CN116325055A

CN116325055A - 接触器控制

Info

Publication number: CN116325055A
Application number: CN202180061564.4A
Authority: CN
Inventors: 贡纳·约翰森
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2041-08-06
Also published as: US11887795B2; WO2022058089A1; EP3971927A1; US20230335359A1; KR20230066579A; CN116325055B

Abstract

本公开涉及一种控制机械接触器(1)的方法，该机械接触器(1)包括：至少一对触点(2)，用于在接触器处于闭合位置时传导市电电流(Im)；以及电磁体(4)，被布置为当控制电流(Ic)流过电磁体的线圈(5)时通过迫使该对触点朝向彼此来闭合接触器并且将接触器维持在闭合位置。该方法包括：在接触器处于闭合位置的同时，获取触点的意外分离的指示，以及响应于所获取的指示，通过关断控制电流来断开接触器并且将接触器维持在断开位置。

Description

接触器控制

技术领域

本公开涉及控制机械接触器的方法。

背景技术

机械接触器是一种开关器件，其通常意图用于在正常负载和过载条件下执行大量开关操作。IEC产品标准将机械接触器定义为一种只有一个静止位置的机械开关器件，除手动操作外，其能够在正常电路条件(包括操作过载条件)下产生、承载和分断电流。

传统应用是通过向电路施加和移除电压来启动、运行和停止三相AC电机。这表示，接触器应当能够在有限的时间期间产生浪涌电流并且承载启动电流，还应当能够在连续操作期间承载正常电流，并且在电机应该停止时最终分断电流。在某些情况下，接触器可能还需要分断可能显著高于正常电流的启动电流，并且因此对于这些情况，分断容量应当足够高。

短路故障通常不由接触器处理，而是由例如保险丝或断路器等短路保护器件(SCPD)处理。如果发生短路，这样的器件应当清除故障并且防止危险影响。短路对于接触器来说是一种关键情况，因为电流可能非常高，即使具有非常高电流的时间段很短，触点上的分离力也可能很高，并且器件中消耗的能量也可能很高。SCPD与接触器之间的协调可能很困难，并且经常是一个问题。

在短路故障期间，流经接触器的触点的大电流会产生洛伦兹力，这可能会迫使触点分离，从而在触点之间产生电弧。电弧本身是等离子体，但当电弧燃烧时，在接触表面上会有熔融的触点材料。这发生在正常电流分断过程期间以及在由短路引起的触点分离过程期间。然而，在正常分断过程期间，触点被完全分开，并且电弧被熄灭系统熄灭，电流被接触器本身分断，并且触点保持在完全断开位置并且被冷却。另一方面，在短路的情况下，触点可能会被洛伦兹力无意中压开，从而在接触表面上产生熔融材料的电弧。当SCPD清除短路时，分离力消失并且触点可能再次被压在一起。当触点冷却时，表面上的熔融材料可能被焊接在一起，并且由于触点卡在短路位置，接触器不能再断开。这阻止了接触器在短路故障之后重新使用。

发明内容

本发明的一个目的是防止由于接触器的触点的意外分离而导致触点焊接在一起。

根据本发明的一个方面，提供了一种控制机械接触器的方法，该机械接触器包括用于在接触器处于闭合位置时传导市电电流的至少一对触点、以及被布置为当控制电流流过电磁体的线圈时通过迫使该对触点朝向彼此来闭合接触器并且将接触器维持在闭合位置的电磁体。该方法包括：在接触器处于闭合位置的同时，获取触点的意外分离的指示，以及响应于所获取的指示，通过关断控制电流来断开接触器并且将接触器维持在断开位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，该计算机可执行组件用于当计算机可执行组件在控制器中所包括的处理电路系统上运行时使得控制器执行本公开的方法的实施例。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于机械接触器的控制器。该控制器包括处理电路系统和存储指令的存储装置，该指令能够由处理电路系统执行，由此所述控制器可操作以：在接触器处于闭合位置的同时，获取接触器的一对触点中的触点的意外分离的指示，该对触点用于在接触器处于闭合位置时传导市电电流；以及响应于所获取的指示，通过关断被布置为闭合接触器的电磁体的线圈中的控制电流来断开接触器并且将接触器维持在断开位置，并且当控制电流流过所述线圈时，通过迫使该对触点朝向彼此来将接触器维持在闭合位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种机械接触器，该机械接触器包括本公开的控制器的实施例、用于在接触器处于闭合位置时传导市电电流的一对触点、以及被布置为当控制电流流过电磁体的线圈时通过迫使该对触点朝向彼此来闭合接触器并且将接触器维持在闭合位置的电磁体。

