载件(8)以及配置成能够使所述承载件(8)处于其完全断开位置的分离弹簧(7a，7b)，所述控制单元(12)被配置为通过激励电磁电路的线圈(6)实现所述承载件(8)在所述闭合位置和所述断开位置之间的移动，所述方法(50)包括： |
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| 说明书全文 | 用于控制接触器的方法和控制单元技术领域背景技术[0002] 在电网络内，接触器通常用于转换大的电流。这些接触器被设计用于转换在各种应用的正常状态期间发生的负载电流。接触器被设计为使得能够接通、传导和断开电流。 [0003] 电磁操作的接触器通常包括在两端位置之间移动的弹簧加载的电枢。电枢是电磁电路的一部分。在第一端位置，电枢断开，然后电流通路断开，并且在第二端位置，电枢闭合，然后接触器闭合，从而提供电通路。通常接触器是单稳态装置并且休止位置是断开位置而相反的位置有时被使用。电枢被设置为相对于固定的接触元件来移动可动接触元件，从而当移动可动接触元件远离固定的接触元件并且通过反向移动进行接触时断开电通路。电枢的移动通过电磁电路的线圈激励来实现，线圈通常绕着电枢的部分或围绕电磁电路的固定部分缠绕。 [0004] 这种接触器的操作必须将电压施加在线圈上，使电流通过线圈，从而在电磁体中产生磁通量。磁通量吸引电枢，其强迫接触器的触头闭合。在闭合状态中，接触器装置的分离弹簧和接触弹簧均偏置并且包含高的势能。当需要断开接触器时，电磁电路被去激励，从而开始断开。当电磁被释放时，弹簧中的势能被转换为动能并且保持可动接触元件的电枢朝向其断开位置快速移动。为了避免由该移动引起的接触器中的弹跳效果和/或高的机械冲击，需要注意这种动能。 [0005] 橡胶阻尼器的使用是通过吸收能量减少动能的已知的方式。然而，尽管橡胶阻尼器可吸收高达50％的能量，但只这些不够，因为剩余的能量产生所谓的向回行进(back travel)，其中接触器的接触器元件再次朝向闭合状态移动。这增加了再闭合接触器的风险。 [0006] 另一可行方案是使用液压阻尼器或其它先进的阻尼器，但是这种方案昂贵并且通常仅在尤其高端的应用中可行。 [0008] 本公开的目标是解决或至少缓解上述问题中的一个或多个。 [0009] 目标根据第一方面通过在用于断开接触器装置的控制单元中执行的方法实现。接触器装置包括在允许电流在电流通路中流动的闭合位置与电流通路被破坏的断开位置之间可移动的承载件。控制单元被配置为通过激励电磁线路的线圈实现承载件在闭合位置和断开位置之间的移动。该方法包括：通过使线圈去激励开启接触器装置的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件的去磁电路40，放电元件被设置为消耗线圈中的能量；在第一时间点旁通放电元件；以及再激励线圈。 [0011] 目标根据第二方面通过用于断开接触器装置的控制单元实现，接触器装置包括在允许电流在电流通路中流动的闭合位置以及电流通路被破坏的断开位置之间可移动的承载件。控制单元被配置为通过激励电磁电路的线圈实现承载件在闭合位置和断开位置之间的移动。控制单元被配置为： [0012] -通过使线圈去激励而开启接触器装置的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件的去磁电路，放电元件被设置为消耗线圈中的能量， [0013] -通过使线圈去激励而开启接触器装置的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件的去磁电路，放电元件被设置为消耗线圈中的能量， [0014] -使线圈去激励。 附图说明[0016] 图1示出了电磁操作的接触器装置。 [0017] 图2示出了图1的接触器装置的电路图。 [0018] 图3示出了本公开的实施例。 [0019] 图4示出了本公开的另一实施例。 [0020] 图5示出了根据现有技术在断开过程期间线圈电流和承载件移动的图。 [0021] 图6示出了当实施本公开的方面时断开过程期间线圈电流和承载件移动的图。 [0022] 图7示出了根据本公开用于控制接触器装置的方法的步骤的流程图。 [0023] 图8示出了根据本公开适于控制接触器装置的控制单元。 