CN102119433A - 用于电动机械自动转换开关的暂时低压解决方案 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于将电动机械自动转换开关(ATS)的释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路。该自动转换开关包括：第一输入端；第一线圈，其连接至该第一输入端；和第一常开型辅助接点，其与该第一线圈磁性连通。该电路包括：第一电阻器，其适于连接至该第一常开型辅助接点；和第一变压器，其具有连接至该第一电阻器的初级绕组和适于连接至该第一线圈的次级绕组。当该第一常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的次级电压而使跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

Description

用于电动机械自动转换开关的暂时低压解决方案

技术领域

本发明大体而言涉及用于将电力供应给电子装置的机制，更具体地但并非排他地，涉及具有用于适应暂时低压状况(brownoutcondition)的机制的完全电动机械自动转换开关。

背景技术

转换开关允许从第一级电源切换至第二级电源或第三级电源，并且用于一些电力配电系统中。转换开关可见于使用应急发电机来从公用设施电源(utility source)提供备用电力的情况中。转换开关允许从公用设施电力切换至应急发电机电力。该开关为手动开关、自动开关或两者的组合。在电力中断期间，转换开关将应急电路与公用设施线路隔离，从而允许在不向公用设施反馈的情况下发电机的有效操作。自动转换开关(automatic transfer switch，ATS)为一种自动地将两个交流(AC)线路电源之一(通常为两个电源中的较佳者)连接至电气负载的转换开关。

实质上在每一电力设定中，都可能出现“暂时低压(brownout)”，或将低于正常电压的电压供应至负载的状况。ATS装置通常使用基于微控制器的“智能型”电子控制电路来适应此状况。然而，支持微控制器需要电压传感器、信号调节设备、电力供应器、线圈驱动电路和控制固件。这些额外需要增加系统成本和复杂性，并且呈现若干潜在的故障点。

发明内容

鉴于前述，需要一种适应暂时低压状况并继续适当地起作用，并且降低系统成本、复杂性和故障点的自动转换开关(ATS)设计。

因此，在一实施例中，仅作为举例，提供一种用于将电动机械自动转换开关(ATS)的释放电压(drop-out voltage)动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路。该自动转换开关包括：第一输入端；第一线圈，其连接至该第一输入端；和第一常开型辅助接点，其与该第一线圈磁性连通。该电路包括：第一电阻器，其适于连接至该第一常开型辅助接点；和第一变压器，其具有连接至该第一电阻器的初级绕组和适于连接至该第一线圈的次级绕组。当该第一常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的次级电压而使跨该第一线圈的操作电压降低一个成比例量。

在另一实施例中，同样仅作为举例，提供一种具有用于将释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路的电动机械自动转换开关(ATS)。该ATS包括第一输入端。第一线圈连接至该第一输入端。第一常开型辅助接点与该第一线圈磁性连通。第一电阻器连接至该第一常开型辅助接点。第一变压器具有连接至该第一电阻器的初级绕组，和连接至该第一线圈的次级绕组。当该第一常开型辅助接点闭合时，跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

在另一实施例中，同样仅作为举例，提供一种制造用于将电动机械自动转换开关(ATS)的释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路的方法。该自动转换开关包括：第一输入端；第一线圈，其连接至该第一输入端；和第一常开型辅助接点，其与该第一线圈磁性连通。该制造电路的方法包括：提供适于连接至该第一常开型辅助接点的第一电阻器；和提供具有连接至该第一电阻器的初级绕组和适于连接至该第一线圈的次级绕组的第一变压器。当该第一常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的次级电压而使跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

在又一实施例中，同样仅作为举例，提供一种制造电动机械自动转换开关(ATS)的方法，该电动机械自动转换开关(ATS)具有用于将释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路。该方法包括：提供第一输入端；提供连接至该第一输入端的第一线圈；提供与该第一 线圈磁性连通的第一常开型辅助接点；提供连接至该第一常开型辅助接点的第一电阻器；和提供具有连接至该第一电阻器的初级绕组和连接至该第一线圈的次级绕组的第一变压器。当该第一常开型辅助接点闭合时，跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

附图说明

为使本发明的优点被容易地理解，将参考附图中所说明的特定实施例来提供对以上简要描述的本发明的更具体描述。应理解这些附图仅绘示本发明的典型实施例并且因此不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图而以额外的特定性和细节来描述并解释本发明。

