具有多個繞組的電磁致動器的制作方法

本發明涉及一種電磁致動器，其對電沖擊的抵抗性得到了增強。本發明特別地涉及與用于保護線路的電氣設備的觸發鎖相關聯地使用的電磁致動器，所述電氣設備例如是取決于電源電壓的關斷和/或差動設備。

這些設備應在非常特別的條件中被觸發，典型地于在進入被所提及的設備保護的線路的電流總量與從該線路出來的電流總量之間產生失衡時，這對應于隨差動故障之后的“差動”保護，或在電流強度失常地高時，這對應于隨短路故障之后的“磁”保護。

致動器傳統地括圍繞可動磁芯的繞組，該可動磁芯能夠在由繞組產生的磁場的作用下從休止位置移動到致動位置。更確切地，其包括：

-所謂的“差動”繞組，其響應于待保護的電流線路上的差動類型的故障產生磁場；

-所謂的“磁”繞組，其響應于待保護的電流線路上的短路類型的故障產生磁場。

實際上，這涉及一種具有多個繞組的致動器，該致動器構成允許使用同一個致動器確保不同類型的保護的緊湊的解決方案。

背景技術：

本發明提出要解決的問題如下：被諸如前述電氣設備的電氣設備保護的電路經受電磁兼容性(cem：compatibilitéélectromagnétique)試驗和測試，以驗證所述電路對于來自其它設備(或更廣泛地，來自環境)的干擾是否具有足夠的抵抗性。

這些試驗是標準化的，并在于發送多個8/20μs的電流波、然后一個1.2/50μs的電壓波到電氣設備。該電氣設備在這些條件中不應觸發(déclencher)。這意味著在施加這樣的波的同時，不應突發介電擊穿，也不應突發對設備內部的構件的損壞。

按照慣例，這樣的致動器由控制元件(例如閘流晶體管)操控，該控制元件本身則在設備檢測電路檢測到故障時被激活。壓敏電阻在如1.2/50μs的電壓波的過壓波的情況下保護控制元件。放置在差動繞組的下游的該壓敏電阻在限定電壓閾值以上成為導通的，并由此允許將控制元件的端子處的電壓限制到低于控制元件的擊穿電壓的值。

在1.2/50μs的電壓波在差動繞組中流動時，其可以導致設備在2kv下的不適宜的觸發，而標準要求致動器能夠在2kv之下承受沖擊而不觸發。

當8/20μs的電流波在磁繞組中流動時，且如果差動繞組的線圈通過電磁耦合嵌置在磁繞組的線圈中，在差動繞組的端子處出現大的感應電壓，這導致介電擊穿同時破壞差動保護。

為了克服這兩個問題，當前的技術方案在于在差動繞組的端子處放置額外的壓敏電阻。該解決方案允許避免在8/20μs的電流波的情況下的擊穿，但是具有這樣的缺陷：在1.2/50μs的電壓波期間由于由串聯的兩個壓敏電阻消耗的非常大的電流(約為1000a)，增大了在控制元件的端子處的電壓(約為1000v)。控制元件因此必須能夠承受這樣的電壓，以不被過早地損壞。因此，其將包括1200v的閘流晶體管或igbt，即相對昂貴的構件。

在差動繞組的上游添加電阻以限制穿過壓敏電阻的電流是可行的，但是這使得致動器的緊湊性重新成為問題，且控制元件為了同時承受1.2/50μs的電壓波和8/20μs的電流波依然將從昂貴的構件中選擇。

因此目前所采用的解決方案是相對昂貴的。

技術實現要素：

在本發明的范圍內，所追求的目標因此在于開發一種電磁致動器，該電磁致動器能夠承受由并非由電路本身的機能障礙導致的瞬時過壓引起的沖擊，而不導致其中集成有所述致動器的設備的觸發。這樣的電磁致動器的制造還將是易于實施且低成本的。

根據本發明的電磁致動器傳統地包括：

-差動繞組，其響應于待保護電流線路上的差動類型的故障產生磁場；

-磁繞組，其與差動繞組嵌置，并響應于待保護電流線路上的短路類型的故障產生磁場。

該致動器的特征在于，其還包括第三繞組，該第三繞組被纏繞成短路并與所述差動繞組和所述磁繞組嵌置，產生與由磁繞組產生的磁場相反的磁場。

本發明的主要構思在于設置額外的被短路繞組，而不是如現有技術中的情況那樣設置額外的壓敏電阻。該解決方案從經濟的角度來看是有利的，因為繞組比壓敏電阻更加便宜；從緊湊型的角度來看也是有利的，因為額外的繞組嵌置在由已經存在的繞組限定的容積中，并因此不占用額外的空間。

