CN112582208B - 继电器线圈驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了继电器线圈驱动电路。继电器装置可以包括电枢，该电枢在第一位置与第二位置之间移动，第一位置将电枢电耦接至第一触点，第二位置将电枢电耦接至第二触点。继电器装置还可以包括继电器线圈，该继电器线圈接收使继电器线圈磁化的电压，从而使电枢从第一位置移动至第二位置。继电器装置还可以包括驱动电路，该驱动电路将电压耦接至继电器线圈，其中，该电压高于与继电器线圈相关联的额定电压。

Description

继电器线圈驱动电路
技术领域
本公开内容总体上涉及切换装置，并且更具体地涉及切换装置的操作和配置。
背景技术
切换装置通常在整个工业、商业、材料处理、加工和制造背景(仅举几个例子)中使用。如本文中所使用的，“切换装置”通常旨在描述任何机电切换装置，例如机械切换装置(例如，接触器、继电器、空气断路装置和受控气氛装置)或固态装置(例如，硅控整流器(SCR))。更具体地，切换装置通常打开以将电力从负载断开，以及闭合以将电力连接至负载。例如，切换装置可以将三相电力连接至电动马达以及将电力从电动马达断开。当切换装置打开或闭合时，电力可能作为电弧被放电和/或导致电流振荡被供应至负载，这可能引起转矩振荡。为了便于减小这些影响的可能性和/或幅度，可以在电力波形上的特定点处打开和/或闭合切换装置。这种仔细选择时机的切换有时被称为“波上点”或“POW”切换。然而，切换装置的打开和闭合通常是非瞬时的。例如，在发出接通指令的时间与切换装置实际上接通(即闭合)的时间之间可能会有略微的延迟。类似地，在发出断开指令的时间与切换装置实际上断开(即打开)的时间之间可能会有略微的延迟。因此，为了便于在电力波形上的特定点处接通或断开，可以采用多个实施方式以使切换装置能够相对于电力波形上的特定点进行操作。因此，本公开内容涉及POW切换领域中的各种不同的技术改进，所述各种不同的技术改进可以以各种组合来使用以提供本领域的进步。
发明内容
下面阐述了本文中公开的特定实施方式的概述。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方式的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开内容的范围。实际上，本公开内容可以包括下面可能未阐述的各个方面。
在一个实施方式中，继电装置可以包括电枢，该电枢在第一位置与第二位置之间移动，第一位置将电枢电耦接至第一触点，第二位置将电枢电耦接至第二触点。继电器装置还可以包括继电器线圈，该继电器线圈接收电压，该电压使继电器线圈磁化，从而使电枢从第一位置移动至第二位置。继电器装置还可以包括驱动电路，该驱动电路将电压耦接至继电器线圈，其中，该电压高于与继电器线圈相关联的额定电压。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开内容的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，遍及附图相同的附图标记表示相同的部分，其中：
图1是根据实施方式的用于向电气负载提供电力的一组切换装置的图示；
图2是根据实施方式的用于向电动马达提供电力的一组切换装置的类似图示；
图3是根据实施方式的用于向电动马达提供电力的一组切换装置的类似图示；
图4是根据实施方式的单极单载流路径切换装置的透视图；
图5是根据实施方式的图4的装置的透视分解图；
图6是根据实施方式的示例单极单载流路径继电器装置的系统视图；
图7是根据实施方式的用于使用额定电压操作的继电器装置的电流时间图表；
图8是根据实施方式的具有各种线圈电感的各种继电器装置利用与相应继电器装置中的相应线圈的额定电压相对应的电压进行操作的电流时间图表；
图9是根据实施方式的具有各种线圈电感的各种继电器装置利用高于相应继电器装置中的相应线圈的额定电压的电压进行操作的电流时间图表；
图10是根据实施方式的用于向继电器装置的线圈提供恒定电流的电路图；
图11是根据实施方式的电流时间图表，其描绘了分别由恒定电流源和恒定电压源驱动的两个继电器的两个线圈中的线圈电流；
图12是根据实施方式的位置时间图表，其描绘了相对于各种继电器装置的各种线圈电阻随着时间的推移的电枢位置；
图13是根据实施方式的电感电流图表，其描绘了由恒定电流源和恒定电压源驱动的具有各种电枢位置的各种继电器装置中的线圈电流；
图14是根据实施方式的电流时间图表，其描绘了当由恒定电流源和恒定电压源驱动相应线圈时，多个继电器装置中的具有各种线圈电阻的多个线圈的电流相对于时间之间的关系；
图15示出了根据实施方式的电压时间图表，其描绘了当利用恒定电压源与恒定电流源驱动继电器线圈时继电器线圈中的电压变化之间的关系；
图16示出了根据实施方式的示例位置时间图表，其描绘了电枢的位置随着时间的变化；
图17示出了根据本文中描述的实施方式的示例电路，该示例电路可以用于向继电器线圈添加外部电感；
图18示出了根据实施方式的电流时间图表，其描绘了将提供给继电器线圈的脉冲线圈电流；
图19示出了根据实施方式的脉冲线圈电流图表，其包括相对于电枢位置曲线的线圈电流曲线；
图20示出了根据实施方式的在专用电路上实现的过程，该过程可以用于通过使操作断电来控制POW闭合和打开操作；
图21示出了根据实施方式的用于电弧放电减轻的示例电路；
图22和图23示出了根据实施方式的用于对触点上的操作进行负载平衡和连接冗余的示例电路；
图24示出了根据实施方式的示例三极继电器电路，该示例三极继电器电路使用POW技术以减少数目的触点来提供可靠的操作；
图25和图26示出了根据实施方式的用于机电切换装置(例如，类似于图24中的装置)中的触点腐蚀减轻的过程和相关联的电路状态；
图27示出了根据实施方式的用于在故障状况期间打开继电器装置的触点的方法的流程图；
图28示出了根据实施方式的用于在破坏性事件期间控制提供给继电器装置的电力的方法的流程图；
图29示出了根据实施方式的用于基于电流值的变化来控制致动器以打开触点的方法的流程图；
图30是根据实施方式的示例性的具有致动器的单极单载流路径继电器装置的系统视图；
图31示出了根据实施方式的用于基于继电器装置的电枢的位置来控制致动器以将触点定位成用于打开操作的方法的流程图；
图32示出了根据实施方式的用于基于继电器装置的电枢的位置来控制致动器以将触点定位成用于闭合操作的方法的流程图；
图33示出了根据实施方式的用于动态地配置继电器装置的POW设置的方法的流程图；
图34示出了根据实施方式的用于基于保护设备数据来动态地调整继电器装置的POW设置的方法的流程图；
图35示出了根据实施方式的用于相对于多个相应的继电器装置的POW设置来协调多个装置的激活的方法的流程图；
图36示出了根据实施方式的用于基于谐波数据动态地控制继电器装置的β延迟的方法的流程图；
图37示出了根据实施方式的用于基于磁芯的存在来动态地控制继电器装置的β延迟的方法的流程图；
图38示出了根据实施方式的用于使用POW切换来实现软启动初始化过程的方法的流程图；
图39示出了根据实施方式的用于将电力重新连接至旋转负载的方法的流程图；
图40示出了根据实施方式的用于基于反电动势(EMF)将电力重新连接至旋转负载的方法的流程图；
图41是根据实施方式的实现单个马达控制器的示例性印刷电路板(PCB)的透视图；
图42是根据实施方式的图41的马达控制器的示意图；
图43是根据实施方式的图41的马达控制器的示例性控制电路的示意图；
图44是根据实施方式的实现多个马达控制器的示例性PCB的简化表示；以及
图45是根据实施方式的用于初始化过程以自动地调整图44的PCB上的电路连接以在耦接至PCB的马达与耦接至PCB的马达控制器之间路由导线的方法的流程图。
具体实施方式
下面将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简要描述，可能未在本说明书中描述实际实现的所有特征。应当理解，在对任何这样的实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，都必须做出许多特定于实现的决定，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能从一个实现到另一个实现不同。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的普通技术人员而言，仍将是设计、制造和加工的例行工作。
当介绍本公开内容的各种实施方式的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列元件之外，可能还有其他元件。
如上所述，切换装置用于诸如工业、商业、材料处理、制造、功率转换和/或电力分配的各种实现中，以将电力连接至负载和/或从负载断开。为了一致地实现POW切换，可以考虑多个因素以确保相应的切换装置在接收到引起相应的切换装置闭合或打开的信号之后的一致的时间量内闭合或打开。也就是说，控制切换装置的闭合和打开的线圈驱动电路可能受线圈电阻、温度、线圈电源电压、线圈电感等影响。本文中描述的本实施方式帮助切换装置在一致的时间范围内闭合或打开，这可以使POW切换操作能够更加有效。
考虑到前述内容，应该注意，在耦接至恒定电压源时，理想的电感器电流被预期是线性的。也就是说，电感器电流(i)在耦接至恒定电压源(v(t))时与线圈电感(L)成反比，如下面在公式1中所述，
然而，由于随着切换装置(例如，继电器装置)的电枢移动而线圈的电感变化，因此在与线圈的额定电压相对应的电压被施加至线圈时，线圈电流不是线性的。考虑到这一点，在一些实施方式中，电压源输出高于线圈的额定电压的电压(例如，比线圈的额定电压高4到5倍)。与在额定电压被施加至相同的各种切换装置的线圈时相比，较高的电压可以由于线圈电流在较短的时间量内达到阈值电流值而显著地减小各种切换装置闭合的时间的变化。换句话说，使用比各个线圈的额定电压更高的电压源来驱动线圈将使线圈中的电感变化对切换装置的操作(例如，闭合时间)的影响最小化。
除了使用与线圈的额定电压相比更高的电压源之外，本实施方式还可以采用恒定电流源来驱动线圈。恒定电流源可以使切换装置能够在各种线圈电阻(例如，+/-10％)、各种温度(例如，线圈电阻上额外的+/-10％)、各种线圈供应电压(例如，+/-5％)上更一致地闭合。下面参照图1至图14来描述采用恒定电流源连同相对较高的电压源来驱动切换装置的线圈的其他细节。
通过介绍的方式，图1描绘了系统10，该系统10包括电源12、负载14和开关设备16，该开关设备16包括可以使用本文所描述的技术来控制的一个或更多个切换装置。在所描绘的实施方式中，开关设备16可以选择性地将由电源12输出的三相电力连接至负载14和/或从负载14断开，该负载14可以是电动马达或任何其他的受电装置。以这种方式，电力从电源12流至负载14。例如，开关设备16中的切换装置可以闭合以将电力连接至负载14。在另一方面，开关设备16中的切换装置可以打开以将电力从负载14断开。在一些实施方式中，电源12可以是电网。
应该注意，本文所描述的三相实现并非旨在进行限制。更具体地，所公开的技术的某些方面可以被应用于单相电路和/或除了为电动马达供电以外的应用。另外，应当注意，在一些实施方式中，能量可以从电源12流至负载14。在其他实施方式中，能量可以从负载14流至电源12(例如，风力涡轮机或另一发电机)。更具体地，在一些实施方式中，例如，当检修马达时，可以瞬时发生从负载14至电源12的能量流。
在一些实施方式中，开关设备16的操作(例如，切换装置的打开或闭合)可以由控制和监测电路18控制。更具体地，控制和监测电路18可以指示开关设备16连接或断开电力。因此，控制和监测电路18可以包括一个或更多个处理器19和存储器20。更具体地，如下面将更详细描述的，存储器20可以是存储指令的有形非暂态计算机可读介质，所述指令当由一个或更多个处理器19执行时执行所描述的各种过程。应当注意，非暂态仅指示介质是有形的，而不是信号。许多不同的算法和控制策略可以存储在存储器中并由处理器19来实现，并且这些算法和控制策略通常将取决于负载的性质、负载的预期机械和电气性能、特定的实现、切换装置的性能等。
另外，如所描绘的，控制和监测电路18可以远离开关设备16。换句话说，控制和监测电路18可以经由网络21通信上耦接至开关设备16。在一些实施方式中，网络21可以利用各种通信协议，例如DeviceNet、Profibus、Modbus和以太网(仅举几个例子)。例如，为了在控制和监测电路18与开关设备16之间传输信号，可以利用网络21向开关设备16发送接通和/或断开指令。网络21还可以将控制和监测电路18通信上耦接至系统10的其他部分，例如其他控制电路或人机界面(未单独描绘)。另外，控制和监测电路18可以被包括在开关设备16中，或者例如经由串行线缆直接耦接至开关设备。
此外，如所描绘的，可以由传感器22监测输入至开关设备16和从开关设备16输出的电力。更具体地，传感器22可以监测(例如，测量)电力的特性(例如，电压或电流)。因此，传感器22可以包括电压传感器和电流传感器。替选地，这些传感器可以被建模或计算基于其他测量(例如，虚拟传感器)确定的值。取决于可用的参数和应用，可以使用许多其他传感器和输入装置。另外，由传感器22测量的电力的特性可以传达至控制和监测电路18，并且用作描绘电力的波形(例如，电压波形或电流波形)的算法计算和生成的基础。更具体地，例如，通过减少在切换装置打开或闭合时的电弧效应，基于监测输入至开关设备16中的电力的传感器22而生成的波形可以用于限定对切换装置的控制。基于监测从开关设备16输出并供应至负载14的电力的传感器22生成的波形可以用于反馈回路中，以例如监测负载14的状况。
如上所述，开关设备16可以将电力连接至各种类型的负载14例如图2中描绘的马达系统26中包括的电动马达24和/或将电力从其断开。如所描绘的，开关设备16可以例如在启动和闭合期间将电源12连接至电动马达24和/或从电动马达24断开。另外，如所描绘的，开关设备16通常可以包括保护电路28和实际的切换电路30或者与保护电路28和实际的切换电路30一起作用，保护电路28和实际的切换电路30接通和断开电源与马达绕组之间的连接。更具体地，例如，在特定类型的组装设备(例如，马达启动器)内，保护电路28可以包括保险丝和/或断路器，并且切换电路30通常可以包括继电器、接触器和/或固态开关(例如，SCR、MOSFET、IGBT和/或GTO)。
更具体地，当过载、短路状况或任何其他不期望的状况被检测到时，保护电路28中包括的切换装置可以将电源12从电动马达24断开。这样的控制可以基于装置的非指示操作(例如，由于发热、过电流的检测和/或内部故障)，或者控制和监测电路18可以指示切换电路30中包括的切换装置(例如，接触器或继电器)打开或闭合。例如，切换电路30可以包括一个(例如，三相接触器)或更多个接触器(例如，三个或更多个单极单载流路径切换装置)。
因此，为了启动电动马达24，控制和监测电路18可以指示切换电路30中的一个或更多个接触器分别、一起或以顺序方式闭合。在另一方面，为了使电动马达24停止，控制和监测电路18可以指示切换电路30中的一个或更多个接触器分别、一起或以顺序方式打开。当一个或更多个接触器闭合时，来自电源12的电力被连接至电动马达24或被调整，而当一个或更多个接触器被打开时，电力从电动马达24被去除或被调整。系统中的其他电路可以例如基于制品的移动、压力、温度等来提供调节马达(例如，马达驱动器、自动化控制器等)的操作的受控波形。这样的控制可以基于电力波形的变化的频率以产生马达的受控速度。
在一些实施方式中，控制和监测电路18可以至少部分地基于由传感器22测量的电力的特性(例如，电压、电流或频率)来确定何时打开或闭合一个或更多个接触器。另外，控制和监测电路18可以例如经由网络21从马达系统26的另一部分接收打开或闭合切换电路30中的一个或更多个接触器的指令。
除了使用开关设备16直接将电力连接至电动马达24或从电动马达24断开，开关设备16还可以将电力连接至机器或过程系统34中包括的马达控制器/驱动器32或从其断开。更具体地，系统34包括接收输入38和产生输出40的机器或过程36。
