DE69619367T3 - CONTROL PROCESS AND DEVICE FOR SWITCH DRIVE - Google Patents

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

1. Sachgebiet der Erfindung1. Subject area the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Schalteinrichtung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Schalteinrichtung, die ein Schwingspulen-Betätigungselement verwendet, um schnell und positiv einen Stromunterbrecher zu öffnen und zu schließen.The The present invention relates to an apparatus for controlling an electrical switching device. More specifically, it refers the invention relates to a device for controlling a switching device, which is a voice coil actuator used to quickly and positively open a circuit breaker and close.

2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik:2. Description of in Related prior art:

In einem Energieverteilungssystem kann eine Schalteinrichtung in das System aus einer Anzahl von Gründen eingebaut werden, um beispielsweise einen automatischen Schutz auf abnormale Belastungszustände hin zu erzielen oder ein Öffnen und Schließen von Abschnitten des Systems zu ermöglichen. Verschiedene Typen einer Umschalteinrichtung umfassen einen Schalter zum wahlweisen Öffnen und Schließen einer Energieübertragungsleitung, wie beispielsweise eine Leitung zu einer Kondensatorbank; einen Fehlerunterbrecher zum automatischen Öffnen einer Leitung auf die Erfassung eines Fehlers hin; und einen Wiedereinschalter, der sich schnell, auf die Erfassung eines Fehlers hin, eine vorbestimmte Anzahl von Malen öffnet und schließt, bis entweder der Fehler beseitigt ist oder sich der Wiedereinschalter in einer offenen Position verriegelt.In a power distribution system, a switching device in the System for a number of reasons be installed to, for example, an automatic protection abnormal load conditions to achieve or open and Shut down of sections of the system. Different types a switching device comprise a switch for selectively opening and Shut down a power transmission line, such as a line to a capacitor bank; one Error interrupter for automatically opening a line on the Detection of an error; and a recloser that turns quickly, upon detection of a fault, a predetermined one Number of times opens and close, until either the fault is eliminated or the reclosing switch locked in an open position.

Vakuumunterbrecher sind weit verbreitet im Stand der Technik eingesetzt worden, da sie eine schnelle Niederenergiebogenunterbrechung mit einer langen Kontaktlebensdauer, niedriger mechanischer Beanspruchung und einem hohen Grad einer Betriebssicherheit liefern. In einem Vakuumunterbrecher sind die Kontakte in einer Vakuumumhüllung abgedichtet. Einer der Kontakte ist ein bewegbarer Kontakt, der ein Betätigungselement besitzt, das sich durch eine Vakuumdichtung in der Umhüllung erstreckt.Vacuum interrupter have been widely used in the art since Do a quick low energy arc interruption with a long one Contact life, low mechanical stress and a high degree of operational reliability. In a vacuum breaker the contacts are sealed in a vacuum envelope. One of Contacts is a movable contact having an actuator that extends through a vacuum seal in the enclosure.

ZUSAMMENFASSUNG UND AUFGABENSUMMARY AND TASKS

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalteinrichtungs-Betätigungselement-Mechanismus und eine Steuerung dafür zu schaffen, die eine Bogenbildung und erzeugte Übergänge während eines Öffnens und Schließens minimieren.A The object of the present invention is to provide a shifter actuator mechanism and a controller for it to create an arcing and generated transitions during an opening and closing minimize.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Umschalteinrichtungs-Bewegungselement-Mechanismus und eine Steuerung dafür zu schaffen, die eine akkurate Überwachung des Systems liefern.A Another object of the present invention is to provide a switch motion element mechanism and a controller for it to create an accurate monitoring of the system.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Umschalteinrichtungs-Betätigungselement-Mechanismus zu schaffen, der für einen Bereich von Bewegungsprofilen geeignet ist, um dadurch das Erfordernis nach vielen Typen mechanischer Systeme zu eliminieren.A Another object of the present invention is to provide a switch actuator mechanism to create that for a range of motion profiles is suitable, thereby the Need to eliminate many types of mechanical systems.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalteinrichtungs-Betätigungselement-Mechanismus zu schaffen, der dazu geeignet ist, durch irgendeine herkömmlich erhältliche Motorsteuerschaltung oder eine zugeordnete Bewegungssteuerschaltung kontrolliert zu werden.A Another object of the present invention is to provide a shifter actuator mechanism which is capable of doing so by any conventionally available Motor control circuit or an associated motion control circuit to be controlled.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalteinrichtungs-Betätigungselement-Mechanismus zu schaffen, der zum Erzielen von Geschwindigkeiten und Kräften geeignet ist, die nicht mit mechanischen Systemen nach dem Stand der Technik erzielbar sind.A Still another object of the present invention is a shifter actuator mechanism to create, suitable for the achievement of speeds and forces that does not work with mechanical systems of the prior art can be achieved.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte, synchron arbeitende Schalteinrichtung zu schaffen, die zu einer wesentlichen Verringerung von Übergängen, erzeugt während des Umschaltvorgangs, führt.A Still another object of the present invention is to provide an improved, synchronously working switching device to create that one significant reduction of transients generated during the Switchover, leads.

Allgemein hat eine Schalteinrichtung, die Vakuumunterbrecher einsetzt, verschiedene feder-vorbelastete Mechanismen eingesetzt, die mit einem Betätigungselement verbunden sind, um positiv die Unterbrecherkontakte zu öffnen oder zu schließen. Eine solche Vorrichtung, die üblich verwendet wird, ist eine einfache Kipphebelverbindung. Die primäre Funktion dieser Mechanismen ist diejenige, eine Bogenbildung durch sehr schnelles Antreiben der Kontakte zu deren offenen oder geschlossenen Positionen zu minimieren. Verschiedene Anwendungen können die Verwendung einer Anzahl von federvorbelasteten Mechanismen mit zugeordneten Verriegelungen und Verbindungen erfordern.Generally has a switching device that uses vacuum interrupters, different spring-loaded mechanisms used with an actuator are connected to positively open the breaker contacts or close. A such device, the usual is used is a simple rocker joint. The primary function of these mechanisms is the one that makes bowing by very fast Driving the contacts to their open or closed positions to minimize. Various applications can use a number spring-loaded mechanisms with associated latches and require connections.

Um diese mechanischen Systeme aufzubauen, entweder durch Kompression oder Ausdehnung der Antriebsfeder, wird normalerweise ein Betätigungselement vorgesehen. Diese Betätigungselemente können, sind allerdings nicht darauf beschränkt, Solenoide, Motoren oder hydraulische Vorrichtungen umfassen. Im Vergleich zu den speziellen Geschwindigkeitserfordernissen des Unterbrechers, um effektiv einen Strom zu unterbre chen, sind diese Betätigungselemente relativ langsam mit schlechten Ansprechzeiten. Aus diesem Grund werden sie normalerweise dazu verwendet, direkt die Unterbrecherkontakte anzutreiben, werden allerdings nicht dazu verwendet, die schnell arbeitenden Federmechanismen aufzubauen. Der grundsätzliche Nachteil dieses Systems ist derjenigen, dass der feder-betriebene Vorgang selbst nicht dazu führt, einfach kontrollierbar zu sein, und er erfordert einen beträchtlichen ingenieurmäßigen Aufwand, um fein die Funktionsweise des Mechanismus einzustellen.To build these mechanical systems, either by compression or expansion of the drive spring, an actuator is normally provided. These actuators may include, but are not limited to, solenoids, motors, or hydraulic devices. Compared to the specific speed requirements of the breaker to effectively interrupt a current, these actuators are relatively slow with poor response times. For this reason, they are normally used to drive the breaker contacts directly, but are not used to build up the fast acting spring mechanisms. The fundamental disadvantage of this Systems is that the spring-operated process itself does not lead to being easily controllable, and it requires a considerable engineering effort to finely adjust the operation of the mechanism.

