CN103038848A - 用于具有并联电流通路的开关设备的电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有并联电流通路（L21；L22）的开关设备的电流测量方法。由通路电流（i1；i21；i22；i3）导出的数字测量值（I1′；I21′；I21′；I3′）被转化为校正值（I1；I2；I3）以用于补偿（Kn；Kp）与转换电流转换器相关的非线性传输特性（N）。由分属于并联电流通路（L21，L22）的数字测量值（I21′；I22′）分别确定了总值以及差值，其中，在形成所属的校正值（I2）时考虑了至少各自一个差值，并且所属的校正值（I2）表示所属的通路电流（i21；i22）的总值。

Description

用于具有并联电流通路的开关设备的电流测量方法

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种用于开关设备、特别是功率开关或电机保护开关的电流测量方法，所述开关设备用于低压交流电并具有并联电流通路。

背景技术

已知开关设备、例如功率开关的实施方式，在所述实施方式中电流通路被并联用以提高载流能力。四极开关设备的实施方式也是已知的，在所述实施方式中各自仅并联两个中间电流通路以提高额定电流。当这种开关设备被实施为具有过电流触发器、特别是具有电子过电流触发器时，必须检测两个外侧电流通路和两个并联的内侧电流通路的测量信号，并且以足够的精确度进行处理。

通常，通过具有铁芯的转换变流器（transformatorische Stromwandler）进行过电流的测量。可选地，罗果夫斯基线圈也可用于测量。此外需要的是，在所述设备的所有开关电极中单独检测电流信号。对此，理论上外侧开关电极各自的一半电流在中间开关电极的两个并联电流通路中流通。为了进行测量，通常要么两个并联电流通路的变流器作为外侧电流通路具有其他变流比，并将其串联，要么使其在相同的变流比下平行工作。另一实施可能性在于分别实施电流信号的模拟准备，其方法在于，由测量电阻和必要时测量放大器构成的、所述中间开关电极的测量装置相对于外侧电极的测量装置被另行测量。

通常，所述变流器具有取决于初级电流的某种非线性传输特性，所述非线性传输特性在电子触发设备中被相应地补偿。如果所述开关设备如上所述对称地载荷电流，则额定电流在两个中间电流通路上被近似分配为一半的份额，而在外侧电流通路上各自分配为整个份额。以此足够补偿电子分析设备中的变流器的非线性。但是，正如现实中并不鲜见的，所述电流通路的非对称载荷或者电流通路的通路电阻不同，因此开关设备的并联电流通路中的电流分配不再相等。由于两个变流器的传输特性曲线上的操作点不同，导致在此处取决于初级流动分电流的互感器对总公差的提高。这导致了电流的错误检测以及由此所不期望的过电流触发器的更大触发公差，即过早或过晚触发的危险。

在文献DE 1 950 319 A中公开了一种用于低压交流电的功率开关，其具有偶数个并联的且同向通流的电流通路，所述电流通路各包括一个开关点和导电轨。为了稳定并联电流通路中的电流分配，在所述功率开关内部分别将两个导电轨在其长度部分上以相反的电流方向彼此平行布置。该平行放置的导电轨部段由铁芯包裹。所述开关点被相邻布置，并且所述导电轨随后在开关点处对称地交叉穿过，并且在接下来的走向中重叠。这种设置的缺点在于其构造耗费体积和材料。此外，在非对称电极电流下触发公差变大的问题也没有得到解决。

文献DD 144 192 A1描述了一种用于电子触发器的电流测量装置，用以检测功率开关中的过电流和短路电流，所述功率开关在每个开关电极上具有两个或更多并联的电流通路。罗果夫斯基线圈在几何形状上包括分别分配给开关电极的并联电流通路，并且与积分器电子连接，所述积分器的输出端通过或运算作用于电子触发器。利用这种装置也不能解决在非对称电极电流下触发公差变大的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种用于在开关设备非对称载荷的情况下避免更大的触发公差的方法。

由开始所述方式的电流测量方法出发，本发明的目的是通过独立权利要求的特征部分得以实现的，同时可以从附属权利要求得到本发明的有益的改进方案。

在根据本发明的方法步骤中，由分别与开关电极并联的电流通路所确定的数字测量值不仅形成总值，也形成至少一个差值。在两个并联电流通路的情况下仅得出一个差值。在例如三个并联电流通路的情况下就是三个差值，并且在四个并联电流通路的情况下就是六个差值。当在随后的方法步骤中实施的、用以补偿与变流器相关的非线性所进行的总值的校正时，至少将目前一个（在两个并联电流通路的情况下即正好为一个）差值在数值上作为其它参数进行考虑。由此，在补偿变流器的非线性特征时，形成了与并联电流通路中的非对称电流分配相关联的函数关系。通常，所述差值对校正的结果影响越强，则其数值越大。通过所述建议的方法确定并校正的电流值可用于其它分析，特别是用于过电流触发。

