CN101305433B - 确定电磁开关装置触点烧损的方法和具有按此方法工作的装置的电磁开关装置 - Google Patents

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Abstract

为了确定电磁开关装置的触点烧损，在接通期间测量表征触点之间由致动器引起的相对运动随时间变化过程的力学参数(v)。通过评估相对运动随时间的变化过程，确定触点(18)闭合的时刻(tK)，以及至少间接获知由一个或多个触点(18)直至这一时刻(tK)经过的或由致动器从这一时刻(tK)起直至其终端位置经过的行程(s或d)，并与储存的基准值比较。

Description

确定电磁开关装置触点烧损的方法和具有按此方法工作的装置的电磁开关装置
技术领域
本发明涉及一种确定电磁开关装置触点烧损的方法。此外，本发明还涉及一种具有用于确定其触点烧损的装置的电磁开关装置。 
背景技术
在接通或断开电磁开关装置时在闭合或断开的触点之间出现电弧。随着时间的推移这样的电弧会导致触点烧损。因此对于这样的开关装置运行安全性重要的是，明确烧损的程度，以便从中推导出开关装置的剩余寿命以及通过及时更换触点避免运行故障。 
由EP0694937B1已知一种确定开关装置中触点烧损并因而确定触点剩余寿命的方法，其中，确定所谓的触点压紧力(Durchdruck)或压紧力作为触点烧损的度量。所述压力涉及行程，该行程是作为开关触点运动的致动器的电枢在断开过程的开始、亦即在终端位置支靠在磁轭上的电枢脱离磁轭的时刻与触点彼此抬起的时刻之间经过的距离。电枢从磁轭抬起的时刻借助辅助电路测量，在此辅助电路中电枢与磁轭构成一个开关，当电枢与磁轭接触时开关闭合。 
与之不同，例知由EP0878015B1已知，电枢与电磁驱动器的磁轭分离的时刻，通过测量磁轭的电磁线圈上的电压确定。 
在这两种方法中，为了获知触点烧损的时刻需要另一个辅助电路，例如一个复杂的借助光电耦合器与主电路脱耦的辅助电路，它检测由抬起时生成的电弧形成的电弧电压的发生。 
与由EP0694937B1和EP0878015B1已知的利用断开过程确定烧损或剩余寿命的方法不同，由WO2004/057634A1已知一种方法和一种设备用于确定开关装置的剩余寿命，其中测量在接通过程中，亦即在通过电磁传动装置闭合开关触点时压紧力的改变。在这种已知的设备中，在电枢上设位置传感器，该位置传感器在至少三个位置含有例如形式上为测量触头的标记，  借助它们可以获知电枢运动随时间的变化过程。在触点闭合时电枢的定位根据借助这些位置标记获知的电枢运动过程通过计算确定。为此，基于少量的位置标记，利用简单的算法，并假设在触点闭合前的时刻与在触点闭合时刻与电枢置放在磁轭上的时刻之间的一个时刻之间电枢加速度为常数。然而事实证明，采用这种做法只能低精度地确定触点的闭合时刻。 
发明内容
因此本发明的目的是提供一种确定电磁开关装置触点烧损的方法，借助这种方法可以准确地确定触点闭合时刻，并由此可以准确地确定触点烧损。此外本发明的目的是提供一种具有按此方法工作的装置的电磁开关装置。 
有关方法方面的目的，按照本发明通过一种确定电磁开关装置触点烧损的方法达到。按此方法，在接通期间测量表征触点之间由致动器引起的相对运动随时间变化过程的力学参数，以及通过评估此随时间的变化过程确定触点闭合的时刻，以及至少间接获知由所述触点直至这一时刻经过的或由致动器从这一时刻起直至其终端位置经过的行程，并与储存的基准值比较。 
