用于多相开关装置的电弧能量减少方法及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于多相开关装置的电弧能量减少方法及设备。用于在电触头的断开和闭合期间减少电弧能量和触头腐蚀的三相开关装置和方法，该装置具有一个电磁体和一个电枢。该装置和方法允许通过控制电枢在断开和闭合过程期间行进的速度来紧挨着其电流过零点之前的计算的目标点处闭合所有三个相。

【技术实现步骤摘要】
用于多相开关装置的电弧能量减少方法及设备专利
本专利技术大体上涉及电弧能量减少，并且具体地涉及在三相电磁操作开关装置中的电弧能量减少。专利技术背景诸如三相接触器的多相开关装置中的电触头被暴露于在开关装置的寿命期间消散的总电弧能量。因此，开关装置的寿命在很大程度上由在触头的每个闭合和断开期间发生的电弧量确定。减少由触头消散的总电弧能量的方法在这方面是有益的。触头需要消散的能量越少，越少发生对触头材料的腐蚀。这可以增加触头的预期寿命和/或通过触头材料减少来降低触头成本。在三相装置中，必须考虑每个单独相的触头组的弧触头腐蚀。众所周知的是，交流电(AC)电路在其电流通过正电流周期和负电流周期的过零点时的点处将显著地减少电弧。多年来，诸如接触器的三相电磁操作开关装置同时断开所有的三个相，而不管在该相关于它们的过零点在哪里，其产生显著的电弧。接触器构造通常保持不变，这是由于它们首先被专利技术。接触器包括电枢，其通常偏置到延伸位置并且当电力被施加到接触器的电磁线圈时可移动到缩回位置。通常，接触器电枢被附接到支撑三个活动触头的触头载体，三相电源的每个相使用一个触头。当电力被施加到磁线圈时，三个活动触头通过电枢移动而与三个静触头接触。当电力从磁线圈移除时，该电枢偏置到其延伸位置，其中，三个活动触头几乎同时与三个静触头分离。由于接触器基本上同时断开所有的三个触头，因此确定至少两个相将在非零电流处断开，并且可能全部三个将在非零电流处断开。因此，在触头处产生显著的电弧。首先尝试当一个相接近其最低电流电平并且触发接触器尽可能接近该点断开时来减少接触电弧，其试图使用监控电流波形的控制器来计算。如果计算是准确的，则其将减少在该单相中的电弧，但是其它两相仍将产生显著的电弧，这是由于它们将在较高的电流电平处断开。尝试进一步地减少电弧已经在断开第二触头和第三触头中采用固定的机械时延，使得它们将更靠近它们的最小电流电平断开。固定的机械时延通过相对于其它两个触头偏移一个触头来实现。机械时延由偏移的长度和在电力从电磁体移除之后偏置弹簧断开触头的速度来确定。如果准确地确定偏移距离和偏置弹簧力，则可以初始减少第二触头和第三触头中的电弧。然而，制造公差和从一批部件到另一批部件或者一个供应商到另一个供应商的细微差异可以影响第一触头断开和第二及第三触头断开之间的时序。即使初始时序是准确的，但第二触头和第三触头随着时间将开始以比第一触头更快的速度腐蚀，该第一触头具有基于所监控的电流波形的受控断开。另外，触头厚度的任何变化将影响第二触头断开和第三触头断开的时序。由于触头腐蚀增加，第一触头断开和第二及第三触头断开之间的机械时延将减小，其引起第二触头和第三触头断开更高的电流。对于第二触头和第三触头，更多电弧及甚至更快的腐蚀将导致对于开关装置的较短寿命。在最近的尝试中，每个电相具有用于监控其电流波形的控制器和用于在其最低电流电平处断开和闭合它的触头的开关装置。虽然这确实显著地减少电弧，但是也显著地增加三相开关装置的成本。因此，将期望开发采用原来较便宜的单个控制器、单个电磁体和电枢设计的三相开关装置，其可以将电弧电平减小到大体上相当于三个控制器、三个开关装置电平的点，并且具有补偿制造公差、批次和供应商差异、电流频率差异、摩擦和部件退化的能力，以延长开关装置的触头寿命。专利技术概述本专利技术提供了用于在三相电路的断开期间通过在紧挨着所有三相的电流过零点之前的计算的目标点处断开触头来显著地减少触头电弧和延长触头寿命的三相开关装置和方法。所述开关装置和方法还补偿开关装置的寿命期间触头腐蚀。本专利技术提供了用于减少三相开关装置的电弧能量和触头腐蚀的方法，该方法包括以下步骤：通过控制/监控电路监控三相电气系统的电特性；通过控制/监控电路检测第一断开相的参考点；通过控制/监控电路确定第一断开相的波形上的第一目标点和用于发起第一断开相精确地在第一目标点处的断开的触发点；通过控制/监控电路确定用于第二断开相和第三断开相的第二目标点；响应于检测到触发点，通过控制监控电路向开关装置发起断开信号；通过线圈电源电路调整开关装置的电枢的速度，使得第二断开相和第三断开相精确地在第二目标点处断开。本专利技术还提供减少电弧能量和触头腐蚀的三相电磁开关系统，该系统包括：具有线圈和电枢的电磁体，该电枢可在当线圈受到激励时的第一位置和当线圈被去激励时的第二位置之间移动，该电枢支撑三个桥接触头，每个桥接触头与三相电源的三个电相中的一个相关联；控制/监控电路，用于监控三相电源的特性，确定用于第一断开相的第一目标点，确定用于发起第一断开相的断开的第一触发点，使得第一断开相将精确地在第一目标点处断开，以及用于第二和第三同时断开相的第二目标点；以及线圈电源电路，其向线圈提供脉宽调制信号，使得电枢的速度可以被调整以确保第二和第三同时断开相精确地在第二目标点处断开。附图简述图1图示处于第一位置的本专利技术的电磁接触器。图2图示处于第二位置的本专利技术的电磁接触器。图3图示根据本专利技术的对于三相触头的受控断开的电流波形。图4是用于根据图3的电流波形断开三相电路的算法的流程图。