具体实施方式[0024] 在下面的描述中，为了解释但非限制的目的，阐述了特定细节，诸如特定架构、接口、技术等，以便提供完整的理解。在其它示例中，已知装置、电路、组件和方法的详细的描述被省略以便因不必要细节而使描述晦涩。在整个描述中，相同的参考标号指示相同或相似的元件。 [0025] 图1示出了电磁操作的接触器装置1，本公开的方面可被应用于该接触器装置。接触器装置1包括被设置为接通或断开电通路3例如以控制电路中的电通路的接触部2。接触部2包括可动接触元件4a以及在下面表示固定接触元件4b、4c的第一和第二固定接触元件4b、4c。当固定接触元件4b、4c与可动接触元件4a机械接触时，存在闭合的电通路3，否则电通路被破坏(断开)。 [0026] 接触器装置1进一步包括电磁体10。电磁体10包括动磁部5a、定磁部5b和线圈6。在下文中，动磁部5a和定磁部5b的结合也被表示为磁体5a、5b。磁体5a、5b关于彼此可移动并且定磁部5b可例如用螺栓连接到墙上等。可例如为U型的磁体5a、5b并且在本领域内熟知的，配置成使得U型动磁部5a的两个支腿部与U型定磁部5b的相应两个支腿部基本上相同轴向延伸。U型磁体5a、5b的支腿部从而具有相对端表面，在相对端表面之间产生气隙11。将理解电磁体10可能可选地以任何其它传统方式设计。 [0028] 电磁体10机械地连接到触头承载件8，在下文中表示为承载件8。特别地，电磁体10的动磁部5a机械地连接到承载件8。承载件8也机械地连接到可动接触元件4a。指示为接触弹簧15的弹簧元件可被设置在承载件8中，以便使可动接触元件4a偏置，例如通过被设置在承载件8和可动接触元件4a之间。 [0029] 为了断开接触器装置1，承载件8被设置以将接触部2的可动接触元件4a与接触部2的固定接触元件4b、4c分离，从而破坏电通路3。承载件8还被设置以在可动接触元件4a和固定接触元件4b、4c之间闭合接触，从而闭合电通路3并且允许电流流动。承载件8被设置以通过在两个端部位置之间可移动而实现。反过来移动通过控制电磁体10实现。 [0030] 当线圈6未被激励时，即，当不存在流动通过线圈6的电流时，在下文中指示为分离弹簧7a、7b的弹簧元件7a、7b被设置为按压动磁部5a的部分远离定磁部5b，从而增大气隙11，并且将接触器装置1放置在其完全断开的位置，即，可动接触元件4a不与固定接触元件 4b、4c相互连接。在本公开的方面中，这些分离弹簧7a、7b(也被称为复位弹簧)的动能以及接触弹簧15的动能通过使用电磁体10而被处理。 [0031] 当电压被施加到线圈6时，电流流动通过线圈6并且磁体5a、5b被磁化。由此产生的磁场将磁体5a、5b吸引到彼此。当足够的电流在线圈6中流动时，承载件8开启移动(在图1的设置中向下的方向上)。当将供应到线圈6的电压断开时，接触器的断开开启。 [0032] 控制单元12被提供用于控制接触器装置1以及特别地控制其断开、保持和闭合。控制单元12包括各种装置，例如电路、电子电路、处理电路、存储器、电压源以及用于激励线圈6并控制承载件8的移动以及控制接触器装置1的其它操作的装置等。以标号13、14示出的电路或传感器装置可被设置用于确定线圈电流和线圈电压。这种传感器装置13、14可以是控制单元12的一部分或可以是为控制单元12提供测量值的分离设置的装置。 [0033] 简而言之，在本公开的方面中，电磁阻尼通过在开启断开之后以受控的方式使线圈6再激励而提供。简单的拉入力从而产生，以抵消承载件8远离闭合的位置的移动。再激励被实施从而产生足够强度的力以在释放之后减慢向回行进，同时足够弱以阻止再连接接触器装置1的完全的颠倒移动(即，闭合移动)。 [0034] 电磁体10从而在接触器装置10的断开期间被激活以便产生制动力并且从而减小承载件8以及进而减小可动接触元件4a的速率。在各个实施例中，制动力通过在断开阶段期间激活电磁体10而实现。在本公开的方面中，用于在断开阶段激活电磁体10的适当时机被确定。 [0035] 图2示出了显示图1的接触器装置1的实施的示例性电路图。通过电压源9(参照图1)供应电压Ui。通过连接电压源9执行接触器装置1的闭合，同时通过断开电压源9执行断开。可经由全波整流器30供应供应电压，当供应电压是直流电压时全波整流器30的输出电压Us是直流电压，当供应电压是交流电压时全波整流器30的输出电压Us是全波整流的交流电压。