稳压电源组件和包括稳压电源组件的电气开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及一种用于打开和关闭电源与电负载之间的导电路径的电气开关。尤其地，本实用新型涉及一种适合于操作这种电气开关的稳压电源组件。
【背景技术】
[0002]在传统的电气开关中，至少一个活动触头相对于至少一对固定触头移动，以在电源侧与负载侧固定触头之间建立或中断导电路径。电源侧与负载侧固定触头分别连接至电源和电负载。包括了电磁组件，以提供驱动力，以便造成活动触头从打开位置到关闭位置的期望位移，以操作电气开关。
[0003]一种典型的电磁组件包括磁框架，其包括称为‘轭’的固定部分以及称为‘电枢’(有时也称为‘衔铁’)的活动部分。轭和电枢具有互补构造，在对立的端部之间具有空气间隙。轭与电磁线圈相关联，使用电源使电磁线圈通电，以建立通过轭并且因此通过电枢的磁通量，以便电枢在磁力的影响下移动。电磁组件的电枢耦合至支撑活动触头的托架组件。电枢从未驱动的位置到驱动的位置的移动提供了驱动力，以将活动触头从其打开位置移动到关闭位置。
[0004]在关闭行程期间，电磁组件提供驱动力，以便活动触头从打开位置移动到关闭位置。在关闭行程期间，电磁组件必须首先克服偏置弹簧的阻碍力，偏置弹簧朝着其打开位置偏置活动触头。因此，电磁组件需要施加线性增大的驱动力，直到活动触头最终到达关闭位置。
[0005]在活动触头处于关闭位置中时，通常，电磁组件需要提供相对减小的驱动力。
[0006]最后，在需要中断在电源侧与负载侧固定触头之间的导电路径时，切断电磁线圈的电源，以便在偏置弹簧的影响下，活动触头恢复到打开位置。
[0007]应注意的是，上述电气开关称为常开型电气开关；并且在后文中参照这种配置，讨论本实用新型。然而，应注意的是，本实用新型同样适用于常闭型电气开关，所需要的改造对于本领域技术人员是显而易见的。
[0008]通过前面的描述，在电气开关操作的不同阶段需要的驱动力显然是可变的。在电气开关的操作的不同阶段优化驱动力，是一个重要的考虑因素。在关闭行程期间的驱动力应传递充足的能量，以迅速地从打开位置过渡到关闭位置，以便减少电弧现象。然而，同时，由于关闭操作，所传递的能量并不应该高到造成所不期望的机械应力。这种所谓的‘硬’关闭操作在轭和电枢的极面上造成更大的机械磨损。此外，这种硬关闭在活动与固定触头之间的初始啮合之后会不利地容易造成触点颤动。这种机械应力和触点颤动随着时间造成性能退化，并且不期望地减少电气开关的使用寿命。因此，操作电磁组件以便有效地调节和优化驱动力以满足减少形成电弧和减少机械应力和触点颤动的自相矛盾的要求，这是一个重要的挑战。
[0009]在先有技术中，众所周知的是，提供控制装置来将稳压电源提供给电磁线圈，以便优化施加在活动触头上的驱动力。
[0010]从美国专利5，737，172中已知一种这样的系统和方法。该专利公开了一种电磁接触器，包括输入电压载入其中的线圈。电磁接触器包括:检测器装置，用于检测所述输入电压的峰值电压值并且用于检测所述输入电压的平均值，其中，所述输入电压是全波整流的交流电流与直流电压中的一个；开关装置，其响应于操作信号，用于控制所述电磁接触器的操作；以及控制器，用于生成所述操作信号，并且用于通过基于由所述检测器装置检测的所述输入电压的所述峰值电压值和所述平均值，控制所述操作信号的脉宽，来稳定以恒定的电平提供给所述线圈的输入功率。
[0011]显而易见，在上述专利中公开的电磁接触器基于根据应用于电磁线圈中的输入电压的峰值电压值和平均电压值的电压调节。
[0012]从美国专利5，914，850中已知另一个这种基于电压调节的系统和方法。该专利公开了利用电磁接触器使用的接触器设备，除了其他元件以外，还包括控制装置，该控制装置包括第一装置，用于控制所述接触器的在关闭操作期间提供给操作线圈的电压电平，以便所述电压电平独立于所述操作线圈的所述电流。
[0013]容易理解的是，在基于电压调节的各种控制机构中，电气开关的操作基本上变得独立于主电源电压。然而，重要的是，注意除了其他因素以外，驱动力还根据提供给电磁线圈的激励电流，而并非根据电磁线圈上应用的电压。换言之，激励电流实际上并不仅仅取决于所施加的电压，还取决于电磁线圈的有效阻抗。除了其他因素以外，有效阻抗进而还取决于电磁组件的几何构造、在关闭行程期间持续改变的在电枢与轭之间的空气间隙、以及电磁线圈的温度。因此，即使电压调节控制机构确保在电磁线圈上施加恒定电压，然而，这种方法也不能提供对由电磁组件生成的驱动力令人满意的调节。
