CN113205981A

CN113205981A - 电压测量装置

Info

Publication number: CN113205981A
Application number: CN202110124981.0A
Authority: CN
Inventors: A·蒂伊叙兹; S·布赖施; H·罗伊特纳; B·舒曼
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-08-03
Also published as: EP3859763A1; EP3859763B1

Abstract

本发明标题为“电压测量装置”。一种电压监测装置包括：输入连接器，用于接收输入电压；联动装置；弹簧，用于将联动装置推向第一稳定位置；以及螺线管，通过输入电压供电，并且适于如果被施加到螺线管的电压超过第一阈值，则将联动装置从第一位置位移到第二位置，并且适于在被施加到螺线管的所述电压超过低于第一阈值的第二阈值的同时，将联动装置保持在第二位置。通过联动装置所控制的开关连接到输入连接器和螺线管，以便在联动装置处于第一位置的同时，将第一百分比的输入电压施加到螺线管，并且在联动装置处于第二位置的同时，将第二百分比的输入电压施加到螺线管，第二百分比小于第一百分比。

Description

电压测量装置

技术领域

本发明涉及用于监测输入电压并且用于在输入电压下降到低于预定阈值时触发适当动作的装置。这种类型的常用装置称作欠压脱扣器（undervoltage release），并且用作在对欠压脱扣器的输入电压下降到低于预定第一开关电平时关断电力的消耗器（consumer），并且用作当输入电压已经返回到第二开关电平时接通消耗器或至少使它能够恢复操作。

背景技术

通常，欠压脱扣器包括：输入连接器，所述输入连接器用于接收输入电压；联动装置（linkage）；弹簧，所述弹簧用于将联动装置推向第一稳定位置；螺线管（solenoid），所述螺线管通过输入电压供电，并且适于如果被施加到螺线管的电压超过接通阈值，则将联动装置从第一位置位移到第二位置，并且适于在被施加到螺线管的电压超过低于接通阈值的关断阈值的同时，将联动装置保持在第二位置；以及开关，所述开关通过联动装置来控制。通常，开关控制输入电力是否被提供给消耗器。

两个阈值之间的某个差是必需的，以便防止装置当输入电压接近阈值时进行切换（toggling）。另一方面，如果该差较大，并且为了将联动装置带入第二位置所需的强电流在联动装置被保留在第二位置的同时持续保持，则不必消耗电力，有可能使螺线管过热。

DE 20110741 U1公开一种欠压脱扣器装置，其中螺线管的磁场在螺线管将联动装置正拉向第二位置时能够比当它已经到达第二位置时更强。这个装置使用相互并联连接并且与螺线管串联连接的电阻器和电容器。在稳态中，当输入电压恒定时，没有电流流经电容器。当存在输入电压的升高时，流经电容器的电流将添加经过电阻器的电流。然而，仅当电容器足够大以便在被充电达稳定电压电平之前提供显著增加的电流时，这才将具有显著效果，所述稳定电压电平通过输入电压的最终值以及电路的其他组件的值所定义。因此，现有技术装置需要大且昂贵的电容器，该电容器的使用寿命趋向于受限，特别是在升高温度下所使用时。此外，电容器的效果根据输入电压的变化率而改变，而欠压脱扣器装置的效果应当单独取决于输入电压。

因此，本发明的目的是提供一种电压监测装置，该电压监测装置是能量有效的，并且将在预定阈值电压处操作，而不管输入电压的变化率如何。

该目的通过一种电压监测装置来实现，该电压监测装置包括：输入连接器，所述输入连接器用于接收输入电压；联动装置；弹簧，所述弹簧用于将联动装置推向第一稳定位置；以及螺线管，所述螺线管通过输入电压供电，并且适于如果被施加到螺线管的电压超过第一阈值，则将联动装置从第一位置位移到第二位置，并且适于在被施加到螺线管的电压超过低于第一阈值的第二阈值的同时，将联动装置保持在第二位置；以及开关，所述开关通过联动装置来控制，其中开关没有连接到消耗器而是连接到输入连接器和螺线管，以便将第一百分比的输入电压施加到处于稳态（其中联动装置处于第一位置）的螺线管并且将第二百分比的输入电压施加到处于稳态（其中联动装置处于第二位置）的螺线管，第二百分比小于第一百分比。

