CN220553844U - 电气执行器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及通过设计满足多种输入电压要求的统一的电源驱动电路，提供足够的功率给低压电器设备中的各个电气执行器，比如电机，电磁铁等，能够统一各个电气执行器的规格，极大的减少了终端产品的型号。对于需要电气绝缘的应用，也能够通过驱动电源实现隔离；对于有多路电源输入的应用，还可以为电气执行器提供冗余供电设计，保证低压电器设备的可靠稳定运行。

Description

电气执行器

技术领域

本实用新型涉及电气执行器，尤其涉及一种应用于低压电器设备中的、包含具有宽范围输入电压的电源驱动器的电气执行器。

背景技术

在低压电器产品的设计中，电动机和电磁铁常常作为低压电器产品的电气执行器，推动机构进行机械动作。

现有的设计中，根据电气执行器所在的主回路和控制电路的输入电压不同，相应的电气执行器分为多种不同的型号，以分别适应不同的应用场合，这造成电气执行器的多种产品型号。

现有低压电器中使用的单个电气执行器的工作电压范围较小，不能适应宽范围的输入电压波动的需求。特别是对于输入电源在较大范围波动时适配相同型号的电气执行器的情况，例如在输入电源欠压和过压的情况下，电气执行器有可能无法动作、不能可靠动作或损坏，从而影响了产品的功能实现。

以框架断路器和塑壳断路器中使用的电气执行器作为低压电器设备中使用的传统的电气执行器的示例。框架断路器和塑壳断路器中使用的MCH储能电机(电动操作机构)和XF(合闸)/MX(分励脱扣)线圈。参见下面的表格，可以看出适用于框架断路器和塑壳断路器的MCH电机和XF/MX线圈的工作输入电源的范围需要很宽，并且考虑工作的阈值上、下限之后，进一步使得工作输入电源的范围更宽。

MCH

XF/MX

以低压电器产品中的自动转换开关为例，其不仅需要使用电气执行器来推动机构动作，而且还需要保证自动转换开关的两路输入电源在相互隔离的基础上，都能够给电气执行器供电，这通常是通过选电电路来实现的。

图1示出了低压电器设备与其中所使用的传统的电气执行器之间的相关的电路连接示意图。

在图1中，以双电源自动转换开关ATSE作为低压电器设备的示例。双电源自动转换开关的控制器通过从两路输入电源(图1左侧的常用输入电源和右侧的可选的替代电源)选择合适的输入电源，一般由控制器控制例如接触器或继电器的适配器(即，选电电路)来实现两路输入电源的选择和切换，并且通过双电源自动转换开关的电气互锁电路来保证两路输入电源之间的电气绝缘。

通过双电源自动转换开关的控制器和适配器选择的输入电源对双电源自动转换开关的电气执行器(例如图1所示的MCH或XF)进行供电。另外，图1中，PF为准备合闸信号；OF-N为常用电源合闸信号；OF-R为备用电源合闸信号；Coil-N为常用电源合闸线圈；Coil-R为备用电源合闸线圈。

但是针对不同电压的输入电源，需要选择对应型号的电气执行器，导致电气执行器的最终产品根据输入电源的不同电压而存在很多型号，比如380V和440V的产品由于MCH电机的原因需要分为不同型号。

进一步，由于电气执行器的供电范围有限，例如在0.85Un到1.1Un之间，不适应电源电压波动较大的应用，也会带来可靠性问题。

因此，需要提供一种低电压电器产品中使用的、适应于多种不同输入电源的、同时还能够提供电气隔离和和冗余电源供电的电气执行器。

实用新型内容

本实用新型提出的技术方案，通过设计电气执行器的驱动电源，能够在低压电器设备的不同输入电源的情况下，都输出相同的驱动电压给电气执行器，并且有足够的输出功率驱动电气执行器可靠动作。同时通过电气执行器的驱动电源还能够实现低压电器设备的输入电源的电气隔离和冗余电源。

根据本申请的一方面，提供一种低压电器设备中使用的电气执行器，包括：电源驱动电路，使用低压电器设备的宽范围的多路输入电源中的至少一个作为输入，并基于所使用的多路输入电源生成用于驱动电气执行器的统一的驱动电压输出，其中，多路输入电源彼此之间是电气隔离的；其中，所述电源驱动电路的输入和输出之间是电气隔离的。其中，所述电源驱动电路包括：第一子电源驱动电路，基于低压电器设备的第一路输入电源生成用于驱动电气执行器的第一驱动电压；和第二子电源驱动电路，基于低压电器设备的第二路输入电源生成用于驱动电气执行器的第二驱动电压；其中，第一驱动电压和第二驱动电压并联连接生成统一的驱动电压。

