專利名稱：用于具有并聯電流通路的開關設備的電流測量方法
技術領域：
根據權利要求1的前序部分，本發明涉及一種用于開關設備、特別是功率開關或電機保護開關的電流測量方法，所述開關設備用于低壓交流電并具有并聯電流通路。
背景技術：
已知開關設備、例如功率開關的實施方式，在所述實施方式中電流通路被并聯用以提高載流能力。四極開關設備的實施方式也是已知的，在所述實施方式中各自僅并聯兩個中間電流通路以提高額定電流。當這種開關設備被實施為具有過電流觸發器、特別是具有電子過電流觸發器時，必須檢測兩個外側電流通路和兩個并聯的內側電流通路的測量信號，并且以足夠的精確度進行處理。通常，通過具有鐵芯的轉換變流器(transformatorische Stromwandler)進行過電流的測量。可選地，羅果夫斯基線圈也可用于測量。此外需要的是，在所述設備的所有開關電極中單獨檢測電流信號。對此，理論上外側開關電極各自的一半電流在中間開關電極的兩個并聯電流通路中流通。為了進行測量，通常要么兩個并聯電流通路的變流器作為外側電流通路具有其他變流比，并將其串聯，要么使其在相同的變流比下平行工作。另一實施可能性在于分別實施電流信號的模擬準備，其方法在于，由測量電阻和必要時測量放大器構成的、所述中間開關電極的測量裝置相對于外側電極的測量裝置被另行測量。
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通常，所述變流器具有取決于初級電流的某種非線性傳輸特性，所述非線性傳輸特性在電子觸發設備中被相應地補償。如果所述開關設備如上所述對稱地載荷電流，則額定電流在兩個中間電流通路上被近似分配為一半的份額，而在外側電流通路上各自分配為整個份額。以此足夠補償電子分析設備中的變流器的非線性。但是，正如現實中并不鮮見的，所述電流通路的非對稱載荷或者電流通路的通路電阻不同，因此開關設備的并聯電流通路中的電流分配不再相等。由于兩個變流器的傳輸特性曲線上的操作點不同，導致在此處取決于初級流動分電流的互感器對總公差的提高。這導致了電流的錯誤檢測以及由此所不期望的過電流觸發器的更大觸發公差，即過早或過晚觸發的危險。在文獻DE I 950 319 A中公開了一種用于低壓交流電的功率開關，其具有偶數個并聯的且同向通流的電流通路，所述電流通路各包括一個開關點和導電軌。為了穩定并聯電流通路中的電流分配，在所述功率開關內部分別將兩個導電軌在其長度部分上以相反的電流方向彼此平行布置。該平行放置的導電軌部段由鐵芯包裹。所述開關點被相鄰布置，并且所述導電軌隨后在開關點處對稱地交叉穿過，并且在接下來的走向中重疊。這種設置的缺點在于其構造耗費體積和材料。此外，在非對稱電極電流下觸發公差變大的問題也沒有得到解決。文獻DD 144 192 Al描述了一種用于電子觸發器的電流測量裝置，用以檢測功率開關中的過電流和短路電流，所述功率開關在每個開關電極上具有兩個或更多并聯的電流通路。羅果夫斯基線圈在幾何形狀上包括分別分配給開關電極的并聯電流通路，并且與積分器電子連接，所述積分器的輸出端通過或運算作用于電子觸發器。利用這種裝置也不能解決在非對稱電極電流下觸發公差變大的問題。
發明內容
因此，本發明的目的在于，提出一種用于在開關設備非對稱載荷的情況下避免更大的觸發公差的方法。由開始所述方式的電流測量方法出發，本發明的目的是通過獨立權利要求的特征部分得以實現的，同時可以從附屬權利要求得到本發明的有益的改進方案。在根據本發明的方法步驟中，由分別與開關電極并聯的電流通路所確定的數字測量值不僅形成總值，也形成至少一個差值。在兩個并聯電流通路的情況下僅得出一個差值。在例如三個并聯電流通路的情況下就是三個差值，并且在四個并聯電流通路的情況下就是六個差值。當在隨后的方法步驟中實施的、用以補償與變流器相關的非線性所進行的總值的校正時，至少將目前一個(在兩個并聯電流通路的情況下即正好為一個)差值在數值上作為其它參數進行考慮。由此，在補償變流器的非線性特征時，形成了與并聯電流通路中的非對稱電流分配相關聯的函數關系。通常，所述差值對校正的結果影響越強，則其數值越大。通過所述建議的方法確定并校正的電流值可用于其它分析，特別是用于過電流觸發。通過所述建議的方法，在電流通路非對稱載荷的情況下，觸發公差被限制到被允許的程度。實踐中，設備制造者對既用于單獨存在的電流通路也用于并聯電流通路的校正函數針對每個可用的變流器型號進行了測量技術檢測，并將所述校正函數作為公式程序或數據表以軟件形式存儲在觸發器的電子設備部分中。在并聯電流通路多于兩個的情況下，當在校正值形成過程中僅將最大的差值作為參數進行考慮時，其對不少應用情況而言完全夠用。如果將根據本發明的電流測量方法應用在四極開關設備上，則有利的是，能夠平行運行其兩個中間電流通路，并且單 獨運行兩個外側電流通路。通過這種方式可以提供三個具有最佳額定載流能力的開關電極。如果并聯的電流通路被分配到多個開關設備上，則根據本方法的數字處理和確定電流值的進一步分析僅由這些開關設備其中一個的電子觸發設備實施。
