用于单相电机和三相电机的开关设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于单相电机(16)和三相电机(14)的开关设备(4)，其中，该开关设备(4)具有处理单元(6)和第一、第二和第三电流路径(1，3)，其中，第一和第三电流路径(1，3)分别包括电流互感器(5)，其中所述处理单元(6)能借助电流互感器(5)检测第一电流路径(1)的电流I1和第三电流路径(3)的电流I3。为了提供用于单相电机(16)和三相电机(14)的廉价的开关设备(4)，该开关设备能够在三相运行时识别每个相位(11，12，13)的故障以及在单相运行时识别相故障，而提出，处理单元(6)这样地设计，即其检测第一和第三电流路径(1，3)的电流I1，I3，并且通过在第一和第三电流路径(1，3)的检测的电流I1，I3之间的相移确定开关设备(4)的当前的运行类型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于单相电机和三相电机的开关设备
本专利技术涉及一种开关设备，借助该开关设备不仅可以控制单相电机也可以控制三相电机，以及涉及一种开关设备的方法。
技术介绍
在工业自动化技术的领域中，电负载(例如电机)为了能量供给而连接至供电网。供电网尤其是低压电网。通常在欧洲的低压电网中应用的电压为230伏特的星形电压的额定值。为了对电负载进行控制，对电负载的能量供给通过开关设备来执行，从而借助该开关设备能够控制该负载。开关设备因此在输入侧与供电网连接并且在输出侧与电负载连接。在电机的情况中，这种类型的开关设备通常是电机启动器。如果供电网是三相交流电网并且用户是三相电机，那么在用户上施加三相交流电。三相交流电通过开关设备，尤其是通过其三个导电路径引导至用户，从而在开关设备上存在三相运行。在三相交流电的情况中，在合乎规定的运行中存在相同频率的三个单独的交流电流或者交流电压，其彼此具有固定的120°的相移。交流电流是这样的电流，该电流使其方向(极性)规律重复地变化，并且在正的和负的瞬时值的情况中这样进行补充，即电流在时间平均上为零。如果用户是单相电机，那么三相交流电网的一个相通常通过开关设备的各个电流路径引导至单相电机。在开关设备处存在单相运行。在用于电机的或者非电机的负载的电子开关设备的情况中优选的是，能够识别出例如相故障、相过载、相非对称性的不同的网络故障，以在该种情况中断开负载并且向使用者报告该错误。这样的错误可以是各个、多个或者全部的三个相的缺失。也要一同考虑对各个或者多个电机导线的中断的识别。为了测定这样的网络故障、不对称性和过载情况，通常由中间连接的开关设备来检测和评估各个相的电压值和电流值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于单相电机和三相电机的廉价的开关设备，其在三相运行中能够识别每个单独的相的故障，以及在单相运行中能够识别相故障。此外优选的是，该开关设备不仅对于三相运行而且对于单相运行都允许在连接的相方面进行相过载识别。此外，开关设备优选地识别相不对称性和/或在三相运行中识别出两个任意相的故障和/或所有三个相的故障。该目的通过根据权利要求1的装置实现，也就是通过用于单相电机和三相电机的开关设备实现，其中，开关设备包括处理单元和第一、第二和第三电流路径，其中，第一和第三电流路径分别包括电流互感器，其中，处理单元能借助电流互感器检测所述第一电流路径的电流I1和第三电流路径的电流I3，其中，处理单元这样地设计，即处理单元检测第一和第三电流路径的电流I1，I3，并且通过在第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3之间的相移确定开关设备的当前运行类型，并且该目的通过根据权利要求8所述的方法实现，也就是通过用于单相电机和三相电机的开关设备的方法实现，其中开关设备包括处理单元和第一、第二和第三电流路径，其中，第一和第三电流路径分别包括电流互感器，其中，处理单元能借助电流互感器检测第一电流路径的电流I1和第三电流路径的电流I3，其中，处理单元为了确定开关设备的当前运行类型而执行以下步骤：-检测第一和第三电流路径的电流I1，I3，-根据第一和第三电流路径的电流I1，I3来测定表征在第一和第三电流路径的电流I1，I3之间的相移的值，-通过评估表征在第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3之间的相移的测定的值来确定开关设备的当前运行类型。本专利技术的优选的改进方案在从属权利要求2至7以及9至15中给出。通过开关设备或者可以引导对单相电机的能量供给，从而作为开关设备的运行类型而存在单相运行。在此，例如用于对单相电机进行能量供给的第一、第二和第三电流路径串联连接。对此可替换的是，对三相电机的能量供给可以通过该开关设备引导，从而作为开关设备的运行类型而存在三相运行。在此，第一、第二和第三电流路径分别与三相电机和供电网的一个相连接。开关设备优选地在第二电流路径中不包括电流互感器。优选的是仅仅开关设备的第一和第三电流路径分别包括一个电流互感器。优选的是，开关设备的第一和第三电流路径分别仅仅具有一个电流互感器。借助开关设备能够优选地对后接的用户的能量供给进行控制。为此开关设备优选地在至少两个电流路径中包括一个开关。如果开关设备获得用于启动后接的用户的启动信号，例如来自上游的控制系统(例如可编程控制器)，那么开关被这样地控制，即后接的用户的能量供给通过开关设备实现。在之后的步骤中，优选地在开关设备的方面自动地实现确定当前的运行类型。