CN101263573A - 操作电开关设备的方法和按照这种方法工作的电开关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作电开关设备的方法和一种按照所述方法工作的电开关设备，所述电开关设备将双金属导体(2)用作热脱扣器来防止电气设备部件发生过载，其中，以非接触方式对所述双金属导体(2)的偏移进行检测，并将其与预定的极限值相比较，当所述双金属导体的偏移超过所述极限值时，以机电方式使所述开关设备脱扣。

Description

操作电开关设备的方法和按照这种方法工作的电开关设备
技术领域
本发明涉及一种操作电开关设备的方法，所述电开关设备具有一个用作热脱扣器来防止电气设备部件发生过电流的双金属导体。此外，本发明还涉及一种按照这种方法进行工作的电开关设备。
背景技术
电开关设备(例如断路器或过流继电器)过载时通过热机械脱扣器实现与电流相关的脱扣，其中，热机械脱扣器涉及的是双金属导体。这些已知开关设备的某些极中包含双金属片，这种双金属片中有工作电流流过，可直接发热，或者也可间接地由通有工作电流的附加电阻丝加热，从而发生弯曲。
这种脱扣根据具体开关设备类型所对应的电流-时间曲线延时发生，电流-时间曲线表示的是脱扣延时与设备部件中与额定电流具有统一规格的电流之间的关联。其中，只要小于额定电流，就不会发生脱扣。
这个额定电流的大小可在一定范围内加以设定，这样就可为同一类型的开关设备设定不同的额定电流。
但为了释放开关设备的闭锁装置，双金属必须产生特定的最小位移(约1mm)以及施加特定的最小力(约2N)，因此，实际操作时只能实现1∶1.6的较小调节范围。
作为热机械脱扣器的替代方案，现有技术中也使用电子脱扣器。采用这种电子脱扣器时，用电流互感器测量每个相上的电流，并用微处理器对其进行分析。完成相应的分析后，由微处理器判定是否需要进行脱扣。随后用电磁体释放闭锁装置。这个解决方案的缺点在于，处理器和电流互感器的使用增加了组件成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法，通过这种方法可使电开关设备在工作过程中将双金属导体用作热脱扣器来防止电气设备部件发生过载，且在此过程中不会出现上文所述的缺点。此外，本发明的目的还在于提供一种按照所述方法进行工作的开关设备。
在方法方面，上述目的通过一种具有独立权利要求1所述特征的方法而达成。如这些特征所述，以非接触方式对双金属导体的偏移进行检测，并将所述偏移与一个预定的极限值相比较，当双金属导体的偏移超过这个极限值时，以机电方式使开关设备脱扣。通过这些措施可在不使用成本较高的电流互感器和微处理器的情况下，实现比纯粹的热机械解决方案更高的精度和更大的设定范围，因为在对双金属导体的偏移的检测为非接触式检测的情况下，双金属导体无需再通过施加相对较大的力来释放闭锁装置。这样，可通过增大双金属导体的偏移程度，进而增大脱扣操作的实用调整范围。
在进行非接触式偏移检测时只要对实际偏移有否超过预定值进行检验，就可通过机械调整来实现脱扣范围的调整。但如果是对偏移程度进行测量，即，需要对电测量信号形式的持续测量值进行检测，那么可以用电子方式实现脱扣范围的调整。
优选以光学方式进行偏移检测，其中，双金属导体与光断续器机械耦合，当双金属导体的偏移超过所述极限值时，这个光断续器就对光栅进行操作。
通过设计和选择上述光栅内使用的光接收器或光发射器，所述的偏移程度也可用这种光栅来测量。
当双金属导体克服弹簧作用发生偏移时，也可通过选择所用弹簧来改变额定电流。
在开关设备方面，上述目的通过一种具有独立权利要求6所述特征的开关设备而达成。本发明的开关设备的优点和各项从属权利要求所述特征的优点可从与此对应的方法权利要求的优点中获得。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1为开关设备的原理图，所述开关设备具有一个用作热脱扣器的双金属导体；以及
图2为一曲线图，其中表示两个用不同光学传感器测量到的测量信号与一个与双金属导体耦合的光断续器的偏移量之间的关系。
具体实施方式
图1所示的电开关设备具有数量与待通断相数相符的片状双金属导体2，例如三个，在设备部件的各相上流过的电流从这些双金属导体中流过。双金属导体2涉及的是一种导电片，这些导电片在附图所示的示意图中沿垂直于绘图平面的方向延伸。双金属导体2的自由端与滑块4、6机械耦合。两个滑块4、6所采用的安装方式使其可以在箭头8所示的方向上进行线性移动。如箭头12所示，杠杆10以可枢转的方式安装在滑块4上。
在此情况下，当所有的三个相上都出现过电流时，所有的双金属导体2都朝箭头8所示的方向向左弯曲，从而引起滑块6的线性移动。滑块4弹性安装在开关设备中，当三个双金属导体2都发生移动时，滑块4会随滑块6一起移动，从而使杠杆10同样在箭头8所示的方向上做线性移动。杠杆10远离滑块4、6的一端与断续器14机械接合，当杠杆10受到操作时，断续器14会在导引装置15中沿箭头16所示的方向进行线性移动。通过这种方式借助杠杆10将滑块4、6的位移传递到断续器14上。
发生断相(例如当单独一个相发生故障)时，过载情况下只有两个双金属导体2会向左移动，而受到断相影响的双金属导体2则会保持静止。这会阻止滑块4发生移动，在此情况下，滑块6的移动会使杠杆10沿箭头12所示的方向绕其位于滑块4上的支点进行转动。这种情况下断续器14仍会朝箭头16所示的方向移动，其中，位移(相应于位于滑块4、6上的支点和位于断续器14上的支点之间的距离)有所增大，从而达到在断相情况下以更快速度引起脱扣的目的。
所述断续器14配有一个光栅20，当滑块4、6的相应位移超过预定范围时，断续器14会进入这个光栅。因此，光栅20和断续器14可起到用于对双金属导体2的偏移进行非接触式检测的传感器的作用。举例而言，光栅20涉及的是一个带有光发射器22(例如红外LED)和光接收器24(例如光电晶体管)的叉形光栅。
光发射器22和光接收器24连接在控制电路26上。用控制电路26测量布置在光电晶体管的集电极-发射极回路中的电阻器R上的电压降，并将其与一个设定的极限值相比较。如果这个电压降小于预定极限值，就通过控制电路26对一个机电脱扣器28进行操作，使其释放图中未作显示的闭锁装置。
在附图1中还可以看到，用机械方式对开关设备的脱扣性能进行调整的方案。这一方面可以通过调整光栅20在开关设备中的位置而实现，如双向箭头30所示。作为这个方案的替代方案或补充方案，也可通过对断续器14采取相应的弹簧加载式的安装方式来调整开关设备的脱扣性能。为此需使断续器14和双金属导体2与弹簧32机械耦合，根据弹簧的不同规格，所述弹簧对该开关设备的脱扣范围以及电流-时间曲线施加相应的影响。
图2所示的曲线图显示的是，在使用两个不同的光栅的情况下，在电阻器R上测量到的电压UR与断续器的位移(即断续器的偏移x)之间的关系。曲线a表示的是一种使用一个具有突出开关性能的光栅20的情况。换言之就是：输出信号主要由两个值构成，即接通(约5.2V)和断开(约0.3V)以及一个极窄的位移范围δx(约0.2mm)，在这个位移范围内进行转换。使用这种数字光栅，必要时选择适当的弹簧尺寸，通过对光栅和断续器的定位来调整所述脱扣性能。
曲线b表示的是这样一种光栅，在使用这种光栅的情况下，在电阻器R上测量到的电压UR在一个较大的位移范围δx＝1mm内几乎与位移成线性关系。在此情况下，可在这个位移范围δx内对偏移x的程度进行持续测量，也就是说，光栅和断续器在此情况下可用作位移传感器。因此，使用这种光栅时，可通过用比较电路(可用电位器加以设定)比较在电阻器R上测量到的电压UR，来以电子方式对脱扣性能进行调整。这样就可通过调节比较电压来设定断续器的偏移x的极限值，进而通过预定的转换关系来设定所述双金属导体或这些双金属导体的偏移的极限值，当所有相或其中一部分相上发生过载时，开关设备应该在达到这些极限值的情况下脱扣。
本发明并不局限于上文借助实施例所说明的实施方式。因此，除简单的光栅外，也可用其他的非接触式传感器(例如光学测距传感器或霍尔传感器)来检测双金属导体的偏移。

