专利名称：用于电磁控制的电气开关的电子控制器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电磁控制的开关，如继电器和接触器，并具体涉及用于电磁控制的电气开关的电子控制器。
背景技术：
真空接触器是用于中断高功率电路的电控制的开关。在一个真空接触器中，一对 触点被封闭在一个真空密封的瓶内。其中一个触点被固定到该瓶的一端而另一个触点可以 在一个电螺线管的影响下通过一个波纹管朝向或离开该固定触点而移动。包围这些触点的 真空有助于抑制一个电路被断开时形成的电弧。“电气保持”的真空接触器，顾名思义，通过连续地施加一个施加到该电气螺线管 上的保持电流将这些触点保持在一个关闭位置。典型地，这个保持电流远小于在致动该开 关时用于关闭或拉入这些触点的电流。“机械锁闭”的真空接触器通过一种机械锁闩将这些 触点保持在该关闭位置，消除了对于一个保持电流的需求。当希望打开这些触点时，一个第 二螺线管将该机械锁闩释放。允许其中一个触点运动的波纹管在该触点上施加一个偏置力，该偏置力是伸缩该 波纹管和抵抗这些触点的关闭所需的弹簧力和穿过该波纹管试图把这些触点移到一起的 大气压力的组合。可以使用一个外部弹簧来平衡这些力而是这些触点打开。如果该真空接触器被移动到具有不同大气压力的一个不同的海拔高度，那么这种 力的平衡会被打破。为此原因，已知要提供可根据这个海拔高度进行替换或调节的一个外 部弹簧。可替代地，已知要调节该电螺线管的拉入和/或保持电流以补偿任何力的不平衡。 这种调节是通过一个表和可由用户设置的一组开关来进行。较大的真空瓶和触点组可用于较大功率的操作。这些较大的真空瓶需要更大的致 动力，这些致动力通常由较大的螺线管线圈来提供。这些较大的螺线管需要不同的致动电 流和保持电流。—个真空接触器的运行通常是由一个接触器控制器来调控，该接触器控制器对于 施加到这些真空接触器螺线管上的功率提供经调整的控制，该功率由用户针对螺线管线圈 规格和/或海拔高度来调节。针对不同的真空接触器以及不同的海拔高度，该接触器控制 器的配置是复杂并且费时的。发明概述本发明提供了一种接触器控制器，它可以针对多种真空接触器类型和运行海拔高 度而自动地进行自身配置。在初始化时，该接触器控制器利用一个短脉冲来询问该真空接 触器的附装线圈的电气特性。该脉冲的功率被选取为足以在不触发该线圈的情况下辨别出 该线圈的阻抗。这些测量的结果被用来确定该线圈的合适的运行条件，特别是必要的线圈 致动功率。还可以使用一个大气压力传感器来进一步针对海拔高度而自动调节运行条件。 这种线圈测量还可用于正在进行中的故障检测。本发明的基础是本发明人的以下认识对于一个真空接触器来说，即使是接触器控制器的配置中的较小的错误也能够通过该真空瓶过大的应力而造成该真空接触器的过早的失效。确切地说，本发明提供了用于电磁控制的电气开关的一种电子控制器。该控制器 包括一个线圈电源，该线圈电源提供了到该开关的至少一个线圈的连接点，以及一个测试 线路，该测试线路提供了到该线圈的一个电脉冲并监视流到该线圈的电流以便在至少两种 线圈规格之间进行区分。一个线圈电源控制器接收一个致动信号以便通过该线圈电压为线 圈提供功率，其中输到该线圈的功率是根据由该测试线路确定的线圈规格而自动地进行选 择。因此，本发明的一个实施例的一个特征是提供了一个控制器，它针对多种不同的 电磁致动的开关而自动地进行自身配置。本发明的一个实施例的另一个特征是提供了一个 控制器，它更好地调配到真空接触器线圈的致动电流以减少此类控制器的真空瓶的过早失 效，这种过早失效可能是由这些真空瓶在过大的致动力下过度屈伸而造成。该测试电路可以通过在施加一个具有已知电压的脉冲到该线圈的条件下在一段 预定时间之后监视电流的流动来区分线圈的规格。因此，本发明的一个实施例的一个特征是提供了利用线圈的一个内在品质来区分 线圈类型的一种简单的方法，并且因此该方法不需要这些线圈的一种机器可读的标识。具有已知电压和预定时间的脉冲可以进行选择以防止用于这些线圈规格的电磁 控制电气开关的触发。因此，本发明的一个实施例的一个特征是它提供了一种测试机制，该测试机制在 不无意触发连接到该真空接触器的设备或装置的情况下提供了对多种线圈类型的辨别。该电子控制器可进一步包括一个大气压力传感器，并且该线圈电源控制器可以接 收来自该大气压力传感器的一个压力信号，以便基于该大气压力向该线圈供电。因此，本发明的一个实施例的一个特征是根据该真空接触器的海拔高度而使用于 每种不同线圈类型的控制电流的调节自动化，由此允许更精确的校正。输往该线圈的功率可以根据对所推断出的线圈类型而言的一个独特的函数随大 气压力进行调节。因此，本发明的一个实施例的一个特征是允许复杂的、根据经验得出的、对于一个 特定的线圈而言独特的功率调节，提供了优异的线圈致动。该线圈电源控制器可以进一步基于到该线圈的电流而检测一种故障情况并产生
