專利名稱：開關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的控制方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的參考本申請(qǐng)是1995年5月15日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)US08/440,783號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于控制電氣開關(guān)設(shè)備的方法和裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種利用音圈(voice coil)驅(qū)動(dòng)器迅速和正確地?cái)嚅_和閉合一個(gè)斷流器來(lái)控制開關(guān)設(shè)備的方法及其裝置。
2.相關(guān)技術(shù)描述由于多方面的原因，在一個(gè)配電系統(tǒng)中需要安裝開關(guān)設(shè)備，例如為了響應(yīng)異常的負(fù)載狀態(tài)而提供自動(dòng)保護(hù)，或是為了斷開和閉合系統(tǒng)的各個(gè)部分。各種類型的開關(guān)設(shè)備包括一個(gè)開關(guān)，用來(lái)根據(jù)情況斷開和閉合一條輸電線路，例如接到電容器組的一條線路；在檢測(cè)到故障時(shí)用于自動(dòng)斷開一條線路的故障斷路器；以及一個(gè)自動(dòng)重合閘裝置，它在檢測(cè)到故障時(shí)迅速地按預(yù)定次數(shù)斷開和閉合，直到故障排除或被鎖定在斷開位置。
在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛地采用了真空斷路器，因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)快速，低能量電弧的斷路，并且其觸頭壽命長(zhǎng)，機(jī)械應(yīng)力低，以及具有高度的操作安全性。真空斷路器中的觸頭被密封在一個(gè)真空室中。有一個(gè)觸頭是動(dòng)觸頭，它的操作元件通過(guò)真空室中的真空密封裝置向外延伸。
發(fā)明概述和目的本發(fā)明的目的之一是提供一種開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)，用于在斷開和閉合期間盡量減少電弧和出現(xiàn)的瞬態(tài)過(guò)程。
本發(fā)明的另一目的是提供一種開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)，它可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它能夠在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這樣就能省去各種類型的機(jī)械系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以用任何通用的電機(jī)控制電路或是專用的運(yùn)動(dòng)控制電路進(jìn)行控制。
本發(fā)明的再一目的是提供一種開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它能夠獲得現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械系統(tǒng)不容易實(shí)現(xiàn)的速度和力。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的同步操作開關(guān)設(shè)備，它可以明顯地縮短開關(guān)操作期間產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)程。
總而言之，包括真空斷路器的開關(guān)設(shè)備已經(jīng)采用了連接到操作元件的各種彈簧負(fù)載機(jī)構(gòu)，用來(lái)正確地?cái)嚅_或是閉合斷路器的觸頭。有一種廣泛應(yīng)用的此類裝置是簡(jiǎn)單的觸發(fā)器連桿機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)的基本功能是將觸頭快速驅(qū)動(dòng)到其斷開或是閉合的位置，以便盡量減少電弧。在各種設(shè)備中需要使用許多彈簧負(fù)載機(jī)構(gòu)及其相應(yīng)的鎖掣和連桿。
為了用驅(qū)動(dòng)彈簧的壓力或是彈力起動(dòng)這些機(jī)械系統(tǒng)，通常需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。這些驅(qū)動(dòng)器可以包括，但不限于電磁線圈，電動(dòng)機(jī)，或是液壓裝置。與斷路器的為了有效地遮斷電流所需要的固有速度相比，這些驅(qū)動(dòng)器比較慢，響應(yīng)時(shí)間也比較差。因此，通常不是直接用它們驅(qū)動(dòng)斷路器的觸頭，而是用來(lái)起動(dòng)快速動(dòng)作的彈簧機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)的起動(dòng)缺陷在于彈簧驅(qū)動(dòng)的操作方式本身不容易受到控制，并且需要大量的技術(shù)工作才能夠精密地調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能。