其中，第一子电源驱动电路和第二子电源驱动电路采用开关电源的拓扑结构来实现。

其中，所述的开关电源的拓扑结构是双管反激型的结构。

其中，第一子电源驱动电路和第二子电源驱动电路的每一个包括AC输入部分、输入整流部分、输入滤波部分、直流-直流变换器部分、输出整流滤波部分以及控制驱动部分。

其中，所述电源驱动电路布置在低压电器设备的控制器部分中。

其中，所述电源驱动电路还包括第三子电源驱动电路，基于低压电器设备的多路输入电源生成用作控制电路的电源的独立隔离的附加输出电压。

其中，所述电源驱动电路还包括第四子电源驱动电路，基于所述第三子电源驱动电路的输出电压生成用作控制电路的电源的二次附加输出电压。

本实用新型提出的技术方案，通过设计用于电气执行器的统一的驱动电源，使得根据本实用新型的电气执行器能够适应于多种不同输入电源的应用以及需要提供电气隔离和和冗余电源供电的应用。根据本实用新型的电气执行器还能够统一电气执行器的型号，使得设计和实施人员针对电气执行器的选择变得简单，使用起来也方便，还能降低由于电气执行器的型号过多导致的各种错误。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本公开的方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解，其中：

图1示出了低压电器设备与其中所使用的传统的电气执行器之间的相关的电路连接示意图。

图2示出了低压电器设备与其中所使用的根据本实用新型实施例的电气执行器之间的相关的电路连接示意图。

图3示出了图2的两路子电源驱动电路的电气隔离以及进一步生成低压直流控制电压的示意原理图。

图4示出了图2的电源驱动电路的每个子电源驱动电路的双管反激的电源拓扑结构。以及

图5示出了图4的电源驱动电路的每个子电源驱动电路的一种具体实现的电路图。

具体实施方式

下面将参考本实用新型的示例性实施例对本实用新型进行详细描述。然而，本实用新型不限于这里所描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域的技术人员传递本实用新型的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。

在本实施新型的实施例中，除非另有明确说明，“连接”并不意味着必须“直接连接”或“直接接触”，而仅需要电学上连通即可。此外，文中的“第一”、“第二”等表述仅用于区分部件，并不表示任何优先级或排序，也不代表两个部件的参数值是否相同或不同。

图2示出了低压电器设备与其中所使用的根据本实用新型实施例的电气执行器之间的相关的电路连接示意图。

在图2中，仍以双电源自动转换开关ATSE作为低压电器设备的示例。双电源自动转换开关的控制器通过两路输入电源(图2左侧的常用输入电源和右侧的可选的替代电源)中合适的至少一个输入电源来进行供电，一般由例如断路器的适配器实现两路输入电源的接入。图2中仅示出了两路输入电源，在实际应用中，也可以使用更多数量的接入电源。其中，多路输入电源彼此之间是电气隔离的。

根据本实用新型实施例，基于两路输入电源，在双电源自动转换开关的控制器部分中为双电源自动转换开关的电气执行器(例如图2所示的MCH或XF)设计两路独立的具备电气绝缘的子电源驱动电路，就实现了两路输入电源为电气执行器的冗余供电，即所述子电源驱动电路的输入和输出之间是电气隔离的。两路子电源驱动电路的输出并联。由两路子电源驱动电路形成的电源驱动电路可以优选地如图2所示布置在控制器部分中，也可以在双电源自动转换开关的其他部分中。另外，图2中，PF为准备合闸信号；OF-N为常用电源合闸信号；OF-R为备用电源合闸信号；Coil-N为常用电源合闸线圈；Coil-R为备用电源合闸线圈。

因为两路子电源驱动电路的输入端之间具备绝缘，能够在不需要电气互锁的基础上实现选电功能，所以可以省去双电源自动转换开关的电气互锁电路。并且电源驱动电路输出的电压经过稳压控制，可以为电气执行器提供稳定可靠的驱动电源。

根据本实用新型实施例,考虑到两路输入电源范围较宽，可以从208Vac到480Vac,电源驱动电路输出所带动的电气执行器分为电机(MCH)和电磁铁线圈(XF)，考虑电机启动的峰值电流和平均电流以及考虑电磁铁线圈的电流，例如可以将电源驱动电路设计为200Vdc电压输出，平均电流输出为1A。

优选地，还可以为双电源自动转换开关的控制器提供独立的隔离24Vdc供电输出。图3示出了图2的两路子电源驱动电路的电气隔离以及进一步生成低压直流控制电压的示意原理图。

图3中，两路子电源驱动电路(即，第一子电源驱动电路和第二子电源驱动电路)均由开关电源模块(SMPS)实现，由于每个开关电源模块的交直流变换中均采用了高频的变压器，变压器的初次级两端是电气隔离的，因此每路子电源驱动电路的输入输出之间是电气隔离的。同时两路子电源驱动电路的输入之间也是电气隔离的。

