(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (51) Int Cl. H01F 7/18 ( ) H01H 47/32 ( ) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver ABB Technology AG, Affolternstrasse 44, 8050 Zürich, CH-Sveits (72) Oppfinner Di Maio, Luciano, Via Gerolamo Arganini, 10, Milano, IT-Italia De Natale, Gabriele Valentino, Viale Monza, 355, Milano, IT-Italia (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 2003 Vika, 0125 OSLO, Norge (54) Benevnelse Enkeltspoleaktuator til lav- og mellomspenningsanvendelser (56) Anførte publikasjoner DE-A DE-A US-A US-A US-A US-A

2 Enkeltspoleaktuator til lav- og mellomspenningsanvendelser 1 10 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en enkeltspoleaktuator til lav- og mellomspenningsanvendelser, særlig en enkeltspoleaktuator basert på en enkeltspoleelektromagnet med forbedrede funksjoner 5 når det gjelder ytelser og konstruksjon. Enkeltspoleaktuatoren ifølge oppfinnelsen anvendes praktisk i lavog mellomspenningsanordninger. Til formål for den foreliggende søknaden henviser uttrykket mellomspenning til anvendelser i området mellom 1 og 50 kv, og lavspenning henviser til anvendelser i området under 1 kv. Spolebaserte aktuatorer er mye brukt i lav- og mellomspenningsanordninger, for eksempel i lav- eller mellomspenningsstrømbrytere, -skillebrytere, -kontaktorer, for et bredt spekter av anvendelser. En typisk anvendelse av spolebaserte aktuatorer er å utløse eller låse mekaniske deler av en fjæraktivert strømbryter, som følger etter en åpne- eller lukkekommando. 15 Andre typiske anvendelser er f.eks. låsemagnet for lastebil, kommandolåsing og lignende. Konvensjonelle spolebaserte aktuatorer omfatter vanligvis elektronikk som driver to viklinger som er selektivt energisert for å bevege ankeret assosiert dertil ("innkoblings"-operasjon) og for å holde det i posisjon 20 ("holde"-operasjon). De to viklingene drives direkte fra forsyningsskinnen og svitsjes ved bruk av to MOSFET-er: den første spolen svitsjes på for å koble inn elektromagneten, og den andre spolen gjør det mulig å holde elektromagneten i posisjon. Selv om konvensjonelle spolebaserte aktuatorer 25 er bredt og tilfredsstillende anvendt, har de flere ulemper. Et første problem kommer av det høye antallet varianter som trengs for å dekke alle driftsområder. Som et eksempel trengs det opptil 7 elektromagnetvarianter for å støtte alle driftsområder for spenning og strøm 30 (vekselstrøm og likestrøm). Deretter trenger hver elektromagnetvariant sin egen drivelektronikk. Et slikt høyt antall variasjoner har en negativ innvirkning på produksjons- og håndteringskostnader. En annen ulempe kommer av at konvensjonelle 35 spolebaserte aktuatorer vanligvis ikke forutser muligheten for å sjekke spolens og drivelektronikkens kontinuitet og integritet. Med andre ord er det vanligvis ikke mulig å detektere