输出电压Us被供应到接触器装置1的线圈6。线圈6串联连接到第一电子开关(例如晶体管)31并且也被指示为测量电阻器32的小串联电阻器32，设置用于电流测量。线圈6以与续流二极管33反平行的方式连接。 [0036] 控制单元12通过第一开关31的帮助适于通过脉冲宽度调节控制通过线圈6的电压。控制单元12将控制信号Uc输出到第一开关31的栅极并且通过脉冲宽度调节例如使用恒定脉冲频率并通过可变脉冲宽度来控制第一开关31。控制单元12被供应发生在测量电阻器32上的电压Um，测量电阻器32的电压是通过线圈6的电流的测量。通过与控制单元12并联设置的电阻器34、35形成的电压分压器将测量的信号Usm传递到控制单元12，其中测量的信号Usm与电压Ui成比例。 [0037] 图3示出了针对本公开的实施例可实施的接触器装置1的电路示图。图2中使用的相同的参考标号也用于图3，用于指示相同或相应的部件并且上面参照图2给出的相同的描述也适用于图3。 [0038] 除了对应于图2中示出的组件之外，图3的电路包括去磁电路40。去磁电路40包括第二电子开关36(例如晶体管)以及与第二开关36并联连接的放电元件37。这种放电元件的示例包括电阻器、稳压二极管、变阻器等。去磁电路40被设置为消耗线圈6中的能量并且从而使线圈6去激励。控制单元12适于通过控制信号例如通过将电压控制到第一开关的栅极来控制第二开关36，从而以传统的方式断开或闭合第二开关36。在附图中通过电压Ud表示控制信号。将注意控制单元12可适于以各种可选的方式控制第二开关36，例如通过经由第一开关31控制第二开关36。 [0039] 在接触器装置1的闭合状态期间，当电压源9正在提供电力时，电流流动通过线圈6和续流二极管33，并且线圈电感高。当使线圈6去激励时，即，当断开电压源9并且从而去除电压Ui时，第二开关36和第一开关31被断开并且线圈电流流动通过放电元件37，放电元件37从而消耗能量。没有去磁电路40消耗能量，线圈电流将在达到对于断开过程开启足够低的值之前将循环相当长的时间。这种断开过程对于将接触器装置1可使用来说将花费太长的时间，因此使用去磁电路40。 [0040] 将注意的是电压通过电压源9提供的Ui(以及从而为整流电压的Us)可以多种方式断开。特别地，电压源9可总是这样被连接到电路，并且控制单元12可接收例如具有ON/OFF值的控制信号Scontrol，基于控制信号，控制单元12将电压Us提供或不提供给电路的组件。在下文中，当电压Us未提供到电路时，电压源9可以说被断开。然而，这将在广义上被解释，包括如描述的控制信号Scontrol的使用。 [0041] 在本公开的第一实施例中，去磁电路40和特别地其第二开关36被用于实现制动力以抵消承载件8的动能。接触器装置1的断开从而通过断开电压源9而开启，并且第二开关36被断开。在特定时间(将参照图5和6更详细地描述)时，第二开关36再一次闭合，从而旁通放电元件37并且电流流动通过续流二极管33。电流由于承载件8的移动而在线圈产生，该电流将产生电磁体10的制动力。由自感实现的该制动力使用已经存在的组件和用于控制该制动力的方法可通过软件方案和/或使用硬件实施，例如，软件方案使用诸如处理器中执行的计算机程序的软件指令来实施，硬件使用诸如专用特定集成电路的硬件、现场可编程栅极阵列、离散逻辑组件等来实施。然而，由自感产生的制动力对于所有接触器装置应用来说可能不够高，但是非常适用于许多接触器装置。 [0042] 在本公开的第二实施例中，仍参照图3，第一开关31和第二开关36被用于实施期望的制动力。对于第一实施例，接触器装置1的断开通过断开电压源9而开启，并且第二开关36被断开。如之前提到的，这可通过控制信号Scontrol实现。在特定时间，第二开关36再一次被闭合，从而旁通放电元件37并且电流流动通过续流二极管33。在该特定时间或稍后，第一开关31也被闭合。电压Ui从而再连接，因此增大通过线圈6的电流并产生制动力。通过线圈6的电流应被控制以避免产生足够高的电流来颠倒承载件8的移动的任何风险。第一开关31从而如之前关于图2描述的被控制。特别地，通过第一开关31的辅助，控制单元12适于通过脉冲宽度调节控制通过线圈6的电压。控制单元12将控制信号Uc输出到第一开关31并且通过使用传统的脉冲宽度调节用可变脉冲宽度对其控制。