在實(shí)踐中，這就意味著必須為開關(guān)，故障斷路器和自動(dòng)重合閘裝置以及每種開關(guān)設(shè)備的不同等級(jí)設(shè)計(jì)出適合不同操作要求的許多不同的機(jī)構(gòu)，根據(jù)包括電壓和電流要求在內(nèi)的具體用途，需要采用不同的機(jī)構(gòu)。
另外，針對(duì)電力設(shè)備中普遍使用的高電壓條件，斷路器觸頭的動(dòng)作需要迅速而準(zhǔn)確，以便盡量減少觸頭間的電弧和產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)程。根據(jù)電容器組開關(guān)或是故障斷路的不同用途，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以確定斷開或是閉合斷路器觸頭的最佳動(dòng)作時(shí)間。這一最佳時(shí)間相對(duì)于電壓或電流波形上的一個(gè)精確的點(diǎn)，在這點(diǎn)上，電流斷開或合上將只產(chǎn)生最小電弧或瞬態(tài)過(guò)程。由于慣用的彈簧驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本身不具備這種精密的控制能力，本發(fā)明提供了一種可以實(shí)現(xiàn)波形定點(diǎn)或同步開關(guān)的適用裝置。這種同步操作的斷路器具有雙重的優(yōu)點(diǎn)，那就是減少斷路器觸頭上的磨損，并且能明顯地縮短電力系統(tǒng)下游中開關(guān)設(shè)備單元所經(jīng)歷的一般的瞬態(tài)過(guò)程。
受控的同步操作開關(guān)設(shè)備的另一個(gè)特點(diǎn)是觸頭閉合的速度是可以控制的。在慣用的系統(tǒng)中是用不能控制的高速驅(qū)動(dòng)方式使觸頭閉合的，并且在觸頭到位之前有可能發(fā)生多次反彈斷開。這種反彈現(xiàn)象是有害的，因?yàn)殡S之產(chǎn)生的電弧會(huì)使觸頭軟化，并且在觸頭最終嚙合時(shí)形成強(qiáng)烈的熔焊現(xiàn)象。
按照本發(fā)明的斷流器包括具有至少一個(gè)動(dòng)觸頭的斷流裝置；連接到斷流器的動(dòng)觸頭的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；一個(gè)反饋傳感器，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)；以及連接到反饋傳感器的一個(gè)控制系統(tǒng)，用來(lái)從反饋傳感器接收與驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息，并且根據(jù)這一信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。斷路器進(jìn)一步包括一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的理想運(yùn)動(dòng)圖；以及一個(gè)微處理器，用于將驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)與理想運(yùn)動(dòng)圖相比較，并且根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)與理想運(yùn)動(dòng)圖的比較結(jié)果來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。斷路器還包括一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)需要開關(guān)的線路中的電壓或電流波形，并且向控制系統(tǒng)提供關(guān)于這種波形的信息；而控制系統(tǒng)還要根據(jù)這種關(guān)于波形的信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明可以了解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。下列附圖是用來(lái)解釋本發(fā)明的。
附圖簡(jiǎn)述在下文中，本發(fā)明是參照解釋性的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明的，其中的

圖1是采用音圈驅(qū)動(dòng)器的一種開關(guān)設(shè)備的示意圖；圖2表示開關(guān)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖3是圖2中所示的真空組件的剖面圖；圖4表示圖2中所示實(shí)施例的操作機(jī)構(gòu)的放大圖；圖5表示操作機(jī)構(gòu)主要部件的分解圖；圖6表示系統(tǒng)電壓與時(shí)間和斷路器的介電下降的關(guān)系曲線；圖7是一個(gè)示意圖，表示一種本發(fā)明可以使用的電路；圖8是一個(gè)曲線圖，表示可以在本發(fā)明中使用的一種運(yùn)動(dòng)圖；圖9是可以在本發(fā)明中使用的一種音圈驅(qū)動(dòng)器的示意圖10是本發(fā)明可以使用的一種鎖定機(jī)構(gòu)的示意圖；圖11是本發(fā)明可以使用的一種觸頭壓力彈簧機(jī)構(gòu)的示意圖；圖12是一個(gè)曲線圖，用于解釋電容器開關(guān)在斷開操作時(shí)的同步定時(shí)。
發(fā)明詳述為了更好地理解本發(fā)明，可以參照以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，在其中表示和說(shuō)明了本發(fā)明的最佳典型實(shí)施例。在所有附圖中的標(biāo)號(hào)都是一致的。
