CN107768204B - 用于电路断路器的可控跳闸 - Google Patents

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Abstract

提供了用于电路断路器的可控跳闸装置，该可控跳闸装置(20)包括：磁致动器(210)，包括：耦接部件(2102)，用于被耦接到电路断路器(10)的开关机构(110)，以使其切换；以及线圈(2101)，其被配置用来当其在大于或等于预定持续时间的时段被提供了强度大于第一预定阈值的电流时，使耦接部件(2102)向跳闸位置位移；控制装置(220)，被配置为在接收到控制信号(Vcmd)时，立即向线圈(2101)提供持续时间等于预定持续时间、强度大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值的一系列脉冲，其中第二阈值最大等于第一阈值的120％。

Description

用于电路断路器的可控跳闸
技术领域
本发明涉及用于电路断路器的可控跳闸装置。本发明还涉及电气开关设备(electrical switchgear)，其包括电路断路器和与该电路断路器关联的该类跳闸装置。本发明最后涉及操作该类跳闸装置的方法。
背景技术
众所周知，用于电路断路器的跳闸装置具有断开与其关联的断路器的功能，以便在跳闸装置接收到专用(dedicated)的命令信号时，中断断路器的输入和输出端之间的电流流动。例如，当操作员按下紧急停止按钮时，发送此命令信号。跳闸装置的目的在于，即使被并入断路器的控制电路未检测到断路器的异常操作，在接收到此命令信号之后也尽可能迅速地断开断路器。因此，跳闸装置的跳闸尽可能快速且可靠地起作用是非常关键的。
具体的，存在已知的机械跳闸装置，用来机械地耦接到断路器的开关机构。这些跳闸装置通常包括电动致动器(motorised actuator)，用于适当地移动和保持断路器的开关机构，以断开断路器。
这些已知的跳闸装置的缺点是：由于需要向电动致动器提供电能，所以它们在操作时会大量散热。另一缺点是：需要不断地向电动致动器提供电能，以保持开关机构处于断开状态。这导致高电耗，因此也导致高散热。这样的散热是不被期望的，因为它引起跳闸装置发热，这会使其操作劣化。此外，如果有需要将跳闸装置微型化，或在受限的环境中使用跳闸装置，则这样的散热是特别有害的。
发明内容
更具体地，本发明要通过提出在操作中散热较少的用于电路断路器的可控跳闸装置，来消除这些缺点。
因此，本发明包括用于电路断路器的可控跳闸装置，断路器可在断开状态和闭合状态之间切换，该跳闸装置包括：
-致动器，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件，该耦接部件用于机械地耦接到电路断路器的开关机构，以便在该耦接部件从止动位置移到跳闸位置时，使断路器从闭合状态切换到断开状态；以及
-控制装置，其被配置用来响应于该跳闸装置接收到跳闸命令信号而激励该致动器，以便将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置。
该致动器是磁致动器，包括线圈，其被配置用来当其强度被比预定义的第一阈值大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间的时间时，将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置，并且，控制装置被配置用于：在接收到该命令信号时立即电激励所述线圈，且只要继续接收到该命令信号的时段，就通过具有与该预定义时间相等的持续时间、且强度大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值的一系列电流脉冲电激励该线圈，该第二阈值最多等于第一阈值的120％。
由于本发明，使用这种磁致动器，耦接部件移动到其跳闸位置仅需要很小的由线圈中的电流脉冲提供的能量。此外，通过连续的电流脉冲在连续时间激活该线圈，使该断路器被锁定到断开状态。
相比之下，在现有技术的电动致动器中，必须提供连续的电能供应来触发该断路器切换到断开状态，并将其锁定到断开状态，这消耗更多能量。
最后，将电流脉冲的强度限制为小于第二预定义的阈值使得可以不向线圈提供过多能量，并将提供给线圈的能量限制为对于其释放耦接部件以移到跳闸位置来说所必要的能量。
由于与已知跳闸装置相比，电能的消耗减少了，所以该跳闸装置的散热量减小了。
根据本发明的非强制性的有利方面，在任何技术上允许的组合中，上述种类的跳闸装置可具有以下特征中的一个或多个：
-命令信号是在跳闸装置的输入接收的电压，控制装置适配于通过命令信号被电激励，并且，控制装置包括：
-限流稳压电源，改限流稳压电源与控制装置的输入和电接地之间的线圈串联连接，该限流稳压电源被配置用于：一旦被命令信号激励，便将供电电压提供到供电轨上；
-激励模块，其被配置用于通过供电电压被电激励，并控制电流脉冲的生成，
此外，限流稳压电源被配置以交替地(alternately)用于响应于激励模块生成的跳闸和中断命令，选择性地将强度等于第二预定阈值的电流注入到所述线圈以及中断电流的流动；