为了便于产生输出40，机器或过程36可以包括各种致动器(例如，电动马达24)和传感器22。如所描绘的，电动马达24中之一由马达控制器/驱动器32控制。更具体地，马达控制器/驱动器32可以控制电动马达24的速度(例如，线性和/或旋转)、转矩和/或位置。因此，如本文中所使用的，马达控制器/驱动器32可以包括马达启动器(例如，星形三角形启动器)、软启动器、马达驱动器(例如，变频器)、马达控制器或任何其他所需的马达驱动装置。另外，由于开关设备16可以选择性地将电力连接至马达控制器/驱动器32或从马达控制器/驱动器32断开，因此开关设备16可以间接地将电力连接至电动马达24或从电动马达24断开。
如本文中所使用的，“开关设备/控制电路”42通常用于指代开关设备16和马达控制器/驱动器32。如所描绘的，开关设备/控制电路42通信上耦接至控制器44(例如，自动化控制器)。更具体地，控制器44可以是可编程逻辑控制器(PLC)，其本地(或远程)控制开关设备/控制电路42的操作。例如，控制器44可以关于电动马达24的期望的速度指示马达控制器/驱动器32。另外，控制器44可以指示开关设备16连接或断开电力。因此，控制器44可以包括一个或更多个处理器45以及存储器46。更具体地，存储器46可以是其上存储有指令的有形非暂态计算机可读介质。如下面将更详细描述的，计算机可读指令可以被配置成在由一个或更多个处理器45执行时执行所描述的各种过程。在一些实施方式中，控制器44也可以包括在开关设备/控制电路42内。
此外，控制器44可以经由网络21耦接至机器或过程系统34的其他部分。例如，如所描绘的，控制器44经由网络21耦接至远程控制和监测电路18。更具体地，自动化控制器44可以从远程控制和监测电路18接收有关开关设备/控制电路42的控制的指令。另外，控制器44可以将测量结果或诊断信息例如电动马达24的状态发送至远程控制和监测电路18。换句话说，远程控制和监测电路18可以使得用户能够从远程位置控制和监测机器或过程36。
此外，可以在整个机器或过程系统34中包括传感器22。更具体地，如所描绘的，传感器22可以监测供应至开关设备16的电力、供应至马达控制器/驱动器32的电力以及供应至电动马达24的电力。另外，如所描绘的，可以包括传感器22以监测机器或过程36。例如，在制造过程中，可以包括传感器22以测量速度、转矩、流速、压力、物品和部件的存在或者与受控过程或机器相关的任何其他参数。
如上所述，传感器22可以在反馈回路中将收集到的有关开关设备/控制电路42、马达24以及/或者机器或过程36的信息反馈给控制和监测电路18。更具体地，传感器22可以将收集到的信息提供给自动化控制器44，并且自动化控制器44可以将信息中继至远程控制和监测电路18。另外，传感器22可以例如经由网络21将收集到的信息直接提供给远程控制和监测电路18。
为了便于机器或过程36的操作，电动马达24转换电力以提供机械动力。为了帮助说明，电动马达24可以向各种装置提供机械动力，如下所述。例如，电动马达24可以向风扇、传送带、泵、冷却器系统以及可以受益于所提出的进步的各种其他类型的负载提供机械动力。
波上点(POW)切换
如在以上示例中所讨论的，开关设备/控制电路42可以通过控制供应至负载14的电力来控制负载14(例如，电动马达24)的操作。例如，开关设备/控制电路42中的切换装置(例如，接触器)可以闭合以向负载14供应电力，并且可以打开以将电力从负载14断开。然而，如上所述，打开(例如断开)和闭合(例如接通)切换装置可能会以电弧的形式释放电力，导致电流振荡被供应至负载14和/或导致负载14产生转矩振荡。
因此，本公开内容的一些实施方式提供了用于与电力波形上的特定点配合地断开切换装置的技术。例如，为了减小电弧放电的幅度和/或可能性，切换装置可以基于通过相应的切换装置传导的模拟波信号上的电流过零点或任何其他期望的点而打开。如本文中所使用的，“电流过零”旨在描述由切换装置传导的电流为零的情况。因此，通过准确地在电流过零点处断开，由于传导的电流为零，因此生成弧的可能性最小。
尽管一些实施方式描述了基于电流过零来断开切换装置或基于预测的电流过零来接通切换装置，但是应当理解，切换装置可以被控制成使用公开的技术在波形上的任何期望的点处打开和闭合。为了便于在波形上的期望的点处打开和/或闭合，一个或更多个切换装置可以独立地被控制成选择性地将电力相与负载14连接和断开。在一些实施方式中，一个或更多个切换装置可以是一种多极、多载流路径切换装置，其控制每个相与单独的极的连接。更具体地，多极、多载流路径切换装置可以在单个操作器(例如，电磁操作器)的作用下通过公共组件的移动来控制电力的每个相。因此，在一些实施方式中，为了便于独立控制，每个极可以以偏移的方式连接至公共组件，从而使公共组件的移动能够不同地影响极中的一个或更多个。
在其他实施方式中，一个或更多个切换装置可以包括多个单极切换装置。如本文中所使用的，“单极切换装置”旨在与多极、多载流路径切换装置区别在于，在单独的操作器的影响下，通过单独的组件的移动来控制每个相。在一些实施方式中，单极切换装置可以是单极、多载流路径切换装置(例如，由单个操作器的移动控制的多载流路径)或单极单载流路径切换装置，下面将对此进行更详细地描述。
如上所述，控制一个或更多个切换装置的接通(例如，闭合)可以便于减小电流振荡和/或浪涌电流的幅度，所述电流振荡和/或浪涌电流可能使负载14、电源12和/或其他连接的部件损伤(strain)。因此，一个或更多个切换装置可以被控制成使得其至少部分地基于预测的电流过零接通(例如，在预测的电流过零略前至略后的范围内)。
单极单载流路径切换装置
图4至图6描绘了用于提供单极单载流路径切换装置的当前设想的布置。该装置可以用在单相应用中，或者非常有用地用在多相(例如，三相)电路中。其可以单独使用，或者可以用于形成模块化装置和组件，例如用于如下所述的特定目的。此外，其可以被设计用于POW电力应用中，并且在这样的应用中，可以实现协同作用，这种协同作用至少部分地由于在施加电流通过装置期间减少的操作器需求、减少的电弧放电和改进的电磁效应而允许非常紧凑且有效的设计。
应该注意，单极切换装置的各种实施方式可以用在单载流路径应用中，并且也可以用在多载流路径应用中。也就是说，贯穿本公开内容对单极切换装置的提及可以指代单极单载流路径切换装置，单极、多载流路径切换装置或其某种组合。在一些实施方式中，单极多载流路径切换装置可以允许某些装置重新用作模块化三相电路。例如，单极多载流路径可以指代具有三个载流路径的切换装置，所述三个载流路径已经互连以提供单相电力。另外，在一些实施方式中，三个单极单载流路径切换装置可以分别被配置成提供单独的电力相(例如，三相)，并且可以以各种有益的配置被独立地和/或同时地控制，如下详细所述。应当理解，单极切换装置可以被模块化地配置成提供任意数目的电力相。
图4示出了被设计成在本公开内容中描述的应用中的某些应用中使用的切换装置82。在所示的实施方式中，切换装置是呈接触器84形式的单极单载流路径装置。接触器84通常包括操作器部分86和触点部分88。如下更全面地描述的，操作器部分包括使接触器的通电和断电能够完成并中断通过装置的单载流路径的部件。部分88包括固定的部件和通过操作器部分的通电和断电而移动以完成并中断单承载路径的其他部件。在所示的实施方式中，上导电部分具有上壳体90，而操作器部分具有下壳体92。壳体装配在一起以形成单个一体的壳体主体。在所示的实施方式中，凸缘94从下壳体延伸，从而允许装置在操作时被安装。当然，可以设想其他安装布置。线路侧导体96从装置延伸以实现与电源的连接。相对应的负载侧导体98从相反侧延伸，以使装置能够耦接至负载。在其他实施方式中，导体可以以其他方式离开壳体90和92。在该示出的实施方式中，该装置还包括上侧或顶侧辅助致动器100和侧安装辅助致动器102。
图5在分解视图中示出了接触器的机械、电气和操作部件中的某些。如所示的，操作器部分被安装在下壳体92中，并且包括总体上由附图标记104表示的操作器，该操作器本身是包括磁芯的部件的集合，该磁芯包括磁轭106和中央芯部分108。如下面更全面地描述的，复位弹簧110通过中央芯部分108安装以用于使可移动触点偏向打开位置。操作器线圈112安装在芯部分108周围并在磁轭106的上翻部之间。如将由本领域技术人员理解的，线圈112通常将安装在绕线架上并且由多匝磁线，例如铜形成。操作器包括引线114，在该实施方式中，所述引线114向上延伸以在部件被组装在装置中时能够与操作器连接。如还将由本领域技术人员理解的，包括磁轭和中央芯部分的芯与线圈112一起形成电磁体，该电磁体在被通电时吸引下面描述的可移动触点组件的一个或更多个部分，以使装置在打开位置与闭合位置之间移动。
类似地，可移动触点组件116包括作为子组件组装在操作器上方的多个部件。在图5中所示的实施方式中，可移动组件包括电枢118，该电枢118由金属或可以被通过操作器的通电生成的通量吸引的材料制成。电枢附接至通常由非导电材料，例如塑料或玻璃纤维，或者任何其他合适的电绝缘材料制成的支架120。导体组件122安装在支架中，并且在将电枢向下吸引的电磁通量的作用下通过支架的移动而向上和向下移动，并且当通量被去除时，整个组件可以在上述复位弹簧110的作用下向上移动。
该装置还包括固定触点组件124。在所示的实施方式中，该触点组件由包括安装组件126的多个硬件部件形成，该安装组件126装配在下壳体92与上壳体90之间。该安装组件通常将由非导电材料制成，并且其包括用于允许安装线路侧导体96和负载侧导体98的各种特征。
在一些实施方式中，切换装置可以包括由图6中所示的部件组成的继电器装置，图6中的一些部件对应于上述切换装置82的部件。如图6中所示，继电器装置140可以包括耦接至弹簧144的电枢142。电枢142可以具有可以耦接至电路的一部分的公共触点146。电枢142可以根据继电器装置140的状态(例如，通电)将公共触点146电耦接至触点148或电耦接至触点150。例如，当继电器装置140的继电器线圈152没有被通电或不从驱动电路接收电压时，电枢被定位成使得公共触点146和触点148彼此电耦接。当继电器线圈152接收驱动电压时，继电器线圈152磁化并将电枢吸引至其自身，从而将触点150连接至公共触点146。
使用高电压和恒定电流的继电器线圈驱动电路
如上所述，电枢142的移动引起继电器线圈152的电感的变化，从而使继电器线圈152内的电流的变化以非线性方式移动。例如，图7描绘了电流时间图表160，其示出了当在时间t0处向继电器线圈152施加电压时以及在电枢142移动以在时间t1处闭合(例如，曲线164)继电器装置140之后，继电器线圈152内的电流162的变化。如图7中所示，通过继电器线圈152的电流在时间t0处以线性方式增加，但是在继电器装置140在时间t1处闭合之前失去其线性特性。当继电器线圈152磁化时，通过继电器线圈152传导的电流的这种非线性特性归因于电枢142的移动。
由于电流遵循由于继电器线圈152的电感引起而改变的非线性曲线，因此具有不同电感的各种继电器线圈152达到其驱动电流的时间也不同。例如，图8示出了电流时间图表170，该电流时间图表170示出了具有不同电感的继电器线圈152在被提供额定电压时可以达到其驱动电流的时间量的差异。额定电压可以对应于与继电器线圈152相关联的额定值。也就是说，继电器线圈152的额定电压可以为特定电压，以确保继电器线圈152在一段时间内有效地操作，并且使得继电器线圈152的绝缘特征被设计成在变得不可操作之前多次经受额定电压。
尽管继电器线圈152的额定电压可以为特定电压或电压范围，但是在一些实施方式中，向继电器线圈152提供高于额定电压的电压可以减小其中具有各种电感的各种继电器线圈中的每个都达到其驱动电流的时间量之间的差异。例如，图9示出了电流时间图表180，该电流时间图表180示出了具有不同电感的继电器线圈152在被提供高于继电器线圈152的额定电压的电压时可以达到其驱动电流的时间量的差异。如上所述，通过向继电器线圈152提供与额定电压相比更高的电压，可以减小具有不同电感的不同继电器线圈152达到其驱动电流的时间量的变化。实际上，如电流时间图表180中所示，与图8中描绘的向继电器线圈152提供5V(例如，继电器线圈额定电压)电源相比，通过向具有不同电感的继电器线圈152提供24V电源引起每个继电器线圈152达到其驱动电流的时间减少。
在一些实施方式中，提供给继电器线圈152的电压可以为继电器线圈152的额定电压的四到五倍。也就是说，由于继电器线圈152的额定电压为特定电压或电压范围，因此提供高于继电器线圈152的额定电压的电压供应可能由于绝缘击穿和磨损而减小继电器线圈152的寿命。然而，通过将较高的电压供应限制为继电器线圈152的额定电压的四到五倍，本实施方式可以限制磨损继电器线圈152的效应。在任何情况下，尽管在本文中本实施方式被描述为使用向继电器线圈152提供为继电器线圈152的额定电压的四到五倍的电压的电压源，但是应当理解，本文所描述的实施方式不应限于为继电器线圈152的额定电压的四到五倍的电压供应。替代地，任何合适的电压供应可以与本文中描述的实施方式一起使用。
考虑到这一点，应该注意，可以以在一段时间内将继电器线圈152的暴露限于较高的电压水平的方式来控制提供给继电器线圈152的相对较高的电压供应，所述一段时间允许继电器线圈152达到其驱动电流。在一些实施方式中，可以使用两个电压源来使继电器线圈152通电，使得继电器线圈152可以在允许继电器线圈152达到其驱动电流的短时间段内接收相对较高的电压。在继电器线圈152被预期为达到其驱动电流之后，可以将电压源中之一从继电器线圈152断开，而另一个电压源保持耦接至继电器线圈152以提供与继电器线圈152的额定电压匹配的电压。例如，图10示出了包括开关192的示例电路190，该开关192在初始驱动继电器线圈152时耦接电压源194。电压源194可以输出高于继电器线圈152的额定值的电压。在初始驱动继电器线圈152之后，可以闭合开关195，并且可以打开开关192以将电压源196连接至继电器线圈152。电压源196可以输出与继电器线圈152的额定电压相对应的电压。在一些实施方式中，电压源194可以向继电器线圈152提供对应于继电器线圈152的额定电压的四到五倍的电压。
开关192和开关195可以由控制系统、控制器等控制。在一些实施方式中，控制系统可以：(1)响应于指示继电器线圈152被通电的信号，闭合开关192以及打开开关195；以及(2)在继电器线圈152被预期达到其驱动电流之后，打开开关192以及闭合开关195。在继电器线圈152被预期达到其驱动电流之后，开关195可以闭合并且开关192可以打开，从而允许电压源196保持继电器线圈152通电。以这种方式，可以在有限的时间量内提供施加至继电器线圈152的相对高的电压，以随着时间的推移保持继电器线圈152的完整性和可操作性。
除了协调施加至继电器线圈152的电压之外，电路190可以向继电器线圈152提供恒定的电流。使用恒定电流源使继电器线圈152通电可以向各个继电器装置的操作提供更多的益处。例如，与将恒定电压源连接至继电器线圈152相比，在具有不同的电感、电枢位置等的继电器线圈152的频谱上，向继电器线圈152提供恒定电流可以提供改进的功率效率和闭合时间的一致性。下面将讨论关于采用恒定电流源来驱动继电器线圈152的其他细节。
返回参照图10的电路190，通过操作的方式，控制系统198可以将门信号提供给切换装置200(例如，晶体管)以使继电器线圈152通电。通过将门信号提供给切换装置200，切换装置200可以闭合并且电流可以经由电压源196通过电阻器202。在一些实施方式中，齐纳二极管204可以耦接在电阻器202与电压源196之间。齐纳二极管204可以是允许电流以正向或反向流动的半导体器件。另外，齐纳二极管204可以钳位或限制提供给电阻器202的电压。当接合继电器线圈152时，控制系统198可以向开关192发送信号以在切换装置206基于经由电阻器202与齐纳二极管204之间的节点208提供的门信号而闭合时同时闭合(例如，在几微秒内)。如上所述，通过将电压源194和电压源196初始连接至继电器线圈152，与仅连接电压源196相比，线圈电流可以在更快的时间量内达到驱动电流值。在一些实施方式中，在继电器线圈152被预期为达到驱动电流值的时间量之后，控制系统198可以向开关192发送命令，从而使开关192打开，从而将继电器线圈152仅连接至电压源196。如上所述，电压源196可以提供与继电器线圈152的额定电压匹配的电压。通过在有限的时间量之后将附加的电压源194从继电器线圈152断开，本实施方式可以在实现一致的闭合时间的同时保持继电器线圈152的寿命。
