專利名稱：斷路開關(guān)以及檢測斷路開關(guān)中的羅格夫斯基互感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)本發(fā)明的斷路開關(guān)。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)本發(fā)明的用于檢 測斷路開關(guān)中的羅格夫斯基互感器的方法。
背景技術(shù)：
目前在市場上可以購買到這種帶有施耐德公司“NSX”標(biāo)識(shí)的斷路開關(guān)。
可以將導(dǎo)電連接斷開的斷路開關(guān)具有至少一個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)。如果流過電流導(dǎo)線的電 流的電流強(qiáng)度超過了特定的值，則應(yīng)當(dāng)中斷導(dǎo)電連接。為此必須測量電流強(qiáng)度。其中，使用 羅格夫斯基互感器來測量電流強(qiáng)度；這是無鐵芯的線圈，即空心線圈或者一般是纏繞在塑 料件上面的線圈。在羅格夫斯基互感器后面設(shè)置用于放大羅格夫斯基互感器的輸出信號(hào)、 即用于放大在羅格夫斯基互感器中由于電流強(qiáng)度的改變而通過電導(dǎo)體感應(yīng)出的電壓的放 大級。此外，存在用于分析由此被放大了的輸出信號(hào)并且用于根據(jù)分析結(jié)果引起至少一個(gè) 斷路觸點(diǎn)打開的數(shù)據(jù)處理裝置(典型地是微控制器)。
這種斷路開關(guān)的特點(diǎn)在于，其具有用于給羅格夫斯基互感器施加直流電壓的裝 置。其目的在于，檢測羅格夫斯基互感器的斷線。如果線圈的電線受損，則在輸出則得到電 壓偏置(Offset)，通過數(shù)據(jù)處理裝置采集所述電壓偏置。數(shù)據(jù)處理裝置可通過這種方式來 確定，羅格夫斯基互感器是否正常工作。
現(xiàn)在想要為多個(gè)開關(guān)額定電流使用同一種型號(hào)的電子觸發(fā)單元(ETU, electronic trip unit)。根據(jù)額定觸發(fā)電流強(qiáng)度，電子觸發(fā)單元的放大級必須對輸出信號(hào)進(jìn)行不同的 放大。
現(xiàn)在存在如下問題，即在給羅格夫斯基互感器施加直流電壓時(shí)根據(jù)放大級中的 放大系數(shù)而使得偏置被不同地放大。因?yàn)閿?shù)據(jù)處理裝置僅具有對于測量值而言的受到限制 的輸入范圍，這一點(diǎn)導(dǎo)致了對于不同的開關(guān)額定電流使用相同型號(hào)的斷路開關(guān)的電子觸發(fā) 單元的限制數(shù)據(jù)處理裝置的測量范圍不夠大。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，這樣構(gòu)建一種如上述類型的斷路開關(guān)， 使得所使用的電子觸發(fā)單元可以通用，也就是說，可適用的開關(guān)額定電流的范圍極大，無須 分別單獨(dú)地從架構(gòu)技術(shù)上進(jìn)行調(diào)整。
一方面上述技術(shù)問題通過具有本發(fā)明的特征的斷路開關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還提供 一種根據(jù)本發(fā)明用于檢測斷路開關(guān)中的羅格夫斯基互感器的方法。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的斷路開關(guān)中，用于給羅格夫斯基互感器施加直流電壓的裝 置包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，其與通信總線耦合，為了通過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的轉(zhuǎn)換的目 的，經(jīng)由該通信總線可以數(shù)字地預(yù)先給定直流電壓的值。
由于使用了數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，因此可以設(shè)置合適的數(shù)據(jù)處理裝置作為用于給羅 格夫斯基互感器施加直流電壓的裝置的部件，該裝置根據(jù)應(yīng)當(dāng)為其設(shè)計(jì)斷路開關(guān)的開關(guān)額定電流來這樣改變直流電壓，使得所產(chǎn)生的偏置在所有放大系數(shù)下均為相同或者具有同樣 的數(shù)量級，這些放大系數(shù)通常同樣根據(jù)開關(guān)額定電流來調(diào)節(jié)。
