CN1266983A

CN1266983A - 测试弹簧动力开关的方法和设备

Info

Publication number: CN1266983A
Application number: CN00103743.9A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·杰弗里·本克; 法兰西斯·J·马尔尚; 诺曼·戴维斯; 纳加尔·J·帕泰尔
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2000-09-20
Also published as: GB0003624D0; GB2348502A; BR0000765A; AU752491B2; AU1845400A; GB2348502B; CA2300321A1; US6286377B1

Abstract

中压弹簧动力断路器(15)的工作是通过确定断路器操作机构(53)的一个选择的从动零件(44,51)的线性位置来分析的。当操作机构(53)的加载的闭合弹簧(69,71)松释时,选择的从动零件(44,51)如真空断路器杆(44)或推杆(51)受加载闭合弹簧松释的驱动而移至一新的线性位置。当加载闭合弹簧松释以驱动从动零件产生线性运动时,一处理装置(151)收集操作机构(53)的工作数据。工作数据包括从动零件(54,127,44,51)的多个线性位置。一个以微处理机为基础的程序和界面(153,185)输出工作数据。

Description

测试弹簧动力开关的方法和设备

本发明涉及对以弹簧为动力的开关如中压断路器的机械操作进行测试的方法和设备。

承载相当大电流的开关如中压断路器需要大的机械力来迅速操作开关，并抵抗电流产生的磁斥力使触点保持闭合。在典型的中压断路器中，一组加载的闭合弹簧被松释以便闭合断路器，并使一打开弹簧加载，该打开弹簧以后被松释以便打开断路器。机构操作的速度很快，难于识别任何错误动作的性质，或者甚至在某些情形中，难于辨别断路器在非正常工作。

根据一般的作法，为确定原因并对故障或变劣的性能作出补救，技术人员被派至现场，或者必须将断路器送回工厂。由于在操作机构中形成的很大惯性，在工作过程中零件有相当大的过冲和变形。一般使用昂贵的摄像系统进行的分析往往是定性的而不是定量的(例如，可确定存在太大的过冲，但是并不提供过冲量的测量)。分析这种开关的上述技术费用大、很费时间，并且很大地依赖于测试者的技术和经验。

美国专利第5,726,367号公开了一种用于测试弹簧动力开关操作的方法和设备，开关安装在一个支持框架中，由操作机构操作，操作机构具有通过松释加载的弹簧而被驱动的从动零件。一种记录媒介如记录带施加在从动零件之一上。邻近于选择的从动零件安装在支承框架上的夹具支承在相对于支承框架的一个固定点与记录媒介接触的划线器。当加载的弹簧被松释时，承载记录媒介的选择的从动零件相对于划线器移动。这样就在记录媒介上产生一个代表选择的从动零件相对于上述固定点的运动的迹线。该迹线可提供选择的从动零件的运动的定量记录，这可以用来分析开关操作机构的性能。

N.Anger等人的“中压构件和系统的诊断/监测”(pp.1.14.1-1.14.4)公开了真空断路器的弹簧储能操作机构的断路器轴转角曲线的检测。一个断路器专家诊断系统采用温度传感器、变流器和分角器，以便在连续在线工作中向微处理机提供温度、打开和闭合电磁铁线圈电流及加载电机电流，以及轴的角度。借助温度、电压和时间补偿分类模型，使用过去的各开关操作的参数进行趋势分析。

虽然已经知道采用机械或电子传感器来检测某些操作机构零件的运动，以便测试断路器，但是仍需要改进的方法和设备来精确地测试借助弹簧操作的开关。

更具体来说，需要可以容易地由非技术人员使用的上述改进的方法和设备。

还特别需要低价位的，因而可经济地、经常重复的上述改进的方法和设备。

本发明可以满足上述的和其它的需要，本发明提供一种用于测试以弹簧为动力的开关的工作的方法和设备，所述开关由操作机构操作，该操作机构具有多个通过松释加载弹簧而被驱动的从动零件。至少一个传感器用于确定至少一个从动零件的多个可变线性位置。为操作机构收集操作数据，包括至少一个从动零件的线性位置。操作数据被输出。

