CN117916836A - 用于监控有载分接开关的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
用于监控有载分接开关(2)的设备(1)，所述设备包括：‑马达驱动装置(4)；‑监控单元(11)；‑用于检测声学信号的传感器(6)；其中，所述监控单元(11)借助在所述马达驱动装置(4)上的扭矩变化曲线和所述传感器(6)的声学信号查明在有载分接开关(2)中的扭矩变化曲线。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监控有载分接开关的设备以及一种用于监控有载分接开关的方法。
背景技术
有载分接开关由现有技术已知并且通常具有负载切换器和选择器。有载分接开关的操纵大多借助于马达驱动装置与弹簧蓄能器相结合地进行。通过实施切换，马达驱动装置将弹簧蓄能器的弹簧预紧。在此，要么压缩压力弹簧要么拉伸拉力弹簧。从所定义的机械点起突然地解锁引入到弹簧中的能量并且操纵有载分接开关。在此，马达驱动装置从侧面安装在变压器油箱上。驱动轴系(Antriebswellenzug)从所述马达驱动装置引导至有载分接开关。利用已知的方法，在监控有载分接开关时查明在第一位置上的扭矩。所述第一位置位于马达驱动装置的壳体中。为了完全且准确地监控，取而代之地在有载分接开关中在第二位置上的未知的扭矩而是重要的。使之变困难地还归因于，在马达驱动装置中查明的扭矩与在有载分接开关上的真实的扭矩之间不存在保持恒定的数学关系。而是，与算出的扭矩相关联地，那里出现的扭矩由于温度影响、由于有载分接开关的机械结构、驱动轴系和传动机构的轴承支承架的老化和磨损现象以及由于在有载分接开关的整个运行寿命期间的其他影响而变化，所述运行寿命通常在多年上延伸。因此，在马达驱动装置的马达与由其驱动的有载分接开关之间在整个运行时间上不存在扭矩变化曲线方面的稳定的、亦即恒定的传输特性。
发明内容
因此本发明的任务在于，创造一种用于监控有载分接开关的设备，所述设备确定在有载分接开关中的准确的扭矩变化曲线并且在此简单地且紧凑地安装。
所述任务利用按照权利要求1所述的设备解决。各从属权利要求的特征在此形成本发明的有利的进一步扩展方案。
本发明的另一任务在于，创造一种用于监控有载分接开关的方法，所述方法安全且精确地查明在有载分接开关中的扭矩变化曲线。
所述任务利用按照权利要求5所述的方法解决。各从属权利要求的特征在此形成本发明的有利的进一步扩展方案。
按照第一方面，本发明建议一种用于监控有载分接开关的设备，所述设备包括：
-马达驱动装置；
-监控单元；
-用于检测声学信号的传感器；
其中，
-所述监控单元借助在所述马达驱动装置上的扭矩变化曲线和所述传感器的声学信号查明在有载分接开关中的扭矩变化曲线。
所述设备能实现借助声学信号和在所述马达上的扭矩变化曲线确定在负载切换器中的扭矩变化曲线。在此使用声学信号查明如下瞬间，在所述瞬间在有载分接开关中进行负载切换跳转。基于该信息，马达的扭矩可以特别准确地转化为在有载分接开关中的扭矩。使用用于检测声学信号的传感器也允许为旧的系统装备新的设备。在马达驱动装置上的扭矩的检测例如可以直接地经由扭矩传感器或者间接地借助在马达上所测量的数据来查明。
按照第二方面，本发明提出一种用于监控有载分接开关的方法，其中，
-借助声学信号确定如下时间范围，在切换期间在所述时间范围上发生负载切换跳转；
-将所述时间范围转抄(übertragen)到马达驱动装置的扭矩变化曲线中；
-在扭矩变化曲线的所述时间范围内确定用于负载切换跳转的瞬间；
-借助所述用于负载切换跳转的瞬间在马达驱动装置的扭矩变化曲线中设置参考点；
-将马达驱动装置的扭矩变化曲线换算为有载分接开关的扭矩变化曲线。
