CN1624840A - 单独控制多接触器结构内的接触器的方法和装置 - Google Patents

单独控制多接触器结构内的接触器的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种单独控制模块化接触器组件中的接触器的闭合或接通的方法和装置。所述装置包括具有多个接触器的接触器组件，以使得每个接触器被单独控制，这样可以闭合一个接触器，而不用闭合所述组件的其它接触器。这样布置所述接触器可以使得在电源信号过零之后闭合一对接触器。第三接触器在所述对接触器已经闭合之后闭合。

Description

单独控制多接触器结构内的接触器的方法和装置
发明背景
本发明一般而言涉及一种电气开关装置，具体而言涉及一种单独闭合模块化接触器组件的接触器的方法和装置。
典型地，接触器用于起动器应用中以接通/断开负载并防止诸如电机或其它电气设备的负载电流过载。因此，典型接触器具有三个触头组件；对于三相电气设备的每相或极具有一个触头组件。每个触头组件典型地包括一对静触头和一个动触头。其中一个静触头是线路侧触头，另一个静触头是负载侧触头。所述动触头由包含衔铁和磁体组件的驱动组件控制，该衔铁和磁体组件被线圈激励以移动所述动触头从而在所述静触头之间形成桥。当所述动触头与两个静触头均接合时，电流从所述电源或线路流到所述负载或电气设备。当所述动触头与所述静触头分离时，形成开路且所述线路与负载相互电气隔离。
通常，用单个线圈来操控用于所有三个触头组件的共用支架。结果，构成了所述接触器，以使得无论何时在所述三相输入的任一极或相上接收到故障状态或开关断开的指令，该接触器的所有触头组件一致断开。同样地，当请求闭合电路或导通状态时，控制所有触头组件一致闭合。简单地说，与单独控制相反，以组的形式控制所述触头组件。
这种接触器结构具有一些缺点，尤其在高功率应用中。由于所述三相输入的每一相具有触头组件，因此所述触头组件的触头元件一定要能够承受高电流状态或者在故障(高电流)或非正常开关状态下熔焊在一起的危险。因此所述触头一定要由抗熔焊的复合材料制成。这些复合材料可能昂贵并增加所述接触器的制造成本。另一些接触器设计有复杂的偏置机构以在不同故障状态下控制所述触头的“熔断”，但是该偏置机构也增加了接触器的复杂性和成本。可选择地，为提高触头元件抗熔焊力，且不使用较昂贵的复合材料，可以采用较大的触头元件。较大的触头提供更好的散热和更大的载流能力。然而，增大触头元件的尺寸要求较大的驱动机构、线圈、偏动簧片等，所有这些均会导致产品尺寸的增加和生产成本的增加。
另外，一致断开其中所有触头组件的接触器会导致由在断开期间所述触头之间形成的电弧所引起的触头烧损。当所有触头组件或几组触头被一致控制时，在所述三相输入的任何一相检测到的非正常状态，比如故障状态，会因所述触头组件共用桥路或横臂而使所有触头组件断开。因此，断开一个触头组件的触头会使其它触头组件的触头也都断开。结果，所述触头可以在非理想电流状态断开。例如，可以这样控制所述接触器，使得在所述三相输入的第一相检测故障状态，并且在该第一相的电流过零时控制断开对应组件的触头。由于三相输入的第二和第三相分别滞后第一相120和240度，因此在第一相的触头组件的触头断开时断开用于第二和第三相的触头组件的触头会导致该第二和第三触头组件在通过所述触头的电流为非零时断开。这种非零断开会引起在该第二和第三触头组件的触头元件之间的电弧，这会引起可以导致所述接触器过早失灵的触头烧损。这适用于如上所述的非正常开关以及正常工作。
这种一致控制的结构在闭合触头时也具有在电源和负载之间引起高暂态电流通电的缺点。一致闭合所有触头会引起机械扭矩振荡，而这经常是不良的。结果，电机绕组和系统机械部件都遭受到破坏应力。另外，为避免由这种高暂态电流引起的有害的或“损害的”跳闸，所述电机电路的短路保护装置(断路器或熔断)必须为过大尺寸的。
因此，需要设计这样的模块化电磁接触器组件，其具有多个能单独控制的接触器以使不良的扭矩振荡减至最小。而且进一步需要设计这样的模块化接触器组件，其中以这样的方式构造每个接触器，即无需增加接触器的复杂性和尺寸就能承受在故障状态下的较高电流。
发明内容
本发明提供一种单独控制模块化接触器组件的接触器的方法和装置，其可以克服前述缺点，并且提供一种与之相适的控制方案。所述接触器组件包括用于电气设备的每一相或极的接触器。所述接触器组件适用于开关装置以及隔离或负载保护装置。如所指的，每个接触器被构造为每一个都包括多个触头组件。此外，可以单独控制在单个接触器组件或外壳内的接触器，从而可以闭合一个接触器的触头，而不闭合该接触器组件中其它接触器的触头。
因此，一方面，本发明包括一种控制接触器开关的方法，该方法包括监测具有电源和负载的电气系统内的电压的步骤。在所述系统的电压过零之后，至少多接触器组件的第一接触器在第一相角闭合。其后，另一个接触器在所述第一接触器闭合之后的指定时刻闭合。在特定情况下，所有其它接触器在所述第一接触器闭合之后的所述指定时刻闭合。