通过断开接触器，包括主动分离触点和防止触点重新闭合，通过允许触点在其间的任何电弧之后充分冷却，防止触点焊接在一起。

需要注意，这些方面中的任何方面的任何特征都可以应用于任何其他方面(如适用)。同样，这些方面中的任何方面的任何优点可以应用于任何其他方面。所附实施例的其他目的、特征和优点将从以下详细公开、所附从属权利要求以及附图中很清楚。

通常，除非本文中另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语应当根据其在技术领域中的普通含义进行解释。除非另有明确说明，否则对“元件、装置、组件、部件、步骤等”的所有引用均应当公开解释为至少指代元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序来执行。对本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅旨在将该特征/组件与其他类似特征/组件区分开来，而未向该特征/组件赋予任何顺序或层次。

附图说明

将参考附图以示例方式描述实施例，在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的接触器的示意性立体视图。

图2是根据本发明的一些实施例的经由A点的电流路径和触点之间的对应洛伦兹力的图示。

图3是根据本发明的一些实施例的接触器和相关联的短路保护器件(SCPD)的示意性电路图。

图4是根据本发明的一些实施例的跨接触器的电磁体的线圈的去磁电路的示意性电路图。

图5a、图5b、图5c和图5d是本发明的方法的不同实施例的示意性流程图。

图6是根据本发明的一些实施例的控制器的示意性流程图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述实施例，附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，很多不同形式的其他实施例是可能的。相反，以下实施例以示例方式提供，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。相同的附图标记在全文中指代相同的元件。

图1示出了接触器1，该接触器1被布置为例如在线路与负载之间产生、承载和分断市电电流Im。接触器包括至少一对触点2，触点2在彼此接触(闭合接触器，即，使接触器从断开位置进入闭合位置)时产生市电电流Im，在被维持为彼此接触(将接触器维持在闭合位置)时承载市电电流，并且在彼此分离(断开接触器，即，使接触器从闭合位置进入断开位置)时分断市电电流。在图1的实施例中，接触器包括串联的两个触点对，每个触点2具有用于与其对中的另一触点2接触的接触表面2a。

图1示出了单相接触器1。然而，对应接触器可以被设计用于任何数目的相，例如其中每相具有一个或两个触点对。在三相接触器的情况下，可以为每相布置两个串联的触点对(如图1所示)，总共六个触点对，通常所有触点对由单个电磁体4操作。

针对操作，接触器1包括电磁体4，电磁体4用作致动器，该致动器用于分别闭合接触器、将接触器维持在闭合位置和断开接触器。电磁体4包括可移动电枢4a和固定芯4b，线圈5围绕芯4b缠绕并且被布置为承载控制电流Ic。当没有控制电流Ic流过线圈5时，芯4b与电枢4a之间没有磁吸引力，因此电枢借助于(多个)分离弹簧6被保持远离芯，并且触点2保持彼此分离，即，接触器处于其断开位置。当控制电流Ic接通并且因此流过线圈5时，线圈以及因此电磁体4被磁化，由此电枢4a被磁性地拉向芯4b，以使触点对彼此接触并且从而使接触器从其断开位置进入其闭合位置。在控制电流Ic流动的同时，接触器保持在闭合位置。可选地，接触弹簧3用于在接触器处于闭合位置的同时将触点2均匀地压靠在彼此上。当控制电流Ic断开，即，不流过线圈5时，线圈5(以及因此电磁体4)被去磁，电枢4a借助于分离弹簧6和/或接触弹簧3被推离芯4b，触点2被分离，并且因此接触器从其闭合位置进入其断开位置。

如果发生故障，通常是短路故障，当市电电流Im增加时，触点对中的触点2可以通过所谓的洛伦兹力被迫使彼此远离，这可能会分离触点，并且在接触器处于其闭合位置的同时在触点之间形成电弧。如果接触器通过流过线圈5的控制电流Ic保持在其闭合位置，则在故障电流结束之后，该对中的触点2可以通过电枢4a和/或接触弹簧3再次被迫使在一起。如果电弧在故障期间已经熔融触点2的接触表面2a，则当再次被迫接触时，触点可以被焊接在一起，从而使接触器不可用并且需要维修或更换。