通过记录声学信号并且将所述信号与参考信号相比较，可以特别准确地探测负载切换跳转。在此，在声学信号中首先确定时间范围，在所述时间范围上应发生负载切换跳转。于是，恰恰将该范围转抄到马达驱动装置的时间上的扭矩变化曲线中并且加以分析。在该时间范围内于是确定准确的时刻，在所述时刻进行负载切换跳转、特别是弹簧蓄能器的解锁。从该点出发参考马达驱动装置的扭矩变化曲线并且将其换算为有载分接开关的扭矩变化曲线。进行负载切换跳转的时刻的确定和基于此的参考和换算使得所述方法特别准确、安全且可靠。
首先在声学信号中这样进行负载切换跳转、特别是时间范围的确定，使得
-由在切换期间测量的声学信号的原始数据产生包络线；
-将声学信号的包络线与参考包络线相比较；
-所述参考包络线映射负载切换跳转；
-通过将声学信号的包络线与参考包络线相比较来确定或者说界定其中发生负载切换跳转的时间范围。
在此，参考包络线例如已经保存在监控单元的存储器中或者在训练之后保存在监控单元中。参考包络线已可以从多次切换的多个先前记录和同步的信号产生。此外，参考包络线可以作为多个先前记录和同步的信号的原始数据的平均值、中位数或以补充的加权因子加权的平均值形成。
所述参考包络线可以具有整个信号的包络线的长度。备选地，参考包络线的长度仅对应于包络线的规定的区域或预确定的区段。传感器的包络线与参考包络线的比较优选借助于相关性方法、例如卷积或互相关性方法。所述参考包络线包含如下信息，所述信息描述负载切换跳转。所述信息在所测量的信号的包络线中搜索。
所述马达驱动装置的扭矩变化曲线可以经由扭矩传感器或者通过基于马达的特定于马达的数据和测量值的计算来确定。在此，扭矩变化曲线的长度等于声学信号的包络线的长度。扭矩传感器优选设置在马达的驱动轴上并且至少设置在驱动轴系的开端上。
在负载切换跳转期间或者在负载切换跳转开始时通常进行弹簧蓄能器的解锁。
在将扭矩变化曲线界定到来自声学信号的包络线的时间范围之后，在相应的时间范围内确定其中进行负载切换跳转的时刻或者说瞬间。在此，在扭矩变化曲线的所界定的时间范围内确定最大的负斜率或者说最高的负梯度。该瞬间代表负载切换跳转并且更准确地代表弹簧蓄能器的解锁。
此外，所述马达驱动装置的扭矩变化曲线借助于线性函数换算为有载分接开关的扭矩变化曲线。该函数是预定的并且同样保存在监控单元中。
附图说明
以下参照所附的附图更详细地描述本发明及其优点。图中：
图1示出按照本发明的用于监控有载分接开关的设备的示意图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于监控有载分接开关2的设备1。有载分接开关2安装在变压器油箱3中。有载分接开关2具有包括弹簧蓄能器22和选择器23的负载切换器21。从侧面在变压器油箱3上设置有马达驱动装置4。马达驱动装置4具有壳体41，在所述壳体中设置有马达42，所述马达经由驱动轴系43与有载分接开关2连接。驱动轴系43通常由多个驱动轴和偏转联轴器组成。为了实施切换，马达42经由驱动轴系43驱动有载分接开关2。在切换期间首先操纵选择器23，其中，要接通的绕组分接头通过相应的选择器臂来预选。并行于此地拉紧弹簧蓄能器22。在定义的时刻/瞬间，解锁弹簧蓄能器22并且突然地释放事先在拉紧时存储的能量。利用该能量操纵负载切换器21。由非理想地驱动轴系43决定地，在马达42上或者在马达驱动装置4上在位置50上的扭矩不等于在有载分接开关2上或中在位置51上的扭矩。换言之，在马达4上的扭矩由于驱动轴系43比在有载分接开关2上或中的扭矩高得多。
