CN1439103A - 定时应用负载的交流发电机测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种交流发电机测试方法和系统，它在整个测试过程中提供高分辨率信号和稳定的负载。按照本发明的方法包括步骤：耦合一个负载到交流发电机，并仅在负载已经被耦合到交流发电机或驱动的电机之后基于收集的参数评价交流发电机的工作，并且在一个方面，负载被施加到交流发电机一个第一预定时间周期。该方法可以进一步包括步骤，仅在电机速度或交流发电机速度达到一个预定等级之后，检测交流发电机的速度。在负载已经被耦合到交流发电机一个第二预定时间周期之后，负载可以被自动地从交流发电机去耦合。

Description

定时应用负载的交流发电机测试方法和系统

相关申请

本申请要求受益于美国临时专利申请序列号No.60/214,254的优先权，标题“自动电气系统测试装置和方法”，于2000年6月26日提交。

发明背景

本发明一般涉及测试交流发电机，并尤其涉及一种在测试中控制耦合负载到交流发电机的交流发电机测试方法和系统。

发明背景

一个交流发电机通过电磁感应把机械运动转换成交流电(AC)。交流电接着通过一个整流器部件，比如一个包括二极管的全波整流器桥，转换AC成为DC以给其它的电气系统供电。例如，在一个汽车中的一个交流发电机通过发动机驱动以给汽车的电气系统供电，比如给电池充电，供电大灯等等。然而交流发电机的输出不是很平滑。一个交流发电机输出的波形类似于放在DC分量上的一个低幅度的脉动。

当交流发电机在负载下时进行交流发电机测试，也就是，负载被耦合到交流发电机的输出端以吸收流过的电流。交流发电机测试者通常具有一组探针或导线以耦合到交流发电机的输出端，用于检测交流发电机输出的参数，比如输出电压，脉动幅度，输出的平均电流等等。通常，用于测试汽车交流发电机的手提交流发电机的测试者使用能够吸收直到10安培电流的一个负载。对于在一个汽车中使用的交流发电机来说，通过接通由交流发电机供电的电气配件可以进行负载下的交流发电机的测试，比如大灯，无线电，空调等等。

当测试交流发电机时可能会遇到许多问题。首先，由于交流发电机输出的脉动成分是一个小信号，脉动波形受到噪声干扰和可能难以观察。第二，当负载被耦合到交流发电机时，交流发电机输出波形可能不响应，或者不会总是立刻相应于负载的改变。因此，交流发电机输出是不稳定的，直到已经过了一个确定的时间周期。如果基于从不稳定波形收集的参数，测试者确定了交流发电机的工作，将会在测试结果中出现错误。第三，使用一个汽车上的电气配件作为一个负载从交流发电机吸收不一致的电流。交流发电机输出因而趋于浮动，难于作出精确的测试。此外，用于交流发电机测试中的负载产生许多热量，导致有关的安全问题。

发明概述

因此，需要存在一种精确确定一个交流发电机好坏的方法。另外需要提供一个稳定的负载来用于交流发电机的测试。还需要存在一种基于稳定交流电发电机输出的用于评价交流发电机的好坏。另外需要存在用于提供高分辨率信号来测试一个交流发电机。还需要在整个交流发电机测试过程中消散由负载产生的热量。

通过本发明解决这些和其他的需要。本发明是一种交流发电机测试方法和系统，在交流发电机测试过程中它提供高分辨率信号和稳定的负载。按照本发明的一个方面，在负载被耦合到交流发电一个预定时间周期之后，基于收集的参数来评价交流发电机的工作，以至于参数反映出稳定的交流发电机输出。在另一个方面，将负载耦合到交流发电机一个很短的时间周期，以减少测试过程中产生的热量。在另一个方面中，负载被收容在一个手提外壳中并能够从交流发电机吸收大电流，例如50安培，以便产生较好的信号分辨率。