本發明的其它詳細內容和有益效果由下面借助附圖進行闡述的實施例得出。其中圖1示出了具有兩個并聯電流通路的四極開關設備的示意圖；圖2示出了根據圖1的用于闡述根據本發明方法的開關設備的其他示意圖；圖3示出了作為圖2細節的函數曲線。
具體實施例方式圖1示出了作為開關設備的具有四個電流通路L1、L21、L22和L3的四極功率開關，所述電流通路分別與開關觸點1、2、3及4相連。與兩個外側電流通路LI和L3相反，兩個內側電流通路L21和L22是并聯的。因此中間電流相位的相位電流被分為兩個通路電流i21和i22。兩個外側相位電流未被分開，并且因此通路電流il及i3是相等的。通過這種措施，所述開關設備的額定載流能力被總體提高。所述開關設備配備有包括電子觸發設備7 (見圖2)的觸發裝置5。在連通的開關觸點I至4中流通的通路電流il、i21、i22和i3被觸發裝置5檢測。在短路的情況下所述觸發裝置5起效，在沒有明顯延遲的情況下通過操作機構6使得觸點I至4斷開，并且因此導致電流流通的中斷。在出現過電流、即通路電流il或/和i21或/和i22或/和i3超過各自的開關設備額定電流的情況下，所述觸發裝置5起效，通過操作機構6使得觸點I至4在取決于一個或多個過電流的大小的延遲時間內被打開。上述情況被稱為過電流觸發。由于不同的原因、特別是由于兩個并聯電流通路L21和L22中的通路電阻不等大，或者由于相位電流之間的不對稱，所述中間通路電流i21和i22不再分為相等的份額。也為了在這種實際上并不鮮見的、通路電流i21和i22分配不等的情況下盡可能精確地保證觸發條件，在圖1的開關設備上使用了根據本發明的電流測量方法，隨后借助圖2描述所述電流測量方法。在第一個方法步驟中，以公知的方式在初級側通過轉換變流器Wl、W21、W22和W3檢測流經單個電流通路L1、L21、L22和L3的通路電流il、i21、i22和i3，并在次級側將其作為次級電流il'、i21'、i22'和i3'以供使用。附圖標記末端的撇號應該所指如下，即涉及的物理量或數值與實際量或數值有偏差。這種偏差由變流器W1、W21、W22和W3的非線性傳輸特性N而導致的，所述非線性傳輸特性N特別是由于磁性材料的飽和度引起的。次級電流il'、i21'、i22'和i3'被導向電子觸發設備7，并且在隨后的方法步驟中由此借助測量裝置8生成電壓形式的測量信號ul'、u21'、u22'和u3'。所述測量裝置8通常各自包括一個測量放大器和一個測量電阻。
模擬測量信號ul'、u21'、u22'和u3'被導向電子觸發設備7內部的微控制器U C，并且在下一個方法步驟中被轉換為數字測量值11'、121'、122'和13'。模數轉換9可以以硬件或軟件的形式實現。所述數字測量值11'、121'、122'和13'并未以足夠的精確度與電流通路L1、L21、L22及L3中的通路電流il、i21、i22和i3相對應，因為這些數字測量值受制于其根據所述變流器Wl、W21、W22和W3的非線性傳輸特性N的形成。隨后，用于兩個外側開關電極的數字測量值11'和13'通過利用補償Kn(其校正與轉換變流器相關的非線性N)的處理而數字轉換為第一校正值Il和13，其中所述外側開關電極的電流通路LI或L2不與其它電流通路并聯。所述補償Kn以軟件的形式作為表格或公式程序存儲在微控制器U C中。所述第一校正值Il和13以足夠的精確度對應于通路電流il和i3，并且現在作為電子觸發設備7的確定的電流值供進一步的分析使用。上述用于獲取第一校正值Il和13的方法步驟實際上在分配給并聯的電流通路L21和L22的數字測量值121'和122'上將會導致不可接受的公差偏差。因此，根據本發明，由這兩個數字測量值121'和122'在隨后的方法步驟中首先形成總值121' +122'和數額差值I 121' -122' I。總值的形成10以及差值的形成11同樣通過軟件實現。在最后的方法步驟中，所述總值121' +122'通過處理在考慮了差值I 121' -122' I的情況下校正所述的非線性N的補償Kp而數字轉換為第二校正值12。所述取決于兩個輸入值總值121' +122'以及差值I 121' -122' I的補償Kp也同樣作為表格或公式程序存儲在微控制器U C中。