按照本发明的设备1具有器件或者说能够在切换期间、亦即关于时间地直接在马达42上确定或检测扭矩。为此可以使用扭矩传感器，所述扭矩传感器直接设置在马达42的从动轴上或直接设置在驱动轴系43的开端上。在驱动轴系43的开端上意味着，扭矩传感器设置在轴上，所述轴从马达驱动装置4的壳体41穿出或者进入到其中。在此，传感器将所测量的扭矩变化曲线传送到监控单元11上。在此，不重要的是，传感器设置在壳体41中或之外。扭矩确定也可以通过马达42的所测量的数据与相应的马达模型相联系地进行。为此，在切换期间通过中央的监控单元11测量或者说检测马达42的电流、电压和相位角。接着，在监控单元11中将在马达模型中的数据换算为扭矩值并且因此生成扭矩变化曲线。能够代入到所述计算中的其他数据是马达42的温度或者在马达42的附近中的温度。监控单元11这样设计，使得所述监控单元不仅可以直接测量扭矩变化曲线而且可以间接地从所提供的数据来计算。
此外，设备1具有用于记录声学信号的传感器6。所述传感器6优选设置在有载分接开关2的附近中、优选设置在负载切换器21的附近中、特别是设置在弹簧蓄能器22的附近中，所述传感器优选设置在变压器3的壳体上或者在有载分接开关2的盖或头部上。传感器6可以构成为加速度传感器(例如压电传感器或MEMS传感器)。中央的监控单元11构成用于分析和/或检测声学信号。所述监控单元通过线缆或无线地与马达驱动装置4(特别是马达或扭矩传感器)和传感器6连接。此外，借助于监控单元11实施按照本发明的方法或者说所述设备执行方法。监控单元11在此可以检测和分析马达驱动装置4和传感器6的所检测的原始数据。备选地，在监控单元11中仅实施按照本发明的方法。这里，马达驱动装置4和传感器6装备有相应的器件，所述器件检测和编辑信号的相应的原始数据。备选地可以设有多个声学传感器6。
在图1所示的设备实施按照本发明的用于监控有载分接开关2的方法。在切换期间、亦即在操纵有载分接开关2期间首先确定马达驱动装置4的扭矩变化曲线。有载分接开关2的切换意味着，所述有载分接开关2将负载电流从分级变压器的绕组分接头切换到相邻的绕组分接头。扭矩变化曲线的确定要么利用扭矩传感器、通过基于特定于马达的数据和测量值的计算来实施或者通过其他任意方式和方法实施。同时地，在切换期间借助于传感器6检测声学信号。备选地，可以使用多个传感器6的多个信号，其中，所述多个信号于是综合成一个信号。这在监控单元11中或者在单独的单元中在预处理步骤的过程中进行。
在下一个步骤中将来自传感器6的信号的原始数据转化为包络线。包络线映射在频率范围内的振荡的能量。在下一步骤中，在该包络线的变化曲线中确定如下时间范围，在所述时间范围内进行负载切换跳转。为此，将整个所测量的信号的包络线与参考包络线相比较。为了可以使所述方法加速，可以将包络线的事先规定的区域或者说预确定的区段(因此不是整个包络线)与参考包络线相比较，以便可以界定负载切换跳转的最为可能的时刻。参考包络线由各个信号的多个包络线形成。参考包络线由一次负载切换的多个事先记录和同步的信号的原始数据产生。参考包络线可以作为多个事先记录和同步的信号的平均值、中位数或利用补充的加权因子加权的平均值。参考包络线包含表征负载切换跳转的信息。
参考包络线的长度要么等于所记录的信号的包络线的整个长度要么等于所规定的区域或预确定的区段的所记录的信号的长度要么等于所规定的区域或预确定的区段的长度。
传感器6的包络线与参考包络线的比较借助于相关性方法、例如卷积或互相关性方法进行。其他用于比较包络线的方法是可能的。参考包络线或者说参考包络线的规定的区域或者说预确定的区段映射负载切换跳转。在此，要么将整个包络线与参考信号相比较，要么仅将包络线的其中进行负载切换跳转的规定的区域或者说预确定的区段相比较。该区域或者说区段可以预定，或者备选地通过训练来确定。
按照借助于相关性方法的比较，确定在参考包络线与所测量的信号的包络线的最大的一致性。在所测量的信号的包络线中的、具有与参考包络线的最大的一致性的时间范围标记为负载切换跳转。
在包络线中确定了其中进行了负载切换跳转的时间范围之后，将该时间范围转抄到扭矩变化曲线的时间变化曲线中。在扭矩变化曲线的现在确定的时间范围中，确定如下时刻/瞬间，在所述时刻/瞬间进行弹簧蓄能器的解锁，所述解锁是负载切换跳转的一部分。
