專(zhuān)利名稱：分壓裝置、電壓傳感器、跳脫裝置模塊及電氣保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成為多層結(jié)構(gòu)的電容器領(lǐng)域，具體而言涉及形成為這樣的結(jié)構(gòu)的電
容分壓器。 本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)為減小輸入電壓的電容分壓裝置，所述裝置包括形成在由絕緣層 隔開(kāi)的多層結(jié)構(gòu)的不同高度上的電極，所述電極包括施加所述輸入電壓的第一和第二主電 極以及從所述輸入電壓提供減小電壓的公用電極。 本發(fā)明還涉及電壓傳感器、跳脫裝置模塊和提供有這樣電容分壓裝置的電氣保護(hù) 設(shè)備。
背景技術(shù)：
歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP 0631144描述了包括兩個(gè)電容分壓器網(wǎng)絡(luò)的電壓傳感器，該電 容分壓器網(wǎng)絡(luò)裝備有設(shè)計(jì)為提供減小電壓的公用終端，所述網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接且集成在多 層結(jié)構(gòu)中的電容器。在這些多層結(jié)構(gòu)中，這些電容器的電極由多晶硅層形成，該多晶硅層設(shè) 置在由介電層電絕緣的兩個(gè)至少部分重疊的層級(jí)上。 現(xiàn)有技術(shù)電容分壓器的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們存在相對(duì)高的輸出阻抗。而且，這些電容 分壓器形成在呈現(xiàn)很大尺寸的多層結(jié)構(gòu)上，該尺寸直接取決于串聯(lián)連接的電容器的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)提出設(shè)計(jì)為減弱輸入電壓的電容分壓裝置而解決現(xiàn)有技術(shù) 的電容分壓器的技術(shù)問(wèn)題，所述裝置包括形成在由絕緣層分開(kāi)的多層結(jié)構(gòu)的不同層級(jí)上 的電極，所述電極包括施加所述輸入電壓的第一和第二主電極以及提供從所述輸入電壓減 弱的電壓的公用電極，其特征在于，所述第一和第二主電極形成在所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)且相同 的層級(jí)上，該公用電極形成在所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)層級(jí)上，所述公用電極設(shè)置為與該第一主 電極形成第一電容單元，并且與該第二主電極形成第二電容單元，所述裝置至少包括形成 在該多層結(jié)構(gòu)的再一個(gè)層級(jí)上的第一輔助電極，并且設(shè)置為與該公用電極形成第一輔助電 容單元，并且所述輔助電極和該第二主電極朝著該多層結(jié)構(gòu)的一側(cè)延伸，以經(jīng)由線性導(dǎo)體 將所述輔助電極電連接到該第二主電極。 該公用電極優(yōu)選形成在相對(duì)于所述第一和第二主電極的層級(jí)的相繼的層級(jí)上。
該電容分壓裝置優(yōu)選包括形成在該多層結(jié)構(gòu)的特定層級(jí)上的多個(gè)輔助電極，每個(gè) 輔助電極設(shè)置為與形成在相繼特定層級(jí)上的該輔助電極形成輔助電容單元，所述輔助電極 連接到該第二主電極或該公用電極以獲得每個(gè)輔助電容單元與該第二電容單元的并聯(lián)連 接。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該電容分壓裝置包括預(yù)定數(shù)量N的輔助電極，該輔助電極形成 在表示為從1至N級(jí)的該多層結(jié)構(gòu)的特定層級(jí)上，該第一輔助電極的該特定層級(jí)對(duì)應(yīng)于1 級(jí)，輔助電極設(shè)置在連接到該第二主電極的奇數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上，輔助電極設(shè)置在連接到 該公用電極的偶數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上。優(yōu)選地，形成在奇數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上的每個(gè)輔助電極朝著該多層結(jié)構(gòu)的設(shè)置該第二主電極的一側(cè)延伸，形成在偶數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上的每個(gè)輔助
