CN115380349A - 用于操作中压至高压断路器的电动机致动器的控制方案 - Google Patents
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Abstract
本公开内容提供了一种用于电路断路器的触点致动单元。触点致动单元包括机电设备。机电设备的致动器连接到电路断路器中的触点装置。触点致动单元还包括控制单元。控制单元被配置为控制机电设备以移动致动器并将触点装置从第一位置带到第二位置。触点致动单元还包括命令前馈或运动轨迹和前馈控制器，其被配置为提供一个或多个数据信号。所提供的数据信号中的至少一个指示预定力和/或转矩值，其适于命令控制单元来利用致动器将触点装置移动到预定位置。
Description
技术领域
本公开内容涉及电气开关装置的领域，例如负载断路开关或断路器(CB)，尤其是用于高压或中压断路器(HVCB、MVCB)。特别地，本申请涉及用于电气开关装置的电驱动致动器。
背景技术
电气开关装置，例如负载断路开关或断路器(CB)，特别是用于高压或中压断路器(HVCB、MVCB)，可以构成分配给开关负载和/或故障电流的任务的单元的组成部分，其中典型值在1kA至300kA均方根的范围内。电气开关装置通过触点的相对移动而断开或闭合。
本公开内容可涉及用于大于例如1000伏的电压的高压和中压断路器装置。
已知的是，在高压和中压开关装置中，用于中断和用于连接/断开的电气操作可以通过移动触点装置中的触点来执行。这通过用于执行电气操作的致动系统来完成。
对于中断和连接/断开操作，在负载断路开关的常规系统中最频繁使用的致动装置可以是机械或液压型的。
机械致动装置通常可能需要复杂的运动系统来将力传递到移动触点以致动它。此外，复杂的调节过程可能是必要的，因为移动触点的行进曲线/运动轨迹可以仅由所涉及的结构元件的机械特性确定，而不能由用户改变。这些特性可以主要在电气开关装置或触点装置的设计期间设定。
由于复杂运动链的存在，这种触点装置的响应时间相对较长。为了实现更短的响应时间，可能有必要提供比移动单个可移动机械元件所需的能量多得多的能量。
此外，所述行进曲线/运动轨迹由于单个部件的磨损而可能随时间变化，导致性能的劣化，并且因此导致需要执行大量的维护干预以便维持致动系统的标称行为。
液压型致动装置已经部分地改善了这些问题，但是由于存在流体并且尤其是由于所述流体对温度变化的敏感性，而具有若干其他缺点。
一些开关装置针对电气操作使用包括电动机的致动和控制系统，该电动机可以自动触发或者可以由操作者手动致动。最近作为致动器引入的大功率电机驱动装置已经显示出作为传统弹簧或气动装置的可靠、廉价和可定制的替代方案的巨大希望。
在当前已知的电机驱动系统中，已经提出了一般的位置反馈控制。已知系统之一可以采用针对位置、速度和电流的基于级联的比例积分(PI)反馈回路的控制方案。
这些PI控制器的参数可能必须特别地调整，需要反复试验过程以达到触点装置中的开关触点的期望的行进曲线。
然而，这可能对充分利用电机驱动的灵活性造成若干限制。例如，反馈控制具有固有的延迟，这使得控制参考的直接、连续的调整是不可行的。另一个缺点可能是，当前控制中的操作以间接、难以预测的方式定义行进曲线，因此其调整需要相当多的时间和迭代。此外，行进曲线不能容易地适应于不同的故障条件。
因此，尽管完成了它们的任务，但是甚至这些致动和控制系统的特征在于，像先前描述的那些，对它们移动的机械元件的运动轨迹缺乏控制。在中断操作期间和在断开操作期间，对行进曲线/运动轨迹缺乏控制需要存在行程限制装置以限制移动触点的移动，并且需要存在减震器或阻尼器以在操作结束时耗散残余动能。
由于对行进曲线/运动轨迹缺乏控制，移动触点本身的定位是不准确的，并且可能导致受电气操作影响的机械部件的早期磨损。
此外，在中断、连接和断开操作期间对行进曲线/运动轨迹缺乏控制使得难以正确地协调它们。这可能需要若干干预，完成操作所需的时间显著增加。
因此，本公开内容的目的是提供一种以预定的开关行为操作断路器中的触点装置的改进方式，以克服已知装置的先前呈现的缺点。
发明内容
为了解决上述和其他潜在问题，本公开内容的实施例提出了以下方面中的一个或多个。