依照本发明的另一方面，模块化接触器系统包括固定在单个接触器组件内的多个静触头和多个动触头。提供了多个驱动组件且每个驱动组件与至少一个动触头的运转相关。控制器与所述多个驱动组件的运转相关且被配置为在接收到闭合电路路径命令信号时，使得并非全部的所述多个动触头与并非全部的所述静触头接合。
根据本发明的另一方面，提供控制器以单独控制闭合模块化接触器组件的接触器。所述控制器被编程为在电气系统的在先电压过零之后的第一时刻传送第一接触器闭合信号给用于一对接触器的至少一个驱动组件，以闭合该对接触器。所述控制器进一步被设计为在所述第一时刻之后的第二时刻传送第二接触器闭合信号给用于第三接触器的驱动组件，以闭合该第三接触器，从而使得电气系统内的不良扭矩振荡减至最小。
从下面的详细描述和附图中可以明显看出本发明的各种不同的性能、目的和优点。
附图说明
附图描述了一个当前预期实现本发明的优选实施例。
在附图中：
图1是根据本发明的模块化接触器组件的透视图。
图2是所述模块化接触器组件的一个接触器沿图1剖线2-2的截面图。
图3是所述模块化接触器组件的一个接触器沿图1剖线3-3的截面图。
图4是描述连接到软起动器上的、根据本发明的一对模块化接触器组件的简图。
图5是描述根据本发明另一方面的模块化接触器组件的简图。
图6是描述作为电机控制器的、根据本发明的模块化接触器组件的简图。
图7是描述单独控制根据本发明一方面的模块化接触器组件的接触器的工艺步骤的流程图。
图8是描述单独控制根据本发明另一方面的模块化接触器组件的接触器的工艺步骤的流程图。
图9是描述单独控制根据本发明另一方面的模块化接触器组件的接触器的工艺步骤流程图。
图10是在断开根据本发明的接触器期间的电流的单相波形。
图11是在闭合根据本发明的接触器期间的电流的单相波形。
图12是描述单独控制闭合根据本发明进一步实施例的模块化接触器组件的接触器的工艺步骤的流程图。
图13是描述单独控制闭合根据本发明进一步实施例的模块化接触器组件的接触器的另一工艺步骤的流程图。
具体实施方式
本发明描述一种电磁接触器组件，其可以用于诸如接通/断开负载的起动器应用中，也可以用于防止诸如电机的负载的电流过载。本发明所述的电磁接触器组件和控制同样适用于加热负载接触器组件、随选模块化接触器组件、模块化大型架构接触器组件等。本发明还适用于需要减小由断开时的电弧和接通所述触头时的振动拉弧(bounce arc)所引起的触头烧损的其它类型接触器组件。另外，本发明还描述了三相电气设备的执行；但本发明同样适用于其它电气设备。
现参照图1，该透视图示出了模块化接触器组件10。所述模块化接触器组件10包括用于三相电气系统的电磁接触器12A-C。每个接触器12A-C被设计为用来开关到电机或其它电气设备的电流。在所示结构中，接触器12A-C安装到板11上，该板11被构造以支撑每一个所述接触器和可选的外壳(未示出)。在所描述的实施例中，接触器组件10的每个接触器12A-C连接到过载继电器13A-C上，该过载继电器13A-C用于工作于诸如电机控制的工业控制应用中的起动器。对于其它应用组件10没有继电器13A-C同样可以执行。每个继电器13A-C内分别设置有孔14A-C，以便于导线到所述接触器组件的电连接。由于每个接触器/过载继电器包括三个孔；因此最终用户可以插入跨接所有三个孔的共用母线板(未示出)以连接单点配线。所述母线板可以包括接线片或环形接线端使得最终用户可以将电线连接到所述组件。如下面更详细描述的，这种每相的三通连接在故障状态下是有利的，因为每相A-C的电流可均匀地分配到每个接触器内以助于触头拉弧和触头烧损减至最小，尤其在接通时。每个接触器12A-C包括一个用螺钉18A-C固定到所述接触器框架上的顶盖16A-C。每个继电器13A-C也包括一个啮合到所述继电器框架上并且铰接以允许接入FLA调整电位计(未示出)的盖20A-C。每个继电器13A-C包括一个复位按钮22A-C。
参照图2，示出了所述模块化接触器组件10的接触器12A-C之一沿图1所示剖线2-2的纵截面图(没有图1中的过载继电器13A-C)。具体地，示出了接触器12A的截面，但接触器12B或12C的截面图是相似的。所示的接触器12A在电磁线圈24通电之前且触头26、28分离并断开的通常断开工作位置。线圈24被接触器外壳30固定且被设计为用来接收能源或者等于或大于激活功率阈值的冲击脉冲，该激活功率阈值使衔铁32吸入所述磁体组件35中。固定到衔铁32上的动触头支架也吸向磁体组件35。被弹簧34向着静触头26偏置的触头28正处于紧靠静触头26的位置，且提供电流通路。线圈24通电后，为该线圈24提供等于或大于其已减小的保持功率阈值的次级能源，并且该次级能源保持所述衔铁32对所述磁体组件35的位置直到被撤除或出现高故障电流，从而克服了所述已减小的功率阈值使得所述衔铁从所述磁性组件脱离而导致所述触头的分离，这将在以后更详细地描述。
