專利名稱：用于脫扣單元和包含該脫扣單元的電氣開關(guān)裝置的手動(dòng)可選瞬時(shí)電流設(shè)定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電氣開關(guān)裝置，更特別地涉及包括脫扣單元的電氣開關(guān)裝置例如 斷路器。本發(fā)明還涉及用于電路中斷器的脫扣單元。
背景技術(shù)：
電氣開關(guān)裝置包括，例如，電路開關(guān)器件；電路中斷器，例如斷路器；網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器； 接觸器；馬達(dá)起動(dòng)器；馬達(dá)控制器；以及其它負(fù)載控制器。電氣開關(guān)裝置例如電路中斷器， 尤其是模制外殼類型的斷路器，在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。例如參見美國(guó)專利NO. 5，341，191。斷路器用來(lái)保護(hù)電氣電路免遭由于過電流情況造成的損害，例如過載情況或者較 高電平短路或故障情況。模制外殼斷路器通常每相包括一對(duì)可分離觸點(diǎn)?？煞蛛x觸點(diǎn)可通 過設(shè)置在外殼外面的手柄被手動(dòng)操作或者響應(yīng)于過電流情況被自動(dòng)操作。通常，這種斷路 器包括設(shè)計(jì)為迅速打開和閉合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)，以及在自動(dòng)操作模式中感測(cè)過電流 情況的脫扣單元。當(dāng)感測(cè)到過電流情況時(shí)，脫扣單元使該操作機(jī)構(gòu)脫扣到脫扣狀態(tài)，從而將 可分離觸點(diǎn)移動(dòng)到打開位置。工業(yè)斷路器通常使用一種斷路器框架，該斷路器框架容納脫扣單元。例如參見美 國(guó)專利NO. 5，910，760以及NO. 6，144，271。脫扣單元可以是模塊化的并且可以進(jìn)行替換，以 改變斷路器的電特性。眾所周知，可采用使用微處理器的脫扣單元來(lái)檢測(cè)各種類型的過電流脫扣情況并 提供各種保護(hù)功能，例如長(zhǎng)延遲脫扣，短延遲脫扣，瞬時(shí)脫扣，和/或接地故障脫扣。長(zhǎng)延遲 脫扣功能保護(hù)受保護(hù)的電氣系統(tǒng)所服務(wù)的負(fù)載免于過負(fù)載和/或過電流。短延遲脫扣功能 可用于協(xié)調(diào)分級(jí)斷路器中的下游斷路器的脫扣。瞬時(shí)脫扣功能保護(hù)與斷路器連接的電導(dǎo)體 免遭過電流情況例如短路的損害。顧名思義，接地故障脫扣功能保護(hù)電氣系統(tǒng)免遭接地故 障。最早的電子脫扣單元電路設(shè)計(jì)使用了分立的部件，例如晶體管，電阻器和電容器。最近，例如美國(guó)專利NO. 4，428，022和NO. 5，525，985中所公開的設(shè)計(jì)已包括了微 處理器，這提供了改進(jìn)的性能和靈活性。這些數(shù)字系統(tǒng)對(duì)電流波形進(jìn)行周期性采樣以產(chǎn)生 電流的數(shù)字表示。微處理器使用樣本執(zhí)行算法，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)電流保護(hù)曲線。一些已知的模制外殼斷路器(MCCB)包括短延遲時(shí)間設(shè)定。實(shí)際的短延遲脫扣 時(shí)間被有意地延遲并且具有大約37毫秒的最小脫扣時(shí)間，該最小脫扣時(shí)間是由微處理 器執(zhí)行的短延遲算法的計(jì)算時(shí)間得來(lái)的。這些MCCB的瞬時(shí)特征是由固定模擬超馳電路 (override circuit)提供的。單個(gè)齊納二極管被預(yù)先確定單個(gè)固定閾值。固定模擬超馳電 路檢測(cè)峰值電流并在少于一個(gè)線循環(huán)(line cycle)內(nèi)啟動(dòng)脫扣。由于齊納二極管是固定 的且不可調(diào)的部件，所以瞬時(shí)脫扣閾值被設(shè)定為單個(gè)固定值。例如，如圖1的脫扣曲線所示，接近1. 15X的頂部豎直線為長(zhǎng)延遲吸動(dòng)(LDP)。在 這個(gè)示例中，對(duì)于斷路器的連續(xù)電流額定值的1. 15倍以下的檢測(cè)電流沒有脫扣。1. 15X和
56X之間的斜線為長(zhǎng)延遲時(shí)間(LDT)。這為斷路器連續(xù)電流額定值的約1. 15倍和約6倍之 間的檢測(cè)電流提供了脫扣時(shí)間。在約120毫秒處的水平線為短延遲時(shí)間(SDT)。還可具有 (例如但不限于)約50毫秒和約300毫秒的設(shè)定。對(duì)應(yīng)于50、120和300毫秒設(shè)定的實(shí)際 短延遲脫扣時(shí)間通常分別大約是37、87和275毫秒。最后，在約15毫秒處的水平線為瞬時(shí) 時(shí)間。如果檢測(cè)電流高于斷路器脫扣單元最大額定電流(或者傳感器額定值)的約12倍， 則脫扣單元將在此時(shí)脫扣。連續(xù)電流額定值可與最大額定電流相同(如圖1所示)或者可 以是最大額定電流的一個(gè)百分比(< 100% )(未示出)。美國(guó)專利NO. 7，203，040公開了一種斷路器和脫扣單元，該脫扣單元具有用于減 少弧閃能量和弧閃曝露嚴(yán)重程度的ARMS。在發(fā)生故障時(shí)，特定的脫扣功能被手動(dòng)地利用減 少電弧能量的維護(hù)脫扣功能(maintenance trip function)替代。在ARMS模式中，維護(hù)脫 扣功能減小了吸動(dòng)電流(Pickup current)和/或減小或消除了特定脫扣功能的時(shí)間延遲。對(duì)于電氣開關(guān)裝置例如電路中斷器具有改進(jìn)的空間。對(duì)于用于電路中斷器的脫扣單元也具有改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