图5图示向接触器的电磁体的线圈提供电力的线圈电源电路的第一实施例。图6图示向接触器的电磁体的线圈提供电力的线圈电源电路的第二实施例。示例实施例的详细描述本专利技术提供了减少由三相电触头的断开和闭合引起的电弧能量的开关装置方法。图1图示本专利技术的三相电磁开关装置，通常被称为接触器且由参考数字10表示。接触器10包括具有线圈18的电磁体14、电枢22、偏置弹簧26、可移动桥接触头30、34和38以及固定触头42、46和50。电磁体14在线圈18受到线圈电源电路54激励时产生磁场并且在线圈18去激励时不产生磁场。电枢22在当线圈18去激励时(图1)电枢22由偏置弹簧26偏置的第一位置和当线圈18受到线圈电源电路54激励时的第二位置之间可移动，在所述第二位置，所产生的磁场克服偏置弹簧26的力，从而将电枢22拉动与电磁体14接触(图2)。电枢22支撑三个可移动桥接触头30、34和38，当电枢22在其第一位置和第二位置之间移动时，该三个可移动桥接触头在第一位置和第二位置之间移动。如在图1中可以看出，桥接触头30、34和38分别与固定触头42、46和50间隔开。在图2中，桥接触头30、34和38分别与固定触头42、46和50物理接触。固定触头42、46和50是间隔开的对，使得每对中的一个连接到三相电源58中的一相并且每对中的另一个连接到负载62。因此，当电枢处于其第一位置时，没有向负载62供应电力，并且当处于其第二位置时向负载62供应电力。当桥接触头30、34和38分别与固定触头42、46和50接触或断开接触时，产生电弧。由于电弧的强度和由电弧引起的触头腐蚀直接与桥接触头30、34和38正在接通或断开的电流的幅值有关，因此精确地控制所有三个桥接触头30、34和38在接触器10的寿命期间接通或断开电流的电流波形上的点是重要的。图3图解地图示用于断开三相电路同时产生触头30、34、38、42、46和50的最小电弧和腐蚀的本专利技术的方法。该方法包括紧挨着其电流波形通过它的过零点之前的第一计算的目标点TP1处断开三相电源58的一相，以及紧挨着两个剩余相的电流波形同时通过它们的过零点之前的第二计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少三相电磁开关装置中的电弧能量和触头腐蚀的方法，包括以下步骤：通过控制/监控电路监控三相电气系统的电特性；通过所述控制/监控电路检测用于第一断开相的参考点；通过所述控制/监控电路确定所述第一断开相的波形上的第一目标点和用于发起所述第一断开相精确地在所述第一目标点处断开的触发点；通过所述控制/监控电路确定用于第二断开相和第三断开相的第二目标点；响应于检测到所述触发点，通过所述控制监控电路来向所述开关装置发起断开信号；通过线圈电源电路调整所述三相开关装置的电枢的速度，使得所述第二断开相和所述第三断开相精确地在所述第二目标点处断开。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 14/976,0981.一种用于减少三相电磁开关装置中的电弧能量和触头腐蚀的方法，包括以下步骤：通过控制/监控电路监控三相电气系统的电特性；通过所述控制/监控电路检测用于第一断开相的参考点；通过所述控制/监控电路确定所述第一断开相的波形上的第一目标点和用于发起所述第一断开相精确地在所述第一目标点处断开的触发点；通过所述控制/监控电路确定用于第二断开相和第三断开相的第二目标点；响应于检测到所述触发点，通过所述控制监控电路来向所述开关装置发起断开信号；通过线圈电源电路调整所述三相开关装置的电枢的速度，使得所述第二断开相和所述第三断开相精确地在所述第二目标点处断开。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考点是所述第一断开相的电流波形的过零点。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一目标点是在所述参考点之后的选择的整数个半周期。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述触发点根据所述参考点和所述第一目标点来计算。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一目标点是紧挨着所述第一断开相的波形的过零点之前的点。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二目标点是在所述第一目标点之后的确定数目的电度。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二目标点是所述第一目标点之后的、至少部分地由所述三相开关装置断开连接的负载所确定的数量的电度。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二目标点对于电动机负载是在所述第一目标点之后的约90电度。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述线圈电源电路向所述电磁体的线圈提供脉宽调制信号，以调整由所述电磁体产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·M·杰弗里斯，本杰明·W·爱德华兹，马修·L·怀特，艾伦·弗里曼，理查德·卡尔·韦勒，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US