在本公开内容的一方面，提供了一种用于电路断路器的触点致动单元。触点致动单元可以包括：电驱动装置，其中，电驱动装置的致动器连接到电路断路器中的触点装置。
触点致动单元还可以包括控制单元。控制单元可以被配置为控制电驱动装置以移动致动器并将触点装置从第一位置带到第二位置。触点致动单元还可以包括运动轨迹和前馈控制器，被配置为提供一个或多个数据信号，其中，所提供的数据信号中的至少一个指示预定力和/或转矩值，其适于命令控制单元来利用致动器将触点装置移动到预定位置。
附图说明
将在示例的意义上呈现本公开内容的实施例，并且下面将参考附图更详细地解释它们的优点，其中：
图1示出了根据本公开内容的实施例的触点致动单元的控制方案的框图；
图2示出了根据本公开内容的实施例的框图；
图3示出了根据本公开内容的一个或多个实施例的运动控制器的实施例；
图4示出了根据本公开内容的一个或多个实施例的前馈控制器的实施例。
具体实施方式
在下文中，将参考示例性实施例描述本公开内容的原理和精神。应理解，所有这些实施例仅是为了本领域技术人员更好地理解和进一步实践本公开内容而给出，而非用于限制本公开内容的范围。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。
为了清楚起见，在本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施例的开发中，应当做出许多实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，这将在不同实施方式之间变化。此外，应当理解，这种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本领域普通技术人员来说，这不过是常规任务。
现在将参考附图描述所公开的主题。仅出于解释的目的，在附图中示意性地描绘了各种结构、系统和设备，以便不会因本领域技术人员公知的细节而使描述难以理解。然而，包括附图以描述和解释所公开的主题的说明性示例。在本文中使用的词语和短语应当被理解和解释为具有与相关领域技术人员对这些词语和短语的理解一致的含义。
本文的术语或短语的一致使用不旨在暗示该术语或短语的特殊定义，即与本领域技术人员所理解的普通和习惯含义不同的定义。就术语或短语旨在具有特殊含义(即，不同于技术人员所理解的含义)而言，将在说明书中以直接且明确地提供该术语或短语的特殊定义的定义方式来明确地阐述这种特殊定义。
本公开内容试图改进当前已知的开关系统，并且可提供中压到高压断路器的改进的操作机构。断路器的中断能力可能受到断路器中的触点装置中的触点运动的行进曲线的强烈影响，这可能影响断路器室的不同隔室中的压力以及由于开关操作而导致电弧燃烧的触点的位置。
所提出的电机驱动致动器可以提供直接控制触点装置的行进曲线的可能性。这可以允许设计最佳的中断能力。假定触点运动必须发生在几十毫秒的时间尺度上，快速且精确的控制策略是最重要的。
本公开内容提出了一种新颖的控制方案，以通过引入命令前馈实现来克服先前讨论的缺点，该命令前馈实现直接将断路器的触点装置中的触点的期望行进曲线作为输入，并且可以生成力和/或转矩参考。
因此，本公开内容的实施例可以提供一种用于电路断路器的触点致动单元。触点致动单元可以包括机电设备110。机电设备110可具有致动器。机电设备110的致动器可连接到电路断路器中的触点装置。
触点致动单元还可具有控制单元200，其可被配置为控制机电设备110以移动致动器并将触点装置从第一位置带到第二位置。
根据本公开内容的触点致动单元还可以具有运动轨迹和前馈控制器块210。运动轨迹和前馈控制器块210可以被配置为提供一个或多个数据信号，其中所提供的数据信号中的至少一个指示预定力和/或转矩值，其适于命令控制单元200利用致动器将触点装置移动到预定位置。
图1示出了这种系统的示例性实施例。块210构成命令前馈功能。该命令前馈块210可以输出表示期望的力或转矩值的值。(在该示例中，例如Fcff *表示力值，Tcff *表示转矩值)。这些值可以由连接到或包含在命令前馈块210中的存储器和/或查找表提供。
可以将这些值读入第二块250。该第二块250可以生成另外的信号值，在该示例中，但不限于，可以进一步处理的电流值I*。