按照本发明的方法包括下列步骤：耦合一个负载到交流发电机，在负载已经被耦合到交流发电机第一预定时间周期之后，基于收集的参数评价交流发电机的工作。

在本发明的一个方面中，通过一个马达驱动交流发电机，比如由石化燃料供能的一个发动机。按照本发明的一个实施例，该方法进一步包括检测马达速度或交流发电机速度的步骤。仅在马达速度或交流发电机速度到达一预定等级之后负载才被施加到交流发电机。在本发明的另一个方面，在负载已经被耦合到交流发电机一个预定时间周期之后从交流发电机上被去耦合。

本发明的系统包括一个负载，和一个终端，用于接收表示交流发电机特性的一个交流发电机输出信号，以及包括一个开关设备，用于选择性的耦合负载到交流发电机。配置一个控制器，用于确定交流发电机输出信号的特性和用于产生第一开关操作信号以控制开关设备以耦合负载到交流发电机。在负载已经被耦合到交流发电机一个预定时间周期之后，控制器根据收集的参数确定交流发电机输出信号的特性。

按照本发明的一个方面，被包含在一个具有适当尺寸的外壳中的系统被手持在一个人的手中。该系统可进一步包括一个冷却设备，比如一个风扇，用于消散由负载产生的热量。控制器产生第二开关操作信号以控制开关设备在负载已经被耦合到交流发电机一个预定时间周期之后从交流发电机上去耦负载。

根据下面的详细描述本发明的其他的优点和新颖性特点将显而易见的，该描述只是通过简单的示例而并非具有限制性。当实现本发明时，本发明可以具有其它的和不同的实施例，并且在完全不脱离本发明的情况下，许多细节能够用各种明显的方式进行修改。因此，附图和描述实质上是作为示例性的，而并非具有限制性。

附图简要说明

在附图中，通过例子来示例本发明而没有限制性，其中相同的参考数字表示相同的元件，并且其中：

图1显示了按照本发明实现的一个交流发电机测试系统的方框图。

图2显示了用于按照本发明实现的一个交流发电机测试系统中的部件的示例电路。

图3显示了一个流程图，示例了通过按照本发明实现的一个交流发电机测试系统所完成的测试过程。

图4显示了按照本发明实现的冷却设备的一个例子。

优选实施例的说明

在下面的说明中，出于解释的目的，陈述了许多具体细节以便完全清楚的理解本发明。然而，显而易见的是，对于本领域普通技术人员来说，不用这些特殊细节也可以实现本发明。在其他例子中，熟知的结构和设备被显示在方框图中以便避免不必要的说明混淆本发明。

图1显示了按照本发明实现的一个交流测试系统100的方框图。出于示例的目的，用在汽车中的交流发电机来描述测试系统的操作。在一辆汽车中，通过汽车发动机驱动交流电发电机(未示出)以产生电力。交流发电机的输出经一组电池端125被耦合到电池123和在那里给电池充电。

测试系统100可以是一个手持设备和可以具有一个终端，用于接收表示交流发电机输出的交流发电机输出信号113。交流发电机输出信号可以是由交流发电机充电电池123产生的电流。可替换的，交流发电机输出信号113可以是来自表示交流发电机输出的数据处理系统的信号。例如，数据处理系统可以是一个车载计算机或其他的测试装备。在另一方面，交流发电机输出信号113可以是由无线传输部件产生的信号，它无线的发送表示交流发电机特性的信号。

测试系统100具有一个微控制器101，一个模-数转换器105和一个显示器103。微控制器101处理数据和产生控制信号。模-数变换器105转换模拟信号到数字信号。显示器304提供与用户的通信接口并可以是一个LCD屏幕，一个LED指示器等等。微控制器101可以控制一个开关设备121，比如一个FET开关，其选择性的耦合一个负载117到交流发电机。如图1所示，开关设备121和负载117被串联连接然后经电池端125并联耦合到交流发电机。如果开关设备121是接通的，则负载117被耦合到交流发电机；如果开关设备121是关闭的，负载117从交流发电机上被去耦合。对于本领域普通技术人员来说，也可以使用其它已知的电路设计技术来用于控制耦合负载到交流发电机。

