用于控制电路断路器的致动器电路 |
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| 申请号 | CN201380021604.8 | 申请日 | 2013-04-22 | 公开(公告)号 | CN104254899A | 公开(公告)日 | 2014-12-31 |
| 申请人 | 阿尔斯通技术有限公司; | 发明人 | 皮特·冯·爱勒曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于致动 电路 断路器 控制器 的 致动器 电路，其特征在于，所述电路包括并联在两个 端子 (5、6)之间的两个支路，并且在于，所述第一支路仅包括第一线圈(1)；所述第二支路包括第二线圈(2)，所述第二线圈(2)具有较所述第一线圈(1)小的阻抗并且与由 开关 电路控制的开关(3) 串联 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于致动电路断路器控制器的致动器电路，其特征在于，所述电路包括并联在两个端子(5、6)之间的两个支路，并且在于， |
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| 说明书全文 | 用于控制电路断路器的致动器电路技术领域背景技术[0003] 控制器可以是液压、气体流动或弹簧类型的。本发明更特别地针对弹簧控制器进行描述，但同样适用于其它类型的控制器。 [0004] 在致动器机构的作用下，弹簧控制器机械地动作以断开或者闭合电路断路器的触头。传统的致动器机构包括当有电流通过时对柱塞进行驱动的线圈。柱塞被连接到棘轮机构以使得线圈通过移动柱塞并因此移动棘轮机构来驱动弹簧控制器的机械操作。 [0005] 适于具有通过自身的电流并能够移动柱塞和棘轮的线圈通常包括缠绕磁芯的1103匝。这意味着线圈的电感很高，也就是其时间常数很大，因为时间常数正比于电感。因此，已知的技术方案的动作时间一般达到5.5微秒(ms)。 [0006] 该数值大大增加了电路断路器的断路时间。因为通常要求60赫兹(Hz)的电网络中的高电压电路断路器在两个周期内排除故障，所以其断路时间被限制为33.3ms。为了达到该数值，致动器机构的动作时间应当被尽可能地限制。 [0008] 这意味着微处理器或者晶体管的故障将导致控制机构无法工作。因此，即使该文献的教示被转用于控制诸如电路断路器之类的电气切断设备，也不会得到具有令人满意的可靠性水平的控制器装置。 [0009] 实际上，中电压或高电压电路断路器投入使用的持续时间通常跨度为25至40年。该持续时间对于致动器电路并且尤其对于诸如晶体管之类可能具有较短使用寿命的部件而言是非常漫长的。使部件存在导致电路断路器故障的风险的技术方案无法令人满意。 [0010] 文献US 5159522涉及一种也包括两个线圈的电离合器。所述线圈中的一个线圈对离合器进行致动并且另一个线圈将电离合器保持在致动状态。 [0014] 该类型的电路无法被转用于控制电路断路器。对于电路断路器，根据IEC标准622271-1，§5.4.4.5.4，在激活电路中必须被断路的电流必须小于4安培(A)(DC)。这意味着，对于给定的电压则需要一定的最小电阻值。举例而言，对于110伏特(V)以及4A而言，线圈和电阻元件的电阻之和必须至少为27.5欧姆(Ω)。 [0015] 此外，机构的停滞时间应当很短，通常小于300ms以符合IEC标准62271.100，§4.104中所列的工作周期。 [0016] 这意味着线圈的固有电阻应当很小，通常为4Ω。因此，电阻元件的电阻至少为23.5Ω。 [0017] 这些数值具有两个结果：由电阻元件耗散的能量是由线圈耗散的能量的六倍，这并不是所希望的。进一步地，线圈需要具有非常少的匝数以具有非常小的固有电阻。流入所述线圈的4A的电流不会产生足以将可移动部分致动到其致动位置的磁通。 发明内容[0019] 所述第一支路仅包括第一线圈；以及 [0021] 借助于本发明，致动器电路的动作时间被减少并且与电路断路器的速度要求保持兼容。 [0022] 所述第一支路具有提供冗余的功能。如果第二支路例如由于部件的故障而变得无法工作，则第一支路确保控制器的致动功能。因此，部件的故障并不阻止所述装置工作。因为所述第一线圈的阻抗大于所述第二线圈的阻抗，所以流入所述第一线圈的电流相对于所述第二线圈中的电流保持很低并且可以通过辅助开关被断路。 [0023] 根据一个优选特性，所述开关电路适合于在所述两个端子之间施加电势差之后对流入所述第二线圈的电流的强度进行限制，并且在预定时间段之后断开所述第二支路。 [0024] 因此，待断路的电流保持在小于4A(DC)的数值，并且遵守IEC标准622271-1的条件。 [0026] 这些部件有助于得到致动器电路的短的动作时间。 [0027] 根据一个优选特性，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在同一芯。因此，产生感应电流，尤其是当所述第二线圈中的电流被断路时在所述第一线圈中产生电流，所述感应电流使得有可能确保柱塞执行完整的移动。 [0028] 本发明还提供了一种包括上述致动器电路的电路断路器控制器。