專利名稱：用于對至少兩種工作狀態(tài)進行操作的開關設備單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種借助開關元件對至少一個用電設備的至少兩種工作狀 態(tài)進行操作的開關設備單元，所述用電設備連接在至少為兩相的供電網(wǎng)絡上。
背景技術：
開關設備單元無論其功能如何通常又被稱為用電設備支路， 一般情況下
與其他用電設備支路并排布置在配電箱內(nèi)的標準u形裝配軌條上。布置在配
電箱內(nèi)的用電設備支路采用模塊化裝配方式，以便能符合相應要求。這類用 電設備支路在工業(yè)系統(tǒng)工程中用于對強電流和高電壓進行控制和通斷。開關 設備單元用于控制三相交流電動機。在此情況下，這種開關設備單元又被稱 為可逆啟動器或電動機啟動器。
一個或多個用電設備的開關設備單元通常具有三種用來保護用電設備 的功能。第一種功能是在正常工作狀態(tài)下對用電設備(通常為電動機)進行 通斷，通過適當?shù)臉藴式Y構單元(通常為接觸器)而實現(xiàn)。接觸器用于在正 常工作狀態(tài)下對強電流進行反復通斷。
此外還可在開關設備內(nèi)被稱為斷路器的標準結構單元中整合短路保護 和過載保護這兩項功能。斷路器在出現(xiàn)短路或過強電流的情況下從電網(wǎng)上斷 開用電設備。在現(xiàn)有技術中，不同的功能通常由并排布置在一個共用支架上 的不同標準結構單元執(zhí)行。
WO 03/043156 Al中公開過一種用于多極低壓開關裝置的控制和保護模 塊，由安裝板、控制電磁體和脫扣器構成，這些組件用于對動觸點發(fā)生作用，
4從而將功率極斷開或接通。其中，控制和保護模塊所用的開關元件或脫扣器 的數(shù)量與所存在的功率極數(shù)量相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結構盡可能簡單的低成本緊湊型開關設備單元。
這個目的通過一種借助復數(shù)個開關元件對至少一個用電設備的至少兩 種工作狀態(tài)進行轉換的開關設備單元而達成，所述用電設備連接在至少為兩 相的供電網(wǎng)絡上，其中，所述開關設備單元具有多個用于連接所述供電網(wǎng)絡 的相的復數(shù)個電流路徑，所述電流路徑可分配給一個工作狀態(tài)和一個開關元 件，所述開關元件可由復數(shù)個脫扣器斷開，設置有至少一個脫扣器，所述脫 扣器用于將一組至少為兩個的開關元件斷開，所述組中的開關元件用于對不 同的工作狀態(tài)進行操作。
本發(fā)明所基于的認識是，現(xiàn)有的開關設備具有潛在的簡化可能性。應該 對控制和保護模塊的不同元件進行進一步整合。通過這種方式可以縮小模塊 體積，降低模塊的制備難度和制備成本。
所述開關設備單元的作用方式以對工作狀態(tài)進行符合用電設備要求的 轉換(確切而言是借助開關元件對各相進行符合用電設備要求的操作)為基 礎。通過用一個開關元件以機械方式為相應的電流路徑建立一種電接觸，可 將相(又稱極)連接至相應的電流路徑，再接到用電設備上。為用電設備建
、'/:的特定的工作狀態(tài)，與所接觸的是哪條電流路徑有關。舉例而言，當用電 設備是旋轉電動機時，可以左旋或右旋方式接通旋轉電動機上的相，從而為 旋轉電動機的左旋或右旋創(chuàng)造必要的先決條件。 一般情況下可以實現(xiàn)用電設 備與電網(wǎng)的任意一種接線方式。
對具有這種作用方式的開關設備單元進行整合的可行性建立在下述事 實基礎上，即存在與其他電流路徑互補通斷的電流路徑。借此可建立電流路徑組，這些電流路徑組可被分配給一種工作狀態(tài)，并與其他電流路徑組或其 他工作狀態(tài)互補。所述開關設備單元中確保一個電流路徑組并非與互補電流 路徑組同時被接到用電設備上。通過這種成組組合，開關機構從整體上得到 了簡化。也就是說，根據(jù)本發(fā)明可借助單獨一個脫扣器同時對多個電流路徑 或電流路徑組進行操作，而非像傳統(tǒng)技術那樣， 一個脫扣器每次只能將一個 開關元件斷開。
保護功能主要通過脫扣器而實現(xiàn)。所述脫扣器例如是電流脫扣器或短路 脫扣器，或者同時具有這兩種功能。為能達到減少脫扣器數(shù)量的目的，需要 通過一個機械有效連接將可由一個脫扣器斷開的開關元件與這個脫扣器連 接起來。將可由這個脫扣器斷開的開關元件在空間上彼此靠近布置，是特別 有利的，因為借此可以簡單方式(例如只需通過少量組件)保持所述機械有 效連接。
