专利名称：控制用于开关设备的电机驱动的开关传动机构的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制用于配电装置的开关设备的电机驱动的开关传动机构的装
置，特别是用于高压或中压配电装置的三位隔离开关的电机驱动的开关传动机构的装置。
背景技术：
这样的装置被公知为用于电气控制配电装置的三位隔离开关的电机驱动的开 关传动机构，例如突动机构、突动储能机构(Sprungspeicherantrieb)或缓动机构。在 此，用于控制的装置既用于将开关设备从实际状态改变以及由此控制或切换到期望的 额定状态，也用于闭锁和指示。在此，用于电控制的装置通常包括具有电子的、机电的 (elektromechanic)和/或电磁的部件(诸如辅助接触器、时间继电器、桥式整流器和末端 开关)的控制单元，这些部件例如安装在带顶盖导轨(Hutschiene)或者插入模块上。此 外，该装置包括电的指示单元，例如辅助开关，通过该辅助开关可以报告故障、运行状态、开 关设备位置。 为了连接机电部件和辅助开关，通常设置单芯线(Einzeladern)，其必要时通过扁 平插头和芯线端套(Aderendhillsen)连接到各个部件以及辅助开关。用于部件和辅助开关 的这样的单连接在一个开关传动机构中导致多个不同的接头和布线。 由此，对用于控制的装置的功能检查只有在最终检查的范围内、即在装置的 装配状态的范围内才能进行，因为开关传动机构和控制装置以及在控制装置内部的控 制单元和指示单元都是互相电分离以及必要时空间上互相分离，并只有通过最终布线 (Endverdrahrung)才建立使得可以进行功能检查的电连接。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种控制用于配电装置的开关设备的开关传动
机构的装置，其简单构造并且在其中明显降低了布线开销。 按照本发明通过在权利要求1中给出的特征解决上述技术问题。 本发明的优选扩展是从属权利要求的内容。 在按照本发明的控制用于配电装置的开关设备、特别是用于高压或中压配电装置 的三位隔离开关的开关传动机构的装置中，具有至少一个通用适配器元件的控制和/或指 示单元被构造为集成的结构单元。 本发明的基本思路是基于如下考虑为了减少布线，控制单元以及指示单元被集 成为一个紧凑并且通用以及可简单安装的结构单元。为此，指示单元、控制单元和/或适配 器元件被综合为一个结构单元。在此，适配器元件既用于内部电连接和固定指示和/或控 制单元，也用于外部电接头连接。因此，只须对外部电接头连接布线。通过将控制和/或指 示单元与适配器元件综合为一个结构单元，可以在连接外部连接之前单独地检查该结构单
元的功能性(Funktions伤higkeit )，特别是检查控制和/或指示功能。在此，在一种可能的 实施方式中集成的结构单元可以仅包括指示单元和到预先制造的电缆束的标准化接头的
3适配器元件。在另一种实施方式中，集成的结构单元除了指示单元和适配器元件之外还包 括控制单元。根据开关传动机构的种类和结构，例如在手动操纵机构的情况下，用于控制的 装置仅包括集成的指示单元和在其上固定的适配器元件。在电机驱动的开关传动机构中， 装置包括具有适配器元件的集成的控制和指示单元。在此，控制单元对于所有的传动变形， 即突动机构、突动储能机构或缓动机构都是相同的。 在一种可能的实施方式中，集成的控制和/或指示单元作为指示单元或者说位置 指示器包括开关单元，在该开关单元上设置了至少两个用于电分离的适配器元件。由此，开 关单元被集成在用于控制单元的结构单元中。适配器元件中的一个优选地用于容纳控制单 元。另一个适配器元件用于容纳至少一个连接元件并且根据连接元件的种类和结构相应地 构造。各个适配器元件优选地将开关单元与控制单元和/或将开关单元与连接单元电分 离。 在一种特别简单的实施方式中，适配器元件被构造为电绝缘的承载单元，特别是 构造为电路板。适配器元件作为电路板的构造使得可以特别简单的方式将控制单元集成为 电子电路。通过将承载单元构造为电路板，控制和/或指示单元的内部布线可以预先完成。 为此，电路板优选两面具有印制导线。在此印制导线的载流能力被构造为与开关单元的触 点相同。 优选地，控制单元作为集成电路和/或电子电路和/或机电电路安装到承载单元 上。由此实现特别紧凑的结构单元，其中通过设置在承载单元上的、用于连接控制单元的元 件的连接导线，可靠地避免了常规的单芯线和由此产生的用于控制单元的高的布线开销。