块250可以被称为“力/转矩到电流映射”块。即，来自命令前馈块的力或转矩值(例如，力/转矩参考值)“映射”到特定电流(或包含相应信息的任何其他信号)值，其可表示期望的力/转矩值。如已经注意到的，块250也可以适于输出任何形式的值，例如电压值，其可以对应于力/转矩值。
该映射可以通过利用算法处理来自块210的值(例如，Fcff *和/或Tcff *)来实现，或者可以从查找表中获取，在该查找表中，将特定值(例如，电流或电压)分配给力/转矩值。
在图1的示例中，可以将电流值(例如，I*，但是这可以不被认为是限制)馈送到块260中。该块可以包括对随后的块(例如PWM块270)的电流控制。块260可以适于根据来自块250的值生成信号，在该示例中为电压V*。信号可以不限于电压信号，它可以是电流信号或任何合适的数据信号。
然而，该信号可以适于提供用于生成调制信号的适当信息，特别是脉宽调制信号，如图1中在用于执行PWM的块270中所示，即块270可以生成一个或多个脉宽调制信号，每个脉宽调制信号具有特定的占空比。
来自PWM块270的信号，特别是一个或多个脉冲调制信号，适于控制例如电压源逆变器180中的开关元件(半导体开关)。电压源逆变器180与机电设备110连接。电压源逆变器180可以适于命令机电设备110，特别是机电设备110中的致动器，移动到特定的预定位置。PWM信号允许以如下方式操作电压源逆变器中的开关，即，在机电设备110中，设置特定的和预定的磁场，该磁场在致动器上生成在特定位置驱动致动器的期望转矩或力。
必须注意，在一个实施例中，可以在没有来自致动器的反馈的情况下到达该位置。来自出自命令前馈控制器或运动轨迹命令前馈控制器210的期望转矩/力的“信息”可以足以假定在具有完好触点装置的“健康”断路器中，致动器可以在预定时间内被设置到期望位置。
“预定时间”可以意味着，通过实验，已经利用特定的触点装置调整了转矩/力命令，直到已经实现了特定的行为。这些力/转矩值可能与环境数据(温度、气体压力等)一起可能已经存储在任何块的存储区域中以便以后使用。
在机电设备110是具有转子作为动作者的电动机的情况下，这种位置可以是预定的旋转角度。在电驱动装置是螺线管或线性电机的情况下，这种位置也可以是电枢或转换器的特定激励。图1中的机电设备110可仅用作示例性装置，并且可代表任何上述驱动装置。机电设备110的致动器的该预定位置对应于断路器中的触点装置中的触点的特定位置。即，致动器的特定位置对应于触点装置中的触点的特定位置。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例提出来自运动轨迹和前馈控制器210的力和/或转矩值可对应于电路断路器中的触点装置的至少一个期望的行进曲线。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一个实施例提出期望的力和/或转矩值可以从系统模型中导出。系统模型可以表示触点致动单元和/或电路断路器的一个或多个机械和/或电气参数。系统模型还可以表示例如针对不同环境条件或不同触点集合的一个或多个行进曲线。
系统模型可以具有各种复杂程度，其可以明确地包括在前馈控制器中或者作为查找表提供，该查找表可以由发明人已知的仿真工具预先计算。查找表可以是前馈控制器的一部分。
模型或其参数也可适于覆盖变化的操作条件。这种类型的操作可以是额定操作，这意味着形成或断开额定电流。另一种类型的操作可以是故障中断。在这种情况下，变化的操作条件可以是特定类型的故障(例如，基于电流/电压(I/V)测量)。
可以在系统模型或其参数中表示的其他变化的操作条件可以是磨损/疲劳条件。磨损条件意味着材料在长的操作时间期间可能遭受磨损或疲劳。这些条件可以基于故障的历史或者基于特定传感器(光学传感器、电流传感器等)的测量，其可以适于识别例如机械部件的磨损或疲劳。
可能影响参数和/或一个或多个系统模型的其他条件可以包括喷嘴磨损、摩擦(例如机械部件之间的摩擦)、开关气体成分、环境条件(如温度、室压力)中的至少一个。
在断路器的操作期间，可能出现预先计算的值周围的干扰和不准确。因此，前馈输入可以由基于误差的运动控制来补充。基于误差的控制能够补偿实际负载与前馈参考的偏差。