通过所述建议的方法，在电流通路非对称载荷的情况下，触发公差被限制到被允许的程度。实践中，设备制造者对既用于单独存在的电流通路也用于并联电流通路的校正函数针对每个可用的变流器型号进行了测量技术检测，并将所述校正函数作为公式程序或数据表以软件形式存储在触发器的电子设备部分中。

在并联电流通路多于两个的情况下，当在校正值形成过程中仅将最大的差值作为参数进行考虑时，其对不少应用情况而言完全够用。

如果将根据本发明的电流测量方法应用在四极开关设备上，则有利的是，能够平行运行其两个中间电流通路，并且单独运行两个外侧电流通路。通过这种方式可以提供三个具有最佳额定载流能力的开关电极。

如果并联的电流通路被分配到多个开关设备上，则根据本方法的数字处理和确定电流值的进一步分析仅由这些开关设备其中一个的电子触发设备实施。

附图说明

本发明的其它详细内容和有益效果由下面借助附图进行阐述的实施例得出。其中：

图1示出了具有两个并联电流通路的四极开关设备的示意图；

图2示出了根据图1的用于阐述根据本发明方法的开关设备的其他示意图；

图3示出了作为图2细节的函数曲线。

具体实施方式

图1示出了作为开关设备的具有四个电流通路L1、L21、L22和L3的四极功率开关，所述电流通路分别与开关触点1、2、3及4相连。与两个外侧电流通路L1和L3相反，两个内侧电流通路L21和L22是并联的。因此中间电流相位的相位电流被分为两个通路电流i21和i22。两个外侧相位电流未被分开，并且因此通路电流i1及i3是相等的。通过这种措施，所述开关设备的额定载流能力被总体提高。所述开关设备配备有包括电子触发设备7（见图2）的触发装置5。在连通的开关触点1至4中流通的通路电流i1、i21、i22和i3被触发装置5检测。在短路的情况下所述触发装置5起效，在没有明显延迟的情况下通过操作机构6使得触点1至4断开，并且因此导致电流流通的中断。在出现过电流、即通路电流i1或/和i21或/和i22或/和i3超过各自的开关设备额定电流的情况下，所述触发装置5起效，通过操作机构6使得触点1至4在取决于一个或多个过电流的大小的延迟时间内被打开。上述情况被称为过电流触发。

由于不同的原因、特别是由于两个并联电流通路L21和L22中的通路电阻不等大，或者由于相位电流之间的不对称，所述中间通路电流i21和i22不再分为相等的份额。也为了在这种实际上并不鲜见的、通路电流i21和i22分配不等的情况下尽可能精确地保证触发条件，在图1的开关设备上使用了根据本发明的电流测量方法，随后借助图2描述所述电流测量方法。

在第一个方法步骤中，以公知的方式在初级侧通过转换变流器W1、W21、W22和W3检测流经单个电流通路L1、L21、L22和L3的通路电流i1、i21、i22和i3，并在次级侧将其作为次级电流i1′、i21′、i22′和i3′以供使用。附图标记末端的撇号应该所指如下，即涉及的物理量或数值与实际量或数值有偏差。这种偏差由变流器W1、W21、W22和W3的非线性传输特性N而导致的，所述非线性传输特性N特别是由于磁性材料的饱和度引起的。次级电流i1′、i21′、i22′和i3′被导向电子触发设备7，并且在随后的方法步骤中由此借助测量装置8生成电压形式的测量信号u1′、u21′、u22′和u3′。所述测量装置8通常各自包括一个测量放大器和一个测量电阻。

模拟测量信号u1′、u21′、u22′和u3′被导向电子触发设备7内部的微控制器μC，并且在下一个方法步骤中被转换为数字测量值I1′、I21′、I22′和I3′。模数转换9可以以硬件或软件的形式实现。所述数字测量值I1′、I21′、I22′和I3′并未以足够的精确度与电流通路L1、L21、L22及L3中的通路电流i1、i21、i22和i3相对应，因为这些数字测量值受制于其根据所述变流器W1、W21、W22和W3的非线性传输特性N的形成。

随后，用于两个外侧开关电极的数字测量值I1′和I3′通过利用补偿Kn（其校正与转换变流器相关的非线性N）的处理而数字转换为第一校正值I1和I3，其中所述外侧开关电极的电流通路L1或L2不与其它电流通路并联。所述补偿Kn以软件的形式作为表格或公式程序存储在微控制器μC中。所述第一校正值I1和I3以足够的精确度对应于通路电流i1和i3，并且现在作为电子触发设备7的确定的电流值供进一步的分析使用。