希望在選擇性協(xié)調(diào)方案中具有手動(dòng)可選瞬時(shí)脫扣閾值。本發(fā)明的實(shí)施例可以滿足這種及其它需求，對(duì)于電氣開關(guān)裝置例如電路中斷器的 瞬時(shí)脫扣電路，本發(fā)明提供了多個(gè)手動(dòng)可選的預(yù)定電流條件，所述預(yù)定電流條件大于電弧 減少維護(hù)電流條件(arc reduction maintenance current condition)。例如，這些預(yù)定電 流條件的范圍在電路中斷器脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流的大約六倍到大約十二倍之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種電氣開關(guān)裝置包括可分離觸點(diǎn)；構(gòu)造成打開和閉 合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)；以及與該操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以脫扣打開可分離觸點(diǎn)的脫扣機(jī)構(gòu)， 該脫扣機(jī)構(gòu)包括用于感測(cè)流經(jīng)可分離觸點(diǎn)的電流并提供表示該電流的信號(hào)的傳感器， 用于在多個(gè)預(yù)定電流條件中選擇一個(gè)的可手動(dòng)操作選擇器，其中每個(gè)預(yù)定電流條件均 大于電弧減少維護(hù)電流條件，以及瞬時(shí)脫扣電路，該瞬時(shí)脫扣電路與傳感器和可手動(dòng)操 作選擇器協(xié)作以便將表示電流的信號(hào)與選定的一個(gè)預(yù)定電流條件進(jìn)行比較，并且響應(yīng)地 (responsively)導(dǎo)致操作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開可分離觸點(diǎn)。瞬時(shí)脫扣電路可包括脫扣線圈和比較器，該比較器包括與傳感器電互連的第一輸 入端、具有基準(zhǔn)電壓的第二輸入端、以及構(gòu)造成引起脫扣線圈被通電和使得操作機(jī)構(gòu)脫扣 打開可分離觸點(diǎn)的輸出端。比較器的第一輸入端可具有幅值通常大于該基準(zhǔn)電壓的電壓。 傳感器可進(jìn)一步構(gòu)造成隨著電路中流動(dòng)的電流的增加而降低比較器的第一輸入端的電壓。 當(dāng)選擇了較小的一個(gè)預(yù)定電流條件時(shí)，可手動(dòng)操作選擇器還可構(gòu)造成降低比較器的第一輸 入端的電壓。作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于電路的電路中斷器的脫扣單元。該脫扣 單元包括用于感測(cè)電路中流動(dòng)的電流并提供表示該電流的信號(hào)的傳感器；用于在多個(gè)預(yù) 定電流條件中選擇一個(gè)的可手動(dòng)操作選擇器，其中每個(gè)預(yù)定電流條件均大于電弧減少維護(hù) 電流條件；以及瞬時(shí)脫扣電路，該瞬時(shí)脫扣電路與傳感器和可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作以便將 表示電流的信號(hào)與選定的一個(gè)預(yù)定電流條件進(jìn)行比較，并響應(yīng)地瞬時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)?？墒謩?dòng)操作選擇器可包括多個(gè)齊納二極管，每個(gè)齊納二極管具有相應(yīng)的不同值。瞬時(shí)脫扣電路可以是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路，所述其中一個(gè)齊納 二極管對(duì)應(yīng)于選定的一個(gè)預(yù)定電流條件。預(yù)定電流條件可包括在第一值和較大的第二值之間的多個(gè)不同電流條件。可手動(dòng) 操作選擇器還可包括對(duì)應(yīng)于較大的第二值的開路輸入端?？墒謩?dòng)操作選擇器可構(gòu)造成響應(yīng) 于對(duì)具有較大的第二值的其中一個(gè)不同電流條件的選擇，選擇性地不使第二齊納二極管中 的任何一個(gè)與第一齊納二極管并行電連接。


