专利名称：用于低压或中压设备的功率和控制单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于低压和中压设备的功率和控制单元，在性能和功能方面具有改进的特征。本发明的功率和控制单元方便地用于低压或中压设备的跳闸电路。为本申请的目的，术语中压是指1到50kv范围的应用，低压是指IkV以下范围的应用。
背景技术：
用于功率和控制目的的电子装置方便地用于低压和中压设备(例如断路器，接触器，断开器)来激活所述设备。功率和控制电子装置通常包括一些二进制输入来为该低压或中压设备获取状态信息以及接收远程开路和闭合命令。因此，典型地，二进制输入被用于跳闸命令和互锁信号。电子装置还包括用于致动器的电子驱动器，二进制输出，自动控制功能和保护功能。近来，诊断功能已经被引入电子装置来检查功能。特别地，电子装置能够检查致动器 (线圈/电机监视)，内部功率电路(过电流和过温保护)，被用来存储用于磁致动断路器操作的能量的电容器组(电容器监视)。作为例子，对于跳闸命令，二进制输入通常是跳闸电路的一部分，该跳闸电路包括产生跳闸命令的保护继电器。电子装置于是根据所述跳闸命令操作该设备。用于功率和控制目的的电子装置的二进制输入通常也必须与跳闸电路监视功能接口，该跳闸电路监视功能可在保护继电器的二进制输出中得到。跳闸电路监视功能被设计为在由功率和控制电子装置(例如线圈)控制的设备未通电时检查该设备的连续性。总地来说，能够检测开路并产生表示命令链未工作的警报。因此，二进制输入在正常工作期间应当允许最小电流流通， 并且电流流通应当被阻断来激活跳闸电路监视警报。本领域已知的可能实现方案包括并联到二进制输入的功率电阻器。但是，这样的方案具有若干的缺点和不足。作为第一个缺点，功率电阻器总是被并联到二进制输入。当二进制输入以高电平控制电压驱动时，功率电阻器产生高功率，该高功率必须在功率和控制电子装置内部消散掉。另一缺点来自于这样的事实，即，为了减小功耗和发热，电阻器的值保持为尽可能高。这就产生与某个继电器的跳闸电路监视功能的互操作性的某些问题。再一缺点来自于这样的事实，即，此方案仅仅允许检查跳间电路监视继电器与功率和控制电子装置之间的电缆连接而不允许检测功率和控制电子装置中的故障或者低压或中压设备中的故障。通过利用低阻抗反馈已经获得了改进，该低阻抗反馈允许电子装置诊断功能件利用二进制输入来揭示故障。参照图1，在这种已知方法中，电子装置10连接到跳闸电路8， 跳闸电路8包括跳闸电路监视继电器82和触点81。然后，跳闸电路监视继电器82在操作上可以经开关84连接到报警器85。电子装置10包括二进制输入15以及诊断功能件11， 并连接到低压或中压设备的一个或多个功能件20。触点81控制二进制输入15，诊断电路被设计为当触点81打开时工作。通过并行连接适当的低阻抗14，能够使得小电流在二进制输入电路中流通。低阻抗反馈功能件12允许电子装置诊断功能件11利用二进制输入15揭示故障，高阻抗电路表示已经发生故障。但是，跳间电路监视继电器82和电子装置诊断功能件11 二者都不能检查二进制输入15的输入信号感测块13。因此，即使上述系统允许执行诊断功能，仍然无法得到验证在用于低压和中压应用的电子装置中所使用的二进制输入的功能的设备和方法。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种解决以上问题的用于低压和中压应用的功率和控制单元。更具体地，本发明的目的在于提供一种用于低压和中压应用的功率和控制单元， 在故障检测功能方面具有改善的性能。作为另一目的，本发明旨在提供一种用于低压和中压应用的功率和控制单元，其能够检测连接中的故障或者功率和控制单元中的故障，以及检测功率和控制单元自身中使用的二进制输入的功能。本发明的又一目的在于提供一种用于低压和中压应用的功率和控制单元，其可以容易且有效地与已有的低压和中压设备接口。本发明的再一目的在于提供一种用于低压和中压应用的功率和控制单元，其易于制造且成本有竞争力。因此，本发明涉及一种用于低压和中压应用的功率和控制单元，操作上能够与低压或中压设备的一个或多个功能件耦合。