CN101512707A

CN101512707A - 用于对至少两种工作状态进行操作的开关设备单元

Info

Publication number: CN101512707A
Application number: CNA2006800559118A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·格拉夫; 诺贝特·齐默尔曼; 路德维希·尼尔布勒
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2009-08-19
Also published as: US8188819B2; KR101326639B1; KR20090086953A; EP2064726A1; US20100085135A1; WO2008034467A1

Abstract

综上所述，本发明涉及一种借助开关元件对至少一个用电设备的至少两种工作状态进行操作的开关设备单元，所述用电设备连接在至少为两相的供电网络上。本发明的目的是提供一种结构尽可能简单的低成本紧凑型开关设备单元。为此，所述开关设备单元具有用于对所述用电设备进行正常通断和用于执行过载及短路保护脱扣功能的电路，其中，所述电路的整合方式可使所述开关设备单元在用作紧凑型可逆启动器时具有标准宽度，这样就可将所述开关设备单元节省空间地安装在配电箱内的U形轨条上，使其在配电箱内工作。

Description

用于对至少两种工作状态进行操作的开关设备单元

技术领域

本发明涉及一种借助开关元件对至少一个用电设备的至少两种工作状态进行操作的开关设备单元，所述用电设备连接在至少为两相的供电网络上。

背景技术

开关设备单元无论其功能如何通常又被称为用电设备支路，一般情况下与其他用电设备支路并排布置在配电箱内的标准U形装配轨条上。布置在配电箱内的用电设备支路采用模块化装配方式，以便能符合相应要求。这类用电设备支路在工业系统工程中用于对强电流和高电压进行控制和通断。开关设备单元用于控制三相交流电动机。在此情况下，这种开关设备单元又被称为可逆启动器或电动机启动器。

一个或多个用电设备的开关设备单元通常具有三种用来保护用电设备的功能。第一种功能是在正常工作状态下对用电设备(通常为电动机)进行通断，通过适当的标准结构单元(通常为接触器)而实现。接触器用于在正常工作状态下对强电流进行反复通断。

此外还可在开关设备内被称为断路器的标准结构单元中整合短路保护和过载保护这两项功能。断路器在出现短路或过强电流的情况下从电网上断开用电设备。在现有技术中，不同的功能通常由并排布置在一个共用支架上的不同标准结构单元执行。

WO 03/043156 A1中公开过一种用于多极低压开关装置的控制和保护模块，由安装板、控制电磁体和脱扣器构成，这些组件用于对动触点发生作用，从而将功率极断开或接通。其中，控制和保护模块所用的开关元件或脱扣器的数量与所存在的功率极数量相同。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构尽可能简单的低成本紧凑型开关设备单元。

这个目的通过一种借助复数个开关元件对至少一个用电设备的至少两种工作状态进行转换的开关设备单元而达成，所述用电设备连接在至少为两相的供电网络上，其中，所述开关设备单元具有多个用于连接所述供电网络的相的复数个电流路径，所述电流路径可分配给一个工作状态和一个开关元件，所述开关元件可由复数个脱扣器断开，设置有至少一个脱扣器，所述脱扣器用于将一组至少为两个的开关元件断开，所述组中的开关元件用于对不同的工作状态进行操作。

本发明所基于的认识是，现有的开关设备具有潜在的简化可能性。应该对控制和保护模块的不同元件进行进一步整合。通过这种方式可以缩小模块体积，降低模块的制备难度和制备成本。

所述开关设备单元的作用方式以对工作状态进行符合用电设备要求的转换(确切而言是借助开关元件对各相进行符合用电设备要求的操作)为基础。通过用一个开关元件以机械方式为相应的电流路径建立一种电接触，可将相(又称极)连接至相应的电流路径，再接到用电设备上。为用电设备建立的特定的工作状态，与所接触的是哪条电流路径有关。举例而言，当用电设备是旋转电动机时，可以左旋或右旋方式接通旋转电动机上的相，从而为旋转电动机的左旋或右旋创造必要的先决条件。一般情况下可以实现用电设备与电网的任意一种接线方式。

对具有这种作用方式的开关设备单元进行整合的可行性建立在下述事实基础上，即存在与其他电流路径互补通断的电流路径。借此可建立电流路径组，这些电流路径组可被分配给一种工作状态，并与其他电流路径组或其他工作状态互补。所述开关设备单元中确保一个电流路径组并非与互补电流路径组同时被接到用电设备上。通过这种成组组合，开关机构从整体上得到了简化。也就是说，根据本发明可借助单独一个脱扣器同时对多个电流路径或电流路径组进行操作，而非像传统技术那样，一个脱扣器每次只能将一个开关元件断开。