负载117可以是能够从交流发电机吸收大电流的任何部件，同时保持通过他的小的电压，例如，一个镍铬铁合金导线缠绕成一个线圈。作为一个例子，负载117可以是从交流发电机吸收50安培电流的一个镍铬铁合金线圈。镍铬铁合金线圈负载具有优点，由于它能够充分地处理电流量，同时保持紧凑的尺寸。由微控制器101控制的诸如冷却风扇之类的冷却设备115可以被提供以帮助消散负载117产生的热量。

同时可以在任何交流发电机速度或发动机速度上来执行交流发电机测试，可以驱动发动机到一个稳定的引擎速度上，比如1500rpm或更高，以确保交流发电机产生一个稳定的交流发电机输出信号。作为一个可替换方式，可以在空闲发动机速度上执行测试。通过从一个转速计观察读数，用户可以说明系统发动机速度已经到达一个确定等级。可替换的，有经验的用户基于发动机产生的听觉噪声可以确定发动机速度。按照一个实施例，系统可以从其他的数据处理系统接收表示一个发动机速度或一个交流发电机速度的信号，比如一个汽车计算机或其他的测试装备等等。将表示发动机速度或交流发电机速度的信号送到微控制器101和由微控制器101处理。

根据发动机速度或交流发电机速度到达一个预定等级，比如对于发动机速度的1500rpm，微控制器101产生第一开关控制信号以接通开关324，以便负载117经电池端125被耦合到交流发电机。现在交流发电机在负载下工作。

交流发电机输出信号151可以首先通过一个带通滤波器113以便去除谐波以及在电池端125上拾取的噪声。带通滤波器113可以具有100Hz和4kHz之间的一个通频带。交流发电机输出信号151接着通过一个放大器111以放大信号电平。

然后，将交流发电机输出信号151送到一个检测电路109。检测电路109产生表示交流发电机输出信号151的参数的一个参数信号153，比如脉动幅度，电压电平等等。该电流可以使用常规的滤波和负载检测以产生期望的交流发电机参数。同时提交的共同未决的非临时专利申请序列号——，和题目“使用脉动检测的交流发电机测试方法和系统”，由相同的发明人和共同转让，描述了一个特殊的脉动检测电路以及能被实现的方法。其公开在此结合作为参考。由微控制器101使用这些参数以确定交流发电机的特性。使用交流发电机输出信号的技术来确定交流发电机工作被描述在美国专利3,629,704，4,459,548，和4,315,204，在此结合作为参考。参数信号153接着被发送到模-数变换器105和然后被送到微控制器101。

按照本发明的一个实施例，虽然可以根据经电池端125耦合到交流发电机的负载117来获得交流发电机输出信号151的参数，但微控制器101仅在负载117已经被耦合到交流发电机一个预定时间周期之后才根据拾取的参数评价交流发电机的好坏，比如该周期为0.75秒。当交流发电机输出信号是稳定时，出现选择预定的时间周期，可以基于像交流发电机模型，交流发电机额定值，负载的类型被经验的设置。

在本发明的另一方面中，在负载117已经被耦合到交流发电机一个预定时间周期之后，例如一秒，微控制器101将发出第二开关控制信号以关闭开关121，依次从交流发电机上去耦合负载117。由于负载117被耦合到交流发电机一个短的时间周期，由电流通过负载117产生的热量是最小化的。在由于电流通过负载使它变为很热之前在一个时间点上选择预定的时间周期。可以根据诸如门限温度，交流发电机模型，交流发电机额定值，负载类型的参数有经验的设置预定的时间周期。

由微控制器101控制的诸如一个风扇之类的冷却设备115可以被实现以帮助消散由负载117产生的热量。测试系统100可以具有安置在负载117附近的一个温度传感器119，用于产生一个温度信号到微控制器101，指示负载117上或附近的温度。基于检测的温度，微控制器101控制冷却设备115的操作：如果温度高于一个预定的温度，比如70℃，微控制器101发出一个信号接通冷却设备115；如果温度低于预定的温度，微控制器101发出一个信号关闭冷却设备115。

图2显示了一个控制电路207的一个例子，用于耦合负载117到交流发电机和一个调节电路205，用于为冷却目的控制风扇的操作。控制电路207包括一个逻辑IC206，从微控制器101接收控制信号并响应而产生一个开关控制信号208以控制一个FET开关121的开/关，该开关依次控制负载117耦合到交流发电机。