根據(jù)一種有利實施方式，用于短路保護或功率保護的其他裝置可有利地 加以整合或在數(shù)量上有所減少。舉例而言，過載脫扣器就是這樣一種裝置， 其作為電和/或熱過載機構的組成部分用于提供過載保護和/或短路保護。短 路保護功能和功率保護功能通常應用在通向用電設備的輸出端上。由于所述 開關設備單元集多種功能于一身，只存在唯一一個開關設備單元，因而短路 保護和功率保護機構的數(shù)量以設備輸出端的數(shù)量為準。在這種結構特征情況 下， 一個用于三相電網(wǎng)的可逆啟動器電路只需配備三個過載脫扣器和三個電 流分析單元，而無需設置六個過載脫扣器和六個電流分析單元(電流互感 器)。
根據(jù)一種有利實施方式，可將至少兩個電流路徑分配給單獨一個開關元 件。借此可將開關元件的數(shù)量和成本減小到最低程度。
另一有利實施方式具有分配給相同或不同工作狀態(tài)的電流路徑，所述電 流路徑并排、堆疊或交錯布置。借此可提高緊湊度。
另一有利實施方式具有多個開關元件，其中，分配給相同或不同工作狀態(tài)的電流路徑的開關元件并排、堆疊或交錯布置，借此不僅可提高緊湊度， 還可簡化結構。
另一有利實施方式用于執(zhí)行短路保護和/或過載保護功能，這樣就無需在 配電箱內(nèi)設置只具有其中一項功能或兩項功能都具有的其他單個模塊，從而 達到節(jié)省空間的目的。通過將短路保護和/或過載保護功能整合在所述開關設 備單元中，可實現(xiàn)緊湊型多功能設備單元。
根據(jù)另一有利實施方式，所述開關設備單元作為模塊固定在U形裝配軌 條上，以便確保與開關設備在配電箱內(nèi)的傳統(tǒng)安裝方式的兼容性，并保持安 裝的簡易性和有效性。
所述開關設備單元的另一有利實施方式是一具有標準寬度的緊湊型設 備單元，借此可對U形裝配軌條上的空間進行最佳利用。
所述開關設備單元的另一有利實施方式是一電動機啟動器，尤其是緊湊 型可逆啟動器，可在標準使用條件下對電動機啟動器的必要工作狀態(tài)進行轉 換。特定而言設置有一種工作狀態(tài)"電動機右旋"和另一種工作狀態(tài)"電動 機左旋"。
另一有利實施方式具有至少一個用電設備側輸出端，所述輸出端可由電 和/或熱過載脫扣功能塊提供過載和/或短路保護，借此可用最小結構投入來
實現(xiàn)最佳保護。
另一有利實施方式具有多個電流路徑，所述電流路徑至少部分整合在所 述開關設備單元的配線中，其中，全部配線(例如可逆配線)均可整合在所 述開關設備單元內(nèi)。
所述開關設備單元有利地具有用于提供誤操作保護的電氣和/或機械閉 鎖裝置，理想情況下，所述閉鎖裝置同樣整合在所述開關設備單元內(nèi)。這樣 就無需由用戶進行檢驗或制圖。舉例而言，可逆閉鎖裝置可避免未為可逆啟 動器定義的狀態(tài)被啟動。
本發(fā)明的其他有利設計方案和優(yōu)選改進方案可從附圖描述和/或從屬權
7利要求中獲得。


下面借助附圖所示的實施例對本發(fā)明進行詳細說明，其中 圖1為符合現(xiàn)有技術的可逆啟動器電路的電路圖； 圖2為開關設備單元的緊湊型電路的電路圖3為具有兩個電流路徑平面的開關設備單元的實施例的三維圖；以及 圖4為具有一個電流路徑平面的開關設備單元的另一實施例的三維圖。
具體實施例方式
圖1顯示的是符合現(xiàn)有技術的可逆啟動器電路4的電路圖?？赡鎲悠?電路4用于具有相Ll、 L2和L3的三相電網(wǎng)7。這種可逆啟動器電路4通常 實施為兩個開關設備，這兩個開關設備分別具有精確接通和斷開相的組合以 及提供短路和過載保護的功能。簡而言之，這兩個開關設備可分別啟動或停 止一種工作狀態(tài)Z1、 Z2。機械保護裝置8用于防止這兩種工作狀態(tài)Z1、 Z2 同時受到操作。開關設備內(nèi)部的電流路徑Bl、 B2、 B3、 B4、 B5、 B6被分 配給帶有開關機構A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6的一個開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6。
脫扣器5分別對一個開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6進行操作，并 與相應的開關機構A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6處于有效連接，以便在保護 脫扣時將相應的開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6強制斷開。