运动轨迹和前馈块210可以将从行进曲线生成的参考提供给运动控制器240。力/转矩前馈输出也可以由该块生成。与运动控制器240的转矩参考输出结合的力/转矩前馈可向力/转矩-电流映射块250提供输入。该块可以生成用于电流控制器块260的电流参考，该电流控制器块继而可以提供用于电压源逆变器180的电压参考。解析器130可以可选地用于测量机电设备110的致动器位置，特别是时间相关的致动器位置。运动估计器块220可以可选地从由解析器130提供的值生成用于运动控制器240的反馈值。
在另一实施例中，系统可以被配置为从系统中先前确定的故障或非预期行为中学习。这种非预期行为例如可以是由于来自例如前馈块210的力/转矩命令而引起的断路器中的触点装置的预期闭合/断开时间与由反馈装置测量的闭合/断开时间的偏差。
即，根据力/转矩命令，例如可以预期，触点装置中的触点例如在x ms中移动到它们的位置。然而，反馈示出了操作需要x+a ms。必须补偿这个偏差“a”。
然后，系统可以适于考虑这些偏差，并且更新系统模型的数据和/或查找表中的数据。这意味着例如在触点装置的下一操作中，将发送不同的力/转矩命令，或者例如在力/转矩到电流映射块250中为相同的力/转矩命令指定(分配)新的映射。
更新还可以包括改写先前从系统模型或查找表中选择的值，并且用可以再次满足预期系统行为的值来代替它们，例如断路器中的触点装置的预期开关时间。力/转矩值是可适应的。可替换地，可以适配力/转矩到电流映射块250中的值，使得相同的力/转矩值生成力/转矩到电流映射块250的不同输出值。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例提出运动轨迹和前馈控制器210可以包括处理单元和存储区域，其中存储区域可包含预定数据。预定数据，也可以称为“数据集”，可以表示力和/或转矩值和/或至少一个预定行进曲线集合。有利地，可以每预定行进曲线集合存储至少一个力和/或转矩数据。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出至少一个系统模型可由一个或多个断路器的一个或多个示例性断路触点装置的运动轨迹的模型数据来表示。
即，市场上可能存在一些已知类型的开关。它们中的每一个可以包括特定的触点装置。该触点装置可以具有特定的运动轨迹(行进曲线)，该运动轨迹具有特定的行为/机械特性，特别是其中触点响应于来自力/转矩反馈控制器的特定的力/转矩值而从第一(例如，断开)位置移动到第二(例如，闭合)位置的时间跨度。可以分析这些类型的触点装置/开关中的每一个的行为。代表这些开关的行为的数据集可以作为数据值/特性曲线(数据集)存储在存储区域中。
任何使用的系统模型都可以由这样的曲线表示。即：存储区域可以具有多个存储的不同运动轨迹，其可以被作为系统模型。基于开关行为，控制器200可以从存储的多条曲线中选择适当的系统模型。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210可以与一个或多个传感器通信。一个或多个传感器(图中未示出)可以被配置为测量一个或多个值。
这些值可以表示触点装置或电路断路器的状态，例如健康状态。所述值可以是以下组中的一个或多个：电路断路器室中的气体(例如绝缘或灭弧气体)的成分、电路断路器室中的一个或多个温度。
用于电路断路器的触点致动单元的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出一个或多个传感器可被配置为进一步测量可由以下组成的组中的值：断路器内部和/或外部的环境温度、湿度、断路器中的触点装置的开关操作的数量；通过触点装置的系统电流；最近的开关操作的开关时间、电路断路器中的气体压力。
用于电路断路器的触点致动单元的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210可以被配置为根据一个或多个传感器值确定一个或多个预定力和/或转矩值(例如，Fcff */Tcff *)。
运动轨迹和前馈控制器210还可以被配置为基于传感器值向控制单元200提供相应的力和/或转矩值，即，运动轨迹和前馈控制器210可以在处理单元中计算存储在存储区域中的数据或数据集中的哪个可以对应于测量值。
