專利名稱：開關設備的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于開關設備，尤其是用于接觸器或繼電器的控制裝置，該控制裝置帶有一磁系統以及一調節裝置，前者包括由銜鐵和磁軛組成的一電磁線圈，后者用于調節磁系統中的磁通。
開關設備的驅動裝置通常借助一磁系統來工作，到目前為止已有的磁系統必須與開關設備的電壓級和/或驅動方式相適配。為此必需有大量的線圈變型。
尤其當采用直流驅動的接觸器時，在磁系統的吸動階段已知必需一高電流以便克服彈簧力。與之相反，在磁系統閉合時，一明顯較小的電流就足以可靠保持。為了減小采用直流驅動接觸器時的吸持功率，已采用了多種不同技術例如已知可采用兩個電磁線圈，一個用于吸動階段，另一個用于吸持階段，其中所述線圈通過一輔助開關可接觸。此外在吸持階段已經有人建議采用脈沖的線圈電壓。脈沖性能決定有效線圈電流。當接觸器可靠接通時，經過一固定時間后進行換接。
由DE 3047 488 A1已知一種用于電磁開關設備的電路布線，其中利用一個雙點調節器來調節通過一個吸持磁鐵處于閉合狀態的保持線圈的電流。為減小吸持功率，經過一給定的時間段之后，轉換用于電流調節的閾值。在此借助于通過一霍耳探針的磁通量測量來求得用于電流控制的被測參數。此外由DE 41 29 265 A1已知一種帶有樞軸銜鐵系統的電磁開關設備，其中利用一霍耳探測器測得漏磁通量并通過計算求得的磁通比例參數調節輸給線圈的功率。在DE 36 37 133中同樣通過形成一用于識別最小空氣間隙的磁分路來測量漏磁通量。最后由DE 32 46 739還已知一種帶有磁通傳感器的開關接觸器，其中在磁系統的磁軛中有一霍耳傳感器，它的信號用于控制當達到一預定磁通量時電激勵開關接觸器。
此外由卡爾斯魯厄大學的第13期研究班于1995年10月4至6日召開的接觸器研討會的會議記錄“接觸性能和開關”中第101頁以下研究了由不同原理控制調節的接觸器驅動機構。其中也特別描述了一種用于調節磁系統中磁通量的裝置，在該裝置中，通過對纏繞在磁鐵腿上的一個線圈中的感應電壓進行積分來求得磁通量并借助一精確的磁鐵模型利用逆模擬方法來計算磁通量的額定預定值。由此專門設定一個與時間相關的磁通量額定曲線。該磁通量產生驅動力并因此與機械運動建立因果聯系。
本發明的目的在于對用于上述類型的開關設備中的控制裝置進行簡化，一方面致力于減小磁系統的吸持功率，另一方面致力于提高其機械及電力使用壽命。此外使該簡化的控制裝置可應用于不同的開關設備，使得僅僅必需很少的線圈變型且該磁系統本身能夠制作得比目前為止更小。
本發明的目的是這樣實現的，即利用調節裝置在一預定范圍內調節磁通量，該范圍與時間和行程無關。在此利用調節裝置優選對通過線圈的磁通量，亦即線圈磁通量進行調節。
利用本發明，現在可以實現開關設備的柔軟接通，通過由此減少觸頭彈跳而獲得更長的使用壽命。
此外有利之處在于，僅僅必需一個用于吸動和吸持的磁通量范圍，該范圍可調整為較窄的范圍。所述線圈磁通受調節的范圍寬度尤其位于磁通量的0.01％至10％之間，最好在0.05％至5％之間。線圈磁通的范圍寬度尤其可以根據開關頻率進行選擇。
本發明基于下述不尋常的認知，即選擇線圈中磁通量的額定值最好與狀態和位置無關。在一具體的接觸器上進行的測試已經表明，為達到磁系統在開啟狀態下的吸動力和磁系統在閉合狀態下的吸持力，磁通量必需要有近似相等的值。在閉合狀態下，一明顯較低的電流就足以產生這么大的磁通量，因為此時有較大的電感和較小的磁力阻抗。在一給定磁系統中通過對線圈匝數的調節適配使磁通量的值與電壓級無關。