3 2 en svikt i spolen og sjekke om drivkretsene virker som de skal. Dette har en uheldig innvirkning på påliteligheten til mellomspenningsanordningen som de spolebaserte aktuatorene er installert og brukes i. Enda en annen ulempe kommer av at konvensjonelle 5 spolebaserte aktuatorer vanligvis ikke inkluderer beskyttelse mot overspenning, -strøm og -temperatur. Så i tilfelle svikt eller feilbruk står elektronikkretsen i fare for å brenne opp. En annen ulempe kommer av at spoleproduksjonen; særlig "holde"-viklingen krever et høyt antall vindinger med svært lave 10 trådseksjoner. Dette gjør spolen dyr. En annen ulempe kommer av tilpasningsevnen til driftskrav slik som å tillate drift av spolen innenfor et stort område av temperatur og inngangsspenning. Dette innebærer at viklingene må være dimensjonert 15 for å la tilstrekkelig strøm sirkulere på den laveste spenningen og ved den høyeste temperaturen. Denne strømmen korresponderer med de magnetomotoriske kreftene NI som trengs for å "koble inn" elektromagneten og bevare den i "hold". Som et resultat, når den konvensjonelle spolebaserte aktuatoren forsynes med den høyeste spenningen og omgivelsestemperatur er den laveste, er strømmen 20 "innkobling" og "hold" som absorberes, mye høyere. Av denne grunn er kraftforbruk og egenoppvarming av den konvensjonelle spolebaserte aktuatoren høyere enn nødvendig. Videre må effekt-mosfet-ene og viklingstrådseksjonene 25 være dimensjonert for den høyeste strømmen som kan sirkulere i spolen når spenning er på maksimumsverdi og temperatur er lavest. Som en følge økes produksjonskostnadene. Patent US A fremlegger ingressen til30 krav 1 og beskriver et kjent eksempel på enkeltspoleaktuator til lav- og mellomspenningsanvendelser. 35 Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser som løser de ovennevnte problemene.

4 3 5 Nærmere bestemt er det et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser med en forenklet utforming, som samtidig bevarer ytelsen og påliteligheten som trengs for de påtenkte anvendelsene. Som et ytterligere formål tar den foreliggende oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser som enkelt kan tilpasses til en stort antall påtenkte anvendelser. Enda et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen 10 er å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser som kan dekke et bredt driftsområde når det gjelder spenninger og strøm. Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser 15 som er beskyttet mot overspenning og overstrøm. Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser der integriteten og kontinuiteten til spolen og den assosierte drivelektronikken 20 kan detekteres og sjekkes. 25 Nok et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en spolebasert aktuator til mellom- og lavspenningsanvendelser med reduserte produksjons- og installasjonskostnader. Følgelig vedrører den foreliggende oppfinnelsen en enkeltspoleaktuator til lav- og mellomspenningsanvendelser ifølge det følgende krav 1. I enkeltspoleaktuatoren ifølge oppfinnelsen er30den første kontrollenheten en mikrokontroller som inkluderer analoge og digitale innganger og utganger, og den andre kontrollenheten er en PWM-kontroller som kontrollerer strømmen som strømmer i enkeltspoleelektromagneten gjennom kraftkretsen. På denne måten er det mulig å løse noen av 35 manglene og ulempene ved aktuatorene i teknikkens stand. Særlig er den mekaniske kompleksiteten redusert siden bare én spole brukes. Elektronikkretsen driver spolen på en enkel

5 4 og effektiv måte: den første kontrollenheten (mikrokontroller) setter strømmen som får sirkulere i enkeltspoleelektromagneten, mens den andre kontrollenheten (PWM-kontroller) regulerer strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten. På denne måten er det mulig å redusere antallet elektromagnetvarianter, og derved signifikant 5 redusere produksjons- og håndteringskostnadene. I tillegg, som bedre forklart i den følgende beskrivelsen, inkluderer enkeltspoleaktuatoren ifølge oppfinnelsen diagnosefunksjoner som muliggjør sjekking av integriteten og kontinuiteten 10 til spolen og den assosierte elektronikkretsen. Ytterligere egenskaper og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av beskrivelsen av foretrukne, men ikke utelukkende, utførelsesformer av panelet ifølge oppfinnelsen, der ikke-begrensende eksempler 15 er tilveiebrakt i de medfølgende tegningene, hvori: Figur 1 er et skjematisk riss av en første generell utførelsesform av en enkeltspoleaktuator ifølge oppfinnelsen; 20 Figur 2 er et skjematisk riss av en første foretrukket utførelsesform av en enkeltspoleaktuator ifølge oppfinnelsen; Figur 3 er et skjematisk riss av en andre foretrukket utførelsesform av en enkeltspoleaktuator ifølge oppfinnelsen. 30 Med henvisning til figur 1 omfatter en enkeltspoleaktuator 1 ifølge oppfinnelsen generelt et hus som en enkeltspoleelektromagnet 25 er rommet i. Huset har åpninger som muliggjør sammenpasning av elektromagnetens bevegelige deler med en mekanisme inne i en mellomspenningsanordning. Som et eksempel på mekanisme kan den primære kommandokjeden til en mellomspenningsstrømbryter nevnes. Inne i huset er det også en kraft- og kontrollenhet 3 hensiktsmessig plassert. Som vist i figur 1 består én av egenskapene til enkeltspoleaktuatoren 1 ifølge oppfinnelsen i at kraft- og kontrollenheten 3 er operativt forbundet med enkeltspoleelektromagneten 2 og omfatter en første kontrollenhet 31 og en andre kontrollenhet 32, hvis funksjoner vil bli35 beskrevet i detalj senere. Den første kontrollenheten 31 består praktisk av en mikrokontroller som har flere

