开关装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种开关装置（1），其具有至少一个第一输入端（2）和一个第二输入端（3），并具有至少一个第一输出端（4）和一个第二输出端（5），其中第一输入端（2）经由第一导体（6）和第一开关触点对（7）连接至第一输出端（4），以及其中第二输入端（3）经由第二导体（8）和第二开关触点对（9）连接至第二输出端（5），其中开关装置（1）包括具有芯（11）的变压器（10），至少形成变压器（10）的第一绕组（12）的第一导体（6），以及至少形成变压器（10）的第二绕组（13）的第二导体（8）。根据本发明，开关装置（1）包括电路组件（14），用于维持芯（11）的不饱和状态。本发明还涉及用于维持变压器（10）的芯（11）的不饱和状态的方法。
【专利说明】开关装置【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的主要对象的开关装置。
【背景技术】
[0002]已知漏电电流保护装置，其监控通向局部供电系统或负载的电线，并且在出现漏电电流的情况下，此时流入和流出电流之间有区别，中断该局部供电系统的电源供应。通常，通向局部供电系统或负载的电线经由总和电流互感器来监控。在漏电电流出现时，与总和电流互感器连接的触发电路被启动，其进而分离开关触点，由此局部供电系统或负载与供电网络分离。
[0003]这种漏电电流保护开关具有检测功能性的机构。在此，提供具有测试按钮的测试导线，其中，一旦测试按钮被启动，则测试导线被输入总和电流互感器上的电流的之前的部分。在启动测试按钮时，触发漏电电流保护开关，由此负载经由该检查与供电网络分离。这就是为何通常不执行检查的原因，因为例如像是计算机或服务器等负载对电源中断反应灵敏，或者由于在电力中断之后不方便重置来自不同电子装置的时钟，如视频记录器。
[0004]为了在检查期间阻碍电源对负载的中断，开关装置可以在漏电电流保护开关的检查期间用于桥接。现在存在的问题是，在实际情况下漏电电流保护开关的桥接导致经由开关装置在漏电保护开关上流经的电流部分的不对称，由此，漏电电流保护开关在桥接完成之前被触发，或者漏电电流保护开关在检查之后在没有触发的情况下不能被再次重启。
[0005]为了补偿该不对称性，来自开关装置的导线通过变压器可以相互耦合来用于桥接。经由此，两个电流应该对称，由此桥接电路的不对称性应该得到补偿。
[0006]然而，这种理论功能或效果在实际的电子设备环境中不存在。在真实系统中，实际的不对称性非常大，以至于根据现有的技术，仅能利用非常大的磁芯来进行补偿。尽管如此，在实践中还存在缺点，因为这种`磁芯具有非常大的尺寸和质量，使得难以集成在传统的设备中。这种芯由高质量的材料组成并且示出相应开关装置的显著的成本因素。这种实际开关装置的尺寸以及高成本减少了应用范围，这种开关装置的安装通常被完全放弃。这导致应该保护负载回路以防止不期望的切断的漏电电流保护开关的功能性在较长时间段内得不到检查，这样，可能有缺陷的漏电电流开关也不能被识别。
[0007]这样，电子设备组件的安全性减小，使人们暴露于身体伤害并使系统暴露于持续增大的危险。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目标是提出先前所述类型的开关装置，其可以用于避免上述缺点，在实际情况下可以进行漏电电流保护开关的无中断的检查，其具有小的尺寸和质量，并且可以增加针对电子系统中的漏电电流的防护。根据本发明，这可以利用权利要求1的特征来实现。这样，存在以下优点:在真实情况下，可以可靠地发挥漏电电流保护开关的功能，而不中断电路。这对于敏感负载例如应该永久操作的服务器和/或负载(例如，在重症监护室中的生命维持机)特别重要。这样，这种重要和/或敏感的负载的漏电电流保护开关的功能可以被正常地检查并且不用很费力。因为开关装置具有小的尺寸，所以开关装置可以在不必须对漏电电流保护开关进行修改的情况下连接至现有的漏电电流保护开关。此外，由于变压器的芯可以具有紧凑设计的事实，开关装置需要较少量的空间并且也具有小的重量，因而开关装置可以容易地用在现有的设备组件中。电子系统的安全性可以与此同时增加。
[0009]此外，本发明涉及根据权利要求14的方法。该目标对应于上述目标。该方法的优点还对应于上述设备的优点。
[0010]从属权利要求涉及本发明的其他有利的实施例。