In der Praxis bedeutet dies, dass viele unterschiedliche Mechanismen so ausgelegt werden müssen, um die unterschiedlichen Betriebserfordernisse für Schalter, Fehlerunterbrecher und Wiederschließeinrichtungen anzupassen, und innerhalb jeder dieser Klassen von Schaltvorrichtungen sind unterschiedliche Mechanismen vorhanden, die in Abhängigkeit von der Anwendung erforderlich sind, umfassend Spannungs- und Stromerfordernisse.In In practice, this means that many different mechanisms have to be interpreted to the different operating requirements for switches, fault interrupters and reclosing facilities and within each of these classes of switching devices There are different mechanisms depending on required by the application, including voltage and current requirements.

Weiterhin ist, im Hinblick auf die hohen Spannungen, die typischerweise in Energieanwendungen verwendet sind, eine schnelle und akkurate Bewegung der Unterbrecherkontakte erwünscht, um eine Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten und die Erzeugung von Einschwingvorgängen zu minimieren. In Abhängigkeit von der Anwendung kann es, ob es nun eine Kondensatorbank-Umschaltung oder eine Federunterbrechung ist, durch Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bestimmt werden, wann die vorteilhafteste Zeit, um den Unterbrecherkontakt zu öffnen oder zu schließen, auftritt. Diese optimale Zeit korreliert zu einem präzisen Punkt auf der Spannungs- oder Stromwelle, wo eine Stromunterbrechung oder eine Kontaktherstellung eine minimale Bogenbildung und Einschwingvorgänge erzeugen würde. Da herkömmliche, federangetriebene Mechanismen selbst nicht zu diesem Grad einer feinen Steuerung führen, bietet diese Erfindung eine brauchbare Einrichtung an, um einen Punkt auf der Welle oder eine synchrone Umschaltung zu erreichen. Ein solcher synchroner Betrieb des Unterbrechers ist sowohl im Hinblick auf die verringerte Abnutzung der Unterbrecherkontakte als auch in Bezug auf die wesentliche Verringerung allgemeiner Einschwingvorgänge, die durch das Energiesystem ausgangsseitig der Schaltvorrichtungseinheit auftreten, vorteilhaft.Farther is, in terms of high voltages, typically in Energy applications are used, a fast and accurate movement the breaker contacts desired, around an arcing between the contacts and the generation of transients to minimize. Dependent on from the application it can, whether there is now a capacitor bank switching or a spring break is, by professionals on the subject Be determined when the most advantageous time to Open breaker contact or close occurs. This optimal time correlates to a precise point on the voltage or current wave, where a power interruption or contact production will produce minimal arcing and transients would. Because conventional, spring-driven mechanisms do not themselves to that degree lead fine control, For example, this invention provides a viable means to provide a Point on the shaft or to achieve a synchronous switching. Such a synchronous operation of the breaker is both in terms of on the reduced wear of the breaker contacts as well with regard to the substantial reduction of general transient phenomena that by the energy system on the output side of the switching device unit occur, beneficial.

Ein weiteres Merkmal einer gesteuerten, synchron arbeitenden Schaltvorrichtungseinheit ist dasjenige, dass die Geschwindigkeit, unter der sich die Kontakte schließen, kontrolliert werden kann. In herkömmlichen Systemen werden die Kontakte zusammen in einer nicht kontrollierten Weise unter einer sehr hohen Geschwindigkeit angetrieben und es ist möglich, dass die Kontakte mehrere Male aufspringen, bis sie zur Ruhe kommen. Dieses Rückprall-Phänomen ist nicht erwünscht, da die sich ergebende Lichtbogenbildung die Kontakte erweichen kann und starke Verschweißungen erzeugen kann, wenn die Kontakte schließlich zusammenpassen.One Another feature of a controlled, synchronously operating switching device unit is that the speed under which the contacts shut down, can be controlled. In conventional systems, the Contacts together in an uncontrolled manner under one it is possible that very high speed is driven The contacts jump up several times until they come to rest. This rebound phenomenon is not wanted, because the resulting arcing can soften the contacts and strong welds can generate when the contacts finally match.

Die DE-A-1640586 stellt den nächsten Stand der Technik zu der vorliegenden Erfindung dar.The DE-A-1640586 presents the next State of the art to the present invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stromunterbrecher geschaffen, wie er in Anspruch 1 definiert ist.According to the present Invention, a circuit breaker is provided as in claim 1 is defined.

Die vorstehenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierteren Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden. Die beigefügten Zeichnungen, die nachfolgend aufgelistet sind, sind beim Erläutern der Erfindung nützlich.The above features and advantages of the present invention from the following, more detailed description of the invention become apparent. The attached Drawings listed below are in explaining the invention useful.

In dem Text, der folgt, wird die Erfindung unter Bezugnahme auf erläuternde Ausführungsformen dargestellt, in denen:In In the text that follows, the invention will be described with reference to FIG Embodiments shown in which:

1 stellt ein schematisches Diagramm einer Schaltvorrichtung dar, die ein Schwingspulen-Betätigungselement einsetzt; 1 FIG. 12 is a schematic diagram of a switching device employing a voice coil actuator; FIG.

2 stellt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Schalteinrichtung dar; 2 FIG. 12 illustrates a cross-sectional view of one embodiment of a switching device; FIG.

3 zeigt eine Querschnittsansicht des Vakuummoduls, dargestellt in 2; 3 shows a cross-sectional view of the vacuum module, shown in FIG 2 ;

4 stellt eine vergrößerte Ansicht des Betätigungsmechanismus der Ausführungsform, gezeigt in 2, dar; 4 FIG. 10 is an enlarged view of the operating mechanism of the embodiment shown in FIG 2 ,

5 stellt eine Explosionsansicht der primären Bauelemente des Betätigungsmechanismus dar; 5 Fig. 10 is an exploded view of the primary components of the actuating mechanism;

6 stellt eine Graphik dar, die die Systemspannung gegenüber der Zeit und die dielektrische Abnahme des Unterbrechers zeigt; 6 Fig. 12 is a graph showing the system voltage versus time and the dielectric decrease of the breaker;

7 zeigt eine schematische Ansicht einer Schaltung, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 7 shows a schematic view of a circuit that can be used in connection with the present invention;

8 zeigt eine graphische Darstellung, die ein Bewegungsprofil zeigt, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 8th Figure 9 is a graph showing a motion profile that may be used in conjunction with the present invention;

9 zeigt eine Darstellung eines Schwingspulen-Betätigungselements, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 9 Fig. 12 is an illustration of a voice coil actuator that may be used in conjunction with the present invention;

10 zeigt eine Ansicht eines Verriegelungsmechanismus, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 10 shows a view of a locking mechanism that can be used in connection with the present invention;

11 zeigt eine Ansicht eines Kontaktdruck-Federmechanismus, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 11 Figure 11 is a view of a contact pressure spring mechanism that may be used in conjunction with the present invention;

12 zeigt eine Graphik, die die synchrone Zeitabstimmung eines Öffnungsvorgangs eines Kondensatorschalters darstellt. 12 FIG. 12 is a graph showing the synchronous timing of an opening operation of a capacitor switch. FIG.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Für ein besseres Verständnis der Erfindung kann Bezug auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung genommen werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, wobei bevorzugte, beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben sind. Jedes Bezugszeichen ist durch die Zeichnungen hinweg konsistent.For a better one understanding The invention may be referred to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings is made, with preferred, exemplary embodiments of the Present invention described and described. Each reference number is consistent throughout the drawings.

In 1 ist eine ankommende Energieversorgungsleitung 2 in Reihe mit einem Stromunterbrecher 4 verbunden, um zu ermöglichen, dass der Stromunterbrecher 4 die Leitung öffnet. Die Leitung 2 kann unter einem vorbestimmten Befehl, oder, in dem Fall eines Fehler-Unterbrechers, wenn ein Fehler einen vorbestimmten Schwellwertpegel übersteigt, geöffnet werden. Einer der Kontakte des Stromunterbrechers 4 ist mit einem Ende einer Betätigungsstange 6 verbunden. Das andere Ende der Betätigungsstange 6 ist betriebsmäßig mit einem Schwingspulen-Betätigungselement 8 verbunden. Das Schwingspulen-Betätigungselement 8 wirkt direkt auf die Betätigungsstange 6 ein, um die Kontakte des Stromunterbrechers 4 zu öffnen oder zu schließen.In 1 is an incoming power supply line 2 in series with a circuit breaker 4 connected to allow the circuit breaker 4 the line opens. The administration 2 may be opened under a predetermined command, or, in the case of an error breaker, if an error exceeds a predetermined threshold level. One of the contacts of the circuit breaker 4 is with one end of an actuating rod 6 connected. The other end of the operating rod 6 is operational with a voice coil actuator 8th connected. The voice coil actuator 8th acts directly on the actuating rod 6 one to the contacts of the circuit breaker 4 to open or close.