在圖1中，輸入電力線2與斷路器4是串聯(lián)連接的，這樣就能用斷路器4斷開線路。線路2可以通過(guò)預(yù)定的指令斷開，如果是故障斷路器，就在故障超過(guò)預(yù)定門限時(shí)斷開。斷路器4的一個(gè)觸頭被連接到一個(gè)操作桿6的一端。操作桿6的另一端可操作地連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，例如是一個(gè)音圈驅(qū)動(dòng)器8。由操作桿6直接操作音圈驅(qū)動(dòng)器8，從而斷開或是閉合斷路器4的觸頭。
音圈驅(qū)動(dòng)器8是一種用磁場(chǎng)和線圈繞組10直接驅(qū)動(dòng)的有限運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)與提供給線圈的電流成正比的力。音圈驅(qū)動(dòng)器8的機(jī)電轉(zhuǎn)換是通過(guò)Lorentz Force(洛倫茲力)的原理來(lái)控制的，這種原理指出，如果將載流的導(dǎo)線置于磁場(chǎng)中，就會(huì)有一個(gè)力作用在導(dǎo)線上。力的大小是由以下公式來(lái)確定的F＝kBLIN其中的F是力，k是一個(gè)常數(shù)，B是磁力線密度，L是導(dǎo)線長(zhǎng)度，I是導(dǎo)線中的電流，而N是導(dǎo)線的匝數(shù)。
通過(guò)音圈繞組10的電流是由控制機(jī)構(gòu)12來(lái)控制的?？梢允褂萌魏瓮ㄓ玫目刂茩C(jī)構(gòu)12。例如，適用的控制機(jī)構(gòu)12包括單環(huán)控制器，可編程邏輯控制器，或是分散的控制系統(tǒng)?？刂茩C(jī)構(gòu)12可以連接到一個(gè)反饋裝置14，由反饋裝置提供關(guān)于操作桿6位置的輸入信號(hào)。
控制機(jī)構(gòu)12還可以連接到一個(gè)鎖定裝置16。在指示用控制機(jī)構(gòu)12固定操作桿6時(shí)，鎖定裝置16就將操作桿6固定在其當(dāng)前的位置。在另一種裝置中，鎖定裝置16可以是一種沒有連接到控制裝置12的永磁體或是機(jī)械鎖定。
在圖2中表示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。操作桿6和斷路器4被裝在一個(gè)單件的細(xì)長(zhǎng)而堅(jiān)固的絕緣密封盒18內(nèi)。密封盒18可以用陶瓷，瓷制品，任何適當(dāng)?shù)臉渲?，或是任何其他合適的堅(jiān)固絕緣材料制成。線路側(cè)的高壓電端子22和負(fù)載側(cè)的高壓電端子20從堅(jiān)固的絕緣盒18中伸出，并且被連接到斷路器4。高壓電端子20和22是相隔180°徑向布置的，并且彼此間相互平行。密封盒18在高壓電端子20和22之間構(gòu)成堅(jiān)固的絕緣，同時(shí)在每個(gè)高壓電端子20和22與電氣地(未示出)之間構(gòu)成堅(jiān)固的絕緣。
斷路器4包括一個(gè)剖面如圖3所示的真空組件或是外殼24，在真空組件24內(nèi)裝有一對(duì)開關(guān)觸頭71，72。真空組件為一對(duì)開關(guān)觸頭的操作提供了一個(gè)外殼和真空的環(huán)境。組件24通常是由細(xì)長(zhǎng)的管狀真空陶瓷外殼73構(gòu)成的，最好是采用氧化鋁材料。開關(guān)觸頭71是動(dòng)觸頭，另一個(gè)開關(guān)觸頭72是靜止或固定的。
一個(gè)特制的配件76被連接到靜觸頭72的柄上，允許相應(yīng)的高壓電端子22成90°角退出。
開關(guān)動(dòng)觸頭71被固定在操作桿6的軸向端的最上面。一種固定方法是將一個(gè)螺栓32擰入動(dòng)觸頭71的移動(dòng)柄75中的開孔連接件74中。當(dāng)開關(guān)觸頭處在圖示的閉合位置時(shí)，在高壓電端子20和22之間就會(huì)形成一條低電阻或是短路的電路。斷路器4進(jìn)一步包括一個(gè)電流交換部件和設(shè)在真空組件24與電流交換部件之間的一個(gè)接口26。電流交換部件包含一個(gè)移動(dòng)活塞28和一個(gè)固定的外殼30。在本實(shí)施例中，操作桿6是由電絕緣材料制成的。
操作桿6的另一端被一個(gè)固定銷36固定在音圈驅(qū)動(dòng)器8的法蘭34上。用于保持上述部件的位置的銷36可以用任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸?lái)固定，例如采用一對(duì)夾持環(huán)。一個(gè)循環(huán)的帶狀滾珠軸承38以及用來(lái)保持滾珠軸承38的開口環(huán)40可以使操作桿6平滑地移動(dòng)。音圈繞組10被設(shè)置在音圈驅(qū)動(dòng)器8的外部體和法蘭34之間。側(cè)面法蘭42被固定在音圈驅(qū)動(dòng)器8的外部體上，并且連接到側(cè)面托架44上，從而將音圈驅(qū)動(dòng)器8牢固地固定在一個(gè)保護(hù)殼46中。保護(hù)殼46通過(guò)外殼法蘭48連接到保護(hù)殼46的蓋50上，保護(hù)殼的蓋50又通過(guò)蓋的法蘭52連接到堅(jiān)固的絕緣密封盒18上。象堅(jiān)固的絕緣密封盒18一樣，保護(hù)殼46也是用陶瓷，瓷制品，任何適當(dāng)?shù)臉渲?，或是任何其他合適的堅(jiān)固絕緣材料制成的。
