CN101401272A - 用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元，其包括：至少一个检测单元(110、211、212、213)，用于检测输送至电动机的至少一个电流的至少一个电流测量值；一个甄别电路(120、220)，该甄别电路具有一个用于输出一控制信号的输出端，该控制信号用于控制所述电动机，其中，当所述至少一个电流测量值中的任一个都不超过一个预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第一状态中，并且当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过所述预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第二状态中；其中，在第一状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第一电平上，并且在第二状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第二电平上；其中，甄别电路(120、220)包括一个限压部件，并且所述预给定的触发阈值通过该限压部件的击穿电压来确定。

Description

用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元
技术领域
本发明涉及一种用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元，其包括：至少一个检测单元，用于检测输送至电动机的至少一个电流的至少一个电流测量值；一个甄别电路，该甄别电路具有一个用于输出一控制信号的输出端，该控制信号用于控制所述电动机，其中，当所述至少一个电流测量值中的任一个都不超过一个预给定的触发阈值时，甄别电路处于一个第一状态中，并且当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过所述预给定的触发阈值时，甄别电路处于一个第二状态中；其中，在第一状态中的甄别电路将输出信号设置到一个第一电平上，并且在第二状态中的甄别电路将输出信号设置到一个第二电平上；其中，甄别电路包括一个限压部件，并且所述预给定的触发阈值通过该限压部件的击穿电压来确定。
背景技术
电动机保护开关通过热触发的关断保护电动机免于遭受过载。它们通常与电磁的快速触发器组合并且主要考虑用于三相的三相交流电动机。
该电动机保护开关可以具有一个用于调节电动机的额定电流的调节范围，其中，该额定电流范围由一个最小可调节的额定电流Inenn，min直到一个最大可调节的额定电流Inenn，max，并且调节出的额定电流Inenn在该额定电流范围以内。
通常通过双金属实现热保护，所述双金属通过加热绕组加热，电动机电流流过该加热绕组。如果电动机的即使一个线圈的功率消耗超过预给定的值好多秒，那么由于热而变形的双金属触发电动机保护开关的触发单元并且中断通往电动机的电流回路。
相反，当电动机供电导线中出现断路或者当绕组短路时，电磁的快速触发器导致立刻的关断，其中电磁的快速触发器典型地从最大可调节的额定电流的14倍起才响应并且进行快速触发。
双金属在电动机保护开关中的使用显示如下缺点，即电动机保护开关的额定电流的调节范被大大限制。该额定电流的调节范围可以变得更宽，其中双金属通过一个电子装置取代，其中输送至电动机的电流由一个电流互感器检测并且根据检测到的电流进行电动机的关断。
电流互感器通常是变压器，其初级绕组由一个输送至电流电动机的交流电流过并且在其次级回路中检测传输的电流。但是变压器式的转换器原理具有如下缺点，即当初级电流超过一个确定的值时，转换器的芯将饱和。典型的是，电流互感器从大约最大可调节的额定电流Inenn，max的8倍起处于饱和。在较高的电流时才处于饱和的电流互感器成本显著更高并且具有较大的结构尺寸。由于饱和改变了次级侧的正弦形的电流信号，其中在电流信号中存在峰值，使得仅能通过一个具有非常高的扫描速率的AD转换器才能进行电流的有效值计算。
由此，电动机保护开关在最大可调节的额定电流Inenn，max的8至14倍的范围内不再能用具有较小扫描速率的AD转换器检测输送至电动机的电流并且执行电动机的触发。对于在该范围内的正确的电流检测，必须明显提高用于电流检测的AD转换器的扫描速率。这带来如下缺点，即这个具有较高扫描速率的AD转换器需要较高的执行耗费，从而导致较高的成本并且具有较大的结构尺寸。另一缺点在于，AD转换器的较高的扫描速率导致较高的功率损耗。
发明内容
由上述问题出发，本发明的目的是，提出一种用于电动机保护开关的电子触发单元，其中当例如电流互感器处于饱和并且因此不能进行输送至电动机的电流的有效值计算时，也能够借助于简单的机构识别通往电动机的过电流，使得即使在电流互感器的饱和运行中也可以执行用于关断电动机的快速触发。