結(jié)合附圖閱讀以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，可以獲得對(duì)本發(fā)明的完整理解圖1是脫扣單元的電流/時(shí)間的脫扣曲線圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括脫扣單元的斷路器的等距視圖。圖3是示出連接于電氣系統(tǒng)的圖2的斷路器的框圖形式的示意圖。圖4是圖2的脫扣單元的俯視圖。圖5是圖2的脫扣單元的面板組件的等距視圖。圖6是圖2的面板的圖例的俯視圖。圖7-9是圖2的脫扣單元的電流/時(shí)間的脫扣曲線圖。圖10是圖5的選擇器開關(guān)印刷電路板的示意性框圖。圖11和12是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的瞬時(shí)脫扣電路的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式文中所使用的術(shù)語(yǔ)“數(shù)量”含義為1或者大于1的整數(shù)(即，多個(gè))。文中所使用的術(shù)語(yǔ)“處理器”指能夠存儲(chǔ)、檢索和處理數(shù)據(jù)的可編程模擬和/或數(shù) 字裝置；計(jì)算機(jī)；工作站；個(gè)人計(jì)算機(jī)；微處理器；微控制器；微型計(jì)算機(jī)；中央處理單元； 大型計(jì)算機(jī)；小型計(jì)算機(jī)；服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)處理器；或者任何合適的處理設(shè)備或裝置。文中所使用的兩個(gè)或更多部件“連接”或“聯(lián)接”在一起的表述是指這些部件直接 接合在一起或者通過一個(gè)或多個(gè)中間部件接合在一起。另外，文中所使用的兩個(gè)或更多部 件“附接”的表述是指這些部件直接接合在一起。文中所使用的術(shù)語(yǔ)“選擇器開關(guān)”是指可手動(dòng)操作的旋轉(zhuǎn)選擇器開關(guān)，可手動(dòng)操作 且樞轉(zhuǎn)聯(lián)接的選擇器開關(guān)，或任何適當(dāng)?shù)目墒謩?dòng)操作的選擇裝置，其構(gòu)造成從多種不同電 流條件中選擇一種電流條件。文中使用的術(shù)語(yǔ)“總脫扣延遲”是指電氣開關(guān)裝置的可分離觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)、瞬時(shí) 脫扣電路和傳感器的固有的操作延遲的總和，或者如果有任何有意的延遲的話，所述固有 的操作延遲加上任何有意的延遲的總和。例如，可分離觸點(diǎn)和操作機(jī)構(gòu)通常是機(jī)械結(jié)構(gòu)，其 需要較少的操作時(shí)間來(lái)脫扣打開可分離觸點(diǎn)。此外，瞬時(shí)脫扣電路和傳感器通常都是電結(jié) 構(gòu)，其需要非常少的操作時(shí)間來(lái)感測(cè)流經(jīng)可分離觸點(diǎn)的電流，確定所感測(cè)的電流是否超出 預(yù)定脫扣閾值，并使得操作機(jī)構(gòu)脫扣打開可分離觸點(diǎn)。文中所使用的術(shù)語(yǔ)“瞬時(shí)脫扣電路”明確地排除了短延遲脫扣電路、長(zhǎng)延遲脫扣電 路、接地故障脫扣電路、電弧故障脫扣電路和/或?yàn)殡姎忾_關(guān)裝置提供大于33. 333ms (例 如，60Hz的兩個(gè)線循環(huán))的總脫扣延遲的脫扣電路。
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文中使用的術(shù)語(yǔ)“瞬時(shí)的”或者“瞬時(shí)地”表示(1)對(duì)于脫扣操作除了操作延遲之 外沒有任何有意的脫扣延遲，所述操作延遲是電氣開關(guān)裝置的可分離觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)、瞬時(shí) 脫扣電路和/或傳感器固有的，和/或(2)小于或等于大約50Hz或者大約60Hz的大約一 個(gè)線循環(huán)的總脫扣延遲(例如，約8ms ；約15ms ；約16. 666ms ；約20ms ；大約一個(gè)線循環(huán)或 者更少的任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間)。文中使用的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)循環(huán)瞬時(shí)”表示小于或等于大約50Hz或者大約60Hz的大 約一個(gè)線循環(huán)的總脫扣延遲(例如，大約8ms ；大約15ms ；大約16. 666ms ；大約20ms ；大約 一個(gè)線循環(huán)或者更少的任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間)。文中使用的術(shù)語(yǔ)“兩個(gè)循環(huán)瞬時(shí)”表示小于33. 333ms的總脫扣延遲(例如，60Hz 的兩個(gè)線循環(huán))。文中使用的術(shù)語(yǔ)“電弧減少維護(hù)電流條件”表示四倍于電氣開關(guān)裝置脫扣機(jī)構(gòu)的 最大額定電流的電流條件。文中使用的術(shù)語(yǔ)“最大額定電流”表示與電氣開關(guān)裝置(例如但不限于斷路器) 的脫扣機(jī)構(gòu)(例如但不限于脫扣單元)的一定數(shù)量的電流傳感器(例如但不限于電流互感 器)的最大額定電流值或傳感器額定值相同的值。