本實(shí)施例中的反饋裝置14是一個(gè)位置傳感器，例如是一個(gè)線性電位計(jì)14。線性電位計(jì)14可以由一個(gè)三端變阻器或是具有一或多個(gè)滑動(dòng)調(diào)節(jié)觸點(diǎn)的電阻器構(gòu)成，這樣就構(gòu)成了一個(gè)可調(diào)節(jié)的分壓器。線性電位計(jì)14向控制機(jī)構(gòu)12提供關(guān)于操作桿6的位置信息，由控制機(jī)構(gòu)來(lái)控制音圈驅(qū)動(dòng)器8。反饋裝置14也可以是一個(gè)光電編碼器。
鎖定裝置16是用來(lái)固定操作桿6的。鎖定裝置可以是諸如電磁鐵一類的可控裝置，或是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，或是一個(gè)永磁體鎖定，它包括一個(gè)鎖定磁鐵54，一個(gè)用非鐵材料制成的墊片56，用來(lái)將鎖定磁鐵54固定在保護(hù)殼蓋50上的螺栓58，用鋼鐵材料制成的鎖定板60，以及用來(lái)將鎖定板60固定在操作桿6上的一個(gè)鎖定板銷62。
為了更加充分地了解本發(fā)明，需要參照?qǐng)D4和5。圖4表示圖2中所示實(shí)施例的操作機(jī)構(gòu)的放大圖，而圖5表示了操作機(jī)構(gòu)主要部件的分解圖。
以下要說(shuō)明關(guān)于本發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
圖6表示繪制在一條電壓電平v(t)與時(shí)間t的關(guān)系曲線上的電壓信號(hào)100。在60Hz的條件下，理想的每半個(gè)周期是8.33ms。然而，由于諧波或是不對(duì)稱狀態(tài)會(huì)改變實(shí)際的周期，使得給定的半個(gè)周期可能會(huì)大于或是小于8.33ms。
在電容器開關(guān)設(shè)備中，為了盡量減少電弧和產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)程，斷路器的觸頭最好是在v(t)等于零的零點(diǎn)時(shí)刻上瞬間閉合。參見圖6中的點(diǎn)A。然而，由于觸頭不可能在瞬間閉合，為了盡量減少瞬態(tài)過(guò)程和電弧，需要對(duì)開始斷開和閉合程序的初始定時(shí)進(jìn)行精密的控制。
在圖7中表示了本發(fā)明使用的一種控制電路200的最佳實(shí)施例?？刂齐娐?00的核心是一個(gè)適合在大溫度范圍內(nèi)使用的微處理器202。
由斷路器4控制的電力線上的電壓波形是由電壓波形分析器204，鎖相環(huán)電路206，以及一個(gè)Vzero過(guò)零檢測(cè)電路208來(lái)分析的。包括電壓v(t)為零的零點(diǎn)A時(shí)刻在內(nèi)的關(guān)于準(zhǔn)備切斷的線路上的電壓波形的信息被輸入到微處理器202?；蛘呤窃跊]有鎖相環(huán)電路206的情況下使用電壓波形分析器204脫離線路直接測(cè)量電壓波形。
斷開和閉合指令分別通過(guò)輸入端210和212被輸入到微處理器202。斷開和閉合指令用手工產(chǎn)生，可以由時(shí)鐘按照預(yù)置的時(shí)間啟動(dòng)，可以通過(guò)外部的控制來(lái)啟動(dòng)，或是可以由故障檢測(cè)來(lái)觸發(fā)，這些都取決于斷路器4的具體用途。
在必要時(shí)可以向微處理器202輸入一個(gè)復(fù)位信號(hào)214，用人工使微處理器202復(fù)位。例如，如果斷路器4是人工操縱的，微處理器202可能沒有被設(shè)定在斷路器4的當(dāng)前狀態(tài)。在這種情況下就應(yīng)該將微處理器202復(fù)位。
可以用狀態(tài)指示器來(lái)指示電路200或斷路器4的各種狀態(tài)。這種指示器可以包括一個(gè)維修燈216，在需要維修時(shí)提供指示，一個(gè)電源指示燈218，一個(gè)開關(guān)斷開指示器220，一個(gè)開關(guān)閉合指示器222，以及一個(gè)用來(lái)對(duì)周期或是系統(tǒng)的操作計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器224。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例可以包括兩個(gè)控制系統(tǒng)。第一控制系統(tǒng)是通用的，因此不必在此說(shuō)明其細(xì)節(jié)，它被用來(lái)確定由斷路器4控制的線路在何時(shí)需要斷開或是閉合。第一控制系統(tǒng)可以包括一個(gè)故障檢測(cè)器或是一個(gè)定時(shí)器，用來(lái)在檢測(cè)到故障時(shí)或是在預(yù)定的時(shí)間斷開線路。
或者是可以直接向系統(tǒng)輸入一個(gè)斷開或閉合指令。無(wú)論是由第一控制系統(tǒng)或是人工發(fā)出的斷開或閉合指令都是分別從輸入端210和212輸入到微處理器202的。
圖7所示的第二控制系統(tǒng)200分析線路上的電壓波形，并且確定斷路器4開始斷開和閉合的最佳時(shí)間，以便盡量減少瞬態(tài)過(guò)程和電弧。
每個(gè)斷路器4具有一定的絕緣強(qiáng)度，它確定了電弧從一個(gè)觸頭跳到另一個(gè)觸頭的可能性。絕緣強(qiáng)度取決于許多因素，這其中包括斷路器4內(nèi)部的介質(zhì)以及觸頭71，72之間的距離。圖6表示了在觸頭之間的距離逐漸靠近時(shí)在觸頭71，72之間的絕緣強(qiáng)度隨時(shí)間的變化或是下降。參見圖6中的線C。在理想的情況下，觸頭之間的絕緣強(qiáng)度在觸頭71，72閉合的瞬間之前都應(yīng)該是無(wú)窮大。如圖6中的線B所示。在實(shí)際情況下，介電是隨著觸頭的彼此接近而向下傾斜地快速下降的。參見圖6中的線C。如果介電下降的斜率足夠大，并且絕緣強(qiáng)度維持在大于電壓波形，就可以消除或是顯著地減少電弧和瞬態(tài)過(guò)程的產(chǎn)生。