该目的在开头所述方式的装置中通过如下方式解决，即用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元包括：至少一个检测单元，用于检测输送至电动机的至少一个电流的至少一个电流测量值；一个甄别电路，该甄别电路具有一个用于输出一控制信号的输出端，该控制信号用于控制电动机，其中当所述至少一个电流测量值中的任一个都不超过预给定的触发阈值时，甄别电路处于一个第一状态中，并且当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过预给定的触发阈值时，甄别电路处于第二状态中；其中，在第一状态中的甄别电路将输出信号设置到一个第一电平上，并且在第二状态中的甄别电路将输出信号设置到一个第二电平上；其中，该甄别电路包括一个限压部件，并且所述预给定的触发阈值通过限压部件的击穿电压确定。
触发阈值例如可以这样选择，使得当例如将一个位于最大可调节的额定电流的8倍以上的电流输送至电动机时，甄别电路转换到第二状态中并且输出信号设置到该第二电平上，使得当所述至少一个检测到的电流测量值的至少一个具有位于电动机的最大可调节的额定电流的8倍之上的值时，甄别电路将输出信号设置到该第二电平上。由此，甄别电路用作阈值检测器。限压部件例如可以是齐纳二极管。
甄别电路的输出信号例如可以由另一处理单元、例如一个微控制器读入，使得该另一处理单元借助于输出信号的电平识别：是否应该执行电动机的关断，并且然后例如启动一个触发机构，用于中断输送至电动机的电流。但是输出信号也可以与该触发机构直接连接，使得该触发机构由输出信号控制并且当输出信号具有第二电平时中断输送至电动机的电流。
如果限制电压的元件例如通过一个齐纳二极管实现，那么该齐纳二极管这样连接，使得该齐纳二极管沿截止方向运行，并且该齐纳二极管的击穿电压确定触发阈值，使得当所述至少一个检测到的电流测量值的至少一个超过触发阈值时，该齐纳二极管在击穿范围内运行。由此，该齐纳二极管是低欧姆的，并且一个流过该齐纳二极管的电流将甄别电路的输送信号设置到所述第二电平上，而在相反当齐纳二极管截止并且没有电流流过该齐纳二极管时，甄别电路的输出信号被设置到第一电平上。由此，当齐纳二极管不是在击穿范围内运行时，甄别电路处于第一状态；而当该齐纳二极管在击穿范围内运行时，甄别电路处于第二状态。由此，可以借助于齐纳二极管的击穿电压预给定触发阈值，其中击穿电压可以通过选择具有期望的击穿电压的齐纳二极管改变。由此，该齐纳二极管用作阈值检测器。
如果电动机例如通过一个交流电动机实现，那么所述至少一个检测单元的至少一个例如是一个感应式电流互感器、例如一个变压器，该变压器在初级侧由待检测的电流流过，并且在其次级侧上所述被变换了的第一电流被转换为施加到第一检测单元的输出端上的电压。该转换例如可以通过一个分流电阻实现。
由此，本发明的装置显示如下优点，即在没有测量所述至少一个电流测量值的情况下(当所述至少一个电流测量值通过一个电压表示时，该测量例如可以通过一个电压测量器实现)，一个可预给定的触发阈值的被超过可以由所述至少一个电流测量值的至少一个检测并且例如基于该检测可以进行快速触发并且从而进行电动机的与该快速触发相关的关断。当例如在所述至少一个检测单元中的一个中的一个电流互感器处于饱和并且属于它的电流测量值通过一个电压(该电压由于处于饱和的电流互感器具有电压峰值并且从而不能由例如一个具有小扫描速率的AD转换器检测)表示时，该装置也能可靠地运行。
但是本发明也可以用在直流电动机中以识别过电流。在此，所述至少一个检测单元的至少一个例如可以是一个电阻，该电阻处于通往电动机的电流线中，使得第一电流流过该电阻并且在该电阻上下降的电压施加到第一检测单元的输出端上；另外，所述至少一个检测单元的至少一个例如通过一个磁场式变换器实现，使得在第一检测单元的输出端上施加一个与测量到的磁场并且从而与第一电流成比例的电压，其中该磁场式变换器例如可以通过一个霍尔变换器实现。
本发明的一个构型提出，甄别电路包括一个转换单元，该转换单元在第一状态中将输出信号转换到第一电平上，并且该转换单元在第二状态中将输出信号转换到第二电平上。
该转换单元与限压部件这样连接，使得一个流过该限压部件的电流控制该转换单元，以致当该限压部件处于击穿运行时，转换单元将输出信号转换到第二电平上，并且反之当没有或者仅小的电流流过限压部件时，转换单元将输出信号转换到第一电平上。该转换单元例如可以包括一个继电器和/或一个晶体管。
本发明的一个构型提出，该转换单元包括一个晶体管。
该晶体管例如可以通过场效应晶体管实现，其中或者可以使用阻挡层型场效应晶体管、耗尽型MOS场效应晶体管或者增强型MOS场效应晶体管。该场效应晶体管不仅可以通过一个n沟道或者p沟道类型实现。另外对于转换单元也可以使用一个双极晶体管，该双极晶体管或者可以是npn型或者是pnp型。另外，该转换单元也可以包括多于一个的晶体管。
本发明的一个构型提出，所述晶体管是MOS场效应晶体管。
本发明的一个构型提出，甄别电路包括一个与限压部件串联的电阻，并且在该电阻上有电压降时使所述转换单元接通。
由此，在本发明的这个构型中，限压部件并且串联的电阻用作阈值检测器。
本发明的一个构型提出，在甄别电路的输出端与一个地电位之间设置一个滤波电路。
该滤波电路例如可以具有低通滤波特性，并且从而阻尼
Figure A200780008918D0010181739QIETU
输出信号的高频部分。这例如尤其是在转换输出信号的电平时是有利的，因为在此可能产生电压峰值，该电压峰值可能干扰随后的处理单元、例如微控制器。这些电压峰值通过低通滤波电路阻尼。该低通滤波电路例如可以通过一个电容器实现，其中，平行于电容器地可以设置一个电阻。
本发明的一个构型提出，在甄别电路的输出端与一个地电位之间设置一个限压器。
该限压器例如可以通过齐纳二极管或者稳压二极管实现。