電極和該公用電極朝著橫向相對(duì)側(cè)延伸，從而借助于線性導(dǎo)體將該些電極彼此連接。優(yōu)選
地，至少一個(gè)線性導(dǎo)體傳導(dǎo)通過(guò)該多層結(jié)構(gòu)的相繼層級(jí)。 每個(gè)輔助電極的特定層級(jí)優(yōu)選對(duì)應(yīng)于該多層結(jié)構(gòu)的相繼層級(jí)。
本發(fā)明還涉及電壓傳感器，其包括-輸入電壓的兩個(gè)輸入端子，-電容分壓裝置，連接到所述輸入端子，以根據(jù)所述輸入電壓提供減弱的電壓，以 及-處理電路，連接到所述分壓裝置以提供代表所述輸入電壓的信號(hào)， 所述傳感器的特征在于，所述電容分壓裝置是如上所述的分壓器，所述輸入端子
分別連接到該第一和第二主電極，所述處理電路連接到該公用電極。 該電壓傳感器的該處理電路優(yōu)選包括阻抗匹配裝置。該阻抗匹配裝置優(yōu)選包括與
該電容單元并聯(lián)連接的電阻器，所述電阻器的值選擇為相對(duì)于操作頻率最小化截止頻率。 本發(fā)明還涉及電氣保護(hù)設(shè)備的跳脫裝置模塊，所述模塊包括至少一個(gè)電流傳感器
和處理裝置，所述至少一個(gè)電流傳感器測(cè)量受所述設(shè)備保護(hù)的至少一個(gè)電導(dǎo)體中流過(guò)的電
流，所述處理裝置根據(jù)所述電流的值提供跳脫信號(hào)，所述模塊的特征在于，它包括如上所述
的電壓傳感器，所述處理裝置包括用于決定連接到所述電流傳感器和所述電壓傳感器的功
率和/或功率因數(shù)的裝置，所述跳脫信號(hào)尤其取決于所述功率和/或所述功率因數(shù)的值。 本發(fā)明還涉及電氣保護(hù)設(shè)備，其設(shè)計(jì)為安裝在至少一個(gè)電導(dǎo)體上，所述設(shè)備包括
可活動(dòng)接觸、控制所述可活動(dòng)接觸開(kāi)或關(guān)的操作機(jī)構(gòu)以及與所述機(jī)構(gòu)聯(lián)合操作的跳脫裝
置，以響應(yīng)于電氣故障而引發(fā)所述可活動(dòng)接觸的斷開(kāi)，所述設(shè)備的特征在于，所述跳脫裝置
包括如上所述的跳脫裝置模塊，所述模塊提供有電壓傳感器和電流傳感器。 本發(fā)明還涉及電氣保護(hù)設(shè)備，設(shè)計(jì)為安裝在至少一個(gè)電導(dǎo)體上，所述設(shè)備包括可
活動(dòng)接觸、控制所述可活動(dòng)接觸開(kāi)或關(guān)的操作機(jī)構(gòu)以及與所述機(jī)構(gòu)聯(lián)合操作的跳脫裝置，
以響應(yīng)于電氣故障引發(fā)所述可活動(dòng)接觸的斷開(kāi)，所述跳脫裝置包括測(cè)量所述電導(dǎo)體中流過(guò)
的電流的電流傳感器和根據(jù)所述電流提供跳脫信號(hào)的處理裝置，所述設(shè)備的特征在于，該
跳脫裝置還包括如上所述的電壓傳感器，所述處理裝置包括用于決定連接到所述電流傳感
器和所述電壓傳感器的功率和/或功率因數(shù)的裝置，所述跳脫信號(hào)取決于所述功率和/或
所述功率因數(shù)的值。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電容分壓器的多層結(jié)構(gòu)。 圖2是圖1的多層結(jié)構(gòu)的等效圖。 圖3表示電容分壓器的另一個(gè)實(shí)施例，與圖1所示的實(shí)施例相比，其包括降低的輸 出阻抗。 圖4是圖3的多層結(jié)構(gòu)的等效圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的電氣保護(hù)設(shè)備的示意圖。 圖6表示根據(jù)本發(fā)明的電壓傳感器的阻抗匹配裝置的第一實(shí)施例。 圖7表示根據(jù)本發(fā)明的電壓傳感器的阻抗匹配裝置的第二實(shí)施例。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電氣保護(hù)設(shè)備的透視圖。 圖9是圖8所示電氣保護(hù)設(shè)備的跳脫裝置模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。 圖10是示出圖9所示模塊的電流傳感器和電壓傳感器的透視圖。 圖11是示出裝配圖9所示模塊的電流傳感器和電壓傳感器的導(dǎo)電體的透視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，電容分壓器形成在多層結(jié)構(gòu)1中，該多層結(jié)構(gòu)1包括由絕緣層2分隔的 幾個(gè)層級(jí)上的電極。電容分壓器的電極包括使得能夠施加輸入電壓VE的第一主電極3和 第二主電極4。第一和第二主電極也可以分別稱為電勢(shì)電極和測(cè)量電極。