CN1879273B - 自动转换开关和保护装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种自动转换开关和保护装置。该装置包括触点、驱动组件和控制器。该触点在第一位置、第二位置和第三位置之间是可以移动的。该驱动组件在第一、第二和第三位置之间移动该触点。该控制器接收表示第一电源和第二电源中的电能状态的第一信号。该控制器响应于第一信号而将第二信号提供给驱动组件以移动触点。该触点在第一位置时可以将来自第一电源的电能提供给负载，在第二位置时将来自第二电源的电能提供给负载，以及在第三位置时把负载与第一和第二电源隔离。

Description

自动转换开关和保护装置

背景

本公开涉及自动转换开关。更具体地，本公开涉及具有集成保护功能的自动转换开关。

自动转换开关在许多工业和住宅配电系统中已经变得很普遍。通常使用自动转换开关来自动地转换从两个或者更多个电源分配到负载的电能。在工业环境中，配置许多工业设备以从两个或者更多个电源接收电能。这些电源可以是不同的电力网、相同电力网上的不同点、发电机以及上述的任何组合。因此，在来自其中一个电源的电能无法使用或者不适合的情况下，自动转换开关可以转换该系统以从第二个电源获得电能。

在住宅环境中，一些家庭已经安装有备用发电机，例如太阳能电池组、燃料电池、燃气发电机、风力发电机及其任何组合。在本地公用事业公司停电的情况下，自动转换开关已被用来从备用发电机提供电能。

然而，具有自动转换开关的现有系统的复杂性和成本已经限制了它们在许多应用中的使用。因此，存在对于具有自动转换开关和保护性能的低成本、低复杂性系统的需要。

概要

提供了一种自动转换开关和保护装置。该装置包括触点(contact)、驱动组件和控制器。触点在第一位置、第二位置和第三位置之间可以移动。驱动组件在第一、第二和第三位置之间移动触点。控制器接收表示第一电源和第二电源中的电能状态(condition ofpower)的第一信号。响应于第一信号，控制器向驱动组件提供第二信号以移动触点。触点在第一位置时可以向负载提供来自第一电源的电能，在第二位置时可以向负载提供来自第二电源的电能，以及在第三位置时可以把负载与第一和第二电源隔离。

还提供了一种具有触点、控制器和驱动组件的自动转换和保护装置。触点在第一位置、第二位置和第三位置之间移动。第一位置使负载与第一电源电连通(communication)。第二位置使该负载与第二电源电连通。第三位置把负载与第一和第二电源隔离。控制器接收第一信号，并响应于该第一信号而产生第二信号。驱动组件接收第二信号，并响应于该第二信号而在第一、第二和第三位置之间移动触点。

提供了一种具有第一触点位置、第二触点位置、第三触点位置和移动装置的自动转换和保护装置。第一触点位置使负载与第一电源电连通。第二触点位置使该负载与第二电源电连通。第三触点位置把负载与第一和第二电源隔离。移动装置响应于第一和第二电源中的电能状态而在第一、第二和第三触点位置之间移动。

根据下面的详细描述1、附图和所附的权利要求书，本领域技术人员将认识并理解本公开的上述和其它特征以及优点。

附图简述

图1是具有典型自动转换开关的配电系统的示意图；

图2是具有根据本发明的自动转换开关和保护装置的示例性实施例的配电系统的示意图；以及

图3是图2的装置的示意图。

详细说明

参考附图以及尤其是参考图1，说明了一个具有典型自动转换开关12的配电系统10。配置开关12以向负载18提供来自第一电源14或者第二电源16的电能。负载18可以是任何住宅或者工业耗电装置，例如但不限于灯、电动机、压缩机、计算机以及其它装置。为了清楚起见，说明了具有两个电源和一个负载的系统10。当然，可以预料到系统10具有多于两个的电源和/或多于一个的负载。

配置开关12以有选择地将第一电源14或者第二电源耦合到负载18。例如，第一电源14可以是本地公用事业公司的电源，以及第二电源16可以是备用发电机。在该例子中，开关12在正常运行条件下可以向负载18输送来自第一电源14的电能，但是在来自第一电源的电能变得无法使用和/或不适合的情况下，可以向该负载输送来自第二电源16的电能。