Das Schwingspulen-Betätigungselement 8 ist eine direkt antreibende Vorrichtung mit begrenzter Bewegung, die ein magnetisches Feld und eine Spulenwicklung 10 verwendet, um eine Kraft proportional zu dem Strom, angelegt an die Spule, zu erzeugen. Die elektromechanische Umwandlung des Schwingspulen-Betätigungselements 8 wird durch das Lorentzkraft-Prinzip bestimmt, das bedeutet, dass dann, wenn ein einen Strom führender Leiter in einem magnetischen Feld plaziert wird, eine Kraft darauf einwirken wird. Die Größe der Kraft wird durch die Gleichung bestimmt: F = kBLINwobei F gleich der Kraft ist, k eine Konstante ist, B die magnetische Flußdichte ist, L die Länge des Leiters ist, I der Strom in dem Leiter ist und N die Zahl von Windungen des Leiters ist.The voice coil actuator 8th is a direct-drive, limited-motion device that has a magnetic field and a coil winding 10 used to generate a force proportional to the current applied to the coil. The electromechanical transformation of the voice coil actuator 8th is determined by the Lorentz force principle, which means that when a current carrying conductor is placed in a magnetic field, a force will act on it. The magnitude of the force is determined by the equation: F = kBLIN where F is the force, k is a constant, B is the magnetic flux density, L is the length of the conductor, I is the current in the conductor, and N is the number of turns of the conductor.

Der Strom, der durch die Schwingspulenwicklung 10 hindurchführt, wird durch einen Steuermechanismus 12 gesteuert. Irgendein kommerziell erhältlicher Steuermechanismus 12 könnte verwendet werden. Zum Beispiel umfassen geeignete Steuermechanismen 12: Einzelschleifen-Steuereinrichtungen, programmierbare, logische Steuereinrichtungen oder verteilte Steuersysteme. Der Steuermechanismus 12 kann mit einer Rückkopplungsvorrichtung 14 gekoppelt sein, die einen Eingang in Bezug auf die Position der Betätigungsstange 6 liefert.The current flowing through the voice coil winding 10 passes through a control mechanism 12 controlled. Any commercially available control mechanism 12 could be used. For example, suitable control mechanisms include 12 Single-loop controllers, programmable logic controllers or distributed control systems. The control mechanism 12 can with a feedback device 14 coupled to an input with respect to the position of the actuating rod 6 supplies.

Der Steuermechanismus 12 kann auch mit einer Verriegelungsvorrichtung 16 gekoppelt sein. Wenn instruiert ist, die Betätigungsstange 6 durch den Steuermechanismus 12 zu sichern, befestigt die Verriegelungsvorrichtung 16 die Betätigungsstange 6 in deren Position. In einer alternativen Vorrichtung kann der Verriegelungsmechanismus 16 ein Permanentmagnet oder eine mechanische Verriegelung sein, die nicht mit der Steuervorrichtung 12 gekoppelt ist.The control mechanism 12 can also use a locking device 16 be coupled. When instructed, the operating rod 6 through the control mechanism 12 secure, fasten the locking device 16 the operating rod 6 in their position. In an alternative device, the locking mechanism 16 a permanent magnet or a mechanical interlock that is not compatible with the control device 12 is coupled.

In 2 ist eine Querschnittsansicht einer der Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Eine einteilige, langgestreckte, fest isolierte Einkapselung 18 umschließt die Betätigungsstange 6 und den Stromunterbrecher 4. Die Einkapselung 18 kann aus einer Keramik, einem Porzellan, irgendeinem geeigneten Epoxydharz, oder irgendeinem anderen, geeigneten, festen, isolierenden Material gebildet sein. Ein leitungsseitiger, elektrischer Hochspannunganschluß 22 und ein lastseitiger, elektrischer Hochspannungsanschluß 20 stehen über die fest isolierte Umhüllung 18 vor und sind mit dem Stromunterbrecher 4 verbunden. Die elektrischen Hochspannungsanschlüsse 20 und 22 sind diametral angeordnet, um 180 Grad beabstandet, und liegen parallel in Bezug zueinander. Die Einkapselung 18 liefert sowohl die feste Isolierung zwischen den elektrischen Hochspannungsanschlüssen 20 und 22 als auch die feste Isolierung zwischen jedem elektrischen Hochspannungsanschluß 20 und 22 und einer elektrischen Erdung (nicht dargestellt).In 2 a cross-sectional view of one of the embodiments of the invention is shown. A one-piece, elongated, firmly isolated encapsulation 18 encloses the operating rod 6 and the circuit breaker 4 , The encapsulation 18 may be formed of a ceramic, a porcelain, any suitable epoxy, or any other suitable solid insulating material. A line side, high voltage electrical connection 22 and a load side, high voltage electrical connection 20 stand over the tightly insulated envelope 18 before and are with the circuit breaker 4 connected. The high voltage electrical connections 20 and 22 are arranged diametrically 180 degrees apart and are parallel with each other. The encapsulation 18 provides both the solid insulation between the high voltage electrical connections 20 and 22 as well as the solid insulation between each high voltage electrical connection 20 and 22 and an electrical ground (not shown).

Der Stromunterbrecher 4 umfaßt ein Vakuummodul oder eine Flasche 24, dargestellt im Querschnitt in 3, mit einem Paar von Schaltkontakten 71, 72, angeordnet innerhalb des Vakuummoduls 24. Das Vakuummodul 24 bildet ein Gehäuse und eine evakuierte Umgebung für den Betrieb des Paars der Schaltkontakte. Das Modul 24 ist gewöhnlich aus einem langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen, evakuierten Keramikgehäuse 73, bevorzugt gebildet aus Aluminiumoxyd, aufgebaut. Einer der Schaltkontakte 71 ist bewegbar, und der andere Schaltkontakt 72 ist stationär oder fixiert.The circuit breaker 4 includes a vacuum module or a bottle 24 , shown in cross-section in FIG 3 , with a pair of switch contacts 71 . 72 , located inside the vacuum module 24 , The vacuum module 24 forms a housing and an evacuated environment for the operation of the pair of switch contacts. The module 24 is usually of an elongated, substantially tubular, evacuated ceramic housing 73 , preferably formed from aluminum oxide, constructed. One of the switching contacts 71 is movable, and the other switching contact 72 is stationary or fixed.

Ein spezielles Anschlußstück 76 ist an dem Schaft des stationären Kontakts 72 befestigt, was dem zugeordneten, elektrischen Hochspannungsanschluß 22 ermöglicht, unter einem Winkel von 90° auszutreten.A special fitting 76 is on the shaft of the stationary contact 72 attached what the associated high voltage electrical connection 22 allows to exit at an angle of 90 °.

Der bewegbare Schaltkontakt 71 ist an dem obersten Längsende der Betätigungsstange 6 befestigt. Ein Verfahren eines Befestigens ist dasjenige, einen Bolzen 32, eingeschraubt in eine verjüngt ausgebildete Verbindung 74 in dem sich bewegenden Schaft 75 des bewegbaren Kontakts 71 zu verwenden. Wenn sich die Schaltkontakte in der geschlossenen Position befinden, wie dies dargestellt ist, wird ein niedriger Widerstand oder ein elektrischer Pfad in Form einer Kurzschlußschaltung zwischen den elektrischen Hochspannungsanschlüssen 20 und 22 erzeugt. Der Stromunterbrecher 4 umfaßt weiterhin eine Stromaustauschanordnung und eine Zwischenfläche 26 zwischen dem Vakuummodul 24 und der Stromaustauschanordnung. Die Stromaustauschanordnung enthält einen sich bewegenden Kolben 28 und ein fixiertes, äußeres Gehäuse 30. In dieser Ausführungsform ist die Betätigungsstange 6 aus einem elektrisch isolierten Material hergestellt.The movable switching contact 71 is at the uppermost longitudinal end of the actuating rod 6 attached. One method of attachment is that of a bolt 32 screwed into a tapered out made connection 74 in the moving shaft 75 of the movable contact 71 to use. When the switch contacts are in the closed position, as shown, a low resistance or electrical path in the form of a short circuit between the high voltage electrical terminals becomes 20 and 22 generated. The circuit breaker 4 further comprises a current exchange arrangement and an interface 26 between the vacuum module 24 and the power exchange arrangement. The current exchange arrangement includes a moving piston 28 and a fixed, outer housing 30 , In this embodiment, the actuating rod is 6 made of an electrically insulated material.