-该控制装置包括与输入和电接地之间的线圈和限流稳压电源串联连接的可控开关，通过此开关，该电源被激励模块控制，为此，该开关与激励模块连接，并能够在导通状态和阻断状态之间切换，以响应于激励模块生成的跳闸和中断命令而分别允许或抑制电流的流动；
-该控制装置包括探针，用于测量流过该线圈的电流，并且，该激励模块被相继编程，以激活，然后抑制由限流稳压电源的电流注入，以生成各个电流脉冲，该激励模块被编程，以在预定时间到期时命令此抑制，从测量探针测量的电流超过第一阈值的时刻，由激励模块对此时间进行倒计时；
-该激励模块被编程以检测命令信号是直流还是交流电压，并且，可选地(alternately)：
-如果命令信号被检测为交流电压，则将电流脉冲的生成与命令信号自动同步，激励模块通过在命令信号呈现(assume)为空值的时刻生成跳闸命令，进行此同步，并且
-如果命令信号被检测为直流电压，则以预定义周期命令生成电流脉冲；
-该激励模块被编程以两个连续的电流脉冲之间的预定义间隔命令生成电流脉冲，预定义间隔小于或等于100毫秒。
-预定时间和预定义间隔的周期比(cycle ratio)包括1/10和1/100之间，优选等于1/40；
-该控制装置包括模拟激励模块，其被配置用于：在由控制装置接收到命令信号时，立即生成强度大于或等于预定第一阈值的单个电流脉冲；
-致动器还包括磁体、机械连接到耦接部件的移动部分、以及跳闸弹簧，
磁体被固定到致动器的固定部分，并在耦接部件处于止动位置时，对移动部分施加磁力，使得移动部分压缩该弹簧，以将耦接部件维持在止动位置，该弹簧施加与反向于所述磁力、并比所述磁力小的回弹力，
线圈适配于：在被控制装置施加的每个所述电流脉冲激励时，减小该磁体施加的磁吸力，以便允许耦接部件由于跳闸弹簧施加的回弹力的效果而从止动位置移动到跳闸位置。
根据另一个方面，本发明涉及电气开关设备，包括断路器、以及与该断路器关联的可控跳闸装置，
-该断路器包括开关机构，用于使该断路器在断开状态和闭合状态之间切换；
-该跳闸装置包括：
-致动器，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件，该耦接部件用于机械地耦接到断路器的开关机构，以便在该耦接部件从止动位置转到跳闸位置时，使断路器从闭合状态切换到断开状态；以及
-控制装置，其被配置用来响应于该跳闸装置接收到跳闸命令信号而激励该致动器，以便将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置。
该致动器是磁致动器，包括线圈，其被配置用来当其被强度比预定义的第一阈值大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间的时间时，将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置，并且，控制装置被配置用于：在接收到该命令信号时、且只要该命令信号维持，就通过具有与该预定义时间相等的持续时间、且强度大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值的一系列电流脉冲而立即电激励该线圈，该第二阈值最多等于第一阈值的120％。
根据再一个方面，本发明涉及方法，包括如下步骤：
a)获得跳闸装置，其包括：
-致动器，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件，该耦接部件用于机械地耦接到电路断路器的开关机构，以便在该耦接部件从止动位置转到跳闸位置时，使断路器从闭合状态切换到断开状态，该致动器是磁致动器，包括线圈，其被配置用来当其被强度比预定义的第一阈值大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间的时间时，将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置；以及
-控制装置，其被配置用来响应于该跳闸装置接收到跳闸命令信号而激励该致动器，以便将该耦接部件从止动位置移动到跳闸位置，
b)跳闸装置获取跳闸命令信号；
c)该控制装置通过具有与该预定义时间相等的持续时间、且强度大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值的一系列电流脉冲而激励该线圈，该第二阈值最多等于第一阈值的120％，其中在接收到该命令信号时立即施加此激励，且只要该命令信号继续被跳闸装置接收，就施加此激励。
附图说明
通过示例、并参照附图，对可控跳闸装置的一个实施例进行描述，从而本发明将被更好地理解，其它优点将变得更清楚、显而易见，附图中：
图1是根据本发明的包括与电路断路器关联的可控跳闸装置的电气开关设备的简化图；
图2示意性地示出了可通过图1的跳闸装置的控制装置的激励模块控制的开关的跳闸和中断命令；
图3示意性地示出了：响应于来自图2的跳闸和中断命令，流过图1中的电气开关设备的致动器的线圈的电流随时间的变化(evolution)；