系统10需要多个断路器来互相保护转换开关、电源和/或负载。在所说明的例子中，系统10具有在第一电源14和开关12之间用于保护的第一断路器20。系统10还具有在第二电源16和开关12之间用于保护的第二断路器22。此外，系统10包括在开关12和负载18之间用于保护的第三断路器24。

开关12可以包括一个或者多个传感器26，用于检测分别来自第一和第二电源14、16的电能状态。传感器26允许开关12检测分别来自第一和第二电源14、16的电能状态。传感器26可以是例如但不限于电压互感器、电流互感器及其任何组合之类的传感器。

基于所检测到的状态，开关12自动地将输送到负载18的电能在第一和第二电源14、16之间转换，以最小化断电时间并保证对负载持续不断地供电。具体而言，开关12具有在第一位置30和第二位置32(以虚线表示的)之间可以移动的触点28。在第一位置30，触点28使负载18与第一电源14电连通。相反，当触点在第二位置32时，触点28使负载18与第二电源16电连通。

第一断路器20可以包括一个或者多个传感器34，用于检测来自第一电源14的电能状态。类似地，第二断路器22可以包括一个或者多个传感器36，用于检测来自第二电源16的电能状态。此外，第三断路器24可以包括一个或者多个传感器38，用于检测来自开关12的电能状态。传感器34、36允许断路器20、22、24检测分别来自第一和第二电源14、16的电能状态。类似地，第三传感器38允许第三断路器24保护负载18免受通过开关12输送的电能的影响。基于由传感器32、34、36检测到的电能状态，断路器20、22、24可以以已知的方式自动地断开以保护系统10中的各种部件。

遗憾的是，系统10具有在许多应用中可能是不希望的程度的复杂性和成本。另外，系统10的复杂性可能降低将电力分配到负载18的可靠性。

现在转向图2和3，说明了一个具有自动转换开关和保护装置112的示例性实施例的配电系统110。这里，以与100的复合来标记执行相同和/或类似功能的组成部分。

有利的是，装置112既充当开关又充当保护装置。例如，配置装置112以有选择地向负载118提供来自第一电源114或者第二电源116的电能。另外，配置装置112以通过在检测到电能状态在预定的设定值之上时自动断开来保护系统110的各种部件。

负载118可以是任何耗电装置，例如但不限于灯、电动机、计算机和其它装置。为了清楚起见，说明了具有两个电源和一个负载的系统110。当然，可以预料到系统110具有多于两个的电源和/或多于一个的负载。

装置112具有在第一位置130、第二位置132(以虚线表示的)和第三位置140之间可以移动的触点128。在第一位置130，触点128使负载118与第一电源114电连通。类似地，当触点在第二位置132时，触点128使负载118与第二电源116电连通。第三位置140是断开或者保护位置。当触点128在第三位置140时，装置112把负载118与第一和第二电源114、116隔离。具体而言，当装置112移动触点128到第三位置140时，负载118不与第一或第二电源114、116电连通。

装置112包括用于控制触点128的运行的控制器142。在示例性实施例中，控制器142是处理单元，例如电子跳闸单元。可替换地，通过本公开可以预料到控制器142包括控制电路、处理单元和热磁跳闸装置。当然，通过本公开可以预料到控制器142包括一种或者多种上述的任何组合。

装置112包括一个或者多个传感器126，用于检测分别来自第一和第二电源114、116(例如装置112的线路侧)的电能状态。在一些实施例中，装置112还包括一个或者多个传感器138，用于检测由负载118(例如装置112的负载侧)所消耗的电能的状态。传感器126、138可以是例如但不限于电压互感器、电流互感器及其任何组合之类的传感器。

装置112还可以包括传感器150，用于检测触点128的位置。这里，传感器150可以确保装置112知道触点128是在第一位置130、第二位置132还是在第三位置140。

传感器126、138、150向控制器142提供一个或者多个第一信号144。根据第一信号144，控制器142确定对于触点128所需的位置，即第一位置130、第二位置132或者第三位置140。配置控制器142以发送对应于触点128的所需位置的第二信号146。控制器142发送第二信号146到驱动组件148。配置驱动组件148以分别在第一位置130、第二位置132第三位置140之间移动触点128。驱动组件148可以是例如但不限于螺线管、电动机、磁定位装置以及其它装置之类的驱动器。