[0011]在此对权利要求的语句进行明确的引用，权利要求通过引用在该位置包含在说明书中并被理解为照字面再现。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]在所附视图中更全面地描述本发明，其中仅优选实施例被示出为示例，其中:
[0013]图1是开关装置的优选设计的电路框图，其被配置在具有漏电电流保护开关的部分电路上；以及
[0014]图2是开关装置的电路组件的优选设计的电路框图。
【具体实施方式】
[0015]图1和2示出开关装置I的优选设计，其具有至少第一输入端2和第二输入端3，以及至少第一输出端4和第二输出端5,其中第一输入端2经由第一导体6和第一开关触点对7与第一输出端4连接，以及其中第二输入端3经由第二导体8和第二开关触点对9与第二输出端5连接，其中开关装置I包括具有芯11的变压器10，以及第一导体6至少部分地形成变压器10的第一绕组12，以及第二导体8至少部分地形成变压器10的第二绕组13，其中开关装置I具有电路组件14以维持芯11的不饱和状态。
[0016]这引起了以下优点:在真实情况下漏电电流保护开关I的功能可以可靠地发挥而不中断电路。这对于敏感负载22例如应该被永久操作的服务器和/或负载22 (例如在重症监护室中的生命维持机)特别重要。这样，这种重要和/或敏感的负载22的漏电电流保护开关的功能也可以不用很费力地被正常地检查。因为开关装置I具有小的尺寸，所以开关装置I可以在不必须对漏电电流保护开关21进行修改的情况下连接至现有的漏电电流保护开关21。此外，由于变压器10的芯11可以具有紧凑设计的事实，开关装置I需要较少量的空间并且也具有小的重量，因而开关装置I可以容易地集成在现有的设备中。电子系统的安全性可以与此同时增加。
[0017]图1示出具有局部供电系统的优选设备配置，其具有相线L、中性线N和负载22。相线L和中性线N由多极漏电电流保护开关21 (在该设计中为两极漏电电流保护开关21)监控。
[0018]为了在漏电电流保护开关21的功能性的检查期间也保证没有中断负载22的电源供应，根据本专利的开关装置I被配置为桥接漏电电流保护装置21。开关装置I具有至少第一输入端2和至少第二输入端3，第一输入端2被指定为在漏电电流保护开关21的面向电源的一侧与相线L连接，第二输入端3被指定为在漏电电流保护开关21的面向电源的一侧与中性线N连接。
[0019]此外，开关装置I具有至少第一输出端4和至少第二输出端5，第一输出端4被指定为与漏电电流保护开关21的面向负载22的相线L连接，以及第二输出端5被指定为与漏电电流保护开关21的面向负载22的一侧上的中性线N连接。
[0020]如果漏电电流保护开关21监控多于一个相线，则可以相应地指定其他输入端和输出端。例如，在传统的三相电流中具有三个相线。
[0021]第一输入端2经由第一导体6和第一开关触点对7与第一输出端4连接，以及第二输入端3经由第二导体8和第二开关触点对9与第二输出端连接。
[0022]为了桥接多极漏电电流保护开关21，可以相应地指定更多的导体或开关触点。
[0023]优选的是，第一开关触点对7和第二开关触点对9相互耦合(例如通过机械耦合)以便同时切换第一开关触点对7和第二开关触点对9。
[0024]例如，第一开关触点对7和第二开关触点对9可以形成为机械开关或半导体开关。
[0025]由于在真实情况下开关触点对7、9可以具有不同的接触电阻和/或接触电阻在具有不同过程的关闭过程中变化，因而在第一导体6和第二导体8中可以存在不同的电流。由此，可能出现负载22的电源供应中断和/或漏电电流保护开关21在检查之后在没有触发的情况下不能够再被重置。
[0026]为了使第一导体6和第二导体8中的电流相适应，开关装置I还包括至少具有可磁化的芯11的变压器10。变压器11的芯11优选地由铁磁、软磁材料，例如铁和/或铁硅合金和/或电工钢板组成。
[0027]第一导体6至少部分地形成变压器10的第一绕组12，以及第二导体8至少部分地形成变压器10的第二绕组13。
[0028]特别优选的是，变压器10具有1:1的转换比。这可以表现为，第一线圈12和第二线圈13的线圈数是相同的。由此，相同的电流在第一导体6和第二导体8中流动。
[0029]另外优选的是，第一线圈12和第二线圈13相对彼此缠绕。
[0030]利用多极漏电电流保护开关，例如，通过在芯11上配置另外的线圈，另外的相线可以以相应的方式与中性线N耦合。
