CN1068956C - 确定开关设备中触点剩余寿命的方法及相应的装置 - Google Patents

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Abstract

一种确定开关设备中触点剩余寿命的方法及相应的装置，过去已经有人建议，为确定接触器触点剩余寿命，检测出作为烧损等效判据的触点间距上的所谓触点行程，并为了确定触点块的烧损总是在断路过程中测量触点行程变化并将其换算成剩余寿命，为此在由带有磁线圈的街铁和磁轭构成的磁力传动机构中，测量从衔铁开始动作直至触点开始断开为止的衔铁行程的时间。按照本发明，在被监控开关设备负载端上收集触点断开的时间信号tK的测量值，并通过在衔铁开始运动时发出一去激励信号来收集时间信号tA的测量值。特别是为应用在交流电网中，测量作为一人工中性点上的电压变化的接通电压。在与此相应的装置中，在开关设备(1)与求值器(100，200，300)之间有一去激励的信号导线(20)。

Description

确定开关设备中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中触点，尤其是接触器触头的剩余寿命的方法。此外本发明还涉及一种实施上述方法，带有一个用于显示剩余寿命的分析仪器的装置。
在较早的没有提前公开的专利文献DE4427006A0中，接触器的剩余寿命是由断路过程中衔铁断开动作开始到触点断开开始之间的时间差推导出来的。根据这一时间差值由微处理器按照求值算法来确定所谓的触点行程的实际值，这一数值由于烧损从其新值(100％的剩余寿命)减少到其最小值(0％的剩余寿命)。为此所必需的时间信号首先通过断开辅助电流电路，通过电磁驱动装置的衔铁和磁轭以及通过主触点上的接触电压而被检测出，并被转换成确定的电压脉冲，为此必须连接测量导线。
为了得到接触电压值所连接的测量导线(在交流电时需6根)可能会带来这样的问题：
a)由接触器供电端到负载端的电压传输是不能消除的，
b)所要求的绝缘电压强度(8千伏)将导致求值电路的费用上升，
c)接触器中测量导线的集成和其连接到一插接装置上都需要采取结构上和有关安全可靠性方面的改进措施。
本发明的目的在于，推荐一种方法及相应的装置，通过这种方法和装置，不仅在主电路的供电端而且在其负载端都不必通过测量导线来确定触点断开开始之时。
本发明有关方法方面的目的通过一种确定开关设备中触点，尤其是接触器触头的剩余寿命的方法来实现，其中作为烧损等效判据的触点间距上的所谓触点行程(contact action)被检测出来，并用来确定触点块的烧损以及测量断路过程中触点行程的变化并换算成剩余寿命，为此当接触器驱动装置由带有磁线圈的衔铁和相应的磁轭组成时，测量从衔铁开始运动到触点断开为止，衔铁行程所花时间，按照本发明，在被检测开关设备负载端对触点断开的测量数据进行采集以及在衔铁动作开始时发出一个去激励信号。
按照本发明方法的进一步扩展，为了在三相电网中应用，通过在被检测开关设备负载端测量作为人造中点上电压变化的接通电压，最好检测出开关电极中烧损最严重触点块的触点断开的起始点，由此可以确定接触器主触点的剩余寿命包括衔铁动作起始点。
本发明有关装置方面的目的通过一种实施上述方法的设备来实现，它带有一个用于显示剩余寿命的求值器，按照本发明，在开关设备与求值器之间有一去激励信号线连接在开关设备的电磁传动机构的衔铁和磁轭上。
按照本发明装置的进一步有利设计，求值器位于开关设备与用电器之间的负载端。
为了降低技术方面的费用，特别是在交流电网中，为了确定接触器主触点的剩余寿命，不必再对每条主电流路径就触点烧损单独进行监测，而只需测量三个开关电极中烧损最严重触点的行程。此外也可以不用给接触器安排窄小的用于测量剩余寿命的空间，在此衔铁断开动作的开始作为衔铁与磁轭之间的接触断开通过一个去激励的信号线传递给求值器。
与电压信号，例如主触点上的接触电压相反，衔铁与磁轭之间的电的触点闭合按照上述关系可被理解为去激励信号输出。
本发明的细节和其它优点将通过下面借助附图对实施例的说明并结合从属权利要求来阐述。这些附图分别以线路方框图的形式示出，
图1为在断路过程中检测接触器剩余寿命的线路方框图，
图2为在交流电网中的断路过程中生成接触器主电流途径刚刚断开时的时间信号的线路方框图，
图3为在换向保护接触器电路中检测剩余寿命的示例，
图4为在直流电网断路过程中检测接触器剩余寿命的线路方框图。
附图中作用相同的部件用相同的附图标记来表示。所有附图将部分地一起加以阐述。
图1示出一用于识别接触器1剩余寿命的装置的简略示图及其相应配置。求值器100位于接触器1与用电器20，如一电机，之间的负载侧10,并且通过用于识别触点断开的第一监控模块101与相线L1,L2,L3相接触。双股通信电缆8将接触器1的衔铁磁轭触点7与第二监控模块102连接起来以识别衔铁的断开。微处理器105根据这些监控模块101,102所提供的时间信号确定实际的触点行程并由此确定主触点的剩余寿命。