作为本发明的一个方面，测试弹簧动力开关的方法包括以下步骤：选择操作机构的至少一个具有可变线性位置的从动零件，以及松释操作机构的加载弹簧以驱动从动零件并产生选择的一个从动零件的线性运动。至少一个传感器用来确定选择的至少一个从动零件的多个线性位置。为操作机构收集操作数据，包括选择的至少一个从动零件的线性位置。操作数据被输出。

在本发明的一个实施例中，一根真空断路器杆用作选择的一个从动零件。该真空断路器杆的相对于时间的运动受到监测。

在本发明的另一个实施例中，一根推杆用作选择的一个从动零件。该推杆相对于时间的运动受到监测。

最好使用至少一个LVDT变换器作为至少一个传感器。

作为本发明的另一个方面，用于测试弹簧动力开关的设备包括一个连接于操作机构的至少一个具有可变线性位置的从动零件的联动装置。至少一个传感器接合联动装置以确定选择的至少一个从动零件的线性位置。当加载弹簧被松释以驱动从动零件并产生所述至少一个从动零件的线性运动时，一个装置收集操作机构的数据。操作数据包括所述至少一个从动零件的多个线性位置。一个装置输出操作数据。

现在对照以下附图描述本发明的推荐实施例，进一步阐述本发明。

图1是按照本发明的典型中压断路器(图中处于断开位置)的两个测试电路(图中为框图形式)的侧视图，图中一些零件未画出；

图2是图1所示典型断路器的前视图，图中断路器的罩被卸去；

图3是图1的一个测试电路的框图；

图4是图3的微处理机的硬件流程图。

如图1和2所示，一个金属包层的或金属封闭的开关设备11包括一个用封闭弹簧动力开关如断路器15的金属框或外壳13。设备11、外壳13和断路器15的实例公开在美国专利第5,726,367号中，该专利在本说明书中用作参考。

断路器15最好是引出三相真空断路器，它具有在前面17上的控制装置，以便手工操作断路器。断路器15具有接合轨道21的轮子19，以便将断路器插入及退出外壳13。断路器15沿轨道21的运动也以公知的方式影响断路器上的接头23和25与安装在外壳13中的线及负载接头27和29的连接和断开。

断路器15具有一个相邻于前面17的前机构部分31和一个装有各相真空断路器35的后高压部分33。机构部分31和高压部分33分别借助上、下绝缘体37和39彼此绝缘。在每个真空断路器35中，设有一对触点40，包括静止触点41和活动触点43。触点40借助联动装置45在打开位置(如图1所示)和闭合位置(未画出)之间工作，联动装置包括一个枢接在标号49处的钟形曲柄47和一根伸入机构部分31的绝缘推杆51。

用于通过联动装置45开、闭可分触点40的操作机构53装在机构部分31中。操作机构53操作多个从动零件54(如图2所示)，包括一根极轴55，其可转动地装在框架或壳体61的侧壁57和59上。每相的极臂63(图1)从极轴55侧向伸出，可摆动地连接于有关的推杆51，使极轴55逆时针或顺时针(图1)的转动分别同时打开或闭合每极的可分触点40。极轴55被一个打开弹簧65(图2)逆时针转动以打开触点40，上述弹簧65为螺旋拉簧形式的，一端连接于机构部分31的框架61的上部，另一端连接于装在极轴55上的杆臂67上。

操作机构53也包括一对螺旋拉伸式闭合弹簧69和71(图2)，每个弹簧在其上端连接于框架61，在其下端通过弹簧杆73，75分别连接于弹簧曲柄81，83上的偏心枢轴77，79。弹簧曲柄81和83安装在一根凸轮轴85的相对端部上，上述凸轮轴可转动地支承在一对间隔开来的支承件87和89之间。固定在支承件87和89之间的凸轮轴85上的是一个闭合凸轮91，它包括在其圆周凸轮表面上的一个凹口(未画出)。