用電設備2是一個旋轉電動機，其中，第一工作狀態(tài)Z1對應于這個旋 轉電動機的右旋，工作狀態(tài)Z2對應于旋轉電動機的左旋。相當于旋轉電動 機的非運行狀態(tài)的電動機停機狀態(tài)可定義為第三工作狀態(tài)。與上述兩種工作 狀態(tài)Z1、 Z2—樣，這種非運行狀態(tài)或第三工作狀態(tài)也可用兩個開關設備來 進行操作。但清楚起見，下文不將這種非運行狀態(tài)視為工作狀態(tài)。當開關元件S1、 S3、 S5斷開時，工作狀態(tài)Z1即被啟動。轉換至工作狀態(tài)Z2時，開 關元件S1、 S3、 S5重新開始工作，以便先將工作狀態(tài)Z1停止。隨后將開關 元件S2、 S4和S6斷開來啟動狀態(tài)Z2。
正常做法是用兩個單獨的開關設備來實現(xiàn)一個可逆啟動器電路，其中， 開關元件Sl、 S3、 S5從屬于其中一個開關設備，開關元件S2、 S4、 S6從 屬于另一開關設備。同樣地，輸出端AU1、 AU2、 AU3也是分配給其中一 個開關設備，輸出端AU3、 AU4、 AU5分配給另一開關設備，并由一個脫 扣器5 (例如過載脫扣器)提供保護。過載脫扣時，相應的過載脫扣器5對 相應的開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6發(fā)生作用，以便將當前的工作狀 態(tài)Z1、 Z2停止。
根據(jù)目前的現(xiàn)有技術，以可逆啟動器電路4或類似電路為基礎的整合有 斷路器保護功能的傳統(tǒng)可逆啟動器由至少兩個開關設備構成，這些開關設備 通過連接件(例如電纜)進行組裝。這些開關設備通常采用結構寬度為45 mm、可逆功能塊安裝在"下部"或結構寬度為98 mm、可逆功能塊安裝在 "側面"的實施方式，這就超過了分立設備2*45 mm = 90 mm這一現(xiàn)行間距。
根據(jù)目前的現(xiàn)有技術，具有內(nèi)置式脫扣器和沖擊式銜鐵功能的可逆啟動 器需要在每個開關位置上布置一個脫扣器或沖擊式銜鐵，也就是每個可逆啟 動器總共需要六個脫扣器或沖擊式銜鐵，這會產(chǎn)生額外的制備和裝配費用。 可逆啟動器的開關電流為32 A，但也可能超過這個值。
開關設備的功能直到那時還由多個設備單元執(zhí)行，因而一直都須為這些 設備單元的輸出端提供單獨保護。
圖2顯示的是開關設備單元的緊湊型電路1的電路圖。作用方式與上文 借助圖l所說明的實施例類似，但結構上存在極大差別。這個開關設備單元 的緊湊型電路1只需設置三個脫扣器5，而無需像圖1所示的實施例那樣設 置六個脫扣器5。其實現(xiàn)方式是將互補的電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6成對組合，其中，電流路徑B1、 B3、 B5分配給工作狀態(tài)Z1，互補的電流路徑B2、 B4、 B6分配給工作狀態(tài)Z2。在這個實施例中，電流路徑B1與 電流路徑B2互補，電流路徑B3與電流路徑B4互補，電流路徑B5與電流 路徑B6互補。因此，開關機構A12在引起B(yǎng)l接通的同時會引起B(yǎng)2的斷開， 開關機構A34在引起B(yǎng)3接通的同時會引起B(yǎng)4的斷開，依此類推。其中， 開關機構A12、 A34、 A56可以是兩個彼此獨立作用的機構，或者有利地是 至少部分集成的機構。因此，開關機構A12、 A34、 A56可實施為兩個分別 具有一個動觸點的橋式開關件或一個具有兩個動觸點的橋式開關件。
這個過程結束后，開關設備單元處于工作狀態(tài)Zl。若相應以相反方式 進行這一過程，就能重新轉換至工作狀態(tài)Z2。
過載脫扣器5的數(shù)量同樣比圖1所示的實施例減少了一半。其原因在于， 只需對開關設備或開關設備單元的輸出端AU12、 AU34、 AU56進行保護。 通過將用于工作狀態(tài)Z1 (又稱左旋)和工作狀態(tài)Z2 (又稱右旋)的成對電 流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6直接并排布置，可借助三個脫扣器5對 開關設備單元的緊湊型電路l的六個電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6 進行操作。內(nèi)部的供電方式選擇為，電流由脫扣器5傳輸，再分接到用于左 旋或右旋的電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6中。如圖4所示，脫扣器5 分配給成對的電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6，可借助一個機械有效連 接同時斷開兩個開關元件Sl、 S2; S3、 S4; S5、 S6。具體而言，脫扣器5 可將開關元件對S1/S2、 S3/S4和S5/S6斷開。在這種結構特征情況下，只需 為開關設備單元的可逆啟動器電路10配備三個脫扣器5，可為包含有可逆啟 動器電路10的開關設備單元實現(xiàn)的結構寬度僅為90 mm。