保护功能主要通过脱扣器而实现。所述脱扣器例如是电流脱扣器或短路脱扣器，或者同时具有这两种功能。为能达到减少脱扣器数量的目的，需要通过一个机械有效连接将可由一个脱扣器断开的开关元件与这个脱扣器连接起来。将可由这个脱扣器断开的开关元件在空间上彼此靠近布置，是特别有利的，因为借此可以简单方式(例如只需通过少量组件)保持所述机械有效连接。

根据一种有利实施方式，用于短路保护或功率保护的其他装置可有利地加以整合或在数量上有所减少。举例而言，过载脱扣器就是这样一种装置，其作为电和/或热过载机构的组成部分用于提供过载保护和/或短路保护。短路保护功能和功率保护功能通常应用在通向用电设备的输出端上。由于所述开关设备单元集多种功能于一身，只存在唯一一个开关设备单元，因而短路保护和功率保护机构的数量以设备输出端的数量为准。在这种结构特征情况下，一个用于三相电网的可逆启动器电路只需配备三个过载脱扣器和三个电流分析单元，而无需设置六个过载脱扣器和六个电流分析单元(电流互感器)。

根据一种有利实施方式，可将至少两个电流路径分配给单独一个开关元件。借此可将开关元件的数量和成本减小到最低程度。

另一有利实施方式具有分配给相同或不同工作状态的电流路径，所述电流路径并排、堆叠或交错布置。借此可提高紧凑度。

另一有利实施方式具有多个开关元件，其中，分配给相同或不同工作状态的电流路径的开关元件并排、堆叠或交错布置，借此不仅可提高紧凑度，还可简化结构。

另一有利实施方式用于执行短路保护和/或过载保护功能，这样就无需在配电箱内设置只具有其中一项功能或两项功能都具有的其他单个模块，从而达到节省空间的目的。通过将短路保护和/或过载保护功能整合在所述开关设备单元中，可实现紧凑型多功能设备单元。

根据另一有利实施方式，所述开关设备单元作为模块固定在U形装配轨条上，以便确保与开关设备在配电箱内的传统安装方式的兼容性，并保持安装的简易性和有效性。

所述开关设备单元的另一有利实施方式是一具有标准宽度的紧凑型设备单元，借此可对U形装配轨条上的空间进行最佳利用。

所述开关设备单元的另一有利实施方式是一电动机启动器，尤其是紧凑型可逆启动器，可在标准使用条件下对电动机启动器的必要工作状态进行转换。特定而言设置有一种工作状态“电动机右旋”和另一种工作状态“电动机左旋”。

另一有利实施方式具有至少一个用电设备侧输出端，所述输出端可由电和/或热过载脱扣功能块提供过载和/或短路保护，借此可用最小结构投入来实现最佳保护。

另一有利实施方式具有多个电流路径，所述电流路径至少部分整合在所述开关设备单元的配线中，其中，全部配线(例如可逆配线)均可整合在所述开关设备单元内。

所述开关设备单元有利地具有用于提供误操作保护的电气和/或机械闭锁装置，理想情况下，所述闭锁装置同样整合在所述开关设备单元内。这样就无需由用户进行检验或制图。举例而言，可逆闭锁装置可避免未为可逆启动器定义的状态被启动。

本发明的其他有利设计方案和优选改进方案可从附图描述和/或从属权利要求中获得。

附图说明

下面借助附图所示的实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1为符合现有技术的可逆启动器电路的电路图；

图2为开关设备单元的紧凑型电路的电路图；

图3为具有两个电流路径平面的开关设备单元的实施例的三维图；以及

图4为具有一个电流路径平面的开关设备单元的另一实施例的三维图。

具体实施方式

图1显示的是符合现有技术的可逆启动器电路4的电路图。可逆启动器电路4用于具有相L1、L2和L3的三相电网7。这种可逆启动器电路4通常实施为两个开关设备，这两个开关设备分别具有精确接通和断开相的组合以及提供短路和过载保护的功能。简而言之，这两个开关设备可分别启动或停止一种工作状态Z1、Z2。机械保护装置8用于防止这两种工作状态Z1、Z2同时受到操作。开关设备内部的电流路径B1、B2、B3、B4、B5、B6被分配给带有开关机构A1、A2、A3、A4、A5、A6的一个开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6。

