CN102047361B - 用于控制电隔离开关马达的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制电隔离开关马达(1)的设备，包括：用于从网电压源(3)供应电能给马达(1)的供电电路(2)，所述电路包括被控制为输出具有预定值的电压给马达(1)的静态变换器(10)；和一个或更多个配置部件，所述一个或更多个配置部件的致动使得能够配置(17，18)所述电路以便设置马达(1)中流动的电流(i)的方向，其特征在于，对静态变换器(10)的控制和对配置部件(17，18)的控制由两个独立的控制单元(30，40)来提供，所述两个控制单元各自输出控制指令，所述两个控制单元之一的控制指令基于来自于另一个控制单元的验证指令而被激活。

Description

用于控制电隔离开关马达的设备
技术领域
本发明涉及一种用于对电隔离开关的操作进行电控制的设备。更具体而言，本发明涉及设计或调整与操作相关的各种操作的方法，即为电马达供电和确定该同一马达的转动方向。
背景技术
一般而言，为了控制隔离开关的断开和闭合而使用电马达，该电马达利用齿轮减速机制作用于隔离开关的运动部件。当马达被驱动足够长的时间时，马达因而可以保证隔离开关的运动部件移位，以便使得隔离开关断开或闭合。
更确切地，通过配置马达的供电电路来设置隔离开关的运动部件的运动方向。一组合适的继电器可使得马达的线圈相对于提供操作所需的能量的电压源的连接方向反转。更确切地，通过使用根据用户所要求的断开/闭合控制指令而被合适地控制的继电器或类似物的机电部件，能够获得电路的这种重新配置。
本申请人在文献FR2904469中已经描述研究出一种在控制隔离开关方面具有应用的控制设备。
更确切地，这种控制设备适用于保证具有特定额定电压的单个马达能够通过受不同类型的AC(交流)或DC(直流)电源电压和不同电压的控制而被使用。为了实现这一点，用于供应电能给马达的供电电路包括不论电源电压如何仍可以输出马达的额定电压的静态变换器。静态变换器能够例如使用调制或脉宽调制(PWM)机制。这种静态变换器由包括微控制器的控制单元控制，所述微控制器将合适的指令首先输出至保证电路配置进而保证电流流动方向的继电器电路，并其次输出至静态变换器以便静态变换器输出期望的电压。
已知隔离开关是一种实质上不具有断路容量的电装置，因此绝对有必要防止隔离开关的任何可能损坏其切断元件的带负载断开。类似地，出于明显的安全性原因，绝对有必要保证隔离开关不会意外地闭合。
然而，借助于微控制器来控制静态变换器的确牵涉到如下的小的风险：如果微控制器处于不一致的操作状态，会出现意外地控制隔离开关。
因此，如果被设计用于控制静态变换器的微控制器的输出处于激活状态、即能够向马达供应电能的状态，并且用于配置电路的机电部件允许电流向马达流动，则后者会在不应当被供电的情形下被供电。
事实上，例如，在因强电磁场而导致干扰的情况下，微控制器可能会将其输出强制为特定状态或与其编程的操作不一致的状态。
在这种情况下，直接从供电网获得的电源电压会被施加给马达，如果供电网是AC电压网，则可能经整流之后被施加。
在大多数情况下，此电压比马达的额定电压高，因而导致电流增加，其超过用于触发保护设备的阈值。然而，在马达的额定电压对应于电源电压的特定情况下，如果可用则经整流，这种热断路不被触发并且于是马达被供电，因此导致隔离开关的意外操作。
本发明的目的之一是防止这种类型的可能带来重大安全性风险的意外操作。
发明内容
本发明因而涉及一种用于控制电隔离开关马达的设备。所述设备包括用于从网电压源供应电能给马达的供电电路。这种电路包括通过主控制单元所输出的控制指令而被控制为输出具有预定值的电压给马达的静态变换器。
根据本发明，所述设备的特征在于，它包括与主控制单元通信的另外的控制单元。来自于主控制单元的控制指令基于来自于所述另外的控制单元的验证指令而被激活。
换言之，本发明涉及经由电部件(或者一般而言，一组部件)来控制对马达供电的静态变换器，所述电部件不仅作用于静态开关，而且还要求负责验证主单元的正确操作的另一个控制单元来确认其正确操作。因此，施加这些指令需要由独立的单元所实现的两个命令。这两个单元均同时处在如下不一致状态的可能性非常低：在所述不一致状态中，静态变换器使得电流能够流动，并且用于验证另外的单元的电路验证不一致指令。
事实上，机电配置部件被设计为使得当没有控制信号时、即在空闲状态中，马达不被连接至电压源和静态变换器。
有利地，并且在实践中，每个控制单元可以包括微控制器，第一微控制器保证对静态变换器的控制，而另一个微控制器输出指令，以对来自于静态变换器的命令进行验证，确认主控制单元操作正确。