根据本发明的用于低压和中压应用的功率和控制单元包括内部自诊断功能件，操作上耦合到信号生成功能件；二进制输入，操作上耦合到所述内部自诊断功能件；低阻抗可变负载，能够并联到所述二进制输入，所述二进制输入包括控制功能件，其操作上连接到所述低阻抗可变负载并且经信号检测功能件连接到所述内部自诊断功能件及所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件。在另一方面，本发明涉及用于低压或中压设备的跳闸电路，其包括具有上述特征的功率和控制单元，所述功率和控制单元的二进制输入可经开关连接到所述跳间电路。以此方式，能够克服现有技术的电子功率和控制单元的某些缺点和不足。实践中， 由于低阻抗可变负载的存在，能够产生振荡电压，该振荡电压可以容易地被二进制输入的功能块识别，如此后更好地说明的，由此来检测二进制输入自身的适当功能。优选地，所述控制功能件包括低阻抗反馈和脉冲发生器，后者驱动所述低阻抗可变负载。在此情况下，所述低阻抗反馈和脉冲发生器有利地驱动所述低阻抗可变负载使得它在第一和第二值之间振荡，由此产生可由所述信号检测功能件检测的振荡输入电压。根据优选实施例，所述控制功能件包括电压编码块，将所述输入电压转换为数字电压信号。所述电压编码块编码所述数字化输入电压信号并传送到所述信号检测功能件。 在此情况下，本发明的功率和控制单元优选地包括电压解码块，其输入连接到所述电压编码块，而输出连接到所述信号检测功能件。有利地，所述信号检测功能件包括所述二进制输入的阈值检测功能件，其操作上连接到所述二进制输入和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件，所述阈值检测功能件优选地在其输入连接到所述电压解码块，而其输出连接到所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件。再有，所述信号检测功能件可以包括脉冲检测功能件，其操作上连接到所述二进制输入和所述功率和控制单元的所述内部自诊断功能件，所述脉冲检测功能件优选地在其输入连接到所述电压解码块，而其输出连接到所述功率和控制单元的所述内部自诊断功能件。
本发明的其他特征和优点将从根据本发明的用于低压或中压应用的功率和控制单元的优选但并非排他的实施例中体现，附图中提供了这样的实施例的非限定性例子，其中图1是根据现有技术的功率和控制单元的例子的方框图；图2是根据本发明的功率和控制单元的一般实施例的方框图；图3是根据本发明的功率和控制单元的第一特定实施例的方框图。
具体实施例方式参照图2和3，用附图标记1表示的用于低压和中压应用的功率和控制单元操作上可耦合到低压或中压设备的一个或多个功能件20。这些功能件通常包括由功率和控制单元控制的输入，例如电机的激活、一个或多个线圈、磁性致动器等。在其更通用的定义中，根据本发明的用于低压和中压应用的功率和控制单元包括内部自诊断功能件(function) 2，后者操作上耦合到信号生成功能件3。作为例子，所述信号生成功能件3可以包括就绪/监控(watchdog) 二进制输出， 后者通常连接到用于显示功率和控制单元自身状态的装置31。根据本发明的功率和控制单元1还包括二进制输入4，后者操作上耦合到所述内部自诊断功能件2。本发明的功率和控制单元1的特征之一是它还包括低阻抗可变负载，后者可并联到所述二进制输入4。此外，在根据本发明的功率和控制单元1中，所述二进制输入4包括控制功能件5， 后者操作上连接到所述低阻抗可变负载41，并且经信号检测功能件6连接到所述内部自诊断功能件2和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件20。如下面将更好地说明的，低阻抗可变负载41的存在使得能够产生可变电压，后者可以容易地被检测以便用于二进制输入自身的诊断功能。特别地，根据本发明的功率和控制单元1的优选实施例，所述控制功能件5包括驱动所述低阻抗可变负载41的低阻抗反馈和脉冲发生器51。优选地，所述低阻抗反馈和脉冲发生器51驱动所述低阻抗可变负载41使得它在第一和第二值之间振荡，由此产生可被所述信号检测功能件6检测到的振荡输入电压。以此方式，检测对于诊断有用的额外的第三状态。实际上，在现有技术的通常电路中，只能检测两个可能的状况，即当触点81闭合时的活动状态和触点81打开时的非活动状态。根据本发明，即使例如跳闸电路监视继电器82中流通的电流较小，也能够通过使用在两个值之间振荡的可变阻抗41来产生一振荡电压，该振荡电压可以被信号检测功能件6容易地识别。