磁体组件35由牢固固定到磁体框架86的磁柱36组成。磁柱36、磁体框架86和衔铁32一般是实铁构件。线圈24包括缠绕着铜磁线的模制塑料线圈管，且所述线圈24中心地设置在磁柱36上和磁体框架86内。优选地，线圈24由直流电流驱动且由脉冲宽度调制控制以限制电流并减少所述线圈内的发热。当通电时，磁体组件35吸引与动触头支架39连接的衔铁32。借助定位销40和模制外壳30壁46、48将动触头支架39与衔铁32一起引向磁体组件35。
定位销40压配合或固定入衔铁32中，所述衔铁32连接到动触头支架39上。定位销40可沿磁体组件35内的导轨面42滑动。所述单个定位销40中心地设置且用以在其往复运动于所述磁性组件35时，为所述衔铁32和动触头支架39提供光滑且平滑的路径。动触头支架39在其上端44被所述接触器外壳30的内壁46、48引导。定位销40被衔铁偏置机构或弹性的衔铁回复弹簧50部分地包围，其在所述动触头支架39移向所述磁体组件35时被压缩。衔铁回复弹簧50放置在所述磁柱36和所述衔铁32之间，以使所述动触头支架39和衔铁32远离磁体组件35。一对触头桥档块52在出现高故障电流情况时限制所述触头桥54向所述电弧屏蔽56的移动。所述定位销40和所述衔铁回复弹簧50的组合促进所述动触头支架39平稳地向下移动并帮助防止在触头闭合时可能发生的倾斜或窗口卡位(window-locking)。当所述动触头支架39与衔铁32一起被吸向所述已被激励的磁体组件35时，所述衔铁32对弹性的衔铁回复弹簧50施加压力。所述动触头支架39和所述衔铁32与定位销40一起沿导轨面42移动以为所述动触头支架39提供基本平滑的移动路径。每个接触器具有三对弯边接线片58，该接线片58用于固定导线到所述接触器上。可选择地，对最终用户来说，包含有静触头(未示出)的共用母线可以用作通过环形接线端或适当尺寸的接线片进行引线连接的基础。
参照图3，所述接触器12A的横截面图描述了在所述电磁线圈24通电之前的通常开路操作位置。起初，所述衔铁32由于所述弹性的衔铁回复弹簧50的偏置而离开所述磁体组件35到所述外壳档块60上以引起所述衔铁和铁芯之间的分离。所述触头支架组件也因所述衔铁偏置机构50移离所述磁性组件35，所述衔铁偏置机构50使所述动触头28和所述静触头26之间产生分离以防止电流流过该触头26、28。偏置弹簧34连接到动触头64的上表面62且延伸以使得在所述弹簧上表面和所述动触头64之间形成最大间距63。
现参照图4，一对模块化接触器组件66和68作为连接到软起动器70的隔离装置示出。接触器组件66在三相应用中包括分别经由线路A、B、C从线路电源74传送电力的三个接触器72A、72B、72C。同样地，接触器组件68也包括三个用于三相负载78的接触器76A、76B、76C。正如所描述的，在所述软起动器前后的单个接触器组件内有三个接触器。接触器组件66和68被设计为在所述软起动器中断所述电路之后，或在所述软起动器内的短路SCR中断所述负载本身(故障状态)的情况下，通过单独“断开”它们的接触器为所述软起动器提供电隔离。接触器组件66、68的每个接触器包括多个触头。优选地，每个接触器包括三个触头组件，每个触头组件包括一个线路侧触头、一个负载侧触头和一个用于连接所述线路侧触头与负载侧触头的连接或桥式触头。例如，所述桥式触头可以是动触头，比如前面所描述的那些。
控制器80连接到每个接触器内的驱动组件(未示出)上，以在断开和闭合位置之间一致地移动每个接触器的所述触头组件。每个驱动组件包括线圈、衔铁和实现所述触头的“断开”和“闭合”的磁性元件，正如上面所描述的。控制器80被设计用来传送控制信号到所述驱动组件以单独控制所述接触器的工作。所述控制器基于从电流传感单元82接收到的电流数据来触发所述驱动组件，该电流传感器82在图4所示的实施例中，被构造为从所述三相线路输入的第一相或A极获得电流数据。虽然所示的电流传感单元82从第一相或A极获得电流数据，但其也可以与所述三相线路输入的第二或第三相或者B和C极相关联。
由于每个接触器72A-C和76A-C具有其自己的驱动组件，因此每个接触器可以单独断开和闭合。这种单独性允许断开一个接触器，而不必断开所述模块化接触器组件的其它接触器。例如，可以断开第一接触器72A、76A，而控制其它接触器72B-C、76B-C不断开直到所述第一接触器72A、76A的触头已脱离。由于对于每个接触器而言，可以在其的相在零电流点或接近于零电流点时控制将其断开，因此这种延迟和随后的接触器断开减少了所述随后断开的接触器的触头的电弧烧损。于是，燃弧时间为最小值。正如上面所描述的，每个接触器72A-C、76A-C包括三个触头组件84A-C、86A-C。每个触头组件由动触头和静触头组成。每个接触器内的触头组件被构造以一致断开并且因此由共用的横臂或桥路控制。如此，单个接触器内的触头组件一致工作，但所述接触器彼此异步或单独工作。正如下面将描述的，控制器80直接连接到接触器72A和76A上，但并联连接到接触器72B-C和76B-C上。如此，可以同时控制接触器72B-C和76B-C。