多層結(jié)構(gòu)l還包 括提供從輸入電壓VE減弱的電壓VS的公用電極6。更準(zhǔn)確地講，減弱電壓通常提供在公用 電極6和第二電極4之間。 由圖1可見(jiàn)，第一和第二主電極3和4形成在多層結(jié)構(gòu)1的同一層級(jí)8上。公用 電極6則是形成在多層結(jié)構(gòu)的另一層級(jí)9上。 由圖2可見(jiàn)，公用電極6設(shè)置為與第一主電極3形成第一 電容單元Cl ，并且與第二 主電極4形成第二電容單元C2。 更準(zhǔn)確地講，在圖1所示的實(shí)施例中，公用電極6形成在相對(duì)于所述第一和第二主 電極的層級(jí)8的相繼層級(jí)9上。換言之，公用電極6設(shè)置為面對(duì)第一和第二主電極3和4 的每一個(gè)。因此，第一電容單元由第一主電極3、公用電極6和隔開(kāi)所述電極的絕緣層2形 成。以類(lèi)似的方式，第二電容單元由第二主電極4、公用電極6和隔開(kāi)所述電極的絕緣層2 形成。因此，圖2所示的電容單元對(duì)應(yīng)于兩個(gè)電容器Cl和C2，兩個(gè)電容器Cl和C2包括基 本上由公用電極6形成的公用電樞(common armature)。 在未示出的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在這兩個(gè)層級(jí)之間設(shè)置幾個(gè)絕緣層和可能的中 間電極，公用電極可以形成在相對(duì)于所述第一和第二主電極的層級(jí)不相繼的層級(jí)上，即形 成在遠(yuǎn)離所述第一和第二主電極的層級(jí)上。例如，中間電極的至少一部分可以設(shè)置為與第 一主電極和公用電極形成第一電容單元，相當(dāng)于串聯(lián)連接的電容器。以同樣的方式，中間電 極的至少一部分可以設(shè)置為與第二主電極和公用電極形成第二電容單元，相當(dāng)于串聯(lián)連接 的電容器。這樣的實(shí)施例尤其使得能夠?qū)⑹┘釉诿總€(gè)主電極和公用電極之間的電壓分布在 串聯(lián)連接的幾個(gè)電容器上，使電容分壓器能夠吸收較高的電壓。 圖1所示的電容分壓器還包括形成在多層結(jié)構(gòu)的其它特定層級(jí)(即形成在標(biāo)注為 21和22的特定層級(jí))上的兩個(gè)輔助電極11和12。特定層級(jí)的含義是多層結(jié)構(gòu)的層級(jí)之 一，其特征是它包括輔助電極。第一輔助電極11設(shè)置為與公用電極6形成第一輔助電容單 元。更準(zhǔn)確地講，第一輔助電極11形成在特定層級(jí)21上，特定層級(jí)21對(duì)應(yīng)于形成公共電 極的層級(jí)9的相繼層。換言之，第一輔助電極11設(shè)置為面對(duì)公用電極6。因此，圖2所示的 第一輔助電容單元對(duì)應(yīng)于電容器CA1，其包括與電容器C2的公用電樞。
就第二輔助電極12而言，后者設(shè)置為與形成在特定層級(jí)22上的輔助電極形成第 二輔助電容單元。更準(zhǔn)確地講，第二輔助電極12形成在特定層級(jí)22上，特定層級(jí)22對(duì)應(yīng) 于形成第一輔助電極11的層級(jí)21的相繼層級(jí)，即輔助電極11和12設(shè)置為彼此面對(duì)。因 此，圖2所示的第二輔助電容單元對(duì)應(yīng)于電容器CA2，其包括與電容器CA1的公用電樞。
如圖1所示，設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)的表面上的電極可以由絕緣清漆25全部或部分地覆<formula>formula see original document page 7</formula>
在圖1所示的裝置中，每個(gè)輔助電極11和12的特定層級(jí)21和22對(duì)應(yīng)于多層結(jié) 構(gòu)的相繼層級(jí)。在未示出的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在這些非相繼層級(jí)之間插設(shè)幾個(gè)絕緣層 和可能的中間電極，輔助電極可以形成在多層結(jié)構(gòu)非相繼的層級(jí)上。例如，這些中間電極可 以設(shè)置為與公用電極和第一輔助電極或者與相繼的輔助電極形成輔助電容單元，這些單元 對(duì)應(yīng)于串聯(lián)連接的電容器。這樣的實(shí)施例尤其使得能夠?qū)⑹┘釉诠秒姌O和輔助電極之間 的電壓分布在串聯(lián)連接的幾個(gè)電容器上，從而電容分壓器能夠吸收較高的電壓。