這樣就獲得了相對于現有技術的顯著優點，在現有技術中，在簡化磁系統的結構時，必須根據時間預先選擇磁通量。此外有利之處還在于，在一具體的接觸器上獲得的特性也可轉移到其它尺寸的接觸器上。尤其通過改變磁系統的磁軛中的強制空氣間隙，也可相應獲得適配的性能。
本發明的其它細節和優點由下面借助附圖對實施例的說明及其它從屬權利要求來獲得，附圖中

圖1所示為用于一磁系統的控制裝置的原理性結構；圖2為磁通量和電流曲線在一窄范圍內被調節的圖解；圖3所示為通過一輔助線圈來測量磁系統中的線圈磁通量的原理圖4所示為通過一磁場探頭測量線圈磁通的示意圖；圖5所示為由磁軛和銜鐵組成的磁系統的結構，其中可看到強制空氣縫隙。
各附圖中相同的或起相同作用的元件具有相同的附圖標記。這些附圖被部分地得以共同說明。
在這些附圖中，附圖標記1表示一個線圈，它是用于開關設備的一磁系統的部件。在圖1中專門示出作為電感的線圈1，它通過一整流電橋5與交流電網的接線端相連。線圈1配有一個用于探測磁通的傳感器2。
在圖1中，10表示原來用于調節磁通量的裝置。它包含一個閾識別單元11和一個電壓監控單元12以及一個可控開關元件13。通過該可控開關元件13，例如一晶體三級管，所述線圈1上接有整流端電壓。
單元12中的電壓監測用于當電壓超過一定的接通閾值，例如額定電壓的70％時，釋放接通過程。由此可以阻止接觸器在主接點上保持懸掛和熔結。
在釋放之后，測量通過線圈1的磁通量，亦即線圈磁通量，而并不測量在接通過程中在磁系統的工作間隙中的磁通量，然后將所測值用于調節控制。為線圈磁通量確定一上閾值和一下閾值。只要線圈磁通量保持在上閾值之下，該開關元件13就保持閉合。當超過上閾值時，就斷開所述開關元件13，線圈磁通量又重新變小。當低于下閾值時又重新閉合所述開關元件13。
通過這樣的調節就可以實現通過線圈1的磁通量保持在預定界限內，從而可在這樣一個范圍內調節線圈磁通量，即線圈磁通量的0.01％和10％之間，尤其在0.05％至5％之間。
為了使調節范圍進一步規格化，在西門子公司的接觸器3TF 56上進行過試驗，以獲得用于模擬計算的基礎資料。這一試驗結果在圖2中示出，其中分別示出作為時間函數的磁通量φ和有關電流I。如圖例所示，對于一個1.35至1.4V.s的磁通量而言，一個400Hz的開關頻率實現約3.6％的窗口寬度。由于盡可能地期望頻率在高范圍之外，即在約20KHz之上，從而使得窗口寬度值在0.01％以下。因此可以這樣的方式確定一到目前為止未考慮到的狹窄范圍。
由圖2可進一步知道，線圈磁通量φ(t)與時間無關。而對電流曲線I(t)來說則正好相反，電流I按照曲線在約50ms后下降。
為了在預定的窄范圍內調節磁通量，有必要采用已知的不同方法探測線圈磁通。
如圖3所示，磁系統20由線圈21(相應于圖1中的線圈1)，磁軛22和銜鐵23構成。在磁系統20的磁軛22上安設有一個輔助線圈24，它用于測量感應電壓。該感應電壓對時間求積分得到一個用于改變線圈磁通的量值。其所能達到的精確度在吸動階段已足夠。由于在吸持階段的感應電壓不可掌握，在測量過程中的偏移誤差可能會導致積分儀的漂移，因而必須采取適合的補償措施。
如圖4所示，在如圖3所示的同一個磁系統20上安裝一個磁場探針34，該探針測量B(加速)磁場或H(均強)磁場。為此可能必須在磁系統20中設置一開槽25。所述B磁場或H磁場是對通過線圈21的磁通量的測定。在此情形下特別有利的是不需要積分儀。
圖5基本上由圖1和圖4組合而成。在電控制模塊中，用于圖1所示線圈1或圖4所示線圈21的控制線路通過一個二極管橋接。在槽25中插入一合適的磁場探針34。
在圖5中利用了這一點，即在磁軛22中最好有一強制空氣縫隙30。通常在制造由片狀鐵片組成的磁軛時，就已設有這種強制空氣縫隙并用一種絕緣材料制的薄膜來填充，以便這兩個磁軛部件穩固連接。