在斷路器操作期間需要考慮的另一個(gè)因素是觸頭之間在斷開和閉合期間的相對(duì)速度。如果觸頭緩慢地移動(dòng)，介電下降的斜率就會(huì)較低，這時(shí)就有可能產(chǎn)生電弧。反之，如果觸頭移動(dòng)得太快，特別是在閉合時(shí)，觸頭就有可能彼此跳開，產(chǎn)生不應(yīng)有的電弧和瞬態(tài)過(guò)程。因此，對(duì)于斷路器的每種用途來(lái)說(shuō)都可能存在一種唯一的理想運(yùn)動(dòng)圖。圖8表示了一例運(yùn)動(dòng)圖，其中的橫坐標(biāo)表示動(dòng)觸頭71的位置，縱坐標(biāo)代表觸頭71移動(dòng)的速度。橫坐標(biāo)上的0點(diǎn)代表觸頭71的開始或最大斷開位置，而點(diǎn)x表示閉合位置，觸頭71在x點(diǎn)上接觸到靜觸頭72。在起動(dòng)閉合指令時(shí)，0點(diǎn)上的速度為零。速度可以很快地增加到最大速度Vmax。速度盡量長(zhǎng)時(shí)間地維持在Vmax，但是在接近接觸點(diǎn)x時(shí)降低，以便盡量減少跳動(dòng)。
在斷開過(guò)程中，為了防止在剛剛斷開后出現(xiàn)再觸發(fā)或是再點(diǎn)火，運(yùn)動(dòng)圖仍然是重要的。如果觸頭分離的速度太慢，或是在電壓電平過(guò)高的時(shí)刻分離，就可能產(chǎn)生過(guò)多的電弧。本領(lǐng)域的技術(shù)人員有能力確定這種斷開和閉合過(guò)程中的理想運(yùn)動(dòng)圖，并且用這種運(yùn)動(dòng)圖在電路200中編程。
從圖12中比較容易理解電容器開關(guān)設(shè)備中的斷開操作定時(shí)。圖12涉及一種包括電容器組的系統(tǒng)中的斷開過(guò)程。線4表示完全充電的電容器的電壓電平。開關(guān)在點(diǎn)2處開始斷開，并且形成電弧。然而，這一點(diǎn)上的電流是下降的，而電弧會(huì)在電流的零點(diǎn)3處熄滅。系統(tǒng)電壓在此時(shí)處于其峰值，但是由于電容器組上的電荷接近峰值系統(tǒng)電壓，觸頭兩端的電壓是很小的。隨著系統(tǒng)電壓開始下降，電容器組上的電壓仍然很高，這樣就會(huì)使觸頭兩端的電壓升高。為了避免出現(xiàn)再觸發(fā)或是再點(diǎn)火，觸頭應(yīng)以足夠的加速度分離，以便使介電的上升速度大于觸頭之間電壓的上升速度。
上述運(yùn)動(dòng)控制功能可以由裝入微處理器/微控制器的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或是由與微處理器連接的附加的專用運(yùn)動(dòng)控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)存儲(chǔ)器中為一種特定的運(yùn)動(dòng)圖編程，存儲(chǔ)器可以是一個(gè)外部運(yùn)動(dòng)控制電路226中的獨(dú)立的EEPROM芯片，或是微處理器或微控制器上攜帶的存儲(chǔ)器。運(yùn)動(dòng)控制電路226被連接到反饋裝置(編碼器)14和一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)電路228。PWM228控制著提供給音圈驅(qū)動(dòng)器8的電流。由于驅(qū)動(dòng)音圈驅(qū)動(dòng)器8的驅(qū)動(dòng)力與提供給音圈驅(qū)動(dòng)器8的電流是成正比的，驅(qū)動(dòng)器6(以及動(dòng)觸頭71)的速度是由PWM228來(lái)控制的。因此，音圈驅(qū)動(dòng)器8是由一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)來(lái)控制的，該系統(tǒng)中包括位置編碼器14，它可以將驅(qū)動(dòng)器8的位置信號(hào)傳送給運(yùn)動(dòng)控制電路226。運(yùn)動(dòng)控制電路226將驅(qū)動(dòng)器8的實(shí)際位置與運(yùn)動(dòng)控制電路226中編程的理想運(yùn)動(dòng)圖相比較。PWM根據(jù)實(shí)際位置與理想運(yùn)動(dòng)圖的比較結(jié)果來(lái)控制音圈驅(qū)動(dòng)器8，使其運(yùn)動(dòng)方式盡量接近理想的預(yù)定運(yùn)動(dòng)。
用來(lái)監(jiān)測(cè)需要切斷的線路上的實(shí)際電壓波形的電路204，206，208進(jìn)一步修正驅(qū)動(dòng)器的控制。例如，對(duì)一種具體的設(shè)備，可以確定觸頭71，72應(yīng)該在電壓信號(hào)v(t)的過(guò)零點(diǎn)A時(shí)刻(圖6)的1ms之內(nèi)斷開或是閉合。在運(yùn)動(dòng)控制電路226中預(yù)先編程的理想運(yùn)動(dòng)圖包括從發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)時(shí)到觸頭71，72閉合時(shí)驅(qū)動(dòng)器8的總體反應(yīng)和運(yùn)行時(shí)間。如果理想運(yùn)動(dòng)圖指示觸頭在啟動(dòng)信號(hào)之后閉合反應(yīng)和運(yùn)行時(shí)間為7ms，微處理器就分析需要切斷的線路上的實(shí)際電壓波形，并且確定應(yīng)該發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)的各個(gè)零點(diǎn)之間的具體時(shí)間。