圖3顯示的是具有兩個電流路徑平面的開關設備單元的實施例的三維 圖，所述開關設備單元用作緊湊型可逆啟動器。就電路而言，這個開關設備 單元的結構與圖2所示實施例的結構相同。這個緊湊型可逆啟動器分別將一 種工作狀態(tài)Z1、 Z2的電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6置于一個平面內(nèi)， 從而產(chǎn)生兩個上下疊置的電流路徑組。與圖2所示的實施例相同，這個實施例需要使用六個開關元件S1、 S2、
S3、 S4、 S5、 S6，其中，只需設置三個過載脫扣器5來保護這些開關元件。 由于這個緊湊型可逆啟動器設計用于兩種三極(例如三相)工作狀態(tài)Zl、 Z2，須先通過開關機構A12、 A34、 A56使開關元件S1、 S3、 S5與過載脫 扣器5耦合。隨后借助挺桿3 (同樣起機械耦合作用)將有效連接從開關元 件Sl、 S3、 S5傳遞到布置在下部平面內(nèi)的開關元件S2、 S4、 S6上。過載 脫扣器5布置在上部平面內(nèi)，通過開關機構A12、 A34、 A56和挺桿3對上 部和下部開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6發(fā)生作用，其中，挺桿3也可 以是開關機構A12、 A34、 A56的組成部分。因此，開關機構A12、 A34、 A56在此主要起耦合作用，而未整合在開關元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6 的開關機構中。
圖4顯示的是開關設備單元的另一實施例的三維圖，所述開關設備單元 具有一個電流路徑平面，例如用作緊湊型可逆啟動器，電路結構與圖2所示 的電路結構相同。電流路徑B1、 B2; B3、 B4; B5、 B6布置在一個單獨的 平面內(nèi)。 一個過載脫扣器5與兩個開關元件S1、 S2; S3、 S4; S5、 S6的耦 合分別通過一個搖桿6而實現(xiàn)。在這個實施例中，這種耦合同樣為機械性質 的耦合，可被熱脫扣器9利用來觸發(fā)強制斷開，從而實現(xiàn)雙重保護功能。
借助圖3和圖4所示的實施例以及通過將這二者相結合，可以實現(xiàn)符合 配電箱內(nèi)空間要求的緊湊型可逆啟動器模塊。
綜上所述，本發(fā)明涉及一種借助開關元件對至少一個用電設備的至少兩 種工作狀態(tài)進行轉換的開關設備單元，所述用電設備連接在至少為兩相的供 電網(wǎng)絡上。本發(fā)明的目的是提供一種結構盡可能簡單的低成本緊湊型開關設 備單元。為此，所述開關設備單元具有用于對所述用電設備進行正常通斷和 用于執(zhí)行過載及短路保護脫扣功能的電路，其中，所述電路的整合方式可使 所述開關設備單元在用作緊湊型可逆啟動器時具有標準寬度，這樣就可將所 述開關設備單元節(jié)省空間地安裝在配電箱內(nèi)的U形軌條上，使其在配電箱內(nèi)
ii工作。
權利要求
1. 一種開關設備單元，用于借助復數(shù)個開關元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)對至少一個用電設備(2)的至少兩種工作狀態(tài)(Z1，Z2)進行轉換，所述用電設備連接在至少為兩相的供電網(wǎng)絡(7)上，其中，所述開關設備單元具有多個用于連接所述供電網(wǎng)絡(7)的相(L1，L2，L3)的復數(shù)個電流路徑(B1，B2；B3，B4；B5，B6)，所述電流路徑(B1，B2；B3，B4；B5，B6)可分配給一種工作狀態(tài)(Z1，Z2)和一個開關元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)，所述開關元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)可由復數(shù)個脫扣器(5)斷開，設置有至少一個脫扣器(5)，所述脫扣器用于將一組至少為兩個的開關元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)斷開，以及所述組中的開關元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)用于對不同的工作狀態(tài)(Z1，Z2)進行轉換。