脱扣器5分别对一个开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6进行操作，并与相应的开关机构A1、A2、A3、A4、A5、A6处于有效连接，以便在保护脱扣时将相应的开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6强制断开。

用电设备2是一个旋转电动机，其中，第一工作状态Z1对应于这个旋转电动机的右旋，工作状态Z2对应于旋转电动机的左旋。相当于旋转电动机的非运行状态的电动机停机状态可定义为第三工作状态。与上述两种工作状态Z1、Z2一样，这种非运行状态或第三工作状态也可用两个开关设备来进行操作。但清楚起见，下文不将这种非运行状态视为工作状态。当开关元件S1、S3、S5断开时，工作状态Z1即被启动。转换至工作状态Z2时，开关元件S1、S3、S5重新开始工作，以便先将工作状态Z1停止。随后将开关元件S2、S4和S6断开来启动状态Z2。

正常做法是用两个单独的开关设备来实现一个可逆启动器电路，其中，开关元件S1、S3、S5从属于其中一个开关设备，开关元件S2、S4、S6从属于另一开关设备。同样地，输出端AU1、AU2、AU3也是分配给其中一个开关设备，输出端AU3、AU4、AU5分配给另一开关设备，并由一个脱扣器5(例如过载脱扣器)提供保护。过载脱扣时，相应的过载脱扣器5对相应的开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6发生作用，以便将当前的工作状态Z1、Z2停止。

根据目前的现有技术，以可逆启动器电路4或类似电路为基础的整合有断路器保护功能的传统可逆启动器由至少两个开关设备构成，这些开关设备通过连接件(例如电缆)进行组装。这些开关设备通常采用结构宽度为45mm、可逆功能块安装在“下部”或结构宽度为98mm、可逆功能块安装在“侧面”的实施方式，这就超过了分立设备2*45mm＝90mm这一现行间距。

根据目前的现有技术，具有内置式脱扣器和冲击式衔铁功能的可逆启动器需要在每个开关位置上布置一个脱扣器或冲击式衔铁，也就是每个可逆启动器总共需要六个脱扣器或冲击式衔铁，这会产生额外的制备和装配费用。可逆启动器的开关电流为32A，但也可能超过这个值。

开关设备的功能直到那时还由多个设备单元执行，因而一直都须为这些设备单元的输出端提供单独保护。

图2显示的是开关设备单元的紧凑型电路1的电路图。作用方式与上文借助图1所说明的实施例类似，但结构上存在极大差别。这个开关设备单元的紧凑型电路1只需设置三个脱扣器5，而无需像图1所示的实施例那样设置六个脱扣器5。其实现方式是将互补的电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6成对组合，其中，电流路径B1、B3、B5分配给工作状态Z1，互补的电流路径B2、B4、B6分配给工作状态Z2。在这个实施例中，电流路径B1与电流路径B2互补，电流路径B3与电流路径B4互补，电流路径B5与电流路径B6互补。因此，开关机构A12在引起B1接通的同时会引起B2的断开，开关机构A34在引起B3接通的同时会引起B4的断开，依此类推。其中，开关机构A12、A34、A56可以是两个彼此独立作用的机构，或者有利地是至少部分集成的机构。因此，开关机构A12、A34、A56可实施为两个分别具有一个动触点的桥式开关件或一个具有两个动触点的桥式开关件。

这个过程结束后，开关设备单元处于工作状态Z1。若相应以相反方式进行这一过程，就能重新转换至工作状态Z2。

过载脱扣器5的数量同样比图1所示的实施例减少了一半。其原因在于，只需对开关设备或开关设备单元的输出端AU12、AU34、AU56进行保护。通过将用于工作状态Z1(又称左旋)和工作状态Z2(又称右旋)的成对电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6直接并排布置，可借助三个脱扣器5对开关设备单元的紧凑型电路1的六个电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6进行操作。内部的供电方式选择为，电流由脱扣器5传输，再分接到用于左旋或右旋的电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6中。如图4所示，脱扣器5分配给成对的电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6，可借助一个机械有效连接同时断开两个开关元件S1、S2；S3、S4；S5、S6。具体而言，脱扣器5可将开关元件对S1/S2、S3/S4和S5/S6断开。在这种结构特征情况下，只需为开关设备单元的可逆启动器电路10配备三个脱扣器5，可为包含有可逆启动器电路10的开关设备单元实现的结构宽度仅为90mm。