在这里本发明考虑问题的出发点是，在触点闭合的时刻基于在此时刻施加的并制动致动器运动的触点弹簧大的弹簧力，使相对运动随时间的变化过程发生显著变化，所以通过分析运动随时间的变化过程，可以可靠地直接确定触点彼此相遇的时刻，为此无需如在前言提及的WO2004/057634A1中那样的运动过程的近似模型。 
表征运动过程的参数可直接通过测量其中一个触点或两个触点的速度或加速度实现。与之不同，也可以测量致动器的速度，致动器引起所述相对运动并与至少其中一个触点机械连接以及通过电磁驱动器操纵。 
若借助与致动器机械连接的传感器测量运动随时间的变化过程，则所述的测量可以用一个与接通的电路或与电磁传动装置的电路电脱耦的测量电路进行。 
适用的传感器可以是行程传感器、速度传感器或加速度传感器。 
若使用速度传感器或加速度传感器作为传感器，则根据它的信号可以特别简单地确定触点闭合的时刻。为了在这种情况下能获得有关经过的行  程的信息，它们的测量信号还必须经过一次或两次积分。 
与使用这种传感器不同，也可以通过评估在接通期间测得的电磁驱动器的电或电磁参数确定所述的力学参数。 
涉及电磁开关装置方面的目的，按照本发明通过一种电磁开关装置达到，该电磁开关装置包括用于确定其触点烧损的装置、用于测量表征触点之间由致动器引起的相对运动随时间变化过程的力学参数的测量装置、以及用于根据相对运动随时间的变化过程确定触点闭合时刻和用于至少间接获知由所述触点直至这一时刻经过的或由致动器从这一时刻起直至其终端位置经过的行程并用于将此行程与储存的基准值比较的评估装置。它的优点在意义上与针对相关的方法那些优点相同。 
附图说明
下面参见附图进一步说明本发明。其中： 
图1至3分别示出了电磁开关装置在触点未消耗时处于接通过程不同时刻的原理图； 
图4至5示出了此电磁开关装置经许多个开关循环后处于接通过程不同时刻，此时触点已有显著烧损； 
图6至9分别示出曲线图，图中画有电磁线圈上的电压和流过电磁线圈的电流、电磁力及弹簧力、电枢与磁轭之间的距离以及电枢的速度或其加速度，分别随时间的变化；以及 
图10示意性表示出具有用于更好地确定触点烧损的装置的开关装置。 
具体实施方式
按图1的电磁开关装置在图示的例子中含有接触器和磁轭2，两个励磁用的电磁线圈4设在磁轭上。与磁轭2对应配设的电枢6通过压力弹簧8弹性地支承在开关装置的仅象征性表示的外壳10上。磁轭2、电磁线圈4和电枢6构成开关装置的电磁驱动器。电枢6通过触簧12与运动触桥14传力地连接。为运动触桥14配设两个固定的触头支承16。电枢6构成电磁驱动器的致动器用于触桥14与触头支承16之间的相对运动。 
触桥14和固定的触头支承16分别设有触头或触点18，它们在新的状态下有厚度D0。由运动触桥14和固定触头支承16构成的开关触点处于打 开位置。在这种断开的状态，触点18有间距s0以及磁轭或电枢6的极面20和60有间距H。 
当电磁线圈4接通时，电枢6克服压力弹簧8的作用朝磁轭2的方向运动，如图中用箭头表示的那样。 
现在图2表示的情况是，触点18开始接触，因此电枢6经过了一个行程s0。在这一时刻极面20、60有间距d0＝H-s0。这一间距d0与触点18未消耗时开关装置的压紧力相对应。现在，在克服触簧12和与之并联的压力弹簧8作用的情况下实施电枢6的进一步闭合运动。因为由触簧12施加的弹簧力明显大于由压力弹簧8施加的弹簧力，所以作用在电枢6上的弹簧力突然增大，并促使显著改变闭合运动进程。 
在进一步的过程中，作用在电枢6上的电磁力大于由压力弹簧8和触簧12施加的弹簧力，以及电枢6可以朝磁轭2的方向继续运动，直至它最终如在图3中所表示的那样，在终端或静止位置将其极面60靠放在磁轭2的极面20上。 