为了确定当前的运行类型，首先借助电流互感器在一个时间间隔中检测第一和第三电流路径的电流I1，I3。为此，处理单元根据第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3来确定一个值，该值表征在第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3之间的相移。测定的表征值为此在处理单元方面进行评估，从而根据该评估来确定开关设备的当前运行类型(单相运行或者三相运行)。因此，通过处理单元对运行类型的测定，借助对表征在第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3之间的相移的值来实现。利用该值可以通过处理单元来检验：是否推导出的在第一和第三电流路径的检测的电流I1，I3之间的相移(根据表征相移的值)处于三相运行或者单相运行的相移附近。在三相运行时，存在大约120°的相移。在单相运行时存在从大约0°或者180°的相移。在评估表征相移的测定的值时，该值优选地与基准值进行比较，从而获得关于在检测到的电流之间的当前相移的结论，从而可以实现与三相运行或者单相运行的对应关系。借助基准值优选地相关于表征相移的值将60°至150°的相移定义为三相运行并且0°至60°以及150°至180°的相移被定义为单相运行。基准值可以固定地存储在处理单元中。然而同样可以考虑的是，根据第一和第三电流路径的检测的电流来形成基准值。同样可以考虑的是，定义多个阈值的基准值，从而可以实现与开关设备的相应的运行类型的对应关系。相移的测定可以通过不同方式实现。相移例如可以通过对第一和第三电流路径的当前电流的过零点和/或最大点的评估来实现。在此，根据检测第一和第三电流路径的电流I1，I3所测定的过零点和/或最大点形成进行表征值。根据对该值的评估，尤其是根据对两个电流路径的电流的过零点和/或最大点彼此之间的时间上的错置的评估，可以确定相移并进而确定开关设备的运行状态。因此，开关设备在存在通过开关设备实现的主动能量供给时，自动和自主地确定是否存在单相运行或者三相运行。借助该信息，可以实现相关于连接的一个/多个相的相故障、相过载和/或相非对称性的特殊分析。如果识别出三相运行，那么优选地对第一、第二和第三电流路径的电流I1，I2，I3相关于相故障、相过载和/或相非对称性的测定进行评估。第二电流路径的电流在此根据第一和第三电流路径的检测的电流来计算。如果识别出单相运行，那么仅仅对第一和/或第三电流路径的电流I1，I3相关于相故障和/或相过载的测定进行评估。如果在单相运行中对第二电流路径的计算出的电流相关于相故障和/或相过载的测定进行评估，那么这会导致错误的分析。通过之前执行的对开关设备的运行类型的确定可以避免这种类型的错误分析。在本专利技术的一个优选的设计方案中，处理单元这样地设计，即处理单元为了确定开关设备的当前运行类型，在一个时间间隔内多次同时检测第一和第三电流路径的电流I1，I3，并且在此检测第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于单相电机(16)和三相电机(14)的开关设备(4)，其中，所述开关设备(4)包括处理单元(6)和第一、第二和第三电流路径(1，2，3)，其中，所述第一和所述第三电流路径(1，3)分别包括电流互感器(5)，其中，所述处理单元(6)能借助所述电流互感器(5)检测所述第一电流路径(1)的电流I1和所述第三电流路径(3)的电流I3，其特征在于，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元检测所述第一和所述第三电流路径(1，3)的所述电流I1，I3，并且通过在所述第一和所述第三电流路径(1，3)的检测的所述电流I1，I3之间的相移确定所述开关设备(4)的当前运行类型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.27 DE 102012215166.41.一种用于单相电机(16)和三相电机(14)的开关设备(4)，其中，所述开关设备(4)包括处理单元(6)和第一电流路径(1)、第二电流路径(2)和第三电流路径(3)，其中，所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)分别包括电流互感器(5)，其中，所述处理单元(6)能借助所述电流互感器(5)检测所述第一电流路径(1)的电流I1和所述第三电流路径(3)的电流I3，并且，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元检测所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的电流I1，I3，并且通过在所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测的电流I1，I3之间的相移确定所述开关设备(4)的当前运行类型，其特征在于，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了确定所述开关设备(4)的所述当前运行类型，在一个时间间隔内多次同时检测所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的电流I1，I3，并且在此或者测定所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测为正的电流I1，I3的第一数量以及所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测同时为正的电流I1，I3的第二数量，或者测定所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测为负的电流I1，I3的第一数量以及所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测同时为负的电流I1，I3的第二数量，并且接下来检验所述第二数量是否大于所述第一数量的至少66％。