CN102119434B - 全球自适应多线圈自动转换开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多线圈自动转换开关(ATS)，其适于自动切换具有适当额定值的组件，以使该ATS在全球电压范围内可操作。低压接触器包括与常开低压主触点磁性链接的低压线圈。高压接触器与该低压接触器并联耦合。该高压接触器包括与常开高压主触点磁性链接的高压线圈。常闭高压辅助触点与该高压线圈磁性链接。该常闭高压辅助触点具有与该常开高压主触点相反的相位。该高压接触器打开该常闭高压辅助触点以切断该低电压线圈。

Description

全球自适应多线圈自动转换开关

技术领域

本发明总体涉及一种针对电子设备的电力配送，尤其但并非排他性地涉及用于计算环境中的自动转换开关。

背景技术

自动转换开关(ATS)是自动将两条交流(AC)线路电源之一连接到一电负载的电路。在使用紧急发电机从实用电源提供备用电力的情况下，可见到转换开关。转换开关允许在主线断电期间从实用电源切换到紧急发电机电力。自动转换开关必须完全隔离这两个输入电源。

为了从一个输入电源切换到另一个输入电源，ATS必须：主动监测两条输入线路的条件并做出断开和连接的决策，或者经设计以使得该ATS基于其电路对竞争输入电源的变化状态的相对响应而反应性地连接正确的输入电源。

为了监测和控制的目的，第一主动监测选项通常使用微控制器。为达成打开和闭合电接触的目的，这类主动监测ATS设备通常使用基于微控制器的“智能”电子控制电路来驱动低压线圈。主动监测和控制方法提供在任何线电压下的可重复操作。然而，支持该微控制器需要内部管理电源、电压传感器、信号条件电路和控制固件。这些额外需求增加了***成本和复杂度。所增加的复杂度又使得可靠性降级。

第二反射性选项常常是基于连锁机械接触器的简单设计，该连锁机械接触器基于施加到驱动线圈的电压而打开或闭合。该第二选项实施起来简单得多而且更加便宜，但遭受如下所述的主要弱点。

世界上的不同地区具有不同的电力特性，更具体地，AC输入电压在国与国之间有所变化。如在大多数电气设计中，ATS设备不应该是地区特定的；否则必须以每个地区为基础，或者在更坏的情况下以每个国家为基础来规定单独的产品型号。在反射性设计的情况下，尽管可使用若干具有不同产品型号的接触器来涵盖全球电力需求，然而这些产品型号不对应于诸如欧洲和/或美国之类的较大区域的电线选项。换言之，不存在可完全涵盖欧洲的接触器的单一产品型号，而这对于电线选项正是这种情况。

发明内容

根据上文，存在对可跨多个世界地区而使用同一产品型号来实施的简单的反射性机械自动转换开关(ATS)设计的需要。这样的设计将减少***成本、复杂度和故障点。

因此，在一个实施例中，仅举例而言，提供了一种多线圈自动转换开关(ATS)，其适于自动切换具有适当额定值的组件以使得该ATS在全球电压范围内可操作。低压接触器包括与常开低压主触点磁性链接的低压线圈。高压接触器与该低压接触器并联耦合。该高压接触器包括与常开高压主触点磁性链接的高压线圈。常闭高压辅助触点与该高压线圈磁性链接。该常闭高压辅助触点具有与该常开高压主触点相反的相位。该高压接触器打开该常闭高压辅助触点以切断该低压线圈。

在另一实施例中，同样仅举例而言，提供了一种全球自适应多线圈自动转换开关(ATS)。输入被耦合到低压主触点。高压主触点与该低压主触点并联耦合。低压线圈与该高压辅助触点串联耦合。该低压线圈机械链接到该低压主触点。高压主触点与该高压辅助触点并联耦合。高压线圈机械链接到该高压辅助触点和该高压主触点两者。该高压主触点和该高压辅助触点被配置为相反的相位。当向高压线圈供给能量时，该高压继电器打开该高压辅助触点以切断该低压线圈。

在又一实施例中，同样仅举例而言，提供了一种多线圈自动转换开关(ATS)的制造方法，该ATS适于自动切换具有适当额定值的组件以使该ATS在全球电压范围内可操作。该方法包括：提供低压接触器，该低压接触器包括与常开低压主触点磁性链接的低压线圈；提供与该低压接触器并联耦合的高压接触器，该高压接触器包括与常开高压主触点磁性链接的高压线圈；以及提供与该高压线圈磁性链接的常闭高压辅助触点，该常闭高压辅助触点具有与该常开高压主触点相反的相位，其中：该高压接触器打开该常闭高压辅助触点以切断该低压线圈。

附图说明

为了使本发明的优点易于理解，将通过参考在附图中说明的具体实施例而对上文简要描述的本发明进行更具体的描述。在理解这些附图仅描绘了本发明的典型实施例并且因此不应被视为对本发明范围的限制之后，将通过使用附图用附加的特征和细节来描述并解释本发明，其中：