6 5 analoge og digitale innganger og utganger 311, 312, 313, 314 og 315, mens den andre den andre kontrollenheten 32 er en PWM-kontroller som kontrollerer strømmen som strømmer i enkeltspoleelektromagneten 2. En ytterligere egenskap ved enkeltspoleaktuatoren 5 1 ifølge oppfinnelsen er at kraft- og kontrollenheten 3 også omfatter en kraftinngang, skjematisk representert ved de to kablene 33, som er operativt forbundet med et inngangsfilter og likeretter 34. En kraftforsyning 35 er operativt forbundet med inngangsfilteret og likeretteren 34 og med den første 31 og andre 32 kontrollenheten. En kraftkrets 37 er 10 operativt forbundet med enkeltspoleelektromagneten 2, og gjennom kraftkretsen 37 kontrolleres strømmen som strømmer i enkeltspoleelektromagneten, av PWM-kontrolleren 32. Fra et funksjonelt ståsted tillater inngangsfilteret 15og likeretterne 34 konvertering av en vekselstrøminngang til en likestrøm, ved bruk av for eksempel en brokoblet likeretter. I tillegg blokkerer et inngangs-lc-filter høyfrekvensstrøm som genereres av PWM-kontrolleren, og unngår at de går inn i kraftforsyningslinjen. Andre funksjoner utført av inngangsfilteret og likeretterne 34, er beskyttelsen mot overspenningsforstyrrelse 20 som kommer fra kraftlinjen og stoppingen av fellesmodus høyfrekvensstrøm. Kraftforsyningsblokken 35 konverterer inngangsspenningen som trengs av mikrokontrolleren 31 og PWM-kontrolleren 32, og er normalt en lineær høyspenningsinngangsregulator. Kraftforsyningssignalutgangen 25 ifølge 35 er ikke vist i fig. 2, 3 og Praktisk er den første kontrollenheten 31 operativt forbundet med inngangsfilteret og likeretteren 34 gjennom en første inngang 311. Den første inngangen 311 er en analog inngang til å måle 30 inngangsspenningen Vin og detektere innkoblings- og utløsningsterskelverdier for inngangsspenningen Vin. For dette formålet inkluderer mikrokontrolleren praktisk et overskrivbart ikkeflyktig område som kan anvendes til å lagre parametere, og dette området brukes til å lagre vekslingsterskelen. For å redusere antallet elektronikkretsvarianter er programvaren som er programmert i mikrokontrolleren, praktisk i stand til å detektere spenningen som