根据开关设备的结构和功能，可以不同地构造控制单元。控制单元合适地包括两 个分离的供电接头，用于对设置在负载电路中的单元和设置在控制电路中的单元供电。例 如如果借助相应的开关晶体管这样确定用于控制电机转向的H桥式电路的大小，使得不再 需要开关电源，则对于负载电路的供电可以弃用开关电源。在此，保持开关传动机构的驱 动电机的电压变形。两个供电接头和对应的电压供给在控制单元中互相分离，并且例如是 隔离地在外部保险的。用于控制电路和负载电路的供电在对于直流电压为24V、48V、60V、 110V、220V或者交流电压为110V、230V的电压的宽的电压范围中进行。通过内部的开关电 源从开关设备的控制电压中产生例如以12V直流电压对控制单元的内部电压供给。
在一个供电接头发生故障的情况下，例如如果根据驱动电机的种类在预定的时间 内没有进行由开关单元(即辅助开关)的内部响应(RUckmeld皿g)，则输出故障指示。在此， 对于缓动机构，驱动电机在大约8s之后并且对于突动机构或者突动储能机构，驱动电机在 大约8s之后输出故障指示。此外，借助控制单元断开开关传动机构的驱动电机，并且驱动 电机保持静止。此外对设置在上级的运行装置、例如三位隔离开关或断路器保持闭锁。在 电压恢复的情况下驱动电机不允许在没有命令输入的条件下而自动地重新启动。
在另一种实施方式中，控制单元在出现可预定的信息的情况下闭锁或者禁止对应 的开关设备，例如三位隔离开关、断路器、接地器。 连接元件优选构造为插接连接器。由此可以通过预制的可插接的电缆束来进行到 控制和/或指示单元的连接，从而不需要其它布线工作，因为控制和/或指示单元的内部布 线通过适配器元件的预制的构造为电路板的承载单元进行。 开关单元合适地被构造为具有预定数量的接触片(Schalterebenen)的辅助开关。根据对应的开关设备的结构，辅助开关可以是具有用于常开触点功能和常闭触点功能
的6个或12个自由可用的触点片的8片或14片辅助开关。根据辅助开关的结构，对应的
插接连接器或者连接插头在8片辅助开关的情况下实施为一个2 X 22极插接连接器并且在
14片辅助开关的情况下例如实施为一个2X22极和一个2X 10极的插接连接器。 利用本发明实现的优点特别在于，通过集成构造具有预制的并实现内部布线的适
配器元件的组合的控制和/或指示单元，给出一种简单预制的并作为模块可以检查的、同
时具有紧凑结构的电机控制。可靠地避免了开销大的单个的布线。在此，控制单元通过适
配器元件与具有辅助开关的指示单元分离。
以下结合附图详细解释本发明的实施例。在此，附图中 图1以侧视图示意性示出了具有适配器元件的构造为集成的控制和/或指示单元 在装配状态下的实施例， 图2以分解图和纵视图示出了集成结构单元的实施例，该结构单元具有一个可置 于中央设置的8片辅助开关的顶部的控制单元， 图3按照在辅助开关顶部设置的控制单元的俯视图示意性示出了按照图2的集成 结构单元， 图4以纵视图示意性示出了集成结构单元的实施例，具有在中央设置的14片辅助 开关的顶部设置的控制单元， 图5按照在辅助开关顶部设置的控制单元的俯视图示意性示出了按照图4的集成 结构单元， 图6示意性示出了具有对应的接头的控制单元的实施例，以及
图7示意性示出了具有对应的接头的控制单元的电路结构的实施例。
互相对应的部件在所有附图中具有相同的附图标记。
具体实施例方式