數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器能夠很容易地被設(shè)置在斷路開關(guān)中的電路板上，因而僅占據(jù)很 小的空間。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，通信總線還與用于分析放大了的輸出信號(hào)以及用于 使開關(guān)觸點(diǎn)中的一個(gè)打開的數(shù)據(jù)處理裝置耦合，并且所述數(shù)據(jù)處理裝置在它那一側(cè)也被設(shè) 計(jì)為不僅用于確定放大級的放大系數(shù)，也用于確定直流電壓的幅度。通過這種方式，數(shù)據(jù) 處理裝置在一些方面會(huì)成為放大級的部件以及用于給羅格夫斯基互感器施加直流電壓的 裝置的部件?？稍谲浖K上固定這種比例配置，因?yàn)橥ǔＳ纱四軌驅(qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理裝置的 相應(yīng)設(shè)計(jì)，即對數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行相應(yīng)的編程，也就是說在其軟件模塊上運(yùn)行。所述數(shù)據(jù) 處理裝置也可以是生產(chǎn)中的PC系統(tǒng)。其優(yōu)勢在于，微控制器不必考慮與數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器 (數(shù)字電位器)之間的相應(yīng)通信。在生產(chǎn)中對DAC進(jìn)行編程或者說調(diào)節(jié)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，關(guān)于斷路開關(guān)的開關(guān)額定電流的信息被引入數(shù)據(jù)處理裝 置。數(shù)據(jù)處理裝置必要時(shí)對取決于開關(guān)額定電流的放大級的放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，數(shù) 據(jù)處理裝置首先會(huì)根據(jù)開關(guān)額定電流數(shù)字地預(yù)先給定待施加的電壓的值，并且由數(shù)字-模 擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該數(shù)字地預(yù)先給定的值，從而由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器輸出待施加的電壓。
該方法還包括將特定類型的斷路開關(guān)的ETU與特定的開關(guān)額定電流相匹配。為此 必須進(jìn)行的唯一的運(yùn)行操作是，將關(guān)于開關(guān)額定電流的信息引入到數(shù)據(jù)處理裝置，即對數(shù) 據(jù)處理裝置編程，該數(shù)據(jù)處理裝置通常為微控制器。如果對數(shù)據(jù)處理裝置的軟件進(jìn)行相應(yīng) 的設(shè)置，則可通過給出各個(gè)值以非常簡單的方式實(shí)現(xiàn)編程。關(guān)于額定電流的信息、即相應(yīng)的 調(diào)節(jié)值同樣也可被直接寫進(jìn)DAC(數(shù)字電位器)中并且被保存起來。
所有其他步驟均通過數(shù)據(jù)處理裝置自身實(shí)現(xiàn)。只要引入開關(guān)額定電流相關(guān)數(shù)據(jù) 后，通常就自動(dòng)地或者在操作輸入后通過斷路開關(guān)自身實(shí)現(xiàn)檢測。數(shù)據(jù)處理裝置或微控制 器簡單數(shù)字地輸出待施加電壓的值，并且采集羅格夫斯基互感器的反饋，也就是說檢測是 否存在意味著斷線的特定偏置。


下面借助附圖進(jìn)一步闡述根據(jù)本發(fā)明的斷路開關(guān)的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中
圖1以示意電路根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式示出了為理解本發(fā)明的斷路開關(guān)的主要 部件，以及
圖2示出了用于給羅格夫斯基互感器施加直流電壓的裝置的主要部件，如根據(jù)本 發(fā)明的斷路開關(guān)可以具有的那樣。