图1为具有用以适应暂时低压状况的变压器电路的自动转换开关(ATS)的例示性部分的示意图；

图2为比较额定电压百分比与在暂时低压范围中的输入电压的例示性曲线图；和

图3为ATS的另一例示性部分的示意图，其示出两个交叉连接的输入端、两个继电器装置、和两个连接的变压器电路。

具体实施方式

如先前所述，自动转换开关(ATS)是将两个交流(AC)线路电源之一(通常为两个电源中的较佳者)连接至负载的装置。电动机械ATS通常包含两个接触器，每一接触器由一线圈致动。接触器为一种继电器，其经定额以切换高功率AC或DC电流。

如先前所提及，暂时低压是本地公用设施或发电设备供应的电压低于正常电力线路电压的情况。此状况可为短期的(数分钟至数小时)或长期的(1/2天或更长)。通常认为电力线路电压降低大于正常电力线路电压的10％为暂时低压。在许多情况下，不能期望电子设备在暂时低压状况期间起作用。

接触器线圈电压通常必须上升至额定电压的85％以保证接触器将闭合或接通电路。在接触器规范中，这被称为“吸持电压(pick-up voltage)”。接触器通电后，电压通常必须下降至额定电压的60％以保证接触器将开路或断开电路。在接触器规范中，这被称为“释放电压”。

在暂时低压期间，电压将降至容限之外，但不足够低以达到接触器线圈的释放阈值。只要电压停留在暂时低压中，接触器将不会释放(drop out)。在ATS中，接触器将不会转换至另一AC线路电源，即使该另一AC线路电源处于容限内。如先前所述，对此问题的现有解决方案是电子地控制在暂时低压电压范围中的转换。此方案需要智能型电子控制电路以驱动接触器线圈。此方案提供在任何线路电压下的可重复操作，但其为较复杂的解决方案。最常用的解决方案涉及基于微控制器的电子控制电路或其它智能型电子控制电路以驱动低电压DC线圈。支持微控制器需要电压传感器、信号调节、电力供应器、线圈驱动晶体管和控制固件。此解决方案实施起来更为复杂。复杂性增加成本且降低可靠性。

与现有解决方案相比，所说明的实施例动态地并且自动地将任何标准接触器的释放电压增加到一暂时低压范围中，从而允许ATS将连接性转换至另一AC线路。以下所说明的实施例实施具有适应暂时低压状况的综合能力的完全电动机械自动转换开关(ATS)。如以下将描述的，此能力由连接至常开型(N.O)辅助接点和接触器线圈端子的隔离变压器电路或自耦变压器电路提供。变压器电路操作以通过跨变压器的次级绕组的电压而使跨接触器线圈的操作电压降低一成比例量。这有效地将接触器的释放电压增加到暂时低压范围中。所说明的实施例提供具有较低成本与较少故障点的简单完全电动机械解决方案，从而增加可靠性和可重复性。

所说明的实施例允许在高于驱动线圈的指定释放阈值的AC线路电压下转换ATS接触器。释放电压增加，但同时，吸持电压未改变并且在上升的吸持电压与下降的释放电压之间的磁滞现象得以保留。

转至图1，说明ATS的例示性部分10。部分10包括将输入电压馈送到继电器14中的AC输入端12。继电器14包括表示整流(诸如全波或半波整流(整流器))的二极管16。继电器14还包括与常开型辅助(AUX) 接点(开关)20磁性连通的接触器线圈18。如本领域技术人员将了解的，当接触器线圈18通电时，常开型接点20将闭合。如所示出的，AC输入端12连接至二极管16和接点20的端子。

变压器电路被示出为连接至接触器线圈18和接点20。在所绘示的实施例中，变压器电路包括两个电阻器22与32，和变压器24(此处表示为理想变压器)。在初级侧上，电阻器22连接在变压器24的初级绕组26与接点20的端子之间。初级绕组26也连接至地30。在第二级侧上，次级绕组28与电阻器32并联耦接。接触器线圈18的负极侧在节点34处连接至电阻器32和次级绕组28。如所示出的，电阻器32也连接至地30。这些电阻器可为实体组件或变压器绕组的固有电阻。

当接触器线圈18断电时，常开型辅助接点20开路，并且没有电流流经变压器24的初级侧。完全AC输入电压被施加至接触器线圈18，减去变压器24的次级侧中的小IR(电压)降落。在线圈18通电并且接触器吸持之后，常开型辅助接点20将闭合。线圈上的电压现通过变压器感应的次级电压而降低。这允许接触器在暂时低压电压范围中释放，并且允许ATS转换至另一输入线路。