本发明的一个构型提出，甄别电路的输出端与一个微控制器的一个输入端连接，并且该微控制器另外与一个用于关断电动机的触发机构连接，并且该微控制器基于甄别电路的输出信号借助于该触发机构关断电动机。
该触发机构可以用作作用到一个锁扣机构上的蓄能器、用作电磁的辅助开关或者用作电子的转换机构、例如半导体开关并且触发一个开关回路中断器、例如一个接触器，使得所述至少一个输送至电动机的电流被中断。微控制器读入甄别电路的输出信号，并且当输出信号具有第二电平时，该触发机构触发，用于关断电动机。
本发明的一个构型提出，电动机的关断在小于200ms的时间间隔内进行。
当本发明的触发单元被使用来检测输送至电动机的短路电流时，所述在小于200ms的时间间隔内的关断是尤其有利的。在这种短路电流时，电动机必须在小于200ms的时间间隔内关断以避免在电动机和/或导线上的损害。
本发明的一个构型提出，该电动机是交流电动机。
该电动机可以是单相交流电动机，对其供入恰好一个相电流，但是该电动机也可以是多相交流电动机、例如三相交流电动机。
本发明的一个构型提出，所述至少一个检测单元的每一个具有一个电流互感器，该电流互感器具有一个初级侧和一个次级侧，待检测的电流流过该电流互感器的初级侧，使得该初级侧的电流在次级侧转换成一个被变换的电流，并且检测到的电流测量值表示该被变换的电流的等效。
所述被变换的电流例如可以被转换为一个电压，使得该电压表示检测到的电流测量值并且从而相当于所述被变换的电流。该电压例如可以通过一个整流器和一个分流电阻产生。
由此，所述电流检测在次级侧进行，使得电流被超过的检测通过该甄别电路与电动机的额定电流的绝对值无关地进行。在初级侧，可以通过电流互感器的不同的绕组比实现不同的额定电流范围。这显示如下优点，即甄别电路不必对于每个不同的额定电流范围重新设计。
电流互感器典型地从一个确定的初级电流值起处于饱和，使得从该确定的初级电流值、即饱和电流值起，所述被变换的电流不再线性地与初级侧的电流相关并且具有电压峰值。甄别电路的触发阈值可以这样选择，使得当所述至少一个电流测量值的至少一个超过饱和电流值时，甄别电路转换到第二状态中。由此，该饱和电流值取决于该电流互感器，并且例如可以是额定电流范围的最大的额定电流的8倍。
由此，本发明的触发单元显示如下优点，即，即使在饱和电流值之上也可以进行电动机的关断，尽管电流互感器处于饱和并且不能进行输送至电动机的电流的初级侧的有效值计算。所以这尤其是有利的，因为电动机保护开关的电磁的快速触发器典型地从最大额定电流的14倍起才触发，因此借助于本发明也可以在饱和电流值与最大额定电流的14倍之间的范围内进行关断。典型的是，电流互感器的饱和电流值可以为最大额定电流的大约8倍。由此，本发明的触发单元不需要成本高的电流互感器，该电流互感器从最大额定电流的14倍(也就是说在电磁的快速触发器关断时)起才处于饱和，而是可以使用廉价的并且结构尺寸较小的电流互感器，该电流互感器较早地处于饱和。
本发明的一个构型提出，通过在初级侧与次级侧之间的电流转换比对电流互感器配置一个额定电流范围，并且该额定电流范围向上通过一个最大的额定电流Inenn，max限定；另外，所述预给定的触发阈值被这样预给定，使得当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过最大额定电流Inenn，max的8倍时，甄别电路转换到第二状态中。
本发明的一个构型提出，在所述至少一个检测单元的每一个中，在初级侧与次级侧之间的电流转换比可在多个级中被调节，其中所述多个级的每一个级分别相应于初级侧的不同的额定电流范围，使得在所述多级的每一个级中在次级侧得到相同的电流范围。
例如该触发单元可以具有一个旋转开关，用该旋转开关可以选出不同的额定电流范围，其中在包含在触发单元中的每一个检测单元中，绕组比适配于选择出的额定电流范围。
本发明的一个构型提出，所述至少一个检测单元的每一个还包括下面的机构：一个整流器，该整流器连接在电流互感器的次级侧的输出端上，用于整流所述被变换的电流；一个电阻，该电阻这样连接在整流器与接地点之间，使得所述被变换和整流了的电流流过该电阻并且一个电压通过该电阻下降，使得该电压表示检测到的电流测量值；一个输出端，所述电压施加在该输出端上。
该整流器例如可以通过一个半波整流器实现，但是以也可以通过一个多路整流器实现。
另外，所述电阻可以这样连接到该整流器上，使得在正的第一相电流时一个负电压通过该第一电阻下降。
本发明的一个构型提出，所述整流器是桥式整流器，并且该桥式整流器的一个第二输出端提供一供电电压。
本发明的一个构型提出，所述甄别电路包括一个输入端，该输入端与所述限压部件连接；并且所述至少一个检测单元的每一个的输出端与该甄别电路的输入端连接。
本发明的一个构型提出，对该电动机供入至少两个电流，并且所述至少两个电流的每一个由所述至少一个检测单元的分别一个进行检测，由此，所述电子触发单元包括至少两个检测单元，其中，在所述至少两个检测单元的每一个的输出端与甄别电路的输入端之间设置一个去耦元件。
根据该构型，所述电动机是多相的电动机，例如三相的交流电动机(三相交流电动机)。输送至电流电动机的每一个相电流通过相应一个检测单元检测，其中，每个检测单元具有一个输出端，每个被测量的电流值以电压的形式施加在该输出端上。该电压对地可以是负值。设置在每个检测单元的输出端与甄别电路的输入端之间的去耦元件用于使这些检测单元相互去耦，以致分别施加在这些检测单元的输出端上的电压彼此不影响。
