專利名稱：用于控制電隔離開關馬達的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對電隔離開關的操作進行電控制的設備。更具體而言，本發 明涉及設計或調整與操作相關的各種操作的方法，即為電馬達供電和確定該同一馬達的轉 動方向。
背景技術：
一般而言，為了控制隔離開關的斷開和閉合而使用電馬達，該電馬達利用齒輪減 速機制作用于隔離開關的運動部件。當馬達被驅動足夠長的時間時，馬達因而可以保證隔 離開關的運動部件移位，以便使得隔離開關斷開或閉合。更確切地，通過配置馬達的供電電路來設置隔離開關的運動部件的運動方向。一 組合適的繼電器可使得馬達的線圈相對于提供操作所需的能量的電壓源的連接方向反轉。 更確切地，通過使用根據用戶所要求的斷開/閉合控制指令而被合適地控制的繼電器或類 似物的機電部件，能夠獲得電路的這種重新配置。本申請人在文獻FM904469中已經描述研究出一種在控制隔離開關方面具有應 用的控制設備。更確切地，這種控制設備適用于保證具有特定額定電壓的單個馬達能夠通過受不 同類型的AC(交流)或DC(直流)電源電壓和不同電壓的控制而被使用。為了實現這一點， 用于供應電能給馬達的供電電路包括不論電源電壓如何仍可以輸出馬達的額定電壓的靜 態變換器。靜態變換器能夠例如使用調制或脈寬調制(PWM)機制。這種靜態變換器由包括 微控制器的控制單元控制，所述微控制器將合適的指令首先輸出至保證電路配置進而保證 電流流動方向的繼電器電路，并其次輸出至靜態變換器以便靜態變換器輸出期望的電壓。已知隔離開關是一種實質上不具有斷路容量的電裝置，因此絕對有必要防止隔離 開關的任何可能損壞其切斷元件的帶負載斷開。類似地，出于明顯的安全性原因，絕對有必 要保證隔離開關不會意外地閉合。然而，借助于微控制器來控制靜態變換器的確牽涉到如下的小的風險如果微控 制器處于不一致的操作狀態，會出現意外地控制隔離開關。因此，如果被設計用于控制靜態變換器的微控制器的輸出處于激活狀態、即能夠 向馬達供應電能的狀態，并且用于配置電路的機電部件允許電流向馬達流動，則后者會在 不應當被供電的情形下被供電。事實上，例如，在因強電磁場而導致干擾的情況下，微控制器可能會將其輸出強制 為特定狀態或與其編程的操作不一致的狀態。在這種情況下，直接從供電網獲得的電源電壓會被施加給馬達，如果供電網是AC 電壓網，則可能經整流之后被施加。在大多數情況下，此電壓比馬達的額定電壓高，因而導致電流增加，其超過用于觸 發保護設備的閾值。然而，在馬達的額定電壓對應于電源電壓的特定情況下，如果可用則經 整流，這種熱斷路不被觸發并且于是馬達被供電，因此導致隔離開關的意外操作。
本發明的目的之一是防止這種類型的可能帶來重大安全性風險的意外操作。
發明內容
本發明因而涉及一種用于控制電隔離開關馬達的設備。所述設備包括用于從網電 壓源供應電能給馬達的供電電路。這種電路包括通過主控制單元所輸出的控制指令而被控 制為輸出具有預定值的電壓給馬達的靜態變換器。根據本發明，所述設備的特征在于，它包括與主控制單元通信的另外的控制單元。 來自于主控制單元的控制指令基于來自于所述另外的控制單元的驗證指令而被激活。換言之，本發明涉及經由電部件(或者一般而言，一組部件)來控制對馬達供電的 靜態變換器，所述電部件不僅作用于靜態開關，而且還要求負責驗證主單元的正確操作的 另一個控制單元來確認其正確操作。因此，施加這些指令需要由獨立的單元所實現的兩個 命令。這兩個單元均同時處在如下不一致狀態的可能性非常低在所述不一致狀態中，靜態 變換器使得電流能夠流動，并且用于驗證另外的單元的電路驗證不一致指令。事實上，機電配置部件被設計為使得當沒有控制信號時、即在空閑狀態中，馬達不 被連接至電壓源和靜態變換器。有利地，并且在實踐中，每個控制單元可以包括微控制器，第一微控制器保證對靜 態變換器的控制，而另一個微控制器輸出指令，以對來自于靜態變換器的命令進行驗證，確 認主控制單元操作正確。兩個微控制器中的一個承擔主機的作用而另一個微控制器為從機配置，使得一個 微控制器所產生的指令在另一個微控制器不授權的情況下不被激活并因而不被施加至靜 態變換器。在實踐中，針對用于調整施加給馬達的電壓的靜態變換器的控制指令能夠優選地 是脈寬調制(PWM)系統，使得因預定的占空因數，施加給馬達的電壓對應于馬達的額定電壓。在實踐中，這些PWM指令能夠被輸出至靜態開關，所述靜態開關的控制電路具有 與輸出PWM指令的主控制單元相連接的一個端子和與另外的控制單元相連接的另一個端 子。這樣，開關只有在兩個控制單元均正確地操作的時候才閉合。在這種情況下，靜態變換 器在另一個微控制器授權時實際上由一個微控制器控制。