实际上，百分比将小于100%，但是这不一定是这样；将设想在输入连接器与螺线管之间提供升压器（voltage booster），使得阈值电压中的一个或两者可高于输入电压。

开关能够被连接以便当联动装置处于第二位置时将电阻器与螺线管串联连接，而当联动装置处于第一位置时，电阻器为空载或者至少具有流经其中的减小电流。

开关优选地是机械开关，即，它包括第一接触板和第二接触板，所述第一接触板和第二接触板在联动装置处于第一位置的同时处于物理和电接触，并且在联动装置处于第二位置的同时相互间隔开。

分流（shunt）二极管能够并联连接到螺线管，以便抑制电压振荡，所述电压振荡可能在瞬变状况下发生并且可能使联动装置按照非预期方式移动。

用于控制输入电力供应到消耗器的第二开关能够被集成到电压监测装置的实施例中。

备选地，该装置能够设计成控制外部开关。这种装置可包括壳体，联动装置的一部分从该壳体伸出，该壳体的位移能够用于操作外部开关。

通常，诸如欠压脱扣器和断路器之类的控制装置进入壳体，所述壳体具有两个平行平坦侧壁以及提供有导轨托台（rail mount）的窄侧，通过该导轨托台，多个这类装置能够并排（side by side）安装在共享导轨上。在这种装置中，如果上述伸出部分从平坦侧中的一个伸出，则它能够接合在相邻装置中并且对它进行控制。

优选地，伸出部分是轴，并且围绕沿导轨的纵向方向延伸的轴线是可旋转的。这种伸出部分易于安装，因为壳体的侧壁能够充当轴承。

轴的两个位置之间的旋转角不应当太小，以便实现相邻装置的可靠控制而不管可能的容差。这能够通过联动装置来实现，该联动装置包括第一可位移构件和第二可位移构件，其中轴是被螺线管经由第一可位移构件所驱动旋转的第二可位移构件的部分。第一部分与第二部分之间所位于的连接越靠近轴，则关联到第一可位移构件的给定位移的轴的旋转角将越大。

可位移构件能够通过第一可位移构件和第二可位移构件中接合另一可位移构件的边缘的一个可位移构件的插销来联结。

为了使可实现的旋转角最大化，连接插销的第一位置和第二位置的直线应当定位成使得存在从轴线延伸并且与该线条正交相交的半径。

为了使装置适应于紧凑外壳，弹簧优选地是螺旋形的。能够与螺线管相邻并且与它基本平行地容纳这种弹簧。

螺旋弹簧能够被容纳在第一可位移构件的腔体中。

本发明能够进一步在组装件中体现，该组装件包括：如上所述的电压监测装置；由监测装置所控制的从装置；以及导轨，在该导轨上，电压监测装置和从装置适于按照其中伸出部分接合从装置的并排关系来安装。

附图说明

根据后续参照附图对本发明的实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚。

图1是根据本发明的电压监测装置中的螺线管的和由螺线管所驱动的可位移构件的示意图；

图2，

图3是监测装置的电路图；

图4是监测装置、从装置和安装导轨的示意分解图。

具体实施方式

图1示意示出欠压脱扣器装置的实施例。该装置具有塑料壳体1，该塑料壳体1的一个侧壁在图1中被移除，以便示出壳体1内部的机械和机电组件。它们中的一个是电磁体2。电磁体2包括：由铁磁材料所制成的沿轴线4延伸的芯3；以及围绕芯3并且沿轴线4延伸的螺线管5。L形磁轭6具有第一分支，该第一分支的末端被固定到芯3的第一极面；以及第二分支，其沿芯3延伸，使得磁轭6的第二端与芯3的第二极面基本上对齐。