7 6 påtrykkes ved første oppstart, og konfigurere tersklene i henhold. De satte tersklene brukes så fra den andre gangen elektronikkretsen startes opp. En alternativ og foretrukket løsning er den som er beskrevet i den samtidig inngitte og samløpende søknaden med tittelen "An Interface Module for Communication with an Electronic or an Electro-Mechanical 5Device of a Medium Voltage Interruption Unit", oppfinnere Gabriele De Natale og Fabio Mannino, inngitt i navnet til den samme søkeren. 10 Programvaren kan installeres gjennom en programvarenedlasting og feilsøkingsport (ikke vist). Som vist i figur 2 kan en bro 39 praktisk tilveiebringes for å muliggjøre tilbakestilling av de konfigurerbare parameterne gjennom en digital inngang 315. Som vist i de medfølgende figurene, i en15foretrukket utførelsesform av enkeltspoleaktuatoren 1 ifølge oppfinnelsen er den første kontrollenheten 31 praktisk operativt forbundet med den andre kontrollenheten 32 gjennom en første analog utgang 312 for å sette strømmen Iset som strømmer i enkeltspoleelektromagneten 2. Deretter er en andre analog inngang 313 til den første kontrollenheten 31 operativt forbundet med 20 en utgang 321 til den andre kontrollenheten 32 for å måle PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus. I praksis muliggjør PWM-kontrollerens arbeidssyklus detektering av en endring i impedansen til den elektromagnetiske spolen 2. Arbeidssyklusen avhenger av inngangsspenningen, spolestrøminnstillingene og 25 spoleimpedansen. Siden alle andre parametere er kjent, kan spoleimpedansen derfor beregnes som en funksjon av den målte arbeidssyklusen. Dette er svært viktig siden det gjør det mulig å utføre spolekontinuitetssjekk, som bedre forklart senere. Fortrinnsvis brukes et lavpassfilter 38 til å30konvertere PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus til en spenning som kan måles av den første kontrollenheten 31. Som vist i figur 2, i enkeltspoleaktuatoren 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, omfatter kraftkretsen 37 fortrinnsvis 35 en MOSFET 371 til å drive enkeltspoleelektromagneten 2, en friløpsdiode 372 og en følemotstand (eng.:

8 7 sense resistor) 373 til å måle strømmen Im som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten 2. I praksis driver PWM-kontrolleren 32 MOSFET-innretningen 371 og regulerer strømmen som strømmer i spolen, i henhold til verdien 5 for strøminnstilling Iset mottatt fra den første kontrollenheten 31 gjennom den første analoge utgangen 312 derav. Følgelig omfatter den andre kontrollenheten 32 praktisk en MOSFET-driver til å kontrollere MOSFET-porten; den omfatter også en 10 komparator til å sammenligne den målte verdien Im for strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten 2, med verdien for strøm Iset som er satt av den første kontrollenheten 31. Det er verdt å merke seg at siden strømmen som sirkulerer i spolen og kraftkretsen, er begrenset av PWM-kontrolleren til Iset-verdien, unngås følgelig risikoen for å ha overstrøm sirkulerende i systemet. Videre avhenger ikke strømmen som sirkulerer i spolen, av inngangsspenningen og omgivelsestemperatur. Ifølge en foretrukket utførelsesform av enkeltspoleaktuatoren 20 1 ifølge oppfinnelsen omfatter den første kontrollenheten 31 en tredje analog inngang 314 til å detektere temperaturen, gjennom en temperaturdetektor 36. Som et eksempel kan den analoge inngangen 314 være forbundet med en NTCmotstand som måler temperaturen til kretskortet. Temperaturbeskyttelse kan også integreres i kraftforsyningen 35 og, i tilfellet 25 med for høy temperatur, stoppes tilføring av kraft til blokk 31 og 32. En bestemt utførelsesform av enkeltspoleaktuatoren 1 ifølge oppfinnelsen, vist i figur 3, forutser at kraft- og kontrollenheten 3 er operativt forbundet med en utkoblingskretsovervåker 4 som muliggjør detektering 30 av svikt i spoleviklingen eller kretskortet. 35 Fra et operativt ståsted kan funksjonen til enkeltspoleaktuatoren 1 ifølge oppfinnelsen være følgende. En forutbestemt minimumsverdi Vmin kreves av kraftforsyningsblokken 35 for å starte opp mikrokontrolleren 31 og PWM-kontrolleren 32. For eksempel kan den

