CN102867684A

CN102867684A - 用于电表的由锁存器起动的继电器

Info

Publication number: CN102867684A
Application number: CN 201110214152
Authority: CN
Inventors: C·韦斯特; J·T·汉森
Original assignee: Kamstrup AS
Current assignee: Kamstrup AS
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-09
Also published as: CN103828003B; EP2729949A1; EP2729949A4; WO2013004251A1; CN103828003A

Abstract

本发明与继电器(1)和拥有继电器的电表有关。继电器由一个锁存器起动装置(2)，可能一个基于电磁铁的线性起动装置，以及一个可用于在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间进行周期性切换的机械锁存器(3)构成。继电器起动装置(4)与锁存器相连以追随锁存器的移动，并与触点簧片(6)连接，关闭或中断第一个继电器接线端和第二个继电器接线端(7、8)之间的电路。触点簧片是导体通路(15-18)的一部分，导体通路至少包含一处弯曲(17)，由此导体通路包含互相面对的第一段(15)和第二段(16)。

Description

用于电表的由锁存器起动的继电器

技术领域

本发明与继电器和装有继电器的电表有关。

背景技术

继电器是一个电动操作开关，通常使用电磁体来机械操作开关机构，并且使用各种不同的开关机构。所谓的锁存继电器是继电器的其中一种形式，它有两种松弛状态，这两种状态通过电源开启，关闭电源时锁存继电器保留上一个状态。

已知的继电器(例如GB 2 383 469 A1中披露的)包含一个触点簧片，该触点簧片关闭或中断第一个和第二个继电器触点之间的电路。该继电器包含一个开关机构，这一开关机构采用H型电枢形式的永磁体。以永磁体为中心，永磁体被安放在磁化线圈的两个轭架上。当磁化线圈的磁极颠倒时，就以永磁体为中心，从而取代了导致触点簧片使得电路偏向和关闭或中断的起动装置。

继电器的应用广泛。在某一特殊应用中，继电器被用作断路器***电表中，用于控制向用户的电力供应。

继电器受到磁力影响。在理想情况下，继电器仅在开关机构运行时变换位置。但电磁继电器有可能受到外部磁场的影响，运行将受到干扰。此外，在继电器电路上运行的电磁力有可能导致电路在高电流的情况下出现断路，例如与供电网的电流短时脉冲波形干扰有关的情况。

发明内容

使得继电器适于***电表并且与目前已知的继电器相比对于磁力影响的敏感度较低是大有优势的。此外，本发明的目标是要实现除已知继电器之外适合***电表的替代继电器。

根据本发明的第一个方面，所提出的继电器包含：

-锁存器起动装置；

-可用于在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间进行周期性开关的机械锁存器；

-与锁存器相连以跟随锁存器移动的继电器起动装置；

-关闭或中断第一个和第二个继电器接线端之间的电路的触电簧片，触点簧片的一端与第一个继电器接线端导电性连接，触点簧片的第二个自由端关闭第一个触点簧片位置中的电路，以及中断第二个触点簧片位置中的电路；

其中，触点簧片是导体通路的一部分，导体通路至少包含触点簧片与第一个继电器接线端相连的一端和自由端之间的一处弯曲，由此导体通路包含互相面对的第一段和第二段；其中，触点簧片至少构成第一段；其中，继电器起动装置与触点簧片相连，由此电路在第一个锁存器位置关闭以及在第二个锁存器位置中断。

本发明的继电器的优点在于锁存器装置是机械的并且与锁存器起动装置分离，任何磁敏感零部件可由锁存器起动装置执行，与基于H型永磁锚定件的继电器相比，锁存器起动装置可更加有效的避免磁场干扰，而H型永磁锚定件构成锁存器装置和起动装置的一部分。此外，从触点簧片的构造(至少触点簧片的一段组成导体通路的一部分，导体通路包含在两个相对段之间的至少一处弯曲)来看，洛伦兹(Lorentz)力导致这两个相对的段互相排除，由此帮助在电流瞬变或电流短时脉冲波形干扰期间维持电触点，并由此在电流短时脉冲波形干扰期间阻碍断路，因断路区内出现电磁力。开关机构和触点簧片构造的结合使得继电器作为一个装置，对于来自已知来源的磁影响较不敏感。