在圖1所示的實(shí)施例中，第一輔助電極11借助于電導(dǎo)體31連接到第二主電極4， 第二輔助電極12借助于電導(dǎo)體32連接到公用電極6。因此，第一和第二輔助電容單元CA1 和CA2與第二電容單元C2并聯(lián)連接。 在圖3所示的實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)51包括數(shù)量N的輔助電極11、 12、 13、 14，它們形 成在多層結(jié)構(gòu)的特定層級(jí)21、22、23、24上，并且表示從1至N的級(jí)。每個(gè)輔助電極11、 12、 13、14都設(shè)置為與形成在相繼特定層級(jí)上的輔助電極形成輔助電容單元CA1、 CA2、 CAN-1、 CAN，如圖4所示。第一輔助電極ll的層級(jí)21對(duì)應(yīng)于級(jí)1。設(shè)置在奇數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上的 輔助電極，例如，分別具有1級(jí)和N-l級(jí)的電極11和13，借助于電導(dǎo)體55連接到第二主電 極4。設(shè)置在偶數(shù)級(jí)的特定層級(jí)上的輔助電極借助于電導(dǎo)體56連接到公用電極6，電極22 和14分別為2級(jí)和N級(jí)。 由圖4可見(jiàn)，由于輔助電極與第二主電極4或公用電極6的這些電連接，電容單元 CA1、CA2、CAN-1、CAN與第二電容單元C2并聯(lián)連接。這樣，輔助電極的增加能使公用電極6 和第二主電極4之間的等效電容值顯著增加。這樣，如下面所述，最小化了連接在公用電極 6和第二主電極4之間的處理電路的輸入阻抗。 輔助電極的增加意味著因增加附加層而增加多層結(jié)構(gòu)厚度，所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬 度保持不變。多層結(jié)構(gòu)可以大于幾十微米，具體地講大于50微米，例如150微米。多層結(jié) 構(gòu)的厚度通常取決于層級(jí)的數(shù)量。多層結(jié)構(gòu)在每個(gè)層級(jí)之間的厚度可以小于50微米，例如 等于45微米。與包括在縱向和/或橫向方向上增加電極的小量層的多層結(jié)構(gòu)相比，由此導(dǎo) 致增加的尺寸非常有限。 在圖1和3所示的實(shí)施例中，形成在奇數(shù)級(jí)1和N-l的層級(jí)上的每個(gè)輔助電極11 和13都朝著多層結(jié)構(gòu)設(shè)置第二主電極4的一側(cè)延伸。形成在奇數(shù)級(jí)1和N-l的層級(jí)上的 每個(gè)輔助電極11和13實(shí)際上在這里延伸到多層結(jié)構(gòu)1和51的右面，延伸超過(guò)形成在偶數(shù) 級(jí)2和N的層級(jí)上的輔助電極12和14之外，即形成在偶數(shù)級(jí)2和N的層級(jí)上的輔助電極 12和14設(shè)置為相對(duì)于多層結(jié)構(gòu)設(shè)置第二主電極4的一側(cè)靠后。形成在偶數(shù)級(jí)2和N的層 級(jí)上的每個(gè)輔助電極12和14和公用電極6則朝著多層結(jié)構(gòu)設(shè)置第二主電極4的橫向相對(duì) 側(cè)延伸。形成在偶數(shù)級(jí)2和N的層級(jí)上的每個(gè)輔助電極12和14實(shí)際上在這里延伸到多層 結(jié)構(gòu)1和51的左側(cè)，延伸超過(guò)形成奇數(shù)級(jí)1和N-l的層級(jí)上的輔助電極11和13之外，即 形成在奇數(shù)級(jí)的層級(jí)上的每個(gè)輔助電極11和13設(shè)置為相對(duì)于橫向相對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的一側(cè) 之外。由于這樣的構(gòu)造，各電極借助于通過(guò)絕緣層的線性導(dǎo)體31、32、55、56彼此連接。這 些線性導(dǎo)體31 、32、55、56也稱為通路。 在未示出的另一個(gè)實(shí)施例中，如上所述，輔助電極和公用電極在兩側(cè)上的延伸可 以延伸到多層結(jié)構(gòu)的邊緣上。這樣，線性導(dǎo)體可以設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)每側(cè)邊緣上。