两个微控制器中的一个承担主机的作用而另一个微控制器为从机配置，使得一个微控制器所产生的指令在另一个微控制器不授权的情况下不被激活并因而不被施加至静态变换器。
在实践中，针对用于调整施加给马达的电压的静态变换器的控制指令能够优选地是脉宽调制(PWM)系统，使得因预定的占空因数，施加给马达的电压对应于马达的额定电压。
在实践中，这些PWM指令能够被输出至静态开关，所述静态开关的控制电路具有与输出PWM指令的主控制单元相连接的一个端子和与另外的控制单元相连接的另一个端子。这样，开关只有在两个控制单元均正确地操作的时候才闭合。在这种情况下，静态变换器在另一个微控制器授权时实际上由一个微控制器控制。
这两个微控制器使用预定的协议交换信号，使得它们能够接收和确认验证指令。因此，如果第一微控制器没有接收到第二微控制器的任何确认正确操作的信号，则验证指令是不起作用的并且静态变换器不被控制。
在一个实施例中，静态变换器可以由如下主微控制器来控制：该主微控制器也作用到用于配置电路的机电部件，并且尤其是作用到其动作被用于设置马达中流动的电流方向的部件。
根据本发明的另一个方面，有利的是，接收验证指令的控制单元仅仅在此验证指令被输出的阶段期间被供应电能。换言之，主单元的从微控制器只有在它必须发送针对它所控制的部件的指令的阶段期间才被供电。因此，如果静态变换器从从微控制器接收指令，则后者只有在马达实际上必须被激活的阶段期间才被上电。
这样，可以限制从微控制器发生故障的风险和限制电能消耗。
根据本发明的另一个方面，为了两个限制微控制器同时都发生故障的风险，优选的是，微控制器各自具有独立于另一个控制器的时钟，并且有利地，利用不同于例如石英晶体或RC型技术的技术来工作。
在一个具体的实施例中，针对静态变换器的控制指令和针对电路的配置部件的指令能够由相同的控制单元来产生，典型地由相同的微控制器来产生。
换言之，“主”微控制器保证所有对隔离开关操作的管理，包括确定马达电流方向和产生合适的PWM指令。从微控制器与主微控制器通信，并且如果从微控制器能够检测到主微控制器实际上处于正常操作模式，则从微控制器输出验证指令。第二微控制器因此起到互锁的作用，以便保证主微控制器所输出的指令是一致的。
附图说明
参照所附的单个附图，根据以下的具体实施例的描述可以清楚得知实现本发明的方式及其所产生的优点，所述单个附图是简化电路图，其示出了用于向隔离开关的马达供应电能的电路和一些相关联的控制部件。
具体实施方式
如图1所示，隔离开关的马达(1)由电路(2)供电，电路(2)被连接至网电压源(3)，在本实施例中所示的网电压源(3)是AC电压源。经连接部(4，5)到AC电路，电路(2)因而包括被连接至二极管桥形式的整流器(8)的一组熔丝(6，7)，所述整流器(8)在电容器(9)的两端输出实质上恒定的电压。
在电容器(9)的下游，存在包括功率变换器(10)的电压斩波器装置，所述功率变换器(10)包括与马达(1)及续流二极管(15)串联连接的例如IGBT(绝缘栅双极性晶体管)型的静态开关(11)。
在续流二极管(15)的下游，存在两个继电器(17，18)，所述两个继电器(17，18)是用来配置供应电能给马达(1)的电路的部件。马达中的电流流动方向根据继电器(17，18)的接触部的位置来被设置。
在对应于空闲位置的所图示的实施例中，马达被短路。此外，当继电器(17)的接触部被信号(37)提供能量以便改变位置时，马达被连接至电压源使得流经马达的电流(I)是正向的。相反地，当继电器(18)的接触部响应于指令(38)改变位置时，流经马达的电流(I)是负向的。
借助于从控制板或更一般而言从管理隔离开关的操作的系统接收断开指令(31)或闭合指令(32)的微控制器(40)，获得两个继电器(17，18)的致动。
根据AC网电压(3)，微控制器(40)还计算必须施加给静态变换器(10)的占空因数和PWM控制指令，以便在马达(1)的端子上获得期望的电压。
更确切地，并且根据本发明的一个方面，通过两个微控制器(30，40)获得对静态变换器(10)的控制。在图示的实施例中，示出静态开关(11)与光电子部件(12)相关联。显然，也可以按照原理上等效的方式使用其他部件或装置。
如此，光电子部件(12)的负极(41)与另外的控制单元(30)相连接，而正极(42)与主控制单元(40)相连接。
因此为了保证对静态开关(11)的正确控制，两个微控制器(30，40)以协同的方式正确地操作是必要的。因此，两个微控制器(30，40)通过硬连线链路(45)而连接，使得它们能够基于特定的协议来通信。