電路204，206，208首先產(chǎn)生實(shí)際的循環(huán)周期以及由此形成的過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間長(zhǎng)度。然后，控制電路200在一個(gè)零點(diǎn)時(shí)刻的一個(gè)時(shí)間之后開始操作音圈驅(qū)動(dòng)器8，這一時(shí)間等于零點(diǎn)之間的實(shí)際時(shí)間減去驅(qū)動(dòng)器8的反應(yīng)和運(yùn)行時(shí)間。因此，如果實(shí)際電壓波形顯示出零點(diǎn)之間的時(shí)間是8.3ms，并且上述反應(yīng)和運(yùn)行時(shí)間是7ms，斷開過(guò)程就應(yīng)該在零點(diǎn)之后的1.3ms處開始。在另一個(gè)實(shí)施例中，在系統(tǒng)中假定零點(diǎn)之間的實(shí)際時(shí)間是8.33ms，而起動(dòng)是根據(jù)這種假設(shè)來(lái)計(jì)算的。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可在控制電路200中為多個(gè)運(yùn)動(dòng)圖預(yù)編程，并且可以通過(guò)操作者的輸入來(lái)選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)圖。
在開始上述程序時(shí)，由編碼器14監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器8的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，并將其與理想運(yùn)動(dòng)圖相比較。PWM228根據(jù)驅(qū)動(dòng)器8的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與理想運(yùn)動(dòng)圖的比較來(lái)調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動(dòng)器8的電流。
圖9表示了另一實(shí)施例的音圈驅(qū)動(dòng)器308，它可以用于本發(fā)明中的任一實(shí)施例。音圈驅(qū)動(dòng)器308包括一個(gè)環(huán)形磁體310，它最好是一個(gè)4MGO的陶瓷磁體。磁體310被裝在下磁極件312和上磁極件314之間。這些磁極件是用鐵磁材料制成的，例如鋼或是鐵。磁極件312，314包括一個(gè)中心孔316，操作桿318貫穿此中心孔。用一個(gè)自動(dòng)潤(rùn)滑的聚合物軸承320將操作桿318支撐在磁極件312，314中，例如采用IGUSTM軸承320。
一個(gè)鋁板328被固定到桿318上。線圈330在板328的外邊沿上從板328延伸進(jìn)入下磁極件312與磁體310之間形成的氣隙槽332。線圈330可以用扁平的導(dǎo)線制成，以便盡量增加氣隙槽332內(nèi)可以安裝的匝數(shù)。
可以用一個(gè)24v的電池來(lái)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器308，或是采用任何其他適當(dāng)?shù)碾娫?，包括一種自動(dòng)范圍調(diào)整的AC-DC轉(zhuǎn)換器。
為了將裝置鎖定在一個(gè)特定的位置，操作桿318可以包括一個(gè)槽320，在槽中安放一個(gè)球體322。參見圖10，彈簧340和帽326迫使球體322進(jìn)入槽320，將桿318限制在一個(gè)固定位置。如果施加一個(gè)力，就能使桿318脫離球體322，力的大小取決于彈簧324的強(qiáng)度。
為了保證觸頭71，72之間的良好連接，在桿6(或318)上可以施加彈簧340或是其他的力，迫使觸頭71用預(yù)定的力頂住觸頭72，例如60-100磅的力。彈簧可以由驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作壓縮。從圖11中可見，操作桿6，318可以包括一個(gè)法蘭342，它提供了一個(gè)可以壓住彈簧340的表面。可以用另一個(gè)支撐面344來(lái)支撐彈簧340的另一端。
彈簧340的附加作用是在兩個(gè)觸頭71，72之間維持一個(gè)適當(dāng)?shù)牧?。例如，在反?fù)操作之后，電弧有可能造成觸頭磨損。由于彈簧力的作用，即使已經(jīng)出現(xiàn)了磨損，兩個(gè)觸頭仍被迫相互頂在一起。另外，在閉合位置上，力的作用可以降低觸頭之間的電阻，這樣就能減少熱損耗。
如果觸頭出現(xiàn)了磨損，為了適應(yīng)這種磨損，操作桿6，318的運(yùn)動(dòng)距離就會(huì)增大。由于位置傳感器14可以監(jiān)測(cè)到操作桿6，318運(yùn)動(dòng)的距離，可以通過(guò)系統(tǒng)中的程序發(fā)出維修信號(hào)216，或是點(diǎn)亮其他的指示燈，指示出觸頭71，72上出現(xiàn)了過(guò)度的磨損。在系統(tǒng)中還可以修改其運(yùn)動(dòng)圖，以便能逐漸增大行程。