凸轮轴85被加载机构95转动以延伸或加载两个闭合弹簧69和71，加载机构95在闭合凸轮91和支承件89之间接合凸轮轴85。大家知道，这种加载机构95包括一个电机97，该电机被接通以便通过一个棘轮机构(未画出)转动凸轮轴85。或者，大家知道，凸轮轴85可通过一根加载杆(未画出)手工转动以加载弹簧69，71，上述加载杆接合加载机构95。闭合弹簧69，71被保持在加载状态，并通过一个第一弹簧脱开装置(未画出)松释，该脱开装置包括一个可转动地连接于一根轴(未画出)上的闭合弹簧脱开弹键101，该弹簧脱开弹键具有一个弹键表面(未画出)，它被一个闭合弹键辊107接合，该闭合弹键辊支承在一对固定在凸轮轴85上的辊支承臂109之间。

在断路器15打开且闭合弹簧69和71被卸载的情形中，加载机构95的操作使凸轮轴85转动。这引起偏心枢轴77，79下移(相对图2来说)，从而伸展闭合弹簧69和71。恰好在偏心枢轴77，79携带闭合弹簧69，71的动作线通过凸轮轴85的中心之后，闭合弹键辊107接合闭合弹簧脱开弹键101上的弹键表面(未画出)。闭合弹簧69，71在闭合操作中继续转动的倾向由于脱开弹键101上的一个延伸部与一个固定的销子(未画出)接合而被阻止。

脱开弹键101被一端可转动地连接在极轴55上的一条臂(未画出)上的脱开杆115操作。脱开杆115的另一端靠在一个闭合摆动架119上。闭合摆动架119则可摆动地支承在一个托架(未画出)上，该托架也支承一个闭合电磁铁(未画出)。闭合摆动架119绕一枢轴线的转动引起脱开杆115的转动，闭合摆动架的上述转动可以通过手工压按摆动架的下端实现，也可以接通闭合电磁铁自动地实现。脱开杆115接合在闭合弹簧脱开弹键101上的一个凸起(未画出)，闭合弹簧脱开弹键被转动，直至闭合弹键辊107滑离弹键表面(未画出)。这使得闭合弹簧69和71能够迅速转动凸轮轴85。这又导致极轴55的转动，以便闭合断路器15的可分触点40。当两个闭合弹簧69，71不再操作机构53时，需要两个闭合弹簧69，71产生的力来闭合可分触点40，但是可用来加载打开弹簧65。

如上所述，可分触点40必须迅速开、闭。这样做所需要的相当大的弹簧力必须被吸收，这会引起从动零件54的相当大的变形。各种因素的综合作用使得难于观察和评估断路器15的操作。本发明可提供对断路器性能的定量评估。

图3是图1所示测试电路121，123之一的框图。一个线性可变差动变压器(LVDT)25监测一从动零件127的位置。一个振荡器129向LVDT 125的初级线圈131提供正弦电压，以便在LVDT 125的次级线圈133引起一个电压，该电压在次级线圈中引起电流。LVDT 125的活动线圈135的作用是改变在次级线圈133上感应的电压。线圈135通过一联动装置137连接于从动零件127，其移动直接相关于从动零件127的运动。次级电流则随线圈135的运动发生线性变化。

在正常工作期间，从动零件127的目前位置由LVDT 125的次级电流表示。该次级电流由一滤波器139接收，该滤波器过滤信号并将其送至一个多路调制器141。多路调制器141的作用是按照微处理机143通过线145给出的信号从多个输入中选择一个输入，在本例中是LVDT125的当前位置信号。多路调制器141将信号送至一个A/D换流器141，它使信号数字化，并将其送至微处理机143，以便储存在存储器149中。