例如，如果可以从例如温度传感器测量特定温度值，则处理单元可以确定可以选择较高/较低力/转矩值以实现所需的开关行为。在另一示例中，如果例如最近的开关操作由于例如移动部件的磨损而表现出开关时间的偏差，则处理单元可以决定选择适当的力/转矩值用于下一操作。
然而，在后一种情况下，系统可以决定更新用于系统模型和/或相应的查找表中的参数，因为在后一种情况下，磨损是不可逆的，因为机械磨损/疲劳不会随时间改善。
控制器可以被配置为计算和挑选单个力/转矩值，或者控制器还可以被配置为从系统模型选择行进曲线中的一个。
这种行进曲线可以与力/转矩值的完整数据集相关联。在这种情况下，运动轨迹和前馈控制器210可以不必计算这些值。控制器可以从选定的行进曲线中挑选(无需计算)可以对应于特定测量值的力/转矩值。
差别在于，在后一情况下，计算可以不是必需的。这意味着可能需要较少的处理能力。然而，可能发生的是，系统模型不再满足预期的开关行为的需要。例如，这可能在磨损/疲劳(机械)或其他问题(例如极端环境温度)的情况下发生。
在这种情况下，控制器210可依赖于计算其自己的力/转矩值。特别地，来自致动单元的反馈，特别是来自动作者的移动数据可以被作为参考，因为致动器的移动直接与开关操作相关。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210被配置为基于以下组中的至少一个值从任何块中的存储区域确定一个或多个预定力和/或转矩值：过去和/或计划的维护日期；触点装置的年龄；电路断路器的年龄；开关操作的历史。
即，例如，如果已经执行维护并且可能已经更换断路器中的部件(例如，触点)，则可能需要改变先前选择以实现特定开关行为的力/转矩值，因为新的部件没有机械磨损。因此，触点致动单元可以被配置为接收关于例如所执行的维护的信息，使得可以由相应的控制器选择与更换的(新的)部件的开关行为相对应的力/转矩值。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210可被配置为能够在触点装置的非预期开关行为的情况下自适配例如在任何块的存储区域中的力和/或转矩的值。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例提出运动轨迹和前馈控制器210可以被配置为根据一个或多个传感器值从存储区域确定一个或多个预定行进曲线或其组合，并且使得由至少一个行进曲线集合表示的相应的力和/或转矩值在运动轨迹和前馈控制器210的输出处可用。
本公开内容的可以与其他实施例集合的另一实施例提出运动轨迹和前馈控制器210中的处理单元可被配置为基于根据力和/或转矩值的触点装置的预期行为与测量的机电设备110的致动器的时间相关行为或测量的触点装置的行进曲线的时间相关行为之间的比较来适配(更新)存储区域中的数据值。即，运动轨迹和前馈控制器210中的处理单元可以自主地检测和校正行为中的偏差。新的和更新的值，例如力和/或转矩的值，可以被自主地写入存储区域中。
本公开内容中的存储区域可以是非易失性和可重写类型。可以向操作员通知已经执行的对存储区域的任何更新操作。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210可被配置为确定力和/或转矩值，特别是对于当前运行中的系统模型，以用于更新当前系统模型。
这可以基于断路器中的触点装置的行进曲线的预期行为与测量的触点装置的行进曲线的行为之间的偏差。可以计算力和/或转矩值的校正值和/或系统模型的值，并将其作为校正值存储在存储区域中。该实施例可以类似于先前实施例之一的“自更新”功能。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出机电设备110是旋转电机，例如AC(交流)、BLDC(无刷直流)电机、步进电机(类似于BLDC)或线性电机或螺线管。致动器可以是旋转电机的转子或线性电机的转换器或螺线管的电枢。
线性电机可以被认为是其定子和转子“展开”的电动机，因此，不是产生转矩(旋转)，而是沿着其长度产生线性力。因此，运动轨迹和前馈控制器210可以输出力数值。然而，线性电机不一定是直的。线性电机可以提供沿着其致动器的高加速度。线性电机可以具有与旋转机器类似的线圈配置。
