用于多相開關(guān)裝置的電弧能量減少方法及設(shè)備制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了用于多相開關(guān)裝置的電弧能量減少方法及設(shè)備。用于在電觸頭的斷開和閉合期間減少電弧能量和觸頭腐蝕的三相開關(guān)裝置和方法，該裝置具有一個(gè)電磁體和一個(gè)電樞。該裝置和方法允許通過控制電樞在斷開和閉合過程期間行進(jìn)的速度來緊挨著其電流過零點(diǎn)之前的計(jì)算的目標(biāo)點(diǎn)處閉合所有三個(gè)相。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于多相開關(guān)裝置的電弧能量減少方法及設(shè)備專利
本專利技術(shù)大體上涉及電弧能量減少，并且具體地涉及在三相電磁操作開關(guān)裝置中的電弧能量減少。專利技術(shù)背景諸如三相接觸器的多相開關(guān)裝置中的電觸頭被暴露于在開關(guān)裝置的壽命期間消散的總電弧能量。因此，開關(guān)裝置的壽命在很大程度上由在觸頭的每個(gè)閉合和斷開期間發(fā)生的電弧量確定。減少由觸頭消散的總電弧能量的方法在這方面是有益的。觸頭需要消散的能量越少，越少發(fā)生對(duì)觸頭材料的腐蝕。這可以增加觸頭的預(yù)期壽命和/或通過觸頭材料減少來降低觸頭成本。在三相裝置中，必須考慮每個(gè)單獨(dú)相的觸頭組的弧觸頭腐蝕。眾所周知的是，交流電(AC)電路在其電流通過正電流周期和負(fù)電流周期的過零點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)處將顯著地減少電弧。多年來，諸如接觸器的三相電磁操作開關(guān)裝置同時(shí)斷開所有的三個(gè)相，而不管在該相關(guān)于它們的過零點(diǎn)在哪里，其產(chǎn)生顯著的電弧。接觸器構(gòu)造通常保持不變，這是由于它們首先被專利技術(shù)。接觸器包括電樞，其通常偏置到延伸位置并且當(dāng)電力被施加到接觸器的電磁線圈時(shí)可移動(dòng)到縮回位置。通常，接觸器電樞被附接到支撐三個(gè)活動(dòng)觸頭的觸頭載體，三相電源的每個(gè)相使用一個(gè)觸頭。當(dāng)電力被施加到磁線圈時(shí)，三個(gè)活動(dòng)觸頭通過電樞移動(dòng)而與三個(gè)靜觸頭接觸。當(dāng)電力從磁線圈移除時(shí)，該電樞偏置到其延伸位置，其中，三個(gè)活動(dòng)觸頭幾乎同時(shí)與三個(gè)靜觸頭分離。由于接觸器基本上同時(shí)斷開所有的三個(gè)觸頭，因此確定至少兩個(gè)相將在非零電流處斷開，并且可能全部三個(gè)將在非零電流處斷開。因此，在觸頭處產(chǎn)生顯著的電弧。首先嘗試當(dāng)一個(gè)相接近其最低電流電平并且觸發(fā)接觸器盡可能接近該點(diǎn)斷開時(shí)來減少接觸電弧，其試圖使用監(jiān)控電流波形的控制器來計(jì)算。如果計(jì)算是準(zhǔn)確的，則其將減少在該單相中的電弧，但是其它兩相仍將產(chǎn)生顯著的電弧，這是由于它們將在較高的電流電平處斷開。嘗試進(jìn)一步地減少電弧已經(jīng)在斷開第二觸頭和第三觸頭中采用固定的機(jī)械時(shí)延，使得它們將更靠近它們的最小電流電平斷開。固定的機(jī)械時(shí)延通過相對(duì)于其它兩個(gè)觸頭偏移一個(gè)觸頭來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械時(shí)延由偏移的長(zhǎng)度和在電力從電磁體移除之后偏置彈簧斷開觸頭的速度來確定。如果準(zhǔn)確地確定偏移距離和偏置彈簧力，則可以初始減少第二觸頭和第三觸頭中的電弧。然而，制造公差和從一批部件到另一批部件或者一個(gè)供應(yīng)商到另一個(gè)供應(yīng)商的細(xì)微差異可以影響第一觸頭斷開和第二及第三觸頭斷開之間的時(shí)序。