由两路子电源驱动电路形成电气执行器的电源驱动电路，例如该电源驱动电路电压输出为200Vdc，平均电流输出为1A。

在每个开关电源模块的变压器的次级增加一个次级线圈，可以形成的附加的电源驱动电路(即第三子电源驱动电路)，例如，附加的电源驱动电路电压输出为24Vdc，平均电流输出为0.5A，作为提供给比如继电器、逻辑电路、人机界面等等的附加控制电路的直流电源。

进一步地，可以在附加的电源驱动电路的24Vdc电压输出端设计一个BUCK型的DC/DC降压模式的开关电源，形成二次附加的电源驱动电路(即，第四子电源驱动电路)，例如二次附加的电源驱动电路电压输出为12Vdc电压输出，平均电流输出为0.83A，作为其他控制电路的直流电源。

图4示出了图2的电源驱动电路的每个子电源驱动电路的双管反激的电源拓扑结构。

优选地，可以将电源驱动电路的每个子电源驱动电路设计为采用双管反激的直流-直流变换的电源拓扑结构。也可以采用其他的电源拓扑结构。

如图4所示，子电源驱动电路采用交替导通的两个功率开关管S1、S2串接在变压器的初级线圈Lp，二极管D1、D2是开关管S1、S2截止时工作的续流二极管。电容器Co1和Co2以及电感器L1和Lm形成开关管S1、S2分别导通工作时的吸收电路。

变压器的次级线圈Ls的极性与初级线圈Lp的极性相反，D3和C组成子电源驱动电路的输出滤波电路。

图5示出了图4的电源驱动电路的每个子电源驱动电路的一种具体实现的电路图。

图5所示的子电源驱动电路的具体电路实现主要包括AC输入部分、输入整流部分、输入滤波部分、诸如双管反激类型的直流-直流变换器部分、输出整流滤波部分以及控制驱动部分。本领域技术人员可以根据实际应用的情况来设计上述各个部分的具体电路实现。在此不再赘述。

本申请通过在低压电器设备中的电气执行器中增加能够适应多种输入电压的电源驱动电路，极大地减少了电气执行器的型号，比如根据本实用新型实施例的电气执行器，采用一种型号电气执行器就可以代替传统的电气执行器的针对交流输入参数100Vac到480Vac而产生的多种型号电气执行器。根据本实用新型实施例的电气执行器，通过电源驱动电路将交流输入100Vac到480Vac转换为200Vdc或24Vdc输出，通过200Vdc或24Vdc输出来带动诸如MCH或XF的电气执行器，并且具有足够的输出功率。

以低压电器产品中的自动转换开关为例，通过根据本实用新型的电源驱动电路，不仅可以统一电气执行器的型号，实现对电气执行器的驱动，也可以保证低压电器产品中的两路输入电源之间的相互隔离，实现选电的功能，还能够省去低压电器产品中的电气互锁电路。

针对产品在电压波动较大的场合，也可以通过电源驱动电路保证电气执行器在其供电范围内可靠稳定工作，提高了产品的可靠性和稳定性。在此基础上，针对特定产品，还可以实现电气绝缘和冗余供电。

本实用新型中涉及的电路、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本实用新型的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本实用新型所要保护的权利范围。

Claims (7)

1.一种低压电器设备中使用的电气执行器，其特征在于包括：

电源驱动电路，使用低压电器设备的宽范围的多路输入电源中的至少一个作为输入，并基于所使用的多路输入电源生成用于驱动电气执行器的统一的驱动电压输出，

其中，多路输入电源彼此之间是电气隔离的；

其中，所述电源驱动电路的输入和输出之间是电气隔离的，

其中，所述电源驱动电路包括：

第一子电源驱动电路，基于低压电器设备的第一路输入电源生成用于驱动电气执行器的第一驱动电压；和

第二子电源驱动电路，基于低压电器设备的第二路输入电源生成用于驱动电气执行器的第二驱动电压；

其中，第一驱动电压和第二驱动电压并联连接生成统一的驱动电压。

2.如权利要求1所述的电气执行器，其特征在于：

第一子电源驱动电路和第二子电源驱动电路采用开关电源的拓扑结构来实现。

3.如权利要求2所述的电气执行器，其特征在于：

所述的开关电源的拓扑结构是双管反激型的结构。

4.如权利要求2所述的电气执行器，其特征在于：

第一子电源驱动电路和第二子电源驱动电路的每一个包括AC输入部分、输入整流部分、输入滤波部分、直流-直流变换器部分、输出整流滤波部分以及控制驱动部分。

5.如权利要求1所述的电气执行器，其特征在于：

所述电源驱动电路布置在低压电器设备的控制器部分中。

6.如权利要求1所述的电气执行器，其特征在于：

所述电源驱动电路还包括第三子电源驱动电路，基于低压电器设备的多路输入电源生成用作控制电路的电源的独立隔离的附加输出电压。

7.如权利要求6所述的电气执行器，其特征在于：

所述电源驱动电路还包括第四子电源驱动电路，基于所述第三子电源驱动电路的输出电压生成用作控制电路的电源的二次附加输出电压。