9 8 5 minste spenningen som kreves, bestemmes på grunnlag av MOSFET 371- egenskapene og spenningsfallet på grunn av konverteringen av vekselstrøm til likestrøm ved blokk 34. Følgelig, hvis inngangsspenningen Vin er under minimumsverdien Vmin, fungerer ikke systemet. Den første kontrollenheten 31 sjekker kontinuerlig inngangsspenningen Vin gjennom den første analoge inngangen 311 og, avhengig av spenningsverdien, detekterer en innkoblingshendelse eller utløsningshendelse. Innkoblingshendelsen detekteres når inngangsspenningen Vin økes og er større enn en forutbestemt innkoblingsterskelverdi Vth_rise, 10 mens utløsningshendelsen detekteres når inngangsspenningen Vin reduseres og er lavere enn en forutbestemt utløsningsterskelverdi Vth_fall. 20 Med andre ord forutser spoleaktiveringssekvensen at en spenningsøkning over et forutbestemt nivå Vth_rise bestemmer innkoblings- 15 og holdeoperasjonen til elektromagneten, mens et spenningsfall under et forutbestemt nivå Vth_fall bestemmer utløsningsoperasjonen til elektromagneten, der innkoblingsterskelverdien Vth_rise alltid er høyere enn utløsningsterskelverdien Vth_fall. I praksis, når den første kontrollenheten 31 detekterer en økning av inngangsspenningen Vin over terskelverdien Vth_rise, settes verdien for strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten 2, og holdes på et forutbestemt innkoblingsnivå Il i en forutbestemt innkoblingstid Tl. Etter utløp av den forutbestemte innkoblingstiden Tl, reduseres 25strømmen til og holdes på et forutbestemt holdenivå Ih inntil en reduksjon av inngangsspenningen Vin under utløsningsterskelverdien Vth_fall detekteres og spolen følgelig utløses. Fortrinnsvis inkluderer spoleaktiveringssekvensen forutbestemte forsinkelsestider for innkoblings- og utløsningsoperasjonen. 30 I dette tilfellet, når innkoblingshendelsen detekteres, forsinkes spoleinnkoblingen med en forutbestemt innkoblingsforsinkelsestid Tld. Strømmen blir så satt og holdt på det forutbestemte innkoblingsnivået Il i den forutbestemte innkoblingstiden Tl. Når tiden Tl har gått, reduseres strømmen til og holdes på det forutbestemte holdenivået Ih, og når en utløsningshendelse detekteres, 35 holdes holdestrømmen Ih fortsatt i en forutbestemt utløsningsforsinkelsestid Trd. Til slutt, etter at tiden Trd har gått, utløses spolen umiddelbart.