文中使用的術(shù)語(yǔ)“連續(xù)電流額定值”表示與電氣開關(guān)裝置(例如但不限于斷路器) 的脫扣機(jī)構(gòu)(例如但不限于脫扣單元)的額定電流相同的值。連續(xù)電流額定值可等于或小 于該脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流。本發(fā)明結(jié)合三相斷路器進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明可應(yīng)用于具有任何數(shù)量的相或極 的電氣開關(guān)裝置及用于該電氣開關(guān)裝置的脫扣單元。圖2示出一種電氣開關(guān)裝置，例如通過示例性斷路器1示出的電路中斷器。參考 圖3，此斷路器1保護(hù)示例性電路，例如電氣系統(tǒng)2，該電路包括三相(例如，A、B和C)電路 導(dǎo)體3A、3B和3C，還可包括中性(N)導(dǎo)體3N和接地(G)導(dǎo)體3G。該示例性斷路器是基于 微處理器的斷路器1。斷路器1包括傳感器，例如電流互感器(CT)7A、7B、7C和7N，其生成 表示在各相導(dǎo)體3A、3B和3C中、以及如果希望的話在中性導(dǎo)體3N中流動(dòng)的電流的信號(hào)8。脫扣機(jī)構(gòu)，例如通過示例性電子脫扣單元9示出的脫扣電路，監(jiān)控由這些電流互 感器7A、7B、7C、7N感測(cè)的電流并且響應(yīng)于預(yù)定電流和/或預(yù)定電流/時(shí)間條件生成脫扣信 號(hào)10。電子脫扣單元9結(jié)合了合適的處理器，例如示例性微處理器(μΡ)11。在此示例性 實(shí)施例中，電子脫扣單元9的電流互感器7A、7B、7C、7N確定了脫扣單元9的最大額定電流。電子脫扣單元9響應(yīng)于特定的過電流條件產(chǎn)生脫扣信號(hào)10。如常規(guī)上一樣，操作 機(jī)構(gòu)15構(gòu)造成打開和閉合成組的可分離觸點(diǎn)17A、17B和17C。脫扣信號(hào)10通過適當(dāng)?shù)拿?扣裝置(例如但不限于，脫扣線圈(圖11的174)；脫扣螺線管(未示出))致動(dòng)操作機(jī)構(gòu) 15，該操作機(jī)構(gòu)15響應(yīng)地打開成組的可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C，以便中斷通過電氣系統(tǒng)2的 對(duì)應(yīng)相導(dǎo)體3A、3B、3C的電流。因此，脫扣單元9與操作機(jī)構(gòu)15協(xié)作以脫扣打開可分離觸 點(diǎn) 17A、17B、17C。斷路器1、尤其是電子脫扣單元9提供了多種保護(hù)模式。特別是提供了瞬時(shí)保護(hù)模 式和電弧減少維護(hù)系統(tǒng)(ARMS)保護(hù)模式。還可提供長(zhǎng)延遲、短延遲和/或接地故障保護(hù)、 和/或其它適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)模式。脫扣單元9優(yōu)選包括由μ Pll執(zhí)行的程序20。下面將結(jié)合圖3-5進(jìn)行討論，可手動(dòng)操作選擇器32構(gòu)造成從多種預(yù)定電流條件中選擇一種，每一種預(yù)定電流條件都大于四倍于脫扣單元9的最大額定電流的電弧減少維護(hù) 電流條件。在瞬時(shí)保護(hù)模式中，脫扣單元9構(gòu)造成將信號(hào)8和多種預(yù)定電流條件22中所 選擇的其中一種進(jìn)行比較，并響應(yīng)地瞬時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)10。還具有單獨(dú)的一定數(shù)量的預(yù)定 ARMS電流條件24，如下面將討論的。如圖4最佳示出的，脫扣單元9包括殼體26，該殼體26具有第一開口 28和第二 開口 30?？墒謩?dòng)操作選擇器例如選擇器開關(guān)32設(shè)置在第一開口 28附近并構(gòu)造成選擇圖3 的預(yù)定電流條件22和一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件24中的一種。示例性可動(dòng)指示器34與選擇器開關(guān)32協(xié)作并且設(shè)置在第二開口 30的附近。可 動(dòng)指示器34構(gòu)造成指示是否預(yù)定電流條件22中的一種或一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件 24中的一種被選擇器開關(guān)32選擇。示例性脫扣單元9(圖3和4)使用可動(dòng)指示器34，并 且例如具有對(duì)于LED或者其它發(fā)光狀態(tài)固定指示器的不充分的電能(或者在某些情況下沒 有電能)?？商娲?，可使用電子指示器或者不使用指示器。參考圖4和5，脫扣單元?dú)んw26 (圖4)包括面板31，該面板具有第一開口 28和第 二開口 30 (圖4)。脫扣單元9包括印刷電路板(PCB) 35，該印刷電路板通過支架例如模制分 支36、37和緊固件38、39聯(lián)接到面板31。