在图1中示意性示出了构造为集成结构单元的控制和/指示单元1的实施例。控 制和/指示单元1用于控制开关设备的开关传动机构，该开关设备此处是具有三个开关极 的高压或中压配电装置，例如三位隔离开关。 作为中央部件，控制和指示单元1包括构造为辅助开关的开关单元2。在 此，开关单元2用于响应开关设备的运行位置。在此开关单元2可以包括多个接触片 (Schalterebenen)并且产生多个运行位置指示。 根据可以通过控制和/指示单元l和开关传动机构切换的开关设备的功能和结构 的不同，可以将对应数量的通用适配器元件3. 1至3. n设置、特别是插接到开关单元2上。 适配器元件3. 1至3. n合适地构造为电绝缘的承载单元，其优选地为了预制控制和/指示 单元1的内部布线而被实施为一面或两面具有印制导线的电路板。在此，可以将适配器元 件3. 1至3. n这样设置在开关单元2上，使得其触点与适配器元件3. 1至3. n的印制导线 电接触。例如，适配器元件3. 1至3. n分别具有接触座(Buchsenleisten)，开关单元2的插 头(Stfte)或插接件(Stiftleisten)啮合到该接触座中。
为了控制或检查(Abfrage)开关单元2的触点，相应地构造适配器元件3. 1至 3. n。例如，适配器元件3. 1至3. n的一个是设置在开关单元2的顶部的具有控制单元4的 适配器元件3. 1，该控制单元作为具有机电、电磁和电子元件的集成电路和/或电子电路安 装在适配器元件3. 1上。在此，控制单元4的元件通过电路板的印制导线互相连接，使得也 可以预制用于开关传动机构的和开关设备的控制单元4。由此，可以按照简单的方式在最终 装配之前检查预制的控制单元4的功能性。在一种替换的实施例中，控制单元也可以设置 在单独的电路板上，然后可以通过插座-插头连接插接到对应的适配器元件3. 1上。
根据开关传动机构的种类和结构，在手动驱动中装置1仅包括开关传动机构2 (= 辅助开关)和至电缆接头的适配器元件3. 1至3.3。在具有电机驱动的三位隔离开关中，装 置1附加地包括装配的控制单元4。在此，用于手动驱动的装置1可以按照简单的方式通过 控制单元4的插接而被改装成用于电机驱动的装置。 在本实施例中，其它的适配器元件3. 2至3. 3用于容纳连接元件5，该连接元件例 如可以被构造为插接连接器或连接插头以容纳预制的电缆束，该电缆束可以简单地插入连 接元件5中。根据开关传动机构的和对应的开关设备的种类和结构以及功能，各个连接元 件5的接头极的数量是可变的。 图2以分解图和纵视图示意性示出了按照图1的集成结构单元，该结构单元具有 可置于中央设置的开关单元2的顶部的、具有控制单元4的适配器元件3. 1。在该实施例中 开关单元2实施为8片辅助开关。控制单元4(即，其部件，例如有源和无源的电部件、H桥 式电路9、继电器)被安装到对应的适配器元件3. 1的两面上。在此，特别高的部件(例如 电容器6)被设置在电路板的面向开关单元2的一面上。在此根据开关单元2的结构，电容 器6可以插到开关单元2的空隙7中。此外，适配器元件3. l可以按照合适的方式可拆卸 地(L》st)ar )固定在开关单元2上，例如插入、夹入或拧入。 图3示意性示出了从具有控制单元4设置在辅助开关顶部的适配器元件3. 1看过 去的、按照图2的集成结构单元的俯视图。在此，适配器元件3. 1被实施为这样电路板其 在开关单元2的范围内具有凹槽8，从而可以从顶部自由地到达开关单元2，并且至少部分 地插入到凹槽8中并形面配合地(formschlilssig)位于适配器元件3. 1上。由此，适配器 元件3. 1按照简单的方式固定在开关单元2上。 控制单元4例如作为集成电路安装在电路板的和由此适配器元件3. 1的背对开关 单元2的一侧上。在此根据不同的要求，控制单元4在开关单元2的侧面设置在适配器元 件3. l上。为了紧凑地实施集成结构单元的总长，在没有详细示出的替换实施方式中，控制 单元4的结构单元还可以在开关单元2的侧面安装在适配器元件3. 1的面向开关单元2的 面上。也可以将控制单元4的特别高的部件(例如电容器6)这样设置在适配器元件3. 1 的面向开关单元2的面上，使得该高的部件侧面地设置在开关单元2旁边或者插入开关单 元2的空隙7中。 图4示意性以纵视图示出集成结构单元的实施例，该集成结构单元具有中央设置 的14片辅助开关作为开关单元2，在该开关单元顶部上设置具有控制单元4的适配器元件 3. 1。在开关单元2作为14片辅助开关的构造中，侧面地在各个适配器元件3. 2和3. 3上 设置多个不同极数的连接元件5。例如每个连接元件5具有一个2X22极的连接插头和一 个2X10极的连接插头。