如本领域技术人员将理解的，可选择性地改变变压器次级电压，由此降低对线圈上的电压量的改变。举例而言，可改变初级绕组和/或次级绕组的匝数以改变降压比(step-down ratio)。

考虑以下实例：实施具有4∶1的比率的降压变压器24。在此情况下，当输入端12处所见的AC输入仅降至额定电压的79.9％时，跨线圈18的电压将达到60％的保证释放电压。图2用图表显示跨越所绘示的暂时低压范围的该结果。额定电压的百分比沿Y轴示出，而经过的时间沿X轴示出。线52表示AC输入电压，其随时间从额定电压的100％下降。虚线50表示额定电压的79.9％，而虚线54表示先前所述的额定电压阈值的60％。虚线54与虚线50之间的区域表示典型的暂时低压电压范围。在时间t1(由虚线53表示)处，AC输入电压52已在额定电压的约80％处进入暂时低压范围。然而同时，跨线圈的电压已降低约19.86％，使得随着时间稍微进一步前进，则达到接触器的释放电压，并且结果 接触器释放。

现转至图3，图1中所示的ATS的部分10通过使用两个接触器和两个AC线路电源而实施于ATS电路中。在此，如前所述，第一继电器包括线圈18和常开型辅助接点20，而变压器电路包括电阻器22与32和变压器24，其如先前图1中所述为互连的。然而，另外，第二继电器62示出为连接至第二AC输入端60。继电器62包括具有额外线圈66的额外接触器和常开型辅助接点68，以及整流器64。额外变压器电路包括电阻器70与80、变压器72(包括初级绕组74和次级绕组76)和地78。额外继电器62与变压器组件以与继电器14和第一变压器电路类似的方式互连。

在所绘示的实施例中，AC输入端12与60交叉连接至对置线路的接触器的常开型辅助接点。AC输入端12经由导线84连接至接点68的端子，并且AC输入端60经由线路86连接至接点20。交叉连接的AC输入端12与60向经修改的释放电压阈值添加额外的可重复性。两个输入线路电源是独立的并假定为在容限中。当输入线路降至暂时低压范围中时，另一AC线路电源仍处于容限中。另一AC线路电压被用来偏移接触器释放电压。在容限中的电源产生该偏移，而非下降的暂时低压电压。当另一电压为零时，不存在释放电压的偏移，并且线路将保持连接至指定释放电压。

前述实施例的优点由其简单性提供。所说明的实施例可通过少数组件来实施。此外，这些组件均为无源的并且为电磁组件。所说明的实施例为具有高平均无故障时间(MTBF)的天然可靠设计。较低的成本和较高的效率也由简单电路而产生。

Claims (24)

1.一种用于将电动机械自动转换开关(ATS)的释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路，该自动转换开关包括：第一输入端，连接至该第一输入端的第一线圈，和与该第一线圈磁性连通的第一常开型辅助接点，所述电路包含：

第一电阻器，其适于连接至该第一常开型辅助接点；和

第一变压器，其具有连接至该第一电阻器的初级绕组和适于连接至该第一线圈的次级绕组，其中当该第一常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的次级电压而使跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

2.如权利要求1所述的电路，其进一步包括连接至该次级绕组的第二电阻器。

3.如权利要求1所述的电路，其中能够通过改变该第一变压器的匝数比而选择性地调整该成比例量。

4.如权利要求1所述的电路，其中该ATS进一步包括：第二输入端，连接至该第二输入端的第二线圈，和与该第二线圈磁性连通的第二常开型辅助接点，并且该电路进一步包括：

第二电阻器，其适于连接至该第二常开型辅助接点，和

第二变压器，其具有连接至该第二电阻器的初级绕组和适于连接至该第二线圈的次级绕组，其中当该第二常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的额外次级电压而使跨该第二线圈的额外操作电压降低一额外成比例量。

5.如权利要求4所述的电路，其进一步包括连接至该第一变压器的该次级绕组的第三电阻器，和连接至该第二变压器的次级绕组的第四电阻器。

6.如权利要求4所述的电路，其中该第一常开型辅助接点连接至该第二输入端，并且该第二常开型辅助接点连接至该第一输入端。

7.一种电动机械自动转换开关(ATS)，具有用于将释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路，该电动机械自动转换开关包含：

第一输入端；

第一线圈，其连接至该第一输入端；

第一常开型辅助接点，其与该第一线圈磁性连通；

第一电阻器，其连接至该第一常开型辅助接点；和

第一变压器，其具有连接至该第一电阻器的初级绕组和连接至该第一线圈的次级绕组，其中当该第一常开型辅助接点闭合时，跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