在磁繞組由8/20μs的電流波穿過時，其產生磁場。被短路的繞組通過其在磁繞組的附近處的定位而捕獲該磁場，并通過磁耦合自然地產生沿與在磁繞組中流動的電流相反的方向穿過第三繞組的電流。該感應電流由此產生與由磁繞組產生的磁場相反的磁場。由此得到的磁場明確地弱于由磁繞組最初產生的磁場，這允許減小差動繞組上的感應電壓。

該配置允許避免由8/20μs的電流波導致的擊穿，而不影響致動器在1.2/50μs的電壓波期間的良好運行。

此外，由于差動繞組上的感應電壓被降低，定位于下游的構件(即在控制元件的端子處的壓敏電阻、以及控制元件)可在較低的范圍中選擇，因此更加便宜。

本發明基于所述三個繞組定位在同一限定空間中以在它們彼此之間具有磁耦合。所述三個繞組甚至可以是共軸的，以簡化它們的卷繞和它們在致動器內的定位。該配置允許確保致動器的最大的緊湊性。

根據一種可行性，被短路的第三繞組和差動繞組具有用于卷繞的共用點，例如在圓柱形套筒軸處，在制造致動器過程中的卷繞步驟期間，這兩個繞組的線圈圍繞該圓柱形套筒軸被同時纏繞。該共用點由此允許便于這兩個繞組的同時卷繞和將被短路的繞組集成在致動器的內部。

通常，被短路的繞組被定尺寸為使得該被短路的繞組不干涉磁繞組和差動繞組的正常運行。

本發明還保護一種用于保護線路的電氣設備，該電氣設備包括如上所述的電磁致動器。

基于以下詳細的說明及僅以示例性、而非限制本發明的方式提供的附圖，本發明將被更好地理解。

附圖說明

現在將參照附圖更加詳細地說明本發明，在附圖中：

圖1示出根據本發明的致動器的示意性視圖；

圖2是示出在8/20μs的電流波期間在致動器上測得的感應電壓的演變的曲線圖。

具體實施方式

本發明的如圖1所示的致動器包括在被保護線路中(即通常在相ph和中性線n之間)并聯的磁繞組1和差動繞組2。該致動器傳統地放置在存在于待保護線路上的負載的上游。

這些繞組1、2圍繞可動磁芯(未示出)，該可動磁芯在由繞組1、2產生的磁場的作用下從休止位置移動到致動位置，以閉合或斷開定位在負載上游的接觸件(8)。

該致動器由控制元件5操控，該控制元件5在此為閘流晶體管，其本身在設備的檢測電路(未示出)檢測到故障時被激活。該閘流晶體管5在差動繞組2的下游放置在相ph和中性線n之間。

與閘流晶體管5并聯連接的壓敏電阻4在過壓波的情況下保護該閘流晶體管5。

該致動器還包括在其自身上被短路的繞組3。在圖1中，這三個繞組1、2、3是彼此分隔開的，但實際上，它們嵌置在彼此之中，以產生磁耦合。

繞組3通過其形成為短路在8/20μs的電流波期間始終產生與由磁繞組1產生的場相反的磁場，而不論卷繞方向。由此，差動繞組2的端子處的電壓被減小，這允許避免介電擊穿和對壓敏電阻及鄰近的閘流晶體管的損壞。

被短路的繞組3和差動繞組2可以在共用點7處連接，該共用點7則位于電勢相。該連接在圖1中通過虛線示出。其用作用于這兩個繞組(2、3)的同時卷繞的基本點。

圖2允許示出在具有3000a的8/20μs的電流波期間差動繞組上的感應電壓的減小。在該示例中，磁繞組包括7個線圈，差動繞組包括1000個線圈。

曲線10示出在沒有附加的壓敏電阻的情況下，在如前所述的現有技術的致動器上測得的感應電壓的演變。感應電壓具有上升到12000v以上的峰值。

曲線11示出在根據本發明的致動器上測得的感應電壓的演變，同時第三繞組具有設為短路的并嵌置在兩個其它繞組中的100個線圈。相對于曲線10，感應電壓被3除，并最大升至4000v。

最終，曲線12示出在根據本發明的致動器上測得的感應電壓的演變，同時第三繞組具有設為短路的并嵌置在兩個其它繞組中的200個線圈。處于短路的線圈的數量的增加允許進一步降低感應電壓，該感應電壓升高至3000v以下。

在引用的附圖中所示的配置僅僅是本發明的可行的示例、而絕非是限制性的，相反地，本發明包括在本領域技術人員的范圍內的形式和設計變型。