TWI484521B - 多線圈自動轉換開關及其製造方法 - Google Patents

Description

多線圈自動轉換開關及其製造方法

本發明一般而言係關於電子裝置之電力配送(power distribution)，且更特定言之(但非排他性地)，係關於在計算環境中使用之自動轉換開關。

一自動轉換開關(ATS)係一將兩個交流電(AC)線電源中之一者自動連接至一電負載之電路。在使用緊急發電機以自公用電源提供備用電力之情況下，可見到轉換開關。該轉換開關允許在主線停電期間自公用電力切換至緊急發電機電力。一自動轉換開關必須完全隔離該兩個輸入電源。

為了自一輸入電源切換至另一輸入電源，一ATS必須：主動監測該兩個輸入線之條件且作出切斷及連接決策，或經設計以使得該ATS基於其電路對該等競爭性輸入電源之變化狀態的相對回應而反應性地連接至正確的輸入電源。

為達成監測及控制之目的，第一主動監測選項通常使用微控器。為達成斷開並閉合電力接點之目的，此等主動監測型ATS裝置通常使用基於微控器之「智慧型」電子控制電路來驅動低電壓線圈。主動監測及控制方法提供在任何線電壓下之可重複操作。然而，支援該微控器需要內部管理電源供應器、電壓感測器、信號調節電路，及控制韌體。該等額外需求增加了系統成本及複雜性。所增加之複雜性又使可靠性降級。

第二反射性選項常常是基於連鎖機械接觸器之簡單設計，該等連鎖機械接觸器基於施加至其驅動線圈之電壓而斷開或閉合。此第二選項實施起來簡單得多且更便宜，但遭受如下文所描述之主要弱點。

世界上的不同地區具有不同之電力特性，更具體言之，AC輸入電壓在國與國之間有所變化。如在大多數電設計中，ATS裝置不應為地區特定的；否則必須以每一地區為基礎或在更壞的情況下以每一國為基礎來規定單獨的零件號碼。在反射性設計之情況下，儘管可使用若干具有不同零件號碼之接觸器來涵蓋全球電力需求，但該等零件號碼並不對應於用於較大區域(諸如歐洲及/或美國)之電源軟線選項。換言之，不存在可完全涵蓋歐洲之接觸器之單一零件號碼(對於電源軟線選項，正是此種情況)。

根據上文，存在對可跨多個世界地區而使用同一零件號碼來實施之簡單的反射性機械自動轉換開關(ATS)設計的需要。此設計將減少系統成本、複雜性及故障點。

因此，在一實施例中，僅舉例而言，提供一種多線圈自動轉換開關(ATS)，其經調適而用於自動開關一適當額定電壓之組件以使該ATS在一全球電壓範圍內可操作。一低電壓接觸器包括與一常斷開型低電壓主接點磁性鏈接之一低電壓線圈。一高電壓接觸器與該低電壓接觸器並聯耦接。該高電壓接觸器包括與一常斷開型高電壓主接點磁性鏈接之一高電壓線圈。一常閉合型高電壓輔助接點與該高電壓線圈磁性鏈接。該常閉合型高電壓輔助接點具有與該常斷開型高電壓主接點相反之一相位。該高電壓接觸器斷開該常閉合型高電壓輔助接點以切斷該低電壓線圈。

在另一實施例中，同樣僅舉例而言，提供一種全球調適性多線圈自動轉換開關(ATS)。一輸入耦接至一低電壓主接點。一高電壓主接點與該低電壓主接點並聯耦接。一低電壓線圈與高電壓輔助接點串聯耦接。該低電壓線圈機械鏈接至該低電壓主接點。一高電壓主接點與該高電壓輔助接點並聯耦接。一高電壓線圈機械鏈接至該高電壓輔助接點及該高電壓主接點兩者。該高電壓主接點及該高電壓輔助接點經組態為相反的相位。當供給能量給該高電壓線圈時，該高電壓繼電器斷開該高電壓輔助接點以切斷該低電壓線圈。

在又一實施例中，同樣僅舉例而言，提供一種製造一多線圈自動轉換開關(ATS)之方法，該ATS經調適而用於自動開關一適當額定電壓之組件以使該ATS在一全球電壓範圍內可操作。該方法包括：提供一低電壓接觸器，該低電壓接觸器包括與一常斷開型低電壓主接點磁性鏈接之一低電壓線圈；提供一與該低壓接觸器並聯耦接之高電壓接觸器，該高電壓接觸器包括與一常斷開型高電壓主接點磁性鏈接之一高電壓線圈；及提供與該高壓線圈磁性鏈接之一常閉合型高電壓輔助接點，該常閉合型高電壓輔助接點具有與該常斷開型高電壓主接點相反之一相位，其中該高電壓接觸器斷開該常閉合型高電壓輔助接點以切斷該低電壓線圈。