8.如权利要求7所述的ATS，其进一步包括连接在该第一线圈与该第一输入端之间的整流器。

9.如权利要求7所述的ATS，其中能够通过改变该第一变压器的匝数比而选择性地调整该成比例量。

10.如权利要求7所述的ATS，其进一步包括：

第二输入端；

第二线圈，其连接至该第二输入端；

第二常开型辅助接点，其与该第二线圈磁性连通；

第二电阻器，其连接至该第二常开型辅助接点；和

第二变压器，其具有连接至该第二电阻器的初级绕组和连接至该第二线圈的次级绕组，其中当该第二常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的额外次级电压而使跨该第二线圈的额外操作电压降低一额外成比例量。

11.如权利要求10所述的ATS，其进一步包括连接至该第一变压器的该次级绕组的第三电阻器，和连接至该第二变压器的该次级绕组的第四电阻器。

12.如权利要求10所述的ATS，其中该第一常开型辅助接点连接至该第二输入端，并且该第二常开型辅助接点连接至该第一输入端。

13.一种制造用于将电动机械自动转换开关(ATS)的释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路的方法，该自动转换开关包括：第一输入端，连接至该第一输入端的第一线圈，和与该第一线圈磁性连通的第一常开型辅助接点，该制造方法包含：

提供适于连接至该第一常开型辅助接点的第一电阻器；和

提供第一变压器，该第一变压器具有连接至该第一电阻器的初级绕组和适于连接至该第一线圈的次级绕组，其中当该第一常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的次级电压而使跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

14.如权利要求13所述的制造方法，其进一步包括提供连接至该次级绕组的第二电阻器。

15.如权利要求13所述的制造方法，其进一步包括通过选择该第一变压器的匝数比而选择该成比例量。

16.如权利要求13所述的制造方法，其中该ATS进一步包括：第二输入端，连接至该第二输入端的第二线圈，和与该第二线圈磁性连通的第二常开型辅助接点，并且该制造方法进一步包括：

提供适于连接至该第二常开型辅助接点的第二电阻器；和

提供第二变压器，该第二变压器具有连接至该第二电阻器的初级绕组和适于连接至该第二线圈的次级绕组，其中当该第二常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的额外次级电压而使跨该第二线圈的额外操作电压降低一额外成比例量。

17.如权利要求16所述的制造方法，其进一步包括提供连接至该第一变压器的次级绕组的第三电阻器，和提供连接至该第二变压器的该次级绕组的第四电阻器。

18.如权利要求16所述的制造方法，其进一步包括将该第一常开型辅助接点连接至该第二输入端，和将该第二常开型辅助接点连接至该第一输入端。

19.一种制造电动机械自动转换开关(ATS)的方法，该电动机械自动转换开关(ATS)具有用于将释放电压动态地增加到一暂时低压电压范围中的电路，该制造方法包含：

提供第一输入端；

提供连接至该第一输入端的第一线圈；

提供与该第一线圈磁性连通的第一常开型辅助接点；

提供连接至该第一常开型辅助接点的第一电阻器；和

提供第一变压器，该第一变压器具有连接至该第一电阻器的初级绕组和连接至该第一线圈的次级绕组，其中当该第一常开型辅助接点闭合时，跨该第一线圈的操作电压降低一成比例量。

20.如权利要求19所述的制造方法，其进一步包括提供连接在该第一线圈与该第一输入端之间的整流器。

21.如权利要求19所述的制造方法，其进一步包括通过选择该第一变压器的匝数比而选择该成比例量。

22.如权利要求19所述的制造方法，其进一步包括：

提供第二输入端；

提供连接至该第二输入端的第二线圈；

提供与该第二线圈磁性连通的第二常开型辅助接点；

提供连接至该第二常开型辅助接点的第二电阻器；和

提供第二变压器，该第二变压器具有连接至该第二电阻器的初级绕组和连接至该第二线圈的次级绕组，其中当该第二常开型辅助接点闭合时，通过跨该次级绕组的额外次级电压而使跨该第二线圈的额外操作电压降低一额外成比例量。

23.如权利要求22所述的制造方法，其进一步包括提供连接至该第一变压器的该次级绕组的第三电阻器，和提供连接至该第二变压器的该次级绕组的第四电阻器。

24.如权利要求22所述的制造方法，其进一步包括将该第一常开型辅助接点连接至该第二输入端，和将该第二常开型辅助接点连接至该第一输入端。

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