该实施例还可通过使用现有组件被实施，并且通过软件方案实施控制。此外，可产生的制动力高，并且该实施例用于与第一实施例相比更额外的接触器装置。 [0043] 图4示出了本公开的第三实施例，尤其是控制电路的原理图。在该实施例中，电容器42连接到电压源9。二极管41与电容器42串联联接。此外，第三电子开关43被引入。第三开关43尤其是其断开和闭合通过由控制单元12提供的控制信号Ub控制。第三开关43与二极管41并联连接。 [0044] 电容器42可在接触器装置1的闭合状态和/或保持状态期间充电。对于电容器装置1还被配置为附加状态例如空闲状态，电容器42也可在这种状态期间充电。可直接通过如图 4的二极管41直接实现充电，或通过为电容器42提供适当的电压和电流的附加电路(未示出)实现充电。 [0045] 接触器装置1的断开通过断开电压源9而开启。第一开关31和第二开关36被控制以便被断开。当前电流流动通过放电元件37并且线圈电流被减小。当接触器装置1开启断开时，即，当移动磁体5a开启从固定磁体5b分离时，第一开关31和第三开关43被闭合(分别通过控制信号Uc和Ub)。当前电容器通过线圈6放电，从而增加线圈电流并产生制动力。 [0046] 电容器42的大小可以确定成用于获得通过线圈6的电流的期望值，例如，其额定电压被适当选择。在该实施例的变型中，电容器42可通过使用附加电路(未示出)被充电至特定电压(specific voltage)Ucap，用于提供期望的线圈电流以及从而用于特定应用的需要的制动力。这种附加电路的示例包括充电泵。 [0047] 电容器42提供电力，用于即使在电压供应9不可用于电磁制动承载件8的目的的情况下也产生制动力。由于电压供应9通常被配置为在正在闭合和闭合状态期间连接并在正在断开和断开状态期间断开。 [0048] 图5示出了根据现有技术在断开过程期间线圈电流和承载件移动的图。通过参考标号100指示的图示出了承载件8位置作为时间的函数并且通过参考标号101指示的图示出了在断开期间通过线圈6的电流。承载件8位置的导数，即图100的导数给出了承载件8的速度。如从图5明白的，该速度非常高，导致断开弹跳。断开弹跳以箭头102示出。 [0049] 图6示出了当实施本公开的方面时在断开过程期间线圈电流和承载件移动的图。通过参考标号110指示的图示出了承载件8位置作为时间的函数并且通过参考标号111指示的图示出了在断开期间通过线圈6的电流。如从图5明白的，图110的导数小于图5的相应的图100的导数。即，相比于现有技术方案，图8的速度减小。图6从而示出了通过使用本公开可减小并且甚至消除断开弹跳。 [0050] 根据本公开并且如各个实施例中已经描述的，在用于提供通过线圈6的电流的断开过程的开启之后，电压被施加到线圈6。该电压应该在适当的时间点施加。例如，基于模拟和/或经验，施加电压的时间可被确定，使得从断开的开启即从使线圈6去激励到用于使线圈6再激励的时间点经过的时间导致在承载件8达到其完全断开位置之前的足够长的制动周期。 [0051] 图7示出了根据本公开的用于控制接触器装置1的方法50的步骤的流程图。方法50可在控制单元12中执行用于断开接触器装置1。接触器装置1包括在允许电流在电流通路中流动的闭合位置与电流通路被破坏的断开位置之间可移动。控制单元12被配置为通过激励电磁电路的线圈6在闭合位置和断开位置之间实现承载件8的移动。方法50包括通过使线圈6去激励而开启51接触器装置1的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件37的去电磁电路40，放电元件37被设置为消耗线圈6的能量。 [0052] 方法50包括在第一时间点旁通52放电元件37。 [0053] 方法50包括再激励53线圈6。 [0054] 在最基本的实施中，线圈6简单地通过旁通放电元件37而再激励53，再激励通过由承载件8的移动在线圈6中感应(即自感应)的电流提供。该自感应电流然后提供制动力，如之前已经描述的。 [0055] 在实施例中，再激励53包括将电压Us、Ucap施加到线圈6。这种实施例与基本实施例相比可提供较大的制动力。 [0056] 在以上实施例的变型中，方法50包括控制电压源9、42的电压Us、Ucap，以提供通过线圈6具有低于朝向其闭合位置移动电磁电路的承载件8所需的电流的值的电流。