第一可位移构件7枢转地（pivotably）链接到磁轭6的第二端。第一可位移构件7至少部分由铁磁材料制成；优选地，它由铁磁材料整体制成。

在与磁轭6的第二支臂相对的电磁体2的一侧，第二可位移构件8沿与轴线4平行的方向可位移地安装。第二可位移构件8能够从塑料来注模。在所示实施例中，限定构件8的位移方向和行程（stroke）的导轨通过构件8的槽9来形成，该槽9与轴线4平行地延伸，所述槽9通过腹板（web）或者通过壳体1的两个间隔开的插销10来接合。

槽9通向在构件8的延长主体内部形成的延长腔体11。螺旋弹簧12在插销10中的一个与腔体11的端面之间被压缩，因此将构件8推靠在构件7的末端，并且将构件7推靠在壳体1中形成的支柱（abutment）13，因此限定构件7和8的第一稳定位置，其中构件7与芯3的第二极面间隔开。

第三可位移构件14包括轴15，该轴15沿与图1的平面垂直的轴线16延伸，并且通过被容纳在壳体1的平行侧壁17的圆孔来枢转地安装。图1中，所示唯一侧壁17的孔18被表示为虚线，因为它被隐藏在构件14的支臂19下面，其沿径向方向从轴15延伸。通过第二弹簧（未示出）逆时针地偏置轴15。

在支臂19的末端，形成边缘20，该边缘20通过第二弹簧的偏置作用被压靠在与轴线16平行地延伸的构件8的插销21。

点线25示出第一稳定位置与第二稳定位置之间的插销21的位移。从轴线16延伸的半径26以直角相交线条25。

开关22例如通过构件8的支臂23来联结到构件8，该支臂23每当构件8被位移时操作开关22的杠杆24。

当电流流经螺线管5时，构件7被磁性吸引到芯3的第二端面。当电流超过预定阈值时，磁性吸引足以压缩弹簧12，使得到达第二稳定位置，其中构件7邻接芯3，如图1中以虚线所示。在最简单的情况下，构件7可完全由铁磁材料来制成。备选地，它可包括铁磁主体以及面向芯3的铁磁主体的一侧所提供的非磁性材料层。在构件7在其第一稳定位置与第二稳定位置之间被位移的途中存在固有磁滞，因为在第二稳定位置中，在构件7与电磁体2之间通过螺线管5中流动的给定电流所生成的磁性吸引由于减小的空气隙而比第一位置中更强。通过选择非磁性层的适当厚度，能够控制第二稳定位置中的空气隙的宽度以及因此还有磁滞量。

通过移动到其第二稳定位置，构件7向下推构件8、压缩弹簧12以及操作开关22。通过第二弹簧的推进，枢转构件14逆时针旋转，使得边缘20与插销21保持接触，并且构件14还采取其第二稳定位置，以虚线示出。然而，被施加到轴15的外转矩可补偿第二弹簧的转矩，使得当构件7和8处于其相应的第二位置时，构件14仍然能够在其第一位置与第二位置之间进行枢转。

图2是根据第一实施例的图1的监测装置的电路图。在输入连接器27之间，电阻器R1、R2与螺线管5串联地安装。R1是可选的。续流二极管D能够与螺线管5并联地提供。开关22是单极单掷开关22，即，具有一个固定接触板31和一个移动板32的开关，所述移动板32能够触碰到接触板31或者与其间隔开。开关22与电阻器R2并联地安装。图2所示的开关22的断开状态对应于以上所述的第二稳定位置，在第一稳定位置中，开关22闭合。因此，在第一稳定位置中，图2的电路的总电阻率较低，以及输入连接器27处的低输入张力足以产生磁场，该磁场将吸引可位移构件7，并且使它移向第二稳定位置。