所述电路断路器控制器可以是弹簧控制器。 [0029] 本发明进一步提供了一种包括上述设置有致动器电路的控制器的电路断路器。 [0031] 通过阅读以非限定示例的方式并且参照附图进行描述的优选实施例，其它的特点和优点将显现出来，在这些附图中： [0032] 图1为示出了装有弹簧控制器的电路断路器的图示，该弹簧控制器设置有本发明的致动器电路；以及 [0033] 图2示出了本发明的致动器电路。 具体实施方式[0034] 参照图1，中电压或高电压电路断路器20包括提供了用于对电路断路器的触头进行移动所需的能量和扭矩的弹簧控制器21。 [0035] 电路断路器20和控制器21是常规的，除了涉及一种对控制器11进行驱动的致动器22之外。在此不对电路断路器和控制器进行详述。以下对致动器电路进行详述。 [0036] 参照图2，本发明的致动器电路包括并联在端子5和6之间的两个支路，可在端子5和6上施加电势差以使致动器电路工作。 [0037] 第一支路仅包括一个线圈1。举例来说，线圈1包括1000匝并且具有35Ω的阻抗。该支路具有提供冗余的功能。如果第二支路例如由于部件的故障而变得无法工作，则第一支路确保弹簧控制器的致动功能。致动器电路随后处于被称为“降级工作模式”的工作模式下。 [0038] 第二支路包括线圈2以及以下所述的其它部件。举例来说，线圈2包括363匝并且具有3.55Ω的阻抗。自然地，可以为线圈1和2选择其它的阻抗值，只要线圈1的阻抗大于线圈2的阻抗。第二支路提供“正常”工作模式。 [0039] 因为阻抗的差异，降级模式(第一支路)中的工作将稍微慢于正常模式(第二支路)中的工作。举例而言，在样品上测量到的数值在正常模式中为3.2ms而在降级模式中为5.5ms。 [0040] 在一个实施例中，线圈1和2都通过缠绕同一芯而形成。 [0041] 以下对第二支路进行说明。从端子5开始，线圈2与能够断开第二支路的开关串联连接。开关被连接到端子6。在一个优选实施例中，开关主要包括晶体管3。晶体管3是场效应晶体管，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)类型的场效应晶体管。晶体管3的漏极被连接到线圈2，并且晶体管3的源极被连接到端子6。其它类型的部件可以被用作开关，特别是NPN结型晶体管、晶闸管或者机械继电器。 [0042] 晶体管3使得有可能将线圈2中流动的电流的强度限制为可能使用辅助开关来断开电流的数值。如上所述，辅助开关的断流容量被限制在4A的最大电流。通过具有3.55Ω阻抗的线圈2，并且在不存在对电流进行限制的晶体管3的情况下，如果在位于两个支路各自的末端处的端子5和6上施加电压，则将在线圈2中引起31A的电流。因为该数值远远大于4A的最大容许限度，所以正是晶体管3在对线圈2中流动的电流进行限制。 [0045] 晶体管8的集电极还被连接到电阻器12的一个端子，电阻器12的另一个端子被连接到端子5。晶体管8的发射极被连接到端子6。举例而言，电阻器12具有56千欧姆(kΩ)的电阻。 [0046] 晶体管8的基极被连接到齐纳二极管9的正极，齐纳二极管9的负极首先被连接到并联连接的电容器10和电阻器11处。电容器10和电阻器11被连接到端子6。举例而言，电容器10具有0.1微法拉(μF)的电容并且电阻器11具有56kΩ的电阻。 [0047] 齐纳二极管9的负极其次被连接到电阻器13，电阻器13被连接到端子5。举例而言，电阻器13具有200kΩ的电阻。 [0048] 开关电路工作如下。 [0049] 一旦在端子5和6上施加电势差，就有电流流入第二支路并因而流入线圈2，并且电容器10经由电阻器13进行充电。当电容器的端子处的电压达到某一值时，例如，达到预先给定的数值10.7V时，电流在晶体管8中从发射极流向基极。 [0050] 因为电阻器12的存在，晶体管8的集电极以及晶体管3的栅极的电势随后下降。 [0051] 晶体管3随后断开第二支路，以使得流入线圈2中的电流在大约2ms之后被断路。 [0052] 应当注意到，因为线圈1的阻抗高于线圈2的阻抗，所以流入线圈1中的电流总是保持足够低以能够被辅助开关断路。 [0053] 如上所述，线圈1和2优选地被缠绕在同一芯上。这就产生了感应电流。当晶体管3使线圈2中的电流流动断路时，所述线圈在线圈1中感应出电流。该感应电流可以用来维持对机构的柱塞进行移动所需的磁场。线圈2中的电流例如在2ms之后被断路。该时间段对于柱塞达到自身的致动的最终位置过于短暂。线圈1中感应的电流则有可能使柱塞完成自身的冲程。 [0054] 在一个变型中，晶体管3的控制电路是阻容(RC，resistance-capacitance)电路。在这种情况下，在端子5与晶体管3的栅极之间连接一个电容器，并且在端子6与晶体管3的栅极之间连接一个电阻器。对电阻器和电容器的电阻和电容进行选择以使得RC时间常数等于预定值，例如，2ms。 [0055] 应当注意到，本发明并不仅应用于气体绝缘变电站(GIS)中，而且还可以应用于在室内或室外使用的其它类型的连接设备，例如，空气绝缘开关装置、或多油断路器。 |
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