為了使本發明之優點將易於理解，將藉由參考在附加圖式中說明之具體實施例而對上文簡要描述的本發明進行更特定的描述。在理解該等圖式僅描繪本發明之典型實施例且因此不應被視為對本發明之範疇之限制後，將藉由使用隨附圖式用額外的特殊性及細節來描述並解釋本發明：下文中之所說明之實施例實施一使用繼電器線圈的簡單的單一設計型自動轉換開關(ATS)。所說明之實施例自動適應於全球電壓操作而不需要諸如智慧型控制器、內建式AC/DC電源供應器及控制碼之組件。對於一特定實施例，可使用代表該ATS之單一零件號碼來涵蓋全球操作。此實施簡化了製造及現場服務。另外，由於潛在故障點得以消除，故該ATS提供更可靠之操作。

如在下文中所說明之實施例中所見，兩個繼電器或接觸器之接點經並聯連接。一繼電器使用一額定電壓為一較高電壓之線圈，且另一繼電器使用一額定電壓為一較低電壓之線圈。該等線圈具有將涵蓋最低至最高全球電力網電壓範圍的重疊操作容限。舉例而言，兩個線圈之容限可經調適為正百分之十(+10%)及負百分之十五(-15%)的額定電壓。為防止超過較低電壓線圈額定電壓，一高電壓繼電器可經調適以在得以連接時經由一輔助接點切斷該低電壓繼電器。

轉至圖1，展示在一低電壓操作模式下的一例示性ATS 10。ATS 10包括一輸入12(在此情況下，額定電壓為170VAC至204VAC)及一經調適而用於連接至一電負載之輸出14。一低電壓繼電器(接觸器)16包括一組態為常開(N.O.)之低電壓主接點18。如虛線所指示，一低電壓線圈22磁性鏈接至低電壓接點18。當供給能量給線圈22時，來自線圈22之磁通量使接點18閉合。線圈22耦接至接地24。在本實施例中，線圈22之額定電壓係約200V，具有約170V之拾取電壓(Vpickup)及約220V之最大電壓(Vmax)。拾取電壓係指充分供給能量給線圈22以使接點18閉合時的電壓。最大電壓係指繼電器16所耐受之最大電壓。

ATS 10亦包括一高電壓繼電器26，該高電壓繼電器26具有耦接至接地32且磁性鏈接至高電壓主接點28之一高電壓線圈30。在本實施例中，該高電壓線圈30之額定電壓係240V，具有為204V之拾取電壓(Vpickup)及為264V之最大電壓(Vmax)。高電壓主接點28亦組態為常斷開的(N.O.)。由於高電壓接點28與低電壓接點18並聯耦接，故高電壓繼電器26與低電壓繼電器16並聯耦接(如所示)。

一高電壓輔助接點20耦接於該輸入12與該低電壓線圈22之間。一高電壓輔助接點20鏈接至主接點28。然而，在此情況下，該高電壓輔助接點經組態為與該高電壓接點28相反之相位。因此，該高電壓輔助接點組態為常閉合的(N.C.)。當供給能量給該高電壓線圈30時，來自該高電壓線圈30之磁通量使該高電壓接點28閉合且使該高電壓輔助接點20斷開，從而切斷至該低電壓線圈22之電力路徑。因此，停止供給能量給該低電壓線圈22，且該低電壓接點18斷開。

圖1描繪在一低電壓操作模式下的ATS 10。藉由介於170V與204V之間的輸入電壓，經由低電壓主接點18供給能量給該輸出14(如所示)。

轉至圖2，展示在一高電壓操作模式下的ATS 10。若線電壓足夠高以供該高電壓線圈30進行拾取(例如，在本實施例中，大於204V)，則經由該高電壓輔助接點斷開(在斷開位置中展示高電壓輔助接點20)而停止供給能量給該低電壓線圈22。在高於220V(該最大電壓)之電壓下將該低電壓線圈22切斷電力以防止超過繼電器16之額定電壓。經由該高電壓主接點28供給能量給該輸出(如所示)。

可根據以下所述考慮ATS 10之功能性。低電壓繼電器可經選擇而具有一定義為Va 至Vb 之額定操作電壓範圍及一定義為VpLV 之拾取電壓。高電壓繼電器可經選擇而具有一額定操作電壓Vc 至Vd 及一高電壓拾取電壓VpHV 。鑑於該等定義，ATS之操作之特性可為：Vc >Va ，，Vd >Vb ，且VpHV >VpLV 。

