CN101142649B - 供电电路、开关执行设备及用于运行开关执行设备的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于开关执行设备的供电电路，其具有：控制装置(12)；电磁驱动器(14)，用于将该控制装置(12)从第一开关位置切换到第二开关位置；机械复位装置(26，26′)，用于将该控制装置(12)从该第二开关位置切换回该第一开关位置；磁性固定单元(30)，用于将该控制装置(12)固定至该第二开关位置上；以及电磁释放装置(18)，用于释放上述固定，所述供电电路包括：可与所述电磁驱动器(14)电连接的第一电容器(10)，用于为该电磁驱动器保存电能；以及可与所述释放装置(18)电连接的第二电容器(16)，用于保存该释放装置(18)释放上述固定所必需的电能。在第一电容器(10)和第二电容器(16)之间存在可开断的电连接。

Description

供电电路、开关执行设备及用于运行开关执行设备的方法 

技术领域

本发明涉及一种用于开关执行设备的供电电路，该开关执行设备将控制装置从第一开关位置运动至第二开关位置；本发明还涉及一种开关执行设备以及一种用于运行开关执行设备的方法。 

背景技术

由EP 0867903 B1和DE 10309679 B3公开了带有一个可以相对于断开位置和接通位置之间的一个框架来回运动的控制装置的开关执行设备，在该开关执行设备中，该控制装置被磁性地固定在接通位置并机械地固定在断开位置。 

为了将控制装置从断开位置移动到接通位置，要利用由一线圈产生的磁场。对于产生该磁场所必需的电能保存在一个闭合电容器(Schlieβkondensator)中。 

为了将控制装置从接通位置移动到闭合位置，基本上利用复位弹簧的复位力。复位弹簧在控制装置从断开位置运动到接通位置的过程中绷紧，使得该弹簧将控制装置从接通位置移动到断开位置所必需的能量基本上作为机械能保存在该弹簧内。仅仅在要释放上述的磁性固定时才必须向产生一个与固定的磁场作用相反的磁场的释放线圈馈电。一旦取消了上述固定并且开关过程受到复位弹簧的驱动，就不再需要有电流流过该释放线圈。用于该释放线圈的电能保存在一个释放电容器(Trennkondensator)内，该电容器的电容可以明显小于所述闭合电容器的电容。 

如果控制装置首先从接通位置被导引到断开位置然后再被导引到接通位置，那么首先释放电容器放电，然后闭合电容器也放电。如果随后要将控制装置再运动到断开位置，那么释放电容器必须首先再利用外部充电单元充电，这可能需要较长的时间。因此，无法确保快速的OCO开关序列(Open-Close-Open，断开-接通-断开)。 

其它在现有技术中已知的开关执行设备尤其具有其电容可以容纳将控制装置从接通位置切换到断开位置所必需的电荷的倍数的释放电容器。因此，虽然OCO开关序列在没有用外部充电单元临时充电的情况下是可能的，但是相反地在此控制电路中要忍受其它的缺点。因为该电容器在释放线圈的开关控制过程中并不会完全放电，由电容器和线圈组成的该电路必须在适当的时刻断开，这使得对感应电流的接通是必需的。此外，必须监视该电容器的电压，以便决定所剩余的电荷对于驱动释放线圈是否足够

最后，由现有技术还已知的是，在如本文开头部分所描述的开关执行设备中，为了将控制装置从接通位置切换到断开位置而设有两个释放电容器，其中，在OCO开关序列中的每次断开时将两个释放电容器中的一个完全放电。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于开关执行设备的改进的供电电路。此外，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种改进的开关执行设备以及一种用于运行这种开关执行设备的方法。 

所要解决的第一个技术问题由根据本发明的供电电路解决，所要解决的第二个技术问题由根据本发明的开关执行设备以及根据本发明的方法解决。从属权利要求中包含了本发明的优选实施例。 

根据本发明的用于开关执行设备的供电电路具有：控制装置；电磁驱动器，用于将该控制装置从第一开关位置(比如，例如高压开关的断开位置)切换到第二开关位置(比如，所举例说明的高压开关的接通位置)；机械复位装置，用于将该控制装置从该第二开关位置切换回该第一开关位置；磁性固定单元，用于将该控制装置固定至该第二开关位置上；以及电磁释放装置，用于释放上述固定，所述供电电路包括： 

-可与所述电磁驱动器电连接的第一电容器，用于为该电磁驱动器保存电能；以及 

-可与所述释放装置电连接的第二电容器，用于保存该释放装置释放上述固定所必需的电能。在根据本发明的供电电路中，在第一电容器和第二电容器之间存在可开断的(schaltbar)电连接。 