Das andere Ende der Betätigungsstange 6 ist an einem Flansch 34 an dem Schwingspulen-Betätigungselement 8 durch einen festen Stift 36 gesichert. Der Stift 36, der die vorstehenden Bauelemente in ihrer Position zurückhält, kann durch irgendeine geeignete Einrichtung gesichert sein, wie beispielsweise ein Paar Rückhalteringe. Ein rezirkulierendes, lineares Kugellager 38 und Spaltringe 40, die das Kugellager halten, führen zu einer weichen Bewegung der Betätigungsstange 6. Die Schwingspulenwicklung 10 ist zwischen dem äußeren Körper des Schwingspulen-Betätigungselements 8 und dem Flansch 34 angeordnet. Seitenflansche 42 sind an dem äußeren Körper des Schwingspulen-Betätigungselements 8 befestigt und verbinden sich mit Seitenträgern 44, um dadurch sicher das Schwingspulen-Betätigungselement 8 an einem Schutzgehäuse 46 zu befestigen. Das Schutzgehäuse 46 ist an einem Deckel 50 für das Schutzgehäuse 46 über Gehäuseflansche 48 befestigt und der Schutzgehäusedeckel 50 ist mit der festen Isolationsumhüllung 18 über Deckelflansche 52 verbunden. Ebenso wie die feste, isolierte Einkapselung 18 ist auch das Schutzgehäuse 46 aus Keramik, Porzellan, irgendeinem geeigneten Epoxydharz, oder irgendeinem anderen, geeigneten, festen Isolationsmaterial gebildet.The other end of the operating rod 6 is on a flange 34 on the voice coil actuator 8th through a solid pin 36 secured. The pencil 36 that retains the protruding components in place may be secured by any suitable means, such as a pair of retaining rings. A recirculating, linear ball bearing 38 and split rings 40 , which hold the ball bearing, lead to a smooth movement of the actuating rod 6 , The voice coil winding 10 is between the outer body of the voice coil actuator 8th and the flange 34 arranged. side flanges 42 are on the outer body of the voice coil actuator 8th attached and connect with side beams 44 to thereby secure the voice coil actuator 8th on a protective housing 46 to fix. The protective housing 46 is on a lid 50 for the protective housing 46 over housing flanges 48 attached and the protective housing cover 50 is with the solid insulation cladding 18 over lid flanges 52 connected. As well as the solid, isolated encapsulation 18 is also the protective housing 46 ceramic, porcelain, any suitable epoxy, or any other suitable solid insulating material.

In dieser Ausführungsform ist die Rückkopplungsvorrichtung 14 ein Positonssensor, wie beispielsweise ein lineares Potentiometer 14. Das lineare Potentiometer 14 kann aus einem Rheostat mit drei Anschlüssen oder einem Widerstand mit einem oder mehreren einstellbaren Gleitkontakten aufgebaut werden, um dadurch als ein einstellbarer Spannungsteiler zu funktionieren. Das lineare Potentiometer 14 liefert Informationen in Bezug auf die Position der Betätigungsstange 6 zu dem Steuermechanismus 12, der das Schwingspulen-Betätigungselement 8 steuert. Alternativ kann die Rückführungsvorrichtung 14 ein optischer Codieren sein.In this embodiment, the feedback device is 14 a position sensor, such as a linear potentiometer 14 , The linear potentiometer 14 can be constructed of a three-terminal rheostat or a resistor with one or more adjustable sliding contacts, thereby functioning as an adjustable voltage divider. The linear potentiometer 14 provides information regarding the position of the actuating rod 6 to the control mechanism 12 that controls the voice coil actuator 8th controls. Alternatively, the recirculation device 14 be an optical encoding.

Die Verriegelungsvorrichtung 16 ist dazu vorgesehen, die Betätigungsstange 6 zu sichern. Die Verriegelungsvorrichtung kann eine steuerbare Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein Elektromagnet, oder eine einfache, mechanische oder Permanent-Magnetverriegelung, umfassend: einen Verriegelungsmagneten 54, ein Abstandsteil 56, hergestellt aus einem Nicht-Eisen-Material, eine Schraube 58, die den Verriegelungsmagnet 54 an dem Schutzgehäusedeckel 50 sichert, eine Verriegelungsplatte 60, hergestellt aus einem Stahl oder Eisen, und einen Verriegelungsplattenstift 62, der die Verriegelungsplatte 60 an der Betätigungsstange 6 sichert.The locking device 16 is intended to the operating rod 6 to secure. The locking device may be a controllable device, such as a solenoid, or a simple, mechanical or permanent magnetic lock comprising: a locking magnet 54 , a spacer 56 , made of a non-iron material, a screw 58 that the locking magnet 54 on the protective housing cover 50 secures, a locking plate 60 made of a steel or iron, and a locking plate pin 62 who has the locking plate 60 on the operating rod 6 guaranteed.

Um besser die Erfindung zu verstehen, sollte auf die 4 und 5 Bezug genommen werden. 4 stellt eine vergrößerte Ansicht des Betätigungsmechanismus der bevorzugten Ausführungsform, gezeigt in 2, dar, und 5 stellt eine Explosionsansicht der primären Bauelemente des Betätigungsmechanismus dar.To better understand the invention, should be on the 4 and 5 Be referred. 4 FIG. 10 is an enlarged view of the actuating mechanism of the preferred embodiment shown in FIG 2 , dar., and 5 FIG. 4 illustrates an exploded view of the primary components of the actuating mechanism. FIG.

Details, die sich auf den Steuermechanismus der vorliegenden Erfindung beziehen, werden nun beschrieben.details, relating to the control mechanism of the present invention, will now be described.

6 stellt ein Spannungssignal 100 dar, ausgedruckt auf einer Graphik, die das Spannungsniveau v(t) gegenüber der Zeit t vergleicht. In einer 60 Hz Anwendung beträgt jeder halbe Zyklus idealerweise 8,33 ms. Allerdings können tatsächliche Zyklen aufgrund von Harmonischen oder asymmetrischen Zuständen variieren, so dass ein gegebener, halber Zyklus größer oder geringer als 8,33 ms sein kann. 6 provides a voltage signal 100 , plotted on a graph comparing the voltage level v (t) versus time t. In a 60 Hz application, every half cycle is ideally 8.33 ms. However, actual cycles may vary due to harmonics or asymmetric states, so a given half cycle may be greater or less than 8.33 ms.

Um eine Lichtbogenbildung und die Erzeugung von Übergängen in einer Kondensatorschalter-Anwendung zu minimieren, sind die Kontakte des Unterbrechers Idealerweise augenblicklich an den Nullpunkten geschlossen, wenn v(t) gleich Null ist. Siehe Punkt A in 6. Allerdings sollte, da die Kontakte sich nicht augenblicklich schließen können, die Zeitabstimmung der Initiierung der Öffnungs- und Schließsequenzen sorgfältig kontrolliert werden, um Einschwingvorgänge und eine Lichtbogenbildung zu minimieren.Ideally, to minimize arcing and generation of transients in a capacitor switch application, the breaker contacts are closed instantaneously at zero points when v (t) is equal to zero. See point A in 6 , However, since the contacts can not close instantaneously, the timing of the initiation of the opening and closing sequences should be carefully controlled to minimize transients and arcing.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Steuerschaltung 200 zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist in 7 dargestellt. Das Herzstück der Steuerschaltung 200 ist ein Mikroprozessor 202, der zur Verwendung in einem breiten Temperaturbereich geeignet ist.A preferred embodiment of a control circuit 200 for use in connection with the present invention is in 7 shown. The heart of the control circuit 200 is a microprocessor 202 which is suitable for use in a wide temperature range.