各電極可以由任何導(dǎo)電材料制造，例如，銅或鋁。絕緣層可以由任何介電材料制 造，例如，環(huán)氧化合物或聚酰亞胺化合物，如K即ton (聚酰亞胺薄膜)。 電容分壓器的多層結(jié)構(gòu)通常由任何已知的印刷電路制造技術(shù)獲得，這樣，電容分 壓器以低成本獲得，并且具有良好的再現(xiàn)性。這些多層結(jié)構(gòu)的形狀沒(méi)有關(guān)系，并且可以適合 于設(shè)置它們的支撐物的形狀。電容分壓器和相關(guān)處理電路之間的電連接可以由本領(lǐng)域的技 術(shù)人員已知的任何方法實(shí)現(xiàn)。例如，該連接可以借助于焊接在電容分壓器的電極4和6與 處理電路的輸入端子之間導(dǎo)電線形成。有利地，多層結(jié)構(gòu)的連接電極和支撐電極的絕緣層 可以延伸以連接到處理電路。通常，連接電極及其相關(guān)的絕緣層的延伸是柔性的，這使連接 是柔性的。處理電路和電容分壓器優(yōu)選形成同一基板上。 上述電容分壓器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們制作在同一基板上或同一多層結(jié)構(gòu)上。因此， 第一和第二電容單元使用相同的電介質(zhì)。該構(gòu)造意味著減弱電壓VS的測(cè)量在溫度上更加 上述電容分壓器可以用于需要電壓測(cè)量的任何電氣設(shè)備中。它們常常用作電壓傳 感器或集成在電壓傳感器中。 上述電容分壓器可以有利于用在電壓傳感器中，例如，將它們用在電氣保護(hù)設(shè)備 的跳脫裝置中。電氣保護(hù)設(shè)備的跳脫裝置通常包括電流傳感器，以測(cè)量要保護(hù)的電導(dǎo)體中 流過(guò)的電流。根據(jù)該電流值，跳脫裝置可以發(fā)出跳脫指令信號(hào)以斷開(kāi)可活動(dòng)接觸。由此獲 得常常稱為熱保護(hù)的保護(hù)。跳脫裝置中電流傳感器和電壓傳感器的結(jié)合使用還使其可以確 定要保護(hù)電導(dǎo)體中的功率和/或功率因數(shù)。這樣，不僅可以根據(jù)電流值而且根據(jù)電壓值或 者甚至根據(jù)按著電壓和電流計(jì)算的功率和/或功率因數(shù)值激活跳脫指令。因此，獲得改善 的熱保護(hù)。 參考圖5，標(biāo)號(hào)101的該電氣保護(hù)設(shè)備能使電導(dǎo)體103通過(guò)激活斷開(kāi)設(shè)置在所述導(dǎo) 體上的可活動(dòng)接觸105而受到保護(hù)。斷開(kāi)可活動(dòng)接觸105通過(guò)與所述可活動(dòng)接觸協(xié)力操作 的機(jī)構(gòu)106執(zhí)行。電氣保護(hù)設(shè)備101裝備有跳脫裝置lll，跳脫裝置111包括測(cè)量導(dǎo)體103 中流過(guò)的電流強(qiáng)度的電流傳感器113，并且能根據(jù)所述電流值給機(jī)構(gòu)106發(fā)送跳脫指令信 號(hào)114。跳脫裝置lll還包括提供跳脫指令信號(hào)114的處理裝置116。處理裝置(processing means) 116通常為電路形式，在該電路上連接了電流傳感器線圈。處理裝置尤其使得可以確 定代表要保護(hù)設(shè)備過(guò)熱的電流的函數(shù)值，例如，要保護(hù)的設(shè)備為電氣保護(hù)設(shè)備101下游連 接的電動(dòng)機(jī)。代表過(guò)熱的該電流函數(shù)可以等于電流的平方乘以時(shí)間之積。當(dāng)該函數(shù)值超過(guò) 預(yù)定的閾值時(shí)，跳脫裝置111的處理裝置116產(chǎn)生且發(fā)送跳脫指令信號(hào)114到跳脫裝置機(jī) 構(gòu)106，以斷開(kāi)要保護(hù)線上的可活動(dòng)接觸。 在圖5所示的電氣保護(hù)設(shè)備中，跳脫裝置111還包括測(cè)量電導(dǎo)體103之間電壓的 三個(gè)電壓傳感器115。跳脫裝置處理裝置116不僅連接到電流傳感器線圈而且連接到電壓 傳感器115的電容分壓器123。在圖5的實(shí)施例中，電流傳感器和電壓傳感器113和115連 接到確定在跳脫裝置111的處理裝置116中的功率和/或功率因數(shù)的裝置117。這些功率 和/或功率因數(shù)值可以用于產(chǎn)生跳脫指令信號(hào)114，并且如果需要，能估算出受電氣保護(hù)設(shè) 備保護(hù)的組件的能量效率。 每個(gè)電壓傳感器115都包括輸入電壓VE的兩個(gè)輸入端子121、連接到所述輸入端 子以根據(jù)所述輸入電壓提供減弱電壓(attenuated voltage) VS的電容分壓裝置123、以及連接到所述分壓裝置以提供表示所述輸入電壓的信號(hào)的處理電路125。電容分壓器123集 成在如前所述包括第一和第二主電極3和4的多層結(jié)構(gòu)中，如圖1和3所示，第一和第二主 電極3和4分別連接到所述輸入端子121。電容分壓器還包括公用電極6，也如圖1和3所 示，其連接到處理電路125，即跳脫裝置111的處理裝置116的所述電路形成部分。更準(zhǔn)確 地講，每個(gè)電容分壓器123的減弱電壓VS都提供在公用電極6和第二主電極4之間，這兩 個(gè)電極連接到處理電路125。處理電路125包括濾波或阻抗匹配裝置，使得能夠獲得幾乎無(wú) 限的輸入阻抗和減少的輸出阻抗，而同時(shí)保持整體的電壓增益。這些阻抗匹配裝置的兩個(gè) 實(shí)施例如圖6和7所示。 參考圖6，阻抗匹配裝置131連接在公用電極6和第二主電極4之間，即在第二電 容單元C2的電樞之間。阻抗匹配裝置131包括放大裝置133，其提供有同相輸入135、反相 輸入136和在所述反相輸入上的反饋回路137。放大裝置133實(shí)際上基本上以跟隨器模式 連接的運(yùn)算放大器形成。電容分壓裝置的公用電極6借助于電阻裝置連接到同相輸入。