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图5从设置在辅助开关顶部上的具有控制单元4的适配器元件3. 1看过去，示意 性示出了按照图4的集成结构单元的俯视图。在此，根据开关单元2的种类和结构以及功 能可以不同或相同地构造控制单元4。在此，适配器元件3. 1 U形地包围开关单元2，使得 该适配器元件3. 1也可以侧面地推到或置于开关单元2上，而不是按照图4的顶部插接。
图6示意性示出了具有对应的接头Al至Am的控制单元4的实施例。接头Al至 A2是供电接头并且以下称为供电接头Al和A2。在此，供电接头Al用于对设置在控制电路 SK中的未详细示出的单元供电并且供电接头A2用于对设置在负载电路中的单元供电。接 头A3用于控制开关传动机构的驱动电机M的电机转向。接头A4是二进制的输入端，例如 闭锁接头，特别是到上级的运行装置(例如"回锁(Rilckverriegel皿g)断路器"、"其它闭锁 装置的输入端")的浮置的继电器输入/输出端，或者用于诸如"隔离器允许(Freigaben)"、 "接地器允许"或"当断路器断开时，三位隔离开关允许"的开关过程(Schalthandlimg)的 允许。接头A4可以切换从24V DC至lj 220V DC(例如48V DC、60 V DC、110 V DC、220V DC) 或者IIO V AC、230V AC的不同电压。接头A5是浮置的输出端，例如二进制的指示输出端， 例如"故障提示"、"闭锁断路器"、"闭锁上级的运行装置"、"服务和编程接口"、"自监视(= 看门狗)"。接头A6是带有从24V DC到220V DC和110VAC、230V AC的电压的其它二进制 输入端，例如二进制命令输入端，如"隔离器接通"、"隔离器断开"、"接地器接通"、"接地器 断开"和运行装置的内部响应，如辅助开关的触点片的响应"隔离器是接通的"、"隔离器和 接地器是断开的"、"接地器是接通的"。 在此，这样布置控制电压4的控制，使得在驱动电机M的运行期间一个供电接头 Al或A2出现故障的情况下，该驱动电机停止并且通过接头A5可以切换对上级的运行装置 (如断路器)的闭锁，并且由此保持正常。如果驱动电机M在通过接头A6中的一个输入命 令时不启动，则不存储有关命令，因为其不会被执行。例如在用于待供电的电路LK、 SK中 的一个的供电电压恢复的情况下，没有新的命令输入时驱动电机M不会自动启动。此外，如 果在输入用于切换的命令之后在预定时间之内辅助开关没有通过接头A6中的一个进行响 应，则输出故障指示或错误指示并且断开驱动电机。例如，对于三位开关-缓动机构可预定 的响应时间是大约8s，并且对于突动机构/突动储能机构同样是大约8s。
在一致可能的实施方式中，为了硬件方面的控制，即为了控制运行装置(例如断 路器或三位隔离开关)，控制单元4包括通过外部按键的至少四个命令输入端，开关单元2 的内部辅助开关的至少三个响应输入端，一个用于断路器的控制输入端(如果断路器被断 开，在高信号的情况下控制有效，控制单元4允许切换)，一个用于断路器的控制输出端，至 少一个闭锁输出端，至少一个备用接头，一个转向反转接头以及两个浮置的继电器输出端。
按照算法形式实现的控制包括至少以下闭锁条件-如果断路器接通并且内部供电断开，则控制"三位隔离开关"为无效(inaktiv);
-如果"三位隔离开关"被设置为手动运行，则控制"三位隔离开关"为无效；
-控制断路器的回锁，如果 O预先给出了用于改变三位隔离开关的运行状态的命令。
O三位隔离开关处于运行中并且还没有达到最终位置。 0例如由于诸如保险被触发、气体损失的外部闭锁条件使得控制"三位隔寓开关" 为无效。
