穩(wěn)壓電源組件和包括穩(wěn)壓電源組件的電氣開(kāi)關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及一種用于打開(kāi)和關(guān)閉電源與電負(fù)載之間的導(dǎo)電路徑的電氣開(kāi)關(guān)。尤其地，本實(shí)用新型涉及一種適合于操作這種電氣開(kāi)關(guān)的穩(wěn)壓電源組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的電氣開(kāi)關(guān)中，至少一個(gè)活動(dòng)觸頭相對(duì)于至少一對(duì)固定觸頭移動(dòng)，以在電源側(cè)與負(fù)載側(cè)固定觸頭之間建立或中斷導(dǎo)電路徑。電源側(cè)與負(fù)載側(cè)固定觸頭分別連接至電源和電負(fù)載。包括了電磁組件，以提供驅(qū)動(dòng)力，以便造成活動(dòng)觸頭從打開(kāi)位置到關(guān)閉位置的期望位移，以操作電氣開(kāi)關(guān)。
[0003]一種典型的電磁組件包括磁框架，其包括稱(chēng)為‘軛’的固定部分以及稱(chēng)為‘電樞’(有時(shí)也稱(chēng)為‘銜鐵’)的活動(dòng)部分。軛和電樞具有互補(bǔ)構(gòu)造，在對(duì)立的端部之間具有空氣間隙。軛與電磁線圈相關(guān)聯(lián)，使用電源使電磁線圈通電，以建立通過(guò)軛并且因此通過(guò)電樞的磁通量，以便電樞在磁力的影響下移動(dòng)。電磁組件的電樞耦合至支撐活動(dòng)觸頭的托架組件。電樞從未驅(qū)動(dòng)的位置到驅(qū)動(dòng)的位置的移動(dòng)提供了驅(qū)動(dòng)力，以將活動(dòng)觸頭從其打開(kāi)位置移動(dòng)到關(guān)閉位置。
[0004]在關(guān)閉行程期間，電磁組件提供驅(qū)動(dòng)力，以便活動(dòng)觸頭從打開(kāi)位置移動(dòng)到關(guān)閉位置。在關(guān)閉行程期間，電磁組件必須首先克服偏置彈簧的阻礙力，偏置彈簧朝著其打開(kāi)位置偏置活動(dòng)觸頭。因此，電磁組件需要施加線性增大的驅(qū)動(dòng)力，直到活動(dòng)觸頭最終到達(dá)關(guān)閉位置。
[0005]在活動(dòng)觸頭處于關(guān)閉位置中時(shí)，通常，電磁組件需要提供相對(duì)減小的驅(qū)動(dòng)力。
[0006]最后，在需要中斷在電源側(cè)與負(fù)載側(cè)固定觸頭之間的導(dǎo)電路徑時(shí)，切斷電磁線圈的電源，以便在偏置彈簧的影響下，活動(dòng)觸頭恢復(fù)到打開(kāi)位置。
[0007]應(yīng)注意的是，上述電氣開(kāi)關(guān)稱(chēng)為常開(kāi)型電氣開(kāi)關(guān)；并且在后文中參照這種配置，討論本實(shí)用新型。然而，應(yīng)注意的是，本實(shí)用新型同樣適用于常閉型電氣開(kāi)關(guān)，所需要的改造對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
[0008]通過(guò)前面的描述，在電氣開(kāi)關(guān)操作的不同階段需要的驅(qū)動(dòng)力顯然是可變的。在電氣開(kāi)關(guān)的操作的不同階段優(yōu)化驅(qū)動(dòng)力，是一個(gè)重要的考慮因素。在關(guān)閉行程期間的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)傳遞充足的能量，以迅速地從打開(kāi)位置過(guò)渡到關(guān)閉位置，以便減少電弧現(xiàn)象。然而，同時(shí)，由于關(guān)閉操作，所傳遞的能量并不應(yīng)該高到造成所不期望的機(jī)械應(yīng)力。這種所謂的‘硬’關(guān)閉操作在軛和電樞的極面上造成更大的機(jī)械磨損。此外，這種硬關(guān)閉在活動(dòng)與固定觸頭之間的初始嚙合之后會(huì)不利地容易造成觸點(diǎn)顫動(dòng)。這種機(jī)械應(yīng)力和觸點(diǎn)顫動(dòng)隨著時(shí)間造成性能退化，并且不期望地減少電氣開(kāi)關(guān)的使用壽命。因此，操作電磁組件以便有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)力以滿(mǎn)足減少形成電弧和減少機(jī)械應(yīng)力和觸點(diǎn)顫動(dòng)的自相矛盾的要求，這是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。
[0009]在先有技術(shù)中，眾所周知的是，提供控制裝置來(lái)將穩(wěn)壓電源提供給電磁線圈，以便優(yōu)化施加在活動(dòng)觸頭上的驅(qū)動(dòng)力。
[0010]從美國(guó)專(zhuān)利5，737，172中已知一種這樣的系統(tǒng)和方法。該專(zhuān)利公開(kāi)了一種電磁接觸器，包括輸入電壓載入其中的線圈。電磁接觸器包括:檢測(cè)器裝置，用于檢測(cè)所述輸入電壓的峰值電壓值并且用于檢測(cè)所述輸入電壓的平均值，其中，所述輸入電壓是全波整流的交流電流與直流電壓中的一個(gè)；開(kāi)關(guān)裝置，其響應(yīng)于操作信號(hào)，用于控制所述電磁接觸器的操作；以及控制器，用于生成所述操作信號(hào)，并且用于通過(guò)基于由所述檢測(cè)器裝置檢測(cè)的所述輸入電壓的所述峰值電壓值和所述平均值，控制所述操作信號(hào)的脈寬，來(lái)穩(wěn)定以恒定的電平提供給所述線圈的輸入功率。