本发明的一个构型提出，所述去耦元件是二极管。
本发明的一个构型提出，所述至少一个检测到的电流测量值的每一个另外被引导到所述微控制器上，并且该微控制器基于所述至少一个检测到的电流测量值和电动机的额定电流借助于所述触发机构关断电动机。
由此，当所述至少一个检测到的电流测量值由相应的检测单元以电压的形式给出时，该微控制器例如借助于至少一个电压测量器读入所述至少一个检测到的电流测量值的每一个。由此，当所述至少一个检测到的电流测量值与当时供入到电动机中的电流线性相关时，即当所述至少一个检测单元中的电流互感器不饱和时，那么所述微控制器借助于至少一个检测到的电流测量值监控电动机。当所述至少一个初级侧的电流位于饱和电流值以下时例如就是这种情况。由此该微控制器在此例如识别：所述至少一个检测到的电流测量的至少一个是否在一个可预给定的临界值之上，使得在该临界值被超过时进行电动机的快速关断。所述可预给定的临界值例如可以是电动机的额定电流的8倍，其中，该电动机的额定电流和/或可预给定的临界值可以通过一个接口输入到微控制器中。
由此，当初级侧的电流在饱和电流值之下时，例如可以通过所述微控制器实现电动机监控和电动机的可能的关断，而当这些初级侧的电流的一个超过饱和电流值时，甄别电路引起电动机的关断。
另外，在微控制器中可以存储一个用于电动机保护开关的不同的触发特性曲线的特性曲线族，其中所述特性曲线的每一个根据输送至电动机的电流(该电流被标准化成额定电流)给出用于相应一个惯性度tr的触发时间。所述微控制器可以通过所述接口读入一个可预给定的惯性度tr，由此可从所述特性曲线族中选择出相应的触发特性曲线，并且基于所述至少一个被测量的电流测量值和选择出的特性曲线进行电动机的延迟的热关断。从而电动机保护开关不需要用于热关断的双金属，使得在过电流或者短路时通过本发明的触发单元不仅可以实现热关断，而且可以实现快速关断。
本发明的一个构型提出，所述限压部件是齐纳二极管。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明，在这些附图中示出两个实施例。
其中：
图1示出一个本发明的、根据一个实施形式的、用于电动机保护开关的电子触发单元的示意性框图，
图2示出一个本发明的、用于电动机保护开关的电子触发单元的另一实施形式，
图3示出一个本发明的、用于电动机保护开关的电子触发单元的触发或者过载特性曲线。
具体实施方式
在图1中示出的框图示意地示出一个本发明的、用于电动机保护开关的电子触发单元的实施形式。
检测单元110借助于一个电流互感器检测输送至电动机的电流并且将一个电流测量值传输到甄别电路120上。该电流测量值例如可以通过一个电压表示。该电动机或者可以是直流电动机或者可以是交流电动机。该甄别电路120包括一个限压部件(在图1中未示出)，例如一个齐纳二极管，其中该限压部件的击穿电压确定了一个触发阈值，并且当检测到的电流测量值位于该触发阈值之下时，甄别电路将输出信号设置到一个第一电平上，另外，当检测到的电流测量值位于该触发阈值之上时将输出信号设置到一个第二电平上。为了进一步的处理，该输出信号被引导至一个微控制器130上，当输出信号具有第二电平时，该微控制器借助于触发机构140关断所述电动机。
因此，利用本发明的电子触发单元可以识别：一个输送至该电动机的电流是否超过一个预给定的值，以致在该值被超过时所述电动机被关断。
检测单元110和甄别电路120的可能的实现方式借助于下面其它的实施例进行描述。
图2示出本发明的、根据另一实施形式的、用于电动机保护开关的电子触发单元的结构。本发明的触发单元在所述实施例中具有三个用于检测输送至电动机的三个相电流i1的检测单元211、212、213、一个去耦电路250、一个甄别电路220、一个微控制器230和一个触发机构240。
现在，在下面借助于第一检测单元211描述所述三个检测单元211、212、213的每一个的功能方式。所述实施形式同样适用于其它两个检测单元212和213。
第一检测单元211检测输送至电动机的第一正电流i1，使得在一个检测单元211的输出端上施加(anliegen)一个与检测到的电流i1有关的负电压Ui，1。只要包含在第一检测单元211中的电流互感器不饱和，那么该电压Ui，1就与检测到的电流i1成比例。在第一检测单元211中使用的电流互感器在初级侧上、即在由电流i1流过的侧上仅具有小的匝数，而次级侧上的匝数明显更大。因此，一个较高的初级侧的电流i1可以被变换成一个较小的次级侧的电流。匝数比优选可以这样选择，使得可以与相应的在初级侧待检测的电流范围(该电流范围与当时使用的电动机和电动机的额定电流有关)无关地在次级侧得到一个恒定的电流范围。因此用于检测阈值的次级侧的电路不必对每个不同的次级侧的待检测的电流范围重新进行设计。
例如电路互感器可以这样构成，使得不同的绕组匝比是可分接的(abgreifbar)并且从而实现不同的额定电流范围。因此该电流互感器可以通过不同的绕组匝比例如实现下面四个额定电流范围：
 
Inenn，min Inenn，max
额定电流范围I 0.3A 1.2A
额定电流范围II 1.0A 4.0A
额定电流范围III 3.0A 12A
额定电流范围IV 8.0A 32A
这些额定电流范围例如可以通过一个旋转开关调节。