Claims (11)

1.一种操作电开关设备的方法，所述电开关设备具有一个用作热脱扣器来防止电气设备部件发生过载的双金属导体(2)，在该方法中，以非接触方式对所述双金属导体(2)的偏移进行检测，并将所述偏移与一个预定的极限值相比较，当所述双金属导体的偏移超过所述极限值时，以机电方式使所述开关设备脱扣。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述偏移的程度进行测量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以光学方式对所述偏移进行检测。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述双金属导体(2)与光断续器(14)机械耦合，当所述双金属导体(2)的偏移超过所述极限值时，所述光断续器(14)对一个光栅(20)进行操作。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，所述双金属导体(2)克服弹簧(32)的作用发生所述偏移。
6.一种电开关设备，包括：一个用作热脱扣器来防止电气设备部件发生过载的双金属导体(2)，和一个用于对所述双金属导体(2)的偏移进行非接触式检测的传感器(14，20)，所述传感器连接在一个用于控制机电脱扣器(28)的控制电路(26)上。
7.根据权利要求6所述的电开关设备，其中，所述传感器(14，20)是用于对所述偏移进行测量的位移传感器。
8.根据权利要求6或7所述的电开关设备，其中，设置有光学传感器(14，20)。
9.根据权利要求8所述的电开关设备，其中，所述双金属导体(2)与光栅(20)的光断续器(14)机械耦合。
10.根据权利要求9所述的电开关设备，其中，所述光栅(20)位置可变地布置在所述开关设备中。
11.根据权利要求5至10中任一项权利要求所述的电开关设备，其中，所述双金属导体(2)至少间接地与一个弹簧(32)机械耦接，所述弹簧阻碍所述双金属导体发生偏移。
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