因此，可以利用公知的电压源逆变器，例如利用空间矢量PWM进行控制。空间矢量脉宽调制(SVPWM)是用于将给定电压矢量施加到电驱动装置(例如，具有永磁体或感应电机的三相)的调制方案。
本公开内容的可以与其他实施例结合另一实施例提出致动器可直接耦接到触点装置，或者致动器可通过运动链耦接到触点装置，或者致动器可通过齿轮耦接到触点装置。致动器和触点装置中的触点之间的直接耦接使开关延迟降到最低。
使用诸如电气设备110的线性电机可能是有利的，因为运动是线性的并且简化了触点在触点装置中的移动。这节省了质量(更少的移动部件)并且因此可以减小惯性，这允许更快的开关/力(或转矩)值的减小。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出用于电路断路器的触点致动单元还可以包括反馈控制器，其被配置为向块250提供额外的力和/或转矩值。本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出反馈控制器可被配置为从机电设备110接收运动数据，并基于运动数据与行进曲线之间的偏差提供力和/或转矩。
在图2中，提供了具有反馈控制的本公开内容的另一示例性实施例。除了提供力/转矩前馈值之外，运动轨迹和命令前馈(CFF)块210还可以向运动控制器块240提供行进曲线控制参考。
根据电驱动装置的种类，参考可以包括一个或多个值。运动控制器块结合来自致动器的反馈信息，将例如参考转矩/力值Tfb/Ffb提供给转矩/力映射块250，并且力/转矩映射块可以将校正后的输出值提供给块260。
在旋转机器的情况下，行进曲线参考可以包括角度值和它们的时间导数，例如行进控制参考角度θ*、行进控制参考速度ω*、行进控制参考角度加速度α*。对于线性电机，参考可以包括转换器的激励的时间导数。
力/转矩到电流映射块250可以将总力/转矩输入转换为对应值，例如，直接正交(d-q)参考电流(Id *和Iq *)。电流控制器块260的输出可以经由由空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制的电压源逆变器被馈送到电机。由电流控制器块260计算和提供的值可以以非限制性方式包括一个或多个参数，如电压值Vd/Vq。
所述反馈控制器可以不作为单个块出现。运动估计器块220、运动控制器块240和解析器130可被视为表示(以任何组合)反馈控制器。它们也可以被组合在一个单个功能块中。从机电设备110的致动器，可以利用解析器130测量时间相关运动数据，例如sin(θ)和cos(θ)，表示在电机是旋转机器的情况下机电设备110的转子的角位置。
在线性电动机的转换器或螺线管的电枢的情况下，也可以提供相应的运动数据。连接到机电设备110的解析器130可适于测量并提供这种值作为一个或多个反馈参数值。
在线性电机的情况下，这可以是线性电机的致动器(转换器)的时间相关位置和/或例如致动器(转换器)的速度/加速度。这同样可以应用于螺线管的电枢。在旋转机器的转子的情况下，这样的值可以是角度、角速度或角加速度。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出提供给反馈控制器220、230、240的运动数据可以是来自一个或多个传感器的数据的函数和/或可从系统模型估计。
运动估计控制器220被配置为确定以下一组值中的一个或多个：机电设备110的致动器的角度或位置(例如，角度
)、致动器的速度(例如，在致动器是旋转机器中的转子的情况下的角速度(例如，角速度
))、致动器的加速度(例如，在致动器是旋转机器中的转子的情况下的角加速度(例如，角加速度
))。在线性电机的致动器的情况下，也可以提供相应的值。上述值中的一个或全部可以是瞬时值。
必须注意，致动器的时间相关位置值不一定需要采用解析器130。电流和电压也可以用于估计一组运动值，例如位置、速度和/或加速度。另一种可能性是使用另一种位置测量装置，例如编码器。
可以用于确定机电设备110的致动器的位置的另一种可能性可以包括：到机电设备110的电流可以包含所谓的“纹波”。这与大多数机电设备110在致动器中具有永磁体的事实有关。(此处不考虑单独激励的机电设备)。“纹波计数”方法依赖于测量到电驱动装置110的供电线之一中的电流波动。另一种用于确定致动器位置的方法可以是瞬态计数，其基于测量由移动的致动器生成的电压瞬态。