调节电路205控制一个风扇的操作。一个晶体管204调节到风扇的电压。风扇通过一个FET开关202耦合到电源，通过微控制器101产生的一个控制信号所控制。响应于控制信号的内容，FET开关202接通或关闭到风扇的电源。当在负载117上的温度很高时，微控制器产生一个控制信号到控制FET开关202以耦合风扇到电源并接通风扇。如果，负载117的温度降到预定温度以下，则微控制器101产生另外一个控制信号来控制FET开关202以关闭风扇的电源。

图3显示了一个流程图，示例了通过按照本发明实现的一个交流发电机测试系统所完成的测试过程。在步骤301和303，微控制器101确定发动机速度或交流发电机速度是否已经到达一个预定速度。如果没有，微控制器继续确定。如果是，微控制器101产生一个开关控制信号以接通开关和耦合负载到交流发电机。微控制器101还接通一个定时器(步骤305)。在步骤307，微控制器101读取定时器并确定负载是否已经被耦合到交流发电机多于0.75秒。如果不是，微控制器101继续确定；否则，基于在0.75秒之后收集的交流发电机输出信号的参数，微控制器101开始确定交流发电机的好坏(步骤309)。然后微控制器101确定负载是否已经被耦合到交流发电机多于1秒(步骤311)。如果不是，微控制器101继续确定；否则，微控制器101发出一个开关控制信号以关闭开关并从交流发电机上去耦合负载(步骤313)。微控制器101接着产生一个确定结果以显示和复位定时器(步骤315和317)

图4显示了按照本发明实现的冷却设备的一个例子，其带有一个外壳400的部分。外壳400具有手持在一个人手上的合适的尺寸并包含具有微控制器101，检测电路109，带通滤波器113，放大器111和其他元件的电路板450。一个温度传感器119被安置在一个镍铬铁合金线圈117附近的位置上，作为负载感应元件。可能是FET类型开关的开关121与线圈117串联。一个空气入口411被安置在外壳的一侧并且风扇401被安置在外壳的另一侧，以便当风扇401处于工作时，在空气入口411和风扇401之间的线性通道413上形成一个空气流动路径。通过一个墙壁410限定通道，它从外壳的剩余部分隔离空气流路径。线圈117产生的热量将被消散到周围空气中和通过风扇本身建立的一个出口从外壳引出，如所描绘的。

上述的实施例可以被用于任何期望的系统或发动机。这些系统或发动机可以包括利用石化燃料的项目，比如汽油，天然气，丙烷等等，风和混合的或它的组合。这些系统或发动机可以被合并在另一个系统中，比如汽车，卡车，小船或轮船，摩托车，发电机，飞机等等。实施例可以包括或利用任何合适的电压电平，比如大约12伏，大约42伏等等。

尽管结合实施例已经描述了本发明，但应该明白，本发明不限于公开的实施例，而相反，在所附权利要求的精神和范围内，它意在覆盖所包括的各种修改和等效的设备。

Claims (25)

1.一种用于评价由电机驱动的交流发电机的操作的方法，包括下列步骤：

检测电机速度或交流发电机速度；

根据电机速度或交流发电机速度到达一个预定的等级耦合一个负载到交流发电机；和

在已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，检测表示交流发电机特性的交流发电机输出信号的特性。

2.权利要求1的方法，其中所述电机是汽车的发动机。

3.权利要求1的方法，其中所述负载是一个镍铬铁合金线圈。

4.一种用于评价交流发电机工作的方法，包括下列步骤：

耦合一个负载到交流发电机；和

仅在负载已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，检测表示交流发电机的输出的交流发电机输出信号的特性。

