CN102570411A

CN102570411A - 具有数字式数据处理装置的保护开关装置

Info

Publication number: CN102570411A
Application number: CN2011102980814A
Authority: CN
Inventors: 彼得·科帕策韦斯基
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: DE102010041495A1; US20120075043A1; CN102570411B

Abstract

在具有数字式数据处理装置(μC)的保护开关装置中，可以取决于能量流的方向进行触发，即能量是否从电源(Q)流至负载(M)，或者是否相反地从负载(M)沿相反方向传递能量。根据关于被讨论的电路中的交流电压和流过该电路的电流之间相位关系的信息推导出能量流的方向。在此，可以使用模拟工作的开关元件(10，12，14，16，18，20；F₁，F₂，A；FT，Z₁，Z₂)，在微控制器外部提供这些开关元件。例如，可以使用具有触发电路(F1，F2)的简单的电路。

Description

具有数字式数据处理装置的保护开关装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的保护开关装置。

背景技术

保护开关装置的任务在于，在满足预定条件的情况下使电负载(或者多个这种负载)与电源脱离。为此，在该电源和至少一个负载之间接入了保护开关装置：该保护开关装置具有输入接口和输出接口，其中各一个输入接口和输出接口以成对地方式连接(通常存在两对或四对这种类型的连接)。该连接可以通过一个用于中断的装置进行中断。这种保护开关装置越来越多，其中用于中断的装置并不或并不仅仅通过电机的方式工作，而是由数字式的数据处理装置、典型地如微处理器进行控制。这种微处理器承担了越来越多的新任务。因此，已知的是：当触发保护开关装置时需要考虑，能量是否从电源流至负载或者反向流动；例如当预设作为负载的电动机停止且反之作为发电机进行工作，则是后一种情况。因此，从保护开关装置的角度出发区分，因此在该情况之间不同的是，能量从输入接口被传递至输出接口一次，并且另一次相反地从输出接口被传递至输入接口。

目前为止，根据有效功率测定能量流的方向。为此，分接为负载供电的电压，且附加地分接从保护开关装置流过的电流，并且将该电流转变为电压。两个如此产生的电压可以彼此相乘。有效功率的符号给出了能量流的方向。有效功率的计算通过数字式的数据处理装置本身进行。为了使数字式的数据处理装置能够进行这种计算，其必须配备有相应的计算功率。然而这不利地导致了在触发时、例如在确定触发电流时或其它工作参数、如其它阈值时，仅在高昂的、总体上耗费成本设计的接通仪器中考虑能量流的方向。

发明内容

本发明的目的在于，确保在考虑到能量流时的较大的使用范围。

该目的通过具有根据权利要求1的特征的保护开关装置来实现，根据另一方面，该目的通过具有根据权利要求8的特征的方法来实现。

因此，在根据本发明的保护开关装置中，设有模拟的(模拟工作的)开关元件，用于产生用于数字式数据处理装置的输入信号(其中该输入信号通过模拟工作的开关元件与数字式数据处理装置的相应的联接而传递)，其中由数字式数据处理装置可以从这种输入信号推导出在中断连接之前，沿哪个方向传递能量。

因此，通过本发明，从数字式数据处理装置中扩展测定能量流的方向的功能性。可以把模拟工作的开关元件也简单地归属于“布置在数字式数据处理装置外部且与这些中任一个不同的开关元件”。在此，本发明基于这样的认知，即通过模拟工作的开关元件可以产生用于数字式数据处理装置的这种输入信号，由该输入信号可以推导出能量流的方向；模拟工作的开关元件可以以简单的方式产生输入信号，简单产生的信号也可以包含或承载如关于能量流方向的简单信息。

如从根据本发明的方法中得出的，简单的输入信号尤其可以是这种承载关于施加在保护开关装置的接口处的交流电压和由于该交流电压而流过该保护开关装置的电流之间的相位关系的信息的信号，其中，由这种信息可以推导出能量流的方向。如果能量沿一个方向流动，电流滞后于电压，那么能量沿反向流动时，电流超前于电压。

在本发明的一个优选的实施方式中，模拟工作的开关元件的第一部分如此设计，即在工作中施加在两个接口之间的交流电压被处理为矩形信号。模拟工作的开关元件的第二部分如此设计，即为了工作，首先把基于交流电压而流动的交流电流转变为交流电压，其中该交流电压也以相应的方式被处理为矩形信号。最后，模拟工作的开关元件的第三部分设计用于，通过处理两个矩形信号产生输入信号。

可以通过尤其简单的方式由矩形信号提取出重要的信息。如上所述，由于尤其涉及到电压和电流之间的相位关系，所以矩形信号是足够的，因为仅基于信号的过零点可以推导出有用的信息。

为了正确地测定这种由于较高的谐波的混合而出现的过零点，根据优选的实施方式，模拟工作的开关元件的第一和第二部分可以分别具有至少一个滤波器，从而从相应的电压(直接地从交流电压或者从转变成交流电压的交流电流)中仅过滤出基波。