例如，由于避免了改變用于脫扣單元9 (圖4)的 基座18和蓋子19 (例如但不限于，熱固性部件)的模具(未示出)的需要，使用面板31 (例 如但不限于，熱塑性部件)的模制分支36、37將PCB 35聯(lián)接于面板31減少了模制部件的 數(shù)量。選擇器開關(guān)32可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到PCB 35。可動(dòng)指示器34從外圍聯(lián)接到選擇器開 關(guān)32，并構(gòu)造成與選擇器開關(guān)32 —起樞轉(zhuǎn)。特別地，選擇器開關(guān)32是旋轉(zhuǎn)選擇器開關(guān)，其 包括相對(duì)于脫扣單元?dú)んw26可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置的樞轉(zhuǎn)元件40和聯(lián)接到樞轉(zhuǎn)元件40的選擇器 元件42。選擇器元件42設(shè)置在第一殼體開口 28處。可動(dòng)指示器34包括外圍元件44，該 外圍元件44設(shè)置在選擇器元件42的外圍并能夠與選擇器元件42 —起移動(dòng)。外圍元件44 設(shè)置在第二殼體開口 30(圖4)處。樞轉(zhuǎn)元件40包括接納與PCB 35聯(lián)接的樞轉(zhuǎn)柱(未示 出)的開口(未示出)?？蓜?dòng)指示器34還包括聯(lián)接到外圍元件44并且設(shè)置在第二殼體開 口 30處的指示器元件(未示出)。圖6示出了圖2的面板31的示例性圖例52。在這個(gè)示例中，斷路器脫扣單元9包 括最大額定電流。示例性的一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件24包括大約2. 5倍于最大額定 電流的第一電流條件54和大約四倍于最大額定電流的第二電流條件56。示例性預(yù)定電流 條件22包括在大約六倍于最大額定電流的條件58和大約12倍于最大額定電流的條件66 之間的不同電流條件58、60、62、64、66。所有這些不同的瞬時(shí)電流條件58、60、62、64、66大 于所有不同ARMS電流條件54、56。條件60、62、64分別對(duì)應(yīng)于最大額定電流的7倍、8倍和 10倍。圖7和8示出了類似于圖1的脫扣曲線70、72，不同之處在于，長(zhǎng)延遲時(shí)間的部分 74、76和全部短延遲時(shí)間78在最大額定電流的2. 5倍(圖7)或者4倍(圖8)以上被取 代。圖9示出了類似于圖7和8的脫扣曲線70,72的脫扣曲線80、82、84、86、88 (86以 實(shí)線示出，而80、82、84、88以虛線示出)，不同之處在于，所有的長(zhǎng)延遲時(shí)間90都沒有被取 代，短延遲時(shí)間78沒有被取代，或者短延遲時(shí)間78的部分或全部在最大額定電流的6倍、7倍、8倍、10倍或12倍以上被取代。在該示例性實(shí)施例中，脫扣曲線80、82、84、86、88包括 對(duì)應(yīng)于約8毫秒的預(yù)定電流條件22 (圖6)的共同的脫扣時(shí)間，但是瞬時(shí)脫扣電路(例如圖 11中的120)可以使用任何適當(dāng)?shù)目偯摽垩舆t(例如，一個(gè)循環(huán)瞬時(shí)；兩個(gè)循環(huán)瞬時(shí))。圖3中的4 11、特別是程序20構(gòu)造成提供脫扣曲線80、82、84、86、88的一個(gè)主 要部分，其通常對(duì)應(yīng)于表示流經(jīng)可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C的電流的信號(hào)8的最大值，這些電 流小于最大額定電流的大約6倍。如下面結(jié)合圖10和11所討論的，瞬時(shí)脫扣電路120和 PCB 35將所述脫扣曲線80、82、84、86、88有利地取代為在最大額定電流的大約6倍和大約 12倍之間的五個(gè)示例性電流中的選定的一個(gè)。參考圖10，示出了圖5的選擇器開關(guān)PCB 35。示例性的七位置選擇器開關(guān)32包 括一個(gè)對(duì)應(yīng)于開路的輸入端92和接納六個(gè)不同齊納二極管96、98、100、102、104、106的陰 極的六個(gè)輸入端94。雖然所示出的六個(gè)不同齊納二極管96、98、100、102、104、106的示例性 的不同齊納電壓在9. IV到1. 8V的范圍內(nèi)變化，但是可以理解可使用任何適當(dāng)?shù)牟煌凝R 納電壓。PCB 35包括兩個(gè)輸出端108、110，所述兩個(gè)輸出端分別電連接到圖5的選擇器元 件42的可動(dòng)臂112和不同的齊納二極管96、98、100、102、104、106的陽(yáng)極。參考圖11，示出了可與圖3中的脫扣單元9相同或者相似的另一個(gè)脫扣單元9’。 脫扣單元9’包括傳感器電路118、瞬時(shí)脫扣電路120、微型計(jì)算機(jī)(μ C) 122，該微型計(jì)算機(jī) 包括圖3的μΡΙΙ。如圖所示，瞬時(shí)脫扣電路120可以使用比較器124形式的μ C 122的一 部分，但是也可使用單獨(dú)的和獨(dú)立的比較器(未示出)。瞬時(shí)脫扣電路120有利地與圖10 的 PCB 35 接口。