在本发明的第二个方面中，继电器用作电表中的电路断路器，被安排用于测量交流电源线所供应电力的用电情况，其包含：

-用于测量用电情况的测量电路；

-依据本发明第一个方面的继电器，其中继电器接线端安排在电源线和负载之间，这样当继电器关闭时，负载与电源线电气性连接，而当继电器中断时，负载与电源线电气性断开；以及

-控制锁存器起动装置的控制电路。

该继电器尤其适合电表，因电表不易受到磁场或磁效应影响很重要。通过应用并非基于永磁体的机械锁存器，与已知电表相比，这一电表的断路器不易受到磁干扰。此外，这种电表的断路器能够抵抗短时脉冲波形干扰，而短时脉冲波形干扰时常在公共电网上发生。

总体而言，本发明的两个方面可在本发明的范围内以任何可能的方式整合及结合。这些方面以及本发明的其他方面、特点和/或优点将从下文所述的实施方案中明显看出，并在下文所述的实施方案中予以说明。

附图说明

本发明的实施方案将仅以示例的方式进行说明，并参考附图，其中：

图1A和1B显示继电器实施方案的示意图；

图2显示包含依据本发明实施方案的继电器的电表元件的示意图；以及

图3显示控制电路实施方案的示意图。

具体实施方式

依据本发明的继电器1的实施方案的示意图在图1A和1B中所示。继电器以图1A中的第一个位置(也称为关闭位置)进行说明，以图1B中的第二个位置(也称为中断位置)进行说明。

继电器包含与触点簧片6机械性相连的锁存器起动装置2、锁存器3和继电器起动装置4。触点簧片安装在第一个继电器接线端7和第二个继电器接线端8之间，可在电路于两个继电器接线端7、8之间关闭的第一个位置(图1A)和电路于两个继电器接线端7、8之间中断的第二个位置(图1B)之间移动。在图示的实施方案中，触点簧片的第一端9与导体18相连，而导体与触点簧片和继电器接线端之一互连；触点簧片的第二个自由端5附有一个触点铆钉。第二个触点铆钉附于连接第二个继电器接线端的相对导体19之上。通过移动触点簧片的自由端，继电器接线端之间的电路可被关闭或中断。

依据本发明实施方案的起动或开关机构包括三个总体构成：锁存器起动装置2、锁存器3和继电器起动装置4。

锁存器起动装置2的优点是可被构建成基于电磁铁的线性电磁起动装置，其在通电时施加直线力10。这种线性起动装置已为业界所知。基于电磁铁的电磁线性起动装置包含许多绕组11，这些绕组至少部分包住某一可磁化的插棒元件12，诸如铁插棒，为的是当电流在绕组中运行时，磁力向内挤压插棒。使用基于电磁铁的电磁线性起动装置的优点在于，即使起动装置基于可磁化的插棒和电磁线圈，起动装置也对外部磁场不敏感，因为其将需要极端的外部磁场以将插棒移入线圈，而线圈是开启锁存器所必需的。此外，锁存器起动装置相对于触点簧片的位置并不至关重要。在电表中，锁存器起动装置可放在外部磁场无法轻易触及的位置。

锁存器3是一种机械构造，可用于在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间进行周期性开关，第一个和第二个位置在锁存器开启之前维持不变。机械锁存器在实施方案中是以非磁性材料为基础，形式一般为塑料元件和非磁性金属簧片。虽然锁存器可包含磁性元件，但存放的位置是依据机械力而非磁力。锁存器装置可能以至少两个元件互相的周期性线性取代为基础。锁存器起动轴的优点是与电磁铁起动装置的起动轴一致。