图4示意性地示出了图1中的跳闸装置中的控制装置的模拟跳闸模块；
图5示出了图4中的模块在操作时的电压随时间的变化；
图6是操作图1中的跳闸装置的方法的流程图。
具体实施方式
图1是电气开关设备1的电路图，其包括电路断路器10、以及耦接到电路断路器10以控制断路器10的可控跳闸装置20。
断路器10是电路断路器，如低电压高电流断路器。例如，电压大约为690V。
断路器10具有输入和输出端，其通过可分离的电触点，选择性地相互电连接或彼此隔离。断路器10包括开关机构(mechanism)110，其被配置用于在断开状态和闭合状态之间移动这些可分离的电触点。这里，开关机构110是被称为转换开关(tumbler)的类型。
在断开状态下，断路器10抑制(inhibit)输入和输出端之间的电流流动。在闭合状态下，断路器允许输入和输出端之间的电流流动。术语“断开(opening)”指的是断路器10从闭合状态向断开状态的变化。
断路器10还包括控制杆或曲柄，其耦接到开关机构110，以使用户能够在断开和闭合状态之间手动切换断路器。
断路器10还包括检测电路，其被配置用于在检测到诸如过流或短路的电气异常时，将机构110切换到断开状态。
跳闸装置20被配置用于：如果跳闸装置接收到跳闸命令，则使断路器10从其闭合状态切换到其断开状态。
因此，跳闸装置20可以独立于断路器10的检测电路，使断路器10切换到断开状态。例如，该跳闸命令信号是随着用户对控制生成该命令的供电单元(power supply unit)的紧急停止开关或按钮的动作而生成的。
在这个例子中，命令信号是电压Vcmd。例如，命令信号Vcmd是直流电压。可选地，其可以是交流电压。
只要跳闸装置20接收到命令信号Vcmd，其必须将断路器10维持在断开状态。具体地，优选地，在断路器10跳闸断开之后，跳闸装置20必须实现将断路器10锁定在断开状态的功能。
事实上，如果断路器10的控制杆从断开位置被操纵到闭合位置，则存在断路器10的移动触点闭合的风险。这种闭合是不允许的，因此必须被防止，这是因为它会违反安全要求。
因此，跳闸装置20包括致动器(actuator)210、用于控制致动器的装置220、以及用于命令信号Vcmd的输入230。这里，输入230包括两端，其中一个连接到控制装置220的电接地GND。
致动器210是磁致动器，包括线圈2101和耦接部件2102，其适配于被机械地耦接到开关机构110。
致动器210适配于被控制装置220控制。
部件2102可选择性地在止动位置和跳闸位置之间移动。部件2102被配置以使得从其止动位置到其跳闸位置的移动引起机构110的切换，以断开断路器10。
在这个例子中，耦接部件2102，例如，通过断路器10的控制杆，机械地耦接到机构110。
另一方面，在这个示例中，部件2102从跳闸位置到止动位置的移动不会自动引起机构110从断开状态切换到闭合状态。这里，由于安全原因，必须手动使用断路器10的控制杆而使该切换有效。
线圈2101被配置用于：当其在大于或等于预定义时间T-on的时间段被馈送了强度大于预定义的第一阈值I-min的电流脉冲时，将耦接部件2102从止动位置移动到跳闸位置。
这里，当被耦接到控制机构110时，耦接部件2102不会每当线圈2101被停止激励时就自动返回到其止动位置。
在这个例子中，致动器210包括磁体，其被固定到致动器210的固定部分，以及被称为跳闸弹簧的弹簧。致动器210还包括移动部分，例如，其被机械地连接到耦接部件2102。磁体在移动部分上施加磁力，使移动部分将弹簧保持在压缩状态。该弹簧在移动部分上施加的回弹力小于磁体所施加的磁力。这使耦接部件2102保持在止动位置上。换句话说，跳闸弹簧所施加的回弹力自身不足以克服该磁力并使部件2102朝向跳闸位置移动。
线圈2101适配于当其被馈送了由控制装置220提供的每个所述电流脉冲时对使该磁体消磁，以便将磁力减小到小于弹簧施加的回弹力的值，或者，甚至中断磁力，因此，由于跳闸弹簧施加的回弹力的效果，允许耦接部件2102从其止动位置移动到跳闸位置。换句话说，在这个例子中，线圈2101被配置用来间接地，尤其是经由磁体和跳闸弹簧，将耦接部件2102从止动位置移动到跳闸位置。
例如，线圈2101包括电导体，如绕在磁体周围形成匝数的铜丝。因此，当线圈2101被馈送电流脉冲时，它会在磁体内产生与该磁体本身的磁通量相反的磁通量，由此中断磁力。
因此，为将部件2102移动或释放到跳闸位置，线圈2101在至少等于T-on的时间段被馈送强度大于电流阈值I-min的电脉冲(图3)。与已知的电动致动器相反，不需要保持电能的连续供应。这降低了能耗，从而降低了散热。
预定义的阈值I-min和预定义时间T-on被选择为致动器210的函数，尤其是为将磁力减小到低于跳闸弹簧的回弹力的水平、以将部件2102移动到跳闸位置而需要馈送到线圈2101的能量的函数。
这里，在本例中，预定义时间T-on等于1毫秒。最小电流I-min使得线圈2101产生的磁力等于150安匝。
众所周知，在MKS单位制中，线圈2101所产生的磁力被表示为：对此线圈2101馈送的电流与线圈2101的匝数的乘积。
例如，线圈2101产生的磁场值足以使磁体消磁，但又不会太高，从而维持在小于形成致动器210的移动和固定部分的材料的饱和场，这里等于1.5特斯拉。