一个故障信号。因此，本发明的一个实施例的另一个特征是使用了用于设置线圈功率的.相同的 机制来提供一种附加的故障检测功能。一个故障信号可以基于到该线圈的电流低于一个预定值而表示一个缺失的线圈， 或者到该线圈的电流超过一个预设量而表示一个短路线圈，或者到该线圈的电流超过与已 知线圈的期望电流的一个预设的差值而表示一个未知线圈。可以为用户辨别出这些情况中 的每一种。因此，本发明的一个实施例的一个特征是提供用于多种类型的故障检测。该电子控制器可以采用该可控电源来向线圈传送电脉冲。因此，本发明的一个实施例的另一个特征是为了表征该线圈配置的目的而使用现有的硬件。通过控制用来向这些致动螺线管提供功率的同一个电源，消除了对于分离的测试电路和隔离的要求。这些具体的特征和优点可能仅适用于落在这些权利要求中的某些实施例，并且因 此并不限定本发明的范围。附图简要说明
图1是一个线图，显示了与一个真空接触器相连的本发明的控制器，该真空接触 器处在打开状态；图2是图1的一个局部视图，显示了该真空接触器处于关闭状态并被机械锁闭；图3是图1的控制器的各个部件的框图，包括独立地控制输到真空接触器的线圈 的电功率的一个微处理器；图4在一个在测试模式过程中施加到该真空接触器的线圈上的电功率的坐标图， 显示了在一个测试脉冲的过程中电压和可能的电流的波形，以及图5是由图3的微处理器执行的实现本发明的一个程序的流程图。发明详细说明现在参见图1，一个真空接触器系统10包括一个真空接触器12和一个真空接触器 控制器14，它提供了适合用于本发明的一个机电开关系统的实例。如在本领域中普遍理解的那样，真空接触器12可以包括一个或多个真空瓶15，它 们提供一个密封的排空室16。在室16内是两个触点一个静止触点18相对于真空瓶15固 定，而一个可移动触点20通过一个波纹管22连接到真空瓶上。在通过一个偏置弹簧(未示出)连接到可移动触点20的一个枢转衔铁24的影响 下波纹管22允许可移动触点20朝向和离开静止触点18的轴向运动。衔铁24通过一个衔铁片26与一个第一电磁铁28的一极之间的吸引而被升高或 降低。在运行中，衔铁24在一个偏置弹簧29的推动下被移动到一个降低的位置，把触点18 和20分开，并且在该电磁铁被通电时通过片26到电磁铁28的吸引而被移动到一个升高的 位置。衔铁24的升高还打开了真空瓶15外的一个常闭的辅助触点30。对于多相电路，真空接触器12的这些组件中的每一个均可以复制。对于多相电 路，这几个真空瓶可以被一个共用衔铁24致动。在一个机械锁闭的真空接触器12中，可以增加一个任选的衔铁锁门组件32。该衔 铁锁门组件32包括一个枢转的衔铁锁门34，该衔铁锁门在一个降低的状态(如图1所示) 中允许衔铁片26朝向电磁铁28的自由运动，以关闭触点18和20。现在参见图2，当衔铁 片26邻近电磁铁28的磁极件时，衔铁锁门34被弹簧36拉伸时升高，允许一个滚子38捕 获衔铁片26而顶在电磁铁28的磁极上。由弹簧36支持的滚子38保持衔铁24向上，使触 点18和20以及辅助触点30打开。在图2的这个锁闭位置，在电磁铁28中不需要任何功 率来保持触点18和20以及辅助触点30打开。衔铁24从该机械锁闭的释放、以及触点18和20的打开和辅助触点30的关闭是 通过一个释放电磁铁40来进行，在启动该电磁铁时把衔铁锁门34向下拉，把滚子38拉离 衔铁片26，并允许衔铁片26从电磁铁28上移开，仍如图1所示。仍然参见图1，一个真空接触器12通常被连接到一个真空接触器控制器14，该控 制器被连接为用于接收来自辅助触点30的一个开关信号，并且它提供连到电磁铁28和40 (用于一个机械锁闭的真空接触器12)和仅到电磁铁28(对于一个电保持的真空接触器12)的供电。真空接触器控制器14还可以连接到一个或多个串行通信信道42上并连接到 一个或多个模拟或数字输入输出(I/O)线44。真空接触器控制器14还可以连接到一个大 气压力传感器46上。