Die Spannungswellenform der Energieversorgungsleitung, die durch den Unterbrecher 4 gesteuert werden soll, wird mit einem Spannungswellenform-Analysierer 204, einer Phasenverriegelungsschleifen-Schaltung 206 und einer VNULL Durchgangserfassungsschaltung 208 analysiert. Informationen, die die Spannungswellenform der Leitung betreffen, die unterbrochen werden soll, umfassend die Zeitabstimmung von Null-Punkten A, wo die Spannung v(t) Null ist, werden zu dem Mikroprozessor 202 eingegeben. Alternativ könnte ein Spannungswellenformanalysierer 204 verwendet werden, der die Spannungswellenform direkt aus der Leitung ohne die Phasenverriegelungsschleifenschaltung 206 mißt.The voltage waveform of the power supply line passing through the breaker 4 is controlled with a voltage waveform analyzer 204 a phase locked loop circuit 206 and a V ZERO continuity detection circuit 208 analyzed. Information concerning the voltage waveform of the line to be interrupted, including the time The sense of zero points A, where the voltage v (t) is zero, becomes the microprocessor 202 entered. Alternatively, a voltage waveform analyzer could be used 204 be used, the voltage waveform directly from the line without the phase-locked loop circuit 206 measures.

Öffnungs- und Schließbefehle werden zu dem Mikroprozessor 202 über Eingänge 210 und 212 jeweils eingegeben. Die Öffnungs- und Schließbefehle können manuell erzeugt werden, können zu vorab eingestellten Zeiten durch einen Takt initiiert werden, können durch eine externe Steuerung initiiert werden, oder können durch die Erfassung eines Fehlers getriggert werden, und zwar in Abhängigkeit der bestimmten Anwendung des Unterbrechers 4.Open and close commands become the microprocessor 202 via inputs 210 and 212 each entered. The open and close commands may be generated manually, may be initiated by a clock at preset times, may be initiated by external control, or may be triggered by the detection of an error, depending on the particular application of the breaker 4 ,

Ein Reset-Signal 214 kann zu dem Mikroprozessor 202 eingegeben werden, um manuell den Mikroprozessor 202 zurückzusetzen, wenn dies notwendig ist. Zum Beispiel kann, wenn der Unterbrecher 4 manuell manipuliert wird, der Mikroprozessor 202 nicht auf den momentanen Status des Unterbrechers 4 gesetzt werden. In einer solchen Situation sollte der Mikroprozessor 202 zurückgesetzt werden.A reset signal 214 can go to the microprocessor 202 be entered to manually change the microprocessor 202 reset if necessary. For example, if the breaker 4 is manually manipulated, the microprocessor 202 not on the current status of the breaker 4 be set. In such a situation, the microprocessor should 202 be reset.

Status-Indikatoren können vorgesehen werden, um verschiedene Zustände der Schaltung 200 oder des Unterbrechers 4 anzuzeigen. Solche Indikatoren können ein Wartungslicht 216, um anzuzeigen, wann eine Wartung erforderlich ist, ein Energieeinschaltlicht 218, einen Indikator 220 für einen offenen Schalter, einen Indikator 222 für einen geschlossenen Schalter und einen Zähler 224, der dazu verwendet werden kann, Zyklen oder Operationen des Systems zu zählen, umfassen.Status indicators can be provided to different states of the circuit 200 or the breaker 4 display. Such indicators can be a maintenance light 216 to indicate when maintenance is required, a power on light 218 , an indicator 220 for an open switch, an indicator 222 for a closed switch and a counter 224 , which can be used to count cycles or operations of the system.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwei Steuersysteme umfassen. Ein erstes Steuersystem ist herkömmlich und demzufolge hier nicht im Detail offenbart, und bestimmt, wann die Leitung, gesteuert durch den Unterbrecher 4, geöffnet oder geschlossen werden soll. Das erste Steuersystem kann einen Fehlerdetek tor oder einen Zeitgeber zum Unterbrechen der Leitung beim Erfassen eines Fehlers oder bei einer vorbestimmten Zeit umfassen.A preferred embodiment of the present invention may include two control systems. A first control system is conventional and therefore not disclosed in detail herein, and determines when the line is controlled by the breaker 4 , should be opened or closed. The first control system may include an error detector or a timer for interrupting the line upon detecting an error or at a predetermined time.

Alternativ kann ein Öffnungs- oder Schließbefehl direkt zu dem System eingegeben werden. Die Öffnungs- und Schließbefehle, ob sie nun von dem ersten Steuersystem ausgehen oder einen manuellen Ursprung haben, werden zu dem Mikroprozessor 202 an Eingängen 210 und 212 jeweils eingegeben.Alternatively, an open or close command may be entered directly to the system. The open and close commands, whether they are from the first control system or have a manual origin, become the microprocessor 202 at entrances 210 and 212 each entered.

Das zweite Steuersystem 200, dargestellt in 7, analysiert die Spannungswellenform der Leitung und bestimmt die beste Zeitabstimmung zum Initiieren eines Öffnens und Schließens des Unterbrechers 4, um Einschwingvorgänge und eine Lichtbogenbildung zu minimieren.The second control system 200 represented in 7 , analyzes the voltage waveform of the line and determines the best timing to initiate opening and closing of the breaker 4 to minimize transients and arcing.

Jeder Unterbrecher 4 besitzt eine dielektrische Festigkeit, die die Wahrscheinlichkeit eines Lichtbogenüberspringens von einem Kontakt zu dem anderen definiert. Die dielektrische Festigkeit hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich des Mediums innerhalb des Unterbrechers 4 und des Abstands zwischen den Kontakten 71, 72. 6 stellt die Änderung oder den Abfall der dielektrischen Festigkeit zwischen den Kontakten 71, 72 gegenüber der Zeit als den Abstand zwischen den Kontaktschließungen dar. Siehe Linie C in 6. Idealerweise würde die dielektrische Festigkeit zwischen den Kontakten infinit sein bis zu dem exakten Augenblick eines Schließens der Kontakte 71, 72. Siehe Linie B in 6. In der Realität verläuft das Dielektrikum schräg nach unten, sich schnell verringernd, wenn sich die Kontakte aneinander annähern. Siehe Linie C in 6. Wenn die Schräge bzw. Steigung des dielektrischen Abfalls ausreichend hoch ist und die dielektrische Festigkeit größer als die Spannung der Wellenform verbleibt, wird die Erzeugung einer Lichtbogenbildung und von Überschwingungsvorgängen eliminiert oder wesentlich reduziert.Every breaker 4 has a dielectric strength that defines the likelihood of an arc jump from one contact to the other. Dielectric strength depends on a number of factors, including the medium within the breaker 4 and the distance between the contacts 71 . 72 , 6 represents the change or decrease in dielectric strength between the contacts 71 . 72 versus time as the distance between the contact closures. See line C in 6 , Ideally, the dielectric strength between the contacts would be infinite until the exact moment of closing the contacts 71 . 72 , See line B in 6 , In reality, the dielectric runs obliquely downwards, decreasing rapidly as the contacts approach each other. See line C in 6 , If the slope of the dielectric waste is sufficiently high and the dielectric strength remains greater than the voltage of the waveform, the generation of arcing and overshoot operations is eliminated or substantially reduced.