[0011]顯而易見(jiàn)，在上述專(zhuān)利中公開(kāi)的電磁接觸器基于根據(jù)應(yīng)用于電磁線圈中的輸入電壓的峰值電壓值和平均電壓值的電壓調(diào)節(jié)。
[0012]從美國(guó)專(zhuān)利5，914，850中已知另一個(gè)這種基于電壓調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和方法。該專(zhuān)利公開(kāi)了利用電磁接觸器使用的接觸器設(shè)備，除了其他元件以外，還包括控制裝置，該控制裝置包括第一裝置，用于控制所述接觸器的在關(guān)閉操作期間提供給操作線圈的電壓電平，以便所述電壓電平獨(dú)立于所述操作線圈的所述電流。
[0013]容易理解的是，在基于電壓調(diào)節(jié)的各種控制機(jī)構(gòu)中，電氣開(kāi)關(guān)的操作基本上變得獨(dú)立于主電源電壓。然而，重要的是，注意除了其他因素以外，驅(qū)動(dòng)力還根據(jù)提供給電磁線圈的激勵(lì)電流，而并非根據(jù)電磁線圈上應(yīng)用的電壓。換言之，激勵(lì)電流實(shí)際上并不僅僅取決于所施加的電壓，還取決于電磁線圈的有效阻抗。除了其他因素以外，有效阻抗進(jìn)而還取決于電磁組件的幾何構(gòu)造、在關(guān)閉行程期間持續(xù)改變的在電樞與軛之間的空氣間隙、以及電磁線圈的溫度。因此，即使電壓調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)確保在電磁線圈上施加恒定電壓，然而，這種方法也不能提供對(duì)由電磁組件生成的驅(qū)動(dòng)力令人滿(mǎn)意的調(diào)節(jié)。
[0014]尤其地，電磁線圈的操作溫度取決于環(huán)境溫度并且由此取決于安裝的位置而變化；而且，也在特定的安裝中使用電氣開(kāi)關(guān)的不同實(shí)例期間。通常的做法是，基于為電氣開(kāi)關(guān)規(guī)定的最大操作溫度，配置裝置。然而，在實(shí)際溫度低于最大操作溫度時(shí)，電磁線圈的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低，因此，在關(guān)閉行程期間生成的驅(qū)動(dòng)力不期望地變高。
[0015]在本領(lǐng)域中已知的一種替換的控制機(jī)構(gòu)基于電流調(diào)節(jié)。從美國(guó)專(zhuān)利5，910, 890中已知這樣一種解決方案。該專(zhuān)利公開(kāi)了一種控制電路，用于具有由電磁線圈操作的一組觸頭的電氣開(kāi)關(guān)裝置?？刂齐娐吩诙x的時(shí)間段內(nèi)將第一電平的電流應(yīng)用于電磁線圈中，然后，將第二電平的電流應(yīng)用于電磁線圈中，其中，第一電平大于第二電平。
[0016]在這種基于電流調(diào)節(jié)的控制機(jī)構(gòu)內(nèi)，其中一個(gè)重要的挑戰(zhàn)是，在不同的電壓條件下調(diào)節(jié)到電磁線圈的能量傳遞的速率。因此，在主要電源電壓變得更高時(shí)，在電磁線圈內(nèi)的電流積聚更快。這在關(guān)閉行程期間基本上造成遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的能量增益。由于在基于電流調(diào)節(jié)的控制機(jī)構(gòu)中具有上述固有問(wèn)題，所以與基于電壓調(diào)節(jié)的控制機(jī)構(gòu)相比，這種機(jī)構(gòu)不太優(yōu)選。
[0017]鑒于以上內(nèi)容，需要一種適用于電氣開(kāi)關(guān)中的改進(jìn)的電源。改進(jìn)的電源可取地提供在電氣開(kāi)關(guān)內(nèi)使用電磁組件產(chǎn)生的最佳驅(qū)動(dòng)力，以便在電氣開(kāi)關(guān)內(nèi)優(yōu)化使電氣開(kāi)關(guān)從打開(kāi)位置過(guò)渡到關(guān)閉位置所需要的關(guān)閉時(shí)間以及傳遞給活動(dòng)元件(例如，一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)觸頭、電樞等)的關(guān)閉速度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018]因此，本實(shí)用新型的一個(gè)目標(biāo)在于，提供一種穩(wěn)壓電源組件，其適用于電氣開(kāi)關(guān)中，以便有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化使用電磁組件產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力。
[0019]通過(guò)一種適合供電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件、一種提供適合供電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件的方法以及一種電氣開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目標(biāo)。