当已经到达第二稳定位置时，开关22断开，以及电路的总电阻率增加了R2。由此，经过螺线管的电流减小，但是由于构件7与第二端面相接触，所以对于保持第二稳定位置比对于到达该第二稳定位置，弱得多的电流是充足的。由于其中开关22闭合的时间只是装置的总操作时间的极小部分，所以5不必对螺线管进行额定以支持延长时间段内流经开关的电流。因此，能够使用紧凑经济的螺线管。

图3中，开关22是单极双掷开关，即，具有第二固定接触板33的开关，移动板32的稳定位置与板31或者33相接触。开关22通过电阻器R1或R3允许电流流经螺线管5。如同图2中一样，R1是可选的，即，其电阻率可以为零。R3具有比R1更高的电阻率。当开关22的板31、32相接触时，大电流能够流经螺线管5，从而生成足够强以将运动中的可位移构件7从第一稳定位置设置朝向第二稳定位置的磁性吸引。选择R3的电阻率使得将朝向第二稳定位置运动中的构件7保持并且将它保留在其中。

如果被提供给输入连接器27的输入电压Vcc减小，则经过螺线管5的电流以及磁性吸引按比例减小，使得当超过预定的第一阈值（该第一阈值通过电阻率R1、R2或者R1、R3的适当选择是可调整的）时，磁性吸引不再足以克服弹簧12的力，并且可位移构件7、8、14还原到第一稳定位置。通过该移动，开关22闭合，从而使电流增加。然而，选择电阻器使得电流的增加不足以补偿由于构件7与芯3之间的间隙宽度的增加引起的吸引的减小。因此，不管电流增加如何，构件7将保持在第一稳定位置，除非输入电压Vcc再次增加至第二预定阈值。当这种情况发生时，可位移构件7、8、14将被拉回到第二稳定位置，并且开关22将再次闭合。

图4是图1的欠压脱扣器装置以及由其控制的从装置的透视图。两个装置的壳体1、28在轮廓上基本上相同，并且具有连接器（未示出），以用于沿某个取向安装在导轨29上，在所述取向中两个壳体的侧壁17相对导轨29的纵向方向沿法线延伸，并且其中两个壳体1、28的面向侧壁17相互接触）。导轨29例如能够是根据IEC/EN 60715的顶帽式（top hat）导轨。轴15的一部分伸出超过壳体1的侧壁17。壳体28的面向侧壁（未示出）具有开口，该开口设计成容纳轴15的伸出部分。壳体28内部的断路器通过接合壳体28的轴15的旋转是可操作的，以便当输入电压Vcc下降到低于第一阈值时切断对消耗器的电力（未示出），并且支臂19被推入其第一稳定位置。当输入电压升高到高于第二阈值并且构件7、8移入其第二稳定位置时，构件14也能够这样做，但是也可能被由断路器施加到轴15的转矩所抑制。即，虽然断路器在通过构件7、8、14所形成的联动装置处于第一位置时将始终断开，但是它在联动装置处于第二位置时能够例如借助于控制旋钮34被控制断开或闭合。

在图4的实施例中，轴15被安装在壳体1中，以便沿轴线16是可位移的，并且其长度略小于壳体1的厚度的两倍，使得它能够在与壳体1的一个侧壁17齐平的同时如图4所示地那样从另一个侧壁17伸出。壳体28具有背对着壳体1的侧壁17中的第二开口30。壳体28的两个开口30均与轴线16对齐。因此，轴15能够从任一侧接合壳体28，以及壳体1的电压监测装置能够控制其任一侧上安装的从装置。