现参照图5，接触器组件88可以作为开关装置来实现以控制和保护连接于其上的负载89。接触器组件88包括三个接触器90A-C。接触器的数量与所述线路输入92和负载89的相的数量一致。因此，在图5的例子中，为所述三相线路92和负载89的每一相设置接触器。每个接触器90A-C包括三个触头组件94A-C。每个组件94A-C包括多个线路侧触头96A-C和多个负载侧触头98A-C。每个接触器包括一个连接到控制器102并由该控制器102控制的驱动组件100A-C。控制器102通过基于从变送器104A-C接收到的故障数据触发所述接触器内的驱动组件来控制每个接触器的触头的断开和接通。可选择地，所述触头的断开和接通可以通过越权控制或开关106控制。
每个接触器的断开时间取决于从变送器104A-C接收到的电流数据。在三相输入情况下，使用了三个变送器104A、104B和104C。通过给每相提供变送器，每个接触器都可以标识为“第一”极接触器，这将在下面更详细地描述。相反，可以仅提供一个变送器以收集来自于一相的电流数据，并且相应于该相的接触器被认为是“第一”极接触器。然而，任何接触器都可以是该“第一”极接触器。
现参照图6，接触器组件108在通常的电机控制应用结构中示出，其位于电源线路110和三相电机112之间。接触器组件108是模块化接触器组件，且其包括四个类似于先前描述的接触器的接触器114A、A′、B、C。每个接触器114A-C包括一组触头组件116A-C。具体地，每个触头组件包括一组线路侧触头118A-C和负载侧触头120A-C。每个接触器还包括用于一致断开和接通每一个单独接触器的触头组件的驱动组件122A-C。但是，由于每个接触器有其自己的驱动组件，因此可以对其进行单独控制。
控制器124连接到每个驱动组件上并且被构造为单独控制所述接触器。控制器124基于所述接触器的相应相A-C越过特定电流值或电压值来断开和闭合每个接触器。在一个实施例中，每个接触器在相应相中的电流近似为零时被控制断开。在零电流或接近零电流时断开所述接触器的触头可以减少该接触器的触头间的电弧烧损的可能性。但是，控制器124可以被构造为基于相应相中的电流达到/越过特定的非零值来单独断开所述接触器。通过连接于所述线路110和所述接触器114A-C之间的至少一个电流传感器(未示出)来获得电流数据。
仍然参照图6，所示接触器114A和114A′相互串联连接。这种结构具有许多优点，尤其对于高电压应用(即大于600V)。串联连接两个接触器并将这两个接触器称作第一接触器以在检测到故障或发出断开指令时断开，可以使这两个串联连接的接触器114A，A′分担高的开关能量压力(switching energy stress)。结果，更多的能量分散在所述接触器114A，A′中，从而减少了接触器114B，C的能量吸收负担。另外，由于接触器114A，A′还相互并联地连接到所述控制器上，因此该控制器可以同时使接触器114A，A′断开。这会引起与通常的双断系统不同的、由四个电弧产生的较高的电弧电压并减少所述电流和触头烧损。所述多个触头间隙也减小了电流过零(current zero)后再燃的可能性。
图6所描述的结构示出了本发明的一个实施例；但是，未示出的其它结构也被预想到且在本发明的范围之内。例如，在电动机频繁反复启动的应用中，三组两个串联连接的接触器可以并联布置并被单独控制。
如上所述，所述模块化接触器组件包括多个可以通过驱动机构单独断开的接触器，该驱动机构由控制器基于从一个或多个电流传感器获得的电流数据进行控制。由于所述接触器具有唯一的驱动组件，因此该接触器可以根据若干控制工艺或算法来控制。其中的一些控制方案将在图7-9中描述。
现参照图7，其示出了用于根据本发明的模块化接触器组件的控制工艺或算法的步骤。根据工艺126执行的步骤同样适用于模块化隔离接触器、模块化加热负载接触器、模块化随选开关接触器等。所述步骤在128开始，并识别断开状态请求130。对于识别为已请求断开状态可能是专用开关断开指令或用于指示出现故障状态的故障指示信号的结果，并且至少一个接触器应该断开。如果未请求断开状态130，132，循环进行所述工艺直到请求断开状态134。当请求断开状态130，134时，在136用电流传感器监测所述输入电源的相中的电流。监测电流以测定何时出现指定的电流状态138。监测所述相中的电流直到出现所述电流状态138，140。一旦出现所述电流状态138，142，即采取等待步骤144。