轉至圖3，展示用於高電壓輔助接點(HV AUX)(54)、低電壓主接點(LV Main)(56)及高電壓主接點(HV Main)(58)中每一者之線電壓(52)的圖表50。高電壓輔助接點54在約0V至204V(或該高電壓線圈之拾取電壓)下保持閉合。一旦供給能量給該高電壓線圈，高電壓輔助接點54在該高電壓線圈拾取電壓至大於260V之電壓下保持斷開。

低電壓主接點56在0V至該低電壓線圈之拾取電壓(約170V)下為斷開的。在約170V至約204V下，低電壓主接點56為閉合的，但可存在一為幾伏特之灰色區域(由虛線表示)，在此區域中，超過高電壓線圈之拾取電壓且低電壓主接點56尚未斷開。在約204V之電壓至大於260V之電壓下，低電壓主接點為斷開的。

高電壓主接點58在約0V至該高電壓線圈之拾取電壓(約204V)下為斷開的。在該拾取電壓至高於260V之電壓下，高電壓主接點58為閉合的。

熟習此項技術者應預料到，ATS 10可用具有相等容限但(針對一特定情形)具有不同於上文所描述之例示性實施例之額定電壓的線圈予以組態。在每一種情況下，ATS 10使用簡單的具成本效益且穩定之設計來提供跨國際電力網電壓變化的自動轉換功能性。

雖然已詳細說明本發明之一或多個實施例，但熟習此項技術者應瞭解，在不背離如以下申請專利範圍中所陳述之本發明之範疇的情況下，可對該等實施例進行修改及調適。

10．．．自動轉換開關(ATS)

12．．．輸入

14．．．輸出

16．．．低電壓繼電器(接觸器)

18．．．低電壓主接點

20．．．高電壓輔助接點

22．．．低電壓線圈

24．．．接地

26．．．高電壓繼電器

28．．．高電壓主接點

30．．．高電壓線圈

32．．．接地

50．．．圖表

52．．．線電壓

54．．．高電壓輔助接點(HV AUX)

56．．．低電壓主接點(LV Main)

58．．．高電壓主接點(HV Main)

圖1為在低電壓操作模式下的例示性全球多線圈自動轉換開關(ATS)之示意圖；

圖2為展示在高電壓操作模式下之圖1之ATS的示意圖；及

圖3為圖1之ATS之例示性線電壓的圖表。

10．．．自動轉換開關(ATS)

12．．．輸入

14．．．輸出

16．．．低電壓繼電器(接觸器)

18．．．低電壓主接點

20．．．高電壓輔助接點

22．．．低電壓線圈

24．．．接地

26．．．高電壓繼電器

28．．．高電壓主接點

30．．．高電壓線圈

32．．．接地

Claims (16)