图4中现在表示的情况是，触点18经过许多个开关循环后已经严重烧损，并还只有厚度D1＜D0。相应地，触头18在断开状态有间距s1，它明显大于新的状态下的间距s0。现在若电磁线圈4被励磁，也就是说引入接通过程，则电枢6以增大的速度朝磁轭2的方向运动，直至经过一个与此间距s1对应的行程后触点18按图5开始接触。此时极面20、60的间距为d1，对此同样适用d1＝H-s1。由此图可以看出，与新的状态下的压紧力相比，基于触点18小的厚度D1因而使这一间距d1，换句话说使压紧力显著减小。 
图6的曲线描述了流过电磁线圈的电流I(曲线a)和施加在电磁线圈上的周期性直流电压U(曲线b)随时间t的变化过程。图示的例子涉及一种用例如由WO2005/017933A1已知的方法控制的开关装置，以便通过调节电枢的加速度调整闭合速度，一方面触点和另一方面电极以此加速度彼此相遇。由图6可以看出，电流I直至触点闭合的时刻tK不断减小，从这一时刻tK起短时重新增大。这种增大是需要的，为的是通过相应地较大的电磁力补偿从时刻tK起突然增大的作用在电枢上的弹簧力。 
这一点在图7的曲线中可以清楚看出。在此曲线图中描绘了电磁力FM (曲线c)和弹簧力Fs(曲线d)随时间t的变化过程。在触点闭合的时刻tK弹簧力Fs突然增大。这一升高短时间可以不通过电磁力补偿。只是在进一步的发展过程中电磁力才能重新超过弹簧力。 
在图8所示的曲线中描绘了电枢的行程s(曲线e)及其速度v(曲线f)同样随时间t的变化过程。在接通过程的一开始，电枢(致动器)的极面处于离磁轭的极面有间距H的位置。电枢朝磁轭方向运动的速度v经过一定  的时间延迟后以一个近似恒定的加速度连续增大。这就是上面已提及的控制电枢运动的原因，由此保证电枢的速度不过大。在闭合时刻tK，亦即在电枢并因而触点经过了一个行程w＝s后，将速度v迅速降至最小值，然后基于重新增大的电磁力FM上升到额定值约0.5m/s。速度v的这种基于突然增大的弹簧力Fs造成的下陷，是触点闭合时刻tK的明显标志。因而所述闭合时刻tK是适用v(t+δt)＜v(t)时的时刻。在闭合时刻tK，电枢离磁轭有间距d。这一间距d与现有的压紧力对应。电枢(致动器)直至其终端位置还要经过与此间距d相应的行程。 
图9描绘电枢的加速度b按对数标度随时间t的变化过程。由曲线g可以看出，加速度b迅速增加到近似常数的值，以及在触点闭合时刻基于速度下陷经历一次符号变换。所述符号变换在评估加速度b随时间t的变化过程时能特别方便地看出并可用于确定闭合时刻tK。 
图6至9中表示的曲线图用于举例说明在电磁开关装置接通时存在的物理现象。在电磁开关装置未调整或按另一种调整方法工作时，也会发生在图8和9中表示的速度下陷或加速度符号变换。若现在借助适用的传感器，或直接通过速度传感器或加速度传感器，检测速度v或加速度，则根据它们的变化过程便可以特别方便地确定闭合时刻tK。原则上，闭合时刻tK也可以根据由行程传感器测得的信号导出，该信号由一次或二次微分得出。 
按图10，在按本发明的开关装置中传感器22与电枢6直接连接，它可以设计为速度传感器、加速度传感器或行程传感器。借助此传感器22直接检测触点18的相对运动并在计算装置25中进行评估。在评估时根据加速度b的变换或速度v的下陷确定时刻tK。剩余的行程d(压紧力)或直至此时刻tK经过的行程s，可根据致动器(电枢6)的行程-时间变化过程w(t)得出。在这里，计算装置25也可以承担由传感器22产生的运动信号的微分或积分任务。 
与之不同，可以在运动触头14上装设传感器24。在行程传感器的情况下可以直接测出行程s0或s1。在速度传感器的情况下可以直接确定作为时间函数的速度v。在这种情况下闭合时刻tK是运动在此时结束以及运动触点18的速度v等于零的时刻。 