在一个实施例中，所述电流状态是在所述三相输入的所监测相中的电流为零。等待步骤144是时间延迟且其基于从所述驱动组件接收所述开关断开信号开始到相应接触器实现实际的触头分离所需要的时间。在所述时间延迟届满144后，在步骤146发送开关或断开信号到单个接触器的驱动组件。然后，使所述接触器的多个触头组件断开，并因此在所述三相输入的相应相的线路和负载之间形成开路。
在步骤146断开所述单个接触器之后，再一次采取等待步骤148。在步骤148的等待时间足够长以保证在150断开该接触器组件的其余接触器之前已经断开该单个接触器。优选地，在电流过零前的1到2毫秒断开所述单个接触器的触头。在步骤150断开所述其余接触器之后，所有接触器都被断开并且在所述线路和负载之间形成开路，152。
现参照图8，用于控制单个接触器组件内的模块化接触器的另一工艺154以步骤156开始，且在步骤158等待已请求断开开关或故障指令。如果未请求断开状态158，160，循环进行工艺154直到请求断开状态158，162。当请求断开状态时，在164监测所述三相输入信号的每一相中的电流。如此，工艺154尤其适用于专用于控制开关的模块化接触器组件，其中每相具有类似于在图5中所描述的专用电流传感器或变送器。
监测各相中的电流以测定何时在该相出现电流状态166。持续监测直到所述相中的电流越过特定的点或值166，168。将所述电流状态优选地定义为在接收所述开关或故障指示信号后的所述相中的下一个电流零点。但是，所述电流状态也可以是电流波形上的任一非零点。一旦在单相中识别到所述电流状态166，170，则工艺154在172进行等待或保持步骤。所述等待步骤172的时间段是延迟时间，该延迟时间基于从驱动组件接收用于某接触器的断开接触器信号开始到该接触器中的触头实际断开所需要的时间。一旦所述延迟时间届满，则识别出所述电流零状态的相的接触器在步骤174被断开。优选地，所述接触器的触头组件在与其相应的相中的下一个电流零点之前的1到2毫秒被一致断开。
一旦断开所述接触器174，则进行判断是否有其它未断开的接触器176。如果有176，178，工艺154返回到步骤162，在其中监测所述闭合的接触器的相中的电流。如此，各接触器彼此单独断开。由于在所述第一相脱离之后，所述第二和第三相的电流将具有相同的相位角，因此后两相中的接触器将同时断开。一旦所有接触器断开176，180，则所述流程在步骤100结束，此时所有接触器处于断开或断路状态。
现参照图9，尤其适用于单独控制模块化隔离接触器组件的接触器的工艺或流程184在186开始，且在步骤188识别表示为已请求断开状态的开关或故障指令。如果未请求断开状态188，190，所述流程循环直到接收到这样的指令。没有接收到这样的指令表示请求线路和负载之间继续电连接。一旦接收到开关或者故障指示信号或指令188，192，则利用三相输入信号的一相中的电流传感器监测电流。可以监测三相输入的任一相，但优选地，实际上仅监测一相。监测所述相中的电流以确定何时出现特定电流状态114。优选地，将所述电流状态定义为从所述电流传感器接收到的、基于所监测的相穿过电流零点的电流过零信号。但是，所述电流信号上的非零点也可以作为所述特定电流状态。如果未接收到电流状态196，198，所述流程继续监测所选择相中的电流。一旦出现所述电流状态且被所述控制器识别到196，200，则所述流程在所述控制器传送断开信号到相应于所监测的相的单个接触器的驱动组件之前执行等待步骤202。所述等待或延迟期间基于从所述驱动组件接收所述信号开始到相应接触器断开所需要的时间间隔。
一旦所述延迟时间届满202，则在204断开相应于所监测的相的接触器。优选地，所述接触器在相应相中的下一个电流过零之前的1到2毫秒的点断开。在步骤206，所述流程等待直到在步骤208断开所述其余接触器之前所述多个触头已经断开。优选地，同时断开所述其余接触器。例如，在三相情况下，断开第一极接触器并且在其后又分别通过第二和第三极各自的驱动组件同时断开该二者的接触器。一旦断开所有接触器，则所述线路和负载彼此隔离且所述流程结束210。
本发明描述了单独断开模块化接触器组件的接触器。但是，就单独控制的接触器的接通或闭合而论，本发明具有许多优点。对本发明所述模块化接触器组件来说，点波(Point-on-Wave，POW)开关或控制尤其有利。POW开关使接触器的触头基于从电压传感器获得的电压数据闭合并且基于从电流传感器获得的电流数据断开。POW开关减少触头烧损，并且通过以可以最小化或防止在所述触头间形成的电弧的方式断开所述接触器的触头，而因此改进了触头开关。对于所述触头的闭合来说，POW开关也是有利的，其通过在精确的电压点上闭合所述触头来减小所述电机(负载)的不良扭矩振荡。