10 I det spesielle tilfellet at en utløsningshendelse detekteres i løpet av innkoblingsforsinkelsestiden Tld, brytes spoleaktiveringssekvensen, og de etterfølgende fasene avbrytes. En av de spesielt foretrukne trekkene ved enkeltspoleaktuatorene ifølge den foreliggende oppfinnelsen er dens evne til å utføre en sjekk av integriteten til spolen og kretskortet (spoleovervåkings- og tilbakemeldingsrutine). For dette formålet får en spoleovervåkingsstrøm Ics sirkulere gjennom enkeltspoleelektromagneten 2. Særlig kan kontinuitetssjekken 10 aktiveres når den første kontrollenheten 31 detekterer en inngangsspenningsverdi Vin som er mellom den forutbestemte minimumsverdien Vmin og utløsningsterskelverdien Vth_fall; i dette tilfellet får en spoleovervåkingsstrøm Ics, som er lavere enn innkoblingsstrømmen Il, sirkulere i enkeltspoleelektromagneten. Kontroll av kontinuiteten og spoleovervåkingen kan gjøres ved å sjekke PWMkontrollerens 32 utgangsarbeidssyklus. Som sagt tidligere avhenger arbeidssyklusen av inngangsspenningen, spolestrøminnstillingene og spoleimpedansen. Følgelig, siden inngangsspenningsverdien Vin er kjent og strømverdien er satt til Ics, kan enhver 20endring i opererbarheten til enkeltspoleelektromagneten 2 detekteres ved å sjekke PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus. For dette formålet defineres et forutbestemt akseptanseområde for PWM-utgangsarbeidssyklusen. Hvis verdien for PWMutgangsarbeidssyklusen er utenfor det forutbestemte området, brytes spoleovervåkingsstrømmen Ics og alle enkeltspoleaktuatorens 25 aktiviteter stoppes. Følgelig kan driftssyklusen til enkeltspoleaktuatoren ifølge den foreliggende oppfinnelsen oppsummeres som følger. Ved oppstart, og hvis inngangsspenningen Vin er større enn minimumsspenningen 30 Vmin, utfører systemet spoleovervåkings- og tilbakemeldingsrutinen beskrevet ovenfor, inntil en innkoblingshendelse detekteres. Når innkoblingshendelsen detekteres, utfører systemet spoleaktiveringssekvensen beskrevet ovenfor. Til slutt, når utløsingshendelsen detekteres, fullfører systemet spoleaktiveringssekvensen, og umiddelbart deretter utfører det spoleovervåkings- 35 og tilbakemeldingsrutinen.

11 10 Fortrinnsvis, som illustrert i figur 3, er kraft- og kontrollenheten 3 operativt forbundet med en utkoblingskretsovervåker 4 som muliggjør detektering av svikt i spoleviklingen eller kretskortet. Utkoblingskretsovervåkeren 4 kan være et overvåkingsrelé av vanlig type som driver en liten strøm i kretsen for å detektere dens kontinuitet og generere en alarm541 i tilfelle strømmen ikke kan sirkulere. Som vist i figur 3 arbeider utkoblingskretsovervåkeren 4 når kontakten 42 er åpen, dvs. når enkeltspoleelektromagneten 2 ikke er energisert. Overvåkingsstrømmen Ics som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten 10 2 under spoleovervåkings- og tilbakemeldingsrutinen, er korrelert til strømmen Itc som sirkulerer i utkoblingskretsovervåkeren Særlig kan strømmen Itc som sirkulerer i utkoblingskretsovervåkeren 4, beregnes med formelen: der PWM_DC er PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus og Iq er hvilestrømmen (dvs. strømmen som trengs av elektronikkretsen i enkeltspoleaktuatoren for å forbli aktiv). Følgelig, 20i tilfelle overvåkingsstrømmen Ics stoppes på grunn av svikt i viklingen til enkeltspoleelektromagneten 2, er strømmen Itc som sirkulerer i utkoblingskretsovervåkeren 4, lik hvilestrømmen Iq. Det er derfor mulig å sette minimumstrømverdiene som utkoblingskretsovervåkeren 4 detekterer som en passeringstilstand, og i tilfelle strømmen Ics brytes (på grunn av svikt i25forbindelseskontinuiteten eller elektromagnetviklingen) genereres et alarmsignal 41. Et ytterligere trekk ved enkeltspoleaktuatoren ifølge den foreliggende oppfinnelsen er dens evne til å utføre en beskyttelse mot overtemperaturer. For dette formålet sjekker programvaren kontinuerlig 30systemets temperatur via den tredje analoge inngangen 314 til mikrokontrolleren 31. Praktisk, når en farlig temperatur nås, dvs. når den detekterte temperaturen er over en forutbestemt verdi, deaktiveres den andre kontrollenheten 32. På denne måten reduseres effekttap (og følgelig egenoppvarmingen) 35 uten å bryte kraftforsyningen, og elektronikkomponentene forblir forsynt med kraft.