[0031 ] 线圈中的电流磁化变压器10的芯11，其中通过芯11的磁导率，可以存在高磁通密度。在芯11的不饱和状态中，在由线圈12、13引起的磁场强度和芯11中的磁通密度之间也存在线性关系，芯11中的磁通密度的变化相应引起了其他线圈中的电压。然而，芯11具有饱和磁化，其中一个线圈中电流的进一步增加不会明显导致芯11的磁化的进一步增力口。在已经到达饱和磁化之前，芯11从不饱和状态的线性关系进入磁场强度和磁通密度之间的非线性关系，由此第一导体6和第二导体8之间的耦合被破坏并且变压器10的对称效果不再存在。
[0032]开关装置I被指定为具有用于维持芯11的不饱和状态的电路组件14。通过此可以实现前言所提到的优点。
[0033]在根据本专利维持芯11的不饱和状态的情况下，可以理解，芯11的磁化被维持在磁通密度随磁场强度线性改变的范围内。
[0034]优选的是，电路组件14被设计为能够预定地引入可预定的能量至所述芯11中。例如，该可预定的能量可以以磁能的形式引入，其抵消芯11的现有磁化。由此，可以减小芯11的磁化。
[0035]可替换地或组合地，可预定的能量还可以是热能，其中如果芯11超过居里温度，则其暂时丧失其电流磁化。
[0036]还可以优选的是，电路组件14具有第三线圈15，其被配置在芯10上。由此，芯11的磁化可以在没有第一导体6和第二导体8中的电流的情况下直接由电路组件14影响。
[0037]优选地，在此可以规定第三线圈15以几个子线圈尤其是对称地围绕芯11缠绕。由此，芯11中实现磁能的特别均衡和对称的耦合。
[0038]此外，优选的是，第三线圈15的绕线匝数大于第一线圈12和第二线圈13的绕线匝数。由此，第三线圈15中的电流可以保持很低。
[0039]可以优选的是，电路组件14被设计为控制回路。由此，芯11的不饱和状态可以保
持稳定。
[0040]例如，设备组件的电路组件14可以至少采集测量值，模拟或数字地处理所述测量值并在第三线圈15中调节设定值以影响芯11的磁化。
[0041]电路组件14可以被设计为PI控制器。可替换地，如果测量值满足特定限定条件，则可以设置可预给定的设定值。
[0042]第一导体6和/或第二导体8中的电压、电压差或电流强度可以用作测量值。可替换地，芯11的磁化还可以通过第三线圈15来确定。
[0043]第三线圈15中的电压或电流强度可以被设置为设定值。
[0044]可以优选的是，电路组件14具有第一测量值检测器16以在变压器10之前的位置检测第一导体6和第二导体8之间的第一电压。变压器10之前的位置在本发明中的意思是对于第一导体6，在第一输入端2和第一线圈12之间的一个的电路意义上的位置，以及对于第二导体8，在第二输入端3和第二线圈13之间的一个的电路意义上位置。由此，可以确
定第一测量信号。
[0045]此外，可以优选的是，电路组件14具有第二测量值检测器17以在变压器10之后的位置检测第一导体6和第二导体8之间的第二电压。变压器10之后的位置在本发明中的意思是对于第一导体6，在第一输出端4和第一线圈12之间的一个的电路意义上的位置，以及对于第二导体8，在第二输出端5和第二线圈13之间的一个的电路意义上的位置。由
此，可以确定第二测量信号。
[0046]根据来自两个测量信号的第一测量信号和第二测量信号的比较来确定失真。
[0047]例如，第一测量值检测器16和/或第二测量值检测器17可以被设计为模数转换器。由此，测量值可以容易地被提供用于数字信号处理。可替换地，第一测量值检测器16和/或第二测量值检测器17还可以构型为电压表。
[0048]特别优选地，电路组件14具有分析组件18，用于针对变压器10导致的失真来分析经由第一测量值检测器16和/或第二测量值检测器17确定的第一和/或第二电压。由此，可以确定变压器10的芯11是否处于不饱和状态。
[0049]分析组件18可以优选为数字部件，例如微控制器或数字信号处理器。由此，可以同时以不费力的生产来达到标准部件的高可靠性。此外，微控制器或数字信号处理器为信号处理和分析提供很多的可能性。此外，可以实现快速的数据处理。
[0050]可替换地，分析组件18还可以被设计为模拟电路。[0051]具有分析组件18的开关装置I的优选设计形式在图2中示出。单独的块或模块之间的线不表示单独的导体，而是表示相应必须的电路连接。
[0052]在优选设计中，变压器10之前的第一导体6和第二导体8之间的电压由第一测量值检测器16来记录，以及变压器10之后的第一导体6和第二导体8之间的电压由第二测量值检测器17来记录，其中，测量值检测器16、17被设计为模数转换器。
[0053]数字测量值被发送至分析组件18，其在优选设计中被形成为可编程微控制器。
[0054]优选地，分析组件18具有分析电路23，其将两个测量值检测器16、17的信号进行比较。例如，分析电路23识别并评估电压差。