Ein anderer Faktor, der während des Betriebs eines Unterbrechers berücksichtigt werden muß, ist die relative Geschwindigkeit zwischen den Kontakten beim Öffnen und Schließen. Wenn sich die Kontakte langsam bewegen, wird die Schräge des dielektrischen Abfalls niedrig sein, und eine Lichtbogenbildung wird wahrscheinlich auftreten. Umgekehrt werden, wenn sich die Kontakte zu schnell bewegen, insbesondere beim Schließen, die Kontakte voneinander wegspringen, was eine unnötige Lichtbogenbildung und Einschwingvorgänge hervorruft. Dementsprechend kann ein einzigartiges, ideales Bewegungsprofil für jede Anwendung eines Unterbrechers existieren. 8 stellt ein Beispiel eines Bewegungsprofils dar, bei dem die Abszisse die Lage des Bewegungskontakts 71 darstellt und die Ordinate die Geschwindigkeit darstellt, unter der sich der Kontakt 71 bewegt. Der Punkt 0 auf der Abszisse stellt die Start- oder die maximale, offene Position des Kontakts 71 dar, und der Punkt x stellt die geschlossene Position dar, wobei der Kontakt 71 den stationären Kontakt 72 berührt. An dem Punkt 0 ist, wenn der Schließbefehl initiiert wird, die Geschwindigkeit Null. Die Geschwindigkeit wird so schnell wie möglich bis zu einer maximalen Geschwindigkeit Vmax erhöht. Die Geschwindigkeit verbleibt bei Vmax so lange wie möglich, allerdings wird sie dann verringert, wenn sich der Punkt eines Kontakts x annähert, um ein Zurückfedern bzw. Wegspringen zu minimieren.Another factor that must be considered during the operation of a breaker is the relative speed between contacts during opening and closing. As the contacts move slowly, the slope of the dielectric waste will be low and arcing will likely occur. Conversely, if the contacts move too fast, especially when closing, the contacts will spring away from each other, causing unnecessary arcing and transients. Accordingly, a unique, ideal motion profile may exist for each application of a breaker. 8th represents an example of a motion profile in which the abscissa represents the position of the motion contact 71 represents and the ordinate represents the speed under which the contact 71 emotional. The point 0 on the abscissa represents the start or the maximum open position of the contact 71 and the point x represents the closed position with the contact 71 the stationary contact 72 touched. At point 0, when the close command is initiated, the speed is zero. The speed is increased as fast as possible up to a maximum speed V max . The velocity remains at V max for as long as possible, but it is reduced as the point of a contact approaches x to minimize springback.

Während einer Öffnungssequenz ist das Bewegungsprofil auch wichtig, um das Auftreten von Wiederzündungen oder erneuten Zündvorgängen kurz nach einem Öffnen zu verhindern. Wenn sich die Kontakte unter einer zu langsamen Geschwindigkeit trennen, oder zu dem Zeitpunkt, zu dem das Spannungsniveau zu hoch ist, kann eine übermäßige Lichtbogenbildung auftreten. Erwünschte Bewegungsprofile für Öffnungs- und Schließsequenzen können durch Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bestimmt werden und in die Schaltung 200 vorprogrammiert werden.During an opening sequence, the motion profile is also important to prevent the occurrence of reignites or reignitions shortly after opening. When the Disconnect contacts at too slow a speed or at the time the voltage level is too high, excessive arcing may occur. Desired motion profiles for opening and closing sequences may be determined by those skilled in the art and in the circuit 200 be preprogrammed.

Es wird sich nun der 12 zugewandt, anhand der die Zeitabstimmung des Öffnungsvorgangs in der Anwendung einer Kondensatorumschaltung besser verstanden werden kann. 12 bezieht sich auf die Öffnungssequenz eines Systems, das eine Kondensatorbank umfaßt. Die Leitung 4 zeigt das Spannungsniveau der vollständig aufgeladenen Kondensatoren. Der Schalter beginnt sich an dem Punkt 2 zu öffnen und ein Lichtbogen bildet sich. Allerdings fällt an diesem Punkt der Strom ab und der Lichtbogen wird bei einem Strom Null, Punkt 3, ausgelöst. Die Systemspannung befindet sich nun an deren Peak, allerdings ist die Spannung über die Kontakte klein, und zwar aufgrund der Ladung an der Kondensatorbank, die sich der Peaksystemspannung annähert. Wenn die Systemspannung damit beginnt, abzufallen, verbleibt die Spannung an der Kondensatorbank hoch, was zu einer Erhöhung in der Spannung über die Kontakte führt. Die Kontakte sollten ein Teil mit einer genügenden Beschleunigung sein, so dass das Dielektrikum schneller ansteigt als das Ansteigen der Spannung zwischen den Kontakten, um Rückzündungen oder Wiederzündungen zu vermeiden.It will become the 12 With reference to the timing of the opening operation in the application of a capacitor switching can be better understood. 12 refers to the opening sequence of a system comprising a capacitor bank. The administration 4 shows the voltage level of the fully charged capacitors. The switch starts at the point 2 to open and an arc forms. However, at this point, the current drops and the arc becomes zero at a current, point 3 , triggered. The system voltage is now at its peak, but the voltage across the contacts is small due to the charge on the capacitor bank approaching the peak system voltage. When the system voltage begins to drop, the voltage on the capacitor bank remains high, resulting in an increase in the voltage across the contacts. The contacts should be a part of sufficient acceleration so that the dielectric increases faster than the voltage between the contacts increases to avoid flashbacks or reignitions.

Die Bewegungssteuerfunktion kann mittels einer Software, eingeladen in den Mikroprozessor/die Mikrosteuereinheit, oder durch die Hinzufügung von entsprechenden Bewegungssteuerchips, die sich schnittstellenmäßig mit dem Mikroprozessor verbinden, erreicht werden. Ein bestimmtes Bewegungsprofil ist in einen Speicher hinein programmiert, der ein separater EEPROM Chip in einer externen Bewegungssteuerschaltung 226, oder ein eingebauter Speicher an dem Mikroprozessor oder der Mikrosteuereinheit sein kann. Die Bewegungssteuerschaltung 226 ist mit einer Rückführungsvorrichtung (Codierer) 14 und mit einer Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Schaltung 228 verbunden. Die PWM 228 steuert den Strom, der an die Schwingspulen-Betätigungseinrichtung 8 angelegt ist. Da die Kraft, die das Schwingspulen-Betätigungselement 8 antreibt, proportional zu dem Strom, zugeführt zu dem Schwingspulen-Betätigungselement 8, ist, wird die Geschwindigkeit des Betätigungselements 6 (und des Bewegungskontakts 71) durch die PWM 228 gesteuert. Als Folge wird das Schwingspulen-Betätigungselement 8 durch ein Rückführsystem in Form einer geschlossenen Schleife gesteuert, das den Positionscodierer 14 umfaßt, der ein Positionssignal des Betätigungselements 8 zu der Bewegungssteuerschaltung 226 schickt. Die Bewegungssteuerschaltung 226 vergleicht die tatsächliche Position des Betätigungselements 8 mit dem idealen Bewegungsprofil, vorprogrammiert in die Bewegungssteuerschaltung 226 hinein. Basierend auf dem Vergleich der tatsächlichen Position mit dem idealen Bewegungsprofil wird das Schwingspulen-Betätigungselement 8 durch die PWM so gesteuert, dass dessen Bewegung nahe die ideale, vorgesehene Bewegung annähert.The motion control function may be accomplished by software loaded into the microprocessor / microcontroller, or by the addition of appropriate motion control chips interfacing with the microprocessor. A particular motion profile is programmed into a memory containing a separate EEPROM chip in an external motion control circuit 226 , or may be a built-in memory on the microprocessor or microcontroller. The motion control circuit 226 is with a feedback device (encoder) 14 and with a pulse width modulation (PWM) circuit 228 connected. The PWM 228 controls the current supplied to the voice coil actuator 8th is created. Because the force that the voice coil actuator 8th drives, proportional to the current supplied to the voice coil actuator 8th , is, is the speed of the actuator 6 (and motion contact 71 ) through the PWM 228 controlled. As a result, the voice coil actuator 8th controlled by a closed-loop feedback system comprising the position encoder 14 comprising a position signal of the actuating element 8th to the motion control circuit 226 sends. The motion control circuit 226 compares the actual position of the actuator 8th with the ideal motion profile, preprogrammed into the motion control circuit 226 into it. Based on comparing the actual position with the ideal motion profile, the voice coil actuator becomes 8th controlled by the PWM so that its movement closely approximates the ideal, intended movement.