控制单元12可被配置以保证避免任何向回行进，消除由于制动力导致接触器装置1再次闭合的任何风险。 [0057] 在实施例中，再激励53包括将电容器42与线圈6并联连接。再激励53然后可包括通过线圈6使电容器42放电。 [0058] 在以上实施例的变型中，方法50包括将电容器42充电至可配置电压，可配置电压提供期望的线圈电流。 [0059] 在实施例中，通过使线圈6去激励的接触器装置1的断开的开启51包括断开电压源9，电压源9被设置为提供通过线圈6用于在闭合位置保持承载件8的电流。 [0060] 图8示出了根据本公开适于控制接触器装置1的控制单元12。控制单元12可包括处理器60，处理器60包括中央处理单元(CPU)、多重处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路等的一个或多个的任意组合，其能够执行存储在存储器61中的软件指令，软件指令从而可以是计算机程序产品61。处理器60可被配置为执行如关于图7描述的方法的各种实施例中的任意实施例。 [0061] 仍参照图8，存储器61可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。存储器61还可包括永久存储器，其例如可以是磁储存器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装存储器中的任意单个或组合。 [0062] 控制单元12可进一步包括用于从外部装置接收数据的输入/输出(I/O)装置63。例如，I/O装置63可用于接收控制信号，诸如控制信号Scontrol。 [0063] 控制单元12用于断开所描述的接触器装置1，特别地包括在允许电流在电流通路中流动的闭合位置以及电流通路被破坏的断开位置之间可移动的承载件8。控制单元12被配置为通过激励电磁电路的线圈6实现承载件8在闭合位置和断开位置移动。控制单元12被配置为： [0064] -通过使线圈6去激励开启接触器装置1的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件37的去磁电路40，放电元件37被设置为消耗线圈6中的能量； [0065] -在第一时间点旁通放电元件37；以及 [0066] -再激励线圈6。 [0067] 在实施例中，控制单元12通过将电压Us、Ucap施加到线圈6而再激励。控制单元12例如可被配置为控制用于实现此的开关31、36、43中的任意一个或任意组合。 [0068] 在实施例中，控制单元12被配置为控制电压源9、42的电压Us、Ucap，以提供通过线圈6具有低于朝向其闭合位置移动电磁电路的承载件8所需的电流的值的电流。 [0069] 在实施例中，控制单元12被配置为通过将电容器42与线圈6并联连接而再激励。 [0070] 在实施例中，控制单元12被配置为通过使电容器42通过线圈6放电而再激励。 [0071] 在实施例中，控制单元12被配置为将电容器42充电至可配置电压，可配置电压提供期望的线圈电流。 [0072] 在实施例中，控制单元12被配置为通过使线圈6去激励开启接触器装置1的断开，通过断开被设置为提供通过线圈6用于在闭合位置保持承载件8的电流的电压源9而使线圈6去激励。 [0073] 本公开的教导还包含包括用于实施如上描述的方法的计算机程序62和计算机程序62在其上存储的计算机可读装置的计算机程序产品61。计算机程序产品61可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。计算机程序产品61还可包括永久存储器，其例如可以是磁储存器、光学存储器、固态存储器中的任意单个或组合。 [0074] 本公开的教导从而包括用于如上所述的控制单元12的计算机程序62。计算机程序62包括计算机程序代码，当其在控制单元12特别地其处理器60上运行时，使得控制单元12： [0075] -通过使线圈6去激励开启接触器装置1的断开，其中，去激励包括使用包括放电元件37的去磁电路40，放电元件37被设置为消耗线圈6中的能量； [0076] -在第一时间点旁通放电元件37；以及 [0077] -再激励线圈6。 |
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