CN116569288A - 用于断路器的触发装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于断路器的触发装置(1)。触发装置(1)包括：触发元件(3)；具有触发线圈(5)的触发电路，触发线圈被设置为在通电时使触发元件(3)移动；以及至少一个可接入触发电路的电气延迟元件(9，27，31)，延迟元件(9，27，31)使在触发电路闭合之后在触发线圈(5)中流动的电流的电流增加的陡度减小，和/或使在触发电路闭合之后在触发线圈(5)中流动的电流的电流增加延迟。

Description

用于断路器的触发装置

技术领域

本发明涉及一种用于断路器的触发装置，该触发装置具有触发元件和触发线圈，触发线圈被设置为在通电时使触发元件移动。此外，本发明涉及一种具有这种触发装置的断路器以及用于增加用于断路器的触发装置的触发时间的方法，该触发装置具有触发元件和触发线圈，触发线圈被设置为在通电时使触发元件移动。

背景技术

触发装置被设置为用于触发断路器的开关过程。在触发线圈中流动的电流产生磁场，磁场使触发元件移动。为此目的，触发元件例如具有铁磁衔铁。例如，由磁场移动的触发元件释放开关驱动器，然后开关驱动器驱动断路器的至少一个开关接触元件。

对于断路器来说，对于在触发电路中电流流动开始与断路器开关触点闭合或者断开之间的时间间隔存在特定的要求。将该时间间隔称为开关动作时间。将在触发电路中电流流动开始与触发元件的移动行程结束之间的时间间隔称为触发时间。因此，触发时间构成开关动作时间的第一部分。在开关动作时间的其余部分中，通过移动至少一个开关接触元件来执行实际的开关过程。例如，对于具有共同的驱动器用于多个开关极的断路器，对开关动作时间的要求可以由对电气开关能力的要求形成，或者在具有一个或多个驱动器分别用于单个开关极的断路器的情况下，对开关动作时间的要求可以由如下要求形成：不仅断路器的所有开关极都必须在特定的时间间隔内断开或者闭合，而且由不同的驱动器致动的单个开关极的中断器单元也必须在特定的时间间隔内断开或者闭合。

经常要求开关动作时间尽可能短，以便能够快速地，例如在交流电流的两个电流周期内，中断断路器中的交流电流的电流流动。附加地，例如可能要求触发装置的功率消耗是有限的，从而不能简单地通过相应的设计使触发装置更快。然而，触发装置的功率消耗必须具有特定的最小值，以使施加在触发元件上的力足以释放开关驱动器，特别是也还在触发装置的电源电压欠压的情况下。因此，也不能任意降低触发装置的功率消耗。此外，通常不允许改变实际的开关速度、即移动开关接触元件的速度，因为该开关速度对电气开关能力有影响。

附加地，在每个开关极具有自己的驱动器或者每个开关极具有多个驱动器的断路器的情况下，开关极或者各个开关极的中断器单元的断开和/或闭合时间点必须在特定的时间窗口内，即这些时间点必须同步。为此，例如可以改变开关极或者中断器单元的驱动，而不改变实际的开关速度，方式是，改变触发时间，因此改变最慢或者最快的开关极的开关动作时间。

通过缩短由于功率消耗较大而最慢的开关极的触发时间来缩短开关动作时间，经常由于所要求的有限的功率消耗而是不可能的，和/或触发系统在可实现的短的触发时间方面已经耗尽，从而进一步缩短对于同步来说在要求的范围内是不可能的。在这种情况下，可能需要延迟最快的开关极的开关。这种延迟在所构建的断路器上应当以尽可能简单并且可微调的方式可实现，因为这种调整过程必须在制造断路器之后的零件测试期间进行。