[0055]还可以优选的是，分析电路23例如通过优选为快速傅里叶变换的转换将测量值检测器16、17的信号分成频率成分，并优选地确定失真系数以识别和量化失真。
[0056]基于失真的出现，可以得出芯11不处于磁化的线性不饱和范围的状态的结论。
[0057]分析电路23的输出优选地与控制电路24的输入连接。控制电路24被设计为比较来自分析电路23的输出值与可预给定的值，以相应地发出信号至控制电路24的输出。例如，该可预给定的值取决于芯11的磁性能。
[0058]此外，可以优选的是，电路组件14具有发生器19，特别是发生器电路，用于创建可限定电压、频率和相位的补偿电流，并且发生器19至少间接地通过电路与第三线圈15连接。
[0059]由此，芯11中的磁化可以被有目的地影响并且饱和的初始状态可以被抵消。
[0060]根据特别优选的设计，发生器19与控制电路24的输出端连接。
[0061]此外，发生器可以与电源连接，由此发生器19具有与电源的电流相同的相位。
[0062]例如，由发生器19创建的补偿电流可以具有衰减的正弦波形式。这种补偿电流可以从许多标准部件或以具有低失真系数的高质量来简单地创建。
[0063]例如，由发生器19生成的补偿电流可以具有电网频率。
[0064]此外，由发生器19创建的补偿电流可以具有缓慢衰减的脉冲。
[0065]可以优选的是，补偿电流与要保护的电力网络具有较高的频率偏差。频率可以是网络频率的整数倍。由此，可以对芯11的临近饱和可以快速反应并且尤其是快于漏电电流保护开关的响应时间。
[0066]根据优选设计，可以指定为，放大器20被配置在发生器19和第三线圈15之间。由此，发生器19可以以很少的性能和生产上的努力而形成有高信号质量。此外，通过可修改的放大系数可以容易地生成衰减信号。
[0067]即使没有外部磁场强度，在磁性材料中也存在剩余磁化，所谓的剩磁。因此，利用本申请，在最坏的情况下，芯11可以在两个导体6、8中的电流流动之前在不饱和范围之外被磁化，由此，在闭合开关触点对7、9时难以维持不饱和状态或不再保证不饱和状态。
[0068]因此，优选的是，电路组件14进一步被形成为导致芯11的不饱和状态。这可以例如表现为，发生器19在第三线圈15中创建下降的正弦波形式的电流，导致芯11的消磁。
[0069]可以优选的是，开关触点对7、9与控制电路24通过电路连接，在启动与控制电路24连接的操作元件25中之一时，在开关触点对7、9被闭合之前首先对芯进行消磁。此外，在两个开关触点对7、9的分离之后，可以执行芯的消磁。
[0070]由此，芯11的消磁可以在使用开关装置I之前实现，由此，一方面，可以可靠地维持芯11的不饱和状态，另一方面，在使用开关装置I的同时可以减少补偿电流的使用。
[0071]另外，在闭合开关触点对7、9之前，利用控制电路24执行开关装置I的功能检查，其中如果存在功能检查的负面结果，开关触点对7、9将不被闭合。由此，可以保证开关装置I的可靠工作以及漏电电流保护开关21的功能性检查没有中断。
[0072]此外，优选的是漏电电流保护开关21包含根据上述的开关装置I。由此，漏电电流保护开关21根据开关装置I的益处可以在开关柜中使用，而不需要开关装置I的额外空间。
[0073]此外，本发明包括维持变压器10的芯11的不饱和状态的方法，其中，第一导体6和第二导体8之间的第一电压在芯11之前被测量，第一导体6和第二导体8之间的第二电压在芯11之后被测量，根据第一电压和第二电压的差来确定补偿电流，配置在芯11上的另一第三线圈15利用再生补偿电流的校正电压来充电。之前描述的优点可以由此来实现。
[0074]此外，可以优选的是，在导体6、8中的电流的流动之前和/或之后，变压器10的芯11被消磁。由此,一方面,可以可靠地维持芯11的不饱和状态,另一方面,可以在导体6、8中的电流的流动期间减少补偿电流的使用。
[0075]以下描述特别优选的方法。
[0076]操作元件25被启动以桥接漏电电流保护开关21。之后，芯11经由电路组件14被消磁。然后，闭合两个开关触点对7、9，由此漏电电流保护开关21被桥接。经由变压器10使得流经两个导体6、8的电流对称。通过比较在变压器之前和之后的、第一导体6和第二导体8之间的电压来确定变压器10的芯11是否处于不饱和状态。确定失真系数以量化由变压器10产生的失真。将该失真系数与可预给定的值进行比较。如果超过该可预给定的值，则在第三线圈15中生成下降的、正弦波形状的、与电网相位相同的补偿电流，其频率是电网频率的数倍。芯11的临近饱和通过第三线圈15中的补偿电流来抵制。在漏电电流保护开关21的功能性的检查之后，操作元件25将被第二次启动。之后，再次分离开关触点对7、9，这导致漏电电流保护开关21不再被桥接。之后，芯11再次被消磁。