[0020]在本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種適用于電氣開(kāi)關(guān)中的穩(wěn)壓電源組件。電氣開(kāi)關(guān)包括電磁組件，其被配置為在其打開(kāi)位置和關(guān)閉位置中的一個(gè)中操作所述電氣開(kāi)關(guān)并且在其之間實(shí)現(xiàn)過(guò)渡。穩(wěn)壓電源組件包括:開(kāi)關(guān)裝置、取樣裝置以及控制裝置。能夠操作開(kāi)關(guān)裝置，用于切換提供給電磁組件的輸出電壓，以便在其內(nèi)建立激勵(lì)電流。開(kāi)關(guān)裝置基于切換控制信號(hào)進(jìn)行操作。取樣裝置被配置為給在電磁組件內(nèi)建立的激勵(lì)電流連續(xù)地取樣?？刂蒲b置被配置為基于將激勵(lì)電流的瞬時(shí)樣本與激勵(lì)電流的閾值電流基準(zhǔn)和/或至少一個(gè)先前的樣本進(jìn)行比較，生成切換控制信號(hào)。
[0021]在本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種提供適用于電氣開(kāi)關(guān)中的穩(wěn)壓電源組件的方法。電氣開(kāi)關(guān)包括電磁組件，其被配置為在其打開(kāi)位置和關(guān)閉位置中的一個(gè)中操作所述電氣開(kāi)關(guān)并且在其間實(shí)現(xiàn)過(guò)渡。根據(jù)本實(shí)用新型的方法，基于切換控制信號(hào)切換提供給電磁組件的輸出電壓，以便在電磁組件內(nèi)建立激勵(lì)電流。為在電磁組件內(nèi)建立的激勵(lì)電流連續(xù)地取樣。基于將激勵(lì)電流的瞬時(shí)樣本與激勵(lì)電流的閾值電流基準(zhǔn)和/或至少一個(gè)先前的樣本進(jìn)行比較，生成切換控制信號(hào)。
[0022]在本實(shí)用新型的第三方面，提供了一種電氣開(kāi)關(guān)，其包括根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面的穩(wěn)壓電源組件并且根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面進(jìn)行操作。
[0023]因此，本實(shí)用新型提供了一種適合于供電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件、一種用于提供適合于供電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件的方法以及一種包括所述穩(wěn)壓電源組件并且根據(jù)所述方法進(jìn)行操作的電氣開(kāi)關(guān)。
[0024]本實(shí)用新型促進(jìn)有效地控制在電氣開(kāi)關(guān)內(nèi)傳輸給電磁組件的能量，因此，最佳地優(yōu)化在關(guān)閉操作期間生成的驅(qū)動(dòng)力。傳輸給電磁組件的能量有利地獨(dú)立于電磁組件(尤其是在電磁組件內(nèi)的電磁線圈)的輸入電壓和溫度。因此，在所有的操作條件下實(shí)現(xiàn)一致的性能。
[0025]這種有效的控制進(jìn)而消除過(guò)度的機(jī)械應(yīng)力、觸點(diǎn)顫動(dòng)以及隨著時(shí)間對(duì)性能的相關(guān)不利影響，從而增大電氣開(kāi)關(guān)的使用壽命。而且，本實(shí)用新型有利地調(diào)節(jié)操作電磁組件所需要的能量，因此，提供了改進(jìn)的能量效率。
【附圖說(shuō)明】
[0026]在后文中，參照在附圖中示出的所說(shuō)明的實(shí)施方式，進(jìn)一步描述本實(shí)用新型，其中:
[0027]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的適合電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件的不意圖；
[0028]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的控制裝置的示意圖；
[0029]圖3A-3C示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的控制邏輯以及用于根據(jù)基于速率的電流調(diào)節(jié)技術(shù)操作穩(wěn)壓電源組件的兩個(gè)控制參數(shù)的變化的示意圖；
[0030]圖4A-4B示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的控制邏輯以及用于根據(jù)基于閾值的電流調(diào)節(jié)技術(shù)操作穩(wěn)壓電源組件的單個(gè)控制參數(shù)的變化的示意圖；
[0031]圖5示出了描述根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的用于提供適合于供電氣開(kāi)關(guān)使用的穩(wěn)壓電源組件的方法的流程圖；
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