在此，对于具有共同的驱动器用于多个开关极的断路器，例如可以将开关动作时间延长特定的相对较大的时间间隔，直到大约20ms。另一方面，对于具有单极驱动器的断路器中的同步，例如可以使开关动作时间可以调节几毫秒的相对较小的时间间隔，在此不改变移动开始之后的实际的开关速度。此外，在具有单极驱动器的断路器的情况下，在触发装置的电源电压改变时，触发过程和同步都必须在所要求的边界值内工作。

因此，为了延迟开关极的开关，合适的是，增加相关的触发装置的触发时间。为了增加触发时间，例如可以在触发元件上布置在触发时必须一起移动的附加质量或者在触发时抵消触发元件的移动的弹簧。然而，在触发装置的电源电压欠压的情况下，触发过程可能由于这种构件变得困难或者被完全阻止。此外，在触发装置的电源电压的欠压或者过压的情况下，这些构件可能对在触发装置的电源电压的额定电压下通过这些构件实现的多个驱动器的触发的同步产生负面影响，从而与没有这些构件的运行相比，同步甚至可能恶化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，利用简单的方法来增加用于断路器的触发装置的触发时间，该触发装置具有触发元件和触发线圈，触发线圈在通电时使触发元件移动。

根据本发明，上述技术问题通过具有权利要求1的特征的触发装置、具有权利要求14的特征的断路器和具有权利要求15的特征的方法来解决。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于断路器的触发装置包括：触发元件；具有触发线圈的触发电路，触发线圈被设置为在通电时使触发元件移动；以及至少一个可接入触发电路的电气延迟元件，延迟元件使在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加的陡度减小，和/或使在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加延迟。在此，触发元件的移动由在触发线圈中流动的电流产生的磁场引起。触发元件例如具有铁磁衔铁。

这里，在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加的陡度，应当理解为作为时间的函数的在触发线圈中流动的电流的斜率，或者在紧接在触发电路闭合之后的时间间隔内在触发线圈中流动的电流相对于时间的一阶导数。根据本发明，如下的电气延迟元件可以接入触发装置的触发电路，该电气延迟元件使该陡度减小，和/或在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加延迟。由此，与至少一个电气延迟元件没有连接到触发电路中的情况相比，使由触发线圈产生的磁场的增加延迟，并且在触发电路闭合之后的时间间隔内，由该磁场移动的触发元件的加速度减小和/或延迟。通过在闭合触发电路之后立即使触发元件的加速度减小和/或延迟，使触发装置的触发时间增加。因此，根据本发明的触发装置使得能够通过将至少一个电气延迟元件接入触发电路来增加触发时间。

此外，优选至少一个电气延迟元件被构造和连接为，使得延迟元件仅在紧接在闭合触发电路之后的接通阶段中显著地影响在触发线圈中流动的电流，而稍后延迟元件对该电流具有可忽略的影响。由此，与至少一个电气延迟元件没有连接到触发电路中的情况相比，至少一个电气延迟元件仅使触发装置的触发时间增加，但是不使在接通阶段之后作用在触发元件上的力以及触发元件的移动行程显著减小。换言之，接入至少一个电气延迟元件不影响触发装置的功能，而是仅使其触发时间增加。