现在参见图3，真空接触器控制器14可以包括本领域中熟知类型的一个微处理器 48，该微处理器与一个非易失性存储器50 (例如一个EPR0M)通信，该非易失性存储器可以 存有一个存储的程序来执行以下说明的控制该真空接触器的步骤。微处理器48的接口引线可以连接到网络接口电路52上，该网络接口电路规定了 这些串行通信信道42的通信协议，例如DeviceNet、CAN、RS-232或RS-485协议。微处理器 48的其他接口引线可以连接到I/O电路54，该I/O电路提供了一个到I/O线44的接口。微处理器48的一个数字输入引线可以通过接口电路56接收来自辅助触点30的 开关信号。来自大气压力传感器46的电信号可以由微处理器48内的一个内部模数转换器 接收。微处理器48还提供了输出信号来控制线圈电源60和62，后者接收被调整的功率 并且(例如)通过使用本领域中熟知类型的一个绝缘栅双极性晶体管(IGBT)电路向电磁 铁28的线圈(并且任选向释放电磁铁40的线圈)提供脉冲带宽调制(PWM)的直流电流。 额外的线圈电源60和62可在控制器中用于控制具有额外的真空瓶15的真空接触器。在 电源62和60的输出上的电流传感器64允许由微处理器48通过一个内部A/D转换器对流 到电磁铁28的线圈上的电流进行测量。真空接触器控制器14可以接收电功率，例如110-240VAC或110-250VDC，这些电功 率可以根据本领域熟知的方法调节成合适的功率用于这些组件的运行。为清楚起见，该功 率电路未示出。此外，微处理器48还可以连接到具有LED或类似元件的面板显示器上用于 表示真空接触器系统10的状态情况，例如一种故障情况或者有或没有供电。这些面板显示 器未示出，但属于本领域熟知的一种类型。现在参见图5，当真空接触器控制器14被首先接电或者在真空接触器控制器14已 经重置之后，该控制器开始执行保持在内存50中的一个存储的程序84，从进程块66开始。在微处理器48执行了标准的内部诊断后，微处理器48从大气压力传感器46读取 和存储大气压力，如进程块68所表示。如上所述，这个大气压力将影响关闭触点18和20 所需的力。下一步，在进程块70中，微处理器48检查连接到它的终端上的任何线圈(可能包 括电磁铁28和40的线圈)的响应。还参见图4，线圈响应的检查可以利用电源60和62通 过在每个可能连接到线圈的终端组上施加一个测试电压脉冲72来完成。电压脉冲72将有 一个预设电压Vtl和时间周期74，该时间周期被选为包含的能量不足以启动电磁铁28或40 的任何已知线圈。尽管如此，测试电压脉冲72的电压Vtl将在连接到微处理器48的特定终端的电磁 铁28或40的任一线圈中引发一个电流78，并且这个电流78将根据电磁铁28或40的连接 的线圈的阻抗而随时间上升。在时段74结束时，通过电流传感器64对峰值电流78采样， 并且由判断块76对照存储在内存50中的阈值Itl-I3进行评估。Itl是最低的阈值，并且一个等于或低于Itl的采样电流表示没有线圈连接到该特定终端上，或另外该线圈开路。检查在内存50中的一个内部配置文件(由用户设置)，以查看真空接触器12是电气保持还是机械锁闭。如果真空接触器12是电气保持的并且对于释 放电磁铁40的一个线圈指定了展示一个开放电路的终端，在判断块76中不表示任何故障， 而该程序进入进程块82。否则，如果真空接触器12是机械锁闭的并且对于释放电磁铁40 的一个线圈指定了显示一个开路的终端，或者如果真空接触器12是电气保持并且对于致 动电磁铁28的一个线圈指定了显示一个开路的终端，则表示一个故障并为用户产生了一 个如图5中判断块76所表示的故障情况。在一个替代实施方案中，未使用任何内部配置文 件，并且如果在为释放电磁铁40的线圈指定的所有的终端上有一个高阻抗，那么该控制器 假定真空接触器12是电气保持的。例如，如果该采样电流是在、和I1之间，可以推断出在具有一个第一阻抗的终端 上有一个线圈，该第一阻抗(例如)表示用于高电流真空接触器的一个800安培线圈。可 替代地，这个第二范围可以是以电流I1为中心的一个窗口，容许该窗口之外的电流的可能 性，并且其他的窗口产生一个未知线圈类型的故障。例如，如果该采样电流是在I1和I2之间，可以推断出在具有一个第二阻抗的终端 上有一个线圈，例如，表示用于低电流真空接触器的一个400安培线圈。可替代地，这个第 二范围可以是以电流I2为中心的一个窗口，如果该电流不在任何其他窗口内，则产生一个故障。最后，建立了一个高阈值I3，例如用于表示跨过这些终端的一个短路(并此一个短 路线圈)，如果该电流超过这个量的话。