为了从基波中产生矩形信号，可以简单地使用比较器，同样有利地可以使用施密特触发器。

在本发明的一个尤其简单的实施方式中，也使用了尤其简单的模拟工作的开关元件，其中模拟工作的开关元件的第三部分包括两个触发电路。该触发电路的电路尤其为，产生的矩形信号被输送至触发电路的置位输入端。此外，触发电路的输出端通过“与”电路(例如“与”门)彼此联接，因此，触发电路的输出信号输送至“与”电路，其中“与”电路的输出端与触发电路的复位输入端联接，因此，在与逻辑连接之后，输出信号可以确保复位。此外，触发电路的输出信号还被输送至加法部件(加法器)，加法部件的输出信号自身又输送至数字式数据处理装置。

在所述的电路中，获得了用于在其中两个矩形信号未指示出同一信号的时间段的、与用于在其中两个矩形信号正好指示出同一信号的时间段的信号不同的另一信号。该另一信号的持续时间是用于在交流电流和交流电压之间的相位偏移的持续时间的标准。然而，该信号的符号已经直接地指示出能量流的方向。因此，甚至获得了比单纯关于能量流的方向的信息更有一些效力的信息；即关于与相位偏移对应的持续时间的信息。

在本发明的可替换的实施方式中，甚至还可以获得除此之外精确的信息：在此，模拟工作的开关元件的第三部分包括“与”电路，两个矩形信号被输送至该“与”电路。而“与”电路的输出信号相反地输送至计数器。该计数器进行计数，为此该计数器还附加地接收到脉冲信号。该计数器数出总信号对多少个脉冲有效。该计数的结果直接为用于交流电流和交流电压之间的相位的标准，例如作为角度给出。然而，由该给出角度可以推导出，电流是否在电压之前快速移动或者相反进行，并进而也推导出能量流的方向。在此，数字式数据处理装置把特定的角度范围简单地分配给特定的能量流的方向，其中或者整个角度范围被直接除以二分开、或者两个范围被一个其中通报了布置错误的范围分开。

在本发明的该可替换的实施方式中，模拟工作的开关元件的第三部分还优选包括分频器，将矩形信号中任一个输送至该分频器。分频器的输出信号被输送至计数器，该计数器根据同样被输送的脉冲信号进行计数以及进而进行频率测量。计数的结果直接为求出的周期的标准。

附图说明

下面根据附图描述本发明的优选的实施方式，其中：

图1示出电路布置的第一实施方式，如在根据本发明的保护开关装置中可以实现的那样，以及

图2示出电路布置的第二实施方式，同样如在根据本发明的保护开关装置中可以实现的那样。

具体实施方式

在此，首先说明对于本发明的两个实施方式来说哪些开关元件(电路元件)是共有的。然后详细地探讨该实施方式。

保护开关装置接在电源Q和负载、例如发动机M之间的连接中。保护开关装置可以中断该连接，为此，该保护开关装置具有合适的、在附图中未示出的开关触点。开关触点的断开可以在微控制器μC的控制下进行，该微控制器以控制的方式影响相应的触发装置，为了清晰，所以在附图中同样未示出该触发装置。

电路中的交流电压立即直接被分接，或者如附图中所示，通过电压转换器(Transformator)T转换为另一数量级。经这样转换的电压被输送至单元10，在该单元10中(通过带通)进行带宽限制，其中同时进行信号电平适配。在该所谓的适配后，将电压输送至微控制器。

也在具有电压Q和负载M的电路中对电流进行测量。在此，例如使用所谓的罗高夫斯基互感器RW，该罗高夫斯基互感器包括空心线圈。线圈上的电压降等于电流强度在时间上的求导。为了获得与电流强度相应的信号，设有积分器I，确切地说作为单元12的一部分，在该积分器中同样进行带宽限制和信号电平适配。这里也把输出信号输送至微控制器μC。

此外，单元10和12的输出信号还被附加地输送至所谓的基波滤波器14或16。仅一种具有振荡(电源Q利用该振荡给出电压)的波被允许通过该滤波器。

然后，在随后的比较器18或20中由基波产生了矩形信号。还可以设置施密特触发器以取代比较器。

矩形电压被输送至触发电路F₁或F₂各自的置位输入端处(Set-Input)。从两个触发电路F₁和F₂的输出端处输出的电压在“与”门中汇聚，而接受“与”运算的信号则被输送至触发电路F₁和F₂的复位输入端R处(Reset-Input)，同时，在加法器A中将输出信号相加，相加的信号被输送至微控制器μC的输入端E中。