因此可以检查二进制输入4的功能以及连接二进制输入4的外部电缆连接。根据本发明的功率和控制单元1的优选实施例，所述控制功能件5可以有利地包括电压编码块52，后者将所述输入电压转换为数字电压信号。所述电压编码块52通常还编码所述数字化输入电压信号并传送到所述信号检测功能件6。本发明的功率和控制单元1还可以包括隔离屏障9，后者将控制功能件5与信号检测功能件6分开。在此情况下，所述电压编码块52将所述输入电压转换为数字电压信号， 并且编码所述数字化输入信号并经所述隔离屏障9传送到所述信号检测功能件6。当控制功能件5包括所述电压编码块52时，本发明的功率和控制单元1优选地包括电压解码块7，其输入连接到所述电压编码块52，输出连接到所述信号检测功能件6。根据本发明的功率和控制单元1的优选实施例，所述信号检测功能件6包括所述二进制输入4的阈值检测功能件61，操作上连接到所述二进制输入4和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件20。所述二进制输入4的所述阈值检测功能件61使得可以识别二进制输入4接收的命令。当本发明的功率和控制单元1包括所述电压解码块7时，所述阈值检测功能件61 的输入连接到所述电压解码块7，输出连接到所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件20。有利地，所述信号检测功能件6可以包括脉冲检测功能件62，后者操作上连接到所述二进制输入4和所述功率和控制单元1的所述内部自诊断功能件2。当本发明的功率和控制单元1包括所述电压解码块7时，所述脉冲检测功能件62的输入连接到所述电压解码块7，输出连接到所述功率和控制单元1的内部自诊断功能件2。这样，脉冲检测功能件 62感测为诊断产生的脉冲并将相应的信号传送到内部自诊断功能件2。诊断功能件2闭合回路它处理来自二进制输入和其它电路(例如线圈监视，电机监视，过流保护，过温保护，电容监视)的所有诊断信号并利用就绪/监控信号和相同二进制输入的低阻抗反馈来揭示故障。为了增加系统的可靠性，实现阈值检测功能件61和脉冲检测功能件62的HW/SW 可以按二者都工作或者二者不都工作的方式设计。因此，根据本发明，低阻抗反馈和脉冲发生器51以及所述低阻抗可变负载41实现了由输入电压控制的自振荡系统。当输入电压达到0值时，负载阻抗被设置为高值；其结果是，电压开始增加。当输入电压达到可通过诊断检查到的最小电压水平时，负载阻抗被设置为低值；其结果是，电压开始减小。值得注意的是，用于诊断的电压水平应当低于二进制输入阈值水平，以便避免与二进制输入的主要功能发生干扰。本发明的功率和控制单元可方便地用在低压和中压设备的跳闸电路中(例如断路器，接触器，断开器及类似电路)，这也是本发明的一部分。根据本发明的用于低压或中压设备的跳闸电路的典型例子包括根据以上描述的功率和控制单元1，所述功率和控制单元1的二进制输入4操作上可经开关81连接到所述跳闸电路。典型地，如图2和3所示，根据本发明的跳闸电路包括跳闸电路监视继电器82或电阻器81。
优选地，使用跳闸电路监视继电器82，所述跳闸电路监视继电器82操作上经开关 84连接到报警器85。这样构想的用于低压和中压应用的功率和控制单元以及包括所述功率和控制单元的低压或中压设备的跳闸电路可以做各种修改，都包括在本发明构思的范围内。此外，这里描述的所有部件可以由技术上等同的其他部件替代。实践中，根据需要和本领域技术状态，设备的部件材料和尺寸可以为任何性质。
权利要求
1.一种用于低压和中压应用的功率和控制单元(1)，操作上能够耦合到低压或中压设备的一个或多个功能件(20)，其特征在于包括内部自诊断功能件0)，操作上耦合到信号生成功能件(3)；和二进制输入G)，操作上耦合到所述内部自诊断功能件O)；所述功率和控制单元(1)还包括低阻抗可变负载(41)，能够并联到所述二进制输入G)，所述二进制输入(4)包括控制功能件(5)，操作上连接到所述低阻抗可变负载Gl)并且还经信号检测功能件(6)在操作上连接到所述内部自诊断功能件(2)和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件 (20)。