即使初始時(shí)序是準(zhǔn)確的，但第二觸頭和第三觸頭隨著時(shí)間將開始以比第一觸頭更快的速度腐蝕，該第一觸頭具有基于所監(jiān)控的電流波形的受控?cái)嚅_。另外，觸頭厚度的任何變化將影響第二觸頭斷開和第三觸頭斷開的時(shí)序。由于觸頭腐蝕增加，第一觸頭斷開和第二及第三觸頭斷開之間的機(jī)械時(shí)延將減小，其引起第二觸頭和第三觸頭斷開更高的電流。對(duì)于第二觸頭和第三觸頭，更多電弧及甚至更快的腐蝕將導(dǎo)致對(duì)于開關(guān)裝置的較短壽命。在最近的嘗試中，每個(gè)電相具有用于監(jiān)控其電流波形的控制器和用于在其最低電流電平處斷開和閉合它的觸頭的開關(guān)裝置。雖然這確實(shí)顯著地減少電弧，但是也顯著地增加三相開關(guān)裝置的成本。因此，將期望開發(fā)采用原來較便宜的單個(gè)控制器、單個(gè)電磁體和電樞設(shè)計(jì)的三相開關(guān)裝置，其可以將電弧電平減小到大體上相當(dāng)于三個(gè)控制器、三個(gè)開關(guān)裝置電平的點(diǎn)，并且具有補(bǔ)償制造公差、批次和供應(yīng)商差異、電流頻率差異、摩擦和部件退化的能力，以延長(zhǎng)開關(guān)裝置的觸頭壽命。專利技術(shù)概述本專利技術(shù)提供了用于在三相電路的斷開期間通過在緊挨著所有三相的電流過零點(diǎn)之前的計(jì)算的目標(biāo)點(diǎn)處斷開觸頭來顯著地減少觸頭電弧和延長(zhǎng)觸頭壽命的三相開關(guān)裝置和方法。所述開關(guān)裝置和方法還補(bǔ)償開關(guān)裝置的壽命期間觸頭腐蝕。本專利技術(shù)提供了用于減少三相開關(guān)裝置的電弧能量和觸頭腐蝕的方法，該方法包括以下步驟：通過控制/監(jiān)控電路監(jiān)控三相電氣系統(tǒng)的電特性；通過控制/監(jiān)控電路檢測(cè)第一斷開相的參考點(diǎn)；通過控制/監(jiān)控電路確定第一斷開相的波形上的第一目標(biāo)點(diǎn)和用于發(fā)起第一斷開相精確地在第一目標(biāo)點(diǎn)處的斷開的觸發(fā)點(diǎn)；通過控制/監(jiān)控電路確定用于第二斷開相和第三斷開相的第二目標(biāo)點(diǎn)；響應(yīng)于檢測(cè)到觸發(fā)點(diǎn)，通過控制監(jiān)控電路向開關(guān)裝置發(fā)起斷開信號(hào)；通過線圈電源電路調(diào)整開關(guān)裝置的電樞的速度，使得第二斷開相和第三斷開相精確地在第二目標(biāo)點(diǎn)處斷開。本專利技術(shù)還提供減少電弧能量和觸頭腐蝕的三相電磁開關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：具有線圈和電樞的電磁體，該電樞可在當(dāng)線圈受到激勵(lì)時(shí)的第一位置和當(dāng)線圈被去激勵(lì)時(shí)的第二位置之間移動(dòng)，該電樞支撐三個(gè)橋接觸頭，每個(gè)橋接觸頭與三相電源的三個(gè)電相中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)；控制/監(jiān)控電路，用于監(jiān)控三相電源的特性，確定用于第一斷開相的第一目標(biāo)點(diǎn)，確定用于發(fā)起第一斷開相的斷開的第一觸發(fā)點(diǎn)，使得第一斷開相將精確地在第一目標(biāo)點(diǎn)處斷開，以及用于第二和第三同時(shí)斷開相的第二目標(biāo)點(diǎn)；以及線圈電源電路，其向線圈提供脈寬調(diào)制信號(hào)，使得電樞的速度可以被調(diào)整以確保第二和第三同時(shí)斷開相精確地在第二目標(biāo)點(diǎn)處斷開。附圖簡(jiǎn)述圖1圖示處于第一位置的本專利技術(shù)的電磁接觸器。圖2圖示處于第二位置的本專利技術(shù)的電磁接觸器。圖3圖示根據(jù)本專利技術(shù)的對(duì)于三相觸頭的受控?cái)嚅_的電流波形。