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CN1207200A - 确定开关设备内触点剩余寿命的方法及相应的装置 - Google Patents

确定开关设备内触点剩余寿命的方法及相应的装置 Download PDF

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Abstract

一种确定开关设备内触点的剩余寿命的方法及相应的装置,过去为确定接触器触点剩余寿命,曾建议检测在触点间隔处的所谓触点行程作为烧损的等效判据,并为了确定触头的烧损总是测量在断路过程中触点行程的变化并将其换算成剩余寿命。为此在由磁轭和具有电磁线圈的电枢组成接触器传动装置的情况下,有必要测量从电枢开始运动至触点开始断开的电枢行程的时间。按本发明根据电磁线圈处的电压检测电枢与接触器电磁传动装置的磁轭分离的时刻。在这种情况下检测电枢升起时磁路磁阻的增加。在相应的具有用于确定和显示剩余寿命的分析器的装置中,分析器(100)有用于检测电磁线圈(5)处电压的单元(110—150)。

Description

确定开关设备内触点 剩余寿命的方法 及相应的装置
本发明涉及一种确定开关设备内的触点，尤其是接触器触点的剩余寿命的方法，按此方法检测在触点间隔处的所谓触点行程(contact action)作为烧损的等效判据，并为了确定触头的烧损总是测量在断路过程中触点行程的变化并将其换算成剩余寿命，为此在由具有电磁线圈的电枢和附属的磁轭组成接触器传动装置的情况下，测量从电枢开始运动至触头开始断开的电枢行程的时间。此外，本发明还涉及一相应的装置，它具有用于确定及显示剩余寿命的分析器。
在以前的未预先公开的专利申请DE 4427006A0中，接触器的剩余寿命在断路过程中由电枢开始断开运动与触头开始断开之间的时间差导出。微处理机由此时间差的值按照求值规则确定所谓触点行程的当前值，触点行程由于烧损从其新值(＝100％剩余寿命)降到其最低值(＝0％剩余寿命)。
为此所需要的时间信号首先通过切断流经电枢和电磁传动装置的磁轭的辅助电流路径以及通过在主触头处的接触电压进行检测，并转换成确定的电压脉冲。
为了简化接触电压的测量，按并列提出的专利申请中的建议，尤其在三相电网中，通过主要对人造中点处的电压进行监控来实施触头断开。这就允许将用于确定剩余寿命的装置作为独立的附加设备连接在负荷电路中的接触器与用电器之间，它仅借助于用于断开电枢-磁轭触点的通信线路与接触器连接。
本发明的目的在于，相对现有技术提供一种可能性，即，对剩余寿命的鉴别可与接触器上，例如一电枢-磁轭触点上的变型无关地独立进行，因而可应用于任意接触器中。
按本发明为达到此目的在一种前言所述类型的方法中采取的措施是，根据电磁线圈处的电压，检测电枢与接触器电磁传动装置的磁轭分离的时刻。在这种情况下比较有利的作法是，检测电枢升起时磁路磁阻的增加。此时在电磁线圈上因磁通随时间的变化所感应出的电压信号用于时间测量。
在相应的装置中，分析器有用于检测电磁线圈处电压的装置。这些装置最好是一些用于信号检波、用于信号限幅和整形、以及用于信号析取和信号发送的部件。
本发明以下列在接触器电磁传动装置切断时的物理特性为基础：为了产生必要的电枢闭合力，通过电磁线圈的电流在磁路中形成规定大小的磁通。在控制电路断开时，电磁线圈无电流以及在几个毫秒之后闭合磁路中的磁通衰减至基本剩磁。现在，当电磁闭合力低于断开力，亦即低于触点和电桥架弹性力的总和时，电枢在此瞬时开始断开。在电枢升起时磁路的磁阻突然增大，在这种情况下剩余的磁通量φ(Kmagn～φ2)迅速衰减，以及磁通随时间的变化在电磁线圈上感应出一电压信号。
下面借助附图所示实施例对本发明作进一步的详细说明，附图中：
图1为在断开过程中检测接触器剩余寿命的电路原理图；
图2a至2d为在多个波形图中表示在用交流电或直流电运行时接触器断开过程中线圈电压和线圈电流作为时间的函数的信号变化曲线；
图3为计算按图2的断路电压的方框图；
图4为实现按图3方框图的具体电路；
图5a和5b为两个有关的波形图和电枢断开时刻的信号电压；
图6为图4所示电路结构的变型；
图7为有关的波形图和在接触器线圈断开时出现的信号电压；以及
图8为波形图和在用交流电运行的串联接触器断开时测量在电枢开始断开时刻与触点开始断开时刻之间的时间差并取平均值。
相同的或作用一样的部件在各图中采用相同的附图标记。这些图部分内容共同说明。
图1示意表示用于识别在三相电网中接触器1主触点剩余寿命的装置100的结构与配置。此装置布置在接触器1与一用电器20，例如一三相交流电动机之间的负载的一侧。它包括一个第一计值模块101，优先用于检测首先断开的主触点的触点断开时刻tK，或按另一种方案用于检测每个主触点的触点断开时刻。此外它还包括一个用于检测也称为电枢断开时刻tA的电枢开始运动时刻的第二计值模块102。由时间信号tA和tK通过分析器例如微处理机105确定触点行程并由此确定剩余寿命，通过显示器106和/或通过数据总线或进一步分析后输出。
第二计值模块102通过其两个测量入口与接触器电磁线圈的接头连接，并根据在断开过程中线圈电压的信号变化过程确定电枢开始运动的时刻tA。
用于识别主触点剩余寿命的装置100最好布置在被监测的开关装置的负载一侧，以便用少量的技术性费用监测此被监测的开关装置的触点断开，正如在一项平行申请中详细说明的那样。但是此装置100也可以布置在被监测的开关装置的供电侧，并可组合在供电侧或负载侧上的不同设施中(例如过载继电器)。触点断开的识别可通过在各开关极接线柱处的测量接头测量接触电压实现。