Eine Steuerung des Betätigungselements wird weiterhin durch die Schaltungen 204, 206, 208 modifiziert, die die tatsächliche Spannungswellenform der Leitung, die unterbrochen werden soll, überwachen. Zum Beispiel kann, für eine bestimmte Anwendung, bestimmt werden, dass sich die Kontakte 71, 72 innerhalb 1 ms des Nulldurchgangs A (6) des Spannungssignals v(t) öffnen oder schließen sollten. Das ideale Bewegungsprofil, vorprogrammiert in die Bewegungssteuerschaltung 226 hinein, umfaßt die gesamte Reaktions- und Laufzeit des Betätigungselements 8 von der Zeit an, von der ein Einleitungssignal abgeschickt wird, bis zu der Zeit, zu der sich die Kontakte 71, 72 schließen. Wenn das ideale Bewegungsprofil anzeigt, dass die Reaktions- und Laufzeit für die Kontakte, um sich nach dem Initiierungssignal zu schließen, 7 ms beträgt, analysiert der Mikroprozessor die tatsächliche Spannungswellenform der Leitung, die unterbrochen werden soll, und bestimmt eine spezifische Zeit zwischen Nullpunkten, an denen das Initiierungssignal abgeschickt werden sollte. Die Schaltungen 204, 206, 208 richten zuerst die tatsächliche Zyklusperiode und die sich ergebende Länge der Zeit zwischen Nulldurchgängen ein. Die Steuerschaltung 200 initiiert dann die Operation des Schwingspulen-Betätigungselements 8 zu einer Zeit nach einem Nulldurchgang, was gleich zu der tatsächlichen Zeit zwischen Nulldurchgängen minus der Reaktions- und Laufzeit des Betätigungselements 8 ist. Dementsprechend wird, falls die tatsächliche Spannungswellenform anzeigt, dass dort 8,3 ms zwischen Nulldurchgängen vorhanden ist und die Reaktions- und Laufzeit 7 ms ist, die Öffnungssequenz bei 1,3 ms nach einem Nulldurchgang initiiert. In einer alternativen Ausführungsform kann das System annehmen, dass die tatsächliche Zeit zwischen Nulldurchgängen 8,33 ms ist, und die Initiierung wird basierend auf dieser Annahme berechnet.Control of the actuator is further provided by the circuits 204 . 206 . 208 which monitors the actual voltage waveform of the line to be interrupted. For example, for a particular application, it may be determined that the contacts 71 . 72 within 1 ms of zero crossing A ( 6 ) of the voltage signal v (t) should open or close. The ideal motion profile, preprogrammed into the motion control circuit 226 in, includes the entire reaction and running time of the actuator 8th from the time an initiation signal is sent until the time when the contacts 71 . 72 shut down. If the ideal motion profile indicates that the response and delay for the contacts to close after the initiation signal is 7 ms, the microprocessor analyzes the actual voltage waveform of the line to be interrupted and determines a specific time between zero points. at which the initiation signal should be sent. The circuits 204 . 206 . 208 First, set the actual cycle period and the resulting length of time between zero crossings. The control circuit 200 then initiates the operation of the voice coil actuator 8th at a time after a zero crossing, which is equal to the actual time between zero crossings minus the reaction and running time of the actuator 8th is. Accordingly, if the actual voltage waveform indicates there is 8.3ms between zero crossings and the response and propagation time is 7ms, the opening sequence is initiated at 1.3ms after a zero crossing. In an alternative embodiment, the system may assume that the actual time between zero crossings is 8.33 ms, and the initiation is calculated based on this assumption.

In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von Bewegungsprofilen in die Schaltung 200 hinein vorprogrammiert sein und das geeignete Bewegungsprofil kann durch Eingabe von einem Bediener ausgewählt werden.In some embodiments of the present invention, a plurality of motion profiles may be included in the circuit 200 be pre-programmed into it and the appropriate motion profile can be selected by input from an operator.

Wenn einmal die Sequenz initiiert ist, wird die tatsächliche Bewegung des Betätigungselements 8 durch den Codierer 14 überwacht und gegenüber dem idealen Bewegungsprofil verglichen. Der Strom, angelegt an das Betätigungselement 8, wird durch die PWM 228, basierend auf dem Vergleich der tatsächlichen Bewegung des Betätigungselements 8 mit dem idealen Bewegungsprofil, eingestellt.Once the sequence is initiated, the actual movement of the actuator becomes 8th through the encoder 14 monitored and compared to the ideal movement profile. The current applied to the actuator 8th , is through the PWM 228 , based on the comparison of tat neuter movement of the actuator 8th with the ideal movement profile.

9 stellt eine andere Ausführungsform eines Schwingspulen-Betätigungselements 308 dar, das in Verbindung mit irgendeiner der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Schwingspulen-Betätigungselement 308 umfaßt einen ringförmigen Magneten 310, der vorzugsweise ein 4 MGO Keramikmagnet ist. Der Magnet 310 ist in einem Bodenpolteil 312 und einem Oberseitenpolteil 314 eingehüllt. Diese Polteile sind aus ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen oder Stahl, gebildet. Die Polteile 312, 314 umfassen eine zentrale Öffnung 310, durch die sich eine Betätigungsstange 318 erstreckt. Die Betätigungsstange 318 ist in den Polteilen 312, 314 mit selbst-schmierenden Polymerlagern 320, wie beispielsweise IGUSTM Lagern 320, gehalten. 9 illustrates another embodiment of a voice coil actuator 308 which may be used in conjunction with any of the embodiments of the present invention. The voice coil actuator 308 includes an annular magnet 310 , which is preferably a 4 MGO ceramic magnet. The magnet 310 is in a soil pole part 312 and a top pole piece 314 shrouded. These pole pieces are formed of ferromagnetic materials such as iron or steel. The pole pieces 312 . 314 include a central opening 310 through which an actuating rod 318 extends. The operating rod 318 is in the pole parts 312 . 314 with self-lubricating polymer bearings 320 , such as IGUS TM bearings 320 , held.

Eine Aluminiumplatte 328 ist an der Stange 318 fixiert. An einer peripheren Kante der Platte 328 erstreckt sich eine Spule 330 von der Platte 328 in eine Luftvertiefung 332, gebildet zwischen dem Bodenpolteil 312 und dem Magneten 316. Die Spule 330 kann aus einem abgeflachten Draht gebildet werden, um so die Anzahl von Windungen zu maximieren, die innerhalb der Luftvertiefung 332 hineinpassen werden.An aluminum plate 328 is at the stake 318 fixed. At a peripheral edge of the plate 328 extends a coil 330 from the plate 328 in an air well 332 formed between the bottom pole part 312 and the magnet 316 , The sink 330 can be formed from a flattened wire so as to maximize the number of turns that are within the air well 332 to fit into it.

Das Betätigungselement 308 kann durch eine Batterie mit 24 Volt angetrieben werden oder durch irgendeine andere, geeignete Energiequelle, umfassend einen sich selbst einstellenden AC-DC-Wandler.The actuator 308 can be powered by a 24 volt battery or by any other suitable power source, including a self-adjusting AC-DC converter.

Um die Vorrichtung in einer bestimmten Position zu verriegeln, kann die Betätigungsstange 318 eine Nut 320 umfassen, innerhalb der eine Kugel 322 angeordnet ist. Siehe 10. Eine Feder 324 und eine Kappe 326 drücken die Kugel 322 in die Nut 320 hinein, um die Stange 318 in einer fixierten Position zurückzuhalten. Die Stange 318 kann von der Kugel 322 unter Beaufschlagung einer Kraft gelöst werden, wobei das Niveau davon von der Stärke der Feder 324 abhängt.To lock the device in a certain position, the actuating rod 318 a groove 320 include within the one ball 322 is arranged. Please refer 10 , A feather 324 and a cap 326 push the ball 322 in the groove 320 in to the pole 318 to restrain in a fixed position. The pole 318 can from the ball 322 be released under the application of a force, the level of which depends on the strength of the spring 324 depends.