根据本发明的供电电路允许了，在开关执行设备中执行OCO开关序列时仅以第一电容器作为闭合电容器而以第二电容器作为唯一的释放电容器，而在两个断开过程之间不需要利用外部充电单元对该释放电容器进行充电，并且释放电容器不需要为第二个断开过程保存充足的电荷。在根据本发明的供电电路中，释放电容器可以在OCO开关序列的第一断开过程后由第一电容器通过可开断的电连接再次充电。 

第二电容器从第一电容器的再充电可以紧接着第二电容器在OCO开关序列中的首次放电进行，尤其是在驱动器线圈通过第一电容器接通之前或必要时在其接通的同时。因此，释放线圈在极短的时间内再次具有驱动能力，并且，可以在不必借助于外部充电单元对第二电容器临时充电的情况下按照快速序列实现OCO开关过程。 

为了执行OCO开关序列，下列条件就已经足够：第二电容器(即，释放电容器)的电容被设计为恰好足够用于一次释放过程，而第一电容器(即，闭合电容器)的电容被设计为恰好足够用于执行闭合过程(也就是将控制装置从第一开关位置切换到第二开关位置)以及对释放电容器进行一次再充电。 

为了在OCO开关序列之前对电容器进行充电，该供电电路可以具有充电单元，该充电单元与第一电容器和第二电容器可开断地相连。 

在供电电路的一个优选实施方式中，有一个可以将第一电容器与充电单元相连的开关，以及一个可以将第一电容器与驱动器相连的开关，这些开关彼此这样地相耦合，使得第一电容器不能同时与充电单元和驱动器电连接。此实施方式用于保护开关设备并且尤其是确保充电单元不与驱动器连接。 

在供电电路的另一优选实施方式中，有一个可以将第二电容器与第一电容器和/或充电单元相连的开关，以及一个可以将第二电容器与释放装置相连的开关，这些开关彼此这样地相耦合，使得第二电容器不能同时一方面与第一电容器或充电单元而另一方面与释放装置电连接。此实施方式用于保护开关设备、尤其是保护释放装置，方法是确保了充电单元以及第一电容器不与释放装置连接。 

在适当的实施方式中，供电电路具有一个接在第一电容器和第二电容器之间的限流电阻。该限流电阻的大小优选地根据开关触点的最大接通功率以及所允许的第二电容器的电压状态落后于第一电容器的时间延迟来设计。 

为了防止电荷从第二电容器向第一电容器的反馈，优选地该供电电路具有一个接在第一电容器和第二电容器之间的整流器，例如二极管。作为替代，也可以使用一种在将控制装置从第一开关位置切换到第二开关位置的过程中保持第二电容器与电磁驱动器分开的开关元件。 

根据本发明的开关执行设备，其尤其可以设计为高压开关用的执行设备，包括： 

-控制装置， 

-电磁驱动器，用于提供将该控制装置从第一开关位置(比如，例如高压开关的断开位置)切换到第二开关位置(比如该高压开关的接通位置)的开关力， 

-机械复位装置，用于提供将该控制装置从第二开关位置切换到第一开关位置的复位力， 

-磁性固定单元，用于提供将控制装置固定在该第二开关位置上的固定力，以及 

-电磁释放装置，用于提供一个克服该固定力的释放力。 

此外，根据本发明的开关设备包括一个根据本发明的供电电路。 

根据本发明的开关执行设备允许在仅有一个第一电容器作为闭合电容器而第二电容器作为唯一的释放电容器时在供电电路中执行OCO开关序列，而不需要在两个断开过程之间借助于外部充电单元对释放电容器进行充电，并且不需要为一个第二断开过程保存对释放电容器而言足够的电荷。对此的细节已经参考根据本发明的供电电路进行了详细说明。 

在开关执行设备的一种优选扩展中，释放装置包括一个可以与第二电容器可开断地相连的释放线圈，该释放线圈用于产生施加释放力的磁场。此外，该第二电容器的电容和该释放线圈的电感这样地相互匹配，使得第二电容器与释放线圈共同构成一个振荡电路，其中，在第一电流半波中流动的电流足以产生施加释放力的磁场。按照这种方式可以利用第一电流半波将在第二电容器中存储的电荷完全地提供给释放线圈。因此，在启动释放线圈之后，在第二电容器内没有剩下任何未使用的电荷。换言之，可以完全地利用在第二电容器内存储的电能并且第二电容器仅需要具有对于释放线圈的驱动所必需的最小电容。此外，可能在施加释放力的磁场的产生之后几乎无电流地断开振荡电路，从而不用接通感应电流。 