盡管在此處僅僅提供了最佳的實(shí)施例，按照上文的技術(shù)方案和附加的權(quán)利要求書的提示，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的條件下顯然還可以對(duì)本發(fā)明作出各種許多修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種斷路器，包括具有至少一個(gè)動(dòng)觸頭的斷路裝置；連接到斷路器的動(dòng)觸頭的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；一個(gè)反饋傳感器，用于監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)；以及連接到反饋傳感器的一個(gè)控制系統(tǒng)，用來(lái)從反饋傳感器接收與驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息，并且根據(jù)這一信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征是進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的理想運(yùn)動(dòng)圖的裝置；以及用于將驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)與理想運(yùn)動(dòng)圖相比較的裝置，并且根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)與理想運(yùn)動(dòng)圖的比較結(jié)果來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征還包括一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)需要開關(guān)的線路中的電壓波形，并且向控制系統(tǒng)提供關(guān)于這種電壓波形的信息；而其中的控制系統(tǒng)還要根據(jù)這種關(guān)于電壓波形的信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求2的斷路器，其特征進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)需要斷開的線路中的電壓波形，并且向控制系統(tǒng)提供關(guān)于這種電壓波形的信息；而其中的控制系統(tǒng)還要根據(jù)這種關(guān)于電壓波形的信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征是上述驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)音圈驅(qū)動(dòng)器。
6.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征是上述反饋傳感器是一個(gè)線性電位計(jì)。
7.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征是上述斷路裝置是一個(gè)真空斷路器。
8.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征進(jìn)一步包括將斷路裝置偏置在閉合位置的一個(gè)彈簧。
9.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征進(jìn)一步包括一個(gè)用來(lái)限制驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的鎖定裝置。
10.按照權(quán)利要求4的斷路器，其中，上述驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)音圈驅(qū)動(dòng)器；反饋傳感器是一個(gè)線性電位計(jì)；斷路裝置是一個(gè)真空斷路器；并且包括一個(gè)將斷路裝置偏置在閉合位置的彈簧以及用來(lái)限制驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的一個(gè)鎖定裝置。
11.按照權(quán)利要求1的斷路器，其特征是進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)需要開關(guān)的線路中的電流波形，并且向控制系統(tǒng)提供關(guān)于這種電流波形的信息；而其中的控制系統(tǒng)還要根據(jù)這種關(guān)于電流波形的信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
12.用于切斷線路中的電流的一種斷路器包括具有至少一個(gè)動(dòng)觸頭的斷路裝置；連接到斷路器的動(dòng)觸頭的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)需要切斷的線路中的電壓或是電流波形；以及連接到上述傳感器的一個(gè)控制系統(tǒng)，用來(lái)從傳感器接收關(guān)于波形的信息，并且根據(jù)這種波形來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
13.按照權(quán)利要求12的斷路器，其特征進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的理想運(yùn)動(dòng)圖的裝置；其中的控制系統(tǒng)根據(jù)這種理想運(yùn)動(dòng)圖來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
14.按照權(quán)利要求12的斷路器，其特征是上述驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)音圈驅(qū)動(dòng)器；反饋傳感器是一個(gè)線性電位計(jì)；并且斷路裝置是一個(gè)真空斷路器。