這兩個微控制器使用預定的協議交換信號，使得它們能夠接收和確認驗證指令。 因此，如果第一微控制器沒有接收到第二微控制器的任何確認正確操作的信號，則驗證指 令是不起作用的并且靜態變換器不被控制。在一個實施例中，靜態變換器可以由如下主微控制器來控制該主微控制器也作 用到用于配置電路的機電部件，并且尤其是作用到其動作被用于設置馬達中流動的電流方 向的部件。根據本發明的另一個方面，有利的是，接收驗證指令的控制單元僅僅在此驗證指 令被輸出的階段期間被供應電能。換言之，主單元的從微控制器只有在它必須發送針對它 所控制的部件的指令的階段期間才被供電。因此，如果靜態變換器從從微控制器接收指令， 則后者只有在馬達實際上必須被激活的階段期間才被上電。這樣，可以限制從微控制器發生故障的風險和限制電能消耗。4
根據本發明的另一個方面，為了兩個限制微控制器同時都發生故障的風險，優選 的是，微控制器各自具有獨立于另一個控制器的時鐘，并且有利地，利用不同于例如石英晶 體或RC型技術的技術來工作。在一個具體的實施例中，針對靜態變換器的控制指令和針對電路的配置部件的指 令能夠由相同的控制單元來產生，典型地由相同的微控制器來產生。換言之，“主”微控制器保證所有對隔離開關操作的管理，包括確定馬達電流方向 和產生合適的PWM指令。從微控制器與主微控制器通信，并且如果從微控制器能夠檢測到 主微控制器實際上處于正常操作模式，則從微控制器輸出驗證指令。第二微控制器因此起 到互鎖的作用，以便保證主微控制器所輸出的指令是一致的。
參照所附的單個附圖，根據以下的具體實施例的描述可以清楚得知實現本發明的 方式及其所產生的優點，所述單個附圖是簡化電路圖，其示出了用于向隔離開關的馬達供 應電能的電路和一些相關聯的控制部件。
具體實施例方式如圖1所示，隔離開關的馬達(1)由電路(2)供電，電路(2)被連接至網電壓源 (3)，在本實施例中所示的網電壓源(3)是AC電壓源。經連接部(4，5)到AC電路，電路(2) 因而包括被連接至二極管橋形式的整流器(8)的一組熔絲(6，7)，所述整流器(8)在電容器 (9)的兩端輸出實質上恒定的電壓。在電容器(9)的下游，存在包括功率變換器(10)的電壓斬波器裝置，所述功率變 換器(10)包括與馬達(1)及續流二極管(1 串聯連接的例如IGBT(絕緣柵雙極性晶體 管)型的靜態開關(11)。在續流二極管(15)的下游，存在兩個繼電器(17，18)，所述兩個繼電器(17，18)是 用來配置供應電能給馬達⑴的電路的部件。馬達中的電流流動方向根據繼電器(17，18) 的接觸部的位置來被設置。在對應于空閑位置的所圖示的實施例中，馬達被短路。此外，當繼電器(17)的接 觸部被信號(37)提供能量以便改變位置時，馬達被連接至電壓源使得流經馬達的電流(I) 是正向的。相反地，當繼電器(18)的接觸部響應于指令(38)改變位置時，流經馬達的電流 (I)是負向的。借助于從控制板或更一般而言從管理隔離開關的操作的系統接收斷開指令(31) 或閉合指令(3 的微控制器(40)，獲得兩個繼電器(17，18)的致動。根據AC網電壓(3)，微控制器00)還計算必須施加給靜態變換器(10)的占空因 數和PWM控制指令，以便在馬達(1)的端子上獲得期望的電壓。更確切地，并且根據本發明的一個方面，通過兩個微控制器(30，40)獲得對靜態 變換器(10)的控制。在圖示的實施例中，示出靜態開關(11)與光電子部件(1 相關聯。 顯然，也可以按照原理上等效的方式使用其他部件或裝置。如此，光電子部件(12)的負極與另外的控制單元(30)相連接，而正極G2) 與主控制單元GO)相連接。
因此為了保證對靜態開關(11)的正確控制，兩個微控制器(30，40)以協同的方式 正確地操作是必要的。因此，兩個微控制器(30，40)通過硬連線鏈路05)而連接，使得它 們能夠基于特定的協議來通信。通信協議可以根據要實施的安全級別而改變。在一個改進的實施例中，可以優選 的是例如通過交換由大量比特、例如32比特構成的碼來將通信加密。如圖中所示，電能可 以被供應給另外的微控制器(30)并且其能夠由主微控制器GO)來控制，所述主微控制器 (40)在必要時發送信號(50)至用于供應電能給另外的微控制器(30)的部件(51)。這種類型的裝置使得可能例如使用具有不同電源電壓的微控制器。系統的操作可以概括如下。當主微控制器00)接收斷開或閉合指令(31，32)時，它通過信號(50)激活向另 外的微控制器(30)的電能供應。如果另外的微控制器(30)可工作，則它通過硬連線鏈路 (45)與主微控制器(40)通信。如果對話符合要求并且遵從預定的協議，則進行監控的微控制器的輸出(35)被 設置為處在如下狀態該狀態使得可能將用于控制靜態開關(11)的部件(12)的負極Gl) 接地。