在根据本发明的触发装置的一个设计方案中，延迟元件是可以与触发线圈串联连接的延迟线圈。当延迟线圈连接到触发电路中时，延迟线圈的感性电阻在紧接在闭合触发电路之后触发电路中的电流增加的时间间隔内起作用，而稍后在触发电路中的电流强度不再强烈变化时，延迟线圈的感性电阻几乎不再起作用。因此，与延迟线圈没有连接到触发电路中的情况相比，延迟线圈的感性电阻紧接在闭合触发电路之后使在触发线圈中流动的电流减小，由此使触发装置的触发时间增加。此外，与未接入延迟线圈的情况相比，当延迟线圈具有明显小于触发线圈的欧姆电阻时，延迟线圈在接通阶段之后对触发电路中的电流强度的影响很小，因此基本上仅使触发装置的触发时间增加。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，触发装置具有磁芯，延迟线圈的绕组围绕磁芯延伸。磁芯可以有利地使延迟线圈的电感增大。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，磁芯以相对于延迟线圈可移动的方式布置，使得延迟线圈的电感是可改变的。通过延迟线圈的电感的可变性，与延迟线圈未接入触发电路的情况相比，触发装置的触发时间的增加也是可变的，因此在一定限度内是灵活并且无级地可调节的。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，在触发电路闭合时电流在其中流动的延迟线圈的匝的匝数是可调节的。例如，延迟线圈具有多个抽头或者用于调节匝数的能够调节的抽头。通过延迟线圈的电流流过的匝的匝数的可变性，与延迟线圈未接入触发电路的情况相比，延迟线圈的感性电阻、因此触发装置的触发时间的增加也是可调节的。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，延迟元件是可以与触发线圈和延迟线圈串联连接的电阻，特别是具有能够调节的欧姆电阻的电阻。通过与触发线圈和延迟线圈串联连接的电阻，与电阻没有连接到触发电路中的情况相比，使触发线圈中的电流减小，因此使触发装置的触发时间增加。具有能够调节的欧姆电阻的电阻使得触发时间以能够调节的方式增加。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，延迟元件是可以与触发线圈并联连接的电容器。当电容器与触发线圈并联连接时，电流在紧接在闭合触发电路之后的时间间隔内流入电容器，为电容器充电。由此，与电容器没有连接到触发电路中的情况相比，使在触发线圈中流动的电流减小，因此与此相对地使触发装置的触发时间增加。当电容器已充电时，电容器的直流电阻实际上是无限大的，并且触发电路中的电流实际上仅在具有触发线圈的电流路径中流动，从而与在电容器没有连接到触发电路中的情况下相比，触发线圈产生相同的磁场，因此在触发元件上产生相同的力。因此，与电容器未接入触发电路的情况相比，接入电容器使触发装置的触发时间增加，但是由触发线圈产生的磁场作用在触发元件上的力几乎不发生改变。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，延迟元件是电容器，并且另一个延迟元件是电阻，其中，电容器和电阻的串联电路可以与触发线圈并联连接。例如，电阻具有可调节的欧姆电阻。与前面提到的设计方案相比，在根据本发明的触发装置的该设计方案中，代替仅连接电容器，可以将电容器和电阻的串联电路与触发线圈并联连接。与仅电容器与触发线圈并联连接的情况相比，电阻使在触发电路闭合之后为电容器充电的充电持续时间增加，因此使触发装置的触发时间增加。通过具有可调节的欧姆电阻的电阻，在触发电路闭合之后为电容器充电的充电时间、因此触发装置的触发时间的增加有利地也是可调节的。

在前面提到的根据本发明的触发装置的设计方案的一个扩展方案中，电容器具有可调节的电容。通过电容器的电容的可调节性，电容器的容性电阻、因此通过将电容器接入触发电路而引起的触发装置的触发时间的增加又有利地是可调节的。

在根据本发明的触发装置的另一个设计方案中，触发线圈和至少一个延迟元件布置在共同的壳体中。将延迟元件布置在与触发线圈相同的壳体中，可以实现延迟装置的节省空间并且紧凑的实施。

根据本发明的断路器具有根据本发明的触发装置，触发装置被设置为触发断路器的开关过程。在根据本发明的断路器具有多个单独驱动的开关极的情况下，可以有利地通过至少一个开关极的开关动作时间的增加，使开关极的断开或者闭合时间点同步，方式是，使用根据本发明的触发装置来驱动该开关极，通过接入至少一个延迟元件使其触发时间增加。

根据本发明的方法用于增加用于断路器的触发装置的触发时间，触发装置包括触发元件和具有触发线圈的触发电路，触发线圈被设置为在通电时使触发元件移动。在所述方法中，将至少一个电气延迟元件接入触发电路，电气延迟元件使在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加的陡度减小，和/或使在触发电路闭合之后在触发线圈中流动的电流的电流增加延迟。