在此，在扭矩变化曲线的相应的时间范围内确定具有最大的负斜率或最高负梯度的瞬间。接着，从该瞬间出发，在整个扭矩变化曲线中设置参考点。换言之，将所述扭矩变化曲线在该点(瞬间)对准。所述参考点描述在有载分接开关2中在切换期间的固定的事件。借助所述参考点可以确定有载分接开关2的哪个部分在何时被操纵了。最后，于是将马达42的扭矩变化曲线借助于线性函数换算为有载分接开关2的扭矩变化曲线。马达驱动装置4的扭矩变化曲线换算到有载分接开关2的扭矩变化曲线也可以按照其他任意的方式和方法进行。
监控单元11可以包括存储器、计算单元和通信单元。监控单元11这样设计，使得所述监控单元可以执行按照本发明的方法。
Claims (11)
1.用于监控有载分接开关(2)的设备(1)，所述设备包括：
-马达驱动装置(4)；
-监控单元(11)；
-用于检测声学信号的传感器(6)；
其中，所述监控单元(11)借助在所述马达驱动装置(4)上的扭矩变化曲线和所述传感器(6)的声学信号查明在有载分接开关(2)中的扭矩变化曲线。
2.按照权利要求1所述的设备(1)，其中，
-所述马达驱动装置(4)具有用于查明扭矩的扭矩传感器。
3.按照权利要求1-2所述的设备(1)，其中，
-在所述马达驱动装置(4)上的扭矩借助在马达(42)上的所测量的数据通过监控单元(11)查明。
4.按照权利要求1-3所述的设备(1)，其中，
-所述传感器(6)在有载分接开关(2)的附近中设置在分接开关头部上或在变压器壳体上。
5.用于利用按照权利要求1至4之一所述的设备(1)监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-借助声学信号确定如下时间范围，在切换期间在所述时间范围上发生负载切换跳转；
-将所述时间范围转抄到马达驱动装置(4)的扭矩变化曲线中；
-在扭矩变化曲线的所述时间范围内确定用于负载切换跳转的瞬间；
-借助所述用于负载切换跳转的瞬间在马达驱动装置(4)的扭矩变化曲线中设置参考点；
-将马达驱动装置(4)的扭矩变化曲线换算为有载分接开关(2)的扭矩变化曲线。
6.按照权利要求5所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-由所述声学信号产生包络线；
-将声学信号的包络线与参考包络线相比较；
-所述参考包络线映射负载切换跳转；
-通过声学信号的包络线与参考包络线的比较来确定其中发生负载切换跳转的时间范围。
7.按照权利要求5至6所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-所述马达驱动装置(4)的扭矩变化曲线经由扭矩传感器或者通过基于马达(42)的特定于马达的数据和测量值的计算来确定。
8.按照权利要求5至7所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-在负载切换跳转期间进行弹簧蓄能器(22)的释放。
9.按照权利要求5至8所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-确定所述用于负载切换跳转的瞬间，所述用于负载切换跳转的瞬间通过在扭矩变化曲线的所述时间范围内的最大的负斜率或最高负梯度来映射。
10.按照权利要求5至9所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-所述马达驱动装置(4)的扭矩变化曲线借助于线性函数换算为有载分接开关(2)的扭矩变化曲线。
11.按照权利要求5至10所述的用于监控有载分接开关(2)的方法，其中，
-所述参考包络线由多次切换的多个先前记录和同步的信号来产生。
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