当两个矩形信号恰好不同时，那么加法器A的输出信号不是零。因此，在输出信号中直接地形成了矩形信号之间以及进而电路中的电压和电流之间的相位偏移，该电路具有电源Q和负载M。加法器A处的输出信号的符号表明，能量是否从电源Q被运输至负载M，或者相反地在发动机作为发电机工作时，能量是否从负载M流动至电源Q。因此，微控制器μC能够基于在输入端E处的脉冲信号的符号独自确定，能量沿哪个方向流动。微控制器μC的任务在于，在发生触发、即电路被中断之前，检查预定标准的满足情况。在此，预定标准尤其根据能量是否从电源Q流动至负载M或者反向流动而有所不同。

在根据图2的实施方式中，两个矩形信号直接输送至“与”门，该“与”门的输出信号被输送至第一计数器Z₁，同时脉冲发生器CLK将脉冲信号输送至该第一计数器。第一计数器Z₁产生用于两个矩形信号之间以及进而电源和电流之间的相位偏移的标准的数值。计数器Z₁的输出信号输送至微控制器μC的输入端E′₁。因此，该微控制器提供有用于电源和电流之间的相位偏移的数值。此外，可以通过分频器FT在两个矩形信号的任意一个上进行分频，并且接着通过计数器Z₂进行计数。在此，这通过用于电流的矩形信号示出。计数器Z₂的输出信号输送至微控制器μC的输入端E′₂。因此，在输入端E′₂处提供有用于振荡的周期持续时间的标准。

在根据图2的实施方式中，除了单纯考虑能量流的方向外还可以或者在确定触发标准时、或者用于微控制器承担仪器中的其它任务时利用附加信息。

Claims

1.一种具有输入接口和输出接口的保护开关装置，其中所述输入接口和所述输出接口成对地连接并且可以通过用于中断的装置中断至少一个连接，其中所述用于中断的装置可以由数字式数据处理装置(μC)控制，且所述数字式数据处理装置(μC)设计用于在这种控制中考虑，能量在所述中断之前是否在从所述输入接口至相应的所述输出接口的方向上进行传递或沿反方向进行，其特征在于模拟工作的开关元件(10，12，14，16，18，20；F₁，F₂、A；FT，Z₁，Z₂)，用于产生用于所述数字式数据处理装置(μC)的输入信号，通过所述数字式数据处理装置(μC)可以从所述输入信号中推导出，在中断所述连接之前沿哪个方向传递所述能量。

2.根据权利要求1所述的保护开关装置，其特征在于，所述模拟工作的开关元件的第一部分(10，14，18)将施加在两个所述接口之间的交流电压处理为矩形信号，并且所述模拟工作的开关元件的第二部分(12，16，20)将基于所述交流电压而流动的所述交流电流转变为交流电压，并且将所述交流电压处理为矩形信号，并且其中所述模拟工作的开关元件的第三部分(F₁，F₂，A；FT，Z₁，Z₂，CLK)通过处理两个所述矩形信号产生所述输入信号。

3.根据权利要求2所述的保护开关装置，其特征在于，所述模拟工作的开关元件的所述第一部分和所述第二部分分别包括至少一个滤波器(14，16)，从而将基波从所述相应的电压中过滤出。

4.根据权利要求3所述的保护开关装置，其特征在于，在所述滤波器(14，16)分别后接有比较器(18，20)或施密特触发器，以由所述基波产生所述矩形信号。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的保护开关装置，其特征在于，所述模拟工作的开关元件的所述第三部分具有两个触发电路(F₁，F₂)，所述矩形信号之一分别从所述模拟工作的开关元件的所述第一和所述第二部分被输送至所述触发电路的置位输入端(C1)，其中所述触发电路(F₁，F₂)的两个所述输出端被引导至“与”电路，并且所述“与”电路的输出信号输送至两个所述触发电路(F₁，F₂)的复位输入端(R)，其中所述触发电路(F₁，F₂)的所述输出端还引导至加法部件(A)，所述加法部件的输出信号自身又输送至所述数字式数据处理装置(μC)。

6.根据权利要求2至4中的任一项所述的保护开关装置，其特征在于，所述模拟工作的开关元件的所述第三部分包括“与”电路，所述两个矩形信号被输送至所述“与”电路，并且所述“与”电路的输出信号被输送至计数器(Z₁)，所述计数器根据同样被输送的脉冲信号进行计数，并把所述结果传递至所述数字式数据处理装置。

7.根据权利要求6所述的保护开关装置，其特征在于，所述模拟工作的开关元件的所述第三部分还具有分频器(FT)，所述矩形信号之一被输送至所述分频器，且所述分频器的输出信号被输送至计数器(Z₂)，所述计数器根据同样被输送的脉冲信号进行计数并把所述结果传递至所述数字式数据处理装置(μC)。

8.一种用于运行保护开关装置的方法，其中取决于能量流的方向通过所述保护开关装置来中断连接，其特征在于，由关于施加在所述保护开关装置的接口处的交流电压和基于所述交流电压而流过所述保护开关装置的电流之间的相位关系的信息推导出所述能量流的所述方向。