控制装置220被配置用于响应于接收到命令信号Vcmd而激励致动器210。装置220还被配置用于：只要命令信号Vcmd继续被施加到输入230，就将断路器锁定到断开状态。
更确切地，控制装置220被配置用于：在接收到该命令信号Vcmd时立即电激励线圈2101，且只要该命令信号Vcmd继续被接收，就通过持续时间各自等于预定义时间T-on的一系列电流脉冲来电激励线圈2101。该系列电流脉冲的每一个的强度都大于或等于第一阈值I-min，且小于或等于第二阈值I-max，也被称为“限制电流”。
限制电流I-max大于阈值I-min，且小于或等于阈值I-min的120％，优选地，小于或等于阈值I-min的110％，更优选地，小于或等于阈值I-min的105％。
例如，限制电流I-max等于10毫安。
在这个例子中，线圈2101包括在500和10000之间的匝数N，有利地，其被选择为命令电压Vcmd的函数。因此，这里，限制电流I-max等于I-min×1.2/N，或优选地，I-min×1.1/N，或更优选地，I-min×1.05/N。取决于命令电压Vcmd，限制电流I-max在，例如，15毫安和265毫安之间。
由于限制电流I-max的值的选择，对线圈2101的电流的供应被优化为致动器210的特征的函数，使得线圈2101被馈送正好足以通过对磁体消磁以便释放弹簧从而移动耦接部件2102、但又不过度高于此移动所需能量的能量。这避免了不必要的能耗，从而减小散热。
在这个例子中，由于命令信号Vcmd是电压，控制装置220适配于通过该命令信号Vcmd被电激励。
为此，有利地，控制装置220包括电压整流器2209，其连接到输入230。这里，整流器2209是半波整流器。在这个例子中，其采用连接到输入230的二极管D1。
可选地，整流器2209是全波整流器。该致动器210可在跳闸装置20中使用，以被直流电压命令信号Vcmd或交流电压命令信号Vcmd控制。
因此，除了命令信号Vcmd提供的能量之外不需要任何板载能量，控制装置220能够可靠地工作。
这里，控制装置220包括限流稳压电源2201和激励模块(excitation module)2206。在这个例子中，激励模块2206包括可编程的微控制器或微处理器。
这里，电源2201与输入230和电接地GND之间的线圈2101串联连接。
电源2201被配置用于：只要其被命令信号Vcmd激励，就提供供电电压Vcc。此外，电源2201被配置用于：当其被激励模块2206命令时，向线圈2101注入最大幅度等于限制电流I-max的电流。
为此，电源2201包括稳压器2202和限流器2203。
这里，稳压器2202是线性稳压器，它包括电阻R、稳压二极管Z和功率晶体管2204。二极管Z和电阻R在整流器2209的输出和接地GND之间串联连接，并且，二极管Z和电阻R之间的中点连接到晶体管2204的控制电极。
这里，晶体管2204是MOSFET。可选地，其被绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)形式的功率晶体管所取代，特别是当命令信号Vcmd的幅度较高时。所使用的晶体管2204的类型取决于命令信号Vcmd的预期最大幅度。在实践中，命令信号Vcmd可具有12伏和690伏之间的最大幅度。
因此，稳压器2202适配于：当命令信号Vcmd被施加到输入230时，在供电轨Vdd上提供供电电压Vcc。例如，电压Vcc是幅度等于3.3伏的直流电压。
如果命令信号Vcmd未被施加到输入230，则稳压器2202以及电源2201不提供电压或电流。
限流器2203被配置用来将其中流动的电流限制到上述限制电流I-max。当激励模块2206允许将电流注入线圈2101时，限流器2203因此防止此电流的幅度超过限制电流I-max。
激励模块2206被配置用来通过供电电压Vcc被电激励，并通过电源2201来控制电流脉冲的产生。
更确切地，激励模块2206被相继编程，以激活，然后抑制由所述限流稳压电源(2201)的电流注入，以生成各个电流脉冲，激活和随后的抑制之间相隔大于或等于预定义时间T-on的时间。
限流稳压电源2201被配置为使得其交替地(alternately)响应于激励模块2206发送的跳闸命令而向线圈2101注入电流，并响应于激励模块2206生成的中断命令，中断该电流的流动。
在本例中，控制装置220包括可控开关T1，可控开关T1与输入230和电接地GND之间的线圈2101和电源2201串联连接。晶体管T 1的控制电极被电连接到激励模块2206的控制输出。
这里，开关T1是MOSFET。
在这个例子中，开关T1默认处于阻断(blocking)状态，因此，阻止电源2201的输出和电接地之间电流的流动，从而阻止线圈2101的激励。
当模块2206向晶体管T1发送跳闸命令时，后者进入导通状态，从而允许电流流过线圈2101。
当模块2206向晶体管T1发送中断命令时，后者返回到其阻断状态，并再次阻止电流流过线圈2101。
因此，模块2206通过开关T1控制电源2201。