返回参照图10的齐纳二极管204，在一些实施方式中，齐纳二极管204可以被选择或定尺寸成匹配或补偿切换装置206的温度特性。也就是说，切换装置206可以具有指示切换装置206的特性(例如，电压)相对于温度如何变化的基极-发射极温度系数。为了防止温度影响继电器线圈152的操作，齐纳二极管204可以被选择为具有补偿切换装置206的温度特性的温度特性。例如，切换装置206可以具有指示基极-发射极电压每摄氏度变化-1.3mV的基极-发射极温度系数。因此，齐纳二极管204可以被选择为具有每摄氏度变化+1.3mV的电压，以补偿由于切换装置206引起的效应。
应当注意，控制系统198可以包括任何合适的计算系统、控制器等。因此，控制系统198可以包括通信部件、处理器、存储器、存储装置、输入/输出(I/O)端口、显示器等。通信部件可以是可以便于工业自动化系统、继电器装置140等内的不同部件之间的通信的无线或有线通信部件。
处理器可以是能够执行计算机可执行代码的任何类型的计算机处理器或微处理器。处理器还可以包括可以执行以下描述的操作的多个处理器。存储器和存储装置可以是可以用作存储处理器可执行代码、数据等的介质的任何合适的制品。这些制品可以表示计算机可读介质(例如，任何合适形式的存储器或存储装置)，该计算机可读介质可以存储由处理器使用以执行当前公开的技术的处理器可执行代码。存储器和存储装置可以表示非暂态计算机可读介质(例如，任何合适形式的存储器或存储装置)，该非暂态计算机可读介质可以存储由处理器使用以执行本文中描述的各种技术的处理器可执行代码。应当注意，非暂态仅表示介质是有形的，而不是信号。
I/O端口可以是可以耦接至其他外围部件例如输入设备(例如，键盘、鼠标)、传感器、输入/输出(I/O)模块等的接口。显示器可以操作以描绘与由处理器正在处理的软件或可执行代码相关联的可视化。在一个实施方式中，显示器可以是能够从用户接收输入的触摸显示器。例如，显示器可以是任何合适类型的显示器，例如，液晶显示器(LCD)、等离子体显示器或有机发光二极管(OLED)显示器。另外，在一个实施方式中，可以结合可以用作控制界面的一部分的触敏机构(例如，触摸屏)来提供显示器。应当注意，以上关于控制系统198描述的部件是示例性部件，并且控制系统198可以包括如所示的更多或更少的部件。
返回参照图10，应当理解，可以以多种方式使用上述电路190。也就是说，在一个实施方式中，可以使用高电压源(例如，电压源194和电压源196)为继电器线圈152提供恒定电流。替选地，可以使用与继电器线圈152的额定电压相对应的电压源(例如，电压源196)为继电器线圈152提供恒定电流。在两种情况下，都使用恒定电流源来驱动继电器线圈152可能会提供许多益处，如将在下面详细描述的。
例如，图11示出了电流时间图表220，该电流时间图表220描绘了当在时间t0处使用恒定电压(例如，曲线222)和使用恒定电流(例如，曲线224)驱动继电器线圈152时，继电器线圈152内的电流可以如何随着时间的推移而改变。如图11中所示，在时间t0处，当使用恒定电流(例如，曲线224)驱动继电器线圈152时，继电器线圈152内的电流在约0.5ms内达到稳态值。此外，当使用恒定电压(例如，曲线222)驱动继电器线圈152时，继电器线圈152中的电流以非线性方式改变。继电器线圈152中的电流的非线性性质可能导致继电器线圈152在不一致的时间通电，从而导致各个继电器装置在各种电感和电枢位置之间不一致地闭合。
除了根据线性函数达到继电器线圈152内的驱动电流之外，使用恒定电流源驱动继电器线圈152还可以使继电器装置能够对于各种线圈电阻具有电枢142的一致的移动曲线。例如，图12示出了位置时间图表230，该位置时间图表230描绘了当利用恒定电流源与恒定电压源来驱动继电器线圈152时电枢142的位置可以如何随着时间的推移而改变。参照图12，曲线232对应于当针对具有各种电阻的各种继电器线圈152，利用恒定电流源驱动继电器线圈152时电枢142随着时间的推移的移动曲线。也就是说，曲线232表示多个继电器线圈152的多个移动曲线。在位置时间图表230中可见一条曲线232，原因是具有不同电阻的每个不同的继电器线圈152的各个移动曲线曲线由于各个移动曲线的相似性而彼此覆盖。相比之下，曲线234对应于当针对具有各种电阻的各种继电器线圈152，利用恒定电压源驱动继电器线圈152时电枢142随着时间的推移的移动曲线。如利用曲线234所描绘的，与恒定电流源(例如，曲线232)相比，当利用恒定电压源驱动继电器线圈152时，电枢142的移动曲线基于继电器线圈152的各种电阻而显著地变化。
当利用相似的电流值驱动继电器线圈152时，使用恒定电流源驱动继电器线圈152还可以使电枢142能够在继电器线圈152的各种电感之间更一致地闭合。例如，图13示出了电感电流图表240，该电感电流图表240指示了当利用恒定电流源与恒定电压源驱动继电器线圈152时使具有各种电感的各种继电器线圈152闭合的线圈电流值。参照图13，曲线242描绘了在针对具有各种电感值的各种继电器线圈152，利用恒定电流驱动时继电器线圈152何时闭合。如图表240中所示，当利用恒定电流源驱动继电器线圈152时，电枢142在大约相同的时间(例如，t1)处闭合。相比之下，曲线244描绘了当继电器线圈152闭合时以及当利用恒定电压源驱动继电器线圈152时各种继电器线圈152中的电流值。如在图表240中清楚地做出的，与利用恒定电流源进行驱动相比，当利用恒定电压源驱动继电器线圈152时，与在电枢142闭合时相对应的继电器线圈152中的电流值相对于继电器线圈152的电感变化很大。
恒定电流源还使继电器装置能够保持更多的能量并更有效地操作继电器线圈152。图14示出了电流时间图表250，其描绘了当利用恒定电流(例如，曲线252)与恒定电压(例如，曲线254)驱动继电器线圈152时继电器线圈152中的能量浪费。如图14中所示，曲线252对于继电器线圈152的多个电阻保持一致，而曲线254随着继电器线圈152的电阻变化而变化。另外，从图表250中清楚的是，与在利用恒定电流源(例如，曲线252)驱动继电器线圈152时相比，使用恒定电压源(例如，曲线254)驱动继电器线圈152导致继电器线圈152传导更多的电流。两种电源之间的电流的差会导致继电器线圈152中的一定数量的能量浪费。
实际上，恒定电流源随着时间的推移自动地调整继电器线圈152的电压，以保持电枢142的一致操作。为了说明这一点，图15示出了电压时间图表260，其描绘了当利用恒定电压源(例如，曲线266)与恒定电流源(例如，曲线268)驱动继电器线圈152时继电器线圈152中的电压变化。如图15中所示，曲线266对于继电器线圈152的多个电阻保持在特定的电压水平，而曲线268详细描述恒定电流源如何在继电器线圈152的各种电阻之间自动地调整继电器线圈152的电压。以这种方式，继电器线圈152的电压利用电流源保持一致的操作。
考虑到前述内容，本实施方式的技术效果包括使POW切换能够在具有各种电感、电阻等的各种类型的继电器线圈上更一致地执行。在切换装置被制造时，许多变量可能引起切换装置的线圈与使用相同工艺或在相同设备中制造的其他线圈不同。为了确保切换装置按照一致和预期的方式打开和闭合，可以使用恒定电流源来驱动线圈。在一些实施方式中，可以通过输出高于相应线圈的额定电压的电压的电压源来便于恒定电流源。因此，切换装置可以以更一致和可预测的时间间隔闭合，同时保持能量并更有效地操作。
控制触点弹跳
在一些实施方式中，继电器装置和接触器装置进行操作，使得当继电器线圈152未通电时，其常开或常闭。也就是说，常开继电器装置可以包括在继电器线圈152未通电时打开或未电连接两个电节点的触点或电枢142。以相同的方式，常闭继电器装置可以包括在继电器线圈152未通电时打开的触点或电枢142。因此，当在相应的POW闭合或POW打开命令期间尝试闭合或打开时，相应的继电器装置可以具有多个变量，例如电枢142与继电器线圈152之间或接触器84的触点之间的空隙的磁特性。也就是说，例如，当使相应的线圈通电时，许多磁性因素开始影响相应的继电器装置或接触器的操作。这些磁性因素可能导致相应的装置不一致动作，从而降低了POW切换的准确性。另外，通过在这些可变条件下使相应的线圈通电以打开或闭合相应的继电器装置或接触器，可能增加触点由于弹跳而闭合的时间的量，从而导致触点的缩短的寿命。实际上，由于当接触器闭合或打开时线圈具有能量，因此能量可能在继电器和触点之间耗散，从而增加了继电器的磨损。
考虑到这一点，在一些实施方式中，当相应的装置打开或闭合时，可以采用POW切换来使触点之间可用的电弧能量最小化。例如，如果在相应电压信号接近其峰值的位置处闭合触点，则与在电压信号接近或靠近零时闭合触点相比，可用的电弧能量会相对较高。由于可用的电弧能量与随着时间的推移可用的电压和电流的量相关，因此当可用的电弧能量被预期为最低时，可以协调闭合时序以闭合。电弧能量是磨损触点的重要因素。也就是说，电弧能量提供了高温事件，每当触点互相闭合或弹跳时，该高温事件都会磨损触点的材料。
有时，协调继电器装置或任何其他合适的切换装置在相对于电压过零的阈值时间量内打开和闭合的时序可能是不实际的。例如，在检测到故障时，继电器装置可以就存在于各个触点上的电压波形立即打开或闭合。因此，当电枢142移动并且一个触点移动以与另一触点物理耦接时，可用的电弧能量的量可能不会被最小化，因为电枢142移动的电压波形上的点可能不接近过零点。另外，取决于触点互相弹跳的次数，存在用于电弧效应的附加的机会。此外，在各种电弧放电条件下，触点之间的弹跳的数目可能与触点的磨损直接相关，以及因此与继电器装置的磨损直接相关。因此，为了增加触点和继电器装置的寿命，应该使触点之间的触点弹跳的数目最小化。
考虑到这一点，为了减少触点弹跳的数目，在一些实施方式中，继电器装置140的电枢142(例如，图6)移动的速度可以控制触点可能在闭合或打开操作期间发生的弹跳的数目。也就是说，再次简要地参照图6，电枢142从位置A移动至位置B的速度可以直接影响触点262可以相对于触点264弹跳的次数。由于触点262利用一定的电压而带电，因此触点262与触点264之间的弹跳可能会导致电弧效应，该电弧效应可能磨损构成触点262和触点264的导电材料(例如，铜)。
由于电枢142控制触点262和触点264的位置，因此当电枢142在位置A与B之间移动时，降低电枢142的速度可能是有用的。也就是说，通过减小电枢142在位置A与B之间移动的速度，可以减少通过触点262和264的弹跳耗散的动能，从而减少在触点262与264之间发生的弹跳的总数。
图16示出了示例位置时间图表270，其描绘了当电枢142以第一速度(例如，曲线272)闭合时，与在电枢142以比第一速度慢的第二速度(例如，曲线274)闭合时相比，电枢142的位置随着时间的变化。电枢142的以曲线272为特征的高速度移动引起相对高的冲击能量，由于动能(KE)被定义为速度(v)和质量(m)的函数，如下面在等式2中所示，
与根据曲线272移动的电枢142可用的冲击能量相比，根据曲线274移动的电枢142可以具有较小的速度以及因此可用于有助于触点弹跳的较少的冲击能量。为了使电枢142能够在某些操作(例如，闭合)期间降低其速度，控制电路可以在电枢142在位置A与B之间移动之前的某个阈值时间段内的时间下将外部电感引入或电耦接至继电器线圈152。在一些实施方式中，外部电感可以比继电器线圈152的电感大大约一个数量级，以克服电枢142的移动的动量，使得电枢142的速度在触点262和264彼此物理接触之前的阈值时间量内降低。
图17示出了根据本文中描述的实施方式的示例电路280，其可以用于向继电器线圈152添加外部电感。参照图17，电路280可以类似于上面关于图10描述的电路190。电路280包括附加电路282，其在继电器装置140打开或闭合时插入与继电器线圈152串联的附加电感器284。附加电感可以引起电枢142的速度降低，从而减少可用于触点262和264的冲击能量的量，使得触点262与264之间的弹跳的数目最小。
通过操作的方式，当继电器装置140处于其正常操作状态(例如，常开、常闭)中时，控制系统198可以将门信号发送至切换装置286。也就是说，例如，当继电器线圈152未通电时，控制系统198可以将门信号发送至切换装置286，以使切换装置286闭合并将继电器线圈152耦接至地。在检测到继电器线圈152将被通电(例如，响应于信号/故障)之后，控制系统198可以去除提供给切换装置286的门信号，从而使切换装置286打开。因此，附加电感器284可以与继电器线圈152串联连接，以在继电器线圈152被通电之后增加继电器装置140的有效电感。因此，添加的电感在接通时急剧减小了继电器线圈152的线圈电流，并且然后产生了应被重新通电的第二总电感。线圈电流的急剧减小会瞬间降低电枢力，以及减慢电枢力的上升时间，从而允许软闭合。换句话说，电枢142的移动由于线圈电流的急剧减小而减小，从而使电枢142降低其速度，如图16的曲线274中所示。
考虑到这一点，取决于继电器线圈152的尺寸，可能难以将附加电感器284并入至继电器装置140中。也就是说，附加电感器284可能导致与其他电路部件的磁干扰，或者继电器装置140可能不够大而不能物理地包括附加电感器284。因此，在一些实施方式中，控制系统198可以向继电器线圈152施加电流脉冲以实现可能会降低电枢142的移动的速度的最佳电枢位置分布。在电路280中不包括附加电感器284的情况下，脉冲电流可以使继电器装置140能够降低速度，电枢142在该速度下进行操作。也就是说，可以向继电器线圈152提供使电枢142移动的初始线圈电流。在一些实施方式中，在继电器装置140被预期为闭合之前，控制系统198可以去除提供给继电器线圈152的电流，并且电枢142的动量可能由于到继电器线圈152的电流的损失而减小。在电枢142移动以耦接两个触点(例如，触点262和264)之后，控制系统198可以再次向继电器线圈152提供电流。
图18示出了电流时间图表300，其描绘了其中向继电器线圈152提供脉冲线圈电流的实施方式。如图18中所示，在第一时段(例如，T(ON1))内电流被提供给继电器线圈152，在第二时段(例如，T(OFF))内电流被去除，并且在第三时段(例如，T(ON2))内电流被恢复。第三时段可以对应于保持继电器线圈152通电。图19示出了脉冲线圈电流图表310，其包括表示提供给继电器线圈152的脉冲电流的线圈曲线312。脉冲线圈电流图表310还包括电枢位置曲线314，该电枢位置曲线314示出了推移电枢142随着时间的移动曲线。如图19中所示，当在时间t0处从继电器线圈152去除电流时，电枢位置曲线314的斜率被更改。在时间t1处，再次向继电器线圈152提供电流，从而使电枢位置曲线314的斜率再次增加。然而，由于电枢位置曲线314的斜率在时间t0与t1之间减小，因此电枢142在时间t2之前缓慢地改变位置(例如，从位置A至B)。也就是说，电枢142在时间t0与t1之间仍然略微移动。在电枢位置曲线314越过图19中所描绘的水平线之后，触点改变状态。因此，在触点改变状态之前，电枢142开始减速，直到电枢142完全闭合的时间t2为止。以这种方式，在电枢142闭合之前触点闭合(例如，超程)。然而，与电枢142的移动相关联的动能在t0与t1之间减小，以在触点改变状态时减小冲击能量。因此，电枢142的速度在改变位置之前减小，从而减小了当触点262和264彼此物理接触时由电枢142提供的冲击能量。
尽管根据基于各种变量(例如，电枢速度)的预期性能或特性的开环系统详细描述了上述实施方式，但是应当注意，本文所描述的各种技术的操作可以在利用电枢142上的位置测量、电流/电压数据(例如，经由传感器)以搜集附加信息等的闭环系统中实现。也就是说，可以使用不同类型的技术来确定电枢142、触点262/264等的位置。另外，测量的继电器线圈152的电感可以用于检测电流相对于电压改变的速度，以确定电枢142的位置特性。继电器线圈152的电感还可以用于提供一些自监测操作以检测故障(例如，焊接触点)。以这种方式，将基于施加至继电器线圈152的电压和继电器线圈152上的电流的测量来进行测量以确定电感，然后该电感可以用于确定触点262/264或继电器装置140是否正确操作。如果检测到错误，则控制系统198可以通告警报，禁用继电器装置140等。