在圖6所示的實(shí)施例中，電阻裝置包括連接在非倒相輸入135和電容分壓器裝置 的公用電極6之間的第一電阻器R1。電阻裝置還包括連接在非倒相輸入135和第二主電極 4之間的第二電阻器R2。該第二電阻器R2是偏壓電阻，其使得運(yùn)算放大器能夠被偏置而糾 正跟隨器組件的操作。串聯(lián)連接的第一和第二電阻R1和R2的電阻值通常選擇為遠(yuǎn)高于并 聯(lián)連接的第一和第二電容單元Cl和C2的阻抗，對(duì)于通常為50或60Hz的操作頻率。這樣， 無(wú)論溫度如何變化，電壓傳感器都正確且以重復(fù)方式操作。 在圖7所示的實(shí)施例中，阻抗匹配裝置141包括上述的大部分部件。與圖6所示 組件不同的是，電容分壓裝置的公用電極6和非倒相輸入之間的電阻裝置不包括第一電阻 器R1。換言之，非倒相輸入135直接連接到電容分壓器裝置的公用電極6。第二電阻R2的 阻抗值通常選擇為遠(yuǎn)高于并聯(lián)連接的第一和第二電容單元Cl和C2的阻抗，對(duì)于通常為50 或60Hz的操作頻率。這樣，無(wú)論溫度如何變化，電壓傳感器都正確且以重復(fù)方式操作。
在圖6所示的組件中，第一和第二電阻器R1和R2形成分壓器橋。為了不損傷電 壓測(cè)量，這些電阻器RI和R2通常不得不呈現(xiàn)很低的容限。該裝置的截止頻率通常不得不 選擇為低于最低操作頻率的至少十倍，最低操作頻率等于50或60Hz。為此，呈現(xiàn)高阻抗的 第二電阻器R2例如可以選擇為大約幾百萬(wàn)歐姆。然而，這些電阻器通常很昂貴，并且會(huì)難 于獲得。使用如上所述的多層結(jié)構(gòu)使得能夠使用最小尺寸的電容單元C2而具有與低值的 第二電阻R2相關(guān)的較高的電容。由此，保證了裝置的溫度穩(wěn)定性。 在圖7的組件中，第二電阻器R2的阻抗遠(yuǎn)高于第二電容單元C2的阻抗，第二電阻
器R2的容限可以較大而不損害性能，并且由此最小化上面涉及的獲取成本問(wèn)題。 上述的電容分壓器可以實(shí)施在任何電氣保護(hù)設(shè)備上，例如，圖8所示的功率控制
設(shè)備。該設(shè)備呈現(xiàn)電氣保護(hù)功能，也稱為全電動(dòng)供料器(full motorfeeder)。 參考圖8，功率控制設(shè)備201包括斷路裝置、短路保護(hù)裝置、熱保護(hù)裝置和接觸器。
更準(zhǔn)確地講，設(shè)備201包括基體203，基體203包括要保護(hù)的電源線的電導(dǎo)體、所述導(dǎo)體上的
可活動(dòng)接觸、響應(yīng)于電氣故障而斷開(kāi)可活動(dòng)接觸的跳脫機(jī)構(gòu)和接觸器。設(shè)備201還包括能
響應(yīng)于電氣故障而給跳脫機(jī)構(gòu)發(fā)送跳脫指令信號(hào)的跳脫裝置。該跳脫裝置也可以稱為控制
單元，并且構(gòu)成功率控制設(shè)備201的"智能"部分。該跳脫裝置通常包括短路保護(hù)裝置和熱
保護(hù)裝置。在所示的實(shí)施例中，該跳脫裝置是從基體203可拆卸的模塊205的形式。
如圖8所示，模塊205提供有殼體，該殼體包括第一部分207，設(shè)計(jì)為通過(guò)基體203 的開(kāi)口 209插入。在所示的實(shí)施例中，該殼體的第一部分207包含與模塊205的所有連接。 模塊205的殼體還包括第二前部210，其中尤其容放處理裝置，處理裝置使得能夠產(chǎn)生跳脫 信號(hào)，并且發(fā)送到容放在基體中的跳脫機(jī)構(gòu)。 由圖9和10可見(jiàn)，跳脫裝置模塊205包括三個(gè)電流傳感器211 (在此情況下的 Rogowski線圈)，測(cè)量在要保護(hù)的電導(dǎo)體中流過(guò)的電流。電流傳感器圍繞在電導(dǎo)體213周 圍，電導(dǎo)體213移送到模塊205，由圖10和11可見(jiàn)。模塊205的這些電導(dǎo)體213借助于扣 緊連接器(grip-fasten connector) 217連接到基體203的電導(dǎo)體215。由圖10可見(jiàn)，模 塊205的電導(dǎo)體213成形為以最小的空間占據(jù)能容放電流傳感器211。這樣，最小化了模塊 205的殼體的第一部分207的體積。 為了實(shí)現(xiàn)改善熱保護(hù)，跳脫裝置模塊205包括電壓傳感器。由圖9可見(jiàn)，殼體的第 一部分207的大部分體積由電導(dǎo)體213和電流傳感器211占據(jù)。因此，可用于連接和容放 電壓傳感器的空間非常小。