12 11 Selvødeleggelse av enkeltspoleaktuatoren 1, og særlig av kretskortet, på grunn av overtemperaturer kan derfor unngås. Det er klart fra det foregående at enkeltspoleaktuatoren for lav- og mellomspenningsanvendelser ifølge oppfinnelsen5har en rekke fordeler i forhold til lignende enheter av kjent type som har samme funksjonalitet. 20 Særlig, fra et konstruksjonsståsted er den mye enklere enn konvensjonelle aktuatorer, siden kun en enkelt spole kreves for å utføre innkoblings-, holde- og utløsningsoperasjonen. Deretter driver kraft- 10 og kontrollenheten 3 enkeltspoleelektromagneten 2 på en enkel og effektiv måte: verdien for strøm som får sirkulere i enkeltspoleelektromagneten 2, settes av den første kontrollenheten 31 (mikrokontroller) som en funksjon av den magnetomotoriske kraften som trengs for at operasjonen skal utføres (innkobling eller hold), og av egenskapene til viklingen (f.eks. kobberseksjoner, 15 antall vindinger); den faktiske kontrollen av strømmen utføres så av den andre kontrollenheten 32 (PWMkontroller) som regulerer strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten. På denne måten er det mulig å redusere antallet elektromagnetvarianter, og derved signifikant redusere produksjons- og håndteringskostnadene. 25 Strømkontrollen som utføres av den andre kontrollenheten 32, gjør det også mulig å unngå, eller i det minste redusere til et minimum, risikoen for svikt på grunn av overstrøm som sirkulerer i systemet. En ytterligere viktig fordel med enkeltspoleaktuatoren til lav- og mellomspenningsanvendelser ifølge oppfinnelsen er muligheten til å sjekke kontinuiteten og den riktige funksjonen til enkeltspoleelektromagnet 2 og til den elektriske forbindelsen ved å utføre spoleovervåkings- og tilbakemeldingsrutinene beskrevet ovenfor. Dette 30er svært viktig siden det øker påliteligheten til selve enkeltspoleaktuatoren samt til mellomspenningsanordningen den er installert i. I tillegg vil den termiske kontrollen og den termiske nedstengningsrutinen unngå, eller i det minste minimere, risikoene for 35svikt og ødeleggelse på grunn av overtemperaturer.

13 12 Enkeltspoleaktuatoren til lav- og mellomspenningsanvendelser som er tenkt, kan gjennomgå tallrike modifikasjoner, som alle faller innenfor omfanget av oppfinnelsens konsept. Videre kan komponentdelene beskrevet heri erstattes av andre teknisk tilsvarende elementer. I praksis kan komponentmaterialene og dimensjonene til innretningen være av enhver5art, i henhold til behovet og teknikkens stand.