在一些实施方式中，电枢142的特性(例如，速度、闭合时间)随着时间的推移而改变。为了保持电枢142的移动曲线以最小化触点262与264之间的冲击能量，控制系统198可以监测与电枢142的移动相关联的某些特性作为反馈，以调整施加电流脉冲，附加电感器284被添加至继电器线圈152等的时间。例如，对于每个闭合操作，控制系统198可以随着时间的推移监测电枢142的位置，施加至继电器线圈152的电压、施加至继电器线圈152的电流及其他变量可以经由传感器(例如，电流传感器、电压传感器)或其他合适的监测设备来监测。尽管本文中描述的闭环系统是在控制触点的弹跳的背景下提供的，但是应当注意，闭环系统可以用于POW开关的打开和闭合的任何合适方面(例如，时序、速度)中。
如上所述，恒定电流脉冲可以最小化或减少触点262与264之间的弹跳的数目。还应当注意，使用上述电流脉冲来操作继电器装置140不会改变触点262和264在不同的温度范围内的弹跳特性。因此，脉冲线圈实施方式可以对于继电器装置140内的温度改变是不可知的。再次应当注意，本文所描述的各种实施方式也可以应用于接触器。也就是说，随着更多的接触器使用直流(DC)线圈，本文中描述的系统和方法可以更好地管理接触器的功耗并减少在接触器中插入继电器的使用。
本文中描述的实施方式的技术效果使用恒定电流脉冲和/或附加的外部电感器来控制电枢的速度。在一些实施方式中，可以根据在电枢的接触器上存在的电压波形上的期望的点施加电流脉冲。波上的期望的点应当接近过零点，以使电压波形下的面积最小化，从而减少可用的电弧能量。然而，应当注意，在一些实施方式中，继电器装置可以以最小的电弧能量在AC波形的任何点(即，不仅是电压过零点)处进行切换。
使继电器断电以用于波上点(POW)闭合和打开操作
常开继电器包括当继电器的线圈未通电时打开的接触器或开关。同样，常闭继电器包括当继电器的线圈未通电时闭合的触点或接触器或开关。因此，当在相应的POW闭合或POW打开命令期间尝试闭合或打开时，相应的继电器受到许多变量，例如空隙内的接触器的触点之间的磁特性的影响。因此，当使线圈通电时，许多磁性因素开始影响相应继电器的操作。这些磁性因素可能导致继电器不一致地动作，从而降低POW切换的准确性。另外，通过使继电器的线圈通电以打开或闭合相应的开关，触点弹跳可能会增加，从而导致触点的缩短的寿命。实际上，由于当接触器闭合或打开时线圈具有能量，因此能量可能在继电器和触点之间耗散，从而增加了继电器的磨损。
考虑到这一点，触点和继电器可以以通过使继电器断电而发生POW闭合或打开操作的方式受益于操作。图20示出了根据实施方式的在专用电路332上实现的过程330，该过程330可以用于通过使操作断电来控制POW闭合和打开操作。为了简单起见，将一起讨论专用电路332的过程330和相关联的状态(334A、334B、334C、334D和334E)。
如所示地，专用电路332包括与常闭触点338串联连接的常开触点336。状态334A示出了专用电路332的正常状态，其中，常开触点336和常闭触点338都不通电。在状态334A中，常开触点336断开连接。
接下来，过程330开始启用POW打开和POW闭合操作的断电触发。如上所述，经由使触发器断电而不是使触发器通电来触发POW打开和POW闭合操作可以帮助减少导致不一致的POW打开和/或POW闭合操作的变化。例如，与执行POW打开和闭合操作的通电操作——其可能引入受到触点之间的空隙内存在的磁特性、存储在线圈中的能量等的影响的不一致的操作——对照，通过以这种断电方式来执行POW打开和闭合操作，磁场消失的速率可能是主要的控制变量。
过程330开始于将专用电路332初始化(框340)为通电状态。具体地，初始化(框340)包括使常闭触点338通电(框342)。如由状态334B中的虚线344所示，常闭触点338被通电，从而引起常闭触点338打开。
接下来，初始化(框340)继续使常开触点通电(框346)。如由状态334C中的虚线348所示，常开触点336被通电，从而引起常开触点闭合。如可以理解的是，由于在常开触点336之前使常闭触点338通电，所以尽管闭合常开触点336，但是电路仍被常闭触点338断开。
在使常开触点336和常闭触点338两者都通电时，初始化(框340)完成。因此，可以经由使专用电路的触点中的一个或更多个断电来便于可靠的POW打开操作和/或POW闭合操作。
例如，为了执行POW闭合操作350，常闭触点可以被断电(框352)。如由状态334D中的框352所示，常闭触点338被断电，从而使其闭合并完成电路。因此，通过使触点断电来实现POW闭合操作，这可以通过减少可能引起闭合电路中的时序变化的变量来改进POW闭合操作的一致性。
相反地，当将要执行POW打开操作354时，常开触点336可以被断电(框356)。如由状态334E中的转换箱358所示，常开触点336被断电，从而引起常开触点336打开，并且还引起实现POW打开操作354(例如，通过使闭合电路断开)。如同POW打开操作的断电触发一样，POW闭合操作的断电触发可以提供减少变量的类似益处，这些变量可能会引起POW打开操作的实现中的时序变化。
如本文所描述，有时在触点之间可能发生电弧放电。这可能会导致不一致的POW打开和POW闭合操作，并且还可能损坏触点。因此，可能期望实现附加的电弧放电减轻电路。图21示出了根据实施方式的实现电弧放电减轻电路362的示例电路360。
如所示地，交流三极管(TRIAC)装置364可以在电路360的一个或更多个相上与继电器的触点366并联连接。在此，TRIAC装置364在以下的相(例如，相C 368)上实现，该相可以是连接至负载的最后相并且因此最有可能经历触点电弧放电。如可以理解的是，当被触发时，TRIAC装置364可以在任一方向上传导电流。在此，TRIAC装置364用于通过将当前施加的电流中的一部分远离触点366重新定向来吸收提供给触点366的电弧放电能量。这种电弧放电能量的吸收起到保护触点366免于电弧放电的作用。另外，与POW触点并联的TRIAC的布置可以用作具有成本效益或简单的启动转矩控制器(STC)或软启动器。启动转矩控制器通过限制启动时的转矩波动来帮助减少马达电路和系统上的机械和电气应力。启动转矩控制器适合于添加至现有的整个线启动器(line starter)上。其允许可调整的初始转矩和斜坡时间。
取决于电路360的电弧放电减轻需求，其他相(相A370和相B 372)可以包括或可以不包括类似的TRIAC装置364。在当前示例中，这些相不包括TRIAC装置364，这可以帮助降低成本，但是不能提供与在这些相中的一个或更多个上实现TRIAC装置364的实施方式相同水平的电弧放电减轻。
可以经由常开触点374提供相A370。可以经由常开触点，或如在此所示的，与常闭触点378串联的常开触点376提供相B 372。通过操作的方式，相A370中的触点可以闭合以避免任何潜在的电弧放电，原因是在该相上尚不存在电流。可以使用POW切换(例如，如以上参照图20所述)在相B 372上执行协调的闭合操作。如上所述，相C 368可以通过TRIAC装置364连接。在一些实施方式中，常开触点366可以是在相A370与相C 368之间共享的多极装置，同时TRIAC装置364被闭合。
在一些实施方式中，双极单掷继电器可以用于使在进行电路连接时使用特定触点的次数最小化。这可以帮助负载平衡触点上的操作，这可以延长触点的寿命。此外，这些技术可以提供增加的连接冗余，这可以进一步增强电路。图22和图23示出了根据实施方式的这样的示例电路。
在图22的电路390和图23的电路390’中，相C可以经由不同的继电器(例如，继电器394和继电器396)交替地连接至负载。例如，当触点398和400交替地闭合时，相C可以经由继电器394和396交替地连接至负载。这有效地将由触点398和400承受的操作的数目减少了一半。因此，触点398和400可能磨损不太快。此外，该配置通过向负载提供冗余连接(例如，经由触点398和触点400)来提供附加的功能安全性。在一些实施方式中，如图22中描绘的，可以提供附加继电器402以将相A和相B连接至负载。替选地，如图23中描绘的，其他实施方式可以不包括附加继电器402。通过采用图23的两个继电器的电路390’配置而不是图22的三个继电器的电路390配置，最终产品可以包括更少的驱动器部件和物理部件，从而降低了装置的成本和复杂性。
触点继电器的减少
在某些情况下，可能期望减少继电器中设置的触点元件的数目。这可以降低制造成本并提供更简单的继电器设计。图24示出了根据实施方式的示例三相继电器电路410，其使用POW技术利用减少数目的触点来提供可靠的操作。在三相继电器电路410中，三个极P1412、P2 414和P3 416连接至负载418。触点继电器/断路器420A至420F可以用于实现本文所描述的POW技术。在标准实现中，可以提供六个触点继电器/断路器420A至420F以实现这些POW技术。然而，如本文所描述，在一些实施方式中，可能期望减少和/或最小化触点继电器/断路器420的数目。
在图24中描绘的实施方式中，触点继电器/断路器420A至420F的数目可以从6个减少到4个(例如，触点继电器/断路器420A至420D)，如由虚线触点继电器/断路器420E和420F所示。可以将触点继电器/断路器420A至420F的数目从6个减少到3个(例如，触点继电器/断路器420A、420B、420D)，其中将420C变成类似于420E/420F的虚线连接。尽管减少了触点继电器/断路器420，但是仍然可以通过调整不同极P1 412、P2 414和P3 416之间的继电器/断路器420的打开/闭合时序来执行电弧放电减轻，如将在下面更详细地描述的。
在一些实施方式中，打开的继电器/断路器420可以在可能经历故障或电弧的触点继电器/断路器420之间拨动。不同的打开模式可以用于每种故障操作，这可以帮助减轻电弧放电效应。换句话说，随后的打开操作可以利用不同的继电器/断路器420来发起趾打开操作(toe open operation)。这将在下面关于图25和图26更详细地讨论。
在图24的实施方式中，三相继电器电路410具有一个配备齐全的极(例如，具有两个触点继电器/断路器420(例如，420B和420C)的极)P2 414。另外两个极P1 412和P3 416分别包括减少数目的触点继电器/断路器420。例如，极P1 412已经减小为不包括触点继电器/断路器420E，并且极P3已经减小为不包括触点继电器/断路器420F。
如可以理解的是，通过依靠单个触点继电器/断路器420，减少极上的触点继电器/断路器420的数目可以去除一些再击穿减轻。因此，可能期望利用配备齐全的极(例如，极P2414)引导打开/断路。通过经由配备齐全的极(例如，极P2 414)引导打开/断路，仍可以为在首先断开的极P2 414上的最有可能形成电弧/再击穿的触点继电器/断路器420(例如，触点继电器/断路器420B和420C)保持再击穿减轻。在断路配备齐全的极之后，可以打开其他极(例如，极P1 412和P3 416)。
换句话说，为了打开操作/断开与负载的连接，可以在打开具有减少数目的触点继电器/断路器420的极之前打开具有增加数目的触点继电器/断路器420的极。因此，在当前实施方式中，在打开操作期间，极P2 414可以在极P1 412和P3 416之前打开。这可以通过打开触点继电器/断路器420B和/或420C来完成。
相反，当连接至负载时，可以首先闭合具有减少数目的触点继电器/断路器420的极，之后是具有增加数目的触点继电器/断路器420的极。因此，在当前实施方式中，为了接通与负载418的连接，极P1 412和P3 416可以首先闭合(例如，分别通过切换触点继电器/断路器420A和420D)。然后，在这些极被连接之后，可以连接具有增加数目的触点继电器/断路器420的极。因此，在当前实施方式中，可以闭合P2 414(例如，通过切换触点继电器/断路器420B和420C)。
可以对POW以及非POW装置执行这种延迟的打开/闭合时间技术。对于非POW装置，在具有增加数目的触点继电器/断路器420的(一个或多个)极上的触点继电器/断路器420的早断开与在具有减少数目的触点继电器/断路器420的(一个或多个)极上的触点继电器/断路器420的后断开之间的时序延迟应为至少半个周期延迟。对于POW，时间延迟可以减少到四分之一周期，因为更准确的打开/闭合是可能的。
对于不需要任何附加的熄弧的切换装置，断开能力可能主要取决于电流过零的时刻下的触点间隙。如上所述，可以使用线圈控制在电流过零的时刻提供理想的触点间隙以及因此提供最佳的电弧冷却条件。如上所述，这可以通过脉冲线圈控制来完成。这可能会增加能量存储需求，但是可以通过仅在POW装置的早断开的极上启用该特征来减轻该需求中的一些。
如上所述，对于最初断开或接通与负载的连接的触点继电器/断路器420，可能发生电弧放电。为了进一步减轻触点腐蚀，可以交替打开和/或闭合触点继电器/断路器420和/或极的顺序。
为了接通与负载418的连接，在闭合具有较少数目的触点继电器/断路器420的极之后，闭合具有增加数目的触点继电器/断路器420的极。具有较少的触点继电器/断路器420的极的闭合顺序可以交替。因此，在当前实施方式中，切换触点继电器/断路器420A和420D能够可互换地发起连接。初始的触点继电器/断路器将不易产生电弧放电。然后，可以切换触点继电器/断路器420A和420D中的另一个，这可能具有电弧放电的某种可能性。通过交替切换420A和420D的顺序，可以共享可能电弧放电的触点继电器/断路器420，从而减少了触点腐蚀。之后，可以通过交替地切换触点继电器/断路器420B和420C来闭合具有增加数目的触点继电器/断路器420的极(例如，P2 414)。这可能引起分配潜在的电弧放电的触点继电器/断路器420(例如，连接至负载418的最后的触点继电器/断路器420)。
为了断开与负载418的连接，将首先打开具有增加数目的触点继电器/断路器420的极，原因是该极可以更好地配备成处理电弧放电/再击穿。这些极上的触点继电器/断路器420打开的顺序可以交替，以减轻在触点继电器/断路器420中的特定一个上的电弧放电。因此，在当前实施方式中，对于断开顺序，极P2 414的触点继电器/断路器420B和420C可以交替地发起断开过程。从那里，继电器/断路器420B和420C中的另一个可以打开。
接下来，可以以交替的顺序打开其余的极。因此，在当前实施方式中，极P1 412和P3 416可以通过交替触点继电器/断路器420A和420D的打开顺序而以交替的顺序打开。这可以帮助减轻由这些触点继电器/断路器420A和420D之一断开电流导致的电弧放电。
在一些实施方式中，在所有极上可以存在相等数目的触点继电器/断路器420，并且可以协调这些中的每个以启动和停止在连接的负载上的操作，使得负载跨每个极被分配。图25和图26示出了用于这些实施方式的过程和相关联的电路状态。
图25示出了用于连接至负载的第一闭合操作的过程440。如所示地，提供了三极电路442的状态。在第一状态442A中，当存在停止状态时，所有继电器打开(框444)。
接下来，提供了启动命令(框446)。如状态442B中所示，响应于启动命令，继电器A首先闭合，从而导致零电流/无弧切换(框448)。
如可以理解的是，附加继电器的切换可能导致电弧放电。因此，可以经由本文所描述的POW和防电弧放电技术来切换这些继电器。执行过零分析(框450)，以确定切换其余继电器中的下一个继电器的时间。基于过零分析，使用本文中提供的POW/防电弧放电技术闭合继电器B(框452)。这在状态442C中示出。
接下来，使用本文所描述的POW/防电弧放电技术闭合继电器C(框454)。这在状态442D中示出。通过以这种方式执行第二闭合和第三闭合，可以减轻电弧放电。
对于随后的迭代，除了继电器闭合的顺序可以改变之外，过程440可以保持相同。例如，继电器B可以是首先闭合的继电器，之后是继电器C和继电器A，或者之后是继电器A以及然后是继电器C。在另一随后的迭代中，继电器C可以是首先闭合的继电器，之后是继电器B以及然后是继电器A，或者之后是继电器A以及然后是继电器B。通过交替排序，可以减轻由于电弧放电引起的触点损坏，因为触点中的每个都分担可能引起潜在的电弧的闭合的负担。如上所述，这些闭合随着时间的推移可能会导致触点腐蚀。通过在多个触点之间分担这些负载的责任，可以延长继电器的整体寿命。另外，在零电流/无弧切换下，闭合每个序列中的一个继电器，这也可以延长切换装置的寿命。
图26示出了用于从负载断开的第一打开操作的过程470。如所示，提供了三极电路472的状态。在第一状态472A中，当存在运行状态时，所有继电器闭合(框474)。