在这种情况下也产生一个故障。I4代表当以足够的持续时间施加时致动该线圈所必需的一个电流水平，并且对于 电磁铁28或40的正常线圈来说不会被超过。在判断块76中，也可以对大气压力传感器46的输出进行估算来查看它是否在一 个期望的取值范围之外，这将表示大气压力传感器46中一个故障或一个无效的海拔高度 (为该系统的修正和/或运行范围之外的一个海拔高度)。在这样的情况下，产生一个表示 大气压力传感器46失效的故障信号。如判断块76所表示，这些故障情况中的任何一个可能造成一个输出信号，该输出 信号可以用于通知用户该故障和故障类型，如进程块80所表示。这个故障信号可以是真空 接触器控制器14的前面板上的一个或多个指示灯的形式，或者是通过串行通信信道42之 一传送到一个中央控制器或类似器件的一个信号。如果在判断块76中没有故障情况，那么在进程块82中可以确定当电磁铁28 (和 40)的线圈要被致动时要提供给这些线圈的一个稳态电流。参见图3和图6，这个为电磁铁 28的线圈确定运行电流的进程可以使用一个查找表85，该表保存在内存50中并存储一组 由经验得出的电流值86，这些电流值对于在不同大气压力下用电磁铁28的线圈来“拉入” 和“保持”衔铁24是必须的。典型地，例如，拉入电流将实质性地高于保持电流。基于上述先前存储的大气压力和从测试脉冲72中推断出的线圈类型，电流值86 被识别出并进行存储，以便用于电磁铁28的线圈的操作。当真空接触器控制器14通过(例 如)I/O线44或串行通信信道42接收到一个致动信号时，微理器48将控制适当线圈的电 源60或62以将一个平均PWM电压输出到适当的线圈上，从而产生来自于这个表85的电流 值。如果该真空接触器是机械锁闭的，仅需要用于电磁铁28的线圈的拉入电流，并且保持电流可以是要用于释放电磁铁40的线圈的拉入电流。总的来说，释放电磁铁40的线圈所需的电流不随大气压力的改变而变化。再次参见图5，在接触器系统10运行期间周期性地可以由进程块70来检查该线圈 响应，以便在不动作的期间内主要确定这些线圈是否有故障或短路。以这种方法，在需要电 路中断时，可以更好地保证真空接触器12相对于时间的电气完整性。未能进行这种周期性 检查造成产生一种故障情况。本发明已经以优选实施例的方式进行了描述，并且应认识到除了那些明确说明的 内容，多种等效物、替代方案以及修改都是可能的，并且是在所附的权利要求的范围之内。
权利要求一种用于电磁控制的电气开关的电子控制器，其特征在于，包括一个线圈电源，该线圈电源提供了连到该电磁控制的电气开关的至少一个线圈的多个连接点；一个测试电路，该测试电路提供到该线圈的一个电脉冲并且监视到达该线圈的电流以便在至少两种线圈规格之间进行区分；一个线圈电源控制器，该线圈电源控制器与该线圈电源以及该测试电路进行通信，以便接收一个致动信号并基于该致动信号通过控制该线圈电源而向该线圈供电，根据由该测试电路确定的线圈规格自动选择输往该线圈的功率。
2.如权利要求1所述的电子控制器，进一步包括一个大气压力传感器，并且其中该线 圈电源控制器接收来自该大气压力传感器的一个压力信号以便还基于该大气压力向该线 圈供电。
3.如权利要求1所述的电子控制器，其中，该测试电路以及该线圈电源控制器至少部 分地是由一个共用微处理器来实现。
4.如权利要求1所述的电子控制器，其中，该测试电路采用了一个可控电源来向该线 圈传送该电脉冲。
5.如权利要求1所述的电子控制器，其中，电磁控制的电气开关是一个真空接触器和 致动线圈。
专利摘要一种用于电磁控制的电气开关的电子控制器，包括线圈电源，该线圈电源提供了连到该电磁控制的电气开关的至少一个线圈的多个连接点；测试电路，该测试电路提供到该线圈的电脉冲并且监视到达该线圈的电流以便在至少两种线圈规格之间进行区分；线圈电源控制器，该线圈电源控制器与该线圈电源以及该测试电路进行通信，以便接收致动信号并基于该致动信号通过控制该线圈电源而向该线圈供电，根据由该测试电路确定的线圈规格自动选择输往该线圈的功率。由此，实现了对包括电子控制器的真空接触器的改进。
文档编号H01H47/00GK201562629SQ200820131988
公开日2010年8月25日 申请日期2008年8月25日 优先权日2007年8月24日
发明者D·S·麦克伦南, R·A·德雷克 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司