现参照图10，其示出了用于三相电源信号的单相的典型正弦电流波形212。所述电流值沿所述波形各点从最大负电流值214到最大正电流值216变化。在邻接的最小值(或最大值)之间，所述波形越过零点218。在点218，用于所述负载的相应相的电流等于或接近于最小值。如上面讨论的，需要在所述电流波形在点218或接近于点218时断开接触器，以减少在所述接触器的触头之间形成的电弧。
在供电给负载时，波形212通常不变。虽然随着时间过去，出现幅值、频率和相位的变化，但波形212通常不变。根据本发明的一方面，当请求断开状态时，会接收到开关指令或故障指示信号220。在图10中，所述开关信号相对于所述电流波形示出，并且相应于该波形在点214的时刻。然而，这仅仅是为了说明的目的，所述开关或断开信号可以在所述电流连续区上的任何点接收。如果所述触头在请求所述断开状态时(接收到开关信号时)断开，则在那一点的电流幅值为最大值或接近于最大值。这会增加所述切断电弧时间以及随后的触头烧损。因此，所述控制器通过间隔td延迟所述接触器的断开。所述接触器的触头在点222断开。在所述相的所述线路和所述负载之间的开路状态没有立即发生。在所述触头的分离和开路状态之间有期间Δt。在Δt，发生短时切断电弧，并且其有助于最小化触头烧损并防止电流过零后的再燃，如上所讨论的。所述接触器在所述波形的点226断开，并且在所述线路和负载之间获得开路状态。
点波开关是本发明的优点。点波闭合的目的是将接通电流中的不对称分量减至最小，以便减小电机(负载)中的不良扭矩振荡以及使振动拉弧烧损和触头熔焊减至最低限度。现参照图11，分别示出了用于三相电源信号的单相的一组电压和电流波形228、229，以描述根据本发明的接触器的“接通”或闭合。闭合所标注的第一极不需要在所述系统电压的任何特定相位角上“接通”，因为没有电流流过所述接触器。但是，所述第二和第三极在所述电压波形的特定点上闭合以减少高暂态电流和因而产生的不良的扭矩振荡。基于来自于电压传感器的至少一个电压数据值来接通每个所述第二和第三接触器中的触头，且在所描述的例子中，在所述波形的点230处接收闭合接触器信号。仅在所标注的第一极接触器闭合之后可随即观察到延迟期间td。所述时间延迟流逝后，第二接触器的触头在点232上闭合，所述点232取决于所述负载的功率因数优选为所述系统电压的65到90度相位角。因触头振动引起的电弧还可以通过在每个接触器内使用多组触头以减至最低限度或消除。减少振动拉弧234是有利的，因为它还引起触头烧损和触头熔焊。在闭合所述触头时进行控制还减少了电机中的不良的扭矩振荡。
图12描述了单独“接通”或闭合模块化或多接触器组件的接触器的工艺或流程的步骤。所述工艺236在238开始，在238处将开关指令从所述控制器发送到所述驱动组件或用于所标注的第一极接触器的组件。如上所述，所标注的第一极接触器可以独立于所述系统电压的特定相位角进行闭合，因为在所述接触器闭合之前没有电流流过其中。用于所标注的第一极接触器的驱动组件基于所述开关指令使所述接触器内的触头在240闭合。应该指出，本工艺236可以通过具有单个驱动组件或一个以上驱动组件的接触器来执行。另外，虽然优选地，每个接触器包括多组触头，但本工艺236可以由具有单组触头的接触器来执行。
在所标注的第一极接触器已经闭合240之后，在242监测相应于非第一极接触器的相中的所述系统电压的限定相位角。通过监测非第一极接触器的所述相，可以在所述波形的特定点上闭合所述非第一极接触器。表示相应于所述非第一极接触器的所述系统电压中的限定相位角的信号在244传送给所述控制器。所述限定相位角信号可以从电压传感器或者其它检测或传感装置传送。一旦接收到所述限定相位角信号，所述控制器即等待直到延迟时间在246届满。如先前讨论的，所述延迟时间基于从接触器的所述驱动组件接收开关信号开始到闭合接触器内的所述触头所需要的时间量。一旦所述延迟时间届满，所述控制器即发送闭合触头信号到所述非第一极接触器的驱动组件248，从而使所述非第一极接触器的所述触头在250闭合。如上所述，所述非第一极接触器取决于所述负载的功率因数优选地在所述系统电压的近似65度到近似90度相位角之间闭合。
在250闭合所述非第一极接触器之后，在252确定另外的接触器是否保持断开。如果所有所述接触器都没有闭合252，254，所述工艺或流程返回到步骤242，并且进行先前所描述的步骤或功能。但是，如果所述接触器组件的所有接触器都闭合252，256，则工艺236在258结束且电流流过每个所述接触器。优选地，在结束工艺236时，所述控制器执行先前在图7、8或9所描述的工艺或流程中的一个，以在请求断开状态时单独控制所述接触器组件的所述接触器的断开。