接下来，提供了停止命令(框476)。因为打开命令可能会引起电弧放电，所以本文所描述的POW/防电弧放电技术可以实现为断开初始继电器连接。为此，执行过零分析(框478)。基于过零分析，打开初始继电器。如状态472B中所示，响应于停止命令，首先使用POW/防电弧放电技术打开继电器C(框480)。
如可以理解的是，附加继电器的切换可以继续引起电弧放电。因此，也可以经由本文所描述的POW和防电弧放电技术切换下一个继电器。如状态472C中所示，使用本文中提供的POW/防电弧放电技术打开继电器B(框482)。这在状态472C中示出。
接下来，在零电流/无弧切换下打开继电器A(框484)。这在状态472D中示出。通过以这种方式执行打开，可以减轻电弧放电。
对于随后的迭代，除了继电器打开的顺序可以改变之外，过程470可以保持相同。例如，继电器B可以是首先打开的继电器，之后是继电器C和继电器A，或者之后是继电器A以及然后是继电器C。在另一个随后的迭代中，继电器A可以是首先打开的继电器，之后是继电器B以及然后是继电器C，或者之后是继电器C以及然后是继电器B。通过交替排序，可以减轻由于电弧放电导致的触点损坏，因为触点中的每个都分担可能引起潜在的电弧的打开的负担。如上所述，这些打开随着时间的推移可能导致触点腐蚀。通过在多个触点之间分担这些负载的责任，可以延长继电器的整体寿命。另外，在零电流/无弧切换下，打开每个序列中的一个继电器，这也可以延长切换装置的寿命。
使在故障状况期间可用的能量最小化
除了上述与协调向多相系统提供电力的继电器装置140的操作相关的各种方案之外，本实施方式还可以涉及基于可以存在于连接的系统内的潜在的故障状况(例如，过电流、过电压)来协调触点的操作。在一个实施方式中，可以响应于检测到存在故障状况而采用POW切换来协调继电器装置140内的触点的打开和闭合。
通过示例的方式，控制系统198可以从在多相系统的每个相上布置的传感器、从作为工业自动化系统的一部分的其他控制系统，或者可以提供指示存在任何故障状况的数据的任何其他合适的数据源接收数据。每个相可以经由具有独立可控触点的多相继电器装置、经由多个单继电器装置140等来向诸如马达的多相负载提供电力。在一个实施方式中，控制系统198可以基于所接收到的数据来检测或确定可能具有故障状况的特定相。在检测到可能具有故障的特定相之后，控制系统198可以启动打开与如下的下一个相相关联的继电器装置140相的触点，该下一个相可以具有首先达到其相应的过零点的电压波形或电流波形。以这种方式，控制系统198可以对于相应继电器装置140的触点使从故障状况可用的能量最小化。考虑到这一点，图27示出了用于基于存在的故障来打开与特定相相关联的触点的方法500的流程图。
尽管方法500被描述为将由控制系统198执行，但是应当注意，任何合适的控制电路或系统都可以执行方法500。现在参照图27，在框502处，控制系统198可以接收故障状况存在于连接至相应的继电器装置140的系统的一部分上的指示。该故障状况可以是任何类型的故障，例如过载状况、过电压状况、过电流状况、温度状况等。控制系统198可以借助从传感器获取的数据、从另一个控制系统(例如，控制器、监测系统)或任何合适的信号生成装置传输的信号来接收指示。
在一些实施方式中，控制系统198可以接收表示相应相的电流的变化(例如，di/dt)可能高于某个阈值的数据。因此，控制系统198可以确定电流正在快速上升到潜在的故障状况(例如，过电流)。以这种方式，控制系统198可以预期故障状况可能发生并且继续进行到框504。
在框504处，控制系统198可以识别将具有接下来靠近零的电波形的特定相。也就是说，在多相系统中，在框502处接收到存在故障的指示之后，控制系统198可以识别多相系统中的将传导过零的电压波形或电流波形的下一个相。在一些实施方式中，控制系统198可以分别使用电压传感器和电流传感器来监测多相系统的每个相上的电压波形和电流波形。在其他实施方式中，控制系统198可以使用内部时钟来跟踪通过多相系统的每个相传导的预期波形。为了确保期望波形与实际波形匹配，控制系统198可以利用传感器数据周期性地校准内部时钟。通过使用期望波形，控制系统198可以更有效地识别过零的下一个相，而无需从其他传感器接收数据。
在识别到过零的下一个相之后，控制系统198可以在框506处将向与过零的下一个相相关联的继电器装置140发送信号(例如，或去除信号)。该信号可以引起触点262和264打开。在一些实施方式中，控制系统198可以协调触点262和264的打开(例如，使继电器线圈152通电/断电)，使得触点262和264在电压或电流波形的过零点处打开。
在某些情况下，在检测到工业系统中的故障之后，上游或下游电路保护装置(例如，断路器)可能会在多个周期的电波形传导通过多相系统的每个相之后打开。为了减少可用于电弧放电或其他不期望的状况的能量，控制系统198可以打开与过零的下一个相相关联的触点。以这种方式，可以将多相系统中的上游和下游连接的装置断电，同时由于故障状况而产生的可用能量被最小化。
除了基于故障状况来协调继电器装置140的操作之外，本实施方式还可以包括检测可能引起触点意外改变状态(例如，从闭合到打开)的冲击或外部事件。例如，某些外力(例如，磁的，电的)可能引起触点分别在其预期保持闭合或打开时打开或闭合。外力可以是可能引起触点物理移动的振动或机械力。在这种情况下，控制系统198可以检测到外部事件并调整提供给继电器装置140的电力以确保触点保持在期望或预期的状态。
考虑到这一点，图28示出了用于响应于检测到外部事件而控制提供给继电器装置140的电力的方法510。与方法500一样，方法510可以由控制系统198或者任何合适的控制器或控制装置执行。
现在参照图28，在框512处，控制系统198可以从传感器、另一控制系统等接收外部事件的指示。如上所述，外部事件可以是可能潜在地引起触点262和264改变状态的任何事件。外部事件的存在也可以基于相关的数据来推断。例如，在一些实施方式中，加速度计可以耦接至触点262或264、继电器装置140的壳体，或者耦接至可以物理耦接至触点262或264的部件的另一部分。加速度计可以测量与所连接的部件相关联的加速度特性。当加速度特性高于某个阈值时，其可以指示所连接的部件正在快速移动。由于除非更改至继电器线圈152的电力，否则继电器装置140的部件被预期为处于静止状态，因此检测到继电器装置140内或连接至加速度计的部件上的移动可能指示潜在的外部事件(例如，冲击事件)。
在框514处，控制系统198可以确定触点262和264在外部事件之前的位置。也就是说，控制系统198可以确定触点262和264在相应的继电器装置140的正常操作期间的预期状态。基于所确定的位置和外部事件的发生，在框516处，控制系统198可以调整提供给继电器线圈152的电力(例如，电流或电压)。在一些实施方式中，控制系统198可以增加提供给继电器线圈152的线圈电流，以确保继电器装置140如所期望地操作并且不受外力(例如，磁的、电的)影响。也就是说，提供给继电器线圈152的附加电流可以使继电器线圈152产生更强的磁场，以确保触点262和264牢固地位于与其在外部事件之前相同的位置。
在一些实施方式中，可以基于与外部事件相关联的机械力数据来确定提供给继电器线圈152的电力调整的量。例如，加速度计可以提供指示正施加至触点262和264的力的机械力数据，并且因此提供给继电器线圈152的电力应当感应出足够强大以克服由外部事件产生的机械力的磁力。
考虑到前述内容，在一些实施方式中，控制系统198可以确定可以用于保持继电器装置140内的触点的期望位置或布置的最小电流量。也就是说，控制系统198可以逐渐增加用于驱动继电器线圈152的电流，直到电枢142移动以将触点262和264耦接在一起。在确定用于驱动继电器线圈152的最小电流量之后，控制系统198可以在每次继电器线圈152要被通电时提供相同的电流量。以这种方式，与继电器线圈152的额定电流相比，继电器装置140可以更有效地使用电力(例如，电流)。尽管提供给继电器线圈152的最小电流量可能足以保持触点闭合，但是外部事件可能引起触点262和264无意地改变状态。因此，通过采用上述方法510，控制系统198可以增加提供给继电器线圈152的电流，以确保触点保持在期望的状态。
除了在驱动继电器线圈152时节省能量之外，当存在引起继电器装置140改变状态的故障或其他状况时，通过以最小电流驱动继电器线圈152，触点还可以更快地改变状态。因此，可以更快地将存在于三相系统中的一个相上的故障电流与三相系统隔离，从而减小故障电流对三相负载的影响。
尽管前述操作中的每个被描述为使在继电器装置140的打开或闭合操作期间存在的电弧能量的可能性最小化的方式，但是可能仍然难以实现本文中描述的实施方式中的之一，以相对于触点上存在的电流或电势协调打开触点的时序。另外，由于存在故障而生成的其他力(即，电磁力和气压力)可能会导致触点将在任意时刻打开。因此，当继电器装置140的触点改变状态时，电弧能量可能仍然存在。在触点打开之后，电枢可能会使触点再次耦接在一起。在这种情况下，触点可能在那里焊接在一起，原因是电弧能量产生可能引起触点粘在一起的液态金属(例如银)。
考虑到这一点，为了防止触点之间的这种类型的焊接，可以采用致动器将触点从特定位置(例如，位置A或B)推开。也就是说，致动器可以耦接至电枢142并且由控制系统198控制以基于某些状况的存在来改变触点的状态。例如，图29示出了根据本文中描述的实施方式的用于控制致动器的方法520。如上所述，尽管方法520被描述为由控制系统198执行，但是任何合适的控制器或控制系统也可以执行方法520。
在框522处，控制系统198可以从传感器接收电流测量值的变化(例如，di/dt)。电流测量值的变化可以帮助控制系统198预测(例如，通过触点或通过另一导体的)电流何时将超过阈值。在框524处，控制系统198可以确定电流测量值的变化是否超过某个阈值。阈值的确定可以基于电流的变化与触点可以改变状态并且可以导致触点之间的焊接的状况之间的关系。
在框526处，控制系统198可以向致动器发送命令以将触点的位置改变或保持在期望的状态。也就是说，如果触点以非预期的方式定位(例如，焊接在一起)，则致动器可以用于将触点推开至期望的位置。另外，致动器可以用于将触点固定在期望的位置，以防止触点与熔融的触点材料重新闭合(例如，在利用电弧触点升起之后)。
应当注意，控制系统198可以基于多种状况(例如，检测到的故障、过电流检测)的存在来控制致动器的操作。在一些实施方式中，可以经过与触点的移动相关的打开力数据，通过主动断开切换元件或打开磁体系统来激活或停用致动器。
另外，控制系统198可以基于确定触点被焊接在一起来激活致动器。例如，闭合和打开致动器的电感是不同的。致动器的磁体系统在打开和闭合位置的电感会由于磁体系统中的空隙而改变。可以向磁体系统施加恒定电流，并且可以测量电压的变化。替选地，可以向磁体系统施加恒定电压，并且可以测量电流的变化。基于电压或电流的变化，控制系统198可以确定触点的位置并相应地控制致动器。应当注意，可以在故障状况期间以及在相应系统的正常操作期间经由测量致动器电感来进行触点状态确定。
控制触点的打开和闭合操作
尽管如上所述，致动器可以用于确保触点的位置正确或处于预期的配置，但是在一些实施方式中，致动器可以用于定位电枢142以使触点能够以有效的(例如，省电的)方式打开和/或闭合。也就是说，在继电器装置140打开或闭合之前，可以以与另一触点成特定角度或在期望的距离内放置的方式来控制电枢142或所连接的触点的位置。通过控制电枢142的位置以及因此控制与其连接的触点的位置，致动器可以确保触点(例如，262、264)彼此之间具有一定的间隙距离，这可以使电枢能够更有效地打开或闭合。
考虑到这一点，应当注意，触点组件打开的速度会影响触点可能打开或断开的能力。另外，在电流(例如，流过触点)达到其过零点的时刻，两个触点之间的距离或间隙应当彼此相距某个阈值距离，以确保触点在打开之后不会再击穿。也就是说，如果在打开之后触点之间的距离小于阈值距离，则在打开操作完成之后，在触点之间可能存在的电弧能量(例如，离子、气柱的热时间常数)的量可能会导致触点之间的空隙温度升高，并为再击穿创建合适的条件。换句话说，如果打开操作引起触点打开到大于某个阈值的间隙，则触点之间的空隙可能会由于由电压波形存在的电弧能量而接收更多的热量(例如，在体积区域内)。
以相同的方式，在触点被打开之后，将触点定位成使得两个触点大于第一阈值距离且小于第二阈值距离可能是有益的。通过确保两个触点之间的间隙距离在第一阈值距离与第二阈值距离之间，本实施方式将触点放置在最佳位置，以减少发生再击穿的可能性。因此，打开操作应当被协调成使得触点打开到彼此之间的期望的距离或最佳间隙，该期望的距离或最佳间隙大于触点之间的第一阈值距离(例如，以防止再击穿)且小于触点之间的第二阈值距离(例如，以防止触点弹跳)。
考虑到这一点，图30示出了类似于图6的继电器装置140的继电器装置540。然而，继电器装置540包括可以耦接至电枢142的致动器542。如图30中所示，触点544与546之间的距离或间隙可以基于致动器542的臂552的位置在范围548与范围550之间延伸。在一些实施方式中，致动器542可以是可以用于借助臂552来定位电枢142的任何合适的马达或其他定位装置(例如，步进马达)。也就是说，致动器542可以延伸或收回可以耦接至电枢142的臂552。因此，电枢142可以移动以将触点544定位在距触点546的一定距离内。在一些实施方式中，电枢可以包括臂552，该臂552可以是螺纹轴或者可以推和/或拉电枢142的任何其他合适的部件。
在一些实施方式中，可以基于触点组件的特性为每个触点组件确定最佳间隙。例如，触点的材料、触点的尺寸或表面积、弹簧144的电阻、继电器线圈152的电感、触点的预期电压和电流状况以及其他相关因素可以与确定触点之间的期望的距离相关联。
为了相对于触点之间的间隙控制触点的位置，控制系统198可以将信号发送至致动器542，以使致动器542移动臂552。致动器542可以包括任何合适的确定性定位装置，在该任何合适的确定性定位装置中臂552的位置可以以受控的和已知的(例如，距离)方式移动。如上所述，致动器542可以包括步进马达，该步进马达可以具有臂552移动的预定义增量。因此，基于步进马达的增量位置，控制系统198可以内插或确定触点544与546之间的距离。在另一个实施方式中，致动器542或继电器线圈152的电感可以用于确定或验证电枢142的位置，以及因此确定或验证触点544与546之间的气隙。
考虑到前述内容，图31示出了用于控制继电器装置540的打开操作的方法570。如上所述，尽管方法570被详细描述为由控制系统198执行，但是方法570可以由任何合适的控制器或控制系统执行。
现在参照图31，在框572处，控制系统198可以接收继电器装置540打开的指示。可以经由来自继电器装置540、任何合适的传感器或一些其他控制系统的信号来接收指示。在一些实施方式中，控制系统198可以基于其他因素，例如，不存在来自继电器装置540下游连接的装置的电压等来推断继电器装置540打开。另外，从布置在系统内的传感器获得的数据可以指示继电器装置540包括打开的触点。
在框572处接收到的指示可以表示继电器装置540打开或断开触点544与546之间的连接。触点544和546可以响应于存在故障状况等而打开。因此，为了防止触点544和546再击穿，控制系统198可以确保触点544和546被打开到期望的或最佳的间隙，该间隙减小了再击穿的概率。
因此，在框574处，控制系统198可以确定触点544与546之间的期望的距离或间隙。如上所述，可以基于触点组件的特性为每个触点组件确定期望的间隙，例如，触点的材料、触点的尺寸或表面积、弹簧144的电阻、继电器线圈152的电感、触点的预期电压和电流状况以及其他相关因素可能与确定触点之间的期望的距离相关联。通过示例的方式，可以基于分析某些电流值相对于各种间隙距离发生再击穿的可能性来确定触点之间的间隙。也就是说，对于可能超过触点的电流额定值的多个电流值，可以执行分析以确定对于间隙的多个距离以再击穿为条件(例如，触点之间的电荷、空隙中的离子)的概率。基于该分析的结果，可以确定触点之间的期望的间隙距离，使得间隙距离对应于与触点的最高预期电流(例如，故障电流)相关联的再击穿的最低概率。