在开关执行设备的另一优选扩展中，驱动器包括一个与第一电容器可开断地连接的驱动线圈，以产生施加开关力的磁场。此外，使第一电容器的电容和驱动线圈的电感这样地相互匹配，使得第一电容器与驱动线圈共同构成一个振荡电路，其中，在第一电流半波中流动的电流足以产生施加开关力的磁场。按照这种方式可以利用第一电流半波将在第一电容器中存储的电荷完全地提供给驱动线圈。因此，在启动驱动线圈之后，在第一电容器内没有剩下任何未使用的电荷。换言之，可以完全地利用在第一电容器内存储的电能并且第一电容器仅需要具有对于驱动线圈的驱动以及第二电容器的一次再充电所必需的最小电容。此外，可能在施加开关力的磁场的产生之后几乎无电流地断开振荡电路，从而不用接通感应电流。 

在根据本发明的用于运行根据本发明的开关执行设备的方法中，第二电容器在执行释放过程后再次由第一电容器充电。 

根据本发明的方法允许了，在一个开关中执行OCO开关序列，该开关具有一个仅有一个释放电容器的供电电路，该释放电容器也仅具有用于执行一次释放过程的电容。在OCO开关序列的第一断开过程中，第二电容器(释放电容器)可以完全地放电，因为它可以在接通过程之前或者在必要时在接通过程的同时由第一电容器(闭合电容器)再次充电。因此，在OCO开关序列的第二断开过程中，第二电容器又再次被完全充电地可供使用。 

如果释放装置的第二电容器和释放线圈和/或驱动器的第一电容器和驱动线圈构成了一个其中的电容器的电容和线圈的电感被适当地相互匹配的振荡电路，并且在每个振荡电路的第一半波之后断开线圈和电容器之间的电连接，那么根据本发明的方法可能实现相应电容器的完全放电以及有关线圈和有关电容器之间电连接的无电流地断开。 

附图说明

下面借助所附示意性图详细说明本发明的一个实施例。 

图1示出了控制装置处于接通位置的开关执行设备的示意剖视图。 

图2示出了用于根据本发明的供电电路的实施例的电路图。 

具体实施方式

附图标记列表 

10     电容器 

12     控制装置 

12a    控制杆 

14     磁性驱动线圈 

16     电容器 

18     磁性释放线圈 

20     再充电继电器 

22     限流电阻 

24     整流二极管 

26     第一复位弹簧 

26′   第二复位弹簧 

28     定子 

30     固定装置 

32     充电单元 

34     用于接通充电单元的继电器 

36     驱动线圈开关继电器 

38     释放线圈开关继电器 

下面参考图1说明作为用于根据本发明的开关执行设备的一个实施例的用于高压开关的开关执行设备，并且参考图2说明作为用于根据本发明的供电电路的一个实施例的所属供电电路。 

开关执行设备包括一个固定的铁磁定子28和一个可以在该定子的一个的空腔内在第一开关位置和一个第二开关位置之间来回运动的、构造为铁磁电枢的控制装置12。该控制装置12具有控制杆12a，借助于该控制杆可以断开和接通高压开关。在图1中控制装置12位于第一开关位置，该开关位置在所选实施例中表示高压开关的接通位置，也就是通过开关杆12a操纵的高压开关接通时所在的开关位置。 

在接通位置中利用在图1中仅示意地示出的固定装置30来固定控制装置12。在该实施例中，固定装置30包括一个永磁体，该永磁体12克服复位弹簧26和26′的作用将控制装置12保持在接通位置。复位弹簧26、26′构成一个用于将控制装置12从接通位置切换到第二开关位置的复位装置，该第二开关位置在此实施例中是高压开关的断开位置，也就是通过开关杆 12a操纵的高压开关断开时所在的开关位置。 

固定装置30还包括磁性释放线圈18，利用该释放线圈可以释放该控制装置12的固定。为此，磁性释放线圈18短时间地产生反作用于永磁保持磁铁的场的一个场。通过短时间地中断保持力，控制装置12由于复位弹簧26和26′的作用而由此运动到断开位置(在图1中向下运动)。控制装置12可以随后从该位置再次借助于磁性驱动线圈14克服复位弹簧26、26′的作用而运动到接通位置。 

在已于本文开头部分提到的文献EP0867903B1和DE10309679B3中说明了带有适当固定装置的开关执行设备。因此，就固定装置30的适当设计而言引用这些文献。 