然后，主微控制器00)為方向繼電器(17，18)提供能量，以便設置流經馬達的電 流的方向。然后，在時間到之后，主微控制器(30)經由晶體管輸出PWM控制指令至部 件(12)的正極，以便保證靜態開關(11)的切換。如果主微控制器00)變為不可控制且保持其輸出Gl)為高，則與另外的微控制 器(30)的通信揭示這種非正常操作。在這種情況下，另外的微控制器(30)的輸出(35)變 為如下狀態該狀態使電子部件(12)的負極Gl)與地斷開，由此防止了對靜態開關(11) 的控制。因此盡管主微控制器GO)的操作狀態不受控制，但不再存在馬達受控制的任何風險。相反地，如果另外的微控制器(30)開始不一致地操作，并且例如讓其輸出(35)處 在激活狀態、即光電子部件(12)的負極Gl)被接地的狀態，則兩個微控制器之間的通信會 不再可以正確地進行，并且主微控制器G0)于是通過使其輸出G9)處在低的、非激活的狀 態來中斷對靜態開關的控制。在操作結束時，主微控制器00)中斷PWM指令的發送并且然后將方向繼電器(17， 18)斷電，并且最后切斷對進行監控的微控制器(30)的電能供應。明顯地，在附圖中示意性地示出的各種鏈接和部件僅僅是通過示例的方式來指出 的，并且只要本發明的原理繼續適用，則所述各種鏈接和部件能夠用不同的方式來實現，而 并未超出本發明的范圍。上述描述表明，根據本發明的控制設備具有的優點是，保證在控制隔離開關的馬 達方面的極高可靠性，并且通過兩個微控制器來做到這點，這兩個微控制器保證對靜態變 換器的控制且彼此監控。權利要求
1.一種用于控制電隔離開關的馬達⑴的設備，包括用于從網電壓源⑶供應電能給 馬達(1)的供電電路(2)，所述電路包括靜態變換器(10)，所述靜態變換器被通過主控制單 元GO)輸出的指令控制來輸出具有預定值的電壓給馬達(1)，其特征在于，所述設備包括 與主控制單元GO)通信的另外的控制單元(30)，主控制單元00)的控制指令基于來自另 外的控制單元(30)的驗證指令而被激活。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，每個控制單元包括微控制器(30，40)。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，靜態變換器(10)由脈寬調制指令來控制。
4.如權利要求1所述的設備，其特征在于，脈寬調制指令被輸出至靜態開關(10)，所述 靜態開關(10)的控制電路具有與輸出脈寬調制指令的控制單元GO)相連接的一個端子以 及與另外的控制單元(30)相連接的另一個端子。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于，另外的控制單元(30)只有在驗證指令被輸 出的階段期間被供電。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于，兩個控制單元(30，40)各自具有它們自身的 時鐘。
7.如權利要求1所述的設備，其特征在于，兩個控制單元(30，40)進行通信，以便接收 和確認驗證指令。
8.如權利要求1所述的設備，其特征在于，兩個控制單元之間的通信被加密。
9.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備包括一個或更多個配置部件(17， 18)，所述一個或更多個配置部件(17，18)的致動使得能夠配置供應電能給馬達的所述供 電電路，以便設置馬達⑴中流動的電流⑴的方向，并且其中針對配置部件(17，18)的指 令由提供針對靜態變換器(10)的控制指令的控制單元GO)來提供。
全文摘要
本發明涉及一種用于控制電隔離開關馬達(1)的設備，包括用于從網電壓源(3)供應電能給馬達(1)的供電電路(2)，所述電路包括被控制為輸出具有預定值的電壓給馬達(1)的靜態變換器(10)；和一個或更多個配置部件，所述一個或更多個配置部件的致動使得能夠配置(17，18)所述電路以便設置馬達(1)中流動的電流(i)的方向，其特征在于，對靜態變換器(10)的控制和對配置部件(17，18)的控制由兩個獨立的控制單元(30，40)來提供，所述兩個控制單元各自輸出控制指令，所述兩個控制單元之一的控制指令基于來自于另一個控制單元的驗證指令而被激活。
文檔編號H01H3/26GK102047361SQ200980119807
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月25日 優先權日2008年6月3日
發明者弗蘭克·吉略, 諾伯特·羅贊德 申請人:多菲內電機構造公司