在一些实施方式中，可以在执行方法570之前确定用于确定触点544与546之间的期望的间隙距离的分析。也就是说，可以在制造或测试继电器装置540期间确定触点544与546之间的期望的间隙距离。替选地，可以基于触点544和546上存在的当前条件(例如，电流、电压、故障电流)动态地确定期望的间隙距离。可以基于机器学习算法来模拟当前条件，这些算法基于从下游装置、上游装置等获得的传感器数据来确定触点544和546上存在的预期电流和/或电压。
返回参考方法570，在框576处，控制系统198可以向致动器542发送命令或信号以调整臂552的位置。该信号可以使致动器542移动臂552，以使电枢142移动触点544的位置并实现触点544与546之间的期望的间隙。在一些实施方式中，该信号可以包括使步进马达移动以达到期望的距离的多个步长。另外，可以基于弹簧144的电阻、继电器线圈152的电感、由致动器542提供的指示等来验证触点544与546之间的距离。
除了控制打开操作之外，致动器542还可以控制触点544与546之间的间隙，使得其被定位在最佳位置以使用于闭合操作的触点弹跳最小化。也就是说，当闭合操作开始时，由线圈提供的磁场可能引起触点闭合。与传统的继电器装置140相比，通过控制致动器542将触点544和546定位成彼此更靠近，控制系统198可以通过减小由电枢142行进的距离来减小与触点544和546相关联的弹跳特性，以执行闭合操作。此外，在执行闭合操作之后，致动器542移回至期望的打开位置，并且在打开操作期间等待磁场消失，以如上所述使电枢142快速地定位为最佳打开位置。因此，本文中描述的当前实施方式可以独立地用于减少由继电器装置的触点经历的转矩瞬变和触点腐蚀。
考虑到前述内容，图32示出了用于为闭合操作做准备而对触点544与546之间的间隙进行定位的方法590。如上所述，尽管方法590被描述为由控制系统198执行，但是应当理解，任何合适的控制器或控制系统都可以执行本文所描述的方法590。
在框592处，控制系统198可以使用如上面关于图31的框572所描述的类似的技术来接收继电器装置540具有打开的触点544和546的指示。在一些实施方式中，可以在继电器装置540处于初始化状态时接收该指示。也就是说，继电器装置540可以接收在继电器线圈152处的线圈电流，使得在继电器线圈152被通电之后(例如，常闭)触点544和546打开。因此，应当注意，下面关于方法590描述的实施方式可以在包括常开触点或常闭触点的任何合适的继电器装置上执行。在任何情况下，触点544和546打开的指示还可以包括触点544和546将保持打开直到执行闭合操作的指示。因此，可以使用常闭触点布置来执行方法590，在该常闭触点布置中在继电器线圈152被通电之后，触点544和546打开。然而，应该理解，方法590也可以结合上述方法570来执行，以确保触点544和546被定位成在防止了再击穿的间隙与减小在闭合操作期间触点544与546之间的弹跳特性的间隙之间进行平衡。
在任何情况下，在框594处，控制系统198可以确定触点544与546之间的期望的间隙距离，以执行闭合操作。与图31的框574一样，可以基于可能在制造期间或动态地在继电器装置540的操作期间发生的测试来确定期望的间隙距离。也就是说，可以基于确定使触点544和546行进以减少某些电流值相对于各种间隙距离发生的触点弹跳的可能性的最小距离来确定触点之间的间隙。也就是说，对于触点之间的多个间隙距离，可以执行分析以确定与多个间隙的距离相关联的弹跳特性。基于该分析的结果，可以确定触点之间的期望的间隙距离，使得该间隙距离对应于在执行闭合操作之后触点之间的预期弹跳的最小数目。
在框596处，控制系统198可以向致动器542发送命令，以使致动器542移动臂552以达到期望的间隙距离。因此，触点544和546以最佳方式定位以执行闭合操作。
自动地配置POW设置
尽管上述实施方式详细描述了用于增加触点寿命或减少触点腐蚀的各种系统和方法，但是在一些实施方式中，POW切换可以被配置成使当三相电源连接至负载(例如旋转负载、马达、发电机)时可能发生的转矩波动最小化。也就是说，如上所述，与通过采用POW切换(例如，闭合操作)的继电器装置将负载接通或连接至电源相关的时序通常被优化成增加触点寿命。然而，通过控制多相电源的每个相连接至旋转负载的波上的点，控制系统198可以协调继电器装置的闭合(例如，触点的闭合)以与存在于旋转负载上的电波形同步以使当旋转负载首次开始旋转时或者当旋转负载从电源断开并重新连接至电源时可能出现的转矩波动最小化。
在任何情况下，取决于所连接的设备的操作，允许用户选择是要就增加触点寿命还是要就减小转矩波动来优化继电器装置会是有益的。例如，小型马达可能会频繁地开启和关闭，并且因此，用户可能更喜欢优化触点寿命，以保持小型马达在较长的时间段内继续进行操作的能力。在另一个示例中，由于在启动时出现的转矩峰值，10马力的马达可以致动容易受力和缩短寿命的机制。在这种情况下，用户可能希望使启动转矩波动最小化。
考虑到这些情况，在某些实施方式中，本文中描述的继电器装置可被配置成以将保持或延长触点寿命或减少转矩波动的存在的方式进行操作。也就是说，通过控制相应的电波(例如，POW切换曲线)上的各个继电器装置闭合以连接至负载的点，控制系统198可以调整相应的电波形上的继电器装置将负载连接至电源的点。在一些实施方式中，控制系统198可以接收与使用布置在继电器装置上的开关、承载继电器装置的印刷电路板(PCB)上的跳线或可以由用户设置的任何其他合适的物理部件(例如，硬件)来操作继电器装置以保持触点寿命或减小转矩波动相关的指示。在一些实施方式中，继电器装置可以包括可以移动以使用户能够选择继电器是否应该针对触点寿命、转矩波动或两者之间的某种平衡进行优化的物理刻度盘。也就是说，刻度盘可以包括一系列操作参数，这些参数对应于保持触点的最大寿命，对应于提供给负载的启动电流中的转矩波动减小约10％。
除了物理刻度盘之外，控制系统198还可以经由可以显示在电子显示器上的代表刻度盘的可视化来接收用户输入。因此，用户可以向控制系统198指定其可以基于用户的偏好来控制继电器装置的打开和闭合操作的方式。
在某些情况下，基于由控制系统198用于控制继电器装置的POW切换曲线来控制各个继电器装置的打开和闭合操作。然而，用于控制各个继电器装置的POW切换曲线可以基于正由继电器装置控制的负载装置(例如，马达)的使用历史来动态地改变。也就是说，例如，控制系统198可以监测和记录相应的负载装置在一段时间内的操作，并且基于负载装置的操作动态地调整各个继电器装置操作以使触点寿命最大化或使转矩波动最小化的方式。以这种方式，在操作的某些时段期间，继电器装置可以以可能有益于整体系统性能的特定模式进行操作。例如，控制系统198可以确定负载装置的操作频率、在一段时间内执行的启动和停止操作的频率、装置的负载状况(例如，恒定负载、可变负载、电容性负载)以及其他参数，以确定对于工业系统的整体性能而言，使触点寿命最大化或使转矩波动最小化是否会是更有益的。
考虑到前述内容，图33示出了用于基于连接至各个继电器装置的负载装置来调整POW切换曲线的方法560。如上所述，尽管方法560被描述为由控制系统198执行，但是应当理解，任何合适的控制系统或控制器都可以执行方法560。
现在参照图33，在框562处，控制系统198可以确定连接至继电器装置的负载的类型。在一些实施方式中，控制系统198可以从相应的负载装置接收数据。该数据可以指示与装置的类型、装置的额定值等相对应的铭牌数据。例如，所连接的装置的铭牌数据可以被提供给控制系统198。可以基于由继电器装置控制的特定装置，基于存在于继电器装置上的负载等使用铭牌数据来确定继电器装置的一组操作参数。除了铭牌数据之外，还可以将与特定装置或负载相关的元数据或数据提供给控制系统198。
在一些实施方式中，控制系统198可以向负载装置执行查验(ping)操作或向负载装置发送信号，以确定可以连接至该装置的负载的类型。也就是说，控制系统198可以经由相应的继电器装置将电信号发送至负载装置，并且基于所检测到的反EMF信号等来确定负载装置的类型。在其他实施方式中，控制系统198可以从其他控制系统接收数据，所述其他控制系统可以访问与连接至由控制系统198控制的继电器装置的负载装置相关的信息。替选地，控制系统198可以从用户接收标识负载装置的类型的输入数据。
在一些实施方式中，控制系统198可以确定负载装置是对应于电感性负载还是电容性负载。也就是说，通过评估连接至继电器装置的负载类型(例如，电感性/电容性)，控制系统198可以确定继电器装置应当如何在用于优化触点寿命的操作与用于使转矩波动最小化的操作之间进行平衡。例如，由于电容性负载的理想角度和电感性负载的理想角度彼此相反，因此控制系统198可以将继电器装置的默认设置设置为在理想的电容性负载与理想的电感性负载之间的点火角(例如45°)。然后，控制系统198可以监测负载装置的电压波形是超前还是滞后电流波形，以确定负载装置是电容性的还是电感性的。以这种方式，控制系统198可以确定用于继电器装置的POW切换曲线，该POW切换曲线可以保护负载装置免受潜在损坏。例如，如果控制系统198将对应于电感性负载的理想角度的POW切换曲线用于实际上电容性的负载，则负载装置会接收将损坏负载装置的相对高的浪涌电流。通过采用上述技术，控制系统198可以使负载装置可能经受的损坏的量最小化。
在确定连接至相应的继电器装置的负载装置的类型之后，在框564处，控制系统198可以确定要用于相应的继电器装置的POW切换曲线。也就是说，取决于负载装置的正常操作参数、负载装置操作的预期频率、负载装置循环开和关的次数、由负载装置使用的电量、另外其他合适的因素，控制系统198可以配置用于其继电器装置的打开和闭合操作的POW设置，以保持触点寿命或使转矩波动最小化。
在一些实施方式中，控制系统198可以访问查找表或其他数据，所述查找表或其他数据可以提供关于对于相应的负载类型使用什么样的POW切换曲线的指示。另外，控制系统198可以基于对连接至继电器装置的各种类型的负载的历史分析来确定要使用的POW切换曲线。也就是说，控制系统198可以在一段时间内跟踪连接至各个继电器装置的各种类型的负载装置。
在确定要使用的POW切换曲线之后，控制系统198可以根据所标识的POW切换曲线开始控制打开和闭合操作。也就是说，如果控制系统198确定负载装置在一定时间内打开和闭合超过阈值次数，则控制系统198可以使用以下POW切换曲线，该POW切换曲线通过在过零点处执行打开和闭合操作或使用本文所描述的其他技术中的任何一种技术来保持触点寿命。替选地，如果控制系统198确定负载装置易于由于转矩波动而损坏，则控制系统198可以选择以下POW切换曲线，该POW切换曲线减小了转矩波动出现的可能性，但是可能不允许继电器装置在各种电信号的过零点处执行打开和闭合操作。
在继电器装置根据所确定的POW切换曲线进行操作之后，在框566处，控制系统198可以监测在一段时间内负载装置的使用和/或继电器装置的打开和闭合操作。因此，控制系统198可以监测为负载装置选择的POW切换曲线是否适合负载装置或继电器装置的性能。以这种方式，在框568处，控制系统198可以基于所监测的相应装置的使用来调整POW切换曲线。
在一些实施方式中，可以连续地执行方法560以动态地调整用于在继电器装置的整个生命周期内控制继电器装置的POW切换曲线。因此，如果负载装置的性能或用途改变，则控制系统198可以在没有用户交互的情况下自动地调整POW切换曲线，以确保继电器装置和/或负载装置被保护。此外，通过使用方法560，控制系统198可以自动地评估如何在不接收用户输入或指导的情况下控制继电器装置，从而保护各种装置免受人为错误或免受缺乏知识的人工操作员出现以初始化负载装置或继电器装置的操作。
除了基于负载类型和所监测的数据确定POW切换曲线之外，控制系统198还可以将所选择的POW切换曲线与可能处于系统中的其他保护电路进行协调。也就是说，连接至继电器装置的保护部件(例如，电路断路器)可以提供与继电器装置、所连接的负载装置等的操作相关的信息(例如，通过电路断路器的电流变压器检测的电流)。例如，如果继电器装置使用优化触点寿命的POW切换曲线，则由继电器装置控制的相应装置的电流纹波和浪涌电流可能会增加。该增加的电流量可能导致保护部件无意地跳闸或致动(例如，在浪涌电流启动期间)，从而提供与保护部件的灵敏度或跳闸窗口相关的数据。
考虑到这一点，图34示出了用于基于所连接的保护设备数据来调整继电器装置的POW切换曲线的方法570的流程图。如图34中所示，在框572处，控制系统198可以接收与保护设备相关的数据。可以从保护设备(例如，电路断路器、开关设备)、从其他控制系统等接收数据。
该数据可以指示保护设备激活的时间和条件。也就是说，数据可以包括与引起保护设备跳闸相对应的电特性(例如，电压、电流)。在一些实施方式中，数据可以包括指示保护设备不应该跳闸的信息。可以接收该信息作为对控制系统198的输入，以将由保护设备的某些跳闸指定为真或假跳闸。
另外，数据可以包括关于保护设备的灵敏度数据。灵敏度数据可以包括保护设备在一段时间内接收到的可能导致保护设备无意跳闸的一系列电压水平。在一些实施方式中，可以从包含关于保护设备的制造数据表的数据库中接收数据。数据可能会详细列出可能导致保护设备错误地跳闸的电流纹波或电压尖峰。
在接收到与保护设备相关的数据之后，在框574处，控制系统198可以基于该数据来调整继电器装置的POW切换曲线。控制系统198可以调整继电器装置的POW切换曲线，以防止保护部件的无意跳闸。因此，控制系统198可以减少由保护设备引起的有害跳闸的可能性。
在一些实施方式中，控制系统198可以采用角度自动调整过程，该过程识别所连接的保护部件的限制并且调整POW切换以避免达到这些限制。也就是说，在初始化阶段期间，控制系统198可以连续地调整继电器装置的POW切换曲线，以识别导致所连接的保护设备无意跳闸的情况。控制系统198可以调整点火角，在该点火角下，继电器装置的触点改变状态，以检测保护设备是否可能由于纹波电流、电压尖峰等而无意跳闸。基于保护设备无意跳闸的条件，控制系统198可以确定POW切换曲线以用于控制继电器装置内的触点的切换。
另外，控制系统198可以基于机器学习算法和可用于控制系统的数据来自动地调整继电器装置的操作。例如，控制系统198可以在初始时段(例如100，小时)内监测继电器装置的操作，并且确定在负载装置的各个操作周期期间继电器装置的最佳操作模式。在另一个实施方式中，可以将可以特定于由继电器装置控制的装置的负载或装置数据提供给与操作继电器装置相关联的控制系统198，以确定适合继电器装置的寿命的POW切换曲线。
除了调整单个装置的操作之外，控制系统198可以针对操作多个负载装置的多个继电器装置，使用不同的POW切换曲线来协调多个负载装置的排序或操作。也就是说，在某些协调或并联系统中，按照特定顺序为负载装置上电以加大浪涌电流或减小提供给下游装置的峰值浪涌电流会是有用的。
考虑到这一点，图35示出了用于使用各种POW切换曲线来协调多个负载装置的激活的方法580的流程图。在一些实施方式中，在框582处，控制系统可以接收与各个负载装置的操作以及负载装置的某些负载状况相关的数据。可以从负载装置、布置在继电器装置下游的传感器、其他控制系统等接收数据。
在框584处，控制系统198可以确定用于向多个负载装置提供电力的多个继电器装置的POW切换曲线。当确定要用于相应继电器装置的适当的POW切换曲线时，控制系统198可以考虑负载装置上存在的负载状况。也就是说，控制系统198可以通过调整各个POW切换曲线以适应各种监测的参数来延迟切换或闭合某些继电器装置。例如，如果负载装置之一在上电时导致生成大于阈值的浪涌电流，则控制系统198可能会延迟开启或将电力连接至可能处于并联系统(例如，电并联)中的另一个负载装置，以避免将浪涌电流提供给其他装置。替选地，控制系统198可以检测或预测浪涌电流，并调整其他继电器装置的POW切换曲线，以在电流过零点处闭合以避免潜在的电弧放电事件。另外，控制系统198可以经由各个继电器装置协调开启各个装置，以确保没有两个装置同时被上电，以确保保持浪涌电流或其他电气规范。
在框586处，控制系统198可以使用在框584处确定的POW切换曲线来协调负载装置的激活和/或停用。因此，控制系统198可以基于更新的POW切换曲线控制继电器装置中的电枢的打开和闭合操作。另外，控制系统198可以协调各种继电器装置的打开和闭合操作，使得负载装置以受控方式被激活和/或停用，以确保每个负载装置在相应的负载装置的预期的电气参数内操作。也就是说，控制系统198可以协调每个负载装置的激活和/或停用，以确保电流纹波、电压尖峰、浪涌电流和其他电气参数不会对彼此并联或串联连接的负载装置中的任何一个造成损坏。