图1所示用于测试断路器15的设备121包括一个或多个连接于一个或多个从动零件127，例如，图1的操作机构53的零件54。从动零件127具有可变的线性位置，并且可通过松释图2的加载弹簧69，71而被驱动。LVDT传感器125接合联动装置137以确定从动零件127，例如图1中的真空断路器杆44的线性位置。显然图1的测试设备也可采用一个LVDT传感器(未画出)接合一联动装置(未画出)以确定图1的绝缘推杆51的线性位置。为了设置测试设备121，123及断路器15显然也可有宽范围的安装和接合机构(例如安装的、紧固的、贴附的、粘合的、机械安装的和非界面安装的托架)。

当加载弹簧69，71被松释或操作机构被脱开以驱动从动零件54，127，使其产生线性运动时，处理装置151的微处理机143收集操作机构53的操作数据。操作数据包括从动零件127的多个线性位置，其作为由微处理机143从A/D换流器147得到的读数。微处理机143则通过输出接口153为显示器154输出操作数据。

图1的测试断路器15的方法包括选择一个或多个具有可变线性位置的从动零件54，127；松释加载弹簧69，71以驱动从动零件并产生选择的从动零件的线性运动；采用一个或多个传感器125以确定选择的从动零件的多个线性位置；收集操作机构53的操作数据，包括选择的从动零件的线性位置；以及输出操作数据。

图1的断路器15最好组装在一个组装夹具上。断路器15的电气/机械测试部分是性能的证明。本发明的方法和设备实现了这种性能的证明。每个断路器15的性能方面的宽范围最好被分别地证明。处理装置151当断路器15工作时自动地收集操作数据。然后，上述操作数据可用来监测断路器15操作的功效。推荐的测试方法在四个地方监测断路器15：(1)真空断路器杆44的运动/行程；(2)推杆51在操作机构53中的运动/行程；(3)操作机构53的凸轮轴85(图2)的运动/行程；(4)电机97(图2)的性能。

首先，(在图1的触点43下面的)真空断路器杆44的运动和行程被监测以评估可分触点40特别是活动触点43的运动和行程。采用图3的LVDT传感器125以确定电压(V)，该电压与位移(D)成正比，因此，与就开、闭位置而言的位移和就动作时间、速度和加速度而言的动作成正比。该传感器125在联动装置45下面放置在断路器15的底部上。

第二，(销子155附近在极臂63上)推杆51移向右侧(相对于图1来说)以闭合可分触点40的运动和行程也被监测，以便评估可分触点40的运动和行程。按照与(图3)LVDT传感器125相同的方式，测试设备123的一个LVDT传感器(未画出)用来检测电压(V)，该电压与位移(D)成正比，因此，与推杆51的运动成正比。该运动实际上又是包括推杆51、联动装置45的触点弹簧(未画出)、重锤156及将凸轮轴85(图2)连接于极轴55的连接机构的连杆(未画出)的若干零件的运动，运动被分解成：开、闭位置、动作时间、动作速度或(极轴55上的操作机构53的)速度和动作加速度。

第三，闭合凸轮91(图2)的运动受到监测以确定闭合弹簧69，71卸载引起的凸轮轴85的速度、过冲和回跳特性。虽然凸轮轴85一般具有相对较小的直径(例如，在本实施例中大约为1″)，但是，弹簧曲柄81，83一般具有相对较大的直径(例如，在本实施例中大约为3″)。闭合凸轮的运动最好采用弹簧曲柄81，83的适当的传感器(未画出)来监测。闭合弹簧的运动是由包括凸轮轴85、真空断路器35(图1)的活动触点43、推杆51、极轴55、打开弹簧65和闭合弹簧69，71的若干零件的运动确定的。该运动又被分解成：运行距离、开、闭位置、动作时间、动作速度及动作加速度。

最后，电机97(图2)被监测以确定相对于时间来说的电压和电流。这些又在工作时间的基础上被监测并画出曲线图。微处理机，如图3中标号143所示，最好包括一个用于测量时间的适当的计时器(未画出)，并为LVDT输出、电机电压和电机电流采用A/D 147。微处理机然后测定时间(t)；开、闭位移(D)；以及按照时间(t)、速度(S＝V＝dD/dt)及加速度(a＝dV/dt)的动作。多路调制器141最好包括多个接收LVDT信号的输入157，159、为弹簧曲柄81，83的传感器的输出而设的输入161，以及为电机电流和电压信号而设的输入163，165。