有利地，稳压器2202还包括用于稳定供电电压Vcc的电路。这里，该稳定电路由与供电轨Vdd和接地GND之间的开关T1并联连接的串联的二极管D2和电容C形成。该稳定电路的目的在于，当激励模块2206操作时，尤其是当开关T1变为导通状态时，防止供电电压Vcc下降。
有利地，该控制装置包括探针2205，用于测量流过线圈2101的电流。因此，激励模块2206被编程为：在预定时间T-on到期时，通过发送中断命令来命令抑制供电电流，其中，从测量探针2205测量的电流超过了阈值I-min的时刻开始，由激励模块2206对该时间进行倒计时。
这里，测量探针2205是与线圈2101串联连接、且与激励模块2206的测量输入连接的精密电阻器。
图2示出作为时间的函数，由模块2206发送的开关T1的命令信号在其导通状态(被表示为“通(ON)”)和阻断状态(被表示为“断(OFF)”)之间的变化。模块2206从“跳闸时刻”发送跳闸命令以使开关T1变为导通状态，该时刻被表示为“t0”。
如图3所示，从时刻t0起，电流增大，直到其达到限流器2203设置的限制电流I-max为止。
电流从时刻t0起增加的速率(rate)取决于耦接部件2102的位置。取决于部件2102处于止动位置还是跳闸位置，线圈2101的电感值不同。这里，当部件2102处于止动位置时，线圈2101的电感较高。事实上，线圈2101对流过其的电流的响应是不同的。
曲线C1示出：当部件2102处于跳闸位置时，在时刻t0之后，在线圈2101中流动的电流的变化。
该电流开始超过阈值I-min的时刻被表示为“t1”。在时刻t1之后，该电流继续增加，直到其达到限制电流I-max为止。从时刻t1起，激励模块2206，例如，通过计时器对经过时间(elapsed time)进行倒计时，同时将开关T1维持在导通状态。
当倒计时的时间超过预定义时间T-on时，激励模块2206在时刻t3发送中断命令。开关T1返回到其阻断状态，并且，电流在线圈2101中停止流动。
曲线C2示出当部件2102处于止动位置时，在时刻t0之后，在线圈中流动的电流的强度的变化。
由于线圈2101的电感的差异，从时刻t0起，电流比在曲线C1中增加慢得多。
电流超过阈值I-min的时刻被表示为“t2”。时刻t2和t0之间的差大于时刻t1和t0之间的差。
在时刻t2后，电流继续增加，直到其到达限制电流I-max为止。如前，激励模块2206将开关T1维持在导通状态，并在时间T-on到期的时刻t4发送中断命令。随后，电流停止流过线圈2101。
因此，激励模块2206不允许电流流动的时间比形成持续时间为T-on的脉冲所需的时间长，这减小了跳闸装置20的电耗，并因此减小了散热。
更确切地，如果不施加这样的稳压，那么有必要基于最坏情况的情形(其中线圈的自感最小)，将晶体管T1的闭合时间预定义为等于时刻t4和t0之间的差，以便确保总是具有持续时间至少等于时间T-on的脉冲，而不考虑线圈2101的状态。在此情况下，脉冲的持续时间已经太长，这是由于，当线圈2101已接收到足以确保部件2102移动的能量时，可能会在时刻t3和t4之间继续施加电流。因此，会无意义地产生过多热量，这是因为，在时刻t1和t3之间提供的电流足以激励线圈，并引起切换。
有利地，激励模块2206包括检测模块，其被配置用于检测命令信号Vcmd的性质(nature)，特别是确定它是直流还是交流电压。这里，这一确定是基于轨电压(railvoltage)Vdd。
此外，激励模块2206被编程用来使用检测模块检测命令信号的性质，并适配发送跳闸命令的定时(timing)，并且，特别地：
-当命令信号Vcmd被检测为交流电压时，即，当轨电压(rail voltage)Vdd被检测为半波或全波整流的交流电压时，则将电流脉冲的生成与命令信号Vcmd自动同步，通过在命令信号Vcmd呈现(assume)为空值(null value)的时刻生成跳闸命令，使此同步有效，并且，可选地，
-如果命令信号Vcmd被检测为直流电压，则以预定义周期命令生成电流脉冲。
与命令信号Vcmd同步使得可以在其具有最小值时生成电流脉冲，从而限制控制装置220的电耗。
优选地，激励模块2206可被编程为使得两个连续脉冲之间的时间间隔小于或等于100毫秒，优选小于或等于50毫秒。
这个时间或间隔被表示为T-off，并被定义为大于或等于阈值I-min的两个电流脉冲之间的时间间隔。在这个例子中，时间T-off等于40毫秒。
时间T-on和时间T-off之间的周期比，其被定义为时间T-on和时间T-off之间的比T-on/T-off，有利地，其在1/10与1/100之间，优选等于1/40，这使得有可能减少功耗。
这个时间被选择用来限制断路器10断开故障的风险。如所知，转换开关型的开关机构110具有断开限位(opening limit position)P1和闭合止位(closure deadposition)P2。这些点P1和P2对应于开关机构在断开状态和闭合状态之间的中间位置。
点P1对应于确保断路器从其断开的机构110的位置。换句话说，当机构110在离开闭合位置之后经过点P1时，断路器的断开被确保。点P1对应于释放跳闸机构110组件的被称为半周跳闸(tripping half moon)的位置。