1. 一種多線圈自動轉換開關(ATS)，其經調適而用於自動開關一適當額定電壓之組件，以使該ATS在一預定電壓範圍內可操作，該ATS包含：一輸入，其經組態以被耦接至包括一在該預定電壓範圍內之電壓之一電源；一輸出；一低電壓接觸器，其包括：一常斷開型低電壓主接點，其耦接至該輸入及該輸出，及一低電壓線圈，其耦接至接地並與該常斷開型低電壓主接點磁性鏈接；與該低電壓接觸器並聯耦接之一高電壓接觸器，該高電壓接觸器包括：一常斷開型高電壓主接點，其耦接至該輸入及該輸出，及一高電壓線圈，其耦接至接地並與該常斷開型高電壓主接點磁性鏈接；及耦接至該輸入並與該低電壓線圈並聯耦接之一常閉合型高電壓輔助接點，該常閉合型高電壓輔助接點與該高電壓線圈磁性鏈接，且包括與該常斷開型高電壓主接點相反之一相位，其中：當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一高電壓電源時，該高電壓接觸器經組態以經由該高電壓線圈斷開該 常閉合型高電壓輔助接點以將該低電壓線圈自該輸入切斷，使得該ATS在一高電壓模式中操作，及當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一低電壓電源時，該低電壓接觸器經組態以經由該低電壓線圈閉合該常斷開型低電壓主接點，使得該ATS在一低電壓模式中操作。
2. 如請求項1之ATS，其中該低電壓線圈及該高電壓線圈經選擇而具有在一第一至一第二預定電力網電壓範圍內的重疊操作容限。
3. 如請求項1之ATS，其進一步包括耦接至該低電壓接觸器及該高電壓接觸器之一輸入，其中該輸入經調適以接受兩個重疊電壓範圍。
4. 如請求項1之ATS，其中：該低電壓接觸器具有一額定操作電壓範圍Va 至Vb 及一拾取電壓VpLV ，該高電壓接觸器具有一額定操作電壓Vc 至Vd 及一高電壓拾取電壓VpHV ，且Vc >Va ，Vc Vb ，Vd >Vb ，且VpHV >VpLV 。
5. 如請求項1之ATS，其進一步包括耦接至該低電壓接觸器及該高電壓接觸器之一輸出，該輸出經調適而用於連接至一電負載。
6. 一種多線圈自動轉換開關(ATS)，其包含：一輸入，其經組態以被耦接至包括一在一預定電壓範圍內之電壓之一電源； 一輸出；耦接至該輸入及該輸出之一低電壓主接點；耦接至該輸入及該輸出並與該低電壓主接點並聯耦接之一高電壓主接點；耦接至該輸入之一高電壓輔助接點；與該高電壓輔助接點串聯耦接並耦接至接地之一低電壓線圈，該低電壓線圈磁性鏈接至該低電壓主接點；及耦接至該輸入及接地之一高電壓線圈，該高電壓線圈磁性鏈接至該高電壓輔助接點及該高電壓主接點兩者，其中：該高電壓主接點及該高電壓輔助接點經組態為相反的相位，當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一高電壓電源時，該高電壓線圈經組態以斷開該高電壓輔助接點以切斷該低電壓線圈，及閉合該高電壓主接點，使得該ATS在一高電壓模式中操作，及當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一低電壓電源時，該低電壓線圈經組態以閉合該低電壓主接點，使得該ATS在一低電壓模式中操作。
7. 如請求項6之ATS，其中該低電壓主接點係一常斷開型低電壓接點，該高電壓輔助接點係一常閉合型高電壓接點，且該高電壓主接點係一常斷開型高電壓接點。
8. 如請求項7之ATS，其中該低電壓線圈及該高電壓線圈經選擇而具有涵蓋一第一至一第二預定電力網電壓範圍的 重疊操作容限。
9. 如請求項7之ATS，其中該輸入經調適以接受兩個重疊電壓範圍。
10. 如請求項7之ATS，其中：該低電壓主接點具有一額定操作電壓範圍Va 至Vb 及一拾取電壓VpLV ，該高電壓主接點具有一額定操作電壓Vc 至Vd 及一拾取電壓VpHV ，且Vc >Va ，Vc Vb ，Vd >Vb ，且VpHV >VpLV 。
11. 如請求項7之ATS，其進一步包括耦接至該低電壓主接點及該高電壓主接點之一輸出，該輸出經調適而用於連接至一電負載。
12. 一種製造一多線圈自動轉換開關(ATS)的方法，該ATS經調適而用於自動開關一適當額定電壓之組件以使該ATS在一預定電壓範圍內可操作，該方法包含：提供一輸入，其經組態以被耦接至包括一在該預定電壓範圍內之電壓之一電源；提供一輸出；將一低電壓接觸器耦接至該輸入及該輸出，該低電壓接觸器包括耦接至該輸入及該輸出之一常斷開型低電壓主接點，並進一步包括與該常斷開型低電壓主接點磁性鏈接之一低電壓線圈；將一高電壓接觸器耦接至該輸入及該輸出，該高電壓接觸器與該低電壓接觸器並聯耦接，且包括耦接至該輸 入及該輸出之一常斷開型高電壓主接點，並進一步包括與該常斷開型高電壓主接點磁性鏈接之一高電壓線圈；及將一常閉合型高電壓輔助接點耦接至該輸入並與該低電壓線圈串聯耦接，該常閉合型高電壓輔助接點耦接至接地並與該高電壓線圈磁性鏈接，該常閉合型高電壓輔助接點包括與該常斷開型高電壓主接點相反之一相位，其中：當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一高電壓電源時，該高電壓線圈經組態以斷開該常閉合型高電壓輔助接點以將該低電壓線圈自該輸入切斷，及經組態以閉合該常斷開型高電壓主接點，使得該ATS在一高電壓模式中操作，及當該輸入基於該預定電壓範圍被耦接至一低電壓電源時，該低電壓線圈經組態以閉合該常斷開型低電壓主接點，使得該ATS在一低電壓模式中操作。
13. 如請求項12之製造方法，其中該低電壓線圈及該高電壓線圈經選擇而具有在一第一至一第二預定電力網電壓範圍內的重疊操作容限。
14. 如請求項12之製造方法，其進一步包括提供耦接至該等低電壓及高電壓接觸器之一輸入，其中該輸入經調適以接受兩個重疊的電壓範圍。
15. 如請求項12之製造方法，其中：該低電壓接觸器具有一額定操作電壓範圍Va 至Vb 及一拾取電壓VpLV ， 該高電壓接觸器具有一額定操作電壓Vc 至Vd 及一高電壓拾取電壓VpHV ，且Vc >Va ，Vc Vb ，Vd >Vb ，且VpHV >VpLV 。
16. 如請求項12之製造方法，其進一步包括提供耦接至該低電壓接觸器及該高電壓接觸器之一輸出，該輸出經調適而用於連接至一電負載。