接触器还包括控制器10，控制器10被布置为控制控制电流Ic，包括根据需要借助于控制信号接通和关断控制电流。控制器10还可以与接触器的操作方15(例如，人类操作方和/或操作系统)交互。控制器可以例如经由诸如显示屏和/或光和/或声音指示器等用户接口向操作方(例如，向人类操作方)提供关于接触器的操作的信息。这样的信息可以是关于接触器的故障或故障引起的断开。

图2示出了当接触器1处于闭合位置时触点对中的两个触点2之间的界面之上的电流路径。已经发现，在称为A点21的非常小的点中产生电接触。当两个平坦的接触表面2a结合在一起时，接触不是在整个表面上产生的，而是在这些特定的A点21中产生的，在触点2之间流过的电流必须经过A点，并且电流将被约束在这些点中。电流的约束导致反并联电流路径22，并且这些路径22之间的洛伦兹力将在两个触点2上产生分离力F。当电流增加时，分离力F也会增加，并且分离力与电流之间存在近似平方关系F～I²。在正常情况和过载情况下，接触弹簧3和电磁体4必须足够强以抵消分离力，但是在例如短路故障期间，分离力可能变得如此高以致触点被分离，并且在某些情况下甚至电磁体4可能被迫断开。在这种故障期间，影响触点2的不仅是洛伦兹力，还可以是由高能量消耗产生的压力。

当触点2分离，并且电流Im流动时，电弧将被点燃。电弧本身是等离子体，但当电弧燃烧时，在表面2a上会有熔融的触点材料。这通常发生在正常电流分断过程期间以及在由故障电流引起的触点分离期间。然而，在正常分断过程期间，触点2被完全分开，并且电弧可以被熄灭系统熄灭，电流被接触器1本身分断，并且触点2在冷却时保持彼此完全分开。

相反，在故障电流的情况下，触点2可能会被无意地压开，从而在表面2a上产生熔融材料的电弧，并且当故障例如通过SCPD被清除时，分离力F将减小，从而允许触点2再次被压在一起。当触点2冷却时，表面2a上的熔融材料可能被焊接在一起，并且由于触点2卡在短路位置，接触器1不能再被断开。

对于传统接触器，接触器1的控制只是开/关信号。接触器既不是过载检测器件，也不是SCPD，它只是接通和关断市电电流Im。因此，当接通信号(例如，来自操作方系统15)被激活时，接触器1的正常行为是闭合或保持闭合。因此，在故障电流导致触点意外分离之后，接触器通常会重新闭合触点2。这可以通过本发明的实施例来避免。

根据本发明，在获取触点对中的触点2的意外分离的指示时，控制器10用于通过关断控制电流Ic来断开接触器1，从而避免触点焊接在一起。在允许触点在断开位置冷却一定时间之后，接触器可以重置，以当控制器10接收到接通信号时再次允许接触器闭合。所获取的指示可以指示触点2的实际分离和/或其间形成的电弧，或者指示这样的分离或电弧的升高的风险。

图3示出了接触器1及其与周围环境的关系。在图3的实施例中，市电电流Im是由接触器1控制的三相电流，接触器1针对每相具有成对触点2，触点2的断开和闭合由控制器10经由控制电流Ic控制，如图1所述。

如图3示意性地所示，控制器10可以经由端子A1和A2接收控制电压。控制器10还可以经由任何输入和输出信号34与接触器1的外部(例如，操作方15)交互，诸如串行或数字开/关输入信号、(多个)串行、数字或视觉状态输出、和/或串行、数字或手动重置输入信号。

SCPD 30被布置为在检测到故障电流时(即，检测到市电电流增加到预定阈值以上时)分断市电电流Im。在本发明的一些实施例中，SCPD可以与接触器1协作。例如，如果SCPD检测到故障电流，则它可以向控制器10发送断开接触器信号32，以促使控制器关断控制电流Ic，以使接触器从其闭合位置进入其断开位置。相反，如果控制器10响应于触点2的意外分离的指示而断开接触器1，则控制器10还可以向SCPD发送跳闸信号31，以促使SCPD分断市电电流Im。在这两种情况下，市电电流Im可以被接触器1和SCPD 30两者分断。