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用如上所述呈現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的電壓傳感器能使所述傳感器容放在模塊 205的殼體的第一部分207的小且滿的空間中。更準(zhǔn)確地講，如圖9至11可見(jiàn)，電壓傳感器 包括直接固定到模塊205的每個(gè)電導(dǎo)體213表面的電容分壓裝置231。可使用的固定方法 可以是導(dǎo)電膠合、焊接或已知在電導(dǎo)體和電容分壓裝置的電極之間獲得直接電接觸的任何 方法。由于形成電容分壓裝置的多層結(jié)構(gòu)的小尺寸，所述裝置可以容放在電導(dǎo)體213和殼 體的第一部分207之間的小空間中。 上述的電容分壓裝置以及裝備有這樣裝置的任何電壓傳感器尤其適合于包括大 量部件或在有限空間中設(shè)置大尺寸部件的任何電氣設(shè)備。
10
權(quán)利要求
一種電容分壓裝置，設(shè)計(jì)為減弱輸入電壓(VE)，所述裝置包括形成在由絕緣層(2)分開(kāi)的多層結(jié)構(gòu)(1；51)的不同層級(jí)上的電極，所述電極包括施加所述輸入電壓的第一和第二主電極(3、4)以及提供從所述輸入電壓減弱的電壓(VS)的公用電極(6)，其特征在于，所述第一和第二主電極形成在所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)且相同的層級(jí)(8)上，該公用電極形成在所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)層級(jí)(9)上，所述公用電極設(shè)置為與該第一主電極形成第一電容單元(CI)，并且與該第二主電極形成第二電容單元(C2)，所述裝置至少包括形成在該多層結(jié)構(gòu)(1；51)的再一個(gè)層級(jí)(21)上的第一輔助電極(11)，并且設(shè)置為與該公用電極(6)形成第一輔助電容單元(CA1)，并且所述輔助電極(11)和該第二主電極(4)朝著該多層結(jié)構(gòu)的一側(cè)延伸，以經(jīng)由線性導(dǎo)體(31；55)將所述輔助電極電連接到該第二主電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，該公用電極(6)形成在相對(duì)于所述第一和 第二主電極(3、4)的層級(jí)8的相繼層級(jí)(9)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，它包括形成在該多層結(jié)構(gòu)(1 ;51)的 特定層級(jí)(21-24)上的多個(gè)輔助電極(11-14)，每個(gè)輔助電極設(shè)置為與形成在相繼特定層 級(jí)上的該輔助電極形成輔助電容單元(CA1、 CA2、 CAN-I、 CAN)，所述輔助電極連接到該第二 主電極(4)或該公用電極(6)以獲得每個(gè)輔助電容單元(Cal、 CA2、 CAN-I、 CAN)與該第二 電容單元(C2)的并聯(lián)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，它包括預(yù)定數(shù)量N個(gè)輔助電極，該輔助電 極形成在表示為從1至N的級(jí)(n)的該多層結(jié)構(gòu)的特定層級(jí)上，第一輔助電極(11)的該特 定層級(jí)(21)對(duì)應(yīng)于級(jí)l，設(shè)置在奇數(shù)級(jí)的特定層級(jí)(21、23)上的輔助電極(11、13)連接到 該第二主電極(4)，設(shè)置在偶數(shù)級(jí)的特定層級(jí)(22、24)上的輔助電極(12、14)連接到該公用 電極(6)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，形成在奇數(shù)級(jí)的特定層級(jí)(21、23)上每個(gè) 輔助電極(11,13)朝著該多層結(jié)構(gòu)設(shè)置該第二主電極(4)的一側(cè)延伸，形成在偶數(shù)級(jí)的特 定層級(jí)(22、24)上的每個(gè)輔助電極(12、14)和該公用電極(6)朝著橫向相對(duì)側(cè)延伸，從而 借助于線性導(dǎo)體(31、32 ;55、56)彼此連接該些電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)線性導(dǎo)體(31、32 ; 55、56)通過(guò)該多層結(jié)構(gòu)的相繼層級(jí)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的裝置，其特征在于，每個(gè)輔助電極(11、12、13、14)的 特定層級(jí)(21、22、23、24)對(duì)應(yīng)于該多層結(jié)構(gòu)的相繼層級(jí)。