在圖5所示布置中，通過開槽25和強制空氣縫隙30的特殊幾何形狀，在強制空氣縫隙30和開槽25之間實現一個磁分壓器。通過改變幾何形狀來影響磁性能。一更窄的強制空氣縫隙使為吸持所必需的線圈磁通減小很多，然而對于為在斷開狀態施加吸動力所必需的線圈磁通量卻幾乎沒有影響。因此強制空氣縫隙的寬度b變化尤其可應用于調節適配在閉合狀態所需的磁通量，使其具有和在斷開狀態下所需磁通量的同等量值。
權利要求
1.一種用于開關設備，尤其是用于接觸器或繼電器的控制裝置，其具有一磁系統和一用于調節磁系統中磁通量的裝置，該磁系統包括帶有銜鐵和磁軛的一線圈，其特征在于，利用該調節裝置(10)在一個與時間和行程無關的預定范圍內調節磁通量。
2.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，測量在接通和吸持過程中的磁通量并將其用于調節。
3.如權利要求2所述的控制裝置，其特征在于，利用調節裝置(10)調節線圈(1，21)中的磁通量。
4.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，為線圈(1，21)中的磁通量規定一個上閾值和一個下閾值。
5.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，線圈磁通量受調節的范圍寬度在磁通量的0.01％至10％之間，最好在0.05至5％之間。
6.如權利要求5所述的控制裝置，其特征在于，根據所期望的開關頻率選擇線圈磁通量受調節的范圍寬度。
7.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述線圈(1)通過一個可控開關元件(15)和一整流器(5)與端電壓連接。
8.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述調節裝置(10)包含一個用于監控電壓的單元(12)，利用它在電壓超過規定的接通閾值，例如額定電壓的70％時，釋放接通過程。
9.如上述任一項權利要求所述的控制裝置，其特征在于，為測量磁通量設有一個帶積分儀(26)的輔助線圈(24)。
10.如權利要求9所述的控制裝置，其特征在于，在磁系統(20)的磁軛(22)上安設所述輔助線圈(24)。
11.如權利要求1至8中任一項所述的控制裝置，其特征在于，為測量線圈磁通量設有一磁場探針(34)。
12.如權利要求11所述的控制裝置，其特征在于，所述磁場探針(34)安設在磁系統(20)的磁軛(22)的一開槽(25)中。
13.如權利要求12所述的控制裝置，其中所述磁系統的磁軛具有一強制空氣縫隙，其特征在于，所述磁軛(22)中的開槽(25)和強制空氣縫隙(30)構成一磁分壓器。
14.如權利要求13所述的控制裝置，其特征在于，所述強制空氣縫隙(30)具有一預先選定的寬度(b)。
全文摘要
一種用于開關設備,尤其是接觸器或繼電器的控制裝置,其通常具有一個磁系統,該磁系統包括一個帶有銜鐵和磁軛的線圈。在過去已經有人建議采用一種依據一額定曲線按時間調節磁系統中磁通量的裝置,其中該額定曲線是對于一磁模型而被精確計算出的。按照本發明,利用所述調節裝置(10)在一個預定的與時間及行程無關的范圍內調節磁通量。最好利用該調節裝置(10)調節通過線圈(1,21)的磁通量。尤其是線圈磁通量被調節的窄范圍能夠與時間及行程無關,這按照現有技術是不可能實現的。
文檔編號H01H47/32GK1202269SQ96198342
公開日1998年12月16日 申請日期1996年11月28日 優先權日1995年12月5日
發明者弗朗茲·烏爾特什 申請人:西門子公司