附图说明

结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述，上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式将变得更清楚并且更容易理解。在此：

图1示出了触发装置的第一实施例的示意图，

图2示出了图1所示的触发装置的电路图，

图3示出了触发装置的第二实施例的示意图，

图4示出了触发装置的第三实施例的示意图，

图5示出了触发装置的第四实施例的示意图，

图6示出了图5所示的触发装置的电路图，

图7示出了触发装置的第五实施例的示意图，

图8示出了触发装置的第六实施例的电路图，

图9示出了触发装置的第七实施例的电路图，

图10示出了触发装置的第八实施例的电路图。

在附图中，相互对应的部分设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1和图2(附图1和附图2)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第一实施例。图1示出了触发装置1的示意图，图2示出了触发装置1的电路图。

触发装置1包括：触发元件3和具有触发线圈5的触发电路，触发线圈5被设置为在通电时使触发元件3移动；以及开关元件7，可以利用开关元件7使触发电路断开和闭合(开关元件7在图1中未示出)。此外，触发装置1包括延迟线圈9，延迟线圈9可以通过转换开关11接入触发电路。图1示出了转换开关11的第一开关位置，方式是，转换开关11将延迟线圈9串联连接到触发线圈5。在第二开关位置，转换开关11桥接延迟线圈9，使得延迟线圈9不在触发电路的电流路径中。

触发线圈5的绕组围绕第一磁芯13延伸。第一磁芯13环状地围绕触发元件3的一部分。触发元件3具有铁磁衔铁。当开关元件7使触发电路闭合时，在触发线圈5中流动的电流产生磁场，磁场使触发元件3移动。由磁场移动的触发元件3释放开关驱动器，开关驱动器在释放之后驱动断路器的至少一个开关接触元件。为此，例如触发元件3触发棘爪式元件(Klinkenelement)，该棘爪式元件阻止至少一个开关接触元件的移动。

当触发电路中的总功率应当尽可能小时，延迟线圈9具有例如显著小于触发线圈5的欧姆电阻的欧姆电阻。延迟线圈9的绕组围绕第二磁芯15延伸。

当转换开关11将延迟线圈9连接到触发电路中时，与延迟线圈9被转换开关11桥接的情况相比，在触发电路中的电流在触发电路闭合之后立即增加的时间间隔内，延迟线圈9的感性电阻使在触发线圈5中流动的电流的电流增大的陡度减小。如果延迟线圈9的欧姆电阻显著小于触发线圈5的欧姆电阻，则当触发电路中的电流在接通阶段之后稳定时，与延迟线圈9未接入的情况相比，延迟线圈9对触发电路中的电流仅产生小的影响，因为延迟线圈9的感性电阻仅在触发电路中的电流改变时起显著的作用。因此，与延迟线圈9未接入触发电路的情况相比，延迟线圈9的接入使触发装置1的触发时间增加，但是由触发线圈5产生的磁场施加在触发元件3上的力几乎不发生改变。

触发线圈5、延迟线圈9、磁芯13、15和触发元件3布置在共同的壳体17中，其中，触发元件3的端部通过壳体开口19伸出壳体17。

图3(附图3)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第二实施例的示意图。该实施例与图1和图2所示的实施例的区别仅在于，第二磁芯15以相对于延迟线圈9可移动的方式布置，使得延迟线圈9的电感可改变。在图3所示的实施例中，第二磁芯15以通过与第二磁芯15连接的调节螺钉21可移动的方式引导到壳体17上并且伸出壳体17。通过第二磁芯15的可移动性，与延迟线圈9未接入触发电路的情况相比，延迟线圈9的感性电阻、因此触发装置1的触发时间的增加是可调节的。