图2表示在一个为测量而作了改变的配置中，接触器电枢断开时线圈电压及线圈电流的测量波形图，在此配置中，电枢和磁轭在双方接触时闭合一个辅助电路，或在电枢升起时切断此辅助电路。在断开时刻taus后，在电枢断开的时刻tA得到一个持续约2ms和幅度为50V的电压脉冲，因为迅速衰减的剩余磁通感应一个电压脉冲。
如由按用于交流电压的图2a、2b和按用于直流电压的图2c或2d的各波形图可见，特征电压脉冲的产生，与作为电磁系统的保持电流是交变电流(例如150mAeff)还是直流(例如150mA＝)无关。
通常应安装接触器线圈，以避免在电弧熄灭(切断)时的开关过电压。作为布线元体例如设有阻容电路、压敏电阻以及在直流的情况下有齐纳二极管。在使用阻容抗干扰电路时不可能根据线圈电压检测电枢断开时刻，因为在切断线圈电流时形成一个激发的电阻电容电感振荡电路，而且作为衰减正弦振荡波的线圈电压对于一指定的电枢断开时刻不具有重要的信号变化曲线。
图3表示用于根据接触器1电磁线圈5处的断路电压确定电枢断开时刻的装置的方框图。接触器磁系统的控制最好能通过辅助接触器2进行，辅助接触器双端地接通或切断接触器线圈5的控制电源电压。于是线圈电压在电枢断开时刻与控制电源电压的电位分开。
在图3的方框图中，计值模块102由用于信号检波的单元110、用于信号限幅和整形的单元120、用于信号析取的单元130和用于信号发送的单元140的串联线路组成。单元120和140的出口信号输给一个“与”元件150，它准确地输出所要求的电枢断开时刻。尤其是由于必须准确地确定小的时间时隔，所以有必要采用与课题需要相匹配的构件相应地设计单元110到140。
借助于这里所建议的对线圈电压的信号处理，亦即检波、限幅/整形、析取、发送、产生一个输出脉冲，它与在电枢与磁轭分开时产生的特征电压脉冲例如脉冲宽度≈2ms、脉冲高度≈50V(图2)在时间上重合。为了进一步信号处理，可例如借助于一个在图3中没有表示的光耦合器由输出脉冲导出一个与接触器电磁传动装置的供电网在电流上分开的输出信号。
图4表示用于检测电枢断开时刻的包括构件111至136的测定电路具体布线实例，这些构件明显地构成了单元110、120、130、140。此电路连接在用于检测图1所示接触器传动装置5的电磁线圈6、6’电压的测量导线上。两个测量接头有用于测量信号的分压的相同的串联电阻9，以便在接触器线圈5处获得一种自由的引线布局。测量接地线与保护用地线连接且实际上处于零电位，所以当辅助接触器处于接通状态时，只从外馈电线L流出一测量电流到此测定电路内。
通过信号检波和限幅电路，产生一个特征测量信号。在接触器电磁传动装置的接通状态，测量信号含有短的电压脉冲，例如300μs宽和在50Hz交流电压时10ms时间间隔，而在断开过程中则形成有几毫秒时间间隔的两个约2ms长的电压脉冲，其中第一个脉冲表征在铁心内的电感降，第二个脉冲则由于电枢从磁轭升起及与之相关连的电感变化产生。
在电子电路的后续部分中，除了最后提到的那个脉冲外，所有的电压脉冲均受到抑制，所以测定电路只提供唯一的一个输出脉冲，它与电枢开始断开在时间上是重合的。
图5表示按图4的测定电路的测量波形图。已作变型的接触器的电枢-磁轭辅助触点被利用来电子式/机械式地检测电枢开始断开的时刻，并可以与测定电路的输出信号比较。通过对时间信号tA和tK取信号平均值(所谓Averaging)，基本上可以消除时间变化，这种时间变化是由于机械误差影响接触器主触点的触点分离以及由于接触器电磁传动装置不同的磁化状态引起的，所以具有测量精度为+/-100...200μs地测得在电枢断开运动的开始与触点断开开始之间平均的时间差。
图6表示用于检测电枢断开时刻的另一种测定电路。它与图4所示电路的差别仅在于信号限幅和整形的电路部分，尤其在于比较器128和129大的输入阻抗。因此，此测定电路以相同的方式处理接触器线圈的测量信号，与电子设备供电电压的接地接头是否在地电位上无关。此外，也可以在线圈电压单极断开时检测电枢断开时刻。
因此，按图6的电路可以在接地和不接地的电网中既在交流电压也在直流电压中使用。为了信号的进一步处理，例如可借助于光耦合器将输出信号与接触器电磁传动装置的供电网在电流上分开。
图7表示图6所示测定电路的测量波形图，其中电子设备接地电位在地电位上。人们可以获得具有如图4所示电路相同测量精度的可比较的输出信号。
通过考虑接触器与电路特定的时间偏移，可精确地把电枢断开时刻tA指定给图4和图5所示测定电路的电枢断开脉冲，此时间偏移可由“电枢断开脉冲”的脉冲上升沿算出，在上述接触器类型中例如为0.7ms。根据接触器的结构尺寸和控制电源电压的电压大小，可能要求调整用于信号限幅的电路部分。
图8表示了图6所示测定电路电枢断开时刻tA的信号变化曲线以及串联的接触器触点断开时刻的信号变化由线，其中再次利用求平均值(所谓的Averaging)。
通过对64个电路(其中电枢断开脉冲的脉冲正沿总是触发时刻)的信号取平均值，表明在电枢断开脉冲的宽度上有微弱分散，且触点断开时刻的时间分散值约为0.5ms。从电枢开始断开时刻tA至触点开始断开时刻tK的平均时间间隔，在所测得的示例中为4.6ms±0.2ms。
所说明的用于检测电枢断开时刻的测定电路，可以是用于确定接触器主触点剩余寿命的分析器的一部分。分析器位于接触器与电负载之间在负载一侧，并通过一个用于根据在人造中点处的电压变化识别触点断开的第一监控模块与外馈电线L1、L2、L3触点接通。一根尤其是双芯的信号线将接触器线圈的接头与用于识别电枢断开的第二监控模块连接起来。微处理机根据由监控模块提供的电枢断开的时间信号tA和触点断开的时间信号tK，确定实际的触点行程并由此确定主触头电的剩余寿命。