现参照图13，示出了单独控制模块化接触器组件的接触器的闭合的可选择的工艺或流程的步骤，以这种方式可以使高暂态电流和因而产生的不良的扭矩振荡减至最小。工艺260适用于三相电源，以及具有三个独立的单极接触器的接触器组件，或者可选择地，优选地安装在单个接触器组件外壳内的双极接触器和单极接触器。工艺260在262开始，且在264监测AC电源信号中的电压。所述AC电源信号可以从公用线路电源或其它类型的电源输出，比如从电机驱动电源输出。通过监测电源电压可以实现精确地接触器的点波闭合。也就是说，监测所述电源信号的电压以确定过零点。然后通过共同的或分离的驱动组件在特定相位使一对接触器闭合，该特定相位优选为过零点之后近似60度。所述一对接触器闭合之后，在268再次监测所述电源信号内的电压从而可以使第三接触器在特定时刻闭合270。优选地，所述特定时刻是所述一对接触器闭合后的近似90度。延迟所述第三接触器的闭合直到闭合所述第三接触器之后，可以减少所述系统内的不良的扭矩振荡，从而减少对系统的压力。
本发明已经描述所标注的第一极开关，其中用于三相输入或负载的一极或相的接触器在断开其余接触器之前断路或断开。这种结构的优点是任一接触器都可标注为所述“第一”极接触器。而且，这种标注可以选择地更换，从而所述“第一”极的标注可以在所有接触器中轮换。在所述接触器之间轮换所述“第一”极的标注平衡了所述接触器之间的触头烧损，从而获得所述接触器的持久和稳定的工作。所述轮换的标注可以通过编程所述控制器以在特定数量的接通和断开事件后改变标注来自动进行或者通过改变连接到所述接触器的导线顺序来手动进行。
因此，在一个实施例中，本发明包括一种控制接触器开关的方法，所述方法包括监测具有电源和负载的电气系统内的电压的步骤。在所述系统的电压过零点之后的第一相位角闭合多接触器组件的至少第一接触器。其后，在闭合所述第一接触器之后的特定时刻闭合另一个接触器。
根据本发明的另一个实施例，模块化接触器系统包括固定在单个接触器组件内的多个静触头和多个动触头。提供了多个驱动组件且每个驱动组件与至少一个动触头有可操作的关联。控制器与所述多个驱动组件有可操作的关联，且其被配置以使并非所有的所述多个动触头与并非所有的所述静触头接合。
根据本发明的另一个实施例，提供控制器以单独控制模块化接触器组件的接触器的闭合。所述控制器被编程为在电气系统的在先电压过零点之后的第一时刻传送第一接触器闭合信号到用于一对接触器的至少一个驱动组件，以闭合该对接触器。所述控制器进一步被编程为使得在所述第一时刻之后的第二时刻传送第二接触器闭合信号到用于第三接触器的驱动组件，以闭合该第三接触器，这使所述电气系统内的高暂态电流和因而产生的不良的扭矩振荡减至最小。
本发明通过所述优选实施例得以描述，应认识到，除已清楚描述的那些以外的等同、替换和变型是可能的，且在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种控制接触器开关的方法，包括下列步骤：
监视在具有电源和负载的电气系统中的电压；
在所述系统中电压过零后的第一相位角闭合多接触器组件的至少第一接触器；
在所述第一接触器闭合后的指定时刻闭合所述多接触器组件的另一个接触器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定时刻包括所述系统中电压的第二相位角。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述指定相位角取决于所述负载的功率因数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一相位角近似为60度，且所述第二相位角近似为90度。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括延迟所述另一个接触器的闭合直到等待期间届满的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述等待期间由开关指令传送与接触器闭合之间的时间所限定。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少第一接触器包括第一接触器和第二接触器，并且进一步包括同时闭合所述第一和所述第二接触器的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多接触器组件包括用于多相负载每一相的至少一个接触器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多相负载包括三相。
10.一种模块化接触器系统，包括：
固定在单个接触器组件(10、66、68、88、108)内的多个静触头(26)和多个动触头(39)；
多个驱动组件(100A、100B、100C、122A、122B、122C)，其中每一个与至少一个动触头(39)有可操作的关联；以及