具體實(shí)施方式
整體以10標(biāo)注的斷路開關(guān)具有微控制器12，其被設(shè)置為用于控制機(jī)械觸發(fā)單元 14，所述機(jī)械觸發(fā)單元在它那一側(cè)作用于開關(guān)觸點(diǎn)16?？山柚_關(guān)觸點(diǎn)16來中斷斷路開關(guān) 10的兩個(gè)接頭18a與18b之間的導(dǎo)電連接。
通常要測量流經(jīng)導(dǎo)線的電流的電流強(qiáng)度，在此則借助羅格夫斯基互感器20進(jìn)行 測量，羅格夫斯基互感器20在圖1中沒有示出導(dǎo)線。羅格夫斯基互感器，也被稱作羅格夫斯基線圈，包括空心線圈，即被纏繞在塑料芯上的線圈(或者甚至無芯)。電流強(qiáng)度的改變 會(huì)導(dǎo)致在羅格夫斯基互感器20中感應(yīng)出電壓，通過微控制器12來采集所感應(yīng)出的電壓程 度。如果由微控制器12給出的分析表明電流強(qiáng)度過高，則控制觸發(fā)單元14來打開開關(guān)觸 點(diǎn)16。
現(xiàn)在，同一個(gè)斷路開關(guān)10應(yīng)當(dāng)適用于不同的額定電流。然而，微控制器12僅具有 受限的測量范圍，這就涉及可能的輸入值。因此，斷路開關(guān)10包括具有運(yùn)算放大器的放大 級22，該放大級經(jīng)由電阻24與羅格夫斯基線圈20耦合，羅格夫斯基線圈以其另一端耦合地 接地(“GND”)。此外，放大器22的輸入端El通過由電容器26與電阻28組成的并聯(lián)電路 同樣耦合地接地。
放大器22的輸出端A經(jīng)由具有電阻30和32的分壓器同樣耦合地接地，其中，在 電阻30和32之間的中間電壓抽頭34與放大器22的第二輸入端E2耦合。
此外,放大器22的輸出端與微控制器12的輸入端E3 f禹合。
當(dāng)對于微控制器12額定電流已知時(shí)，微控制器12可以以未示出的方式這樣控制 放大器22，使得設(shè)置合適的放大系數(shù)，從而相應(yīng)的信號(hào)以微控器12的可能的輸入值的數(shù)量 級降落額定電流。替換地，放大系數(shù)(將ETU與開關(guān)的額定電流匹配)在生產(chǎn)中的通過I2C 通信被寫入數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器對放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)字電位器對應(yīng)于圖1中 的電阻32。
現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)檢測羅格夫斯基互感器20是否存在可能的斷線，即線圈是否受損。為此 在羅格夫斯基互感器20上施加直流電壓，并且在斷線的情況中通過微控制器12的ADC來 采集由放大級22產(chǎn)生的偏置。所述偏置以下述方式形成如果不存在任何斷線，則偏置或 偏置電壓就非常低，因?yàn)榫€圈的內(nèi)阻非常小(例如約200歐姆)。由通過電阻40的電流以 及在羅格夫斯基線圈20的內(nèi)阻上由此產(chǎn)生的電壓降得出所述偏置電壓。如果存在斷線，則 羅格夫斯基線圈20的內(nèi)阻就很高(理論上無限)。因此，有故障的羅格夫斯基線圈的內(nèi)阻 比前置電阻40大許多倍。因此，在線圈的內(nèi)阻上降落DAC 36的幾乎所有的輸出電壓。偏 置電壓也相應(yīng)地很大。在其后連接的放大級因而幾乎完全被控制并且例如信號(hào)地向微控制 器12傳遞過載情況/短路情況。因此，如果電流互感器(羅格夫斯基線圈)出現(xiàn)故障，則 會(huì)導(dǎo)致斷路開關(guān)的觸發(fā)。
如下預(yù)先給定直流電壓，即，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器36通過通信總線38 (I2C總線)獲 得數(shù)字輸入信號(hào)，并且將該輸入信號(hào)直接轉(zhuǎn)為模擬電壓，經(jīng)由電阻40將該模擬電壓引入羅 格夫斯基互感器。在此尤其是應(yīng)當(dāng)設(shè)置，微控制器12具有用于通信總線I2C的相應(yīng)的輸出 端，以便將相應(yīng)的信號(hào)引入數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器36。