由此例如在额定电流范围III内在电动机上调节在最小的额定电流Inenn，min＝3.0A与最大的额定电流Inenn，max＝12A之间的额定电流。电流互感器从大约8倍于最大的额定电流Inenn，max起处于饱和，也就是说在额定电流范围III的情况下从96A的饱和电流值起处于饱和。
如在图2中示出的那样，第一检测单元211包括一个桥式整流器，被变换了的电流i1流过该桥式整流器。该桥式整流器的一个输出表示供电电压Uv，1，而该桥式整流器的另一输出通过一个电阻R4接地。从而被变换且整流了的电流i1流过电阻R4，使得所述负电压Ui，1通过接地的电阻R4下降，并且该负电压Ui，1施加在第一检测单元的输出端上。由此，该负电压Ui，1表示输送至电动机的电流i1的第一电流测量值。如果电流i1超过刚才选择出的额定电流范围Inenn，max的最大额定电流的8倍、即i1>8·Inenn，max，那么所述电流互感器将饱和，并且电压Ui，1不再与待检测的电流i1成比例并且可能具有电压峰值，从而不再能通过有效值计算进行电流检测
类似于第一检测单元211地，第二检测单元212检测第二相电流i2使得与该相电流i2有关的负电压Ui，2施加在第二检测单元212的输出端上；并且第三检测单元213检测第三相电流i3，使得与该相电流i3有关的负电压Ui，3施加在第三检测单元213的输出端上。第二检测单元212和第三检测单元213在结构上相应于先前描述的第一检测单元。
由此，这三个输出的负电压Ui，1、Ui，2、Ui，3是用于输送至电动机的相电流i1、i2、i3的电流测量值。
因为从相应调节出的额定电流范围的最大额定电流Inenn，max的8倍起不再能借助于三个输出的负电压Ui，1、Ui，2、Ui，3通过有效值计算进行电流检测，所以甄别电路220从该最大额定电流Inenn，max的8倍起执行一个过电流检测。
所述三个检测单元211、212、213的每一个的输出端通过一个二极管D1、D2、D3与甄别电路220的输入端连接。在此，这三个包含在所述去耦单元250中的二极管D1、D2、D3分别用作去耦元件并且防止这三个检测单元211、212、213的输出相互影响。
甄别电路220包括一个限压部件(例如齐纳二极管Z1)、MOS场效应晶体管T和三个电阻R1、R2、R3。该齐纳二极管Z1设置在甄别电路220的输入端与MOS场效应晶体管T的门之间。电阻R1位于MOS场效应晶体管T的门与源极之间，从而该电阻与齐纳二极管Z1串联。电阻R2使MOS场效应晶体管T的源极与一个供电电压UV，2连接，并且电阻R3使MOS场效应晶体管T的漏极接地。
齐纳二极管Z1的击穿电压被这样选择，使得当所述三个检测到的电流测量值Ui，1、Ui，2、Ui，3的至少一个超过最大额定电流Inenn，max的8倍时，即当所述三个负电压Ui，1、Ui，2、Ui，3的至少一个降低到一个相应于最大额定电流Inenn，max的8倍的电压电平以下时，齐纳二极管Z1在击穿范围内运行并且一个电流沿截止方向流过该齐纳二极管Z1。该电流由此也流过电阻R1，使得通过电阻R1下降的电压使晶体管T接通，并且一个电压通过电阻R3下降，由此该电压施加在甄别电路220的输出端上。在此情况下，该甄别电路220处于第二状态中并且施加在输出端上的电压相应于所述第二电平。
如果所述三个检测到的电流测量值Ui，1、Ui，2、Ui，3的每一个都不在最大额定电流Inenn，max的8倍之上，那么齐纳二极管Z1上的击穿电压不被达到，使得没有电流流过沿截止方向运行的齐纳二极管Z1并且因此也没有电流流过电阻R1。在此，晶体管T处于截止状态中，使得没有电流流过电阻R3并且在甄别电路220的输出端上施加一个非常低的电压电平或者地电位。在此，甄别电路220处于第一状态中，并且施加在输出端上的电压相应于第一电平。
甄别电路220的输出端与微控制器230的一个输入端连接，其中在甄别电路220的输出端与微控制器230的输入端之间各存在一个电容C和一个接地的第二齐纳二极管Z2。电容C与电阻R3一起用作低通滤波器并且阻尼施加在甄别电路220的输出端上的电压的高频部分。所述沿截止方向运行的第二齐纳二极管Z2用作限压器。
由此，该微控制器检测甄别电路220的输出端上的电压电平，并且当检测到的电压电平相应于第二电平时、即当甄别电路220已经检测到输送至电动机的所述三个电流i1、i2、i3的至少一个超过最大额定电流Inenn，max的8倍时，通过触发机构240执行电动机的快速关断。该快速关断在200ms以内进行。
另外，微控制器230也直接读入所述三个检测单元211、212、213的三个检测到的电流测量值Ui，1、Ui，2、Ui，3。如果所述三个电流i1、i2、i3中每一个都不超过最大额定电流的8倍(这例如可以由微控制器230通过如下方式识别，即甄别电路220将其输出设置到第一电压电平上)，那么微控制器230就可以基于这三个电流测量值Ui，1、Ui，2、Ui，3执行电动机监控并且必要时完成电动机的关断。
为此，在微控制器230中可以存储一个用于电动机保护开关的一个或者不同的触发特性曲线的特性曲线族，其中所述特性曲线中每一个根据输送至电动机的电流(该电流被标转化成所述额定电流)对于相应一个惯性度tr给出触发时间。该微控制器可以通过一个接口读入一个可预给定的惯性度tr，由此从所述特性曲线族选出相应的触发特性曲线，并且基于所述至少一个测量到的电流测量值和选出的特性曲线执行电动机的滞后的热关断。由此，所述电动机保护开关不需要用于热关断的双金属，使得在过电流或者短路时可以通过本发明的触发单元不仅实现热关断而且实现快速关断。所述特性曲线族也可以存储在一个外部的、与微控制器230连接的存储器中。