由求值器100计算出的剩余寿命量值在输出单元106上显示出来，并可以通过总线系统输出用于进一步处理。
正如在接触器上所引出的衔铁磁轭触头上所进行的检验测量一样，可算出剩余寿命的时间信号随时间经受波动，这种波动起因于机械误差和磁力阻尼。因此，时间信号间的时间差在两次连续的取值中可以有少于1/10毫秒的偏差。为了避免输出值的相应波动，剩余寿命可以通过浮动的平均值，例如最后十个测量值的平均值来确定。因此在确定触点行程时，1/10mm的准确性被认为是切合实际的。在确定时间差时，可由此来避免错误求值，即只对在一预定时间段内的时间信号进行计算。
图2示出用于生成在烧损最严重主触头开始断开时的时间信号tK的电路示例。这一电路的基本特性在于，测出三极开关设备在三相交流电网中人工中性点15处的接触电压(电弧电压)。对于通过细保险丝11和电阻12(160kΩ)连接到输出导线的连接点15上的接触电压，即电弧电压有下列等式：U1+U2+U3=0             I1+I2+I3=0U1-USTP=R×I1+L×d/dt(I1)+UB1U2-USTP=R×I2+L×d/dt(I2)+UB2U3-USTP=R×I3+L×d/dt(I3)+UB3总和：USTP=(UB1+UB2+UB3)/3，在此下列符号表示：Ui=相电压，Ii=相电流，UBi=电弧电压，i=1,2,3,USTP=中性点电压，R=阻抗，L=感抗。
当接触器主触点闭合时(UB1=UB2=UB3=0)，中性点电压应为0伏。然而在事实上实际的相电压不是一个理想的正弦电压，使得相电压和不为0，而中性点电压围绕电压零点波动。这一信号噪声可以通过一高通滤波器16(如C=3nF,R并=500kΩ)来降低，使信号振幅/噪声振幅的比例大于10。通过测量电阻17(例如R测=10kΩ)可以量取电路接地电位M。时间信号tk，即人工中性点15上的电压信号，按照其极性通过两个比较电路18,18′中的一个来处理，比较电路的输出端通过或门开关元件19耦合在用于触点断开的监控模块的信号输出端。
图3示出用于识别一个例如带有两个接触器1和2的接触器-换向起动器的剩余寿命的装置：对于应用在三相交流电机上给出了许多不同的用于控制转速和转向的连接条件。
图1或图3中的由接触器1和2接通的主电流回路是主电流回路的基本形式。在此，通常是在接触器1和2的负载端有一过载继电器210来保护电机负载。因此相宜地将过载继电器210与识别剩余寿命的装置结合在一个共同的检测设备中。如同在以前的专利申请DE4427006A0中所描述的那样，这样一种检测设备可以另外具有监控开关状态的附加功能，其最终结果是可能形成一个用于检测整台电气设备的“通用”检测设备200。
在图3示例中为了检测两个接触器1和2的剩余寿命，在用于衔铁断开的监控模块202上，仅需要一第二测量通道。一微处理器205将计算出的剩余寿命分配给那个由发出信号的测量通道所体现的接触器。
在三相交流电网中除了三极用电器以外还有四极用电器，如阻性负载，通过电开关设备使它们与电网接通或断开。这些电开关设备有四个开关极，其中三个与相线L1,L2,L3连接，第四个与中性线连接。这四个开关极中的每一个在四极用电器的通断过程中经受触点烧损，所以必须监控所有触头的磨损状况，并根据烧损最严重的触头来确定剩余寿命。
这最后一点是这样来实现的，即与相线L1,L2,L3连接的三个开关极中的每一极的接通电压在人工中性点上受到测量，而与中性线N连接的第四开关极的接通电压在中性线N上受测量。在这种情况下，在被检测开关设备1的负载端10不仅检测人工中性点15的电压，而且检测中性线N的电压。两个电压值的电压差作为刚刚断开的，烧损最严重的触头的接通电压被计算出来。
图4示出在直流电网中检测接触器剩余寿命的装置。根据电网直流电压的高低以及直流电网是否接地，通常使触头间距串联起来并且使电网单极或双极地接通。为了使用于监控触头断开的测量接线有统一的连接条件，以及排除由供电端到接触器1的负载端的电压传输，测量导线连接在负载端10。
在图4所示实施例中，监控模块300由单个电路元件31至38组成。其中1表示带负载端10的接触器，20表示直流电动机，30表示连接到监控模块300的输出导线30。其中包括两个细保险丝31，一阻容组合32(C=0.22MF,R1=1kΩ)，一齐纳二极管33，一电阻34(R2=330Ω)和一光电耦合器35，该光电耦合器的输出端通过一电阻36(R=106kΩ)与电压U连接。
在用于触点断开的监控模块300中阻塞电容器C用来抑制直流电压分量，相应的限流电阻R1和R2及齐纳二极管用来限压，特别是光电耦合器35用于接触电压的无电势测量。一微处理器305根据触点断开时间信号tK相对衔铁断开时间信号的滞后以相应的方式确定出触点行程并由此确定出接触器主触点的剩余寿命。
在所有实施例中，由微处理器所确定的数值可以通过相应的输出单元直接显示出来，或者传输给一数据传输系统，尤其是一数据总线系统，以便输出去进行其它计算。