所述第二校正值12則在通路電流i21和i22分配不等的情況下也以足夠的精確度與分電流i21和i22的和相對應，并且現在可作為電子觸發設備7的確定的電流值供進一步分析使用。在圖3的函數曲線中，以虛線示意性地示出了變流器W1、W21、W22和W3的非線性傳輸特性N。可以看出，具有上升值的次級側電流(此處以i’表示)由于變流器的飽和現象而與具有初級側電流(此處以i表示)的線性關系之間的偏差如何變大。此外，在所述函數曲線中還以實線示意性示出了非線性傳輸特性N的補償Kp。可以看出，代表并聯中間通路電流i21和i22的總和的第二校正值12的形成在總值121' +122'變大的情況下與校正增大相關聯。在圖3中應該暗示了在不同差值I 121' -122' I的情況下用于所述補償Kp的彼此相偏離的校正曲線的三個曲線走向，即對兩個中間電流通路L21和L22上的電流分配的補償Kp的函數關系。本發明并不限于上述實施方式，而是也包括所有在本發明意義上具有同等作用的實施方式。因此本發明例如也可以應用于具有需要時分配在多個開關設備上的兩個或更多并聯電流通路的開關設備或開關設備設置上。附圖標記1......4開關觸點5觸發裝置6操作機制7電子觸發設備
8測量設置9模數轉換10總形成11差形成il ；i21 ；i22 ；i3通路電流ir ;i2P ；i22/ ；i3/ 次級電流Il ；I2 ；13校正值Ir ;I21' ；I22/ ；I3/ 數字測量值Kn ；Kp補償LI ；L21 ；L22 ；L3電流通路N傳輸特性ul' ;u21' ；u22r ；u3r 測量信號Wl ；W21 ；W22 ；W3變流器
權利要求
1.一種用于具有至少兩個并聯電流通路(L21 ；L22)的開關設備的電流測量方法，其中，所述開關設備配備有電子觸發設備(7)，并且每個電流通路(LI ；L21 ；L22 ;L3)連接一個開關觸點(I ；2 ；3 ;4)，其中A)通過轉換變流器(W1；W21 ；W22 ;W3)在初級側檢測流過單個電流通路(LI ；L21 ；L22 ； L3)的通路電流(il ；i21 ；i22 ;i3)，并在次級側將其用于進一步處理，B)每個次級電流(il';i21' ；i22f ；i3f )借助測量裝置(8)被轉換為模擬測量信號(ul' ;u21' ；u22' ;u3')，C)所述模擬測量信號(ul'；u2r ；n22' ；n3')被轉換為數字測量值(II' ;121'； 122' ；13/ )，D)在補償(Kn)與轉換電流轉換器相關的非線性傳輸特性(N)的情況下，屬于非并聯電流通路(LI ;L3)的數字測量值(11' ;13')被數字轉換為第一校正值(II ;13)，所述第一校正值作為所屬的通路電流(il ;i3)的確定的電流值被用于進一步分析，其特征在于，對于每組并聯電流通路(L21 ；L22)來說E)由其所屬的數字測量值(121'，122)構成總值(121'+I22f )和至少一個差值(I 121' -122' I )，F)用于補償(Kp)與轉換電流轉換器相關的非線性傳輸特性(N)的總值(121'+122') 在考慮至少一個差值(I 121' -122' I )的情況下被數字轉化為第二校正值(12)，所述第二校正值(12)作為所屬通路電流(i21 ；i22)總值確定的電流值被用于進一步分析。
2.根據前述權利要求所述的電路測量方法，其特征在于，方法步驟F中自三個并聯電流通路起，僅考慮由方法步驟E確定的最高差值。
3.根據權利要求1所述的電路測量方法，其特征在于，在使用四極開關設備時，方法步驟E和F適用于分配給兩個中間電流通路(L21 ;L22)的數字測量值(121' ;122/ )。
4.根據前述權利要求中任一項所述的電路測量方法，其特征在于，在將并聯電流通路分配給多個開關設備時，僅有所述開關設備其中一個的電子觸發設備(7)被激活，并且執行所述方法步驟C至F。
全文摘要
本發明涉及一種用于具有并聯電流通路(L21；L22)的開關設備的電流測量方法。由通路電流(i1；i21；i22；i3)導出的數字測量值(I1′；I21′；I21′；I3′)被轉化為校正值(I1；I2；I3)以用于補償(Kn；Kp)與轉換電流轉換器相關的非線性傳輸特性(N)。由分屬于并聯電流通路(L21，L22)的數字測量值(I21′；I22′)分別確定了總值以及差值，其中，在形成所屬的校正值(I2)時考慮了至少各自一個差值，并且所屬的校正值(I2)表示所屬的通路電流(i21；i22)的總值。
文檔編號H02H3/00GK103038848SQ201180022772
公開日2013年4月10日 申請日期2011年5月6日 優先權日2010年5月6日
發明者R·科瑞夏爾, A·祖瑪柏克 申請人:伊頓電氣Ip兩合公司