图3借助于一个特性曲线族示出本发明的用于电动机保护开关的电子触发单元的触发或者过载特性曲线310—318，其中触发时间(s)根据超过调节出的额定电流的n倍(n×Inenn)、即超过调节电流的n倍、来表示，其中所述特性曲线310—318的每一个被配置给一些tr[s]＝(2、4、6、8、10、12、16、20)的一个惯性度tr，而下面的特性曲线310相应于相位故障。
调节出的额定电流Inenn必须位于选择出的额定电流范围以内。在图3中，调节出的额定电流等于额定电流范围III的最大额定电流，也就是说，但是电磁的快速触发器触发14倍的额定电流(14×12A＝168A)。
在范围I中，电流互感器不饱和，因为输送至电动机的电流位于最大额定电流的8倍之下。在该范围中，微控制器230可以借助于所述三个检测单元211、212、213的三个检测到的电流测量值Ui，1、Ui，2、Ui，3执行电动机监控和电动机的关断。为此，微控制器230例如通过一个接口读入一个惯性度tr和该额定电流Inenn的值，并且借助于配置给该惯性度tr的特性曲线检验是否执行电动机关断，并且必要时借助于触发机构执行该电动机关断。如果调节出的额定电流Inenn处于最大可调节的额定电流之下，那么微控制器230也可以在直至8倍于最大可调节的额定电流的范围内借助于检测到的电流测量值识别所述调节出的额定电流的8倍的被超过并且引起一个快速触发。然后，从最大可调节的额定电流的8倍起该甄别电路220才又与微电脑一起承担快速触发。
在图3中示出的范围II中电流互感器的一个处于饱和，因为最大额定电流的8倍被超过，并且本发明的甄别电路220识别所述最大额定电流的8倍的被超过，然后将输出信号设置到第二电平上，使得微控制器230基于甄别电路220的该输出信号执行电动机的快速关断。
而在范围III中、即从最大额定电流的14倍起，电动机保护开关(例如PKE)的电磁的快速触发器关断该电动机。
由此，本发明的触发单元显示如下优点：即，在电流互感器的饱和之上即在范围II中也可以实现电动机的关断，尽管电流互感器处于饱和并且不能进行输送至电动机的电流的一个初级侧的有效值计算。所以这尤其是有利的，因为电动机保护开关的电磁的快速触发器典型地从最大额定电流的14倍起才触发，以致借助于本方法也可以在饱和电流值与最大额定电流的14倍之间的范围内、即在范围II内实现关断或者快速关断。
由此，本发明的解决方案也显示如下优点，即不必使用从最大额定电流的14倍起才处于饱和的电流互感器，而是可以使用较廉价的且结构尺寸较小的电流互感器，该电流互感器从最大额定电流的8倍起已经处于饱和。
另外，在本发明的触发单元中无需具有增高的扫描速率(Abtastrate)的、用于在最大可调节的额定电流Inenn，max的8至14倍的范围内检测电流的AD转换器，这些AD转换器以前可能是必需的，用于在电流互感器尽管处于饱和的情况下仍执行输送至电动机的电流的有效值确定，因为次级侧的电流信号在该范围内改变并且具有峰值。因此，在微控制器230中使用的电压测量器能够以小的扫描速率运行，使得降低微控制器230的电流消耗。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元，其包括：至少一个检测单元(110、211、212、213)，用于检测输送至电动机的至少一个电流的至少一个电流测量值；一个甄别电路(120、220)，该甄别电路具有一个用于输出一控制信号的输出端，该控制信号用于控制所述电动机，其中，当所述至少一个电流测量值中的任一个都不超过一个预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第一状态中，并且当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过所述预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第二状态中；其中，在第一状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第一电平上，并且在第二状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第二电平上；其中，甄别电路(120、220)包括一个限压部件，并且所述预给定的触发阈值通过该限压部件的击穿电压来确定；其中，该甄别电路(120、220)包括一个转换单元，该转换单元在所述第一状态中将输出信号转换到所述第一电平上，并且该转换单元在所述第二状态中将输出信号转换到所述第二电平上，其中，该甄别电路(120、220)包括一个与限压部件串联的电阻，并且在该电阻上的电压降开关所述转换单元。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：该转换单元包括一个晶体管。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于：该晶体管是MOS场效应晶体管。
4.按权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：在甄别电路(120、220)的输出端与一个地电位之间设置一个滤波电路。
