断路开关以及检测断路开关中的罗格夫斯基互感器的方法 |
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| 申请号 | CN201210461813.1 | 申请日 | 2012-09-06 | 公开(公告)号 | CN103022962A | 公开(公告)日 | 2013-04-03 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | A·费希尔; | ||||
| 摘要 | 在断路 开关 (10)中，为了检测罗格夫斯基互感器(20)的断线，在罗格夫斯基互感器上施加 电压 ，该电压由数字-模拟转换器(42)从数字 信号 转换输出。所述 数字信号 取决于所述断路开关(10)的开关额定 电流 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有至少一个开关触点(16)的断路开关(10)，具有罗格夫斯基互感器(20)、用于放大罗格夫斯基互感器(20)的输出信号的放大级(22)、用于分析由此被放大的输出信号以及用于根据分析结果引起所述至少一个开关触点(16)打开的数据处理装置(12)，并且还具有用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置(36)， |
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| 说明书全文 | 断路开关以及检测断路开关中的罗格夫斯基互感器的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种根据本发明的断路开关。本发明还涉及一种根据本发明的用于检测断路开关中的罗格夫斯基互感器的方法。 背景技术[0002] 目前在市场上可以购买到这种带有施耐德公司“NSX”标识的断路开关。 [0003] 可以将导电连接断开的断路开关具有至少一个开关触点。如果流过电流导线的电流的电流强度超过了特定的值，则应当中断导电连接。为此必须测量电流强度。其中，使用罗格夫斯基互感器来测量电流强度；这是无铁芯的线圈，即空心线圈或者一般是缠绕在塑料件上面的线圈。在罗格夫斯基互感器后面设置用于放大罗格夫斯基互感器的输出信号、即用于放大在罗格夫斯基互感器中由于电流强度的改变而通过电导体感应出的电压的放大级。此外，存在用于分析由此被放大了的输出信号并且用于根据分析结果引起至少一个断路触点打开的数据处理装置(典型地是微控制器)。 [0004] 这种断路开关的特点在于，其具有用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置。其目的在于，检测罗格夫斯基互感器的断线。如果线圈的电线受损，则在输出则得到电压偏置(Offset)，通过数据处理装置采集所述电压偏置。数据处理装置可通过这种方式来确定，罗格夫斯基互感器是否正常工作。 [0005] 现在想要为多个开关额定电流使用同一种型号的电子触发单元(ETU，electronic trip unit)。根据额定触发电流强度，电子触发单元的放大级必须对输出信号进行不同的放大。 [0006] 现在存在如下问题，即：在给罗格夫斯基互感器施加直流电压时根据放大级中的放大系数而使得偏置被不同地放大。因为数据处理装置仅具有对于测量值而言的受到限制的输入范围，这一点导致了对于不同的开关额定电流使用相同型号的断路开关的电子触发单元的限制：数据处理装置的测量范围不够大。 发明内容[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于，这样构建一种如上述类型的断路开关，使得所使用的电子触发单元可以通用，也就是说，可适用的开关额定电流的范围极大，无须分别单独地从架构技术上进行调整。 [0008] 一方面上述技术问题通过具有本发明的特征的断路开关得以实现。本发明还提供一种根据本发明用于检测断路开关中的罗格夫斯基互感器的方法。 [0009] 因此，在根据本发明的断路开关中，用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置包括数字-模拟转换器，其与通信总线耦合，为了通过数字-模拟转换器进行的转换的目的，经由该通信总线可以数字地预先给定直流电压的值。 [0010] 由于使用了数字-模拟转换器，因此可以设置合适的数据处理装置作为用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置的部件，该装置根据应当为其设计断路开关的开关额定电流来这样改变直流电压，使得所产生的偏置在所有放大系数下均为相同或者具有同样的数量级，这些放大系数通常同样根据开关额定电流来调节。 [0011] 数字-模拟转换器能够很容易地被设置在断路开关中的电路板上，因而仅占据很小的空间。 [0012] 在本发明的优选实施方式中，通信总线还与用于分析放大了的输出信号以及用于使开关触点中的一个打开的数据处理装置耦合，并且所述数据处理装置在它那一侧也被设计为：不仅用于确定放大级的放大系数，也用于确定直流电压的幅度。通过这种方式，数据处理装置在一些方面会成为放大级的部件以及用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置的部件。可在软件模块上固定这种比例配置，因为通常由此能够实现数据处理装置的相应设计，即：对数据处理装置进行相应的编程，也就是说在其软件模块上运行。所述数据处理装置也可以是生产中的PC系统。其优势在于，微控制器不必考虑与数字-模拟转换器(数字电位器)之间的相应通信。在生产中对DAC进行编程或者说调节。 [0013] 在根据本发明的方法中，关于断路开关的开关额定电流的信息被引入数据处理装置。数据处理装置必要时对取决于开关额定电流的放大级的放大系数进行调节。然而，数据处理装置首先会根据开关额定电流数字地预先给定待施加的电压的值，并且由数字-模拟转换器转换该数字地预先给定的值，从而由数字-模拟转换器输出待施加的电压。 [0014] 该方法还包括将特定类型的断路开关的ETU与特定的开关额定电流相匹配。为此必须进行的唯一的运行操作是，将关于开关额定电流的信息引入到数据处理装置，即对数据处理装置编程，该数据处理装置通常为微控制器。如果对数据处理装置的软件进行相应的设置，则可通过给出各个值以非常简单的方式实现编程。关于额定电流的信息、即相应的调节值同样也可被直接写进DAC(数字电位器)中并且被保存起来。 [0015] 所有其他步骤均通过数据处理装置自身实现。只要引入开关额定电流相关数据后，通常就自动地或者在操作输入后通过断路开关自身实现检测。数据处理装置或微控制器简单数字地输出待施加电压的值，并且采集罗格夫斯基互感器的反馈，也就是说检测是否存在意味着断线的特定偏置。附图说明 [0016] 下面借助附图进一步阐述根据本发明的断路开关的优选实施方式，附图中： [0017] 图1以示意电路根据本发明的实施方式示出了为理解本发明的断路开关的主要部件，以及 [0018] 图2示出了用于给罗格夫斯基互感器施加直流电压的装置的主要部件，如根据本发明的断路开关可以具有的那样。 具体实施方式[0019] 整体以10标注的断路开关具有微控制器12，其被设置为用于控制机械触发单元14，所述机械触发单元在它那一侧作用于开关触点16。可借助开关触点16来中断断路开关 10的两个接头18a与18b之间的导电连接。 [0020] 通常要测量流经导线的电流的电流强度，在此则借助罗格夫斯基互感器20进行测量，罗格夫斯基互感器20在图1中没有示出导线。罗格夫斯基互感器，也被称作罗格夫斯基线圈，包括空心线圈，即被缠绕在塑料芯上的线圈(或者甚至无芯)。电流强度的改变会导致在罗格夫斯基互感器20中感应出电压，通过微控制器12来采集所感应出的电压程度。如果由微控制器12给出的分析表明电流强度过高，则控制触发单元14来打开开关触点16。 [0021] 现在，同一个断路开关10应当适用于不同的额定电流。然而，微控制器12仅具有受限的测量范围，这就涉及可能的输入值。因此，断路开关10包括具有运算放大器的放大级22，该放大级经由电阻24与罗格夫斯基线圈20耦合，罗格夫斯基线圈以其另一端耦合地接地(“GND”)。此外，放大器22的输入端E1通过由电容器26与电阻28组成的并联电路同样耦合地接地。 [0022] 放大器22的输出端A经由具有电阻30和32的分压器同样耦合地接地，其中，在电阻30和32之间的中间电压抽头34与放大器22的第二输入端E2耦合。 [0023] 此外，放大器22的输出端与微控制器12的输入端E3耦合。 [0024] 当对于微控制器12额定电流已知时，微控制器12可以以未示出的方式这样控制放大器22，使得设置合适的放大系数，从而相应的信号以微控器12的可能的输入值的数量级降落额定电流。替换地，放大系数(将ETU与开关的额定电流匹配)在生产中的通过I2C通信被写入数字电位器，所述数字电位器对放大系数进行调节。数字电位器对应于图1中的电阻32。 [0025] 现在应当检测罗格夫斯基互感器20是否存在可能的断线，即线圈是否受损。为此在罗格夫斯基互感器20上施加直流电压，并且在断线的情况中通过微控制器12的ADC来采集由放大级22产生的偏置。所述偏置以下述方式形成：如果不存在任何断线，则偏置或偏置电压就非常低，因为线圈的内阻非常小(例如约200欧姆)。由通过电阻40的电流以及在罗格夫斯基线圈20的内阻上由此产生的电压降得出所述偏置电压。如果存在断线，则罗格夫斯基线圈20的内阻就很高(理论上无限)。因此，有故障的罗格夫斯基线圈的内阻比前置电阻40大许多倍。因此，在线圈的内阻上降落DAC 36的几乎所有的输出电压。偏置电压也相应地很大。在其后连接的放大级因而几乎完全被控制并且例如信号地向微控制器12传递过载情况/短路情况。因此，如果电流互感器(罗格夫斯基线圈)出现故障，则会导致断路开关的触发。 [0026] 如下预先给定直流电压，即，数字-模拟转换器36通过通信总线38(I2C总线)获得数字输入信号，并且将该输入信号直接转为模拟电压，经由电阻40将该模拟电压引入罗格夫斯基互感器。在此尤其是应当设置，微控制器12具有用于通信总线I2C的相应的输出端，以便将相应的信号引入数字-模拟转换器36。 [0027] 通过这种方式，可相应地选出数字-模拟转换器36输出的适合于放大器22的放大的直流电压值，使得微处理器12可以借助输入信号来精确地区分，是否在一定程度上存在意味着罗格夫斯基互感器20上断线的偏置或者是否并非如此。 [0028] 罗格夫斯基线圈36的检测电路可被构造得更加复杂，即具有数字-模拟转换级42，其相对于接地通过电容器44隔开直接地输出正的测试信号DAC_Test+、即正直流电压，并且可选地通过电阻46与运算放大器48(即其反向的输入端)将所述正的测试信号DAC_Test+转为负的测试电压DAC_Test-，其中，运算放大器48通过电阻50和电容52反馈，所述负的测试电压的值相同，然而符号相反。因此，同样能够微分地实施模拟输入线路(20， 24，26，28)的断线检测。 [0029] 在更加复杂的断线测量(例如微分测量)中，优选不仅使用正直流电压，还要使用负直流电压。将正直流电压DTC_Test+以及负直流电压DAC_Test-同时引入罗格夫斯基互感器20。 |
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