15.按照權(quán)利要求12的斷路器，其特征進(jìn)一步包括將斷路裝置偏置在閉合位置的一個(gè)彈簧以及用來(lái)限制驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的一個(gè)鎖定裝置。
16.具有驅(qū)動(dòng)器的一種斷路器的控制方法，其特征是包括以下步驟用一個(gè)反饋傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)；將運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果提供給一個(gè)控制系統(tǒng)，用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)；以及由控制系統(tǒng)根據(jù)提供給控制系統(tǒng)的上述結(jié)果來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括以下步驟存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的所需運(yùn)動(dòng)圖；將監(jiān)測(cè)結(jié)果與所需運(yùn)動(dòng)圖相比較；以及根據(jù)上述比較步驟進(jìn)一步控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
18.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括以下步驟檢測(cè)需要切斷的線路中的電壓波形；向控制系統(tǒng)提供電壓波形的檢測(cè)結(jié)果，并且由控制系統(tǒng)根據(jù)提供給控制系統(tǒng)的電壓波形檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
19.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括以下步驟檢測(cè)需要切斷的線路中的電流波形；向控制系統(tǒng)提供電流波形的檢測(cè)結(jié)果，并且由控制系統(tǒng)根據(jù)提供給控制系統(tǒng)的電流波形檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
20.具有驅(qū)動(dòng)器的一種斷路器的控制方法，其特征是包括以下步驟檢測(cè)需要切斷的線路中的電壓或電流波形；將波形檢測(cè)結(jié)果提供給用于控制驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)；以及由控制系統(tǒng)根據(jù)提供給控制系統(tǒng)的上述結(jié)果來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一個(gè)斷路器(4)包括具有至少一個(gè)動(dòng)觸頭(71)的斷路裝置(4);連接到斷路裝置(4)的動(dòng)觸頭(71)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(8);一個(gè)反饋傳感器(14),用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng);以及連接到反饋傳感器(14)的一個(gè)控制系統(tǒng)(12),用來(lái)從反饋傳感器(14)接收與驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息,并且根據(jù)這一信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng)。斷路器(4)進(jìn)一步包括一個(gè)存儲(chǔ)器(202),用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器(8)的所需的運(yùn)動(dòng)圖;以及一個(gè)微處理器(202),用于將驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)與所需的運(yùn)動(dòng)圖相比較,并且根據(jù)驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng)與所需的運(yùn)動(dòng)圖的比較結(jié)果來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng)。斷路器(4)還包括一個(gè)傳感器(204),用于檢測(cè)需要切斷的線路中的電壓波形,并且向控制系統(tǒng)(12)提供關(guān)于電壓波形的信息;而控制系統(tǒng)(12)還要根據(jù)這種關(guān)于電壓波形的信息來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器(8)的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H01H33/66GK1190487SQ96195303
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1996年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月15日
發(fā)明者M·P·杜克, G·P·麥科米克 申請(qǐng)人:庫(kù)帕實(shí)業(yè)公司