现在参阅图4，它说明图3的微处理机143的固件流程框图。在步骤167处，如果测试信号169(图3)是活性的，则可分触点40将被操作机构53闭合。在171处，微处理机143通过阅读LVDT 125(如上面对照图3的描述)和在存储器149中储存该值来测定从动零件如推杆51或真空断路器杆44的当前位置。在步骤173处，微处理机143通过阅读微处理机的计时器(未画出)并在存储器149中储存该值来确定当前的时间。接着，在步骤175处，如果测试信号仍是活的，则在步骤177处，在适当的延时后，在步骤171和173处进行进一步的取样。步骤171，173，175和177使微处理机143可监测从动件相对于时间的运动，从而为操作机构53提供操作数据。

另一方面，如果测试信号169不是活性的，则取样期完成，微处理机143根据从动件相对于时间的运动(例如，通过以操作机构53的结构、查阅表格、历史数据为基础的适当计算)确定可分触点40相对于时间的运动。因此，可以看出，相对来说难于测量的前一运动可以根据相对来说易于测量的后一运动来方便地确定。接着，在步骤181处，根据从步骤179得到的可分触点40的最初和最终位置来确定可分触点40的打开位置和闭合位置。在步骤183处，根据从动件相对于时间的运动确定操作机构53的动作时间、动作速度和动作加速度。最后，在步骤185处，可分触点40相对于时间的运动被评估，操作数据通过输出界面135输出。

虽然作为本发明的一个实施例公开了一种中压真空断路器15，但是，本发明的技术内容显然也适用于其它电气开关装置，例如，其它开关、熔断开关、其它电路断路器(例如，空气断路器、微型断路器和其它机械装置)。

本发明可以对工作数据进行自动的，无需手动的、电子式收集。

虽然公开了作为例子的LVDT 125，但是，显然也可采用宽范围的数据收集机构，例如采用适当测量技术(如机械式、电阻式、LED)的位置、速度和加速度传感器。

这种改进的方法和设备可以提供作为断路器15的工作记录的工作数据，其可以自动地被储存、取出、处理、用计算机修正或与其它数据相结合。这些工作数据又可以容易地被阅读和保持于断路器15和/或为远距离分析和/或存储被输送。

虽然为公开清楚起见，在本说明书中提到为工作数据的输出和显示器154而设的输出界面153，但是显然工作数据也可以储存、在硬拷贝上打印、编制图表、绘制曲线、图解、处理、用计算机修正或与其它数据相结合。所有这些处理都应认为落入本说明书中的术语“输出”的范围内。

在实施例中，工作数据作为相应于适当的时间基准的数值储存在微处理机143的存储器149中。按照这种方式，工作数据可以容易地转变成图表、曲线图或图解。工作数据最好相关于作为例子的断路器15的性能的诸多方面，可以按照用户方便的方式存取。

虽然已经详细地描述了本发明的具体实施例，但是本专业技术人员显然理解，按照所公开的技术内容对其细节可以进行各种修改和变化。因此，所公开的具体布置只是为了说明而并不是对本发明的范围的限定，本发明的范围是由权利要求书及其所有等同物的范围所限定的。

Claims

1.测试以弹簧为动力的开关(15)的方法，所述开关是由一操作机构(53)操纵的，所述操作机构具有多个从动零件(54，127)，所述从动零件是通过松释加载弹簧(69，71)驱动的，所述方法包括以下步骤：

选择具有可变线性位置的所述从动零件(54，127)中的至少一个(44，51)；

松释所述加载弹簧(69，71)以驱动所述从动零件(54，127)，产生从动零件(54，127)中所述选择的至少一个(44，51)的线性运动；

使用至少一个传感器(125)以确定所述从动零件(54，127)中所选择的至少一个(44，51)的多个线性位置；

收集(171，173，175，177)所述操作机构(53)的工作数据，包括所述从动零件(54，127)中所述选择的至少一个(54，127)的线性位置；以及

输出(153，185)所述工作数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括：

使用至少一个LVDT传感器(125)作为所述至少一个传感器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括：