圖4是用于根據(jù)圖3的電流波形斷開三相電路的算法的流程圖。圖5圖示向接觸器的電磁體的線圈提供電力的線圈電源電路的第一實(shí)施例。圖6圖示向接觸器的電磁體的線圈提供電力的線圈電源電路的第二實(shí)施例。示例實(shí)施例的詳細(xì)描述本專利技術(shù)提供了減少由三相電觸頭的斷開和閉合引起的電弧能量的開關(guān)裝置方法。圖1圖示本專利技術(shù)的三相電磁開關(guān)裝置，通常被稱為接觸器且由參考數(shù)字10表示。接觸器10包括具有線圈18的電磁體14、電樞22、偏置彈簧26、可移動(dòng)橋接觸頭30、34和38以及固定觸頭42、46和50。電磁體14在線圈18受到線圈電源電路54激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)并且在線圈18去激勵(lì)時(shí)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。電樞22在當(dāng)線圈18去激勵(lì)時(shí)(圖1)電樞22由偏置彈簧26偏置的第一位置和當(dāng)線圈18受到線圈電源電路54激勵(lì)時(shí)的第二位置之間可移動(dòng)，在所述第二位置，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服偏置彈簧26的力，從而將電樞22拉動(dòng)與電磁體14接觸(圖2)。電樞22支撐三個(gè)可移動(dòng)橋接觸頭30、34和38，當(dāng)電樞22在其第一位置和第二位置之間移動(dòng)時(shí)，該三個(gè)可移動(dòng)橋接觸頭在第一位置和第二位置之間移動(dòng)。如在圖1中可以看出，橋接觸頭30、34和38分別與固定觸頭42、46和50間隔開。在圖2中，橋接觸頭30、34和38分別與固定觸頭42、46和50物理接觸。固定觸頭42、46和50是間隔開的對(duì)，使得每對(duì)中的一個(gè)連接到三相電源58中的一相并且每對(duì)中的另一個(gè)連接到負(fù)載62。因此，當(dāng)電樞處于其第一位置時(shí)，沒有向負(fù)載62供應(yīng)電力，并且當(dāng)處于其第二位置時(shí)向負(fù)載62供應(yīng)電力。當(dāng)橋接觸頭30、34和38分別與固定觸頭42、46和50接觸或斷開接觸時(shí)，產(chǎn)生電弧。由于電弧的強(qiáng)度和由電弧引起的觸頭腐蝕直接與橋接觸頭30、34和38正在接通或斷開的電流的幅值有關(guān)，因此精確地控制所有三個(gè)橋接觸頭30、34和38在接觸器10的壽命期間接通或斷開電流的電流波形上的點(diǎn)是重要的。圖3圖解地圖示用于斷開三相電路同時(shí)產(chǎn)生觸頭30、34、38、42、46和50的最小電弧和腐蝕的本專利技術(shù)的方法。該方法包括緊挨著其電流波形通過它的過零點(diǎn)之前的第一計(jì)算的目標(biāo)點(diǎn)TP1處斷開三相電源58的一相，以及緊挨著兩個(gè)剩余相的電流波形同時(shí)通過它們的過零點(diǎn)之前的第二計(jì)算本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于減少三相電磁開關(guān)裝置中的電弧能量和觸頭腐蝕的方法，包括以下步驟：通過控制/監(jiān)控電路監(jiān)控三相電氣系統(tǒng)的電特性；通過所述控制/監(jiān)控電路檢測(cè)用于第一斷開相的參考點(diǎn)；通過所述控制/監(jiān)控電路確定所述第一斷開相的波形上的第一目標(biāo)點(diǎn)和用于發(fā)起所述第一斷開相精確地在所述第一目標(biāo)點(diǎn)處斷開的觸發(fā)點(diǎn)；通過所述控制/監(jiān)控電路確定用于第二斷開相和第三斷開相的第二目標(biāo)點(diǎn)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述觸發(fā)點(diǎn)，通過所述控制監(jiān)控電路來向所述開關(guān)裝置發(fā)起斷開信號(hào)；通過線圈電源電路調(diào)整所述三相開關(guān)裝置的電樞的速度，使得所述第二斷開相和所述第三斷開相精確地在所述第二目標(biāo)點(diǎn)處斷開。