直线起动的机械锁存器广为所知，例如圆珠笔的直线起动的机械锁存器，其可到达两个位置中的任意一个，要么外推以进行书写，要么内推以进行保护，当按下按钮时，则在这两个位置之间不断切换。锁存器构造是一个相当简单的机械构造，采用簧片和相互作用型元件。此等构造可以多种方式构建，这些方式为机械构造领域的技能熟练人士所知，在此构造下，两个可进行周期性线性取代的元件安排在两个簧片之间，为的是两个元件之间的轮换导致这两个元件在两个线性取代的安排之间切换。继电器起动装置4与锁存器相连以追随锁存器的移动，具体的操作在图2中进行了解释。锁存器依据圆珠笔的原理操作，在给锁存器起动装置2通电后，插棒12推动锁存器变换位置，并在再次开启之前保持位置不变。

在图示的实施方案中，在第一个锁存器位置，继电器起动装置未推动或仅略微推动触点簧片的自由端(图1A)，而在第二个锁存器位置，继电器起动装置推动触点簧片的自由端以中断两个继电器接线端之间的电路(图1B)。

在图示的实施方案中，继电器包含随附于继电器室(未显示)的偏动簧片14，用于将触点簧片向第一个触点簧片位置进行偏动。一般而言，这种偏动可以通过触点簧片自身的簧片部件来完成。但为了更好地匹配在关闭位置中的触点压力，可能倾向于使用专门的簧片14。一方面，所施加的触点压力应确保触点压力足以在两个铆钉之间获得低电阻的触点阻力，但另一方面，所施加的触点压力不应要求高规模的起动装置，因继电器起动装置在触点簧片上施加的力需要大于偏动簧片的偏动力。在1-6牛顿范围内的触点压力通常是适当的。在图示的实施方案中，偏动簧片是螺旋状簧片，但可能会采用其他类型的簧片，例如附于继电器室(未显示)或触点簧片底部的叶状簧片。

在同时出现电流瞬变和电流短时脉冲波形干扰的情况下，触点铆钉被排斥，同时电流瞬变通过，这使得触点有可能由于排斥力而被暂时中断，如果在高电流的情况下失去触点，则会在两个触点铆钉之间引起大量火花(弧形)，从而使得触点铆钉发热，这有可能导致触电铆钉熔接在一起，从而有可能使得再也不能中断电路。

如果要确保来自触点簧片本身或来自偏动簧片的偏动力高到足以消除或限制电流短时脉冲波形干扰期间引起火花的风险，就需要有一台高成本的起动装置，因其需要向触点簧片施加足够大的力来抵消必要的偏动力。

在一个继电器接线端和一个触点铆钉之间构建导体通路以使得触点簧片整合至导体通路，为的是触点簧片至少某一段的位置在弯曲处17之后，从而确保导体通路的两段15、16互为相对，而本发明的发明者已将其付诸实现。在这一构造中，电流将沿着两个相对段15、16逆平行运行，并且根据洛伦兹力，这两段将互相排斥。尤其在因电流瞬变而出现电流突然上升时，这两段将互相排斥，并由此推动触点铆钉集中，从而抵消触点铆钉之间的排斥力，并确保至少在某种程度上，触点铆钉在电流瞬变时保持在触点之中。

在图示的结构中，触点簧片包含两个反向段15和16，并附于一个双端固定的连接体18之上，连接触点簧片和第二个继电器接线端7，在这里安装双端固定连接体18的目的是，实现电流在固定连接体和触点簧片反向段16内的逆平行运行，因此既可强化来自洛伦兹力的排斥操作，又能确保触点簧片上的触点铆钉被推向反向导体19上的触点铆钉。在备选方案中，附图标记16这一段可能是触点簧片附于其上的固定连接体的组成部分，位置在弯曲17之前或之后。在图示的方案中，触点簧片15段和第二个连接体19中的电流为逆平行运行。为减少这些导体段间产生的排斥力，这样构建导体旨在使导体段19脱离触点簧片段15。这里的第二个导体19一般也可用作双端固定的导体。通常情况下，触点簧片的尺寸标注采用的是所需尺寸和所需机械性能之间的折中方案。比如，采用的触点簧片厚度(即硬度)、反向段15和16长度以及弯曲17设计能够按照给定的额定功率使触点铆钉保持接触。比如，可按照国际标准(如UC3继电器额定功率标准或其他额定功率标准)中指定的额定功率对设计进行优化。UC3额定功率标准规定，在10毫秒内3千安培的三次脉冲过程中需要保持接触。