可选地，点P1与断路器10的断开位置相符。
点P2对应于不再阻止断路器闭合的机构110的位置。换句话说，当机构110在离开断开位置之后经过点P2时，断路器10的闭合是确定的。这是由于开关机构110中的机械弹簧的动作。
因此，时间T-off的值的选择可以确保在开关机构110随着在闭合和断开状态之间移动而处于点P1和P2之间时，从模块2206生成至少一个脉冲。由于该脉冲，在开关机构110经过点P2之前，耦合部件2102再次朝向其跳闸位置移动，并再次使得断路器断开。
有利地，控制装置220还包括模拟激励模块2208，其也被配置用来在控制装置220接收到命令信号Vcmd时，立即生成强度大于或等于预定的第一阈值I-min的单电流脉冲。
该模拟激励模块2208与激励模块2206分离。同样，该模块2208所产生的单电流脉冲与激励模块2206所产生的系列脉冲是分离的。
如图4所示，模块2208包括比较器2210和单稳态转换开关(2211)。对这部分来说，控制装置220包括可控开关T2，例如，它与开关T1相同。
这里，开关T2与电源2201和接地GND之间的开关T1并联连接。与电源2201相关地，开关T2的作用类似于与模块2206相关的开关T1的描述。
比较器2210被配置用来将供电电压Vcc与预定义的参考值Vref比较。
如图5所示，当供电电压Vcc被施加并超过参考值Vref时，比较器2210向单稳态转换开关2211的输入提供在这里被表示为V1的电压。
例如，值Vref等于3伏。
单稳态转换开关2211被配置用于在其输出处提供具有预定义的持续时间T’的单电压脉冲。该输出连接到晶体管T 2的控制电极，并且，此脉冲作为用于切换开关T2的命令。
单稳态转换开关2211被选择为具有时间T’，其长到足以确保所生成的电流脉冲具有大于时间T-on的持续时间。作为示例性说明，这里，时间T’等于18毫秒。
可选地，开关T2可被省略。在此情况下，模块2208适配于与模块2206并行地控制开关T1，例如，通过“与”逻辑门，其收集模块2206和2208发送的命令，并相应地控制开关T1。
模块2208是作为模块2206的附加而使用的，并可以确保，即便在模块2206有故障的情况下，只要在输入230接收到命令信号Vcmd，至少有一个电流脉冲被注入到线圈2101。这个单脉冲具有足以确保部件2102移动到其跳闸位置的持续时间和强度。
事实上，因为模块2208基于简单的模拟组件，而不是可编程微控制器或微处理器，所以，其操作比模块2206更可靠且更有鲁棒性。这保证了跳闸装置20的安全操作。
虽然模块2208不能像模块2206那样精细地优化单脉冲的持续时间，但这不是问题，因为在每次启动命令信号Vcmd时，模块2208只产生一个电流脉冲。因此，额外的能量消耗是最小的。
在所示的例子中，跳闸装置20在稳态条件下的平均消耗小于或等于1W，并且，在瞬态条件下，在上电时，即，在接收到命令信号Vcmd时，其消耗小于或等于10W。相比之下，在已知的电动致动器跳闸装置中，稳态条件下的平均消耗大于5W，瞬态条件下的消耗大于30W。因此，本发明大大减少了散热。
下面通过参照图6的流程图、结合图1至5，描述电气开关设备1和跳闸装置20的操作示例。
首先，在步骤1000期间，断路器10处于闭合状态，允许电源电流在其输入和输出端之间流动。输入230未接收到命令信号Vcmd。耦接部件2102保持在止动位置。线圈2101中没有注入电流。
随后，在步骤1002期间，例如，响应于用户按下紧急停止按钮以便断开断路器10，命令信号Vcmd被施加到跳闸装置20的输入230。
该电压Vcmd激励整流器2209以及电源2201。由于晶体管T1和T2都处于断开状态，所以此时没有电流流过线圈2101。因此，此时，电源2201不产生任何电流。然而，稳压器2202在供电轨上产生电压Vcc，其随之激励所述激励模块2206和2208。
在步骤1004期间，激励模块2208命令电源2201产生用于线圈2101的单电流脉冲。
例如，一旦激励模块2208被激励，因为供电电压Vcc大于参考值Vref，所以，比较器2210将电压V1提供到单稳态转换开关2211的输入。
响应于此，单稳态转换开关2211进入激活状态，持续时间T’，其间，它在其输出处提供非空电压V2，随后，在此时间T’的结束，返回到止动状态。由此，单稳态转换开关2211发送切换命令，以断开然后闭合开关T2，其间间隔了时间T’。
由此，在步骤1006，线圈2101对磁体消磁，并允许弹簧进入到其松弛位置，这允许耦接部件2102从起止动状态到跳闸状态的移动。耦接部件2102对开关机构110动作，以断开断路器10。
与步骤1004并行地，激励模块2206被供电电压Vcc激励，以产生一系列电流脉冲。
在步骤1008期间，激励模块2206因此自动检测命令信号Vcmd是直流电压还是交流电压。
如果命令信号Vcmd被检测为是直流电压，则在步骤1010中，周期性地生成电流脉冲，这里，周期等于时间T-off。对于从开关T1的跳闸的时刻t0起的每个脉冲，有利地，激励模块2206通过电流探针2205检测在线圈2101中流动的电流变得大于或等于阈值I-min的时刻，随后，在该时刻之后，在时间T-on到期时发送用于开关T1的中断命令。