使用真空断路器杆(44)作为所述从动零件中所述选择的一个(44，51)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于它包括：

监测所述真空断路器杆(44)的相对于时间的运动。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于它包括：

用所述操作机构(53)操纵可分触点(40)，以及

根据所述真空断路器杆(44)相对于时间的运动评估可分触点(40)相对于时间的运动。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于它包括：

用所述操作机构(53)操纵可分触点(40)；以及

根据所述真空断路器杆(44)相对于时间的运动确定可分触点的打开和闭合位置。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于它包括：

根据所述真空断路器杆(44)相对于时间的所述运动确定操作机构(53)的动作时间、动作速度和动作加速度中的至少一个。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括：

收集多个下述对子：(a)所述从动零件(54，127)中所述选择的至少一个(44，51)的一个线性位置，和(b)作为所述操作机构(53)的所述工作数据的一个相应时间。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括：

选择具有可变线性位置的所述从动零件(54，127)中的另一个(51)；以及

使用另一个传感器(125)来确定所述从动零件(54，127)的所述选择的另一个(51)的多个线性位置。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括：

使用一推杆(51)作为所述从动零件(54，127)中的所述选择的一个(44，51)。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于它包括：

选择具有可变线性位置的所述从动零件(54，127)中的另一个(44)；以及

使用另一个传感器(125)来确定所述从动零件(54，127)中所述选择的另一个(44)的多个线性位置。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于它包括：

采用至少一个LVDT传感器(125)作为所述至少一个传感器(125)。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于它包括：

监测所述推杆(51)相对于时间的运动。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于它包括：

用所述操作机构(53)操纵可分触点(40)，以及

根据所述推杆(51)相对于时间的所述运动来评估可分触点(40)相对于时间的运动。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于它包括：

确定可分触点(40)的打开位置和闭合位置。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于它包括：

根据所述推杆(51)相对于时间的所述运动确定操作机构(53)的动作时间、动作速度和动作加速度中的至少一个。

17.一种用于测试以弹簧为动力的开关(15)的设备，所述开关由一操作机构(53)操纵，所述操作机构包括具有可变线性位置的多个从动零件(54，127)。并由一加载弹簧(69，71)的松释来驱动，所述设备包括：

至少一个连接于所述从动零件(54，127)中的至少一个(44，51)的联动装置(137)；

至少一个传感器(125)，它接合所述联动装置(137)以确定所述从动零件(54，127)中的至少一个(44，51)的线性位置；

当所述加载弹簧(69，71)被松释以驱动所述从动零件(54，127)，并产生所述从动零件(54，127)中所述至少一个(44，51)的线性运动时用于收集所述操作机构(53)的工作数据的装置(151)，所述工作数据包括所述从动零件(54，127)中所述至少一个(44，51)的多个线性位置；以及

用于输出工作数据的装置(153，185)。

18.如权利要求17所述的设备，其特征在于：所述至少一个传感器(125)是至少一个LVDT传感器(125)。

19.如权利要求17所述的设备，其特征在于：所述从动零件(54，127)中的所述至少一个(44，51)是一推杆(51)。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于：所述用于收集所述操作机构(53)的工作数据的装置(151)包括用于监测所述推杆(51)相对于时间的运动的装置(179)。

21.如权利要求17所述的设备，其特征在于：所述从动零件(54，127)中的所述至少一个(44，51)包括一真空断路器杆(44)和一推杆(51)；所述至少一个传感器(125)包括为真空断路器杆(44)和推杆(51)而设的一对LVDT传感器(125)。

22.如权利要求17所述的设备，其特征在于：所述从动零件(54，127)中的至少一个(44，51)是一真空断路器杆(44)。

23.如权利要求22所述的设备，其特征在于：所述用于收集所述操作机构(53)的工作数据的装置(151)包括用于监测所述真空断路器杆(44)相对于时间的运动的装置(179)。