图1A和1B显示，原理图中的触点簧片表明触点簧片由两个外形为层压板层弯曲组成。一般而言，触点簧片或触点簧片的一部分可能是一块金属片，或由压成薄片的两块或多块金属片组成。使用层压式触点簧片比类似厚度的金属片在可获得的弹簧属性方面有更大的灵活性，比如，由于弯曲17每个层压片曲度的选择适当。

在另一个方案中，触点簧片或触点簧片的一部分可能会被分成两枝，由此两个平行的触点簧片都能关闭或中断第一个和第二个继电器接线端之间的电路。每个平行触点簧片的一端与第一个继电器接线端导电性连接，第二个自由端分别关闭或中断触点簧片第一个和第二个位置端的电路。在一种实施方案中，每个触点簧片的自由端各有一个触点铆钉，用于连接一个共享或两个反向触点铆钉。把继电器起动装置连接到两个触点簧片使平行触点簧片同时起动，由此在第一个锁存器位置关闭电路，在第二个锁存器位置中断电路，并用一个共享偏动簧片将两个触点簧片偏向第一个触点簧片的位置。利用一个安装在中轴位置的偏动簧片可以实现这一目的。应用被分成两枝的触点簧片可吸收公差，并帮助保持触点铆钉之间较低的电阻性触点阻力。

图1A和1B显示，用一个继电器电路来连接直流电(DC)或单相交流电(AC)。不过，两个或多个断路器电路可用来切断多相交流电电路，提供的三相继电器实例与图2连接。在多相继电器中，继电器由两组或多组继电器接线端组成，每个构成一个包含触点簧片的电路，这里的继电器起动装置被连接到各个触点簧片，由此在第一个锁存器位置关闭各个电路，在第二个锁存器位置中断电路。

图2显示用来衡量交流电电源线的耗电量供应的电表25要素示意图，依据本发明的实施方案有三个继电器。该图显示安装一个电表的一个外框20部分、电磁起动装置2、机械锁存器3是为了移动继电器起动装置4，断路器电路22由触点簧片6和接线端23组成。电源线可连接一个继电器接线端8，在另一个继电器接线端7载入。电表由一个测量电路(未显示)组成，用来测量耗电负荷，即消费者的耗电量。此外，电表还包括一个控制器(未显示)，用来控制锁存器起动装置，因此通过控制锁存器起动装置，凭借触点簧片的位置来控制从电源线到负荷的电力供应。控制器可作为电表总线电路的一部分。在图示的方案中，继电器起动装置采用可移动框架形式，以实现与三个触点簧片6的同步互动，因此，三相电表的全部三相电路一起被中断或关闭。利用弹性联轴器24可使框架4偏向已关闭的位置。

在图示的方案中，框架4把电磁起动装置2连接到与这块电磁铁有关的锁存器背面的锁存器3。凭借这种方式，在这块电磁铁通电，并且插棒移入内部之后，锁存器上的框架按钮就把按钮切换到第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间的周期性开关。

在一种实施方案中，测量的耗电量基于对分路电阻器21内已知阻力的电压压降的测量。优点是，安装的分路电阻器是两个继电器接线端之间电路的一部分。也可使用其他测量原则。

在一种较为有利的实施方案中，锁存器起动装置是借助控制电路的交流电电源线控制供应，由此在应更换继电器时，把交流电供应信号转换成一个适当的驱动信号，供锁存器起动装置使用。

图3显示控制电路利用交流电电源供应锁存器起动装置的实施方案的示意图。按照已披露功能的具体操作属于熟练人士各项相关技能的范畴。

控制电路33接收单相或多相交流电压(VAC)，在输入口一边被输入到一个整流极30。在一个实施方案中，整流极可以是一个二极管布置，用来选择信号的正极部分。整流极把输入交流电信号转换成整流信号，即整流电压(VRECT)。这样的整流信号被输入到一个选择器电路31，用来选择一段整流信号电压(VSEL)。这一选择段作为驱动信号提供给锁存器起动装置2。收到驱动信号以后，锁存器起动装置扣动锁存器开关，由此继电器转移位置

