CN107148660A - 具有多个绕组的电磁致动器 - Google Patents
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Abstract
一种用于保护线路的电磁致动器，包括差动绕组(2)和磁绕组(1)，所述差动绕组(1)响应于待保护的电流线路上的差动类型的故障产生磁场。该电磁致动器的特征在于，其还包括与所述差动绕组(2)和所述磁绕组(1)嵌置的第三绕组(3)，在电流于致动器的相Ph和中性线N之间流动时，所述第三绕组(3)被方向相对于所述差动绕组(2)的方向逆向的电流穿过，并产生与由所述差动绕组(2)产生的磁场相反的磁场，所述第三绕组(3)在待保护线路的相Ph与中性线N之间与所述差动绕组(2)并联连接，并由控制器件操控。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁致动器，其对电冲击的抵抗性得到了增强。本发明特别地涉及与用于保护线路的电气设备的触发锁相关联地使用的电磁致动器，所述电气设备例如是取决于电源电压的关断和/或差动设备。
这些设备应在非常特别的条件中被触发，典型地于在进入被所提及的设备保护的线路的电流总量与从该线路出来的电流总量之间产生失衡时，这对应于随差动故障之后的“差动”保护，或在电流强度失常地高时，这对应于随短路故障之后的“磁”保护。
致动器传统地括围绕可动磁芯的绕组，该可动磁芯能够在由绕组产生的磁场的作用下从休止位置移动到致动位置。更确切地，其包括：
-所谓的“差动”绕组，其响应于待保护的电流线路上的差动类型的故障产生磁场；
-所谓的“磁”绕组，其响应于待保护的电流线路上的短路类型的故障产生磁场。
实际上，这涉及一种具有多个绕组的致动器，该致动器构成允许使用同一个致动器确保不同类型的保护的紧凑的解决方案。
背景技术
本发明提出要解决的问题如下：被诸如前述电气设备的电气设备保护的电路经受电磁兼容性(CEM：compatibilitéélectromagnétique)试验和测试，以验证所述电路对于来自其它设备(或更广泛地，来自环境)的干扰是否具有足够的抵抗性。
这些试验是标准化的，并在于发送多个8/20μs的电流波、然后一个1.2/50μs的电压波到电气设备。该电气设备在这些条件中不应触发(déclencher)。这意味着在施加这样的波的同时，不应突发介电击穿，也不应突发对设备内部的部件的损坏。
按照惯例，这样的致动器由控制元件(例如闸流晶体管)操控，该控制元件本身则在设备检测电路检测到故障时被激活。压敏电阻在如1.2/50μs的电压波的过压波的情况下保护控制元件。放置在差动绕组的下游的该压敏电阻在限定电压阈值以上成为导通的，并由此允许将控制元件的端子处的电压限制到低于控制元件的击穿电压的值。
在1.2/50μs的电压波在差动绕组中流动时，其可以导致设备在2kV下的不适宜的触发，而标准要求致动器能够在2kV之下承受冲击而不触发。
当8/20μs的电流波在磁绕组中流动时，且如果差动绕组的线圈通过电磁耦合嵌置在磁绕组的线圈中，在差动绕组的端子处出现大的感应电压，这导致介电击穿同时破坏差动保护。
为了克服这两个问题，当前的技术方案在于在差动绕组的端子处放置额外的压敏电阻。该解决方案允许避免在8/20μs的电流波的情况下的击穿，但是具有这样的缺陷：在1.2/50μs的电压波期间由于由串联的两个压敏电阻消耗的非常大的电流(约为1000A)，增大了在控制元件的端子处的电压(约为1000V)。控制元件因此必须能够承受这样的电压，以不被过早地损坏。因此，其将包括1200V的闸流晶体管或IGBT，即相对昂贵的构件。
在差动绕组的上游添加电阻以限制穿过压敏电阻的电流是可行的，但是这使得致动器的紧凑性重新成为问题，且控制元件为了同时承受1.2/50μs的电压波和8/20μs的电流波依然将从昂贵的构件中选择。