在本实施例中，传感器22、24与运动部分(电枢6或运动触点18)机  械连接。然而原则上也可以采用非接触式工作的传感器，它们测量重要的运动部分离固定的外壳部分的距离。 
也可以与之不同，测量流过电磁线圈4的电流I和通过感应线圈26的磁通量Φ，由此用例如由DE19544207C2已知的方法，确定作用在电枢6上的加速度。 
若已知触点闭合的时刻tK，便可以根据此闭合时刻tK，视所使用的传感器，或直接或间接地确定直至此时刻由电枢6并因而由触点18经过的行程s。 
若对于图4的例子已知行程s1，则可以通过与储存的基准值s0比较，直接推断出触点的烧损D0-D1，并因而也可推断出触点的剩余寿命。对于烧损D0-D1由下式得出 
D0-D1＝(s1-s0)/2 
在这里的前提条件是，烧损D0-D1均匀分配在彼此相对置的触点上。与之数学等效，也可以根据行程s1计算磁轭与电枢极面的间距d1。这通过微分储存的打开状态下极面的间距值H以及经过的行程 
d1＝H-s1
得出。 
对于烧损D0-D1则适用 
D0-D1＝(d0-d1)/2。 
若测量间距d1直接作为致动器(电枢)从时刻tK起直至其终端位置经过的行程，则当储存触点未消耗时的间距d0(压紧力)作为基准值时，可以用上述公式直接计算烧损D0-D1。 

Claims (10)

1.一种确定电磁开关装置触点(18)烧损的方法，其中，在接通期间测量表征触点(18)之间由致动器引起的相对运动随时间变化过程的力学参数，以及通过评估相对运动随时间的变化过程确定触点(18)闭合的时刻(tK)，以及至少间接获知由所述触点(18)直至这一时刻(tK)经过的或由致动器从这一时刻(tK)起直至其终端位置经过的行程(s、s0、s1、d、d0、d1)，并与储存的基准值比较，采用传感器来测量力学参数。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，借助与致动器机械连接的传感器(22)测量所述力学参数。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，使用速度传感器作为传感器(22)。
4.按照权利要求2所述的方法，其中，使用加速度传感器作为传感器(22)。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其中，使用行程传感器作为传感器(22)。
6.一种电磁开关装置，包括用于确定其触点(18)烧损的装置、用于测量表征触点(18)之间由致动器引起的相对运动随时间变化过程的力学参数的测量装置、以及用于根据相对运动随时间的变化过程确定触点(18)闭合时刻(tK)和用于至少间接获知由所述触点(18)直至这一时刻(tK)经过的或由致动器从这一时刻(tK)起直至其终端位置经过的行程(s、s0、s1、d、d0、d1)并用于将此行程(s、s0、s1、d、d0、d1)与储存的基准值(s0)比较的评估装置，采用传感器来测量力学参数。
7.按照权利要求6所述的电磁开关装置，其中，包括与致动器机械连接的用于测量参数的传感器(22)。
8.按照权利要求7所述的电磁开关装置，其中，设有速度传感器作为传感器(22)。
9.按照权利要求7所述的电磁开关装置，其中，设有加速度传感器作为传感器(22)。
10.按照权利要求6或7所述的电磁开关装置，其中，设行程传感器作为传感器(22)。
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