14 13 Patentkrav 1. Enkeltspoleaktuator (1) til lav- og mellomspenningsanvendelser omfattende en enkeltspoleelektromagnet (2) og en kraft- og kontrollenhet (3) som er operativt forbundet med enkeltspoleelektromagneten (2), der kraft- og kontrollenheten (3) omfatter: en første kontrollenhet 5 (31) og en andre kontrollenhet (32); en kraftinngang (33) som er operativt forbundet med et inngangsfilter og likeretter (34); en kraftforsyning (35) som er operativt forbundet med inngangsfilteret og likeretteren (34) og med den første (31) og den andre (32) kontrollenheten; en kraftkrets (37) som er operativt forbundet med enkeltspoleelektromagneten (2); der den første 10 kontrollenheten (31) er en mikrokontroller som inkluderer analoge og digitale innganger og utganger (311, 312, 313, 314, 315), der den andre kontrollenheten (32) er en PWM-kontroller som kontrollerer strømmen som strømmer i enkeltspoleelektromagneten (2) gjennom kraftkretsen (37), der den første kontrollenheten er operativt forbundet med kraftforsyningen gjennom en første inngang 15 (311), der kontrollenheten måler inngangsspenningen (Vin) og detekterer innkoblings- og utløsningsterskelverdier for inngangsspenningen (Vin), karakterisert ved at verdien for strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten (2), er satt til et forutbestemt innkoblingsnivå (Il) i en forutbestemt innkoblingstid (Tl), når den første kontrollenheten (31) detekterer en økning 20 i inngangsspenningen (Vin) over en innkoblingsterskelverdi (Vth_rise), der verdien for strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten (2), er redusert til og holdt på et forutbestemt holdenivå (Ih) inntil en reduksjon under en utløsningsterskelverdi (Vth_fall) for inngangsspenningen (Vin) detekteres, der utløsningsterskelverdien (Vth_fall) er lavere enn innkoblingsterskelverdien 25(Vth_rise) Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at den første kontrollenheten (31) er operativt forbundet med den andre kontroll(32)enheten gjennom en første utgang (312) for å sette strømmen (Iset) som strømmer i enkeltspoleelektromagneten (2) Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 2, karakterisert ved at en andre inngang (313) til den første kontrollenheten (31) er operativt forbundet med en utgang (321) til den andre kontrollenheten (32) for å måle PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus.

15 14 4. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 3, karakterisert ved at et lavpassfilter (38) brukes til å konvertere PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus til en spenning som kan måles av den første kontrollenheten (31). 5. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge ett eller flere 5 av de foregående kravene, karakterisert ved at kraftkretsen (37) omfatter en MOSFET (371) til å drive enkeltspoleelektromagneten (2), en friløpsdiode (372) og en følemotstand (373) til å måle strømmen (Im) som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten (2). 6. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 5, karakterisert 10 ved at MOSFET-en (371) drives av den andre kontrollenheten (32). 7. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 6, karakterisert ved at den andre kontrollenheten (32) omfatter en komparator for å sammenligne den målte verdien (Im) for strømmen som sirkulerer i enkeltspoleelektromagneten 15 (2), med verdien for strøm (Iset) som er satt av den første kontrollenheten (31). 8. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge ett eller flere av de foregående kravene, karakterisert ved at den første kontrollenheten (31) omfatter en tredje inngang (314) for å måle temperaturen til enkeltspoleelektromagneten 20 (2) Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge ett eller flere av de foregående kravene, karakterisert ved at kraft- og kontrollenheten (3) er operativt forbundet med en utkoblingskretsovervåker (4). 10. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge ett eller flere av de foregående kravene, karakterisert ved at når den første kontrollenheten (31) detekterer en inngangsspenningsverdi (Vin) som er mellom utløsningsterskelverdien (Vth_fall) og en forutbestemt minimumsverdi (Vmin), får en spoleovervåkingsstrøm (Ics) som er lavere enn innkoblingsstrømmen 30 (Il), sirkulere i enkeltspoleelektromagneten. 11. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 3 og 10, karakterisert ved at når verdien for PWM-kontrollerens utgangsarbeidssyklus er utenfor et forutbestemt område, brytes spoleovervåkingsstrømmen (Ics).35

16 Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge krav 9 og 10 eller 11, karakterisert ved at utkoblingskretsovervåkeren (4) aktiveres når spoleovervåkingsstrømmen (Ics) får sirkulere i enkeltspoleelektromagneten, og den genererer et alarmsignal (41) når spoleovervåkingsstrømmen (Ics) brytes. 13. Enkeltspoleaktuatoren (1) ifølge ett eller flere av kravene fra 8 til 12, karakterisert ved at når temperaturen til enkeltspoleelektromagneten (2) er over en forutbestemt verdi, deaktiveres den andre kontrollenheten (32).

17 1 NO/EP

18 2 NO/EP

19 3 NO/EP