图1是在低压操作模式下的示例性全球多线圈自动转换开关(ATS)的示意图；

图2是在高压操作模式下示出的图1的ATS的示意图；以及

图3是图1的ATS的示例性线电压的图表。

具体实施方式

下文中说明的实施例实施了一个使用继电器线圈的、简单的单一设计的自动转换开关(ATS)。所说明的实施例自动地适于全球电压操作而无需诸如智能控制器、内建式AC/DC电源和控制码之类的组件。对于特定实施例而言，可使用代表该ATS的单一产品型号来涵盖全球操作。这样的实施简化了制造和现场服务。另外，由于潜在故障点得以消除，该ATS提供了更可靠的操作。

如在下文中说明的实施例中所见，两个继电器或接触器的触点被并联连接。一个继电器使用额定电压为较高电压的线圈，而另一个继电器使用额定电压为较低电压的线圈。这些线圈具有将涵盖最低至最高全球电力网电压范围的重叠操作容限。例如，两个线圈的容限可调适为正百分之十(+10％)和负百分之十五(-15％)的额定电压。为了防止超过较低电压线圈的额定电压，一个高压继电器可适于在被连接时经由辅助触点打开该低压继电器。

转至图1，示出了在低压操作模式下的一个示例性ATS 10。ATS 10包括输入12(在这种情况下，额定电压为170到204VAC)和适于连接到电负载的输出14。低压继电器(接触器)16包括被配置为常开(N.O.)的低压主触点18。如虚线所指示，低压线圈22磁性链接到低压触点18。当向线圈22供给能量时，来自线圈22的磁通量使触点18闭合。线圈22耦合到地24。在本实施例中，线圈22的额定电压大约为200V，具有约170V的始动电压(Vpickup)和约220V的最大电压(Vmax)。始动电压指的是向线圈22充分供给能量以使得触点18闭合时的电压。最大电压指的是继电器16所耐受的最大电压。

ATS 10还包括高压继电器26，该高压继电器26具有耦合到地32和磁性链接到高压主触点28的高压线圈30。在本实施例中，该高压线圈30的额定电压是240V，具有204V的始动电压(Vpickup)和264V的最大电压(Vmax)。高压主触点28还被配置为常开(N.O.)。由于高压触点28与低压触点18并联耦合，所以如所示，高压继电器26与低压继电器16并联耦合。

高压辅助触点20被耦合在输入12和低压线圈22之间。高压辅助触点20链接到主触点28。然而，在这种情况下，该高压辅助触点被配置为与该高压触点28相反的相位。因此，该高压辅助触点被配置为常闭(N.C.)。当向高压线圈30供给能量时，来自高压线圈30的磁通量使高压触点28闭合并且使高压辅助触点20打开，从而切断到低压线圈22的电力路径。因此，停止向低压线圈22供给能量，并且低压触点18打开。

图1描绘了在低压操作模式下的ATS 10。对于在170V和204V之间的输入电压，如所示，经由低压主触点18向输入14供给能量。

转至图2，示出了一个在高压操作模式下的ATS 10。如果线电压高至足以供高压线圈30进行始动(例如，在本实施例中大于204V)，则经由高压辅助触点打开(在打开位置中示出高压辅助触点20)而停止向低压线圈22供给能量。在高于220V(最大电压)的电压下将低压线圈22切断电力以防止超过继电器16的额定电压。如所示，经由高压主触点28向该输出供给能量。

可根据以下所述来考虑ATS 10的功能性。低压继电器可被选择以具有定义为Va至Vb的操作电压额定值范围和定义为VpLV的始动电压。高压继电器可被选择以具有操作电压额定值Vc至Vd，以及高压始动电压VpHV。鉴于这些定义，ATS操作的特征在于：Vc＞Va，Vc≤Vb，Vd＞Vb，且VpHV＞VpLV。

转至图3，示出了用于高压辅助触点(HV AUX)(54)、低压主触点(LV Main)(56)和高压主触点(HV Main)(58)中每一个的线电压(52)的图表50。高压辅助触点54在约0V至约204V(或该高压线圈的始动电压)保持闭合。一旦向该高压线圈供给能量，高压辅助触点54在从高压线圈始动电压到高于260V的电压保持打开。

低压主触点56在从0V到低压线圈的始动电压(约170V)下为打开的。在从约170V到约204V，低压主触点为闭合的，然而可以存在一个几伏特的灰色区域(由虚线表示)，在此区域中，高压线圈的始动电压被超过并且低压主触点56尚未打开。从约204V到超过260V的电压，低压主触点为打开的。

高压主触点58在从约0V到高压线圈的始动电压(约204V)下为打开的。从该始动电压到高于260V的电压，高压主触点58为闭合的。

本领域技术人员应预料到，ATS 10可用具有相等容限但(针对特定情况)具有不同于上文所描述的示例性实施例的额定电压的线圈来配置。在每一种情况下，ATS 10使用简单的、具有成本效益且稳定的设计来提供跨国际电力网电压变化的自动转换功能性。