在正常运行的过程中，控制器142维持触点128在第一位置130，以使来自第一电源114的电能被提供给负载118。如果传感器126检测到来自第一电源114的电能无法使用或者不可接受，那么控制器142可以将触点128移动到第二位置132，以使来自第二电源116的电能被提供给负载118。如果传感器126检测到来自第二电源116的电能变得无法使用或不可接受或者来自第一电源114的电能被恢复，那么控制142可以将触点128移动回到第一位置130，以使来自第一电源的电能被提供给负载118。以这种方式，装置112可以最小化断电时间并确保对负载118持续不断地供电。

在一些实施例中，可能理想的是延迟到负载118的在第一和第二电源114、116之间的电能的转换。例如，负载118可能时常包括大的电动机，它的转动可能在系统110中产生有害的反(back)电磁场(EMF)。在该例子中可能理想的是，允许电能输送到电动机的短延时以允许电动机的惯性变慢，但是不停止。这可以减轻电动机的惯性效应，并由此减轻有害的反EMF效应。具体而言，可能理想的是把负载118与第一和第二电源114、116短暂地隔离。这里，当通过传感器126检测到来自第一电源114的电能无法使用或者不可接受时，控制器142可以在将触点移动到第二位置132之前把触点128移动到第三位置140一个预定的时间(例如延时)。可以预料到该预定时间或者延时在大约零(0)秒和大约三十(30)秒之间。例如，可以预料到该预定时间或者延时在大约五(5)秒之间。

如果通过传感器126检测到来自第一和第二电源114、116的电能都无法使用和/或不可接受，那么控制器142可以将触点128移动到第三位置140，以使负载118与第一和第二电源隔离。另外，配置装置112以将触点128移动到第三位置140，以使如果通过传感器138检测到的负载所消耗的电能超过了预定的极限，那么将负载与第一和第二电源都隔离。

因此，装置112接收来自系统110中的传感器126、138、150的第一信号144。根据第一信号144，控制器142确定表示触点128所需位置的第二信号146。然后控制器142向驱动组件148提供第二信号146，以将触点128移动到所需的位置。以这种方式，装置112可以自动地和有选择地将来自第一电源114或者第二电源116的电能提供给负载118。另外，装置112可以根据需要有选择地把负载118与第一和第二电源114、116隔离。

在一些实施例中，可能理想的是提供具有用于保护负载118的补充保护装置152的装置112。例如，补充保护装置152可以是如图3所示的设置在触点128和负载118之间的负载检测熔断器。在其它实施例中，系统110可以包括第三断路器124，其被设置在装置112和负载118之间以增加又一个级别的保护。

因此，装置112可以将典型的转换开关功能和电子跳闸单元功能与负载检测熔断器相组合，以产生保护负载118的集成自动转换和保护装置，而没有传统系统所需的费用和复杂性。

还应当注意，在此可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“上部”和“下部”等等来更改各种元件。除非特别说明，否则这些更改并不意味着所更改的元件的空间的、顺序的或者分层的顺序。

虽然已经参考一个或者多个示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变并可以用其等价物代替元件。另外，在不脱离其范围的情况下，可以作出许多更改以使特定情形或者材料适合本公开的教导。因此，打算将本发明不限于作为用于实现本发明所考虑的最佳方式而公开的特定实施例，但是本发明将包括落在所附的权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (6)

1.一种自动转换开关和保护装置，包括：

触点，可在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，并且所述触点提供通过它的电流通路；

驱动组件，用于在所述第一、第二和第三位置之间移动所述触点；以及

控制器，用于从传感器接收表示第一电源和第二电源的电能状态的第一信号，所述控制器响应于所述第一信号而向所述驱动组件提供第二信号以在所述第一、第二和第三位置之间移动所述触点，其中所述触点在所述第一位置时向负载输送来自所述第一电源的电能，在所述第二位置时向所述负载输送来自所述第二电源的电能，以及在所述第三位置时把所述负载与所述第一和第二电源隔离，

其中，所述第一信号表示在所述触点的负载侧中电能的状态和所述触点的位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器还配置成确定所述触点是在所述第一位置、所述第二位置还是在所述第三位置。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器是处理器、热磁跳闸装置或其任何组合。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器是电子跳闸单元。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述触点和所述负载之间的负载检测熔断器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动组件是从由螺线管、电动机和磁定位装置构成的组中选择的装置。

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