在图2中示出的供电电路包括：磁性驱动线圈14，磁性释放线圈18，用于驱动线圈14的通电而可与之接通的第一电容器10，以及用于释放线圈18的通电而可与之接通的第二电容器16。第二电容器16的电容被选择为大小正好足够使其释放控制装置12的固定恰好一次，第一电容器10的电容大小正好足以使其克服复位弹簧26、26′的复位力而将控制装置12从断开位置切换到接通位置并对第二电容器16进行再充电恰好一次。因为在将控制装置12从断开位置切换到接通位置时同时施加了用于绷紧复位弹簧26、26′的能量，所以第一电容器10的电容超出第二电容器的电容一个倍数、尤其是数倍。 

此外，供电电路包括：充电单元32，该充电单元既可以与第一电容器10接通也可以与第二电容器16接通；以及限流电阻22和整流二极管24，它们接在第一电容器10和第二电容器16之间。 

作为开关提供了：再充电继电器20、用于接通充电单元32的继电器34、驱动线圈开关继电器36以及释放线圈开关继电器38。再充电继电器20接在第二电容器16和第一电容器10之间，用于接通充电单元32的继电器34接在一方面的充电单元32以及另一方面的第一电容器10和第二电容器16之间，驱动线圈开关继电器36接在第一电容器10和驱动线圈14之间，而释放线圈开关继电器38则接在第二电容器16和释放线圈18之间。 

第一电容器10可以为了驱动线圈14的通电而通过驱动线圈开关继电器36与驱动线圈14连接，而第二电容器可以为了释放线圈18的通电而通过释放线圈开关继电器38与释放线圈18连接。此外，第二电容器16为了 通过再充电继电器20、限流电阻22以及整流二极管24的再充电而要与第一电容器10连接。此外，第一电容器10和第二电容器16可以分别为了通过继电器34的充电而与充电单元32连接。在第二电容器16的情况下，为了通过充电单元32的充电再充电继电器20也要接通。 

驱动线圈开关继电器36和用于接通充电单元32的继电器34这样地相互耦合，使得它们不能同时接通。由此避免了电流直接从充电单元32流到驱动线圈14内。同样，再充电继电器20和释放线圈开关继电器38这样地相互耦合，使得它们不能同时接通。由此避免了电流直接从充电单元32或第一电容器10流入到释放线圈18内。 

控制电路设计用于执行一种所谓的OCO开关序列(Open-Close-Open，断开-接通-断开)。为此，在这种开关序列的第一步骤中，通过接通继电器34以及再充电继电器20而由充电单元32对第一电容器10和第二电容器16进行充电。 

在第二步骤中，断开继电器34，并且接通释放线圈开关继电器38。由此在第二电容器16中存储的电荷流入到释放线圈18，这导致了一个释放控制装置12在接通位置的固定的磁场。这种释放造成控制装置12由于在复位弹簧26和26′中存储的机械能而从接通位置移动到断开位置。 

在释放线圈开关继电器38接通时，第二电容器16和释放线圈18构成一个振荡电路，其中，在利用振荡电路的第一电流半波的情况下，电荷从第二电容器16流入到释放线圈。电容器的电荷可以按照这种方式被完全利用，因此在该开关过程之后实际上在第二电容器16中没有剩余电荷。通过在该开关过程之后断开释放线圈开关继电器38，有可能几乎无电流地断开振荡电路。 

在第三步骤中，释放线圈开关继电器38再次断开而再充电继电器20接通，第二电容器16随之再次由第一电容器10完全充电。因此，第二电容器16在接通过程之前被再次完全充电，使得在接通过程之后可以通过借助于第二电容器16驱动释放线圈18而立刻跟随另一个断开过程。由于为两个电容器选择的电容，因而在对第二电容器16进行再充电后在第一电容器10中还总是保留有足以执行接通过程的电荷。 

对于再充电继电器20，根据继电器20的触点的最大接通功率以及允许的第二电容器16与第一电容器的电压状态的时间延迟来设计限流电阻22。 由整流二极管24避免了从第二电容器16向第一电容器10反馈电能。 

在第四步骤中，驱动线圈开关继电器36接通。由此为磁性驱动线圈14从第一电容器10中这样地提供电荷，使得控制装置12克服复位弹簧26和26′的作用运动到接通位置。 

在驱动线圈开关继电器36接通时，第一电容器10和驱动线圈14构成一个振荡电路，其中在利用振荡电路的第一电流半波的情况下，电荷从第一电容器10流出。电容器的电荷可以按照这种方式被完全利用，因此实际上在该开关过程之后在第一电容器10中没有剩余电荷。通过在该开关过程之后断开驱动线圈开关继电器36，有可能几乎无电流地断开振荡电路。 