Claims (16)

1.一种多线圈自动转换开关ATS，其适于自动切换具有额定值的组件，以使所述ATS在全球电压范围内可操作，所述ATS包括：

输入；

输出；

低压接触器，其包括：

与输入和输出耦合的常开低压主触点；

与地耦合并且与常开低压主触点磁性链接的低压线圈；

与所述低压接触器并联耦合的高压接触器，所述高压接触器包括：

与输入和输出耦合的常开高压主触点；

与地耦合并且与常开高压主触点磁性链接的高压线圈；以及

与所述高压线圈磁性链接的常闭高压辅助触点，所述常闭高压辅助触点被耦合在输入与低压线圈之间，并且具有与所述常开高压主触点相反的相位，其中，当输入耦合到高压电压源时，高压线圈打开所述高压辅助触点以切断所述低压线圈，并且闭合高压主触点，使ATS处于高压操作模式；当输入耦合到低压电压源，低压线圈关闭所述低压主触点，使ATS处于低压操作模式。

2.根据权利要求1所述的ATS，其中，所述低压线圈和所述高压线圈被选择以具有从最低到最高的全球电力网电压范围内的重叠操作容限。

3.根据权利要求1所述的ATS，其中，所述输入适于接受两个重叠电压范围。

4.根据权利要求1所述的ATS，其中：

所述低压接触器具有操作电压额定值范围Va-Vb和始动电压VpLV，

所述高压接触器具有操作电压额定值范围Vc-Vd和高压始动电压VpHV，并且

Vc＞Va，Vc≤Vb，Vd＞Vb，且VpHV＞VpLV。

5.根据权利要求1所述的ATS，其中所述输出适于连接到电负载。

6.一种全球多线圈自动转换开关ATS，其包括：

输入；

输出；

耦合到所述输入和所述输出的低压主触点；

耦合到所述输入和所述输出并且与所述低压主触点并联耦合的高压主触点；

与所述输入串联耦合的高压辅助触点；

与所述高压辅助触点以及地串联耦合的低压线圈，所述低压线圈磁性链接到所述低压主触点；以及

耦合到所述输入和地，并且磁性链接到所述高压辅助触点和所述高压主触点两者的高压线圈，

其中，所述高压主触点和所述高压辅助触点被配置为相反的相位，当输入耦合到高压电压源，高压线圈打开所述高压辅助触点以切断所述低压线圈，并且关闭高压主触点，使ATS处于高压操作模式；当输入耦合到低压电压源，低压线圈关闭所述低压主触点，使ATS处于低压操作模式。

7.根据权利要求6所述的ATS，其中，所述低压主触点为常开的，所述高压辅助触点为常闭的，并且所述高压主触点为常开的。

8.根据权利要求7所述的ATS，其中，所述低压线圈和所述高压线圈被选择以具有涵盖从最低到最高全球电力网电压范围的重叠操作容限。

9.根据权利要求7所述的ATS，其中，所述输入适于接受两个重叠电压范围。

10.根据权利要求7所述的ATS，其中：

所述低压主触点具有操作电压额定值范围Va-Vb和始动电压VpLV，

所述高压接触器具有操作电压额定值范围Vc-Vd和高压始动电压VpHV，并且

Vc>Va，Vc≤Vb，Vd>Vb，且VpHV＞VpLV。

11.根据权利要求7所述的ATS，所述输出适于连接到电负载。

12.一种多线圈自动转换开关ATS的制造方法，所述ATS适于自动切换具有额定值的组件，以使所述ATS在全球电压范围内可操作，所述方法包括：

提供输入；

提供输出；

提供低压接触器，所述低压接触器包括与输入和输出耦合的常开低压主触点，以及与地耦合并且与常开低压主触点磁性链接的低压线圈；

提供与所述低压接触器并联耦合的高压接触器，所述高压接触器包括与输入和输出耦合的常开高压主触点以及与地耦合并且与常开高压主触点磁性链接的高压线圈；以及

提供与所述高压线圈磁性链接的常闭高压辅助触点，所述常闭高压辅助触点被耦合在输入与低压线圈之间，并且具有与所述常开高压主触点相反的相位，其中，当输入耦合到高压电压源时，高压线圈打开所述高压辅助触点以切断所述低压线圈，并且闭合高压主触点，使ATS处于高压操作模式；当输入耦合到低压电压源，低压线圈关闭所述低压主触点，使ATS处于低压操作模式。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述低压线圈和所述高压线圈被选择以具有从最低到最高的全球电力网电压范围内的重叠操作容限。

14.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述输入适于接受两个重叠电压范围。

15.根据权利要求12所述的制造方法，其中：

所述低压接触器具有操作电压额定值范围Va-Vb和始动电压VpLV，

所述高压接触器具有操作电压额定值范围Vc-Vd和高压始动电压VpHV，并且

Vc＞Va，Vc≤Vb，Vd＞Vb，且VpHV＞VpLV。

16.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述输出适于连接到电负载。

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