后两种方法都不需要与致动器耦接的特定解析器130。然而，利用运动估计块220内或反馈控制中的其他地方的方法/传感器的许多可能组合，位置确定是可能的。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出控制器200可以包括变换块(Clarke/Park变换)，以将电驱动装置的三相电流变换为直流和正交分量
控制器200还可以包括变换块(参见图2)以执行所述变换的逆变换。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出由运动控制器240计算和提供的一个或多个值可以至少包括参考力/转矩值。参考力/转矩值可被提供给“力/转矩到电流映射块”250(图2)，并且可被用于校正由反馈控制器确定的误差。
图3示出了运动控制器240的示例性实施例300。在该示例性实施例中，来自运动轨迹和命令前馈块210的速度和位置参考输入以及来自运动估计器块220的估计的速度和位置反馈被用作输入。在该示例性实施例中不采用致动器的加速度值。
本公开内容的可以与其他实施例结合的另一实施例可以提出运动轨迹和前馈控制器210可以包括指令前馈块，并且其中，力/转矩前馈Fcff */Tcff *值可以基于一个或多个函数，包含惯性、粘性阻尼、动态摩擦或其他值，例如，触点装置的移动部件(机械部件)的惯性或运动链的惯性。
图4示出了基于包含惯性、粘性阻尼和动态摩擦的示例性系统模型的命令前馈控制器的非限制性实施例400。该系统模型的参数可以基于断路器的详细系统模型作为查找表来提供，并且可以由仿真工具预先计算。本公开内容中先前讨论的其他参数也可以形成系统模型的一部分。
命令前馈控制器可以是运动轨迹和前馈控制器210的组成部分。
在替代实施例中，基于从系统模型预先计算的查找表，力/转矩前馈值可以直接提供给单元250。模型或其参数值也可以适于变化的操作条件(如上文详细描述的)。于是，在一个实施例中，可以提供各种查找表，并且可以在不同表之间进行内插。在另一个实施例中，系统模型或其适当的简化可以被嵌入前馈控制器中，例如但不限于，使用标准化的模型容器，诸如功能实体模型单元。
总之，本公开内容提供了一种用于断路器中的触点装置的改进的触点致动单元。触点装置由电驱动装置(例如电机)驱动。机电设备110可具有耦接到触点装置的致动器。
前馈控制有利地用于分别命令电驱动装置和致动器，以使触点装置例如从闭合位置移动到断开位置，反之亦然，或者任何其他中间位置。
可以仅利用来自前馈控制的值(力/转矩)来执行触点的运动。力/转矩值由例如可用断路器的触点装置的系统模型提供。然而，可以采用反馈来给出关于开关操作的信息。
可以确定预期行为和真实行为之间的偏差。可选的运动控制器补偿用于定位的参考值(行进曲线)及其导数与相应的测量反馈值之间的差异。位置及其导数的精确估计可以由适当的观测器来实现。
触点致动单元可适于(自主地)更新/校正触点致动单元的控制块的存储区域中的力/转矩值，使得可以用更新的力/转矩值来执行随后的开关操作。
Claims (15)
1.一种用于电路断路器的触点致动单元，包括：
机电设备(110)，其中，所述机电设备(110)的致动器连接到所述电路断路器中的触点装置；
控制单元(200)，被配置为控制所述机电设备(110)以移动所述致动器并将触点装置从第一位置带到第二位置；
运动轨迹和前馈控制器(210)，被配置为提供一个或多个数据信号，其中，
所提供的数据信号中的至少一个指示预定力和/或转矩值，所述预定力和/或转矩值适于命令所述控制单元(200)利用所述致动器将所述触点装置移动到预定位置。
2.根据权利要求1所述的触点致动单元，其中，
来自所述运动轨迹和前馈控制器(210)的预定力和/或转矩值对应于所述电路断路器中的所述触点装置的至少一个期望行进曲线，和/或，其中
所述预定力和/或转矩值从系统模型导出；其中
所述系统模型表示触点致动单元和/或电路断路器的一个或多个机械和/或电气参数和/或行进曲线。
3.根据前述权利要求中任一项所述的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)包括处理单元和存储区域，其中