傳感器電路118包括四個(gè)全波電橋126、128、130、132，所述四個(gè)全波電橋可與圖3 中的電流互感器7A、7B、7C、7N—起使用以用于四個(gè)電路中斷器的極(例如對(duì)應(yīng)于相位Α、Β、 C和中性)。全波電橋126、128、130、132分別與四個(gè)負(fù)載電阻器134、136、138、140操作性 地關(guān)聯(lián)。從公共節(jié)點(diǎn)144獲得DC電壓142，該公共節(jié)點(diǎn)144分別通過二極管146、148、150、 152與負(fù)載電阻器134、136、138、140電互連。一個(gè)極的DC電壓，例如跨越負(fù)載電阻器134的 電壓154，是負(fù)的并且由通過相應(yīng)的負(fù)載電阻器的電流與該負(fù)載電阻器的電阻的乘積構(gòu)成。 四個(gè)負(fù)載電阻器134、136、138、140的最高(最大負(fù)值)峰值電壓可導(dǎo)致齊納二極管156的 齊納擊穿。當(dāng)齊納二極管156穿通時(shí)，它趨向于將電容器160和電阻器162的公共節(jié)點(diǎn)158 引向接地端164。輸入端(CPO) 166是μ C122的比較器124的外部輸入端㈠。另一比較器輸入端 (+) (CPREF) 168在內(nèi)部設(shè)定基準(zhǔn)為+1. 25V。當(dāng)節(jié)點(diǎn)158處的電壓降低到+1. 25V以下時(shí)，比 較器輸出端(PCO) 170升高以提供脫扣信號(hào)10 (圖3)，其導(dǎo)致可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C打開。參考圖10和11，從圖10的選擇器開關(guān)PCB 35可以看到，根據(jù)針對(duì)圖6中預(yù)定電 流條件58、60、62、64的圖5的選擇器元件42的可動(dòng)臂112的位置，不同的齊納二極管102、 100,98,96中的一個(gè)分別與齊納二極管156并行電連接，該齊納二極管156具有對(duì)應(yīng)于圖6 的預(yù)定電流條件66的示例性齊納電壓11V。始自輸入端92的開路并行跨越用于預(yù)定電流 條件66的齊納二極管156。繼而，最低齊納電壓電平確定了瞬時(shí)脫扣電平。通過選擇器開 關(guān)32接入和切斷齊納二極管102、100、98、96中的所希望的一個(gè)。其它齊納二極管104和 106用于圖6的一定數(shù)量的示例性ARMS電流條件24。
10
總之，示例性模擬瞬時(shí)脫扣電路120與傳感器電路118和可手動(dòng)操作選擇器例如 示例性選擇器開關(guān)32協(xié)作，以便將表示最高相電流的電壓142與從預(yù)定電流條件22中選 擇的一種進(jìn)行比較。當(dāng)比較器124確定節(jié)點(diǎn)158處的電壓低于基準(zhǔn)輸入端168的電壓時(shí)， 導(dǎo)致比較器輸出端(PCO) 170升高。繼而，緩沖器172使脫扣線圈174通電，這導(dǎo)致操作機(jī) 構(gòu)15(圖3)瞬時(shí)脫扣打開可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C。比較器124的輸入端㈠166的電壓的幅值通常大于另一比較器輸入端⑴168處 的電壓。傳感器電路118構(gòu)造成隨著在圖3的電路2中流動(dòng)的電流的增大而降低輸入端 166的電壓。此外，當(dāng)選擇了相對(duì)較小(較大)的一個(gè)齊納電壓、從而選擇了預(yù)定電流條件 22中的相對(duì)較小(較大)的一種時(shí)，選擇器開關(guān)32 (圖10)構(gòu)造成降低(增大)輸入端166 的電壓。如參考全波電橋126所示出的，電橋126、128、130、132中的每一個(gè)包括輸入端176 和輸出端178。電橋輸入端176接納對(duì)應(yīng)的CT 7A的輸出端180。電橋輸出端178用于向 電源182供電并且提供電壓154，該電壓154是表示流過可分離觸點(diǎn)17A(圖3)的電流的信 號(hào)。電橋輸出端178的一端電連接到負(fù)載電阻器134的一端。負(fù)載電阻器134的另一端電 連接到接地端164。應(yīng)當(dāng)理解，圖11中的瞬時(shí)脫扣電路120可以應(yīng)用于任何數(shù)量的斷路器 極。在圖11的示例中，μ Pll可以單獨(dú)和獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)輸出端(PCO) 170 (的輸出)到脫 扣線圈緩沖器172?？商娲?，如圖12所示，瞬時(shí)脫扣電路184包括具有輸入端185和輸出 端186的μΡ Γ。μ P輸入端185接納比較器輸出端170’，μ P輸出端186驅(qū)動(dòng)脫扣線圈 緩沖器172。此實(shí)施例相對(duì)于圖11的瞬時(shí)脫扣電路120向總脫扣延遲增加了一些時(shí)間，這 是由于μ Ρ1Γ必須感測(cè)輸入端185是有源的，然后設(shè)定輸出端186。μΡ Γ包括合適的程 序20’，該程序?qū)崿F(xiàn)了這一功能以及圖3的程序20的功能。盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，根據(jù)本發(fā)明的全部教導(dǎo)可以對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變和替代。因此，所公開的具體設(shè)置 僅是為了舉例說明，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其任何和 所有等同方案的全部?jī)?nèi)容給出。