另一方面，如果命令信号Vcmd被检测为交流电压，则在步骤1012期间，以与命令信号Vcmd被检测为呈现空值的时刻同步的方式，生成电流脉冲。更确切地，这是指激励模块2206发送命令来使开关T1跳闸的跳闸时刻t0，其与命令信号Vcmd被检测为呈现空值的时刻同步。从这个跳闸时刻t0开始的每个脉冲的产生都与针对步骤1010所描述的相同。
激励模块2206所产生的脉冲使断路器10能够被切换到和/或维持在断开状态。在步骤1006中，只要命令信号Vcmd被施加到输入230，激励模块2206便继续产生脉冲，使得线圈2101继续对磁体消磁，以便允许弹簧维持在其松弛位置，从而，将耦接部件2102保持在跳闸状态。
最后，在步骤1014期间，命令信号Vcmd被停止施加、且不再在输入230处被接收。电源2201被中断，供电电压Vcc下降到零。激励模块2206随后停止运行，不会有进一步的电流脉冲被发送到线圈2101。
操作人员可以通过控制杆来手动地将断路器10复位到闭合状态。上面描述的过程可以被重复。
上面所述的实施例和变体可以相互结合以产生新的实施例。

Claims (12)

1.用于电路断路器(10)的可控跳闸装置(20)，所述断路器能够在断开状态和闭合状态之间切换，所述跳闸装置包括：
-致动器(210)，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件(2102)，所述耦接部件(2102)用于机械地耦接到电路断路器(10)的开关机构(110)，以便在所述耦接部件(2102)从止动位置移到跳闸位置时，使断路器(10)从闭合状态切换到断开状态；以及
-控制装置(220)，其被配置用来响应于所述跳闸装置(20)接收到跳闸命令信号(Vcmd)而激励所述致动器，以将所述耦接部件(2102)从止动位置移动到跳闸位置；
其特征在于，所述致动器(210)是磁致动器，包括线圈(2101)，其被配置用于当其被强度比预定义的第一阈值(I-min)大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间(T-on)的时间时，将所述耦接部件(2102)从所述止动位置移动到所述跳闸位置，并且其特征在于，所述控制装置(220)被配置用于：在接收到所述命令信号(Vcmd)时立即通过具有与所述预定义时间(T-on)相等的持续时间、且强度大于或等于所述第一阈值(I-min)并小于或等于第二阈值(I-max)的一系列电流脉冲来电激励所述线圈(2101)，并且只要所述命令信号(Vcmd)维持，就一直通过所述一系列电流脉冲来电激励所述线圈(2101)，所述第二阈值(I-max)最大等于所述第一阈值(I-min)的120％。
2.根据权利要求1所述的跳闸装置，其特征在于，所述命令信号(Vcmd)是在跳闸装置(20)的输入(230)接收的电压，所述控制装置(220)适配于通过所述命令信号(Vcmd)被电激励，并且，其中，所述控制装置(220)包括：
-限流稳压电源(2201)，所述限流稳压电源(2201)与所述输入(230)和所述控制装置(220)的电接地(GND)之间的所述线圈(2101)串联连接，所述限流稳压电源(2201)被配置用于：一旦被所述命令信号(Vcmd)激励，便将供电电压(Vcc)提供到供电轨上；
-激励模块(2206)，其被配置为被供电电压(Vcc)电激励，并控制电流脉冲的生成，
此外，所述限流稳压电源(2201)被配置以交替地用于：响应于所述激励模块(2206)生成的跳闸和中断命令，选择性地将强度等于第二预定阈值(I-max)的电流注入到所述线圈(2101)以及中断电流的流动。
3.根据权利要求2所述的跳闸装置，其特征在于，所述控制装置(220)包括与所述输入(230)和电接地(GND)之间的所述线圈(2101)和所述限流稳压电源(2201)串联连接的可控开关(T1)，通过所述开关(T1)，所述电源被所述激励模块(2206)控制，为此，所述开关(T1)与所述激励模块(2206)连接，并能够在导通状态和阻断状态之间切换，以响应于所述激励模块(2206)生成的跳闸和中断命令而分别允许或抑制电流的流动。
4.根据权利要求2所述的跳闸装置，其特征在于，所述控制装置(220)包括探针(2205)，用于测量流过所述线圈(2101)的电流，并且，其中，所述激励模块(2206)被相继编程，以激活，然后抑制由所述限流稳压电源(2201)的电流注入，以生成各个电流脉冲，所述激励模块(2206)被编程，以在预定义时间(T-on)到期时命令此抑制，从所述探针(2205)测量的电流超过第一阈值(I-min)的时刻，由所述激励模块(2206)对此时间进行倒计时。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的跳闸装置，其特征在于，所述激励模块(2206)被编程以检测所述命令信号(Vcmd)是直流还是交流电压，并且，可选地：
-如果所述命令信号(Vcmd)被检测为交流电压，则将电流脉冲的生成与所述命令信号(Vcmd)自动同步，所述激励模块(2206)通过在所述命令信号(Vcmd)呈现为空值的时刻生成跳闸命令，进行此同步，以及，