所述存储区域包含表示所述力和/或转矩值，和/或至少一个预定行进曲线集合的预定数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的触点致动单元，其中，
至少一个系统模型由一个或多个电路断路器的一个或多个示例的断路触点装置的运动轨迹的模型数据表示。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，
其中，所述运动轨迹和前馈控制器(210)与一个或多个传感器通信，所述一个或多个传感器被配置为测量以下组中的一个或多个值：
电路断路器室中的气体的成分、所述电路断路器室中的一个或多个温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，所述一个或多个传感器被配置为还测量以下组中的一个或多个值：
环境温度、湿度、所述电路断路器中的触点装置的开关操作的数量；通过所述触点装置的系统电流；近期的开关操作的开关时间、所述电路断路器中的气体压力。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)被配置为根据一个或多个传感器值确定一个或多个预定力和/或转矩值，并且将相应的力和/或转矩值提供给所述控制单元(200)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)被配置为基于以下组中的值的至少一个来确定来自所述存储区域的一个或多个预定力和/或转矩值：
过去的和/或计划的维护日期；触点装置的年龄；电路断路器的年龄；开关操作的历史。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)被配置为在所述触点装置的非预期开关行为的情况下自适配力和/或转矩的值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)被配置为根据一个或多个传感器值从存储区域确定一个或多个预定行进曲线或其组合，并且提供由至少一个行进曲线集合表示的相应的力和/或转矩值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)中的处理单元被配置为基于根据力和/或转矩值的触点装置的预期行为与测得的所述机电设备(110)的所述致动器的时间相关行为或测得的所述触点装置的行进曲线的时间相关行为之间的比较结果来适配(更新)存储区域中的数据值。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述运动轨迹和前馈控制器(210)被配置为基于在所述触点装置的行进曲线的预期行为与测得的所述触点装置的行进曲线的行为之间的偏差来确定力和/或转矩值，和/或系统模型的值，并且计算所述力和/或转矩值，和/或所述系统模型的值的校正值，并且将所述校正值存储到存储区域中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述机电设备(110)是旋转电机或线性电机或螺线管，并且
所述致动器是所述旋转电机的转子或所述线性电机的转换器或所述螺线管的电枢，并且其中
所述致动器直接耦接到所述触点装置，或者所述致动器通过运动链而耦接到所述触点装置，或者所述致动器通过齿轮耦接到所述触点装置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，还包括：
反馈控制器(220、230、240)，被配置为向所述控制单元(200)提供附加力和/或转矩值。
15.根据前述权利要求中任一项所述的用于电路断路器的触点致动单元，其中，
所述反馈控制器(220、230、240)被配置为从所述机电设备(110)接收运动数据，并且基于所述运动数据与行进曲线之间的偏差来提供力和/或转矩；
和/或其中，提供给反馈控制器(220、230、240)的运动数据是来自一个或多个传感器的数据的函数和/或从系统模型被估计出。
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