2. 根據(jù)權利要求1所述的開關設備單元，其中，所述脫扣器為一個電流脫扣器(尤其是一個熱電流脫扣器)、 一個短路 脫扣器(尤其是一個電磁短路脫扣器)或所述兩種脫扣器的組合。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的開關設備單元，其中， 可將至少兩個電流路徑(Bl， B2; B3， B4; B5， B6)分配給單獨一個開關元件(Sl， S2， S3， S4， S5， S6)。
4. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 分配給相同或不同工作狀態(tài)(Zl， Z2)的電流路徑(Bl， B2; B3， B4;B5， B6)并排布置、堆疊布置或以上述兩種方式交錯布置。
5. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 分配給相同或不同工作狀態(tài)(Zl， Z2)的電流路徑(Bl， B2; B3， B4;B5， B6)的開關元件(Sl， S2， S3， S4， S5， S6)并排布置、堆疊布置或以上述兩種方式交錯布置。
6. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述開關設備單元用于執(zhí)行短路保護和/或過載保護功能。
7. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中，所述開關設備單元為一個固定在u形裝配軌條上的模塊。
8. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述開關設備單元設計為一個具有一個標準寬度的緊湊型設備單元。
9. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述開關設備單元設計為一個電動機啟動器，尤其是一個緊湊型可逆啟動器。
10. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述開關設備單元設計用于一種工作狀態(tài)(Zl)"電動機右旋"和另一種工作狀態(tài)(Z2)"電動機左旋"。
11. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述開關設備單元的至少一個用電設備側輸出端(AU1， AU2， AU3)可由電和/或熱過載脫扣功能塊提供過載和/或短路保護。
12. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 所述電流路徑(Bl， B2; B3， B4; B5， B6)至少部分整合在所述開關設備單元中。
13. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的開關設備單元，其中， 用于提供誤操作保護的電氣和/或機械閉鎖裝置(8)整合在所述開關設備單元中。
全文摘要
綜上所述，本發(fā)明涉及一種借助開關元件對至少一個用電設備的至少兩種工作狀態(tài)進行操作的開關設備單元，所述用電設備連接在至少為兩相的供電網(wǎng)絡上。本發(fā)明的目的是提供一種結構盡可能簡單的低成本緊湊型開關設備單元。為此，所述開關設備單元具有用于對所述用電設備進行正常通斷和用于執(zhí)行過載及短路保護脫扣功能的電路，其中，所述電路的整合方式可使所述開關設備單元在用作緊湊型可逆啟動器時具有標準寬度，這樣就可將所述開關設備單元節(jié)省空間地安裝在配電箱內(nèi)的U形軌條上，使其在配電箱內(nèi)工作。
文檔編號H01H89/08GK101512707SQ200680055911
公開日2009年8月19日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權日2006年9月21日
發(fā)明者約瑟夫·格拉夫, 諾貝特·齊默爾曼, 路德維?！つ釥柌祭?申請人:西門子公司