图4(附图4)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第三实施例的示意图。该实施例与图1和图2所示的实施例的区别仅在于，延迟线圈9具有多个抽头23至26，转换开关11可以选择性地接触这些抽头23至26。当转换开关11与延迟线圈9的第一抽头23接触时，延迟线圈9被桥接，使得延迟线圈9不在触发电路的电流路径中。当转换开关11与其它抽头24至26中的一个接触时，分别设置延迟线圈9不同匝数的匝，在触发电路闭合时，电流在这些匝中流动。换言之，通过转换开关11，可以调节在触发电路闭合时有电流在其中流动的延迟线圈9的匝的匝数。与延迟线圈9未接入触发电路的情况相比，通过改变该匝数，延迟线圈9的电感、因此触发装置1的触发时间的增加是可改变和可调节的。

图5和图6(附图5和附图6)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第四实施例。图5示出了触发装置1的示意图，图6示出了触发装置1的电路图。

与图1至图4所示的实施例相同，触发装置1包括：触发元件3；环状地包围触发元件3的一部分的磁芯13；具有触发线圈5的触发电路，触发线圈5具有围绕磁芯13延伸的绕组，并且被设置为在通电时使触发元件3移动；以及能够用来使触发电路断开和闭合的开关元件7(开关元件7在图5中未示出)。此外，触发装置1包括电容器27，电容器27可以通过开关29以与触发线圈5并联的方式接入触发电路。

当电容器27与触发线圈5并联连接时，在紧接在触发电路闭合之后的时间间隔内，电流流入电容器27，为电容器27充电。由此，与电容器27没有连接到触发电路中的情况相比，使在触发线圈5中流动的电流减小，因此与此相对地，触发装置1的触发时间增加。当电容器27已充电时，电容器27的直流电阻实际上是无限大的，并且触发电路中的电流实际上仅在具有触发线圈5的电流路径中流动，从而与在电容器27没有连接到触发电路中的情况下相比，触发线圈5产生相同的磁场，因此对触发元件3产生相同的力。因此，与电容器27未接入触发电路的情况相比，接入电容器27使触发装置1的触发时间增加，但是由触发线圈5产生的磁场施加在触发元件3上的力几乎不改变。

图7(附图7)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第五实施例的示意图。该实施例与图5和图6所示的实施例的区别仅在于，电容器27具有可调电容。由于电容器27的电容的可调节性，与电容器27未接入触发电路的情况相比，电容器27的容性电阻、因此触发装置1的触发时间的增加是可调节的。

图8(附图8)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第六实施例的电路图。该实施例与图5和图6所示的实施例的区别仅在于，代替只有电容器27，电容器27和电阻31的串联电路可以通过开关29与触发线圈5并联连接。与只有电容器27与触发线圈5并联连接的情况相比，电阻31使在触发电路闭合之后为电容器27充电的充电持续时间增加，因此使触发装置1的触发时间增加。

图9(附图9)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第七实施例的电路图。该实施例与图8所示的实施例的区别仅在于，电阻31具有可调节的欧姆电阻。通过电阻31的欧姆电阻的可调节性，与电容器27和电阻31未接入触发电路的情况相比，在触发电路闭合之后为电容器27充电的充电时间、因此触发装置1的触发时间的增加是可调节的。

图10(附图10)示出了根据本发明的用于断路器的触发装置1的第八实施例的电路图。该实施例与图1和图2所示的实施例的区别仅在于，可调节的电阻31与触发线圈5串联连接。