-如果所述命令信号(Vcmd)被检测为直流电压，则以预定义周期命令生成电流脉冲。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的跳闸装置，其特征在于，所述激励模块(2206)被编程用来以两个连续的电流脉冲之间的预定义间隔(T-off)命令生成电流脉冲，所述预定义间隔(T-off)小于或等于100毫秒。
7.根据权利要求6所述的跳闸装置，其特征在于，所述预定义时间(T-on)和所述预定义间隔(T-off)的周期比在1/10和1/100之间。
8.根据权利要求7所述的跳闸装置，其特征在于，所述预定义时间(T-on)和所述预定义间隔(T-off)的周期比等于1/40。
9.根据权利要求2至4中的任一项所述的跳闸装置，其特征在于，所述控制装置(220)包括模拟激励模块(2208)，其被配置用于：在由所述控制装置(220)接收到所述命令信号(Vcmd)时，立即生成强度大于或等于预定第一阈值(I-min)的单个电流脉冲。
10.根据权利要求2至4中的任一项所述的跳闸装置，其特征在于，所述致动器(210)还包括磁体、机械连接到所述耦接部件(2102)的移动部分、以及跳闸弹簧，所述磁体被固定到所述致动器(210)的固定部分，并在所述耦接部件(2102)处于止动位置时，对所述移动部分施加磁力，使得所述移动部分压缩所述弹簧，以将所述耦接部件(2102)维持在止动位置，所述弹簧施加反向于所述磁力、并比所述磁力小的回弹力，所述线圈(2101)适配于：在其被所述控制装置(220)施加的每个所述电流脉冲激励时，减小由所述磁体施加的磁吸力，以允许所述耦接部件(2102)由于所述跳闸弹簧施加的回弹力的效果而从止动位置移动到跳闸位置。
11.电气开关设备(1)，包括断路器(10)、以及与所述断路器关联的可控跳闸装置(20)，
-所述断路器(10)包括开关机构(110)，用于使所述断路器在断开状态和闭合状态之间切换；
-所述跳闸装置(20)包括：
-致动器(210)，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件(2102)，所述耦接部件(2102)用于机械耦接到所述开关机构(110)，以在其从止动位置移到跳闸位置时，使所述断路器(10)从闭合状态切换到断开状态；以及
-控制装置(220)，其被配置用来响应于所述跳闸装置(20)接收到跳闸命令信号(Vcmd)而激励所述致动器，以将所述耦接部件(2102)从止动位置移动到跳闸位置，
所述跳闸装置(20)的特征在于，所述致动器(210)是磁致动器，包括线圈(2101)，其被配置用来当其被强度比预定义的第一阈值(I-min)大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间(T-on)的时间时，将所述耦接部件(2102)从所述止动位置移动到所述跳闸位置，并且其特征在于，所述控制装置(220)被配置用于：在接收到所述命令信号(Vcmd)时立即通过具有与所述预定义时间(T-on)相等的持续时间、且强度大于或等于所述第一阈值(I-min)且小于或等于第二阈值(I-max)的一系列电流脉冲来电激励所述线圈(2101)，并且只要继续接收到所述命令信号(Vcmd)，就一直通过所述一系列电流脉冲来电激励所述线圈(2101)，所述第二阈值(I-max)最大等于所述第一阈值(I-min)的120％。
12.控制用于电路断路器(10)的跳闸装置(20)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)获得跳闸装置，其包括：
-致动器(210)，包括可在止动位置和跳闸位置之间移动的耦接部件(2102)，所述耦接部件(2102)用于机械耦接到电路断路器(10)的开关机构(110)，以在所述耦接部件(2102)从止动位置移到跳闸位置时，使断路器(10)从闭合状态切换到断开状态，所述致动器(210)是磁致动器，包括线圈(2101)，被配置用来当其被强度比预定义的第一阈值(I-min)大的电流脉冲激励了大于或等于预定义时间(T-on)的时间时，将所述耦接部件(2102)从止动位置移动到跳闸位置；以及
-控制装置(220)，其被配置用来响应于所述跳闸装置(20)接收到跳闸命令信号(Vcmd)而激励所述致动器，以将所述耦接部件(2102)从止动位置移动到跳闸位置；
b)所述跳闸装置(20)获取跳闸命令信号(Vcmd)；
c)所述控制装置(220)通过具有与所述预定义时间(T-on)相等的持续时间、且强度大于或等于第一阈值(I-min)且小于或等于第二阈值(I-max)的一系列电流脉冲而激励所述线圈(2101)，所述第二阈值(I-max)最大等于所述第一阈值(I-min)的120％，在接收到所述命令信号(Vcmd)时立即施加此激励，且只要所述命令信号(Vcmd)继续被所述跳闸装置(20)接收，就一直施加此激励。
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