Claims (12)

1.一种确定开关设备内的触点，尤其是接触器触点的剩余寿命的方法，按此方法检测在触点间隔处的所谓触点行程作为烧损的等效判据，并为了确定触头的烧损总是测量在断路过程中触点行程的变化并将其换算成剩余寿命，为此在由磁轭和具有电磁线圈的电枢组成的接触器电磁传动装置的情况下，测量从电枢开始运动至触点开始断开的电枢行程的时间，其特征在于：根据电磁线圈处的电压，检测电枢与接触器电磁传动装置的磁轭分离的时刻。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：检测电枢升起时磁路磁阻的增加。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：因磁通随时间的变化在电磁线圈上感应的电压信号被用于时间测量。
4.一种实施如权利要求1至3中任一项所述方法的装置，它有用于确定和显示剩余寿命的分析器，其特征在于：分析器(100)具有用于检测电磁线圈(5)处电压的单元(110-150)。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于：这些用于检测信号电压的部件是用于信号检波的单元(110)、用于信号限幅和整形的单元(120)、用于信号析取的单元(130)和用于信号发送的单元(140)。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：这些单元(110、120、130、140)由用于生成电枢断开时刻的时间信号的单独电路组成。
7.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：用于电枢断开时刻信号的信号析取的单元(130)包括多个时间级(131、132、133)。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于：时间级(131、132、133)通过至少一个“与”级(135)互相连接。
9.按照权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于：分析器(100)作为附加电路组件组合在受监测的接触器(1)内。
10.按照权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于：分析器(100)与受监测的接触器(1)连接。
11.按照权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于：分析器(100)布置在过载继电器内受监测的接触器(1)的负载侧。
12.按照权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于：分析器(100)作为独立的附加设备布置在受监测的接触器(1)的负载侧。
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