应该注意，顺序地开启多个继电器以减小转矩波动/电流纹波的过程将有助于减小整个系统的转矩波动，就像调整和优化继电器装置闭合或打开的α角(alpha angle)一样。另外，该过程可以与α角优化过程结合使用，该α角优化过程可能涉及多个马达的分段/交错开启。
控制多相继电装置的点火延迟
多相继电器装置可以包括控制各个触点组的位置的多个电枢。考虑到这一点，三相POW控制的继电器装置的α角对应于三相中的两相被通电的时间。当第三相被通电时，α角之后是β事件(beta event)。在一些实施方式中，可以控制β延迟以消除或减少可能存在于整个系统上的谐波。通过采用本文所描述的实施方式，控制系统198可以调整多相继电器装置的POW切换曲线以减少谐波，为负载提供软启动选项等。
考虑到这一点，图36示出了用于调整β延迟以使负载装置通电的方法590的流程图。如贯穿本公开内容所讨论的，尽管方法690被描述为由控制系统198执行，但是任何合适的控制系统或控制器都可以执行本文中描述的方法。现在参照图36，在框592处，控制系统198可以接收与将由负载装置(例如，马达)接收的电流相关的电流数据。可以经由电流传感器或能够测量在负载装置处接收的电流波形的其他合适的传感器来接收电流数据。电流数据可以提供与负载装置的谐振频率相关的信息。
在框594处，控制系统198可以使用谐振频率数据来确定谐波是否存在于负载上或者是否被预期为存在于负载上。在框596处，控制系统198可以使用在启动负载装置时可能存在的预期谐波来调整与使输入电力的特定相通电相关联的β延迟，以减少或最小化负载上谐波的存在。
在一些实施方式中，控制系统198可以循环给负载装置供电，并从传感器接收电流数据以检测谐波是否存在于负载侧。另外，控制系统198可以在每个循环之后增量地调整β延迟，以识别使负载装置能够以最低谐波量进行操作的β延迟。
在一些装置中，三相电源经由三相继电器装置连接至负载以磁化马达的芯。考虑到这一点，图37示出了用于基于负载是否包括磁芯来调整β延迟的方法600的流程图。在框602处，控制系统198可以接收在负载装置中存在磁芯的指示。在一个实施方式中，控制系统198可以接收指示负载包括磁芯的用户输入。在另一个实施方式中，操作负载装置的控制系统可以将负载装置包括磁芯的指示发送至控制系统198。在又一个实施方式中，控制系统198可以从提供有关负载装置的信息的数据库或其他合适的存储装置接收铭牌数据。
在框604处，控制系统198可以基于在负载装置中存在或不存在磁芯来调整β延迟。β延迟可以用于提供另外的时间，以使芯在继续进行马达的操作之前磁化。在一些实施方式中，β延迟可以直接按照磁芯的尺寸而变化。也就是说，对于比其他更大的磁芯，与具有较小磁芯的负载装置相比，控制系统198可以进一步延长β延迟。
在一些实施方式中，控制系统198可以循环给负载装置供电，并从传感器接收数据以检测在负载装置上是否存在磁芯。另外，控制系统198可以在每个周期之后增量地调整β延迟，以识别使负载装置能够具有使其磁芯通电的足够的时间量的β延迟。
在又一个实施方式中，控制系统198可以使用具有各种β延迟的很多POW打开和闭合操作(例如，开信号和关信号)来为相应的负载提供软启动器特征。例如，控制系统198可以使用POW闭合操作来向负载装置提供电力。POW闭合操作可以与打开操作一起周期性地提供，以向下游装置提供脉冲宽度调制(PWM)信号。第一POW闭合操作可以以例如半周期延迟提供有第一β延迟，而第二POW闭合操作可以以全周期提供有β延迟。
考虑到前述内容，图38示出了用于针对软启动操作来协调继电器装置的POW切换曲线的方法的流程图。在框612处，控制系统198可以接收实现软启动的请求。可以经由对控制系统198的用户输入来接收该请求。在接收到请求之后，在框614处，控制系统198可以协调继电器装置的POW切换曲线以执行如上所述的软启动操作。
也可以由控制系统198协调相应的装置的受控周期开和关，使得使用不同的继电器来控制每个相应的相。也就是说，可以使用POW切换曲线以不同的间隔或根据不同的顺序周期地开和关每个相。以这种方式，将使用不同的相来使相应的装置通电，而不是使用β延迟将电力的一个特定相连续地连接至相应的装置。例如，可以根据轮询调度序列，使用POW切换来协调连接至相应装置的相，使得相A和C以α角连接至相应的装置，相A和B在随后的周期期间以α角连接至相应的装置，等等。以这种方式，代替重复使用一个特定相来使连接的装置通电，可以保持相应的继电器的触点在更长的生命周期内操作。
POW切换以与旋转负载同步
除了对于各种情况控制β延迟之外，控制系统198还可以使用不同的POW切换曲线以使电源(例如，启动器)与旋转负载(例如，马达)重新同步。也就是说，控制系统198可以监测旋转负载的电力特性，以了解提供给旋转负载的电力的频率特性，并在波上的最优化点处将电力重新连接至旋转负载(例如，高惯性负载)。例如，当已从电源去除电力时，旋转负载可能会继续旋转。如果要重新连接电力，则控制系统198可以优化将电力提供回旋转负载的同步，而不会引入除保持期望的频率必要的转矩之外任何额外的转矩。
考虑到这一点，图39示出了用于将电力连接重新同步至旋转负载的方法620的流程图。因此，可以在接收到旋转负载不再连接至电源或者旋转负载的至少一个相不再连接至电源的指示之后执行方法620。在从旋转负载去除电力的至少一个相之后，旋转负载装置可以降低其旋转的速度。因此，鉴于降低的速度，在旋转负载装置的绕组和内部电路上传导的电波形也会变化。
为了将电力重新连接至旋转负载装置，控制系统198可以使用特定的波上点(POW)切换曲线将电力连接至旋转负载装置，该波上点(POW)切换曲线确保旋转负载装置恢复其旋转，同时使用于保持期望的频率的额外的转矩的引入最小化。如图39中所示，在框622处，控制系统198可以接收与旋转负载相关联的电力特性。电力特性可以包括正在被提供给旋转负载的每个相的电压信号和/或电流信号的电频率。可以经由电压传感器、电流传感器等接收电力特性。
在一些实施方式中，可以由控制系统198基于旋转负载装置的轴旋转的速度和指示提供给旋转负载装置的每个相的电力特性的数据来确定电力特性。使用轴的速度和指示提供给旋转负载装置的每个相的电力特性的数据，控制系统198可以确定旋转负载装置正在旋转的频率(例如，电压波形频率)。另外，控制系统198可以确定旋转负载装置的减速率，使得控制系统198可以预测旋转负载装置在特定时间下的频率。
在框624处，控制系统198可以基于在框622处接收到的数据来确定旋转负载装置上存在的电力的频率特性。频率特性可以包括提供给旋转负载装置的每个相的电压和电流的幅度、提供给旋转负载的每个相的电压或电流波形的周期或频率等。
在框626处，控制系统198可以基于旋转负载装置上存在的电力的频率特性将电力重新连接至旋转负载装置。在一些实施方式中，控制系统198可以确定在将来的特定时间存在于旋转负载装置上的预期的频率特性，并使用POW切换曲线对连接至旋转负载装置的电力的特定相执行闭合操作，该POW切换曲线匹配所检测到的频率特性的频率和幅度。在一些实施方式中，控制系统198可以控制继电器装置的打开和闭合操作来以期望的频率特性提供电力。
通过以这种方式将电力连接至旋转负载装置，控制系统198可以使提供给旋转负载装置的电力同步，使得在POW切换重新建立电源与旋转负载之间的连接之后，旋转负载装置被优化成使电源与旋转负载装置之间的残余电压差分解为零。为了优化同步，如上所述，控制系统198可以使用所确定的电压波形的幅度和电压波形的频率来协调一组或更多组触点的POW切换，以执行将被协调以在确定的幅度和时间将电源连接至负载的闭合操作。
在一些实施方式中，反EMF信号可以用于确定旋转负载的电特性。在这种情况下，可以由控制系统198确定或经由传感器接收反EMF信号。反EMF信号可以用于确定旋转装置上存在的电力的频率特性。然而，如果反EMF信号消失，则控制系统198可以将三相电源中的一相连接至旋转负载(例如，对单相电力施加脉冲)，以确定旋转负载的电力特性并在电压波形上的某一时间或点处重新建立电源与旋转负载之间的连接，该电压波形上的某一时间或点可能会减少谐波，使将在旋转负载装置上提供的额外转矩最小化等。在一些实施方式中，如果控制系统确定旋转负载在相反或反向方向上旋转，则控制系统可以相应地调整其优化过程。
考虑到这一点，图40示出了用于在检测到反EMF信号已经消失之后将电力重新连接至旋转负载装置的方法630的流程图。参照图40，在框632处，控制系统198可以接收来自旋转负载装置的反EMF信号已经消失或减小到零的指示。在一些实施方式中，控制系统198可以经由传感器或其他合适的测量电路来监测与来自旋转负载装置的反馈相对应的反EMF信号。
反EMF信号已消失的指示可以警告控制系统198旋转负载装置可能是未连线的。因此，当上游电力变为可用时，控制系统198可以尝试重新建立与旋转负载装置的电力连接。在框634处，控制系统198可以经由相应的继电器装置的相应的触点向旋转负载装置的单个相发送一个或更多个电压或电流脉冲。电脉冲可以用于向旋转负载装置提供能量，使得旋转负载装置可以开始或恢复旋转。
在框636处，控制系统198可以基于在框634处电脉冲被发送至旋转负载装置之后接收到的反EMF信号来确定与旋转负载相关联的电力特性。基于随后的反EMF信号确定的电力特性可以表示旋转负载装置上当前的电压或电流波形。以这种方式，在框638处，控制系统198可以基于在框636处确定的电力特性经由相应的一组触点将电力重新连接至旋转负载装置。也就是说，控制系统198可以使用以下POW切换曲线将电力重新连接至旋转负载装置，该POW切换曲线可以使用上面在框626中描述的过程，使用延迟的α角或者可以使旋转负载装置能够以一定速率或期望的频率恢复其旋转的任何合适的方法来确定。
印刷电路板(PCB)实现
可以使用控制系统和马达启动器来控制与机器或过程相关联的多个马达。然而，在每个马达控制器与各个马达之间路由导线可能会带来各种制造和组装挑战。例如，要在每个马达启动器与相应的马达之间路由的每个导线通常被标记，以确保导线被连接至适当的端子以有效地控制相应马达。然而，该过程是耗时且费力的。因此，本申请的某些实施方式涉及在印刷电路板(PCB)上实现多个马达控制器(例如，马达启动器)，以自动地操作和控制耦接至PCB的相应的多个马达。例如，在多个马达启动器与PCB的某些端子集成之后，PCB的控制电路可以自动地调整PCB上的电路连接，以正确地将用于控制每个马达的导线路由至适当的马达启动器。也就是说，在一个实施方式中，控制电路可以以受控方式将信号发送至PCB的每个负载侧端子，以测量每个马达的反电动势(EMF)特性，以确定连接至每个负载侧端子的各个导线如何连接至每个相应的马达启动器。基于每个马达的反EMF特性，控制电路可以调整PCB上的电路连接，以正确地路由每个马达与适当的马达启动器之间的导线。因此，本申请的实施方式提供了耦接至PCB的马达启动器的初始化过程，该初始化过程自动地配置马达启动器以操作和控制耦接至PCB的各个马达，从而减少了组装和制造马达控制系统的时间并且使不正确地布线这样的马达控制系统的可能性最小化。
在执行上述初始化过程之后，PCB的控制电路还可以监测和控制耦接至PCB的每个马达控制器的一个或更多个继电器的操作。例如，控制电路可以检测存在于PCB上的继电器的数目，并确定PCB能够控制的马达的数目。如上所述，PCB的控制电路可以执行耦接至PCB的马达启动器的初始化过程以测量连接至PCB的每个马达的反EMF特性，并调整PCB上的电路连接以正确地将控制每个马达的导线路由至适当的马达启动器。然后，PCB可以确定当前耦接至PCB的马达的数目，并且禁用没有通过PCB电连接至此类马达的任何继电器。以这种方式，控制电路可以通过禁用当前未利用的任何继电器来提高马达控制系统的功率效率。
在又一个实施方式中，PCB的控制电路可以自动地配置PCB上的一些继电器，以根据耦接至PCB的马达的类型的不同电流额定值和/或耦接至PCB的马达的数目进行操作。例如，PCB的控制电路可以经由上述初始化过程来将PCB的一个或更多个继电器配置成支持两个较低的额定安培马达或一个较高的额定安培马达。通过测量耦接至PCB的每个马达的反EMF特性并基于反EMF特性调整PCB上的电路连接，以将继电器与耦接至PCB的马达电耦接，PCB的控制电路可以自动地配置继电器以支持不同类型的马达和/或不同数目的马达。另外，控制电路可以基于耦接至PCB的马达的数目和/或马达的类型来提供向PCB添加一个或更多个跳线的建议以建立适当评定的继电器连接。因此，控制电路可以增加要在与马达控制系统相关联的各种应用中利用的单个PCB的灵活性，从而减少了实现这样的应用所需的PCB的数目。
考虑到前述内容，图41示出了实现马达控制器700(例如，马达启动器)的示例性PCB。马达控制器700电耦接至PCB 702，该PCB 702支承马达控制器700的各种部件，并且在操作期间便于电力信号、数据信号和控制信号的路由。在某些实施方式中，马达控制器700可以以符合三相自动化装置208、230或560VAC马达控制器或其他马达启动器应用的工业标准的方式来封装。在所示的实施方式中，PCB 702和安装至PCB 702的部件被支承在基座704上，并被耦接至基座704的壳体或外壳706覆盖。
如图41中所示，马达控制器700的三个继电器708、710、712被安装至PCB 702，并且通过PCB 702电耦接至其他电路部件。例如，继电器708、710、712可以通过从继电器708、710、712的封装延伸的引脚或袢扣724安装至PCB 702。每个引脚或袢扣724可以电耦接至PCB 702中的相应孔726(例如，通过焊接)。继电器708、710、712具有控制接头，该控制接头通过将控制信号通过控制接头施加至继电器708、710、712来便于继电器708、710、712的自动打开和闭合(即，自动地改变每个继电器的相应的导电状态)。另外，马达控制器700经由线路侧端子714耦接至三相电源716。继电器708、710、712可以通过PCB 702从线路侧端子714接收三相电力，并通过各个负载侧端子722将三相电力输出至马达728。应当注意，本文所描述的三相实现并非旨在进行限制。更具体地，可以在单相电路上采用所公开的技术的某些方面。
电源718也耦接至PCB 702。电源718可以通过PCB 702向控制电路720提供电力。更具体地，电源718从来自线路侧端子714的电力的相中的一个或更多个相接收电力，并且将该电力转换为经调节的电力(例如，直流(DC)电力)。控制电路720从电源718接收经调节的电力，并且将经调节的电力用于如本文所描述的监测、计算和控制功能。
在某些实施方式中，为了便于机器或过程的操作，马达728可以包括将电力进行转换以提供机械动力的电动马达。为了帮助说明，如本文所描述，电动马达可以向各种装置提供机械动力。例如，电动马达可以向风扇、传送带、泵、冷却器系统以及可以受益于所提出的进步的各种其他类型的负载提供机械动力。另外，机器或过程可以包括各种致动器(例如，马达728)和传感器。马达控制器700可以控制机器或过程的马达728。例如，马达控制器700可以控制马达728的速度(例如，线性和/或旋转)、转矩和/或位置。因此，如本文中所使用的，马达控制器700可以包括马达启动器(例如，星形三角形启动器)、软启动器、马达驱动器(例如变频器)或任何其他所需的马达驱动装置。
图42示出了马达控制器700的示意图730。如图42中所示，继电器708、710、712电耦接至控制电路720并且经由控制电路720电耦接至电源718。继电器708、710和712可以根据上述技术中的任何一个来操作。在PCB 702中或上且在线路侧端子714与继电器708、710、712之间的导电迹线732可以便于将三相电力从电源718提供至继电器708、710、712。类似地，在PCB中或上且在负载侧端子722与继电器708、710、712之间的导电迹线734可以便于将三相电力经由负载侧端子722从继电器708、710、712提供至马达728。在一些实施方式中，导电迹线732、734可以通过常规的PCB制造技术(例如，电镀、蚀刻、分层、钻孔等)制成。