通過這種方式,可相應(yīng)地選出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器36輸出的適合于放大器22的放 大的直流電壓值，使得微處理器12可以借助輸入信號(hào)來精確地區(qū)分，是否在一定程度上存 在意味著羅格夫斯基互感器20上斷線的偏置或者是否并非如此。
羅格夫斯基線圈36的檢測電路可被構(gòu)造得更加復(fù)雜，即具有數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換級 42，其相對于接地通過電容器44隔開直接地輸出正的測試信號(hào)DAC_Test+、即正直流電壓， 并且可選地通過電阻46與運(yùn)算放大器48(即其反向的輸入端)將所述正的測試信號(hào)DAC_ Test+轉(zhuǎn)為負(fù)的測試電壓DAC_Test-，其中，運(yùn)算放大器48通過電阻50和電容52反饋，所 述負(fù)的測試電壓的值相同，然而符號(hào)相反。因此，同樣能夠微分地實(shí)施模擬輸入線路(20，24，26，28)的斷線檢測。
在更加復(fù)雜的斷線測量(例如微分測量)中，優(yōu)選不僅使用正直流電壓，還要使用 負(fù)直流電壓。將正直流電壓DTC_Test+以及負(fù)直流電壓DAC_Test_同時(shí)引入羅格夫斯基互 感器20。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)(16)的斷路開關(guān)(10)，具有羅格夫斯基互感器(20)、用于放大羅格夫斯基互感器(20)的輸出信號(hào)的放大級(22)、用于分析由此被放大的輸出信號(hào)以及用于根據(jù)分析結(jié)果引起所述至少一個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)(16)打開的數(shù)據(jù)處理裝置(12)，并且還具有用于給羅格夫斯基互感器施加直流電壓的裝置(36)， 其特征在于，所述裝置(36)具有數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(42)，該轉(zhuǎn)換器與通信總線(38)耦合，為了通過所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的轉(zhuǎn)換的目的，經(jīng)由該通信總線(38)能夠數(shù)字地預(yù)先給定直流電壓的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路開關(guān)(10)，其特征在于，所述通信總線(38)還與所述數(shù)據(jù)處理裝置(12)耦合，并且所述數(shù)據(jù)處理裝置(12)被設(shè)計(jì)為既用于確定放大級(22)的放大系數(shù)，也用于確定直流電壓的值。
3.一種用于檢測斷路開關(guān)(10)中的羅格夫斯基互感器(20)的方法，其中，在所述羅格夫斯基互感器(20)上施加電壓(DAC_Test+，DAC_Test_)，并且通過數(shù)據(jù)處理裝置(12)檢測在后續(xù)放大級(22)上出現(xiàn)的偏置， 其特征在于， -關(guān)于所述斷路開關(guān)的開關(guān)額定電流的信息被引入所述數(shù)據(jù)處理裝置(12)， -所述數(shù)據(jù)處理裝置(12)根據(jù)該開關(guān)額定電流來數(shù)字地預(yù)先給定待施加的直流電壓的值，并且 -由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(36)轉(zhuǎn)換該數(shù)字地預(yù)先給定的值，使得由該數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(36)輸出待施加的電壓(DAC_Test+，DAC_Test_)。
全文摘要
在斷路開關(guān)(10)中，為了檢測羅格夫斯基互感器(20)的斷線，在羅格夫斯基互感器上施加電壓，該電壓由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(42)從數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出。所述數(shù)字信號(hào)取決于所述斷路開關(guān)(10)的開關(guān)額定電流。
文檔編號(hào)H02H3/08GK103022962SQ20121046181
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者A·費(fèi)希爾 申請人:西門子公司