通信协议可以根据要实施的安全级别而改变。在一个改进的实施例中，可以优选的是例如通过交换由大量比特、例如32比特构成的码来将通信加密。如图中所示，电能可以被供应给另外的微控制器(30)并且其能够由主微控制器(40)来控制，所述主微控制器(40)在必要时发送信号(50)至用于供应电能给另外的微控制器(30)的部件(51)。
这种类型的装置使得可能例如使用具有不同电源电压的微控制器。
系统的操作可以概括如下。
当主微控制器(40)接收断开或闭合指令(31，32)时，它通过信号(50)激活向另外的微控制器(30)的电能供应。如果另外的微控制器(30)可工作，则它通过硬连线链路(45)与主微控制器(40)通信。
如果对话符合要求并且遵从预定的协议，则进行监控的微控制器的输出(35)被设置为处在如下状态：该状态使得可能将用于控制静态开关(11)的部件(12)的负极(41)接地。
然后，主微控制器(40)为方向继电器(17，18)提供能量，以便设置流经马达的电流的方向。然后，在时间到之后，主微控制器(30)经由晶体管(43)输出PWM控制指令至部件(12)的正极，以便保证静态开关(11)的切换。
如果主微控制器(40)变为不可控制且保持其输出(41)为高，则与另外的微控制器(30)的通信揭示这种非正常操作。在这种情况下，另外的微控制器(30)的输出(35)变为如下状态：该状态使电子部件(12)的负极(41)与地断开，由此防止了对静态开关(11)的控制。因此尽管主微控制器(40)的操作状态不受控制，但不再存在马达受控制的任何风险。
相反地，如果另外的微控制器(30)开始不一致地操作，并且例如让其输出(35)处在激活状态、即光电子部件(12)的负极(41)被接地的状态，则两个微控制器之间的通信会不再可以正确地进行，并且主微控制器(40)于是通过使其输出(49)处在低的、非激活的状态来中断对静态开关的控制。
在操作结束时，主微控制器(40)中断PWM指令的发送并且然后将方向继电器(17，18)断电，并且最后切断对进行监控的微控制器(30)的电能供应。
明显地，在附图中示意性地示出的各种链接和部件仅仅是通过示例的方式来指出的，并且只要本发明的原理继续适用，则所述各种链接和部件能够用不同的方式来实现，而并未超出本发明的范围。
上述描述表明，根据本发明的控制设备具有的优点是，保证在控制隔离开关的马达方面的极高可靠性，并且通过两个微控制器来做到这点，这两个微控制器保证对静态变换器的控制且彼此监控。

Claims (8)

1.一种用于控制电隔离开关的马达（1）的设备，包括用于从网电压源（3）供应电能给马达（1）的供电电路（2），所述电路包括静态变换器（10），所述静态变换器被通过主控制单元（40）输出的指令控制来输出具有预定值的电压给马达（1），其特征在于，所述设备包括与主控制单元（40）通信的另外的控制单元（30），主控制单元（40）的控制指令基于来自另外的控制单元（30）的验证指令而被激活，所述两个控制单元（40，30）之间的通信被加密。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个控制单元包括微控制器（30，40）。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，静态变换器（10）由脉宽调制指令来控制。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，脉宽调制指令被输出至静态变换器（10），所述静态变换器（10）的控制电路具有与输出脉宽调制指令的主控制单元（40）相连接的一个端子以及与另外的控制单元（30）相连接的另一个端子。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，另外的控制单元（30）只有在验证指令被输出的阶段期间被供电。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，两个控制单元（30，40）各自具有它们自身的时钟。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，两个控制单元（30，40）进行通信，以便接收和确认验证指令。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括一个或更多个配置部件（17，18），所述一个或更多个配置部件（17，18）的致动使得能够配置供应电能给马达的所述供电电路，以便设置马达（1）中流动的电流（i）的方向，并且其中针对配置部件（17，18）的指令由提供针对静态变换器（10）的控制指令的控制单元（40）来提供。
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