因此目前所采用的解决方案是相对昂贵的。
发明内容
在本发明的范围内，所追求的目标因此在于开发一种电磁致动器，该电磁致动器能够承受由并非由电路本身的机能障碍导致的瞬时过压引起的冲击，而不导致其中集成有所述致动器的设备的触发，也不导致构件的损坏。这样的电磁致动器的制造还将是易于实施且低成本的。
为了满足该目标，根据本发明的电磁致动器按传统的方式包括：
-差动绕组，其响应于待保护的电流线路上的差动类型的故障产生磁场；
-磁绕组，其与差动绕组嵌置，并响应于待保护电流线路上的短路类型的故障产生磁场。
该致动器的特征主要在于，其还包括与所述差动绕组和所述磁绕组嵌置的第三绕组，在电流于致动器的相和中性线之间流动时，该第三绕组被方向相对于差动绕组的方向逆向的电流穿过，并产生与由差动绕组产生的磁场相反的磁场，所述第三绕组在待保护线路的相Ph与中性线N之间与差动绕组并联连接，并由控制器件操控。
根据本发明，所述控制器件包括压敏电阻类型的电压阈值控制式构件，该电压阈值控制式构件在第三绕组的下游添加在待保护线路的相Ph和中性线N之间。该构件允许准许或不准许第三绕组被作为电压阈值的函数的电流穿过，该电压阈值取决于构件本身。在不存在这样的构件的情况下，第三绕组将持久性地被电流穿过，其要么最终被烧毁，要么导致持久性地触发。
由此，在1.2/50μs的电压波期间，由于超过了电压阈值，所述两个压敏电阻(在差动绕组的下游的一个压敏电阻和在第三绕组的下游的压敏电阻)同时变为导通的，差动绕组以及第三绕组因此被电流穿过。在第三绕组中流动的电流产生与由差动绕组产生的磁场相反的磁场，这允许抑制施加在电磁致动器的可动磁芯上的磁力。
例如，如果第三绕组的卷绕方向相对于差动绕组的卷绕方向是逆向的，这是可行的。然而，在所涉及的两个绕组沿着相同的方向卷绕的情况下，存在其它手段以使得电流方向逆向。在该情况下，例如使得一个绕组相对于另一个颠倒(在此使得第三绕组相对于差动绕组颠倒)即为足够的。换言之，第三绕组的起始端部位于差动绕组的终止端部的附近。
该配置由此允许消除与1.2/50μs、且直至4000V的电压波相关的硬件损坏和不适宜的触发。
此外，当磁绕组被8/20μs的电流波穿过时，其产生磁场。第三绕组由于其在磁绕组的附近处的定位而捕获该磁场，并通过磁耦合自然地产生沿与在磁绕组中流动的电流相反的方向穿过第三绕组的感应电流。
该感应电流由此产生与由磁绕组产生的磁场相反的磁场。由此得到的磁场明确地弱于由磁绕组最初产生的磁场，这允许减小差动绕组上的感应电压。
该配置允许避免由8/20μs的电流波导致的击穿。
由于差动绕组上的感应电压被降低，定位于下游的构件(即在控制元件的端子处的压敏电阻、以及控制元件)可在较低的范围中选择，因此更加便宜。
本发明因此部分地基于所述三个绕组定位在同一限定空间中以具有它们彼此之间的磁耦合。所述三个绕组甚至可以是共轴的，以简化它们的卷绕和它们在致动器内的定位。该配置允许确保致动器的最大的紧凑性。
本发明还保护一种用于保护线路的电气设备，该电气设备包括如上所述的电磁致动器。
基于以下详细的说明及仅以示例性、而非限制本发明的方式提供的附图，本发明将被更好地理解。
附图说明
现在将参照附图更加详细地说明本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的第一配置的致动器的电气图；
图2示出根据本发明的第二配置的致动器的电气图。
具体实施方式
本发明的如图1和图2所示的致动器包括与被保护线路(即通常在相Ph和中性线N之间)并联的磁绕组1和差动绕组2。该致动器按传统的方式放置在存在于待保护线路上的负载的上游。
这些绕组1、2围绕可动磁芯(未示出)，该可动磁芯能够在由绕组1、2产生的磁场的作用下从休止位置移动到致动位置，以闭合或断开定位在负载上游的触点7。