与所述多个驱动组件(100A、100B、100C、122A、122B、122C)有可操作的关联的控制器(80、102、124、196、200)，且其被配置为在其接收闭合电路指令信号(230、248)时使并非所有的所述多个动触头(39)与并非所有的所述多个静触头(26)接合。
11.根据权利要求10的所述模块化接触器系统，其中把所述多个静触头(26)和所述多个动触头(39)排列成数组触头组件(10、66、68、88、108)，以使得所述接触器组件(10、66、68、88、108)包括一组用于多相电源(74、110)的每一相的触头组件(10、66、68、88、108)。
12.根据权利要求11的所述模块化接触器系统，其中并非所有的所述动触头(39)以及并非所有的所述静触头(26)对应于单组触头组件(10、66、68、88、108)。
13.根据权利要求12的所述模块化接触器系统，其中所述控制器(80、102、124、196、200)进一步被配置为仅在并非所有的所述动触头(39)与并非所有的所述静触头(26)已经相互接合之后，使得所述多个静触头(26)和所述多个动触头(39)在另一组触头组件(10、66、68、88、108)中接合。
14.根据权利要求13的所述模块化接触器系统，其中所述控制器(80、102、124、196、200)被进一步配置为在系统电压的特定相位角所限定的时刻闭合所述另一组触头组件(10、66、68、88、108)。
15.根据权利要求14的所述模块化接触器系统，其中所述特定相位角在近似65度和近似90度之间。
16.根据权利要求10的所述模块化接触器系统，其中所述控制器(80、102、124、196、200)被配置为：
在电气系统的在先零电压(266)之后的第一时刻，传送第一接触器闭合信号(230、248)到多个驱动组件(100A、100B、100C、122A、122B、122C)的用于一对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)的至少一个驱动组件(10、66、68、88、108)，以闭合该对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)；以及
在所述第一时刻之后的第二时刻，传送第二接触器闭合信号(230、248)到用于第三接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)的驱动组件，以闭合该第三接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)，从而使得电气系统内的高暂态电流和因而产生的不良的扭矩振荡的至少之一减至最小。
17.根据权利要求16的所述模块化接触器系统，其中所述一对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)和所述第三接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)排列在单个接触器组件外壳(30)内。
18.根据权利要求17所述的模块化接触器系统，其中所述单个接触器外壳(30)包括用于多相负载(78，89)的每一相的接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)。
19.根据权利要求16所述的模块化接触器系统，其中所述控制器(80，102，124，196，200)进一步被配置为使所述闭合电路指令信号(230，248)延迟(144，172)传送到所述一对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)直到延迟期间(144，172)届满。
20.根据权利要求16所述的模块化接触器系统，其中所述控制器(80，102，124，196，200)进一步被配置为传送所述第一闭合接触器信号(230、248)到所述一对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)从而使得在所述零电压(226)之后的近似60度，闭合该对接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)，并且传送所述第二闭合接触器信号(230、248)到用于所述第三接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)的至少一个驱动组件(10、66、68、88、108)，从而使得在所述零电压(226)之后的近似90度闭合该第三接触器(12A、12B、12C、72A、72B、72C、76A、76B、76C、90A、90B、90C、114A、114A′、114B、114C)。
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