Claims (14)

1．一种确定开关设备中触点，尤其是接触器触头的剩余寿命的方法，其中检测作为烧损等效判据的触点间距上的所谓触点行程，并为了确定触点块的烧损总是在断路过程中测量触点行程的变化并将其换算成剩余寿命，为此在由带有磁线圈的衔铁和相应的磁轭构成的接触器传动机构中，测量从衔铁开始运动到触点开始断开为止的衔铁行程所花时间，其特征在于，在受监控的开关设备的负载端对触点断开的测量值进行采集，以及在衔铁动作开始时发出一个去激励信号。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在三相交流电网中应用，通过在被监控开关设备的负载端测量作为接通电压的人工中性点上的电压变化，检测出开关电极中烧损最严重触点块的触点断开的起始点，由此可以确定接触器主触点的剩余寿命。
3．按照权利要求2所述的方法，其特征在于，为了在带有三根相线(L1,L2,L3)和一根中性线N的交流电网中应用，检测出四个开关电极中烧损最严重触点块的触点断开的起始点，其中作为在相线(L1,L2,L3)的人工中性点和中性线之间电压变化的接通电压在受监控的开关设备的负载端可被确定。
4．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在直流电网中应用，通过在受监控开关设备负载端测量作为电源线(L+,L-)之间电压变化的接通电压，检测出开关电极中烧损最严重触点块的触点断开的起始点，由此可以确定接触器主触点的剩余寿命。
5．一种实施如权利要求1或权利要求2至4中任一项所述方法的设备，其带有一个用于显示剩余寿命的求值器，其特征在于，在开关设备(1)与求值器(100,200,300)之间有一去激励信号线(8,8′,38)连接在开关设备(1)的电磁传动机构(5)的衔铁(3)和磁轭(4)上。
6．按照权利要求5所述的设备，其特征在于，所述求值器(100,200,300)位于开关设备，特别是接触器(1)和用电器(20)之间的负载侧。
7．按照权利要求5所述的设备，其特征在于，通过第一监控模块(101,201)识别触点断开，通过第二监控模块(102,202)识别衔铁的断开。
8．按照权利要求5所述的设备，其特征在于，根据由两个监控模块(101,201,102,202)所提供的时间信号通过一微处理器(105,205,305)来确定实际的触点行程。
9．按照权利要求5所述的设备，为了按照权利要求2所述方法应用于交流电网中，其特征在于，其具有一种在烧损最严重的主触点中的触点断开开始时用于生成时间信号的电路，利用这种电路，在人工中性点(15)上测量三相交流电网中的三极开关设备的接触电压(电弧电压)。
10．按照权利要求5所述的设备，为按照权利要求3所述方法应用于交流电网中，其特征在于，其具有一种在烧损最严重的主触点中的触点断开开始时用于生成时间信号的电路，利用这种电路，通过在开关设备负载端，特别是在作为基准电位的一个位于接地电位(M)上的电阻(17)处测量人工中性点(15)与中性线(N)电压之间的电压，检测出带有三根相线(L1,L2,L3)和中性线(N)的四极开关设备的接触电压(电弧电压)。
11．按照权利要求9所述的设备，其中为应用于交流电动机，具有一保护电动机负载的过载继电器，其特征在于，该过载继电器(210)和用来识别剩余寿命的求值器(201,202,205)被组合在一个共同的检测设备(200)中。
12．按照权利要求5所述的设备，为按照权利要求1所述的方法应用于直流电网中的接触器中，其特征在于，其具有一个用于设计为单极或双极接通电网的触点间距的串联电路，所述测量导线(30)连接在电气负载(20)上。
13．按照权利要求11所述的设备，其特征在于，求值器(300)作为触点断开的监控模块具有用来抑制直流电压分量的一阻塞电容器(32)，限流电阻(34,36),一用来限压的齐纳二极管(33)和一用于无电势测量接触电压的光电耦合器(35)。
14．按照权利要求5所述的设备，其特征在于一个用于数据传输的系统，特别是一总线系统。
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