權(quán)利要求
一種電氣開關(guān)裝置(1)，包括可分離觸點(diǎn)(17A；17B；17C)；操作機(jī)構(gòu)(15)，該操作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成打開和閉合所述可分離觸點(diǎn)；以及脫扣機(jī)構(gòu)(9)，該脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以便脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括傳感器(7A；7B；7C)，該傳感器構(gòu)造成感測(cè)流過所述可分離觸點(diǎn)的電流并提供表示所述電流的信號(hào)(8)，可手動(dòng)操作選擇器(32)，該可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成從多個(gè)預(yù)定電流條件(22)中選擇一個(gè)，所述預(yù)定電流條件中的每一個(gè)均大于電弧減少維護(hù)電流條件(56)，以及瞬時(shí)脫扣電路(120；184)，該瞬時(shí)脫扣電路與所述傳感器和所述可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作，以將表示所述電流的所述信號(hào)與所述預(yù)定電流條件中的選定的一個(gè)進(jìn)行比較，并響應(yīng)地使所述操作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括脫扣 線圈(174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入端(166)、具有 基準(zhǔn)電壓(CPREF)的第二輸入端(168)以及輸出端(170)，該輸出端構(gòu)造成使所述脫扣線圈 被通電并使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)；所述比較器的第一輸入端的電壓的幅 值通常大于所述基準(zhǔn)電壓；所述傳感器還構(gòu)造為隨著所述電路中流動(dòng)的電流的增大而降低 所述比較器的第一輸入端的電壓；并且，所述可手動(dòng)操作選擇器還構(gòu)造為在選擇了所述預(yù) 定電流條件中的較小的一個(gè)時(shí)降低所述比較器的第一輸入端的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括最大額定 電流；并且，所述預(yù)定電流條件包括在所述最大額定電流的大約6倍和大約12倍之間的多 個(gè)不同的電流條件(58、60、62、64、66)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述預(yù)定電流條件(22)選 自所述最大額定電流的6倍，7倍，8倍，10倍和12倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述可手動(dòng)操作選擇器(32) 包括多個(gè)齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述齊納二極管具有相應(yīng)的不同值；所述瞬 時(shí)脫扣電路是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路(120)，所述其中一個(gè)齊納 二極管對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的所述選定的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述脫扣單元還包括處理 器(11)，該處理器構(gòu)造成提供對(duì)應(yīng)于表示所述電流的所述信號(hào)和時(shí)間的脫扣曲線(80 ；82 ； 84 ；86)；所述脫扣曲線包括一定數(shù)量的長(zhǎng)延遲吸動(dòng)、長(zhǎng)延遲時(shí)間和短延遲時(shí)間；所述長(zhǎng)延 遲吸動(dòng)、所述長(zhǎng)延遲時(shí)間和所述短延遲時(shí)間中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于一定數(shù)量的電流值，所述一 定數(shù)量的電流值中的每一個(gè)小于所述預(yù)定電流條件(22)中的每一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述脫扣曲線包括對(duì)應(yīng)于多 個(gè)所述預(yù)定電流條件(22)的共用時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述共用時(shí)間是大約8毫秒。
9.