[0077]本发明的其他实施例仅示出所述特征的一部分，但特征的每个组合、特别地所述各种实施例的组合也是可以的。
【权利要求】
1.一种开关装置(1)，其具有至少第一输入端(2)和第二输入端(3)，以及至少第一输出端(4)和第二输出端(5),其中所述第一输入端(2)经由第一导体(6)和第一开关触点对(7)与所述第一输出端(4)连接，以及其中所述第二输入端(3)经由第二导体(8)和第二开关触点对(9)与所述第二输出端(5)连接，其中所述开关装置(I)包括具有芯(11)的变压器(10)、以及所述第一导体(6)至少部分地形成所述变压器(10)的第一绕组(12)，以及所述第二导体(8)至少部分地形成所述变压器(10)的第二绕组(13)，其特征在于，所述开关装置(I)具有电路组件(14)，以维持所述芯(11)的不饱和状态。
2.根据权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述电路组件(14)被设计为能够预定地引入可预定的能量至所述芯(11)中。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置(I)，其特征在于，所述电路组件(14)具有第三线圈(15 )，所述第三线圈(15 )被配置在所述芯(10 )上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关装置(1)，其特征在于，所述电路组件(14)被设计为控制回路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关装置(I)，其特征在于，所述电路组件(14)具有第一测量值检测器(16)，以在所述变压器(10)之前的位置检测所述第一导体(6)和所述第二导体(8)之间的第一电压。
6.根据权利要求5所述的开关装置(I)，其特征在于，所述电路组件(14)具有第二测量值检测器(17)，以在所述变压器(10)之后的位置检测所述第一导体(6)和所述第二导体(8)之间的第二电压。
7.根据权利要求6所述的开关装置(I)，其特征在于，所述电路组件(14)具有分析组件(18)，用于针对所述变压器(10)导致的失真来分析经由所述第一测量值检测器(16)和/或所述第二测量值检测器(17)确定的第一和/或第二电压。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的开关装置(I)，其特征在于，所述电路组件(14)包括发生器(19)，特别是发生器电路，用于创建具有限定电压、频率和相位的补偿电流，并且所述发生器(19 )至少间接地通过电路与所述第三线圈(15 )连接。
9.根据权利要求8所述的开关装置(I)，其特征在于，所述补偿电流具有与要保护的电力网络不同的、尤其是更高的频率。
10.根据权利要求8或9所述的开关装置(1)，其特征在于，放大器(20)通过电路被配置在所述发生器(19 )和所述第三线圈(15 )之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关装置(1)，其特征在于，所述电路组件(14)被进一步形成为导致所述芯(11)的不饱和状态。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的开关装置(I)，其特征在于，所述变压器(10)具有1:1的转换比。
13.一种漏电电流保护开关，其包括根据权利要求1至12中任一项所述的开关装置(I)。
14.一种用于维持变压器(10)的芯(11)的不饱和状态的方法，其中，在所述芯(11)之前测量第一导体(6)和第二导体(8)之间的第一电压，在所述芯(11)之后测量所述第一导体(6)和所述第二导体(8)之间的第二电压，根据所述第一电压和所述第二电压的差来确定补偿电流，之后，配置在所述芯(11)上的另一第三线圈(15)利用再生所述补偿电流的校正电压来充电。
【文档编号】H01F29/14GK103828014SQ201280046907
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月26日
【发明者】M·科赫 申请人:伊顿工业（奥地利）有限公司