5.按权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：在甄别电路(120、220)的输出端与一个地电位之间设置一个限压器。
6.按权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)的输出端与一个微控制器(130、230)的一个输入端连接，并且该微控制器(130、140)另外与一个用于关断电动机的触发机构(140、240)连接，并且该微控制器(130、230)基于甄别电路(120、220)的输出信号借助于该触发机构(140、240)关断电动机。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于：所述电动机的关断在小于200ms的时间间隔内进行。
8.按权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于：该电动机是交流电动机。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个具有一个电流互感器，该电流互感器具有一个初级侧和一个次级侧，待检测的电流流过该电流互感器的初级侧，使得该初级侧的电流在次级侧转换成一个被变换的电流，其中，检测到的电流测量值是该被变换的电流的等效。
10.按权利要求9所述的装置，其特征在于：通过在初级侧与次级侧之间的电流转换比对该电流互感器配置一个额定电流范围，并且该额定电流范围向上通过一个最大的额定电流Inenn，max限定；另外，所述预给定的触发阈值被这样预给定，使得当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过最大额定电流Inenn，max的8倍时，甄别电路(120、220)转换到所述第二状态中。
11.按权利要求9或10所述的装置，其特征在于：在所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个中，在初级侧与次级侧之间的电流转换比可在多个级中被调节，其中所述多个级的每一个级分别相应于初级侧的不同的额定电流范围，使得在所述多个级的每一个级中在次级侧得到相同的电流范围。
12.按权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个还包括下面的机构：
一个整流器，该整流器连接在所述电流互感器的次级侧的输出端上，用于整流所述被变换的电流；和
一个电阻，该电阻这样连接在整流器与一接地点之间，使得所述被变换和整流了的电流流过该电阻并且一个电压通过该电阻下降，使得该电压表示检测到的电流测量值；和
一个输出端，所述电压施加在该输出端上。
13.按权利要求12所述的装置，其特征在于：该整流器是桥式整流器，并且该桥式整流器的一个第二输出端提供一供电电压。
14.按权利要求12或13所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)包括一个输入端，该输入端与所述齐纳二极管连接；并且所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个的输出端与该甄别电路(120、220)的输入端连接。
15.按权利要求14所述的装置，其特征在于：对该电动机供入至少两个电流，并且所述至少两个电流的每一个分别由所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的一个检测，因此该电子触发单元包括至少两个检测单元(110、211、212、213)，其中，在所述至少两个检测单元(110、211、212、213)的每一个的输出端与甄别电路(120、220)的输入端之间设置一个去耦元件。
16.按权利要求15所述的装置，其特征在于：该去耦元件是二极管。
17.按权利要求6至16中任一项所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测到的电流测量值的每一个另外被引导到所述微控制器(130、230)上，其中，该微控制器(130、230)基于所述至少一个检测到的电流测量值和电动机的额定电流借助于所述触发机构(140、240)关断该电动机。
18.按权利要求1至17中任一项所述的装置，其特征在于：所述限压部件是齐纳二极管。

Claims (20)

1.一种用于电动机的电动机保护开关的电子触发单元，其包括：至少一个检测单元(110、211、212、213)，用于检测输送至电动机的至少一个电流的至少一个电流测量值；一个甄别电路(120、220)，该甄别电路具有一个用于输出一控制信号的输出端，该控制信号用于控制所述电动机，其中，当所述至少一个电流测量值中的任一个都不超过一个预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第一状态中，并且当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过所述预给定的触发阈值时，甄别电路(120、220)处于一个第二状态中；其中，在第一状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第一电平上，并且在第二状态中的甄别电路(120、220)将输出信号设置到一个第二电平上；其中，该甄别电路(120、220)包括一个限压部件，并且所述预给定的触发阈值通过该限压部件的击穿电压来确定。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)包括一个转换单元，该转换单元在所述第一状态中将输出信号转换到所述第一电平上，并且该转换单元在所述第二状态中将输出信号转换到所述第二电平上。