因此，检测可能的意外触点分离的一种方法是测量市电电流Im，并且在高电流(通常高于预定阈值)的情况下，触点分离的可能性很高。因此，高电流的测量可以提供控制器10应当断开接触器并且防止其重新闭合的指示。电流测量通常被包括在SCPD 30中，并且除了SCPD本身分断电流Im之外，它还可以向接触器1发送信号32，使得接触器1也断开。

检测可能的意外触点分离的另一种方法是借助于电压测量电路33测量跨触点2的电压V。触点对之上的增加的电压指示它们之间的分离和电弧燃烧。如果触点2彼此接触，则电压V将非常低，通常<<1V，并且与电路中的阻抗和电流Im成比例(闭合触点的阻抗通常非常低)。当电弧被点燃时，电压V将立即升高，例如在每个触点对上升高到大约10V的幅度。对于短距离，电压V主要由电弧的阳极和阴极定义。对于如图1中串联的两个触点对，如果电弧在两对触点对上燃烧，则电压V将加倍，例如达到大约为20V。当触点2分离时，即使它们之间的距离仅为不到一毫米，也会立即产生这种测量到的增加的电压。如果触点2之间的距离进一步增加，则电弧被拉长，并且电压V将进一步增加。

为了避免触点对在其触点2的意外分离之后重新闭合，希望能够通过对线圈5进行去磁来快速断开接触器。然而，当控制器10关断控制电流Ic时，通常通过移除电压源，因此，在存储在线圈5中的能量被完全消耗之前的一段时间内，控制电流Ic衰减。因此，为了进一步降低触点2在其意外分离之后焊接在一起的风险，可能需要缩短线圈去磁的时间段。

图4示出了去磁电路40的示例，该去磁电路40跨线圈5并且与单向电流传导器件42串联连接。去磁电路包括阻抗41，阻抗41例如包括电阻、齐纳二极管、和/或当电流流过其时能够消耗能量的任何其他元件。当例如通过断开开关44来关断控制电流Ic并且希望快速减小控制电流Ic时，开关43也可以断开，以跨线圈5连接阻抗41。单向电流传导器件42通常与线圈5反并联连接，并且可以包括诸如续流二极管等二极管，该二极管用于防止瞬变并且维持线圈5中的均匀电流。

图5a-图5d示出了本发明的控制机械接触器1的方法的不同实施例。

根据图5a的实施例，在接触器处于闭合位置的同时，获取S1一对触点2的意外分离的指示。然后，响应于所获取S1的指示，通过关断控制电流Ic，断开S2接触器并且将接触器维持在其断开位置。

根据图5b的实施例(其可以与图5a、图5c和图5d的任何实施例相结合)，使短路保护器件(SCPD)30在接触器断开S2之前、之后或同时跳闸S3，以分断接触器1外部的市电电流Im。

根据图5c的实施例(其可以与图5a、图5b和图5d的任何实施例相结合)，在接触器断开S2之后，重置S4接触器1，从而允许通过接通控制电流Ic来重新闭合接触器。在一些实施例中，接触器的断开S2导致接触器被维持在其断开位置，直到操作方15(无论是人类操作方还是操作系统)主动重置S4接触器，例如，在从断开S2经过预定时间之后，以允许触点2冷却，或者在检查(例如，测量其温度)接触器的触点2或其他部件之后，以确保将接触器重置S4至正常操作是安全的。

根据图5d的实施例(其可以与图5a、图5b和图5c的任何实施例相结合)，在断开S2之后，向接触器1的操作方15(例如，人类操作方或操作系统)提供S5关于断开S2的信息。例如，该信息可以由操作方15用来确定要在何时重置S4接触器、或者接触器是否需要维修。该信息可以被提供S5(例如，包括警报信号)给操作系统操作方15，和/或经由用户接口(诸如包括显示屏和/或光和/或声音指示器)被提供S5给人类操作方15。

在本发明的一些实施例中，指示的获取S1包括例如借助于电压测量电路33来检测触点对之上的增加的电压V。在一些实施例中，增加的电压为至少1V，例如至少10V。

在本发明的一些实施例中，指示的获取S1包括例如借助于SCPD30来检测增加的市电电流Im。

在本发明的一些实施例中，电磁体4包括跨线圈5连接的去磁电路40。在一些实施例中，去磁电路40包括阻抗41。在一些实施例中，续流二极管42与去磁电路40串联布置，该二极管42与控制电流Ic反并联布置。