在图1至图10中示出的根据本发明的触发装置1的实施例可以以不同的方式修改为另外的实施例。例如，延迟线圈9和第二磁芯15可以布置在壳体17外部，而不是像在图1至图4中那样布置在壳体17内部。相应地，电容器27或者电容器27和电阻31可以布置在壳体17外部，而不是像在图5至图9中那样布置在壳体17内部。此外，如果延迟线圈9在没有第二磁芯15的情况下也具有足够大的电感，则可以省去图1和图4所示的实施例中的第二磁芯15。此外，图4所示的实施例例如可以修改为，延迟线圈9具有可调节的抽头，而不是多个离散的抽头23至26。此外，可以将图3和图4所示的实施例相互组合，方式是，第二磁芯15被实施为是可移动的，并且延迟线圈9的电流流过的匝的匝数被实施为是是可调节的。类似地，可以将图7和图8或者图9所示的实施例相互组合，方式是，电容器27具有可调节的电容，并且电阻31、特别是具有可调节的欧姆电阻的电阻31可以附加地接入触发电路。此外，与图10所示的实施例类似，可以对图3和图4所示的实施例扩展与延迟线圈9串联连接的电阻31。此外，可以将图1至图4或者图10所示的实施例与图5至图9所示的实施例组合，以形成不仅具有延迟线圈9、而且具有电容器27的实施例。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的说明和描述，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中推导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于断路器的触发装置(1)，所述触发装置(1)包括：

-触发元件(3)，

-具有触发线圈(5)的触发电路，所述触发线圈(5)被设置为在通电时使所述触发元件(3)移动，以及

-至少一个电气延迟元件(9，27，31)，所述延迟元件能够接入所述触发电路，所述延迟元件使在所述触发电路闭合之后在所述触发线圈(5)中流动的电流的电流增加的陡度减小，和/或使在所述触发电路闭合之后在所述触发线圈(5)中流动的电流的电流增加延迟。

2.根据权利要求1所述的触发装置(1)，所述触发装置具有如下的延迟元件，该延迟元件是能够与所述触发线圈(5)串联连接的延迟线圈(9)。

3.根据权利要求2所述的触发装置(1)，其中，所述延迟线圈(9)的欧姆电阻小于所述触发线圈(5)的欧姆电阻。

4.根据权利要求2或3所述的触发装置(1)，所述触发装置具有磁芯(15)，所述延迟线圈(9)的绕组围绕所述磁芯延伸。

5.根据权利要求4所述的触发装置(1)，其中，所述磁芯(15)以相对于所述延迟线圈(9)可移动的方式布置，使得所述延迟线圈(9)的电感能够改变。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的触发装置(1)，其中，在所述触发电路闭合时电流在其中流动的所述延迟线圈(9)的匝的匝数是能够调节的。

7.根据权利要求6所述的触发装置(1)，其中，所述延迟线圈(9)具有多个抽头(23至26)或者用于调节匝数的能够调节的抽头。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的触发装置(1)，所述触发装置具有如下的延迟元件，该延迟元件是能够与所述触发线圈(5)和所述延迟线圈(9)串联连接的电阻(31)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的触发装置(1)，所述触发装置具有如下的延迟元件，该延迟元件是能够与所述触发线圈(5)并联连接的电容器(27)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的触发装置(1)，所述触发装置具有是电容器(27)的延迟元件和是电阻(31)的延迟元件，其中，所述电容器(27)和所述电阻的串联电路能够与所述触发线圈(5)并联连接。

11.根据权利要求8或10所述的触发装置(1)，其中，所述电阻(31)具有能够调节的欧姆电阻。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的触发装置(1)，其中，所述电容器(27)具有能够调节的电容。

13.根据上述权利要求中任一项所述的触发装置(1)，其中，所述触发线圈(5)和至少一个延迟元件(9，27，31)布置在共同的壳体(17)中。

14.一种断路器，具有根据上述权利要求中任一项所述的触发装置(1)，所述触发装置被设置为用于触发所述断路器的开关过程。

15.一种用于增加用于断路器的触发装置(1)的触发时间的方法，所述触发装置具有触发元件(3)和触发电路，所述触发电路具有触发线圈(5)，所述触发线圈被设置为，在通电时使所述触发元件(3)移动，其中，将至少一个电气延迟元件(9，27，31)接入所述触发电路，所述延迟元件使在所述触发电路闭合之后在所述触发线圈(5)中流动的电流的电流增加的陡度减小，和/或使在所述触发电路闭合之后在所述触发线圈(5)中流动的电流的电流增加延迟。