3.按权利要求3所述的装置，其特征在于：该转换单元包括一个晶体管。
4.按权利要求4所述的装置，其特征在于：该晶体管是一个MOS场效应晶体管。
5.按权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)包括一个与齐纳二极管串联的电阻，并且在该电阻上的电压降开关所述转换单元。
6.按权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于：在甄别电路(120、220)的输出端与一个地电位之间设置一个滤波电路。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于：在甄别电路(120、220)的输出端与一个地电位之间设置一个限压器。
8.按权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)的输出端与一个微控制器(130、230)的一个输入端连接，并且该微控制器(130、140)另外与一个用于关断电动机的触发机构(140、240)连接，并且该微控制器(130、230)基于甄别电路(120、220)的输出信号借助于该触发机构(140、240)关断电动机。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于：所述电动机的关断在小于200ms的时间间隔内进行。
10.按权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于：该电动机是交流电动机。
11.按权利要求10所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个具有一个电流互感器，该电流互感器具有一个初级侧和一个次级侧，待检测的电流流过该电流互感器的初级侧，使得该初级侧的电流在次级侧转换成一个被变换的电流，其中所述检测到的电流测量值是所述被变换的电流的等效。
12.按权利要求11所述的装置，其特征在于：通过在初级侧与次级侧之间的电流转换比对所述电流互感器配置一个额定电流范围，并且该额定电流范围向上通过一个最大的额定电流Inenn，max限定；另外，所述预给定的触发阈值被这样预给定，使得当所述至少一个电流测量值的至少一个电流测量值超过最大额定电流Inenn，max的8倍时，甄别电路(120、220)转换到所述第二状态中。
13.按权利要求11或12所述的装置，其特征在于：在所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个中，在初级侧与次级侧之间的电流转换比可在多个级中被调节，其中所述多个级的每一个级分别相应于初级侧的不同额定电流范围，使得在所述多个级的每一个级中在次级侧得到相同的电流范围。
14.按权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个还包括下面的机构：
一个整流器，该整流器连接在电流互感器的次级侧的输出端上，用于整流所述被变换的电流；和
一个电阻，该电阻这样连接在整流器与一接地点之间，使得所述被变换和整流了的电流流过该电阻并且一个电压通过该电阻下降，使得该电压表示检测到的电流测量值；和
一个输出端，所述电压施加在该输出端上。
15.按权利要求14所述的装置，其特征在于：该整流器是桥式整流器，并且该桥式整流器的一个第二输出端提供一供电电压。
16.按权利要求14或15所述的装置，其特征在于：该甄别电路(120、220)包括一个输入端，该输入端与齐纳二极管连接；并且所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的每一个的输出端与该甄别电路(120、220)的输入端连接。
17.按权利要求16所述的装置，其特征在于：对该电动机供入至少两个电流，并且所述至少两个电流的每一个分别由所述至少一个检测单元(110、211、212、213)的一个检测，因此该电子触发单元包括至少两个检测单元(110、211、212、213)，其中在所述至少两个检测单元(110、211、212、213)的每一个的输出端与甄别电路(120、220)的输入端之间设置一个去耦元件。
18.按权利要求17所述的装置，其特征在于：该去耦元件是二极管。
19.按权利要求8至18中任一项所述的装置，其特征在于：所述至少一个检测到的电流测量值的每一个另外被引导到所述微控制器(130、230)上，其中该微控制器(130、230)基于所述至少一个检测到的电流测量值和电动机的额定电流借助于所述触发机构(140、240)关断该电动机。
20.按权利要求1至19中任一项所述的装置，其特征在于：所述限压部件是齐纳二极管。
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