该致动器由控制元件5操控，该控制元件5在此为闸流晶体管，其本身在设备的检测电路(未示出)检测到故障时被激活。该闸流晶体管5在相Ph和中性线N之间放置在差动绕组2的下游。
与闸流晶体管5并联连接的压敏电阻4在过压波的情况下保护该闸流晶体管5。
参照图1，该致动器还包括第三绕组3，该第三绕组3的卷绕方向相对于差动绕组2的卷绕方向是逆向的，如由两个箭头所示的。
参照图2，该致动器还包括第三绕组3，该第三绕组3具有与差动绕组2的卷绕方向相同的卷绕方向，但该第三绕组3相对于差动绕组2倒转地定位。换言之，这两个绕组3、2相对于彼此颠倒。由此，第三绕组3的起始端部11位于差动绕组2的终止端部10的附近，第三绕组3的终止端部9位于差动绕组2的起始端部8的附近。
在图1中，为了清楚起见，三个绕组1、2、3是彼此分隔开的，但实际上，它们嵌置在彼此之中，以产生磁耦合。
由于该磁耦合，绕组3始终产生与由磁绕组1产生的场相反的磁场，尤其是在8/20μs的电流波期间。由此，差动绕组2的端子处的电压被减小，这允许避免介电击穿和对压敏电阻及邻近的闸流晶体管的损坏。
额外的压敏电阻6添加在第三绕组3的下游，以使得该第三绕组3不被持久性地供电。在1.2/50μs的电压波期间，压敏电阻4、6同时变为导通的，绕组2、3因此被电流穿过。由于卷绕方向是逆向的，在第三绕组3中流动的电流产生与在差动绕组2中产生的磁场相反的磁场。这两个相反的磁场允许抑制施加在可动芯上的磁力，以使得该可动芯在1.2/50μs的电压波的作用下不移动，因此不会有不期望的致动器的触发。
通常，更可取的是由差动绕组产生的磁场与由磁绕组产生的磁场沿相同的方向。然而，逆向是可行的，假使差动功能被拖延以留出磁绕组用于触发产品所需的时间，这是因为在同时运行的情况下在两个绕组(磁绕组和差动绕组)之间可能存在干涉。
在引用的附图中所示的配置仅仅是本发明的可行的示例、而绝非是限制性的，相反地，本发明包括在本领域技术人员力所能及的范围内的形式和设计变型。
Claims (6)
1.一种用于保护线路的电磁致动器，包括围绕可动磁芯的多个绕组，所述可动磁芯能够在由所述绕组产生的磁场的作用下从休止位置移动到致动位置，且所述多个绕组包括：
差动绕组(2)，其响应于待保护电流线路上的差动类型的故障产生磁场；
磁绕组(1)，其与所述差动绕组(2)嵌置，并响应于所述待保护电流线路上的短路类型的故障产生磁场；
所述电磁致动器的特征在于，其还包括与所述差动绕组(2)和所述磁绕组(1)嵌置的第三绕组(3)，在电流于致动器的相Ph和中性线N之间流动时，所述第三绕组(3)被方向相对于所述差动绕组(2)的方向逆向的电流穿过，并产生与由所述差动绕组(2)产生的磁场相反的磁场，所述第三绕组(3)在待保护线路的相Ph与中性线N之间与所述差动绕组(2)并联连接，并由控制器件操控。
2.根据前一项权利要求所述的电磁致动器，其特征在于，所述控制器件包括压敏电阻类型的电压阈值控制式构件(7)，所述电压阈值控制式构件(7)在所述第三绕组(3)的下游添加在所述待保护线路的相Ph和中性线N之间。
3.根据前述权利要求中的一项所述的电磁致动器，其特征在于，所述第三绕组(3)的卷绕方向相对于所述差动绕组(2)的卷绕方向是逆向的。
4.根据权利要求1或2所述的电磁致动器，其特征在于，所述第三绕组(3)的卷绕方向与所述差动绕组(2)的卷绕方向相同，且在于，所述第三绕组(3)相对于所述差动绕组(2)被颠倒。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电磁致动器，其特征在于，三个绕组(1、2、3)是共轴的。
6.一种用于保护线路的电气设备，包括如前述权利要求中所述的电磁致动器。
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