参考标号

1 壳体

2 电磁体

3 芯

4 轴线

5 螺线管

6 磁轭

7 可位移构件

8 可位移构件

9 槽

10 插销

11 腔体

12 弹簧

13 支柱

14 可位移构件

15 轴

16 轴线

17 侧壁

18 孔

19 支臂

20 边缘

21 插销

22 开关

23 支臂

24 杠杆

25 线条

26 线条/半径

27 输入连接器

28 壳体

29 导轨

30 开口

31 接触板

32 接触板

33 接触板

34 控制旋钮。

Claims

1.一种电压监测装置，包括：输入连接器（27），所述输入连接器（27）用于接收输入电压（Vcc）；联动装置（7，8，14）；弹簧（12），所述弹簧（12）用于将所述联动装置（7，8，14）推向第一稳定位置；以及螺线管（5），所述螺线管（5）通过所述输入电压（Vcc）供电，并且适于如果被施加到所述螺线管（5）的电压超过第一阈值，则将所述联动装置（7，8，14）从第一位置位移到第二位置，并且适于在被施加到所述螺线管的所述电压超过低于所述第一阈值的第二阈值的同时，将所述联动装置保持在所述第二位置；以及开关（22），所述开关（22）通过所述联动装置（7，8，14）来控制，

其特征在于，所述开关（22）连接到所述输入连接器（27）和所述螺线管（5），以便在所述联动装置（7，8，14）处于所述第一位置的同时，将第一百分比的所述输入电压（Vcc）施加到所述螺线管（5），并且在所述联动装置（7，8，14）处于所述第二位置的同时，将第二百分比的所述输入电压（Vcc）施加到所述螺线管（5），所述第二百分比小于所述第一百分比。

2.如权利要求1所述的电压监测装置，还包括电阻器（R2，R3），所述电阻器（R2，R3）在所述联动装置（7，8，14）处于所述第二位置时与所述螺线管（5）串联连接，并且其中所述电流在所述联动装置（7，8，14）处于所述第一位置时减小。

3.如权利要求1或2所述的电压监测装置，其中，所述开关（22）包括第一接触板和第二接触板（31，32），所述第一接触板和第二接触板（31，32）在所述联动装置（7，8，14）处于所述第一位置的同时处于物理和电接触，并且所述第一接触板和第二接触板（31，32）在所述联动装置（7，8，14）处于所述第二位置的同时相互间隔开。

4.如前述权利要求中的任一项所述的电压监测装置，其中，续流二极管（D）并联连接到所述螺线管（5）。

5.如前述权利要求中的任一项所述的电压监测装置，还包括壳体（1），所述联动装置（7，8，14）的一部分（15）从所述壳体（1）伸出。

6.如权利要求5所述的电压监测装置，其中，所述壳体（1）包括导轨托台连接器，所述导轨托台连接器用于安装在优选地为DIN导轨的导轨（29）上，以及所述联动装置（7，8，14）的伸出部分（15）经过所述壳体（1）的侧壁（17）伸出，所述侧壁（17）与所述导轨（29）的纵向方向垂直。

7.如权利要求6所述的电压监测装置，其中，所述伸出部分是轴（15），并且围绕沿所述纵向方向延伸的轴线（16）是可旋转的。

8.如权利要求7所述的电压监测装置，其中，所述联动装置（7，8，14）包括第一可位移构件和第二可位移构件，以及所述轴（15）是被所述螺线管（5）经由所述第一可位移构件（7，8）所驱动旋转的所述第二可位移构件（14）的组成部分。

9.如权利要求8所述的电压监测装置，其中，所述第一可位移构件（7，8）和第二可位移构件（14）通过所述第一可位移构件和第二可位移构件中接合另一可位移构件的边缘（20）的一个可位移构件的插销（21）来联结。

10.如权利要求8或9所述的电压监测装置，其中，从所述轴线（16）延伸的半径（26）在至少45°的角度下相交连接所述插销（21）的第一位置和第二位置的直线（25）。

11.如权利要求8、9或10所述的电压监测装置，其中，所述弹簧（12）是被容纳在所述第一可位移构件（8）的腔体（11）中的螺旋弹簧。

12.一种组装件，包括：如权利要求6至11中的任一项所述的电压监测装置；从装置；以及导轨（29），在所述导轨（29）上，所述电压监测装置和所述从装置适于按照其中所述伸出部分（15）接合所述从装置的并排关系来安装。