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图7示意性示出了具有对应的接头Al至A6的控制单元4的电路结构的实施例。 在此，控制单元4包括H桥式电路9和微处理器10以及用于控制和检查模拟的闭锁、二进 制的响应以及二进制的输入和输出端的不同的控制模块11至13。为了接通和断开用于控 制电路SK和负载电路LK的供电电压，设置了开关元件14和15 。在完成最后的命令和通过 辅助开关响应之后大约1.5s，如果没有新的命令等候处理(anstehen)，则控制单元4自动 断开(abschalten)。为了监视H桥式电路9和开关元件14、 15的供电以及用于命令输入的 接头A6，因此设置了监视模块16，该监视模块与微处理器10相连。根据电压供应的种类， 即直流或交流电压，在H桥式电路9和各个待供电的电路(控制电路SK和负载电路LK)之 间设置对应的电压转换器17、18，特别是AC/DC转换器或DC/DC转换器。附图标记列表1控制和指示单元2开关单元3. 1至3. 2适配器元件4控制单元5连接元件6电容器7空隙8凹槽9桥式电路10微处理器11至13控制模块14， 15开关元件16监视模块17， 18电压转换器Al至Am接头A1，A2供电接头A3至A6接头LK负载电路M驱动电机SK控制电路
权利要求
一种控制用于开关设备的开关传动机构的装置、特别是用于高压或中压配电装置的三位隔离开关的开关传动机构的装置，其中，具有至少一个通用适配器元件(3.1至3.n)的控制和/或指示单元(1)被构造为集成的结构单元。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中，所述集成的控制和/或指示单元(1)作为位置指 示器包括开关单元(2)，在该开关单元上设置了至少两个适配器元件(3. l至3.n)，其中一 个用于容纳控制单元(4)和/或另一个用于容纳至少一个连接元件(5)。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述各个适配器元件(3. l至3.n)将所述开关单 元(2)与控制单元(4)或者将所述开关单元(2)与连接单元(5)电隔离。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述适配器元件(3. l至3.n)被构 造为电绝缘的承载单元。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(4)作为集成电路和 /或机电电路安装到所述适配器元件(3. 1至3. n)上。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(4)包括两个分离的 供电接头(A1，A2)，用于对设置在负载电路中的单元和设置在控制电路中的单元供电。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中，在一个供电接头(A1，A2)发生故障的情况下，能 够借助所述控制单元(4)断开所述开关传动机构以及能够闭锁对应的开关设备。
8. 根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(4)在可预先给出的 信息的情况下闭锁或者禁止对应的开关设备。
9. 根据权利要求2至8中任一项所述的装置，其中，所述连接元件(5)被构造为插接连 接器。
10. 根据权利要求2至9中任一项所述的装置，其中，所述开关单元(2)被构造为具有 预定数量的接触片的辅助开关。
全文摘要
本发明涉及一种控制用于开关设备的开关传动机构的装置、特别是用于高压或中压配电装置的三位隔离开关的开关传动机构的装置，其中，具有至少一个通用适配器元件(3.1至3.n)的控制和/或指示单元(1)被构造为集成的结构单元。
文档编号H01H33/42GK101785077SQ200880104091
公开日2010年7月21日 申请日期2008年8月28日 优先权日2007年8月31日
发明者于尔根·里门施奈德 申请人:西门子公司