在本发明的一些实施例中，至少一对触点2包括彼此串联的两个触点对。

在本发明的一些实施例中，市电电流Im是三相电流，并且至少一对触点2针对三相电流的每相包括相应触点对。

图6示意性地示出了本公开的控制器10的实施例。控制器10包括处理电路系统11，例如中央处理单元(CPU)。处理电路系统11可以包括(多个)微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，具有计算能力的其他合适的器件可以被包括在处理电路系统11中，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理电路系统11被配置为运行存储在一个或若干存储单元(例如，存储器)的数据存储装置12中的一个或若干计算机程序或软件(SW)13。存储单元被视为计算机可读部件12，其与作为计算机可执行组件存储在其上的SW 13一起形成计算机程序产品，如本文中讨论的，并且可以是例如随机存取存储器(RAM)、闪存或其他固态存储器、或硬盘、或其组合的形式。处理电路系统11还可以被配置为根据需要将数据存储在存储装置12中。

本公开主要在上面参考一些实施例进行了描述。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附权利要求限定的本公开的范围内，除了上述公开的实施例之外的其他实施例也是同样可能的。

Claims

1.一种控制机械接触器(1)的方法，所述机械接触器(1)包括：

至少一对触点(2)，用于在所述接触器处于闭合位置时传导市电电流(Im)；以及

电磁体(4)，被布置为当控制电流(Ic)流过所述电磁体的线圈(5)时，通过迫使所述一对触点(2)朝向彼此来闭合所述接触器并且将所述接触器维持在所述闭合位置；

所述方法包括：

在所述接触器处于所述闭合位置的同时，获取(S1)所述一对触点中的所述触点(2)的意外分离的指示；以及

响应于所获取(S1)的指示，通过关断所述控制电流(Ic)来断开(S2)所述接触器并且将所述接触器维持在断开位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中获取(S1)指示包括检测触点对之上的增加的电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述增加的电压为至少1V，例如至少10V。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中获取(S1)指示包括例如借助于短路保护器件SCPD(30)来检测增加的市电电流(Im)。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：

使短路保护器件SCPD(30)跳闸(S3)以分断所述接触器(1)外部的所述市电电流(Im)。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：

重置(S4)所述接触器(1)，以允许通过接通所述控制电流(Ic)来重新闭合所述接触器。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：

向所述接触器(1)的操作方(15)，例如人类操作方或操作系统，提供(S5)关于所述断开(S2)的信息。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电磁体(4)包括跨所述线圈(5)连接的去磁电路(40)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述去磁电路(40)包括阻抗(41)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中续流二极管(42)与所述去磁电路(40)串联布置，所述二极管(42)与所述控制电流(Ic)反并联布置。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述至少一对触点(2)包括彼此串联的两个触点对。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述市电电流(Im)是三相电流，并且所述至少一对触点(2)对于所述三相电流的每相包括相应触点对。

13.一种包括计算机可执行组件(13)的计算机程序产品(12)，所述计算机可执行组件(13)用于当所述计算机可执行组件在控制器(10)中所包括的处理电路系统(11)上运行时使得所述控制器执行根据任一前述权利要求所述的方法。

14.一种用于机械接触器(1)的控制器(10)，所述控制器包括：

处理电路系统(11)；以及

存储装置(12)，存储指令(13)，所述指令(13)能够由所述处理电路系统执行，由此所述控制器可操作以：

在所述接触器处于闭合位置的同时，获取所述接触器的一对触点中的触点(2)的意外分离的指示，所述一对触点用于在所述接触器处于所述闭合位置时传导市电电流(Im)；以及

响应于所获取的指示，通过关断被布置为闭合所述接触器的电磁体(4)的线圈(5)中的控制电流(Ic)来断开所述接触器并且将所述接触器维持在断开位置，并且当所述控制电流(Ic)流过所述线圈(5)时，通过迫使所述一对触点(2)朝向彼此来将所述接触器维持在所述闭合位置。

15.一种机械接触器(1)，包括：

根据权利要求14所述的控制器(10)；

所述一对触点(2)，用于在所述接触器处于所述闭合位置时传导所述市电电流(Im)；以及

所述电磁体(4)，被布置为当所述控制电流(Ic)流过所述电磁体的所述线圈(5)时，通过迫使所述一对触点(2)朝向彼此来闭合所述接触器并且将所述接触器维持在所述闭合位置。