[0014]尤其地，电磁线圈的操作温度取决于环境温度并且由此取决于安装的位置而变化；而且，也在特定的安装中使用电气开关的不同实例期间。通常的做法是，基于为电气开关规定的最大操作温度，配置装置。然而，在实际温度低于最大操作温度时，电磁线圈的阻抗远远更低，因此，在关闭行程期间生成的驱动力不期望地变高。
[0015]在本领域中已知的一种替换的控制机构基于电流调节。从美国专利5，910, 890中已知这样一种解决方案。该专利公开了一种控制电路，用于具有由电磁线圈操作的一组触头的电气开关装置。控制电路在定义的时间段内将第一电平的电流应用于电磁线圈中，然后，将第二电平的电流应用于电磁线圈中，其中，第一电平大于第二电平。
[0016]在这种基于电流调节的控制机构内，其中一个重要的挑战是，在不同的电压条件下调节到电磁线圈的能量传递的速率。因此，在主要电源电压变得更高时，在电磁线圈内的电流积聚更快。这在关闭行程期间基本上造成远远更高的能量增益。由于在基于电流调节的控制机构中具有上述固有问题，所以与基于电压调节的控制机构相比，这种机构不太优选。
[0017]鉴于以上内容，需要一种适用于电气开关中的改进的电源。改进的电源可取地提供在电气开关内使用电磁组件产生的最佳驱动力，以便在电气开关内优化使电气开关从打开位置过渡到关闭位置所需要的关闭时间以及传递给活动元件(例如，一个或多个活动触头、电枢等)的关闭速度。
【实用新型内容】
[0018]因此，本实用新型的一个目标在于，提供一种稳压电源组件，其适用于电气开关中，以便有效地调节和优化使用电磁组件产生的驱动力。
[0019]通过一种适合供电气开关使用的稳压电源组件、一种提供适合供电气开关使用的稳压电源组件的方法以及一种电气开关实现本实用新型的目标。
[0020]在本实用新型的第一方面，提供了一种适用于电气开关中的稳压电源组件。电气开关包括电磁组件，其被配置为在其打开位置和关闭位置中的一个中操作所述电气开关并且在其之间实现过渡。稳压电源组件包括:开关装置、取样装置以及控制装置。能够操作开关装置，用于切换提供给电磁组件的输出电压，以便在其内建立激励电流。开关装置基于切换控制信号进行操作。取样装置被配置为给在电磁组件内建立的激励电流连续地取样。控制装置被配置为基于将激励电流的瞬时样本与激励电流的阈值电流基准和/或至少一个先前的样本进行比较，生成切换控制信号。
[0021]在本实用新型的第二方面，提供了一种提供适用于电气开关中的稳压电源组件的方法。电气开关包括电磁组件，其被配置为在其打开位置和关闭位置中的一个中操作所述电气开关并且在其间实现过渡。根据本实用新型的方法，基于切换控制信号切换提供给电磁组件的输出电压，以便在电磁组件内建立激励电流。为在电磁组件内建立的激励电流连续地取样。基于将激励电流的瞬时样本与激励电流的阈值电流基准和/或至少一个先前的样本进行比较，生成切换控制信号。
[0022]在本实用新型的第三方面，提供了一种电气开关，其包括根据本实用新型的第一方面的稳压电源组件并且根据本实用新型的第二方面进行操作。
[0023]因此，本实用新型提供了一种适合于供电气开关使用的稳压电源组件、一种用于提供适合于供电气开关使用的稳压电源组件的方法以及一种包括所述稳压电源组件并且根据所述方法进行操作的电气开关。
[0024]本实用新型促进有效地控制在电气开关内传输给电磁组件的能量，因此，最佳地优化在关闭操作期间生成的驱动力。传输给电磁组件的能量有利地独立于电磁组件(尤其是在电磁组件内的电磁线圈)的输入电压和温度。因此，在所有的操作条件下实现一致的性能。
[0025]这种有效的控制进而消除过度的机械应力、触点颤动以及随着时间对性能的相关不利影响，从而增大电气开关的使用寿命。而且，本实用新型有利地调节操作电磁组件所需要的能量，因此，提供了改进的能量效率。
【附图说明】
[0026]在后文中，参照在附图中示出的所说明的实施方式，进一步描述本实用新型，其中:
[0027]图1示出了根据本实用新型的一个实施方式的适合电气开关使用的稳压电源组件的不意图；
[0028]图2示出了根据本实用新型的一个实施方式的控制装置的示意图；
[0029]图3A-3C示出了根据本实用新型的一个实施方式的控制逻辑以及用于根据基于速率的电流调节技术操作稳压电源组件的两个控制参数的变化的示意图；
[0030]图4A-4B示出了根据本实用新型的一个实施方式的控制逻辑以及用于根据基于阈值的电流调节技术操作稳压电源组件的单个控制参数的变化的示意图；
[0031]图5示出了描述根据本实用新型的一个实施方式的用于提供适合于供电气开关使用的稳压电源组件的方法的流程图；
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