5.权利要求4的方法，进一步包括步骤，在负载已经被耦合到交流发电机大于第一时间的第二预定时间周期之后，从交流发电机上去耦合该负载。

6.一种用于评价由电机驱动的交流发电机的操作的系统，包括：

一个负载；

一个终端，用于接收表示交流发电机特性的交流发电机输出信号；

一个传感器，用于产生表示发动机速度或交流发电机速度的速度信号；

一个开关设备，用于选择的耦合负载到交流发电机；

一个控制器，用于确定交流发电机输出信号的特性和用于控制开关设备的操作；

其中，响应于指示达到一个预定等级的发动机速度或交流发电机速度的速度信号，控制器产生第一开关操作信号以控制开关设备耦合负载到交流发电机，和

在负载已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，根据收集的参数，所述控制器确定交流发电机输出信号的特性。

7.权利要求6的系统，其中所述负载是一个镍铬铁合金线圈。

8.权利要求6的系统，进一步包括一个冷却设备，用于消散由负载产生的热量。

9.权利要求8的系统，其中冷却设备是一个风扇。

10.权利要求6的系统，其中系统被包含在一个尺寸合适的外壳中以便手持。

11.权利要求6的系统，其中构成负载至少从交流发电吸收50安培的电流。

12.权利要求6的系统，其中所述控制器产生第二开关操作信号以便在负载已经被耦合到交流发电机一个第二时间周期之后，控制开关设备从交流发电机去耦合负载。

13.一种用于评价交流发电机工作的系统，包括：

一个负载；

一个终端，用于接收表示交流发电机特性的交流发电机输出信号；

一个开关设备，用于选择的耦合负载到交流发电机；和

一个控制器，用于确定交流发电机输出信号的特性和用于产生第一开关操作信号以控制开关设备耦合负载到交流发电机；和

其中，仅在负载已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，根据收集的参数，控制器确定交流发电机输出信号的特性。

14.权利要求13的系统，其中在负载已经被耦合到交流发电机第二预定时间周期之后，控制器产生第二开关操作信号以控制开关设备从交流发电机去耦合负载。

15.权利要求13的系统，其中交流发电机被用于汽车中以给电池充电。

16.一种用于评价交流发电机工作的方法，包括下列步骤：

耦合一个负载到交流发电机；和

在负载被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，根据收集的参数评价交流发电机的工作。

17.一种交流发电机测试仪的外壳，包括：

用于容纳一个电路板的第一隔室；

用于收容一个负载的第二隔室；

安置在第二隔室一侧的一个空气入口；

在第二隔室另一边上形成空气出口的风扇；以及

其中负载，空气入口和风扇实质上在一直线上，

空气入口和风扇形成一个空气流动路径，当风扇工作时，将负载产生的热量消散到周围空气中并通过空气出口被引出，和外壳具有一个适当尺寸以便被手持在一个人的手上。

18.权利要求17的外壳，其中测试仪按照下列步骤评价交流发电机的操作：

通过连接到测试仪的一个软线耦合负载到交流发电机；和

仅在负载已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，检测表示交流发电机特性的交流发电输出信号的特性。

19.权利要求18的方法，进一步包括步骤，在负载已经被耦合到交流发电机大于第一时间的一个第二预定时间周期之后，从交流发电去耦合负载。

20.权利要求17的外壳，其中测试仪具有：一个终端，用于接收表示交流发电机特性的交流发电机输出信号；一个控制器，安置在电路板上，用于确定交流发电机输出信号的特性和用于产生第一开关操作信号以控制开关耦合负载到交流发电机；并且仅在负载已经被耦合到交流发电机一个第一预定时间周期之后，控制器根据收集的参数确定交流发电机输出信号的特性。

21.权利要求20的外壳，其中在负载已经被耦合到交流发电机第二预定时间周期之后，控制器产生第二开关操作信号以控制开关设备从交流发电机去耦合负载。

22.权利要求21的外壳，其中第二隔室进一步收容一个温度传感器，它安置在负载附近的一个位置上并耦合到控制器，用于产生表示第二隔室中温度的温度信号，以及包含一个用于耦合负载到交流发电机的开关，响应于表示温度大于一个预定值的温度信号，所述控制器产生一个控制信号，用于接通风扇。

23.权利要求13的系统，其中所述终端通过一个无线链路接收交流发电机输出信号。

24.权利要求23的系统，其中所述无线链路是一个红外线无线链路。

25.权利要求23的一种系统，其中所述无线链路是一个无线电波无线链路。

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