【技術(shù)特征摘要】
2015.12.21 US 14/976,0981.一種用于減少三相電磁開關(guān)裝置中的電弧能量和觸頭腐蝕的方法，包括以下步驟：通過控制/監(jiān)控電路監(jiān)控三相電氣系統(tǒng)的電特性；通過所述控制/監(jiān)控電路檢測(cè)用于第一斷開相的參考點(diǎn)；通過所述控制/監(jiān)控電路確定所述第一斷開相的波形上的第一目標(biāo)點(diǎn)和用于發(fā)起所述第一斷開相精確地在所述第一目標(biāo)點(diǎn)處斷開的觸發(fā)點(diǎn)；通過所述控制/監(jiān)控電路確定用于第二斷開相和第三斷開相的第二目標(biāo)點(diǎn)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述觸發(fā)點(diǎn)，通過所述控制監(jiān)控電路來向所述開關(guān)裝置發(fā)起斷開信號(hào)；通過線圈電源電路調(diào)整所述三相開關(guān)裝置的電樞的速度，使得所述第二斷開相和所述第三斷開相精確地在所述第二目標(biāo)點(diǎn)處斷開。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述參考點(diǎn)是所述第一斷開相的電流波形的過零點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一目標(biāo)點(diǎn)是在所述參考點(diǎn)之后的選擇的整數(shù)個(gè)半周期。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述觸發(fā)點(diǎn)根據(jù)所述參考點(diǎn)和所述第一目標(biāo)點(diǎn)來計(jì)算。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一目標(biāo)點(diǎn)是緊挨著所述第一斷開相的波形的過零點(diǎn)之前的點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二目標(biāo)點(diǎn)是在所述第一目標(biāo)點(diǎn)之后的確定數(shù)目的電度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第二目標(biāo)點(diǎn)是所述第一目標(biāo)點(diǎn)之后的、至少部分地由所述三相開關(guān)裝置斷開連接的負(fù)載所確定的數(shù)量的電度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二目標(biāo)點(diǎn)對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載是在所述第一目標(biāo)點(diǎn)之后的約90電度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線圈電源電路向所述電磁體的線圈提供脈寬調(diào)制信號(hào)，以調(diào)整由所述電磁體產(chǎn)生的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：凱文·M·杰弗里斯，本杰明·W·愛德華茲，馬修·L·懷特，艾倫·弗里曼，理查德·卡爾·韋勒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：施耐德電氣美國股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國,US