图3进一步显示各阶段的电压示例。这些示例仅以图例形式显示。各种信号将依据特定操作而定。给出的示例使用的是多相信号的单相，也可使用两相或多相。

使用控制电路自交流电电源线中生成驱动信号较为有利，原因是驱动信号并未受到电表直流电电源的限制，此外，只要连接电源线，就可以确保继电器电源，无须考虑电表的直流电电源。

尽管本发明已通过相关具体实施方案予以说明，但其不应被理解为以任何方式局限于目前提供的示例。本发明能够以任何适当方式进行操作；本发明的范围按照所附的权利要求进行解释。权利要求中的任何标记不应被理解为限制上述范围。

Claims

1.一种继电器，包括：

-一个锁存器起动装置(2)；

-可用于在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间进行周期性开关的机械锁存器(3)；

-与锁存器相连以跟随锁存器移动的继电器起动装置(4)；

-关闭或中断第一个和第二个继电器接线端(7、8)之间的电路的触点簧片(6)，触点簧片的一端与第一个继电器接线端导电性连接，触点簧片的第二个自由端关闭第一个触点簧片位置中的电路，以及中断第二个触点簧片位置中的电路；

其中，触点簧片是导体通路(15-18)的一部分，导体通路至少包含触点簧片与第一个继电器接线端(7)相连的一端和自由端之间的一处弯曲(17)，由此导体通路包含互相面对的第一段(15)和第二段(16)；其中，触点簧片至少构成第一段；并且其中，继电器起动装置(4)与触点簧片(6)相连，由此电路在第一个锁存器位置关闭以及在第二个锁存器位置中断。

2.根据权利要求1所述的继电器，继电器还包括一个偏动簧片(14)，用于将触点簧片向第一个触点簧片位置进行偏动。

3.根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，第二个锁存器位置的继电器起动装置把触点簧片推向第二个触点簧片位置。

4.根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，锁存器起动装置(2)是一个基于电磁铁的电磁线性起动装置，在锁存器起动装置通电时，该装置施加直线力，引起锁存器在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间切换。

5.根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，机械锁存器(3)无磁性。

6.根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，机械锁存器(3)以至少两个元件互相的周期性线性取代在第一个锁存器位置和第二个锁存器位置之间进行切换。

7.根据任何前述权利要求所述的继电器，包括两个平行触点簧片，这两个簧片用来关闭或中断第一个继电器接线端和第二个继电器接线端之间的电路，每个触点簧片有一端与第一个继电器接线端连接，第二个自由端关闭或中断分别位于触点簧片第一端和第二端位置的电路，其中，继电器起动装置得以与两个触点簧片连接，由此在第一个锁存器位置关闭电路，在第二个锁存器位置中断电路。

8.根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，继电器由两组或多组继电器接线端构成，各继电器接线端构成一个包括触点簧片在内的电路，其中，继电器起动装置得以与各个触点簧片连接，由此在第一个锁存器位置关闭每个电路，在第二个锁存器位置中断每个电路。

9.安装成用于测量源自交流电电源线的耗电量的电表(25)，电表组成部分包括：

-安排用于测量用电情况的测量电路；

-根据任何前述权利要求所述的继电器，其中，继电器接线端安排在电源线和负载之间，这样当继电器关闭时，负载与电源线电气性连接，而当继电器中断时，负载与电源线电气性断开；以及

-控制锁存器起动装置的控制电路。

10.根据权利要求9所述的电表，其中，电表基于测量分路电阻器(21)周围已知阻力的电压压降来确定耗电情况，其中，分路电阻器被安排成两个继电器接线端之间电路的一部分。

11.根据权利要求9或10所述的电表，其中，锁存器起动装置可借助控制电路的交流电电源线控制供应。

12.根据权利要求11所述的电表，其中，控制电路由一个整流极构成，用于选择单相或多相交流电电源线正极部分以形成整流信号，而选择器电路用于选择一段整流信号，在这里将该选择段作为驱动信号提供给锁存器起动装置。