Um eine gute Verbindung zwischen den Kontakten 71, 72 sicherzustellen, kann die Kraft einer Feder 340, oder eine andere Kraft, auf die Stange 6 (oder 318) aufgebracht werden, um den Kontakt 71 gegen den Kontakt 72 mit einer vorbestimmten Kraft, wie beispielsweise 60–100 Pound, zu drücken. Die Feder kann durch die Wirkung des Betätigungselements komprimiert werden. Wie nun 11 zeigt, kann die Betätigungsstange 6, 318 einen Flansch 342 umfassen, der eine Oberfläche bildet, gegen die die Feder 340 drückt. Eine andere Anschlagfläche 344 kann vorgesehen sein, um das gegenüberliegende Ende der Feder 340 zu halten.To make a good connection between the contacts 71 . 72 can ensure the power of a spring 340 , or another force, on the pole 6 (or 318) can be applied to the contact 71 against the contact 72 with a predetermined force, such as 60-100 pounds. The spring can be compressed by the action of the actuator. Like now 11 shows, the actuating rod 6 . 318 a flange 342 which forms a surface against which the spring 340 suppressed. Another stop surface 344 may be provided to the opposite end of the spring 340 to keep.

Die Feder 340 liefert den zusätzlichen Vorteil eines Beibehaltens einer adäquaten Kraft zwischen den zwei Kontakten 71, 72. Zum Beispiel kann, nach wiederholten Betätigungen, eine Lichtbogenbildung verursacht werden, so dass sich die Kontakte abnutzen. Aufgrund der Federkraft werden die zwei Kontakte gegeneinander gedrückt, gerade dann, wenn sie sich weiter abnutzen. Zusätzlich bewirkt die Beaufschlagung der Kraft eine Verringerung des elektrischen Widerstands zwischen den Kontakten in der geschlossenen Position, um dadurch Wärmeverluste zu reduzieren.The feather 340 provides the added benefit of maintaining adequate force between the two contacts 71 . 72 , For example, after repeated operations, arcing may be caused to wear the contacts. Due to the spring force, the two contacts are pressed against each other, just as they continue to wear. In addition, the application of force causes a reduction in the electrical resistance between the contacts in the closed position, thereby reducing heat losses.

Falls sich die Kontakte abnutzen, wird sich die Betätigungsstange 6, 318 um einen größeren Abstand bewegen, um die Abnutzung auszugleichen. Da der Positionssensor 14 den Abstand, um den sich die Betätigungsstange 6, 318 bewegt, fühlt, kann das System so programmiert sein, um das Wartungssignal 216 zu beleuchten, oder irgendeinen anderen Indikator, um anzuzeigen, dass eine übermäßige Abnutzung an den Kontakten 71, 72 aufgetreten ist. Das System kann auch sein Bewegungsprofil so modifizieren, um zunehmende Erhöhungen in dem Hub zu ermöglichen.If the contacts wear, the operating rod will become 6 . 318 Move a greater distance to compensate for wear. Because the position sensor 14 the distance to which the actuating rod 6 . 318 moved, feels, the system can be programmed to the maintenance signal 216 to illuminate, or any other indicator, to indicate that excessive wear on the contacts 71 . 72 occured. The system may also modify its motion profile to allow for increasing increases in the stroke.

Obwohl nur bevorzugte Ausführungsformen spezifisch hier dargestellt und beschrieben sind, wird ersichtlich werden, dass viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die vorstehenden Lehren und innerhalb der beigefügten Ansprüche, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, möglich sind.Even though only preferred embodiments specific shown and described here will become apparent that many modifications and variations of the present invention in view of the above teachings and within the appended claims, without To leave the scope of the invention are possible.

Claims (8)

Stromunterbrecher (4), der umfasst: eine Stromunterbrechungsvorrichtung mit wenigstens einem beweglichen Kontakt (6) und ein Betätigungselement (8), das mit dem beweglichen Kontakt des Stromunterbrechers verbunden ist; einen Rückkopplungssensor (14), der eine Position des Betätigungselementes während eines Betätigungszyklus überwacht; einen Sensor, der eine Wellenform einer Spannung in einer zu schaltenden Leitung erfasst und Informationen hinsichtlich der Spannungswellenform liefert; und ein Steuerungssystem (12), das mit dem Rückkopplungssensor verbunden ist, um Informationen von dem Rückkopplungssensor bezüglich der Position des Betätigungselementes während des Betätigungszyklus empfängt und mit dem Sensor verbunden ist, um Informationen von dem Sensor bezüglich der Spannungswellenform zu empfangen; dadurch gekennzeichnet ist, dass das Spannungssteuerungssystem die Bewegung des Betätigungselementes während des Betätigungszyklus auf der Grundlage der Informationen von dem Rückkopplungssensor und der Informationen von dem Sensor steuert, um Strom in der zu schaltenden Leitung an einer gewünschten Position an der Spannungswellenform zu sperren oder freizugeben; und wobei das Betätigungselement ein Schwingspulen-Betätigungselement (8) ist.Circuit breaker ( 4 ), comprising: a current interruption device having at least one movable contact ( 6 ) and an actuator ( 8th ) connected to the movable contact of the circuit breaker; a feedback sensor ( 14 ) that monitors a position of the actuator during an actuation cycle; a sensor that detects a waveform of a voltage in a line to be switched and provides information regarding the voltage waveform; and a control system ( 12 ), which is connected to the feedback sensor, receives information from the feedback sensor with respect to the position of the actuator during the actuation cycle and is connected to the sensor for receiving information from the sensor with respect to the voltage waveform; characterized in that the voltage control system detects the movement of the actuator during the actuation cycle based on the information from the feedback sensor and the information NEN of the sensor controls to lock or release current in the line to be switched at a desired position on the voltage waveform; and wherein the actuating element is a voice coil actuator ( 8th ). Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: eine Einrichtung (200), die ein gewünschtes Bewegungsprofil des Betätigungselementes (8) speichert; und eine Einrichtung (200), die die Bewegung des Betätigungselementes mit dem gewünschten Bewegungsprofil vergleicht und eine Bewegung des Betätigungselemen tes auch auf der Grundlage eines Vergleichs der Bewegung des Betätigungselementes mit dem gewünschten Bewegungsprofil steuert.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, further comprising: means ( 200 ), which has a desired movement profile of the actuating element ( 8th ) stores; and a facility ( 200 ), which compares the movement of the actuating element with the desired movement profile and controls a movement of the Betätigungselemen TES also on the basis of a comparison of the movement of the actuating element with the desired movement profile. Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, wobei der Rückkopplungssensor (14) ein lineares Potentiometer ist.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, wherein the feedback sensor ( 14 ) is a linear potentiometer. Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, wobei die Stromunterbrechungsvorrichtung ein Vakuum-Unterbrecher ist.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, wherein the current interruption device is a vacuum interrupter. Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Feder umfasst, die die Stromunterbrechungsvorrichtung in eine geschlossene Position spannt.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, further comprising a spring, which biases the current interruption device in a closed position. Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Arretierung (16) umfasst, die die Bewegung des Betätigungselementes einschränkt.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, further comprising a catch ( 16 ), which limits the movement of the actuating element. Stromunterbrecher (4) nach Anspruch 1, wobei das Betätigungselement (8) ein Schwingspulen-Betätigungselement (8) ist; der Rückkopplungssensor (14) ein lineares Potentiometer (14) ist; die Stromunterbrechungsvorrichtung ein Vakuum-Unterbrecher ist; und des Weiteren eine Feder (340), die die Stromunterbrechungsvorrichtung in eine geschlossene Position spannt, und eine Arretierung (16) umfasst, die die Bewegung des Betätigungselementes einschränkt.Circuit breaker ( 4 ) according to claim 1, wherein the actuating element ( 8th ) a voice coil actuator ( 8th ); the feedback sensor ( 14 ) a linear potentiometer ( 14 ); the power interrupt device is a vacuum breaker; and further a spring ( 340 ), which biases the current interruption device to a closed position, and a detent ( 16 ), which limits the movement of the actuating element. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: einen Sensor, der eine Wellenform eines Stroms in einer zu schaltenden Leitung erfasst und Informationen bezüglich der Stromwellenform zu dem Steuerungssystem liefert; wobei das Steuerungssystem die Bewegung des Betätigungselementes des Weiteren auf der Grundlage der Informationen bezüglich der Stromwellenform steuert.A circuit breaker according to claim 1, further comprising includes: a sensor that is a waveform of a current in one to be switched line and information regarding the Provides current waveform to the control system; the Control system, the movement of the actuator further based on the information regarding the current waveform controls.
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