每个继电器708、710、712可以是如上所述的在电磁线圈结构的控制下完成单个载流路径(或中断载流路径)的机电装置。如图42中所示，继电器708、710、712包括触点部分736和直流(DC)操作器738。触点部分736通常具有至少一个可移动触点和至少一个固定触点。经由由控制电路720提供的控制信号，在由DC操作器738的线圈的通电产生的磁场的影响下使可移动触点移位。每个继电器708、710、712还具有允许检测输入和/或输出电力的电流的电流传感器740。在一些实施方式中，电流传感器740可以是与导电迹线732、734相关联的单独的部件，所述导电迹线732、734便于将三相电力从线路侧端子714提供至继电器708、710、712或便于将三相电力从继电器708、710、712提供至负载侧端子722。
另外，PCB 702中或上的导电迹线742将每个继电器708、710、712的DC操作器738电耦接至控制电路720。此外，PCB中或上的导电迹线744可以便于在电源718与控制电路720之间提供三相电力。在一些实施方式中，可以由马达控制器700的部件来执行附加的监测、编程、数据通信、反馈等。在这样的实施方式中，可以通过PCB 702中或上的附加导电迹线提供和交换信号。
图43示出了控制电路720的各个部件的框图746。如图43中所示，控制电路720具有一个或更多个处理器748以及存储器电路750。更具体地，存储器电路750可以包括存储指令的有形非暂态计算机可读介质，所述指令在由一个或更多个处理器748执行时执行本文中描述的各种过程。应当注意，“非暂态”仅表示介质是有形的，而不是信号。尽管控制电路720被描述为是PCB 702的一部分，但是控制电路720可以与PCB 702分开并且与PCB 702上的部件进行通信。还应当注意，控制电路还可以包括上面描述为控制系统198的一部分的元件。
在一些实施方式中，马达控制器700的操作(例如，继电器708、710、712的打开或闭合)可以由控制电路720控制。控制电路720还可以具有一个或更多个接口752以在控制电路720与传感器、外部部件和电路、继电器线圈等之间交换信号。控制电路720还具有导体754、756、758或引出线以用于经由PCB 702的导电迹线与各种装置进行通信。例如，导体754可以从与电源718、马达控制器700、马达728等相关联的各种传感器770接收传感器数据。更具体地说，传感器770可以监测(例如，测量)电力的特性(例如，电压或电流)。因此，传感器770可以包括电压传感器和电流传感器。替选地，传感器770可以被建模或计算基于其他测量(例如，虚拟传感器)确定的值。可以根据可用的参数和应用使用许多其他传感器和输入装置。另外，导体756可以与编程或通信接口772交换数据，并且导体758可以向继电器708、710、712提供控制信号。
尽管图41和图42中描述的PCB 702由单个马达控制器700实现，但是其他PCB配置可以由多个马达控制器实现以便控制各个马达。在一些实施方式中，例如，PCB可以由五个以上的马达控制器、十个以上的马达控制器或任何其他合适量的马达控制器来实现，以控制特定机器或过程的各个马达。考虑到前述内容，图44示出了由多个马达控制器(例如，MCN)实现的示例性PCB 776的框图774，所述多个马达控制器(例如，MCN)被配置成控制特定机器或过程的相应的多个马达(例如，MN)。每个马达控制器(例如，MC1、MC2、MC3、MC4、…、MCN)可以具有安装至PCB776的与其相关联的三个继电器。例如，马达控制器MC1可以与继电器778、780、782相关联，马达控制器MC2可以与继电器784、786、788相关联，马达控制器MC3可以与继电器790、792、794相关联，马达控制器MC4可以与继电器796、798、800相关联，以及马达控制器MCN可以与继电器802、804、806相关联。与每个马达控制器MCN相关联的继电器通过PCB 776电耦接至其他电路部件。具体地，继电器具有控制接头，所述控制接头通过将控制信号通过控制接头施加至继电器来便于继电器的自动打开和闭合(即，自动地改变每个继电器的相应的导电状态)。每个马达控制器MCN经由一组线路侧端子810耦接至三相电源808。每个马达控制器MCN的继电器通过PCB 776从一组线路侧端子810接收三相电力，并且通过各个负载侧端子812将三相电力输出至相应的马达M1、M2、M3、M4、…、MN。如上所述，应当注意，本文所描述的三相实现并非旨在进行限制。更具体地，可以在单相电路上采用所公开的技术的某些方面。
此外，电源814耦接至PCB 776。电源814通过PCB 776向控制电路816提供电力。更具体地，电源814从来自一组线路侧端子810的电力的相中的一个或更多个相接收电力，并将该电力转换为经调节的电力(例如，直流(DC)电力)。控制电路816从电源814接收经调节的电力，并将经调节的电力用于如本文所描述的监测、计算和控制功能。应当注意，电源814和控制电路816可以具有与本文中描述的电源718和控制电路720相似的各种特征和功能。
如上所述，在已经将多个马达控制器MCN(例如，马达启动器)电耦接至PCB 776之后，PCB 776的控制电路816可以执行初始化过程以自动地调整PCB上的电路连接以正确地将用于控制每个马达MN的导线路由至适当的马达控制器MCN。考虑到这一点，图45示出了用于由控制电路816执行的初始化过程的方法818的流程图。在框820中，控制电路816可以以受控方式向PCB 776的每个负载侧端子812发送信号以测量电耦接至PCB 776的每个马达MN的反EMF特性，以确定连接至每个负载侧端子812的各个导线如何连接至每个马达控制器MCN。在一些实施方式中，控制电路816可以接收与电耦接至PCB 776的每个马达MN相关联的反EMF数据(例如，电压数据)，并基于接收到的数据确定每个马达MN的反EMF。在框822中，基于每个马达MN的反EMF特性，控制电路816可以确定正确地对应于特定马达MN的每个马达控制器MCN的标识。
在框824中，然后，控制电路816可以调整PCB 776上的电路连接，以正确地将控制每个马达MN的导线路由至适当的马达控制器MCN。例如，控制电路816可以确定马达控制器MC1对应于马达M4，并且马达控制器MC4对应于马达M3。也就是说，马达M4可以通过负载侧端子812电耦接至PCB 776，该负载侧端子812通常不用于耦接与马达控制器MC1相对应的马达(例如，不直接与PCB 776上的马达控制器MC1的继电器778、780、782一致或不直接在其下方)，并且马达M3可以通过负载侧端子812电耦接至PCB 776，该负载侧端子812通常不用于耦接与马达控制器MC4相对应的马达(例如，不直接与PCB 776上的马达控制器MC4的继电器796、798、800一致或不直接在其下方)。然后，控制电路816可以自动地调整PCB 776上的电路连接，以将控制马达M4的布线路由至马达控制器MC1，以及将控制马达M3的布线路由至马达控制器MC4。也就是说，PCB 776可以包括切换网络811，该切换网络811可以由将继电器778至806的输出互连至不同的负载侧端子812的开关网络组成。
通过示例的方式，切换网络811可以包括用于连接至与特定马达相关联的负载侧端子812的子集的每组继电器(例如，778、780、782)的开关的子集。开关的子集可以使一组继电器(例如778、780、782)中的每个单独的继电器能够连接至负载侧端子812的子集中的任何一个，使得错误地放置在一个负载侧端子812中的导线可以经由切换网络811在内部路由至正确的继电器(例如778、780、782)。
另外，切换网络811可以便于改变布置在PCB 776上的任何单独的继电器至任何单独的负载侧端子812之间的路由。以这种方式，如果控制电路816检测到负载侧端子812被不正确地布线以将继电器的一个输出连接至不与该继电器相关联的马达，则切换网络811可以自动地将不正确布线的负载侧端子812重新路由至正确的继电器输出。
通过自动地调整PCB 776上的电路连接以将控制特定马达MN的布线路由至适当的马达控制器MCN，可以减少与耦接至PCB 776的马达控制器MCN的初始化过程相关联的时间，从而减少了用于组装和制造马达控制系统的时间。也就是说，马达控制器MCN可以耦接至PCB 776，而不考虑每个马达控制器MCN在物理上如何定位在PCB 776上。代替地，切换网络811可以将用于相应的马达MN的适当的负载侧端子812连接至PCB 776的相应的继电器。另外，初始化过程还可以使在组装和制造期间不正确地布线这样的马达控制系统的可能性最小化，因为控制电路816自动地确定并通过PCB 776将每个马达控制器MCN与适当的马达MN连接。
在PCB 776的控制电路816已经执行上述初始化过程之后，控制电路816可以监测和控制PCB 776上的每个马达控制器MCN的一个或更多个继电器的操作。例如，控制电路816可以检测继电器的数目并且确定PCB776能够控制的马达MN的数目。然后，PCB 776的控制电路816可以确定当前耦接至PCB 776的马达MN的数目，并且禁用当前未连接至这样的马达MN的任何继电器。例如，控制电路816可以检测到在PCB 776上存在十二个继电器，并且PCB776能够控制四个马达。然而，在执行上述初始化过程之后，控制电路816可以确定两个马达M1、M3当前连接至PCB776。控制电路816可以禁用当前未用于控制相应的马达的马达控制器(例如，MC2和MC4)的继电器784、786、788、796、798、800。以这种方式，控制电路816可以通过禁用当前未使用的任何继电器来提高马达控制系统的功率效率。
另外，PCB 776的控制电路816可以自动地配置PCB 776上的一些继电器(例如，每个马达控制器MCN的继电器)，以根据基于耦接至PCB 776的马达MN的类型的不同的电流额定值和/或耦接至PCB 776的马达MN的数目进行操作。例如，控制电路816可以经由上述初始化过程将一个或更多个继电器(例如，16安培继电器)配置成支持两个较低的额定安培马达或一个较高的额定安培马达。另外，控制电路816可以基于当前耦接至PCB 776的马达MN的数目和/或类型提供向PCB 776添加一个或更多个跳线的建议以建立适当额定的继电器连接。因此，PCB 776可以为马达控制系统提供增加各种应用之间的灵活性，从而减少实现这样的应用所需的PCB的数目。
在一些实施方式中，PCB 776的控制电路816可以监测线路侧端子810或负载侧端子812的温度。诸如热电偶等的温度传感器可以测量线路侧端子810和/或负载侧端子812的温度，并将温度数据中继至PCB 776的控制电路816。在确定特定的线路侧端子810和/或特定的负载侧端子812的温度已经超过给定的阈值时，控制电路816可以提供可视指示或可听指示。例如，该指示可以表示用于重新紧固连接至特定的线路侧端子810和/或特定的负载侧端子812的导线的建议。在一些实施方式中，可以在显示器中描绘的可视化等上提供该指示。
本文中描述的实施方式的技术效果包括通过允许马达控制器耦接至PCB而不考虑每个马达控制器如何通过PCB连接至相应的马达(例如，与要在马达控制器与控制系统之间路由的单独标记的导线相比)减少组装和制造马达控制系统的时间。另外，可以使在组装和制造期间不正确地布线这样的马达控制系统的可能性最小化。此外，基于当前由PCB控制的马达，通过在操作期间监测和控制PCB上的一个或更多个继电器(例如，禁用或激活继电器)，可以通过禁用当前未使用的任何继电器来提高马达控制系统的电源效率。
应当注意，尽管本文中描述的某些实施方式是在上下文中或作为继电器装置的一部分的触点中描述的，但是应当理解，本文中描述的实施方式也可以在合适的接触器和其他切换部件中实现。此外，应当注意，本文中的各个小节中描述的实施方式中的每个可以独立地实现或与在不同小节中详细描述的各种其他实施方式结合来实现，以实现可以具有更长的生命周期的更高效(例如，功率、时间)和可预测的装置。还应当注意，尽管参考说明书中描述的特定的继电器装置或接触器详细描述了本文中描述的一些实施方式，但是应当理解，提供这些描述出于理解如何实现某些技术的益处。实际上，本文中描述的系统和方法不限于以上描述中采用的特定装置。
尽管在本文中仅示出和描述了本公开内容的某些特征，但是对于本领域技术人员而言将想到许多修改和改变。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖如落入本公开内容的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (16)

1.一种继电器装置，包括：
电枢，其被配置成在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位置将所述电枢电耦接至第一触点，所述第二位置将所述电枢电耦接至第二触点；
继电器线圈，其被配置成接收电压，所述电压被配置成使所述继电器线圈磁化，从而使所述电枢从所述第一位置移动至所述第二位置；以及
驱动电路，其被配置成将所述电压耦接至所述继电器线圈，其中，所述电压高于与所述继电器线圈相关联的额定电压，
其中，所述驱动电路包括：
切换装置，其与第一温度系数相关联；以及
齐纳二极管，其具有第二温度系数，所述第二温度系数被配置成补偿由于温度的变化而引起的所述切换装置的特性的变化。
2.根据权利要求1所述的继电器装置，其中，所述电压为所述额定电压的大约四到五倍。
3.根据权利要求1所述的继电器装置，其中，所述驱动电路还包括：
第一电压源，其被配置成向所述继电器线圈输出所述额定电压；以及
第二电压源，其被配置成输出附加电压。
4.根据权利要求3所述的继电器装置，其中，所述驱动电路还包括开关，所述开关被配置成将所述第二电压源耦接至所述继电器线圈。
5.根据权利要求4所述的继电器装置，其中，所述开关被配置成：在所述电枢从所述第一位置移动至所述第二位置之后，将所述第二电压源从所述继电器线圈解耦。
6.根据权利要求1所述的继电器装置，其中，所述驱动电路被配置成向所述继电器线圈输出恒定电流。
7.一种电路，包括：
电压源；
线圈，其被配置成接收由所述电压源输出的电压，其中，所述电压被配置成使所述线圈磁化，从而使电枢从第一位置移动至第二位置，并且其中，所述电压大于与所述线圈相关联的额定电压；
齐纳二极管，其耦接至所述电压源；以及
切换装置，其被配置成将所述电压源耦接至所述线圈，其中，所述切换装置耦接至所述齐纳二极管，
其中，所述齐纳二极管的第一温度系数被配置成补偿所述切换装置的第二温度系数。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述电压为所述额定电压的大约四到五倍。
9.根据权利要求7所述的电路，其中，所述电压源包括：
第一电压源，其被配置成向所述线圈输出所述额定电压；以及
第二电压源，其被配置成向所述线圈输出附加电压。
10.根据权利要求9所述的电路，还包括开关，所述开关被配置成将所述第二电压源耦接至所述线圈。
11.根据权利要求10所述的电路，其中，所述开关被配置成：在所述电枢从所述第一位置移动至所述第二位置之后，将所述第二电压源从所述线圈解耦。
12.一种方法，包括：
经由电路将第一电压源耦接至线圈，其中，所述线圈被配置成接收经由所述第一电压源输出的第一电压，其中，所述第一电压被配置成使所述线圈磁化，从而使电枢从第一位置移动至第二位置；
经由所述电路将第二电压源耦接至所述线圈，其中，所述线圈被配置成接收经由所述第二电压源输出的第二电压；以及
在所述电枢从所述第一位置移动至所述第二位置之后，经由所述电路将所述第二电压源从所述线圈解耦，
其中，在所述第二电压源从所述线圈解耦之后，所述第一电压源保持耦接至所述线圈。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一电压对应于所述线圈的额定电压。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二电压对应于大于所述线圈的额定电压的值。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述线圈被配置成：当所述第一电压源和所述第二电压源耦接至所述线圈时，接收为所述线圈的额定电压的大约四到五倍的电压。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述线圈被配置成从所述第一电压源和所述第二电压源接收恒定电流，并且其中，所述线圈的线圈电压利用所述恒定电流自动地调整以保持一致的操作。
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