8. —種電壓傳感器，包括 -輸入電壓(VE)的兩個(gè)輸入端子(121)，_電容分壓裝置(123)，連接到所述輸入端子，以提供根據(jù)所述輸入電壓的減弱電壓 (VS)，以及-處理電路(125)，連接到所述分壓裝置以提供代表所述輸入電壓的信號(hào)， 其特征在于，所述電容分壓裝置是根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的電容分壓裝置，所述 輸入端子分別連接到該第一和第二主電極(3、4)，所述處理電路連接到該公用電極(6)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓傳感器，其特征在于，該處理電路(125)包括阻抗匹配裝 置(131 ;141)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓傳感器，其特征在于，該阻抗匹配裝置包括與該電容單 元(C2)并聯(lián)連接的電阻器(R2)，所述電阻器的值選擇為相對(duì)于操作頻率最小化截止頻率。
11. 一種電氣保護(hù)設(shè)備(101 ;201)的跳脫裝置模塊(111 ;205)，所述模塊包括至少一 個(gè)電流傳感器(113 ;211)和處理裝置(116)，所述至少一個(gè)電流傳感器(113 ;211)測(cè)量受 所述設(shè)備保護(hù)的至少一個(gè)電導(dǎo)體(103;215、217)中流過(guò)的電流，所述處理裝置(116)根據(jù) 所述電流的值提供跳脫信號(hào)(114)，其特征在于，所述模塊包括根據(jù)權(quán)利要求8至10的任何一項(xiàng)的電壓傳感器(115)，所述 處理裝置(116)包括用于決定連接到所述電流傳感器和所述電壓傳感器的功率和/或功率 因數(shù)的裝置(117)，所述跳脫信號(hào)尤其取決于所述功率和/或所述功率因數(shù)的值。
12. —種電氣保護(hù)設(shè)備(101、201)，設(shè)計(jì)為安裝在至少一個(gè)電導(dǎo)體(103 ;215、217)上， 所述設(shè)備包括可活動(dòng)接觸(105)、控制所述可活動(dòng)接觸開(kāi)或關(guān)的操作機(jī)構(gòu)(106)以及與所 述機(jī)構(gòu)聯(lián)合操作的跳脫裝置(lll)，以響應(yīng)于電氣故障引發(fā)所述可活動(dòng)接觸的斷開(kāi)，其特征 在于，所述跳脫裝置包括根據(jù)前述權(quán)利要求的跳脫裝置模塊(205)，所述模塊提供有電壓傳 感器(115 ;231)和電流傳感器(113 ;211)。
13. —種電氣保護(hù)設(shè)備(101 ;201)，設(shè)計(jì)為安裝在至少一個(gè)電導(dǎo)體(103 ;215、217)上， 所述設(shè)備包括可活動(dòng)接觸(105)、控制所述可活動(dòng)接觸開(kāi)或關(guān)的操作機(jī)構(gòu)(106)以及與所 述機(jī)構(gòu)聯(lián)合操作的所述跳脫裝置(111)，以響應(yīng)于電氣故障引發(fā)所述可活動(dòng)接觸的斷開(kāi)，所 述跳脫裝置包括測(cè)量所述電導(dǎo)體中流過(guò)電流的電流傳感器(113 ;211.)和根據(jù)所述電流提 供跳脫信號(hào)(114)的處理裝置(116)，其特征在于，該跳脫裝置還包括根據(jù)權(quán)利要求8至IO任何一項(xiàng)的電壓傳感器(115 ; 231)，所述處理裝置(116)包括用于決定連接到所述電流傳感器和所述電壓傳感器的功率 和/或功率因數(shù)的裝置(117)，所述跳脫信號(hào)取決于所述功率和/或所述功率因數(shù)的值。
全文摘要
本發(fā)明提供電容分壓裝置以及提供有該裝置的電壓傳感器、跳脫裝置模塊和電氣保護(hù)設(shè)備。該多層電容分壓器(1)包括形成同一層級(jí)(8)上以提供輸入電壓的第一和第二主電極(3、4)，以及形成在另一層級(jí)(9)上以提供減弱電壓(VS)的公用電極(6)，所述裝置至少包括形成在再一層級(jí)(21)上的第一輔助電極(11)，所述電極設(shè)置為形成電容單元，所述輔助電極(11)朝著所述裝置設(shè)置第二主電極(4)的一側(cè)延伸，以借助于線性導(dǎo)體(31；55)將所述輔助電極連接到該第二主電極。
文檔編號(hào)G01R15/06GK101750529SQ20091026244
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者弗朗索瓦·文森特, 維維恩·莫利頓 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司