在接通过程结束后，由于事先再充电的第二电容器16而可以立即进行断开过程，如在第二步骤中描述的那样。 

Claims (13)

1.一种用于开关执行设备的供电电路，该开关执行设备具有：控制装置(12)；电磁驱动器(14)，用于将该控制装置(12)从第一开关位置切换到第二开关位置；机械复位装置(26，26′)，用于将该控制装置(12)从该第二开关位置切换回该第一开关位置；磁性固定单元(30)，用于将该控制装置(12)固定至该第二开关位置上；以及电磁释放装置(18)，用于释放上述固定，所述供电电路包括：

-可与所述电磁驱动器(14)电连接的第一电容器(10)，用于为该电磁驱动器保存电能；以及

-可与所述释放装置(18)电连接的第二电容器(16)，用于保存该释放装置(18)释放上述固定所必需的电能，

其特征在于，在该第一电容器(10)和该第二电容器(16)之间存在可开断的电连接。

2.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，存在充电单元(32)，该充电单元与所述第一电容器(10)和所述第二电容器(16)可开断地连接。

3.如权利要求2所述的供电电路，其特征在于，存在一个可以将所述第一电容器(10)与所述充电单元(32)相连的开关(34)以及一个可以将该第一电容器(10)与所述驱动器(14)相连的开关(36)，并且这两个开关(34，36)这样地相互耦合，使得该第一电容器(10)不能同时与该充电单元(32)和该驱动器(14)电连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的供电电路，其特征在于，存在一个可以将该第二电容器(16)与该第一电容器(10)和该充电单元(32)相连的开关(20)，以及一个可以将该第二电容器(16)与该释放装置(18)相连的开关(38)，并且这两个开关(20，38)这样地相互耦合，使得该第二电容器(16)不能同时一方面与该第一电容器(10)或该充电单元(32)而另一方面与该释放装置(18)电连接。

5.如权利要求1至3中任一项所述的供电电路，其特征在于，在所述第一电容器(10)和所述第二电容器(16)之间接有限流电阻(22)。

6.如权利要求1至3中任一项所述的供电电路，其特征在于，在所述第一电容器(10)和所述第二电容器(16)之间接有整流器(24)。

7.如权利要求1至3中任一项所述的供电电路，其特征在于，所述第二电容器(16)的电容大小被设计为正好足以使其恰好用于一次释放上述固定的过程，而所述第一电容器(10)的电容大小被设计为正好足以将该控制装置(12)从该第一位置切换到该第二位置并对该第二电容器(16)进行一次再充电。

8.一种开关执行设备，其具有：

-控制装置(12)，

-电磁驱动器(14)，用于提供将该控制装置(12)从第一开关位置切换到第二开关位置的开关力，

-机械复位装置(26，26′)，用于提供将该控制装置(12)从该第二开关位置切换到该第一开关位置的复位力，

-磁性固定单元(30)，用于提供将该控制装置固定在该第二开关位置上的固定力，以及

-电磁释放装置(18)，用于提供一个克服该固定力的释放力，

其特征在于，为所述开关执行设备提供根据上述权利要求中任一项所述的供电电路。

9.根据权利要求8所述的开关执行设备，其特征在于，

所述释放装置包括一个与第二电容器(16)可开断地相连的释放线圈(18)，该释放线圈用于产生施加释放力的磁场，并且，该第二电容器(16)的电容和该释放线圈(18)的电感这样地相互匹配，使得该第二电容器(16)与该释放线圈(18)共同构成一个振荡电路，其中，在第一电流半波中流动的电流足以产生施加释放力的磁场。

10.如权利要求8或9所述的开关执行设备，其特征在于，

该驱动器包括一个与该第一电容器(10)可开断地连接的驱动线圈(14)，以产生施加开关力的磁场，并且，该第一电容器(10)的电容和该驱动线圈(14)的电感这样地相互匹配，使得该第一电容器(10)与该驱动线圈(14)共同构成一个振荡电路，其中，在第一电流半波中流动的电流足以产生施加开关力的磁场。

11.一种用于运行如权利要求8至10中任一项所述的开关执行设备的方法，其特征在于，将该第二电容器(16)在执行释放上述固定的过程后再次由该第一电容器(10)充电。

12.一种用于运行如权利要求9或10的开关执行设备的方法，其特征在于，在所述振荡电路的第一电流半波之后断开该释放线圈(18)和该第二电容器(16)之间的电连接。

13.一种用于运行如权利要求9或10的开关执行设备的方法，其特征在于，在所述振荡电路的第一电流半波之后断开该驱动线圈(14)和该第一电容器(10)之间的电连接。

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