上述用于获取第一校正值I1和I3的方法步骤实际上在分配给并联的电流通路L21和L22的数字测量值I21′和I22′上将会导致不可接受的公差偏差。因此，根据本发明，由这两个数字测量值I21′和I22′在随后的方法步骤中首先形成总值I21′+I22′和数额差值｜I21′-I22′｜。总值的形成10以及差值的形成11同样通过软件实现。在最后的方法步骤中，所述总值I21′+I22′通过处理在考虑了差值｜I21′-I22′｜的情况下校正所述的非线性N的补偿Kp而数字转换为第二校正值I2。所述取决于两个输入值总值I21′+I22′以及差值｜I21′-I22′｜的补偿Kp也同样作为表格或公式程序存储在微控制器μC中。所述第二校正值I2则在通路电流i21和i22分配不等的情况下也以足够的精确度与分电流i21和i22的和相对应，并且现在可作为电子触发设备7的确定的电流值供进一步分析使用。

在图3的函数曲线中，以虚线示意性地示出了变流器W1、W21、W22和W3的非线性传输特性N。可以看出，具有上升值的次级侧电流（此处以i’表示）由于变流器的饱和现象而与具有初级侧电流（此处以i表示）的线性关系之间的偏差如何变大。此外，在所述函数曲线中还以实线示意性示出了非线性传输特性N的补偿Kp。可以看出，代表并联中间通路电流i21和i22的总和的第二校正值12的形成在总值I21′+I22′变大的情况下与校正增大相关联。在图3中应该暗示了在不同差值｜I21′-I22′｜的情况下用于所述补偿Kp的彼此相偏离的校正曲线的三个曲线走向，即对两个中间电流通路L21和L22上的电流分配的补偿Kp的函数关系。

本发明并不限于上述实施方式，而是也包括所有在本发明意义上具有同等作用的实施方式。因此本发明例如也可以应用于具有需要时分配在多个开关设备上的两个或更多并联电流通路的开关设备或开关设备设置上。

附图标记

1……4                  开关触点

5                       触发装置

6                       操作机制

7                       电子触发设备

8                       测量设置

9                       模数转换

10                      总形成

11                      差形成

i1；i21；i22；i3        通路电流

i1′；i21′；i22′；i3′次级电流

I1；I2；I3              校正值

I1′；I21′；I22′；I3′数字测量值

Kn；Kp                  补偿

L1；L21；L22；L3        电流通路

N                       传输特性

u1′；u21′；u22′；u3′测量信号

W1；W21；W22；W3        变流器

Claims (4)

1.一种用于具有至少两个并联电流通路（L21；L22）的开关设备的电流测量方法，其中，所述开关设备配备有电子触发设备（7），并且每个电流通路（L1；L21；L22；L3）连接一个开关触点（1；2；3；4），其中：

A）通过转换变流器（W1；W21；W22；W3）在初级侧检测流过单个电流通路（L1；L21；L22；L3）的通路电流（i1；i21；i22；i3），并在次级侧将其用于进一步处理，

B）每个次级电流（i1′；i21′；i22′；i3′）借助测量装置（8）被转换为模拟测量信号（u1′；u21′；u22′；u3′），

C）所述模拟测量信号（u1′；u21′；u22′；u3′）被转换为数字测量值（I1′；I21′；I22′；I3′），

D）在补偿（Kn）与转换电流转换器相关的非线性传输特性（N）的情况下，属于非并联电流通路（L1；L3）的数字测量值（I1′；I3′）被数字转换为第一校正值（I1；I3），所述第一校正值作为所属的通路电流（i1；i3）的确定的电流值被用于进一步分析，

其特征在于，对于每组并联电流通路（L21；L22）来说

E）由其所属的数字测量值（I21′，I22）构成总值（I21′+I22′）和至少一个差值（｜I21′-I22′｜），

F）用于补偿（Kp）与转换电流转换器相关的非线性传输特性（N）的总值（I21′+I22′）在考虑至少一个差值（｜I21′-I22′｜）的情况下被数字转化为第二校正值（I2），所述第二校正值（I2）作为所属通路电流（i21；i22）总值确定的电流值被用于进一步分析。

2.根据前述权利要求所述的电路测量方法，其特征在于，方法步骤F中自三个并联电流通路起，仅考虑由方法步骤E确定的最高差值。

3.根据权利要求1所述的电路测量方法，其特征在于，在使用四极开关设备时，方法步骤E和F适用于分配给两个中间电流通路（L21；L22）的数字测量值（I21′;I22′）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电路测量方法，其特征在于，在将并联电流通路分配给多个开关设备时，仅有所述开关设备其中一个的电子触发设备（7）被激活，并且执行所述方法步骤C至F。

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