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括比 較器電路(124)和電互連在所述傳感器和所述比較器電路之間的第一齊納二極管(156)，所述第一齊納二極管具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的一個(gè)的第一值；所述可手動(dòng)操作選 擇器包括多個(gè)第二齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述第二齊納二極管具有小于所述 第一齊納二極管的第一值的相應(yīng)的第二值，所述相應(yīng)的第二值對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中 的不同的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路(120; 184)包括脫扣線圈(174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入 端(166)、具有基準(zhǔn)電壓(CPREF)的第二輸入端(168)以及輸出端(170 ；170’)，該輸出端 構(gòu)造成使所述脫扣線圈被通電并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電氣開關(guān)裝置(1)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路(184) 還包括處理器(11’)，該處理器包括輸入端(185)和輸出端(186)，所述處理器的輸入端構(gòu) 造成接納所述比較器的輸出端，所述處理器的輸出端構(gòu)造成響應(yīng)所述處理器的輸入端使所 述脫扣線圈被通電，并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
13.一種用于電路(2)的電路中斷器(1)的脫扣單元(9)，所述脫扣單元包括傳感器(7A;7B;7C)，該傳感器構(gòu)造成感測(cè)在所述電路中流動(dòng)的電流并提供表示所述電流的信號(hào)⑶；可手動(dòng)操作選擇器(32)，該可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成從多個(gè)預(yù)定電流條件(22)中選 擇一個(gè)，所述預(yù)定電流條件中的每一個(gè)均大于電弧減少維護(hù)電流條件(56)；以及瞬時(shí)脫扣電路(120 ； 184)，該瞬時(shí)脫扣電路與所述傳感器和所述可手動(dòng)操作選擇器協(xié) 作，以便將表示所述電流的所述信號(hào)與所述預(yù)定電流條件中的選定的一個(gè)進(jìn)行比較，并響 應(yīng)地瞬時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)(10)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述脫扣單元包括最大額定電 流；所述預(yù)定電流條件包括在所述最大額定電流的大約6倍和大約12倍之間的多個(gè)不同的 電流條件(58、60、62、64、66)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的脫扣單元(9)，其中，所述可手動(dòng)操作選擇器(32)包括多 個(gè)齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述齊納二極管具有相應(yīng)的不同值；并且，所述瞬時(shí) 脫扣電路是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路(120)，所述其中一個(gè)齊納二 極管對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的所述選定的一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述傳感器包括構(gòu)造成感測(cè)所 述電路中流動(dòng)的電流的電流互感器(7A ；7B ；7C)、負(fù)載電阻器(134)、以及包含輸入端(176) 和輸出端(176)的全波電橋(126)，所述電流互感器包括輸出端(180)，所述全波電橋的輸 入端接納所述電流互感器的輸出端，所述全波電橋的輸出端是表示所述電流的所述信號(hào)， 并且與所述負(fù)載電阻器電連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括比較器 電路(124)和電互連在所述傳感器和所述比較器電路之間的第一齊納二極管(156)，所述 第一齊納二極管具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的一個(gè)的第一值；所述可手動(dòng)操作選擇器 包括多個(gè)第二齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述第二齊納二極管具有小于所述第一 齊納二極管的第一值的相應(yīng)的第二值，所述相應(yīng)的第二值對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的不 同的一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成選擇性地使所述第二齊納二極管中的一個(gè)與所述第一齊納二極管并行電連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述預(yù)定電流條件包括在第一 值和較大的第二值之間的多個(gè)不同的電流條件(58、60、62、64、66)；所述可手動(dòng)操作選擇 器還包括對(duì)應(yīng)于所述較大的第二值的開路輸入端(92)；所述可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成響 應(yīng)于從所述不同電流條件中選擇具有所述較大的第二值的一個(gè)，選擇性地不使所述第二齊 納二極管中的任何一個(gè)與所述第一齊納二極管并行電連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的脫扣單元(9)，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括脫扣線 圈(174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入端(166)、具有基 準(zhǔn)電壓(CPREF)的第二輸入端(168)和輸出端(170)，該輸出端構(gòu)造成使所述脫扣線圈被通 電并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)；所述比較器的第一輸入端的電壓的幅值 通常大于所述基準(zhǔn)電壓；所述傳感器還構(gòu)造成隨著所述電路中流動(dòng)的電流的增大而降低所 述比較器的第一輸入端的電壓；所述可手動(dòng)操作選擇器還構(gòu)造成在選擇了所述預(yù)定電流條 件中的較小的一個(gè)時(shí)降低所述比較器的第一輸入端的電壓。
全文摘要
一種斷路器，該斷路器包括可分離觸點(diǎn)、構(gòu)造成打開和閉合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)、和脫扣機(jī)構(gòu)，該脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以便脫扣打開觸點(diǎn)。脫扣機(jī)構(gòu)包括電流互感器，其構(gòu)造成感測(cè)流過觸點(diǎn)的電流并提供表示該電流的信號(hào)。可手動(dòng)操作選擇器通過使用多個(gè)不同的齊納二極管從多個(gè)預(yù)定電流條件中選擇一個(gè)。每個(gè)預(yù)定電流條件都大于四倍于脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流的電弧減少維護(hù)電流條件。瞬時(shí)脫扣電路與電流互感器和可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作，以便對(duì)表示電流的信號(hào)和從預(yù)定電流條件中選擇的一個(gè)進(jìn)行比較。瞬時(shí)脫扣電路響應(yīng)地使操作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開觸點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01H71/10GK101933112SQ200980103466
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者H·J·卡利諾, T·M·沙克 申請(qǐng)人:伊頓公司