图3显示的是具有两个电流路径平面的开关设备单元的实施例的三维图，所述开关设备单元用作紧凑型可逆启动器。就电路而言，这个开关设备单元的结构与图2所示实施例的结构相同。这个紧凑型可逆启动器分别将一种工作状态Z1、Z2的电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6置于一个平面内，从而产生两个上下叠置的电流路径组。

与图2所示的实施例相同，这个实施例需要使用六个开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6，其中，只需设置三个过载脱扣器5来保护这些开关元件。由于这个紧凑型可逆启动器设计用于两种三极(例如三相)工作状态Z1、Z2，须先通过开关机构A12、A34、A56使开关元件S1、S3、S5与过载脱扣器5耦合。随后借助挺杆3(同样起机械耦合作用)将有效连接从开关元件S1、S3、S5传递到布置在下部平面内的开关元件S2、S4、S6上。过载脱扣器5布置在上部平面内，通过开关机构A12、A34、A56和挺杆3对上部和下部开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6发生作用，其中，挺杆3也可以是开关机构A12、A34、A56的组成部分。因此，开关机构A12、A34、A56在此主要起耦合作用，而未整合在开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6的开关机构中。

图4显示的是开关设备单元的另一实施例的三维图，所述开关设备单元具有一个电流路径平面，例如用作紧凑型可逆启动器，电路结构与图2所示的电路结构相同。电流路径B1、B2；B3、B4；B5、B6布置在一个单独的平面内。一个过载脱扣器5与两个开关元件S1、S2；S3、S4；S5、S6的耦合分别通过一个摇杆6而实现。在这个实施例中，这种耦合同样为机械性质的耦合，可被热脱扣器9利用来触发强制断开，从而实现双重保护功能。

借助图3和图4所示的实施例以及通过将这二者相结合，可以实现符合配电箱内空间要求的紧凑型可逆启动器模块。

综上所述，本发明涉及一种借助开关元件对至少一个用电设备的至少两种工作状态进行转换的开关设备单元，所述用电设备连接在至少为两相的供电网络上。本发明的目的是提供一种结构尽可能简单的低成本紧凑型开关设备单元。为此，所述开关设备单元具有用于对所述用电设备进行正常通断和用于执行过载及短路保护脱扣功能的电路，其中，所述电路的整合方式可使所述开关设备单元在用作紧凑型可逆启动器时具有标准宽度，这样就可将所述开关设备单元节省空间地安装在配电箱内的U形轨条上，使其在配电箱内工作。

Claims

1.一种开关设备单元，用于借助复数个开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)对至少一个用电设备(2)的至少两种工作状态(Z1，Z2)进行转换，所述用电设备连接在至少为两相的供电网络(7)上，其中，

所述开关设备单元具有多个用于连接所述供电网络(7)的相(L1，L2，L3)的复数个电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)，

所述电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)可分配给一种工作状态(Z1，Z2)和一个开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)，

所述开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)可由复数个脱扣器(5)断开，

设置有至少一个脱扣器(5)，所述脱扣器用于将一组至少为两个的开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)断开，以及

所述组中的开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)用于对不同的工作状态(Z1，Z2)进行转换。

2.根据权利要求1所述的开关设备单元，其中，

所述脱扣器为一个电流脱扣器(尤其是一个热电流脱扣器)、一个短路脱扣器(尤其是一个电磁短路脱扣器)或所述两种脱扣器的组合。

3.根据权利要求1或2所述的开关设备单元，其中，

可将至少两个电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)分配给单独一个开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)。

4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

分配给相同或不同工作状态(Z1，Z2)的电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)并排布置、堆叠布置或以上述两种方式交错布置。

5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

分配给相同或不同工作状态(Z1，Z2)的电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)的开关元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)并排布置、堆叠布置或以上述两种方式交错布置。

6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元用于执行短路保护和/或过载保护功能。

7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元为一个固定在U形装配轨条上的模块。

8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元设计为一个具有一个标准宽度的紧凑型设备单元。

9.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元设计为一个电动机启动器，尤其是一个紧凑型可逆启动器。

10.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元设计用于一种工作状态(Z1)“电动机右旋”和另一种工作状态(Z2)“电动机左旋”。

11.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述开关设备单元的至少一个用电设备侧输出端(AU1，AU2，AU3)可由电和/或热过载脱扣功能块提供过载和/或短路保护。

12.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

所述电流路径(B1，B2；B3，B4；B5，B6)至少部分整合在所述开关设备单元中。

13.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备单元，其中，

用于提供误操作保护的电气和/或机械闭锁装置(8)整合在所述开关设备单元中。