2.根据权利要求1所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述控制功能件(5)包括驱动所述低阻抗可变负载Gl)的低阻抗反馈和脉冲发生器(51)。
3.根据权利要求2所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述低阻抗反馈和脉冲发生器(51)驱动所述低阻抗可变负载(41)，使得它在第一和第二值之间振荡，由此产生能够由所述信号检测功能件(6)检测的振荡输入电压。
4.根据权利要求3所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述控制功能件(5)包括电压编码块(52)，将所述输入电压转换为数字电压信号。
5.根据权利要求4所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述电压编码块(52)编码所述数字化输入电压信号并传送到所述信号检测功能件(6)。
6.根据权利要求5所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述功率和控制单元(1) 包括电压解码块(7)，该电压解码块(7)的输入连接到所述电压编码块(52)，而输出连接到所述信号检测功能件(6)。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述信号检测功能件(6)包括所述二进制输入的阈值检测功能件(61)，该阈值检测功能件 (61)在操作上连接到所述二进制输入(4)和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件 00)。
8.根据权利要求6或7所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述阈值检测功能件 (61)的输入连接到所述电压解码块(7)，而输出连接到所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件OO)。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述信号检测功能件(6)包括脉冲检测功能件(62)，操作上连接到所述二进制输入(4)和所述功率和控制单元(1)的所述内部自诊断功能件O)。
10.根据权利要求6和9所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述脉冲检测功能件(62)的输入连接到所述电压解码块(7)，而输出连接到功率和控制单元(1)的所述内部自诊断功能件O)。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的功率和控制单元(1)，其特征在于，所述信号生成功能件C3)包括就绪/监控二进制输出。
12.一种用于低压或中压设备的跳闸电路，包括根据前述权利要求中的一项或多项所述的功率和控制单元(1)，所述功率和控制单元(1)的二进制输入(4)操作上能够经开关 (81)连接到所述跳闸电路。
13.根据权利要求12所述的跳闸电路，其特征在于，包括跳闸电路监视继电器(82)或者电阻器(81)。
14.根据权利要求13所述的跳闸电路，其特征在于，所述跳闸电路监视继电器(82)操作上经开关(84)连接到报警器(85)。
15.一种低压或中压设备，包括根据权利要求12-14中任一项所述的跳闸电路。
全文摘要
一种用于低压和中压应用的功率和控制单元，操作上能够耦合到低压或中压设备的一个或多个功能件，包括内部自诊断功能件，操作上耦合到信号生成功能件；二进制输入，操作上耦合到所述内部自诊断功能件；低阻抗可变负载，能够并联到所述二进制输入，所述二进制输入包括控制功能件，操作上连接到所述低阻抗可变负载，还经信号检测功能件连接到所述内部自诊断功能件和所述低压或中压设备的所述一个或多个功能件。
文档编号H02H7/00GK102340126SQ201110197919
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者A·比安科, G·V·迪纳塔利 申请人:Abb技术股份公司