2.根据权利要求1所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了确定所述开关设备(4)的所述当前运行类型，在一个时间间隔内通过借助所述电流互感器(5)检测所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的电流I1，I3，根据所述第一电流路径和所述第三电流路径的检测的电流I1，I3来测定表征在所述第一电流路径和所述第三电流路径的电流I1，I3之间的所述相移的值，并且评估测定的表征值，从而根据该评估确定所述开关设备的所述当前运行类型。3.根据权利要求1或2所述的开关设备(4)，其中，仅仅所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)分别包括一个电流互感器(5)。4.根据权利要求1或2所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元在开关设备(4)的三相运行中为了测定通过所述第二电流路径(2)引导的相(12)的相故障，借助所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的同时检测的电流I1，I3来计算和测定表征所述第二电流路径(2)的电流I2的值：是否计算的值相应于有代表性的相故障电流。5.根据权利要求3所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元在开关设备(4)的三相运行中为了测定通过所述第二电流路径(2)引导的相(12)的相故障，借助所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的同时检测的电流I1，I3来计算和测定表征所述第二电流路径(2)的电流I2的值：是否计算的值相应于有代表性的相故障电流。6.根据权利要求1或2所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了测定相过载在一个时间间隔内-在所述开关设备(4)的三相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)或所述第三电流路径(3)的检测的电流I1，I3持续地超过相过载阈值，并且是否由所述第一电流路径和所述第三电流路径的电流I1，I3中计算的、表征所述第二电流路径(2)上的电流I2的值持续地超过相过载阈值，和/或-在所述开关设备(4)的单相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测的电流I1，I3持续地超过所述相过载阈值。7.根据权利要求5所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了测定相过载在一个时间间隔内-在所述开关设备(4)的三相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)或所述第三电流路径(3)的检测的电流I1，I3持续地超过相过载阈值，并且是否由所述第一电流路径和所述第三电流路径的电流I1，I3中计算的、表征所述第二电流路径(2)上的电流I2的值持续地超过相过载阈值，和/或-在所述开关设备(4)的单相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)的检测的电流I1，I3持续地超过所述相过载阈值。8.根据权利要求4所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了确定相不对称性-在所述三相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)、所述第二电流路径(2)和所述第三电流路径(3)的检测和计算出的电流I1，I2，I3之一持续地与检测和/或计算出的电流I1，I2，I3的有效值的平均值有偏差。9.根据权利要求7所述的开关设备(4)，其中，所述处理单元(6)如下设计，即所述处理单元为了确定相不对称性-在所述三相运行中比较：是否所述第一电流路径(1)、所述第二电流路径(2)和所述第三电流路径(3)的检测和计算出的电流I1，I2，I3之一持续地与检测和/或计算出的电流I1，I2，I3的有效值的平均值有偏差。10.一种用于单相电机(16)和三相电机(14)的开关设备(4)的方法，其中，所述开关设备(4)包括处理单元(6)和第一电流路径(1)、第二电流路径(2)和第三电流路径(3)，其中，所述第一电流路径(1)和所述第三电流路径(3)分别包括电流互感器(5)，其中，所述处理单元(6)能借助所述电流互感器(5)检测所述第一电流路径(1)的电流I1和所述第三电流路径(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪尔克·赫兹，马尔科·舍嫩伯格，埃莱娜·施托伊尔，斯特凡·齐茨勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE