DE112005001085B4

DE112005001085B4 - Zustandserfassungsvorrichtung und Schaltsteuervorrichtung einer Leistungsschaltvorrichtung, welche die Zustandserfassungsvorrichtung verwendet

Info

Publication number: DE112005001085B4
Application number: DE112005001085.6T
Authority: DE
Inventors: Toshie Takeuchi; Akihiko Maruyama; Mitsuru Tsukima; Toshihiro Matsunaga; Katsuhiko Horinouchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP4758339B2; WO2005111641A1; JPWO2005111641A1; KR101107809B1; KR20070009696A; KR20090040370A; US20070222427A1; KR100907952B1; US7936549B2; HK1099811A1; DE112005001085T5; TWI281548B; TW200619657A

Abstract

Zustandserfassungsvorrichtung zur Überwachung eines elektromagnetischen Betätigungssystems, wobei das Betätigungssystem Folgendes aufweist: einen fest stehenden Eisenkern; einen beweglichen Eisenkern (16), der in Bezug auf den fest stehenden Eisenkern beweglich aufgebaut ist; und wenigstens eine elektromagnetische Spule (13, 14), die von einer Antriebsleistungsversorgung (20) erregt wird und den beweglichen Eisenkern zu einer Verschiebung veranlasst, wodurch eine zu betätigende Vorrichtung angetrieben wird, die mit dem beweglichen Eisenkern (16) verbunden ist, wobei die zu betätigende Vorrichtung einen fest stehenden Kontakt (5a) und einen beweglichen Kontakt (5b) umfasst, wobei der bewegliche Kontakt (5b) mit dem beweglichen Eisenkern (16) interagiert und zwischen dem beweglichen Kontakt (5b) und dem beweglichen Eisenkern (16) eine Druckfeder (8) angeordnet ist, wobei die zu betätigende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Trennung des beweglichen Kontakts (5b) vom fest stehenden Kontakt (5a) mittels des beweglichen Eisenkerns (16) zu ermöglichen, so dass die Trennung zwei zeitliche Abschnitte umfasst, einen ersten zeitlichen Abschnitt, in dem die Druckfeder (8) eine Entspannung erfährt, aber der bewegliche Kontakt (5b) sich noch nicht vom fest stehenden Kontakt (5a) löst, und einen zweiten zeitlichen Abschnitt, in dem sich der bewegliche Kontakt (5b) vom fest stehenden Kontakt (5a) entfernt, wobei die Zustandserfassungsvorrichtung eine Messeinrichtung (32) zum Messen eines durch die elektromagnetische Spule fließenden Stroms umfasst und dazu eingerichtet ist, ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zustandserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Zustands, z. B. eines Abnutzungsbetrags eines Schaltkontaktes eines Leistungsschalters einer betätigten Vorrichtung oder eines elektromagnetischen Betätigungssystems in einem Fall, in dem die betätigte Vorrichtung von dem elektromagnetischen Betätigungssystem betätigt wird, und betrifft ferner eine Schaltsteuervorrichtung einer mit dieser Zustandserfassungsvorrichtung versehenen Leistungsschaltvorrichtung.
Einschlägiger Stand der Technik
Als eine Messvorrichtung, die dazu dient, eine Abnutzung eines Schaltkontaktes zu messen, bei dem es sich um einen der Zustandsbeträge eines Unterbrechers handelt, gibt es beispielsweise eine, bei der ein Indikator an einer Antriebsstange benachbart zu einer Antriebsspule eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus angebracht ist, wobei deren Position unter Verwendung eines optischen Detektors erfasst wird, und eine Verschiebung des Indikators aus einer anfänglichen Position in Folge der Abnutzung eines Kontaktes (s. z. B. Patentdokument 1).
Patentdokument 1: UK-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2350724 (Zeilen 15–20 auf Seite 5 und 4)
DE 197 23 563 A1 offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromagnetischen Aktuators mit wenigstens einem Elektromagneten, der auf einen gegen die Kraft wenigstens einer Rückstellfeder bewegbaren Anker zur Betätigung eines Stellgliedes einwirkt, insbesondere eines elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils an einem Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine.
DE 38 07 278 A1 offenbart ein Verfahren zur sicherheitstechnischen Überprüfung von Magnetventilen und eine Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Durch die Speicherung und den Vergleich von zeitlich aufeinander folgenden Messungen wird eine zuverlässige Bewertung des Funktionszustandes des betreffendes Magnetventils möglich.
Offenbarungsgehalt der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
Da die herkömmliche Messvorrichtung zum Messen eines Abnutzungsbetrags eines Schaltkontaktes wie oben beschrieben angeordnet ist, wird ein optischer Detektor benötigt, was in einem Gerät mit großen Abmessungen resultiert. Zusätzlich hierzu ist es erforderlich, den Indikator optisch ausgerichtet zu halten. Um diese Anforderung zu erfüllen, muss eine optische Einstellung zum Steuern einer optischen Achse vorgenommen werden. Da ein Kontaktabnutzungsbetrag ferner höchstens mehrere Millimeter beträgt, muss die Einstellung zum Beseitigen der Achsenabweichung mit großer Genauigkeit durchgeführt werden. Nimmt man weiter an, dass zwei Detektoren in einem Betätigungsmechanismus vorgesehen sind, und dass drei Betätigungsmechanismen in einem dreiphasigen Leistungsschaltvorrichtung vorgesehen sind, wobei sich jeweils ein Betätigungsmechanismus in jeder Phase befindet, so werden sechs Detektoren benötigt, was in einem Problem mit einer noch kostspieligeren Vorrichtung mit noch größeren Abmessungen resultiert.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Zustandserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Zustands eines elektromagnetischen Betätigungssystems oder einer betätigten Vorrichtung zu schaffen, wobei die Zustandserfassungsvorrichtung keine optische Einstellung erfordert und mit einer geringeren Größe ausgeführt werden kann. Ferner hat die Erfindung die weitere Aufgabe, eine Zustandserfassungsvorrichtung für eine Leistungsschaltvorrichtung zu schaffen, die keine optische Einstellung erfordert und mit einer geringeren Größe ausgeführt werden kann. Des Weiteren hat die Erfindung die weitere Aufgabe, eine Schaltsteuervorrichtung einer Leistungsschaltvorrichtung zu schaffen, die diese Zustandserfassungsvorrichtung verwendet und eine längere Lebensdauer eines Schaltkontaktes erzielen kann.
Mittel zur Problemlösung
Die Erfindung umfasst eine Zustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 und eine Schaltsteuervorrichtung nach Anspruch 5.
Effekt der Erfindung
Aufgrund der Erfindung ist es möglich, Zustände einer betätigten Vorrichtung oder eines elektromagnetischen Betätigungssystems mit einer Vorrichtung zu schätzen, die keine optische Einstellung erfordert und darüber hinaus eine geringe Größe besitzt.
Beispiele zur Erläuterung der Ausführungsweise der Erfindung
Erstes Beispiel zu Erläuterung der Erfindung
Die 1 bis 9 zeigen ein Beispiel zur Erläuterung der Erfindung. 1 ist eine schematische Ansicht eines Vakuumleistungsschalters, bei dem es sich um eine betätigte Vorrichtung handelt, die einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus anwendet. 2 sind Zustandsansichten, die Schaltzustände des Vakuumleistungsschalters zeigen. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus. 4 ist ein Schemadiagramm, das eine Anordnung einer Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung des Vakuumleistungsschalters zeigt. 5 ist ein Kennliniendiagramm, das einen durch eine Öffnungsspule fließenden Strom und einen Hub eines beweglichen Eisenkerns angibt. 6 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Masse und einen Kontaktdruck von Kontakten bei einem Betrieb des Vakuumleistungsschalters angibt. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs. 8 ist ein Kennliniendiagramm, das die Änderungsrate eines durch eine Öffnungsspule fließenden Stroms angibt. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Stromwellenformen, die durch die Öffnungsspule fließen, und Hüben im Vergleich zwischen der Abwesenheit einer Abnutzung an Kontakten und des Vorhandenseins einer gewissen Abnutzung an Kontakten.
Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Vakuumventil 3, das einen Vakuumleistungsschalter darstellt, Schaltkontakte 5 in einem Vakuumbehälter. Der Schaltkontakt 5 weist einen beweglichen Kontakt 5b auf, der entgegengesetzt zu einem fest stehenden Kontakt 5a angeordnet ist, der sich in 1 auf der linken Seite mit einem vorgegebenen Abstand zwischen ihnen in der seitlichen Richtung von 1 befindet, die eine Axialrichtung ist. Eine Antriebsstange 7 ist an dem beweglichen Kontakt 5b befestigt, und der bewegliche Kontakt 5b und die Antriebsstange 7 bilden ein bewegliches Teil 6. Dieses bewegliche Teil 6 ist mit einem beweglichen Eisenkern 16 des nachstehend beschriebenen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus über eine Druckfeder 8 und ein Federlager 9 verbunden.
Der elektromagnetische Betätigungsmechanismus 10 (siehe auch 3) weist eine Schließspule 13, eine Öffnungsspule 14 und einen beweglichen Eisenkern 16 auf. Die Schließspule 13 und die Öffnungsspule 14, die als elektromagnetische Antriebsspulen dienen, sind in einer hohlen Rechteckskonfiguration gewickelt und mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen in der Axialrichtung angeordnet. Der bewegliche Eisenkern 16 mit einem rechteckigen Querschnitt, der aus ferromagnetischem Material besteht, ist an jedem axial mittigen Teil der Schließspule 13 und der Öffnungsspule 14 axial verschiebbar angeordnet. Ein Permanentmagnet 16a vom Plattentyp ist am Umfangsbereich des beweglichen Eisenkerns 16 angebracht (s. 3). Eine Antriebsleistungs-Versorgungseinheit 20 weist einen Schließkondensator 23, einen Öffnungskondensator 24, einen Schließbefehlschalter 27 und einen Öffnungsbefehlschalter 28 auf. Des Weiteren ist ein Strommessinstrument 32 vorgesehen, das als Strommesseinrichtung an einer Verbindungsleitung 31 dient, welche eine Verbindung zwischen dem Öffnungskondensator 24 der Antriebsleistungs-Versorgungseinheit 20 und der Öffnungsspule 14 zur Verfügung stellt.
Eine Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung 33, die als Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung der Leistungsschaltvorrichtung dient, ist mit dem Strommessinstrument 32 verbunden. Die Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung 33, deren Anordnung in 4 detailliert gezeigt ist, weist einen A/D-Wandler 33a, eine als eine erste Wendepunkt-Sucheinrichtung dienende Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b, einen Speicher 33c, und eine Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d und eine als Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung dienende Kontaktabnutzungs-Bestimmungseinrichtung 33e auf.
Jede Funktion der Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b und der Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d wird in einer Zentralprozessoreinheit (CPU) durchgeführt. Die Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b oder die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d weist einen Addierer und einen Multiplizierer (nicht gezeigt) auf und ist in der Lage, eine arithmetische Operation auszuführen. Numerische Werte, die ein Ziel der arithmetischen Operation sind, werden in einem variablen Register angeordnet, das ein Temporärspeicherbereich in einem internen Teil der Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b oder der Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d von dem Speicher 33c ist. Operationsergebnisse werden vorübergehend in dem variablen Register angeordnet und danach in den Speicher 33c übertragen.
Es wird nun der Schaltbetrieb des Vakuumleistungsschalters beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 werden der Schließkondensator 23 und der Öffnungskondensator 24 der Antriebsleistungs-Versorgungseinheit 20 regelmäßig mit einer vorgegebenen Spannung aufgeladen. Wenn ein Schließbefehlschalter 27 gedrückt wird, um einen Schließbefehl in dem Zustand zu liefern, in dem der bewegliche Kontakt 5b abgerückt ist, wie in 1 und 2(a) gezeigt, wird eine elektrische Ladung, die in den Schließkondensator 23 geladen wurde, der Schließspule 13 zugeführt. Daraufhin veranlasst der durch die Schließspule 13 fließende Strom den beweglichen Eisenkern 16, in Axialrichtung nach links in 1 anzutreiben, und bringt den beweglichen Kontakt 5b über die Druckfeder 8 und die Antriebsstange 7 in Anlage an den fest stehenden Kontakt 5a, damit er geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt der bewegliche Kontakt 5b an dem fest stehenden Kontakt 5b in Anlage und nimmt den Zustand von 2(b) an, wonach die Druckfeder 8 weiter zusammengedrückt wird und den Zustand von 2(c) einnimmt, in dem ein Kontaktdruck zwischen den Kontakten erhalten wird, und wird durch den Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten 16a zur Verfügung gestellt wird, der an dem beweglichen Eisenkern 16 angebracht ist, in diesem Zustand gehalten, so dass er sich in dem geschlossenen Zustand befindet.
Wenn in diesem geschlossenen Zustand ein Öffnungsbefehlschalter 28 gedrückt wird, um einen Öffnungsbefehl zu liefern, wird eine in den Öffnungskondensator 24 geladene elektrische Ladung über die Verbindungsleitung 31 der Öffnungsspule 14 zugeführt. Daraufhin veranlasst der durch die Öffnungsspule 14 fließende Strom, dass der bewegliche Eisenkern 16 in Axialrichtung nach rechts in 1 angetrieben wird, bis er sich zuerst von dem Zustand von 2(c) zu dem Zustand von 2(b) ändert. Während dieser Zeitperiode dehnt sich die eben noch zusammengedrückte Druckfeder 8 aus, selbst wenn sich der bewegliche Eisenkern 16 nach rechts verschiebt, und der bewegliche Kontakt 5b und die Antriebsstange 7 auf der Seite des Vakuumventils 3 werden nicht bewegt. Wenn sich der bewegliche Eisenkern 16 danach weiter nach rechts verschiebt, bewegen sich der bewegliche Kontakt 5b, die Antriebsstange 7, die Druckfeder 8, das Federlager 9 und der bewegliche Eisenkern 16 alle zusammen nach rechts. Der bewegliche Kontakt 5b wird von dem fest stehenden Kontakt 5a getrennt, bis er sich in dem Zustand von 2(a) befindet, und von dem Magnetfluss des Permanentmagneten 16a gehalten, der an dem beweglichen Eisenkern 16 angebracht ist, so dass er sich in dem offenen Zustand befindet.
Vor einer Beschreibung von Operationen der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung 33 werden im Nachfolgenden der durch die Öffnungsspule 14 fließende Strom bei geöffnetem Vakuumleistungsschalter, und die Änderung des Hubs des beweglichen Eisenkerns 16 beschrieben. Wenn der Vakuumleistungsschalter geschlossen ist, wie oben beschrieben wurde, wird die Druckfeder 8 vermittels des beweglichen Eisenkerns 16 zusammengedrückt, und die Kontakte 5a und 5b werden in dem Zustand gehalten, in dem ein Kontaktdruck zwischen ihnen durch die Wirkung des in 3 durch die schwarzen Pfeile angedeuteten Magnetflusses des Permanentmagneten 16a gehalten wird (2(c)). In diesem Moment wird ein Strom in einer solchen Richtung durch die Öffnungsspule 14 geleitet, dass er dem oben erwähnten, durch die schwarzen Pfeile des Permanentmagneten angedeuteten Magnetfluss entgegenwirkt. Somit wird die oben erwähnte magnetische Haltekraft abgeschwächt, und der bewegliche Eisenkern 16 verschiebt sich in einer Öffnungsrichtung (nach rechts in den 1 bis 3) in Folge der elektromagnetischen Anziehung, die durch die Wirkung des durch die weißen Pfeile angedeuteten Magnetflusses erzeugt wird.
Wenn der bewegliche Eisenkerns 16 sich zu verschieben beginnt, verschiebt sich zuerst das mit dem beweglichen Eisenkern 16 verbundene Federlager 9. Folglich wirkt eine Trägheit der Masse des beweglichen Eisenkerns 16, des Federlagers 9, der Druckfeder 8 und einer Verbindungsstange, welche eine Verbindung zwischen dem beweglichen Eisenkern 16 und dem Federlager 9 zur Verfügung stellt, auf den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus 10 ein. Im Anschluss daran, wenn der bewegliche Eisenkern 16 sich um eine vorgegebene Strecke nach rechts verschiebt, tritt das Federlager 9 in Anlage an der Antriebsstange 7, die an der Seite des Vakuumventils 3 vorhanden ist. Mit anderen Worten, die Situationen ändern sich von dem Zustand von 2(c) zu dem Zustand von 2(b). An und nach diesem Moment verschiebt sich die Gesamtheit der beweglichen Elemente von dem beweglichen Eisenkern 16 bis zu dem beweglichen Kontakt 5b als eine Einheit, und eine bewegte Masse nimmt abrupt zu, wie in 6 gezeigt ist. Diese Trägheit wird auf den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus 10 ausgeübt.
Diese Operationen basieren auf den folgenden Schaltungsgleichungen (1) (2) und der Bewegungsgleichung (3). Die Massen und Lasten im Zusammenhang mit dem Antriebssystem ändern sich während einer Serie von Bewegungen des beweglichen Eisenkerns 16, des beweglichen Kontaktes 5b oder dergleichen diskontinuierlich, und diese Änderung verursacht eine Änderung der Wellenform des durch die Öffnungsspule 14 fließenden Stroms. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt dieses Phänomen. Die Schaltungsgleichung (1) ist eine Gleichung, die in dem Zustand erfüllt werden kann, in dem sich das bewegliche Teil 6 in Ruhe befindet, bevor es angetrieben wird und nachdem es angetrieben wurde. Die Schaltungsgleichung (2) ist eine Gleichung, die in dem Zustand erfüllt werden kann, in dem ein Ausdruck aus der Geschwindigkeit und der elektromotorischen Kraft während des Antreibens erzeugt wird.
[Gleichung 1]

I(t)·R + dϕ(I(t), z(t)) / dI· dI / dt = E (1)
I(t)·R + dϕ(I(t), z(t)) / dI· dI / dt + dϕ(I(t), z(t)) / dz· dz / dt = E (2)

wobei: I der Spulenstrom, R der Spulenwiderstand, z der Hub, E die Ladespannung, ϕ der Spulengesamtfluss, Fm die elektromagnetische Kraft, Fs die Kraft der Druckfeder, F_Reibung die Reibungskraft, und m die Trägheitsmasse ist.

Zusätzlich, obgleich der durch die Spulen fließende Strom gemäß den Gleichungen (1) (2) von einer Konstantspannungsquelle zugeführt wird, kann das Phänomen vorliegend auch auf die gleiche Weise behandelt werden in dem Fall, in dem er von einer Entladungsschaltung oder einer Stromanlegeschaltung wie etwa Kondensatoren zugeführt wird, wie in 1 gezeigt ist.
Somit findet die Änderung der Stromwellenform statt, wenn sich eine Schaltungsgleichung von Gleichung (1) zu Gleichung (2) in dem Moment ändert, in dem das bewegliche Teil 6 aus dem Zustand vor dem Antreiben in den angetriebenen Zustand übergeht, wenn sich eine Schaltungsgleichung von Gleichung (2) zu Gleichung (1) in dem Moment ändert, in dem das bewegliche Teil 6 aus dem angetriebenen Zustand in den Zustand nach der Beendigung des Antreibens übergeht, oder falls sich ein Beschleunigungsausdruck d²z/dt² aufgrund der diskontinuierlichen Änderung der Masse m oder der Last Fs in der Bewegungsgleichung von (3) auf diskontinuierliche Weise ändert. Diese Momente entsprechen Punkten, an denen ein Differential 1. Ordnung einer Wellenform, d. h. einer Strom-Zeit-Kennlinie I(t), Null ist, oder ein Differential 1. Ordnung oder ein Differential 2. Ordnung diskontinuierlich wird. In der Beschreibung der Erfindung werden Punkte, an denen Ströme sich ändern, während sie das oben erwähnte Phänomen aufweisen, generisch als Wendepunkte definiert.
Theoretisch betrachtet können Wellenformen eines durch die Öffnungsspule 14 fließenden Stroms wie oben beschrieben ermittelt werden. Beispiele für die Messung an einem tatsächlichen Vakuumleistungsschalter werden nun modelliert und in 5 zusammen mit einem Hub des beweglichen Eisenkerns 16 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 5 erreicht eine Wellenform des durch die Öffnungsspule 14 fließenden Stroms J den Maximalwert imax zu einer Zeit ts eines Bewegungsstartpunktes (Act1) des beweglichen Eisenkerns 16 und erreicht einen ersten Wendepunkt P zu einer Zeit tp nach der voraus gegangenen Zeit ts, und einen zweiten Wendepunkt Q, bei dem es sich um den Minimalpunkt zu einem Zeitpunkt tq handelt (im Nachfolgenden auch als Minimalpunkt bezeichnet). Die angegebenen Zeitpunkte tp, tq stellen den Augenblick, in dem die Öffnungsspule 14 erregt wird, als einen Nullpunkt (Bezugspunkt) der Zeitachse dar. Die anderen Zeiten sind im Nachfolgenden auf die gleiche Weise angegeben. Zusätzlich kann ein Bezugspunkt für die Zeit an einer beliebigen Stelle gesetzt werden.
Die Hübe des beweglichen Eisenkerns 6 ändern sich so, wie durch einen Hub st in 5 gezeigt ist. Der bewegliche Eisenkern 16 beginnt sich zu einer Zeit ts (Punkt Act1 von 5) zu verschieben; der bewegliche Kontakt 5b beginnt von dem fest stehenden Kontakt 5a zu einer Zeit tp abzurücken, bei der es sich um eine Kontaktbewegungs-Startzeit und eine Öffnungsstartzeit handelt (der Zeitpunkt, an dem der Wendepunkt P stattfindet); danach verschieben sich der bewegliche Eisenkern 16 und der bewegliche Kontakt 5b als Einheit; und sie haben sich über den gesamten Hub zu einer Zeit tq verschoben, die dem Minimalpunkt Q entspricht (die Zeit, an der der Minimalpunkt Q stattfindet), und der bewegliche Eisenkern 16 und der bewegliche Kontakt 5b werden angehalten, womit das Öffnen abgeschlossen ist (Öffnungsbeendigungspunkt Act3 von 5). Mit anderen Worten, die Zeit tq ist eine Kontakbewegungs-Beendigungszeit und eine Öffnungsbeendigungszeit. Wie weiter oben beschrieben wurde, werden die Zeiten tp und tq, an denen der Wendepunkt P und der Minimalpunkt Q stattfinden, unter Berücksichtigung von Wellenformen eines durch die Öffnungsspule 14 fließenden Stroms J ermittelt, wobei diese ermittelten Zeiten eine Öffnungsstartzeit und eine Öffnungsbeendigungszeit sind.
Es werden nun das Strommessinstrument 32, das den durch die Öffnungsspule 14 fließenden Strom misst, d. h. den Strom, der durch die Verbindungsleitung 31 fließt, wenn ein Vakuumleistungsschalter geöffnet ist, und die Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung 33 beschrieben. Ein durch die Verbindungsleitung 31 fließender Strom wird in einen Spannungsausgang von Analogsignalen konvertiert, die proportional zu einem durch das Strommessinstrument 32 fließenden Strom sind, an den A/D-Wandler 33a gelegt, und zu Digitalsignalen konvertiert. Gemäß diesen Digitalsignalen wird die Zeit tp ermittelt, an der der Wendepunkt P der Stromwellenform von 5 liegt, d. h. an der der Wendepunkt P stattfindet. Daraufhin kann durch Messen, wie sich die Zeit tp bezogen auf die (anfängliche) Zeit tp im anfänglichen Zustand eines Vakuumleistungsschalters ändert, ein Kontaktabnutzungsbetrag von der Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d ermittelt werden.
Ein Verfahren für die Suche nach Positionen des Wendepunktes P wird im Nachfolgenden beschrieben. Hierbei beziehen sich Positionen des Wendepunktes P auf Positionen auf Koordinaten, wenn Zeitpunkte entlang der Abszissenachse abgetragen werden, und Ströme entlang der Ordinatenachse abgetragen werden. Obgleich eine Vielfalt von Verfahren als das Verfahren zum Suchen von Positionen des Wendepunktes P vorstellbar ist, wird bei diesem ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ein Verfahren beschrieben, das die Änderungsrate des Stroms berücksichtigt. Diese Suche wird von der Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b durchgeführt. Ein Speicherbereich G mit einer Größe von N Zahlen wurde in dem Speicher 33a abgelegt, um in der Lage zu sein, vorausgehend Daten über eine Zeitperiode halten, die zum Öffnen des Vakuumleistungsschalters gebraucht werden. Beispielsweise unter der Annahme, dass eine zum Öffnen benötigte ausreichende Zeitperiode 30 ms beträgt, wenn wie bei dem oben erwähnten Beispiel eine Quantisierungsbitzahl 10 Bits beträgt und eine Abtastrate 100 kS/s (Δtg = 10 μs-Intervall) beträgt wie bei dem oben erwähnten Beispiel, wird ein Speicherbereich von N = 3000 Zahlen mit einer jeweiligen Größe von 10 Bits als ein Datenfeld G akquiriert.
Des Weiteren wird ein Speicherbereich, beispielsweise mit einer Größe von M = N/10 Zahlen, die für die nachfolgende Operationsverarbeitung benötigt wird, als ein Datenfeld F akquiriert. Die Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b führt eine Verarbeitung in der nachfolgenden Prozedur durch, nachdem sie die Datenfelder in dem Speicher 33c gemäß der oben stehenden Beschreibung vorbereitet hat. Im Nachfolgenden werden der Betrieb der Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b und der Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 7 beschrieben.
1) Stromwert abrufen (Schritt S11)
Lässt man eine Zeit t zu, an der ein Vakuumleistungsschalter einen Öffnungsbefehl 0 empfängt, wird das Abrufen von Strömen, die durch die Verbindungsleitung 31 fließen, über das Strommessinstrument 32 in Intervallen einer Zeit Δtg (10 μs) gestartet, Stromwerte werden mit dem A/D-Wandler 33a in digitale Daten konvertiert, und die Daten werden in dem Datenfeld G des Speichers 33c gespeichert. Ein Wert zu einem Zeitpunkt j·Δtg wird in dem j-ten Element des Datenfeldes G gespeichert. Daraufhin wird das Abrufen zu einem Zeitpunkt beendet, an dem N Zahlen von Daten ermittelt wurden.
2) Glätten (Schritt S12)
Ein durchschnittlicher Wert von z. B. zehn Zahlen von Daten, die abgerufen wurden, wird in einem Datenfeld F gespeichert (Schritt S12). Durch Glätten werden Rauschkomponenten reduziert, welche die in dem Datenfeld G gespeicherten Daten aufweisen. Hierdurch können Abtastdaten erhalten werden, die in Intervallen von Δtf = 100 μs geglättet wurden. Folglich wird ein Wert zu einem Zeitpunkt t = i·Δtf in dem i-ten Element des Datenfeldes F gespeichert.
3) Suchen der Öffnungsstartzeit (Schritt S13)
Die Wendepunkt-Sucheinrichtung 33b ermittelt zuerst den Maximalwert der Daten in dem Datenfeld F. Als Nächstes werden die Änderungsraten des Stroms (dI/dt) sequentiell ermittelt. Auf eine solche Weise erhaltene Werte sind in 8 angegeben. Wie in 8 gezeigt ist, nimmt (dI/dt) zu Beginn abrupt zu, durchläuft einen Nullpunkt U, während er ab diesem Punkt allmählich abnimmt, und nimmt einen negativen Wert an. Dieser Nullpunkt U entspricht einer Zeit ts, an der ein Strom J der maximale Wert imax in 5(a) wird, bei der es sich um einen Bewegungsstartpunkt des beweglichen Eisenkerns 16 handelt. Anschließend nimmt (dI/dt) nach der Zeit ts einen negativen Wert an, nimmt weiter ab, und nimmt dann an einem Punkt R abrupt zu. Dieser Punkt R entspricht dem Wendepunkt P, und eine Zeit tp, an der dieser Öffnungsstartpunkt R stattfindet, ist eine Kontaktbewegungs-Startzeit.
Zusätzlich wird in der vorausgegangenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ein Punkt, der demjenigen Punkt entspricht, an dem ein Differential 1. Ordnung der Strom-Zeit-Kennlinie I(t) Null ist, oder ein Differential 1. oder 2. Ordnung der Strom-Zeit-Kennlinie I(t) diskontinuierlich ist, und an denn sich der Strom in dem oben erwähnten Phänomen ändert, allgemein als ein Wendepunkt definiert. Um insbesondere dieses ”Diskontinuierlichwerden” zu bestimmen, ist es erforderlich, die folgenden Umstände zu betrachten.
Das Vorhandensein dieser Diskontinuität wird nämlich bestimmt, falls eine Bestimmung unter der Annahme durchgeführt wird, dass kein statistischer Fehler enthalten ist. Konkret gesagt gibt es z. B. einige Fälle, in denen Ergebnisse durch eine Glättungsverarbeitung von tatsächlich gemessenen Daten erhalten werden, oder durch Anpassen mit Funktionen, die für einzelne oder mehrere Bereiche unterteilt sind. Im Fall der Durchführung der Glättungsverarbeitung werden Bereiche, die sich abrupt ändern, auf Grund der Diskontinuität der ursprünglichen Daten einer ”Glättung” unterzogen, so dass der Zustand als solcher nicht der Aussage ”das Differential 1. Ordnung oder Differential 2. Ordnung wird diskontinuierlich” entspricht. In diesem Fall können jedoch Positionen eines ”diskontinuierlichen” Punktes durch das Schätzen von Abschnitten beurteilt werden, an denen Werte des Differentials 1. Ordnung oder des Differentials 2. Ordnung hinsichtlich der Änderung der Daten in einem bestimmten Zeitperiodenbereich liegen. Somit sind die oben beschriebenen Fälle ebenfalls in den ”Punkten, die diskontinuierlich werden” enthalten. Des Weiteren gibt es auch in dem Fall des Anpassens mit einer einzigen Funktion (obgleich dies normalerweise schwierig ist, so dass die Anpassung mit einer Vielzahl von Funktionen durchgeführt wird) keine ”Diskontinuität des Differentials 1. Ordnung oder Differentials 2. Ordnung” im eigentlichen Sinne des Wortes. Es wird jedoch die gleiche Interpretation wie im Falle des oben erwähnten Glättens vorgenommen.
4) Berechnen eines Kontaktweges des beweglichen Kontaktes (Schritt S14)
Die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d berechnet zuerst einen Kontaktweg Lw des beweglichen Kontaktes 5b mit einer Zeitdifferenz Δtw (= tp – ts) zwischen einer Zeit tp, d. h. einer Kontaktbewegungs-Startzeit, und einer Zeit ts, d. h. einer Bewegungsstartzeit des beweglichen Eisenkerns, wenn sich der bewegliche Eisenkern 16 zu verschieben beginnt. Die Beziehung der Werte zwischen einer Zeitdifferenz Δtw und einem Kontaktweg Lw wird mit einer tatsächlichen Vorrichtung gemessen, um eine Datenbank zu erzeugen. Ein Kontaktweg Lw wird unter Bezugnahme auf diese Datenbank erhalten.
Zusätzlich ist ein Kontaktweg eine Strecke, um die sich der bewegliche Eisenkern ab einem Zeitpunkt verschiebt, an dem der bewegliche Kontakt seine Verschiebung begonnen hat, bis hin zu einem Zeitpunkt, wenn eine Kontakt sich zu verschieben beginnt, oder ist eine Differenz zwischen der Kompression der Feder im geschlossenen Zustand und der Kompression der Feder im Öffnungszustand, und der Betrag der Änderung des Kontaktwegs ist gleich dem Abnutzungsbetrag des Kontaktes.
5) Berechnen des Kontaktabnutzungsbetrags (Schritt S15)
Des Weiteren ermittelt die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d eine Differenz ΔLw zwischen einem gegenwärtigen Kontaktweg Lw, der an dem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt vorliegt, und einem Kontaktweg Lw0, wenn der Kontakt keine Abnutzung aufweist, der zuvor an der ersten vorgegebenen Zeit gemessen wurde, und bestimmt eine Kontaktabnutzungsbetrag aus einer Differenz zwischen Kontaktwegen.
6) Überprüfen des Kontaktabnutzungsbetrags (Schritt S16)
Die Kontaktabnutzungs-Bestimmungseinrichtung 33e überprüft, ob ein bestimmter Kontaktabnutzungsbetrag einen vorgegebenen Wert übersteigt.
7) Ausgeben von Signalen nach aussen (Schritt S17)
Die Kontaktabnutzungs-Bestimmungseinrichtung 33e gibt ein Alarmsignal und einen Kontaktabnutzungsbetrag nach außen ab, falls ein Kontaktabnutzungsbetrag einen vorgegebenen Wert übersteigt, und gibt einen Kontaktabnutzungsbetrag nach außen ab, falls dieser einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt.
Der Kontaktabnutzungsbetrag wird so ermittelt, wie weiter oben beschrieben wurde. Ströme, die durch die Öffnungsspule 14 fließen, bevor der Kontakt keine Abnutzung aufweist und nachdem er eine gewisse Abnutzung aufweist, werden verglichen, wie in 9 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 9 gibt die durchgezogene Linie einen Strom J der Öffnungsspule 14 an, bevor der Kontakt abgenutzt wurde, und die gestrichelte Linie gibt einen Strom der Öffnungsspule 14 an, nachdem der Kontakt abgenutzt wurde. Unter Bezugnahme auf 9 wird bei einem neuen Kontakt (erfindungsgemäß an dem ersten vorgegebenen Zeitpunkt) ein Kontaktweg ΔLw1 mit einer Zeitdifferenz zwischen einer Zeit ts, die dem Maximalwert imax von durch die Öffnungsspule 14 fließenden Strömen entspricht, und einer Zeit tp1, die dem Wendepunkt P entspricht, erhalten. Ferner verschiebt sich an einem Zeitpunkt, der später liegt als die Zeit, an der er neu war (erfindungsgemäß an dem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt), eine Position, an der der Wendepunkt P stattfindet, mit zunehmender Kontaktabnutzung in 9 nach oben links, und der Wendepunkt P verändert sich von einer Zeit tp1 zu einer Zeit tp2. Mit anderen Worten, eine Zeitperiode von dem Start der Öffnungsoperation des beweglichen Eisenkerns 16 bis zum Beginn des Abrückens des beweglichen Kontaktes 5b von dem fest stehenden Kontakt 5a wird kürzer. Wie ferner in 9 gezeigt ist, verändert sich eine Zeit der Öffnungsbeendigung, wenn der bewegliche Eisenkern 16 ein Hubende erreicht hat, von tq1 nach tq2, was in einer längeren Zeitperiode resultiert. Der Grund hierfür ist, dass sich eine Bewegungsstrecke eines beweglichen Teils um eine Strecke verlängert, die auf einer Zunahme des Kontaktabnutzungsbetrags beruht.
Zu diesem Zeitpunkt wird bei einer Zeitdifferenz Δt2 zwischen einer Zeit ts, die dem Maximalwert imax von durch die Öffnungsspule 14 fließenden Strömen entspricht (sie ist kaum verändert, selbst wenn ein Kontakt abgenutzt ist) und einer Zeit tp2, die dem Wendepunkt P entspricht, ein Kontaktweg Lw2 ermittelt (Δt2 = tp2 – ts). Daraufhin wird durch Berechnung bei einer Differenz ΔLW zwischen dem Kontaktweg Lw1 vor einer Abnutzung des Kontaktes und dem oben erwähnten Kontaktweg Lw2, oder mit einer Datentabelle, welche die Beziehung zwischen einer Differenz zwischen den Kontaktwegen ΔLw und einem Kontaktabnutzungsbetrag darstellt, ein Kontaktabnutzungsbetrag erhalten.
In der oben stehenden Beschreibung ist ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Kontaktweg des beweglichen Kontaktes 5b mit einer Differenz zwischen einer Zeit ts und einer Zeit tp ermittelt wird, und ein Kontaktabnutzungsbetrag gemäß der Änderung im Kontaktweg (Veränderung von Δ1w1 zu Δ1w2) ermittelt wird. Es ist jedoch auch möglich, einen Kontaktabnutzungsbetrag mit der Änderung der Zeit tp (Veränderung von tp1 zu tp2) zu ermitteln, wobei auf eine Ermittlung des Kontaktweges verzichtet wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es möglich, eine Position des Wendepunktes P in der Wellenform eines Stroms J der Öffnungsspule 14 durch die Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung 33b zu ermitteln, und einen Kontaktabnutzungsbetrag gemäß der Änderung der Position des Wendepunktes P (Änderung der Zeit, an der der Wendepunkt P stattfindet) zu erhalten. Dadurch wird es ermöglicht, den Kontaktabnutzungsbetrag ohne die Verwendung irgend eines optischen Detektors zu messen, wodurch die Verringerung der Größe einer Vorrichtung ermöglicht wird, indem die Notwendigkeit einer optischen Einstellung beseitigt wird. Auch wenn gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ein Kontaktabnutzungsbetrag unter Verwendung von Stromwellenformen einer Öffnungsspule zum Öffnungszeitpunkt ermittelt wird, ist es zusätzlich auch möglich, einen Kontaktabnutzungsbetrag unter Verwendung von Stromwellenformen einer Schließspule 13 zu ermitteln.
Zweites Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Bei dem voraus gegangenen ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung unter Bezugnahme auf 5 ist ein Punkt, an dem ein Stromwert maximal wird, ein Bewegungsstartpunkt eines beweglichen Eisenkerns. Solange keine strenge Genauigkeit erforderlich ist, gibt es mit dieser Verarbeitung kein Problem. Falls das Phänomen jedoch in mehr Detail analysiert werden soll, kommt ein tatsächlicher Bewegungsstartpunkt des beweglichen Eisenkerns in Beziehung zu einer Zeitkonstante der Schaltung ein wenig vor dem Maximalpunkt des Stroms zu liegen. Ein Wendepunkt davon ist im Allgemeinen wegen der kleinen Änderungsrate schwer zu extrahieren. Gemäß diesem zweiten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird ein einfaches Verfahren zum Suchen eines Wendepunktes in einem solchen Fall angegeben.
Mit anderen Worten, wie in 10 gezeigt ist, beginnt sich der bewegliche Eisenkern an einem Zeitpunkt A' vor einem Punkt A zu bewegen, der der maximale Punkt des Stroms ist. Im Detail, obgleich der Wendepunkt einer Stromwellenform an dem Punkt A' vorhanden ist, ist die Änderung der Wellenform klein im Vergleich mit der am Punkt A, der dem leicht zu erfassenden Extremwert entspricht. Um diese Änderung zu erfassen, ist es daher erforderlich, eine Strommessung mit einer hohen Genauigkeit vorzunehmen, was zu hohen Kosten für eine Messvorrichtung führt.
Daraufhin wird eine Kompensation von Punkt A unter Verwendung einer Kompensationszeitperiode ΔT vorgenommen, bei der es sich um einen Kompensationsbetrag von Punkt A zu Punkt A' handelt, wodurch es ermöglicht wird, einen genaueren Zustandsfaktor zu berechnen, der ein Antriebsparameter ist.
Es gibt allgemein einige Fälle, in denen ein Wendepunkt schneller oder einfacher mit dem Verfahren des Schätzens eines Wendepunktes unter Verwendung einer Kompensationszeitperiode ΔT von dem Minimalpunkt oder dem Maximalpunkt in der Umgebung als durch das Verfahren der Berechnung eines bestimmten Wendepunktes mit einer Wellenformanalyse erhalten werden kann.
Zusätzliche Verfahren zum Berechnen einer Kompensationszeitperiode ΔT umfassen: das Verfahren der Verwendung eines festen Wertes, der vorausgehend tatsächlich gemessen wurde oder vorausgehend durch Berechnen bestimmt wurde; das Verfahren der Berechnung mit Funktionen, die vorausgehend durch Experiment oder Berechnung der Korrelation zwischen einer Zeit, einem Strom und einem Spannungswert an Punkt A ermittelt wurden, oder das Verfahren der Berechnung aus Speicherdarstellungsdaten; oder das Ermittlungsverfahren durch Erzeugen einer Annäherungsfunktion aus Wellenformdaten vor dem Punkt A, und Vergleichen dieser Annäherungsfunktion mit einer tatsächlichen Wellenform.
Drittes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
11 und 12 zeigen ein anderes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung. 11 ist ein Schemadiagramm einer Schaltzeitperiode-Überwachungsvorrichtung eines Vakuumleistungsschalters. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das Operationen zeigt. Unter Bezugnahme auf 11 umfasst eine Öffnungszeitperiode-Überwachungsvorrichtung 43, die als eine Zustandserfassungsvorrichtung dient, den gleichen A/D-Wandler 33a und Speicher 33c wie diejenigen in 5, sowie eine Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a und eine Schließzeitminimum-Sucheinrichtung 43b, die als eine zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung dienen, und eine Fehlerbestimmungseinrichtung 43c, die als Signalübertragungseinrichtung dient.
Es wird nun der Betrieb der Schaltzeitperiode-Überwachungsvorrichtung 43 unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 12 beschrieben. Ein Öffnungsbefehlschalter 28 wird gedrückt, um einen Öffnungsbefehl an eine Öffnungsspule 14 zu liefern und die Öffnungsspule 14 zur Durchführung einer Öffnungsoperation zu veranlassen (Schritt S21). Zu diesem Zeitpunkt wird ein durch die Verbindungsleitung 31 fließender Strom mit dem A/D-Wandler 33a in digitale Daten konvertiert, um im Speicher 33c abgerufen zu werden (Schritt S22). Daraufhin wird eine Glättungsverarbeitung auf die gleiche Weise wie bei dem vorausgehenden ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung durchgeführt (Schritt S23). Der gleiche Minimalpunkt Q wie der in 5 Gezeigte wird von der Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a gesucht (Schritt S24).
Die Suche nach dem Minimalpunkt Q wird beispielsweise auf der Grundlage der Änderungsrate des Stroms J zum Öffnungszeitpunkt (di/dt) durchgeführt. 8 ist ein Kennliniendiagramm, das wie zuvor gezeigt die Änderungsrate eines durch die Öffnungsspule 14 fließenden Stroms angibt. Unter Bezugnahme auf 8 wird der Minimalpunkt zum Öffnungszeitpunkt (der Minimalpunkt Q von 5) gesucht durch Berücksichtigung des Umstands, dass sich (di/dt) so ändert, dass es nicht weniger als ein vorgegebener Wert in einer positiven Richtung an einem Öffnungsbeendigungspunkt S ist, der dem Minimalpunkt Q entspricht. Eine Zeit tq, an der dieser Minimalpunkt Q stattfindet, ist eine Bewegungsbeendigungszeit, d. h. eine Öffnungsbeendigungszeit, so dass durch die Fehlerbestimmungseinrichtung 43c bestimmt wird, ob eine Zeitperiode tq innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (Schritt S25). Falls sie ausserhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, wird ein Fehlersignal übertragen, das den Fehler anzeigt (Schritt S26). Falls sie in einem vorgegebenen Bereich liegt, geht das Programm weiter zu Schritt S31.
Eine Wellenform des durch die Schließspule 13 fließenden Stroms zur Zeit des Schließens ändert sich auf die gleiche Weise wie ein Strom J, der in 5 gezeigt ist. Folglich ist es möglich, den Minimalpunkt zur Zeit des Schließens auf die gleiche Weise wie bei der Suche des Minimalpunktes zum Öffnungszeitpunkt zu suchen. Mit anderen Worten, ein Schließbefehlschalter 27 wird gedrückt, um einen Schließbefehl an die Schließspule 13 zu liefern, wodurch die Schließspule 13 veranlasst wird, eine Schließoperation durchzuführen (Schritt S31). Zu diesem Zeitpunkt wird ein durch die Verbindungsleitung 31 fließender Strom mit dem A/D-Wandler 33a in digitale Daten konvertiert, um im Speicher 33c abgerufen zu werden (Schritt S32). Daraufhin wird eine Glättungsverarbeitung durchgeführt (Schritt S33). Der gleiche Minimalpunkt wie der in 5 gezeigte wird von der Schließzeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43b gesucht (Schritt S34). Die Suche nach dem Minimalpunkt wird auf die gleiche Weise wie in dem vorausgegangenen Schritt S24 durchgeführt. Eine Zeit, an der dieser Minimalpunkt stattfindet, ist eine Bewegungsbeendigungszeit des beweglichen Kontaktes 5b, d. h. eine Schließbeendigungszeit, so dass durch die Fehlerbestimmungseinrichtung 43c bestimmt wird, ob eine Schließbeendigungs-Zeitperiode innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (Schritt S35). Falls sie ausserhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, wird ein Fehlersignal übertragen, das den Fehler anzeigt (Schritt S36).
Im Falle einer abnormal langen Zeitperiode bis zur Beendigung des Öffnens oder Schließens kann ein jeglicher Fehler vorliegen, wie etwa eine Erhöhung des Reibungswiderstandes, wenn der bewegliche Kontakt 5b oder der bewegliche Eisenkern 16 sich verschiebt. Des Weiteren kann in einem Fall, in dem das Öffnen oder Schließen nicht abgeschlossen wurde, irgendein Bewegungsdefekt z. B. des beweglichen Kontaktes 5b oder des beweglichen Eisenkerns vorliegen.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es möglich, die Beendigung des Öffnens oder Schließens ohne die Verwendung eines mechanischen Schalthilfskontaktes durch Überwachen einer Öffnungsbeendigungs-Zeitperiode oder einer Schließbeendigungs-Zeitperiode zu erfassen, die als eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeitperiode durch die Fehlerbestimmungseinrichtung dient. Zusätzlich ist es möglich, Fehler von Antriebszuständen wie etwa unvollständiges Anschalten oder Unmöglichkeit des Öffnens eines Unterbrechers zu erfassen, wodurch zu der Verhinderung eines Defektes oder zu der Verbesserung der Zuverlässigkeit beigetragen werden kann.
Viertes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
13 ist ein Schemadiagramm einer Kennbetrag-Messvorrichtung eines Vakuumleistungsschalter, das ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 13 umfasst eine als Zustandserfassungsvorrichtung dienende Kennbetrag-Messvorrichtung 53 eine Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53a, die als Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung dient, und eine Fehlerbestimmungseinrichtung 53b, die als Signalübertragungseinrichtung zusätzlich zu dem gleichen A/D-Wandler 33a und der gleichen Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d wie in 4, und der gleichen Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a wie in 11 dient. Eine Differenz ΔLw zwischen einem gegenwärtigen Kontaktweg Lw2 an der zweiten vorgegebenen Zeit und einem Kontaktweg Lw1, der zuvor an der vorgegebenen Zeit gemessen wurde, wird durch das gleiche Verfahren wie bei dem oben erwähnten ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung mit der Verwendung des A/D-Wandlers 33a und der Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d ermittelt. Ein Kontaktabnutzungsbetrag wird auf der Grundlage der Differenz ΔLw zwischen den Kontaktwegen bestimmt. Ferner wird eine Position des Minimalpunktes Q (der auch ein Wendepunkt ist), an dem Ströme nach dem in 5 gezeigten Wendepunkt P miminal werden, mit der Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a ermittelt.
Die Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53a ermittelt eine Zeitdifferenz Δtd zwischen einer Zeit tp und einer Zeit tq (tp und tq sind in 5 gezeigt) aus einer Zeit tp, die dem Wendepunkt P entspricht, und einer Zeit tq, die dem Minimalpunkt Q entspricht. Ferner wird mit dieser Zeitdifferenz Δtd eine Öffnungszeitperiode unter Verwendung einer Öffnungszeitperiode-Datenbank erhalten, in der die Beziehung zwischen einer Zeitdifferenz und einer Öffnungszeitperiode, die vorausgehend mit einer tatsächlichen Vorrichtung gemessen wurde, in Tabellenform gespeichert ist. Die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b bestimmt, ob ein Abnutzungsbetrag des Kontaktes oder eine gemäß der oben stehenden Beschreibung ermittelte Öffnungszeitperiode einen vorgegebenen Wert übersteigt. Falls ein vorgegebener Wert überschritten wird, gibt diese Fehlerbestimmungseinrichtung 53b ein Alarmsignal und einen Kontaktabnutzungsbetrag oder eine Öffnungszeitperiode, der/die einen vorgegebenen Wert überschritten hat, nach außen ab. Falls ein vorgegebener Wert nicht überschritten wird, gibt die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b einen Kontaktabnutzungsbetrag und eine Öffnungszeitperiode nach außen ab. Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53a ferner eine Öffnungszeitperiode konvertiert, die ermittelt wurde, um eine Öffnungsgeschwindigkeit zu ermitteln.
Des Weiteren wird diese Zeitdifferenz Δtd größer, wenn ein Reibungswiderstand bei der Verschiebung des beweglichen Kontaktes 5b oder des beweglichen Eisenkerns 16 zunimmt. Folglich ist es möglich, die Betriebsbedingungen des Vakuumleistungsschalters durch Ermitteln der Änderung der Zeitdifferenz Δtd zu erhalten.
Da es mit einem solchen Verfahren möglich ist, die Änderung der Öffnungszeitperiode auf der Grundlage der Positionen des Wendepunktes P und des Minimalpunktes Q einer Stromwellenform der Öffnungsspule zu erhalten, wird es möglich, die Größe und die Kosten einer Vorrichtung durch das Beseitigen der Notwendigkeit einer optischen Einstellung zu verringern. Da ferner die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b vorgesehen ist, die bestimmt, ob ein Kontaktabnutzungsbetrag oder eine Öffnungszeitperiode außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und im Falle eines Fehlers einen Alarm überträgt, ist es möglich, einen Fehlbetrieb wie etwa Fehler in einem Kontaktabnutzungsbetrag, oder unvollständiges Einschalten oder die Unmöglichkeit des Öffnens eines Vakuumleistungsschalters zu überwachen, wodurch es ermöglicht wird, eine Verbesserung der Zuverlässigkeit zu erzielen.
Fünftes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
14 ist ein Schemadiagramm einer Kennbetrag-Messvorrichtung eines Vakuumleistungsschalters, das ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 14 weist die als Zustandserfassungsvorrichtung dienende Kennbetrag-Messvorrichtung 63 eine Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 63a auf, die als Kontaktabnutzungs-Erfassungseinrichtung dient. Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ermittelt die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 63a einen Kontaktabnutzungsbetrag durch ein Verfahren, das von dem mit der in 13 gezeigten Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d verschieden ist. Die übrige Anordnung ist die gleiche wie die gemäß dem Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, das in 13 gezeigt ist, so dass gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, und auf eine weitere Beschreibung davon verzichtet wird. Eine Position des Wendepunktes P einer Stromwellenform wird durch das gleiche Verfahren wie das gemäß dem oben erwähnten ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ermittelt. Ferner wird der Minimalpunkt Q, an dem Ströme nach dem in 5 gezeigten Wendepunkt P minimal werden, mit der Minimalpunkt-Sucheinrichtung 53a erhalten.
Die Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53a ermittelt eine Zeitdifferenz Δtd zwischen einer Zeit tp, die dem Wendepunkt P entspricht, und einer Zeit tq, die dem Minimalpunkt Q (= tq – tp, s. 5) entspricht. Ferner wird mit dieser Zeitdifferenz Δtd eine Öffnungszeitperiode unter Verwendung einer Öffnungszeitperiode-Datenbank ermittelt, in der die Beziehung zwischen einer Zeitdifferenz Δtd und einer Öffnungszeitperiode, die vorausgehend mit einer tatsächlichen Vorrichtung gemessen wurde, in Tabellenform gespeichert ist. Die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 63a ermittelt eine Differenz zwischen einer Zeitdifferenz Δtd1 (= tq1 – tp1, s. 9) zur Zeit eines neuen Kontaktes, bei der es sich um die erste vorgegebene Zeit handelt, die vorausgehend mit einer tatsächlichen Vorrichtung gemessen wurde, und einer gegenwärtigen Zeitdifferenz Δtd2 (= tq2 – tp2, s. 9) zu der zweiten vorgegebenen Zeit (nachdem eine vorgegebene Anzahl von Schaltvorgängen ausgeführt wurde); und diese Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 63a ermittelt einen Kontaktabnutzungsbetrag aus der Datenbank, welche die Beziehung zwischen der vorherigen Differenz und dem Kontaktabnutzungsbetrag darstellt. Die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b bestimmt, ob eine Abnutzung des Kontaktes oder eine Öffnungszeitperiode einen vorgegebenen Wert übersteigt. Falls ein vorgegebener Wert überschritten wird, gibt diese Fehlerbestimmungseinrichtung 53b ein Alarmsignal und einen Kontaktabnutzungsbetrag oder eine Öffnungszeitperiode, der/die einen vorgegebenen Wert überschritten hat, nach außen ab. Falls ein vorgegebener Wert nicht überschritten wird, gibt die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b einen Kontaktabnutzungsbetrag und eine Öffnungszeitperiode nach außen ab. Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53a ferner eine Konvertierung einer Öffnungszeitperiode durchführt, die ermittelt wurde, um eine Öffnungsgeschwindigkeit zu erhalten. Des Weiteren ist es bevorzugt, statt einer Ermittlung eines Kontaktabnutzungsbetrags aus der Änderung der Zeitdifferenz Δtd zwischen einer Zeit tp und einer Zeit tq (der Veränderung von Δdt1 zu Δtd2) einen Kontaktabnutzungsbetrag aus der Änderung der Zeit tq zu ermitteln, d. h. eine Differenz zwischen einer Zeit tq bei einem neuen Kontakt und einer Zeit tq2 nach der Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Schaltvorgängen.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es möglich, einen Kontaktabnutzungsbetrag aus der Änderung der Zeit tp, die dem Wendepunkt P einer Stromwellenform einer Öffnungsspule entspricht, und der Zeit tq, die deren Minimalpunkt Q entspricht, zu ermitteln; oder es ist möglich, einen Kontaktabnutzungsbetrag aus der Änderung der Zeit tq, die dem Minimalpunkt Q entspricht, zu ermitteln. Ferner ist es möglich, die Änderung einer Öffnungszeitperiode aus einer Zeit tp, die dem Wendepunkt P einer Stromwellenform der Öffnungsspule entspricht, und der Zeit tq, die deren Minimalpunkt Q entspricht, zu ermitteln. Somit wird es möglich, die Größe und Kosten einer Vorrichtung durch das Beseitigen der Notwendigkeit einer optischen Einstellung zu verringern. Da des Weiteren die Fehlerbestimmungseinrichtung 53b vorgesehen ist, und diese Fehlerbestimmungseinrichtung 53b bestimmt, ob ein Kontaktabnutzungsbetrag oder eine Öffnungszeitperiode ausserhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und im Falle eines Fehlers einen Alarm erzeugt, ist es möglich, einen Fehlbetrieb wie etwa Fehler im Kontaktabnutzungsbetrag, unvollständiges Einschalten oder die Unmöglichkeit des Öffnens eines Vakuumleistungsschalters zu erkennen, wodurch es ermöglicht wird, eine Verbesserung der Zuverlässigkeit zu erzielen.
Sechstes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
15 ist ein Schemadiagramm einer Schaltsteuervorrichtung eines Vakuumleistungsschalters, die ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 15 weist die Schaltsteuervorrichtung 73 eine Temperatur-/Kondensatorspannung-Ermittlungseinrichtung 73a, eine Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung 73b, und eine Einschalttakt-Steuereinrichtung 73c auf. Die übrige Anordnung ist die gleiche wie die in 4 gezeigte. Zuerst wird der gleiche Wendepunkt P wie der in 5 gezeigte gesucht, und eine Zeit tp, an der ein Wendepunkt stattfindet, wird von der Wendepunkt-Sucheinrichtung 33b ermittelt. Die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d berechnet einen Kontaktweg Lw des beweglichen Kontaktes 5b auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung auf der Grundlage der Zeit ts, wenn durch die Öffnungsspule 14 fließende Ströme maximal werden, und der oben genannten Zeit tp, und ermittelt einen Kontaktabnutzungsbetrag auf der Grundlage einer Differenz zu einem Kontaktweg Lw0 vor einer Abnutzung des Kontaktes, die vorausgehend berechnet wurde. Die Temperatur-/Kondensatorspannung-Ermittlungseinrichtung 73a ermittelt Daten im Hinblick auf eine Temperatur des Vakuumleistungsschalters und eine Spannung des Schließkondensators 23. Die Schließzeit-Vorhersageeinrichtung 73b sagt eine Schließzeitperiode bei einem nächsten Schließen gemäß dieser Temperatur und Spannung und des oben erwähnten Kontaktabnutzungsbetrags vorher und wendet sie an.
Die Schließzeitperiode, welche die Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung 73b vorhersagt und anwendet, wird dadurch länger, dass der Widerstand der Schließspule 13 hoch ist, wenn die Temperatur der Schließspule 13 hoch ist, so dass ein Stromfluss geringer wird. Falls die Temperatur des Kondensators 23 hoch ist, wird die Kapazität des Kondensators 23 größer, und der durch die Schließspule 13 fließende Strom wird größer, so dass die voraus gegangene Schließzeitperiode kürzer wird. Im Falle einer hohen Ladespannung des Kondensators 23 wird der durch die Schließspule 13 fließende Strom größer, so dass die Schließzeitperiode kürzer wird. Zusätzlich kann angenommen werden, dass sich ein inneres Teil eines Vakuumleistungsschalters oder einer Leistungsschaltvorrichtung, die den Vakuumleistungsschalter aufweist, auf einer im Wesentlichen gleichförmigen Temperatur befindet, so dass eine Temperaturinformation an einem bestimmten Punkt in dem inneren Teil der Leistungsschaltvorrichtung eine Temperatur des Kondensators 23 und der Schließspule 13 darstellen kann.
Wenn sich ferner der Wendepunkt P nach links verschiebt und eine Öffnungsstartzeit in Folge einer Abnutzung des Kontaktes früher wird, muss sich der bewegliche Kontakt 5b um eine zusätzliche Strecke verschieben, die dem Kontaktabnutzungsbetrag entspricht, und eine Bewegungszeitperiode, bei der es sich um eine Öffnungszeitperiode handelt, wird mit dieser Strecke länger. Daher wird auch beim Schließen eine Bewegungsstrecke des beweglichen Kontaktes 5b um eine Strecke für den Kontaktabnutzungsbetrag länger (siehe Zeiten tp1, tp2 von 9), so dass eine Schließzeitperiode durch Hinzufügen einer Zeitperiode für die Bewegung um eine Strecke für diesen Kontaktabnutzungsbetrag beim Schließen vorhergesagt wird. Die Schließtaktsteuereinrichtung 73c steuert einen Einschalt(Schließ)-Takt eines Vakuumleistungsschalters auf der Grundlage einer angewendeten Schließzeitperiode. Der Einschaltakt wird so gesteuert, dass beispielsweise ein durch die Schaltkontakte fließender Stroßstrom nahezu Null sein kann, wenn der Vakuumleistungsschalter eingeschaltet wird, wodurch eine Verringerung des Kontaktabnutzungsbetrags eines Vakuumleistungsschalters erzielt wird.
Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die Vorhersageoperation einer Schließzeitperiode in Abhängigkeit von der erforderlichen Genauigkeit entweder mit einer Information über eine Spannung des Schließkondensators 23 oder einer Information über eine Temperatur der Schließspule 13 vorgenommen wird. Diese Vorhersageoperation kann auch in dem weiter unten beschriebenen siebten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung durchgeführt werden.
Siebtes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
16 ist ein Schemadiagramm einer Schaltsteuervorrichtung eines Vakuumleistungsschalters, das ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 16 umfasst eine Schaltsteuervorrichtung 83 eine Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a und eine Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung 83a. Die übrige Anordnung ist die gleiche wie die in 15 Gezeigte. Zuerst werden der Wendepunkt P und der Minimalpunkt Q (s. P, Q von 5) durch die Wendepunkt-Sucheinrichtung 33b und die Öffnungszeitminimalpunkt-Sucheinrichtung 43a gesucht, und die Zeiten tp, tq ermittelt, bei denen es sich um die Öffnungsbeginn- und Öffnungsbeendigungszeit handelt, an der der Wendepunkt P bzw. der Minimalpunkt Q stattfindet. Eine Bewegungsstrecke d des beweglichen Kontaktes 5b zum Öffnungszeitpunkt wird aus einer Differenz Δtpq zwischen der Zeit tq und der Zeit tp ermittelt. Die Temperatur-/Kondensatorspannung-Ermittlungseinrichtung 73a ermittelt Daten im Hinblick auf eine Temperatur des Vakuumleistungsschalters und eine Spannung des Schließkondensators 23. Die Schließzeit-Vorhersageeinrichtung 83a sagt eine Schließzeitperiode bei einem nächsten Schließen gemäß der Temperatur und Spannung und der oben erwähnten Bewegungsstrecke d beim Öffnen voraus und wendet sie an.
Die Schließzeitperiode, welche die Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung 83a vorhersagt und anwendet, wird dadurch länger, dass der Widerstand der Schließspule 13 größer ist, wenn sich die Schließspule 13 auf einer hohen Temperatur befindet, so dass ein Stromfluss geringer wird. Falls die Temperatur des Kondensators 23 hoch ist, wird die Kapazität des Kondensators 23 größer, und der durch die Schließspule 13 fließende Strom wird größer, so dass die voraus gegangene Schließzeitperiode kürzer wird. Im Falle einer hohen Ladespannung des Kondensators 23 wird der durch die Schließspule 13 fließende Strom größer, so dass die Schließzeitperiode kürzer wird. Zusätzlich kann angenommen werden, dass sich ein inneres Teil eines Vakuumleistungsschalters oder einer Leistungsschaltvorrichtung, die den Vakuumleistungsschalter aufweist, auf einer im Wesentlichen gleichförmigen Temperatur befindet, so dass eine Temperaturinformation an einem bestimmten Punkt in dem inneren Teil der Leistungsschaltvorrichtung eine Temperatur des Kondensators 23 und der Schließspule 13 darstellen kann.
Des Weiteren verlängert sich eine Bewegungsstrecke des beweglichen Kontaktes 5b zum Öffnungszeitpunkt in Folge der Abnutzung des Kontaktes, so dass auch eine Schließzeitperiode mit dieser Strecke länger wird. Eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen einer Bewegungsstrecke d und einer Schließzeitperiode darstellt, in der diese einander zugeordnet sind, wurde vorausgehend vorbereitet. Beim Vorhersagen einer Schließzeitperiode wird die Schließzeitperiode unter Bezugnahme auf diese Tabelle erhalten. Die Schließtaktsteuereinrichtung 73c steuert einen Einschalt(Schließ-)Takt eines Vakuumleistungsschalters auf der Grundlage der Anwendung einer Schließzeitperiode.
Achtes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Gemäß dem vorherigen ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird die Suche nach jedem Wendepunkt an einer Stromwellenform auf der Grundlage der Änderungsrate des Stroms über die Zeit durchgeführt (8). Gemäß diesem achten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ist eine Stromwellenform hingegen durch eine angenäherte Polynomkurve dargestellt. Operationen mit der Suche nach jedem Wendepunkt auf der Grundlage einer solchen angenäherten Kurve sind im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 17 beschrieben.
1) Abfragen des Stromwertes (Schritt S41)
Lässt man eine Zeit t zu, an der ein Vakuumleistungsschalter einen Öffnungsbefehl 0 empfängt, so wird das Abrufen von Strömen, die durch die Verbindungsleitung 31 über das Strommessinstrument 32 fließen, in Intervallen einer Zeit Δtg (10 μs) gestartet, die Stromwerte werden mit dem A/D-Wandler 33a in digitale Daten konvertiert, und die Daten werden in einem Datenfeld G des Speichers 33c gespeichert. Ein Wert bei einer Zeit j·Δtg wird in dem j-ten Element des Datenfeldes G gespeichert. Daraufhin wird das Abrufen zu einer Zeit beendet, wenn N Zahlen von Daten erhalten wurden.
2) Glätten (Schritt S42)
Ein Durchschnittswert aus beispielsweise zehn Zahlen von Daten, die abgerufen wurden, wird in einem Datenfeld F gespeichert (Schritt S42). Durch Glätten werden Rauschkomponenten, welche die in dem Datenfeld G gespeicherten Daten aufweisen, reduziert. Somit können geglättete Abtastdaten in Intervallen von Δtf = 100 μs erhalten werden. Folglich wird ein Wert zu einem Zeitpunkt t = i·Δtf in dem i-ten Element des Datenfeldes F gespeichert.
3) Suche nach dem Maximalwert (Schritt S43)
Eine Elementzahl imax, die den Maximalwert eines Datenfeldes F zur Verfügung stellt, wird erhalten.
4) Festlegen des Wendepunktnachbarpunkt-Suchtsartpunktes (Schritt S44)
Eine Elementzahl, beispielsweise 30 Zahlen, die 3 ms vor imax entspricht, wird als ein Wendepunktnachbarpunkt-Suchstartpunkt festgelegt.
5) Ermitteln einer angenäherten Kurve im Hinblick auf das Datenfeld F (Schritt S45)
Eine Annäherung wird mit einem Polynom unter Verwendung eines kleinsten Quadrates in Bezug auf Werte des Datenfeldes F in einem Bereich von ist bis imax durchgeführt. Beispielsweise wird eine quadratische Kurve (at² + bt + c) angenähert, und die jeweiligen Koeffizienten a, b, c werden ermittelt (s. 18). Die Annäherung durch das kleinste Quadrat ist eine allgemeine bekannte Vorgehensweise, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Auch wenn eine Annäherung nicht auf eine quadratische Annäherung beschränkt ist, ist eine quadratische Kurve leicht zu verarbeiten.
6) Bestimmen, ob die Annäherung erfolgreich ist (Schritt S46)
Es wird mit Vorzeichen eines Koeffizienten a bestimmt, ob die Annäherung erfolgreich war. Mit anderen Worten, wie in 19 gezeigt ist, weist unter der Annahme von a ≥ 0 eine angenäherte Kurve eine nach unten gewölbte konvexe Form auf, was einen Misserfolg bedeutet. Im Fall eines Misserfolgs wird 1 zu ist hinzuaddiert, und das Programm kehrt zurück zu Schritt S45. Falls hingegen a < 0, besitzt eine angenäherte Kurve eine nach unten gewölbte konvexe Form, was bedeutet, dass die Annäherung erfolgreich war. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Wert von imax als ein Annäherungsendpunkt ied (imax = ied) festgelegt.
7) Ermitteln eines Extrapolationsfehlers (Schritt S47)
Es wird ein Fehler D = F(t) – (at² + bt + c) hinsichtlich eines Extrapolationspunktes t = ied + 1 ermittelt.
8) Bestimmen, ob es sich um einen Nachbarpunkt eines Wendepunktes handelt (Schritt S48)
Ob es sich um einen Nachbarpunkt eines Wendepunktes handelt, wird in Abhängigkeit davon bestimmt, ob ein Fehler D einen Entscheidungswert übersteigt, der vorausgehend bestimmt wurde. Unter der Annahme, dass es sich um einen Nachbarpunkt eines Wendepunktes handelt, ist dies ein Wert, der nicht mehr als der Entscheidungswert ist. Daraufhin lässt man beispielsweise einen Entscheidungswert 5 zu; unter der Annahme von D ≥ 5, wie in 20 gezeigt ist, handelt es sich nicht um einen Nachbarpunkt eines Wendepunktes, und das Programm geht weiter zu dem nächsten Schritt S19. Unter der Annahme von D > 5, wie in 21 gezeigt ist, handelt es sich um einen Nachbarpunkt eines Wendepunktes, und das Programm geht weiter zu Schritt S50.
9) Neuberechnung der angenäherten Kurve (Schritt S49)
1 wird zu einem Wert von ied hinzuaddiert. Eine quadratische Kurve (at² + bt + c) wird unter Verwendung eines geringsten Quadrats wieder in Bezug auf Werte eines Datenfeldes F in einem Bereich von ist bis ied angenähert, und die jeweiligen Koeffizienten a, b, c werden ermittelt. Daraufhin kehrt das Programm zurück zu Schritt S47, und der Vorgang von Schritt S47 bis Schritt S49 wird wiederholt, bis ein Nachbarpunkt des Wendepunktes erhalten wird.
10) Festlegen des Wendepunktsuche-Startpunktes (Schritt S50)
Eine Elementzahl eines Datenfeldes G, die einem Umkehrpunkt entspricht, beispielsweise 100 μs ab dem Nachbarpunkt des Wendepunktes, wird als Wendepunktsuche-Startpunkt jst festgelegt. Mit anderen Worten, jst = 10 × (ied – 1)
12) Festlegen des Wendepunktsuche-Endpunktes (Schritt S51)
Eine Elementzahl eines Datenfeldes G, die einem Punkt beispielsweise 200 μs vor dem Nachbarpunkt des Wendepunktes entspricht, wird als Wendepunktsuche-Endpunkt jed festgelegt. Mit anderen Worten, jed = 10 × (ied + 2).
13) Ermitteln einer angenäherten Kurve (Schritt S52)
Eine Annäherung wird mit einem Polynom unter Verwendung eines kleinsten Quadrats in Bezug auf Werte des Datenfeldes G in einem Bereich von jst bis jed durchgeführt. Beispielsweise wird eine quadratische Kurve (at² + bt + c) angenähert, und die jeweiligen Koeffizienten a, b, c werden ermittelt.
14) Bestimmen des Wendepunktes (Schritt S53)
Wie in 22 gezeigt ist, wird tp = –b/(2a), das den Minimalwert einer quadratischen Kurve (at² + bt + c) zur Verfügung stellt, als eine Position des Wendepunktes P festgelegt. Unter Bezugnahme auf 22 sind ferner Dn, Dn + 1, Dn + 2, Dn + 3, die durch schwarze Punkte angegeben sind, Daten in dem Datenfeld G.
15) Berechnung der Zeitdifferenz an Wendepunktpositionen (Schritt S54)
Eine Zeitdifferenz (tp0 – tp) zwischen einer Zeit tp, die der Position eines Wendepunktes P1 entspricht, der auf diese Weise gesucht wurde, und einer Zeit tp0, die der Position eines Wendepunktes zu einer Zeit entspricht, als der Kontakt nicht abgenutzt war, und der vorausgehend gemessen wurde, wird ermittelt.
15) Berechnung des Kontaktabnutzungsbetrags (Schritt S55)
Die Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung 33d ermittelt einen Kontaktabnutzungsbetrag aus einem Ausdruck oder einer Tabelle der Beziehung zwischen der Zeitdifferenz (tp0 – tp) und einem Kontaktabnutzungsbetrag (fast proportional), der vorausgehend durch Experiment oder Berechnung ermittelt wurde.
Bei der oben beschriebenen Prozedur ist es möglich, die Position eines Wendepunktes einer Stromwellenform der Öffnungsspule unter Verwendung der Annäherung durch ein geringstes Quadrat zu ermitteln, und einen Kontaktabnutzungsbetrag aus der Position des Wendepunktes P (Zeit tp, wenn der Wendepunkt P stattfindet) zu ermitteln. Dadurch wird es möglich, einen Kontaktabnutzungsbetrag ohne die Verwendung irgend eines optischen Detektors zu messen, wodurch es ermöglicht wird, die Größe einer Vorrichtung durch Beseitigen der Notwendigkeit einer optischen Einstellung zu verringern. Die Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung 33 kann mit nur einer Einchip-IC realisiert werden, so dass sie für die Integration in einen Vakuumleistungsschalter geeignet ist, was insbesondere erforderlich ist, um eine Verringerung der Größe und des Gewichts sowie der Kosten zu erzielen.
Ferner kann ein Wendepunkt P oder Q nicht nur durch eine Wendepunkt-Sucheinrichtung, Minimalpunkt-Sucheinrichtung oder dergleichen, sondern mit dem folgenden Verfahren ermittelt werden. Beispielsweise wird eine Wellenform J von Strömen, die in 5 gezeigt ist, auf einem Bildschirm einer Anzeigevorrichtung angezeigt; die Wendepunkte P und Q werden bei der visuellen Betrachtung dieses Anzeigebildschirms mit einer Maus angeklickt; die Zeiten tp und tq werden aus angeklickten Adresspunkten ermittelt; und ein Kontaktabnutzungsbetrag wird automatisch aus der gleichen Datenbank von Kontaktabnutzungsbeträgen wie der bei dem ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung Verwendeten berechnet.
Neuntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
In jedem der vorherigen Beispiel zur Erläuterung der Erfindung sind mehrere Erfassungsverfahren auf der Grundlage einer Stromwellenform beschrieben. Im Falle einer Öffnungs- oder Schließspule hingegen, die durch eine elektrische Ladung von Kondensatoren erregt werden, tritt ein Wendepunkt dieser Spannung ähnlich dem des Stroms auf. Folglich können die Bedingungen einer Vorrichtung wie etwa Kontaktabnutzungsbetrag, Öffnungszeitperiode oder Schließzeitperiode mit dem gleichen Verfahren ermittelt werden. Gemäß diesem neunten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird ein Kennbetrag mit einem Wendepunkt dieser Spannungswellenform erhalten. 23 zeigt Resultate der Messung von Spannungen, die an einer nicht erregten Spule induziert werden sollen, d. h. der Schließspule 13 zum Zeitpunkt der Öffnungsoperation (durch eine dünne Linie angegeben), und entspricht 5, welche eine Stromwellenform zeigt. Ferner zeigt eine dicke durchgezogene Linie in der Zeichnung einen Hub des beweglichen Eisenkerns 16.
Unter Bezugnahme auf 23 kann ein Wendepunkt P einer ermittelten Spannungswellenform beispielsweise auf der Grundlage von deren Zeitdifferentialcharakteristiken ermittelt werden, und eine Öffnungsstartzeit (Kontaktbewegungs-Startzeit) tp kann ermittelt werden. Folglich wird es möglich, die Änderung des Kennbetrags einer Leistungsschaltvorrichtung durch das gleiche Verfahren wie das oben für den Fall der Verwendung einer Stromwellenform beschriebene zu ermitteln.
Zehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Gemäß den vorherigen Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ist die Information über eine Änderung an Wendepunkten einer Stromwellenform von einem Bewegungsstartpunkt zu einem Bewegungsabschlusspunkt eines beweglichen Eisenkerns (der dem Öffnungsbeendigungspunkt Q in dem Beispiel von 15 entspricht) ein Ziel. Bei diesem zehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird beschrieben, dass eine Änderungsinformation aus einer Wellenform nach der Beendigung der Bewegung des beweglichen Eisenkerns erhalten werden kann.
Unter Bezugnahme auf 24 stellt eine Stromwellenform nach dem Abschluss der Operation, d. h. an und nach dem Punkt Q, bei dem es sich um den Zeitpunkt der Beendigung der Bewegung des beweglichen Eisenkerns handelt, eine Wellenform dar, bei der eine Änderung des Stroms überlagert ist, die durch Prellen eines beweglichen Teils des elektromagnetischen Betätigungsmechanismus beim Auftreffen verursacht wird. Ferner reflektiert eine Größe dieses mechanischen Prellens Bedingungen wie etwa die Antriebsgeschwindigkeit oder den Befestigungszustand der Leistungsschaltvorrichtung. Somit ist es möglich, die Änderung des Zustands einer Vorrichtung aus der Veränderung der Stromwellenform an und nach diesem Punkt Q zu erfassen.
Konkret gesagt wird eine Stromwellenform in einem Fall ohne Prellen unter Verwendung von mehreren spezifischen Punkten aus einer Stromwellenform an und nach dem Punkt Q geschätzt, und eine Differenz zwischen dieser geschätzten Stromwellenform (die durch eine interpolierte Kurve einschließlich eines gestrichelten Teils von 24 angezeigt ist) und einer tatsächlich gemessenen Wellenform (die durch eine durchgezogene Linie angezeigt ist) wird erhalten. Diese differentielle Wellenform, die in der unteren Hälfte von 24 gezeigt ist, stellt eine Größe des oben erwähnten mechanischen Prellens dar. Numerische Werte wie etwa der Maximalwert, die Zeitbreite einer Wellenform oder ihr Integralwert, werden aus dieser differentiellen Wellenform extrahiert. Diese numerischen Werte werden mit Daten in einem Normalzustand oder mit vorausgehend bestimmten Grenzwerten verglichen, wodurch die Bestimmung des Zustands einer Leistungsschaltvorrichtung vorgenommen wird. Falls irgend ein Fehler bestimmt wird, wird ein Fehlersignal ausgegeben. Durch Hinzufügen einer solchen Fehlerbestimmungseinrichtung ist es möglich, vorausgehend einen Fehlerzustand der Vorrichtung zu kennen.
Elftes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Obgleich eine Vakuumleistungsschalter als Beispiel für eine Leistungsschaltvorrichtung verwendet wird, kann diese Erfindung selbstverständlich auf eine Leistungsschaltvorrichtung angewendet, welche einen ähnlich aufgebauten elektromagnetischen Betätigungsmechanismus wie etwa einen in Luft schaltenden Unterbrecher oder einen elektromagnetischen Schutz aufweist. Des Weiteren ist diese Erfindung auf einen breiteren Bereich von Geräten anwendbar.
25 zeigt das elfte Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, bei der eine erfindungsgemäße Zustandserfassungsvorrichtung auf einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus zum Antreiben einer Bremsvorrichtung zur Verwendung z. B. in einem Aufzug angewendet wird. In der Zeichnung ist der elektromagnetische Mechanismus 100 ähnlich wie der elektromagnetische Mechanismus 10, der unter Bezugnahme auf die 1, 3 beschrieben ist, wobei ein beweglicher Eisenkern 103 ein Verbindungsteil 104 in der Querrichtung des Zeichnungsblattes durch Betätigungsströme antreibt, die durch ein Paar von Spulen 101, 102 fließen. 25 zeigt einen Zustand, in dem die Bremsvorrichtung betätigt ist, wobei ein Bremshebel 106 eine Schiene 107 mit einer konstanten Kraft in Folge der Spannung einer Freigabefeder 105 umfasst, was in der Erzeugung einer Bremskraft resultiert.
Wenn Strom an die Spulen 101, 102 gelegt wird, um sie zu erregen, verschiebt sich der bewegliche Eisenkern 103 in der Zeichnung nach links und veranlasst den Bremshebel 106 zu einer Drehung, während er auf die Freigabefeder 105 drückt. Der Bremshebel 106 hebt von der Schiene 107 ab, was in einem Nachlassen der Bremskraft resultiert. Somit beginnt sich die Aufzugkabine zu bewegen.
26 zeigt eine Spulenstromwellenform der Bremsvorrichtung von 25. Unter Bezugnahme auf 26 ist ein Wendepunkt P nach dem Zeitpunkt der Stromspitze eine Bremsenfreigabeoperation-Beendigungszeit. Wenn sich des Weiteren z. B. die Reibung an dem Verbindungsteil aufgrund einer Verschlechterung im Verlauf der Zeit erhöht und sich der Zustand des Mechanismus geändert hat, nimmt ein Stromwert zu, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Der Wendepunkt verschiebt sich in der Reihenfolge P1 → P2 → P3, und eine Bremsenfreigabeoperation-Beendigungszeitperiode wird länger.
Folglich wird die Information über die Änderung hinsichtlich des Wendepunktes im Verlauf der Zeit von der Einrichtung zum Suchen eines Wendepunktes einer Stromwellenform auf die gleiche Weise, wie in dem voraus gegangenen ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung und dergleichen beschrieben ist, erfasst und überwacht, wodurch ein Fehleralarm vor dem Auftreten eines Fehlbetriebs übertragen wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten eines Fehlers zu verhindern und die Wartung zuverlässig durchzuführen.
Natürlich hat auch die Änderung der Reibung an dem Bremsklotzteil einen Einfluss auf die Zeitinformation über den gesuchten Wendepunkt, so dass es möglich ist, eine Reibung aus den Daten des Wendepunktes zu schätzen.
Ferner ist die Erfindung nicht auf eine Bremsvorrichtung eines Aufzugs beschränkt, sondern ist ebenso auf eine Ventilvorrichtung anwendbar, die den Schaltbetrieb von Ventilen zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug durchführt, wobei die gleichen Vorteile erzielt werden.
Des Weiteren ist die Erfindung auch allgemein auf die Zustandserfassung eines elektromagnetischen Betätigungssystems anwendbar, bei dem sich Antriebscharakteristiken auf Grund einer Änderung in einem Zustandsfaktor wie etwa Reibung oder dergleichen einer betätigten Vorrichtung ändern, die von dem elektromagnetischen Betätigungssystem angetrieben wird, oder auf die Zustandserfassung der betätigten Vorrichtung, die von dem elektromagnetischen Betätigungssystem betätigt wird.
Ferner wird in einigen Bereichen der Anwendung einer Zustandserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nur eine Spule eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus verwendet. Um bei einer solchen Vorrichtung einen Wendepunkt aus einer Spannungswellenform zu suchen, ist es nötig, eine Spannung dieser Spule zu messen, während sie mit Strom von einer Antriebsleistungsversorgung wie etwa Kondensatoren versorgt wird. In diesem Fall ist die Änderung eines Spannungsabfalls, der bei einem internen Widerstand der oben erwähnten Antriebsleistungsversorgung in Folge einer Änderung des Stroms auftritt, eine Spannungsänderungs-Wellenform, welche das Ziel einer Suche darstellt.
Zwölftes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Im Folgenden wird eine Vorgehensweise zum einfachen Erfassen einer Änderung der Kapazität des Kondensators beschrieben, der als Antriebsleistungsversorgung eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus dient (s. 1). Mit anderen Worten, in einem Kondensator findet allgemein eine Verschlechterung von Elementen im Verlauf der sich wiederholenden Lade- und Entladevorgänge statt, und seine elektrostatische Kapazität nimmt allmählich ab. Wenn die Kapazität des Kondensators unter ein bestimmtes Niveau abfällt, kann der Strom für die Durchführung einer normalen Antriebsoperation nicht an Spulen geliefert werden, was in einem Fehlbetrieb des elektromagnetischen Betätigungssystems resultiert. Folglich ist es erforderlich, die Kapazität zu überwachen.
27 zeigt eine Spannungswellenform einer Anschlussspannung des Kondensators zum Zeitpunkt der Entladung in Spulen. Des Weiteren wird insbesondere die Änderung der Spannungswellenform berücksichtigt, falls sich die Kapazität des Kondensators ändert. Mit anderen Worten, wie in der Zeichnung gezeigt ist, wenn die Kapazität des Kondensators von einem anfänglichen Zustand (100%) auf 80%, 60% abgenommen hat, ist festzustellen, dass sich eine Dämpfungsgeschwindigkeit der Spannung ändert. Daher kann die Kapazitätsverschlechterung des Kondensators durch das Erfassen einer solchen Spannungsdämpfung erfasst werden, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode ab dem Moment des Anlegens der Spannung vergangen ist. Nimmt man an, dass ein Alarm übertragen wird, wenn eine vorgegebene Kapazitätsverringerung erfasst wird, so ist es möglich, das Auftreten eines Defektes des elektromagnetischen Betätigungssystems zu verhindern, und es ist ebenso möglich, die Wartung zuverlässig durchzuführen. Insbesondere unter der Annahme, dass diese Kapazitätsänderungs-Erfassungseinrichtung in eine Schaltsteuervorrichtung gemäß dem sechsten und siebten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung (s. 15, 16) integriert ist, ist es möglich, eine Kapazität des Kondensators ohne die Verwendung einer speziellen Kapazitätsüberwachungseinrichtung zu überwachen, wodurch es ermöglicht wird, eine Steuervorrichtung kostengünstig vorzusehen.
Dreizehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Eine Vorgehensweise zum einfachen Erfassen einer Umgebungstemperatur eines elektromagnetischen Betätigungssystems wird im Nachfolgenden beschrieben. Ein extrem schwacher Strom wird an eine Schließspule 13 oder eine Öffnungsspule 14 eines elektromagnetischen Betätigungssystems zu einer vorgegebenen Zeit angelegt, wenn der Unterbrecher nicht in Betrieb ist, und die Ausgangsspannung wird gemessen. Es wird angemerkt, dass sich der Widerstand z. B. eines Leiters zur Verwendung in Spulen in Bezug auf eine Temperatur linear verändert. Folglich wurde ein Widerstand der Spule vorausgehend gemessen, und die Änderungsrate des Widerstands relativ zu dem oben erwähnten Widerstand wird gemessen, wodurch es im Prinzip ermöglicht wird, eine Umgebungstemperatur zu erfassen. Da sich eine Ausgangsspannung in einem Fall, in dem ein extrem schwacher Strom fließt, bei einer Änderung des Widerstands gemäß V = I·R verändert, kann die Änderung der Umgebungstemperatur durch Überwachen der oben erwähnten Ausgangsspannung überwacht werden.
Somit wird ein Fehleralarm übertragen, bevor das Auftreten eines Fehlbetriebs eines Unterbrechers gemäß einer Umgebungstemperatur erfasst wird, wodurch es möglich ist, das Auftreten eines jeglichen Fehlers zu verhindern, sowie die Wartung zuverlässig durchzuführen. Nimmt man weiter an, dass eine geschätzte Temperatur in der Schaltsteuervorrichtung gemäß dem sechsten und siebten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung abgerufen wird (s. 15, 16), so ist es möglich, eine Umgebungstemperatur ohne die Verwendung eines speziellen Thermometers zu überwachen, wodurch es ermöglicht wird, eine kostengünstige Steuervorrichtung vorzusehen.
Obgleich hierbei Öffnungs-/Schließspulen des elektromagnetischen Betätigungsmechanismus 10 verwendet werden, ist es ferner auch bevorzugt, beispielsweise eine kleine Spulenwicklung zum Messen der Temperatur zu verwenden. Diese Wicklung muss nicht unbedingt in den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus 10 integriert sein.
Vierzehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Bei dieser Ausführungsform ist eine weitere Vorgehensweise zum einfachen Erfassen einer Umgebungstemperatur eines elektromagnetischen Betätigungssystems beschrieben. 28 zeigt ein Beispiel für die Schätzung einer Umgebungstemperatur unter Verwendung eines Hall-Elements. Unter Bezugnahme auf 28 ist eine Magnetfluss-Überwachungsöffnung in einem Teil eines fest stehenden Eisenkerns ausgebildet, und ein Hall-Element 110 ist an dieser Überwachungsöffnung montiert. Im Allgemeinen besitzt eine Ausgangsspannung von dem Hall-Element einen konstanten Gradienten in Bezug auf eine Umgebungstemperatur. Mit anderen Worten, Vh = K·α·B (wobei Vh eine Hall-Element-Ausgangsspannung, K ein Temperaturkoeffizient, α eine Ausgabeempfindlichkeit bei einer gewöhnlichen Temperatur, und B eine Magnetflussdichte ist). Falls der elektromagnetische Betätigungsmechanismus 10 einen geöffneten oder geschlossenen Zustand hält und ein Permanentmagnet ein konstantes Magnetfeld erzeugt, erscheint eine Änderung der Hall-Element-Ausgangsspannung Vh nur in Form einer Temperaturänderung auf der Grundlage des oben erwähnten Temperaturkoeffizienten k. Mit anderen Worten, es wird möglich, eine Umgebungstemperatur durch Überwachen der Änderung von Vh zu schätzen.
Somit wird ein Fehleralarm übertragen, bevor das Auftreten eines Fehlbetriebs eines Unterbrecher gemäß einer Umgebungstemperatur erfasst wurde, wodurch es möglich ist, das Auftreten eines jeglichen Fehlers zu verhindern, sowie die Wartung zuverlässig durchzuführen. Nimmt man weiter an, dass eine geschätzte Temperatur in der Schaltsteuervorrichtung gemäß dem sechsten und siebten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung (s. 15, 16) abgerufen wird, ist es möglich, eine Umgebungstemperatur ohne die Verwendung eines speziellen Thermometers zu überwachen, wodurch es ermöglicht wird, eine kostengünstige Steuervorrichtung vorzusehen.
Auch wenn ein Hall-Element auf der Umfangsseite eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus angeordnet ist, kann sich diese Anordnungsposition an einer beliebigen Stelle befinden unter der einzigen Bedingung, dass sie auf dem Weg eines Pfades liegt, durch den der Magnetflusses des Permanentmagneten 16a verläuft.
Fünfzehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Bei diesem Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird eine Zustandserfassungsvorrichtung beschrieben, die in der Lage ist, die Operation zum Ermitteln einer Stromwertinformation oder einer Spannungswertinformation am Wendepunkt einfach durchzuführen.
29 ist eine Ansicht einer Operationsverarbeitungssektion gemäß einem fünfzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 29 sind eine Differentialwellenform 1. Ordnung-Erfassungseinrichtung 124 zum Erfassen einer Differentialwellenform 1. Ordnung des durch eine Öffnungsspule 121 fließenden Stroms, und eine Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 zum Erfassen eines Nulldurchgangspunktes dieser differentiellen Wellenform und Ausgeben eines Impulssignals am Nulldurchgangspunkt vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf 30 werden Punkte mit einem extrem großen Wert und einem extrem kleinen Wert von den Wendepunkten an einer Stromwellenform dieser 30(a) durch Nulldurchgangspunkte an einer Differentialstromwellenform 1. Ordnung ersetzt (30(b)). Unter Bezugnahme auf 29 ruft die Stromsignal-Wandlereinrichtung 126A ein Impulssignal aus der Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 als ein Triggersignal ab, ruft einen Stromwert der Öffnungsspule 121 aus der Stromwellenform-Erfassungseinrichtung 122 als Stromänderungsinformation an diesen Wendepunkten ab, und liefert sie an die Kennbetrag-Messvorrichtung 125.
Die Spannungssignal-Wandlereinrichtung 126B ruft ein Impulssignal aus der Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 als Triggersignal ab, ruft einen Spannungswert der Öffnungsspule 121 aus der Spannungswellenform-Erfassungseinrichtung 123 als Spannungsänderungsinformation an diesen Wendepunkten ab, und liefert sie an die Kennbetrag-Messvorrichtung 125.
Da Wendepunkte an einer Stromwellenform gemäß einer solchen Anordnung als eine Vielzahl von Impulssignalen durch die Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 extrahiert werden, ist es nicht nötig, alle Wellenformen für Strom und Spannung abzurufen. Nur gemessene Werte, die durch Lesen eines Impulssignals als Triggersignal durch den A/D-Wandler erhalten werden, müssen in einer Operationseinheit verarbeitet werden. In Folge dessen ist es möglich, eine Lastverringerung der Operationseinheit und der Vorrichtungsanordnung mit geringen Kosten zu erzielen.
Ferner kann eine differentielle Stromwellenform mit einem drahtgewickelten CT erfasst werden. Da jedoch eine Stromwellenform eines allgemeinen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus viele Signale eines Frequenzbandes in der Umgebung von 10 Hz aufweist, kann eine genaue Messung in Folge des Einflusses der Sättigung eines Kerns eines normalen drahtgewickelten CT, der mit einem Kern ausgerüstet ist, nicht vorgenommen werden. Eine genauere Messung kann unter Verwendung eines Luftkern-CTs (des so genannten Rogowski-CTs) durchgeführt werden.
Wie in 29 gezeigt ist, ist es bevorzugt, wenn eine ODER-Schaltung 129 vorgesehen ist, wodurch ein Impulssignal, das einer spezifischen Zeit entspricht und an einer Zeitgebereinheit 128 unter Bezug auf ein Ansteuerbeginn-Befehlssignal erzeugt wird, als ein Impulssignal hinzugefügt wird, das als Triggersignal verwendet werden soll.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn ein erfasster Spannungswert oder ein erfasster Spannungsdifferentialwert das Ziel der Nulldurchgangerfassung ist, und nicht ein erfasster Stromwert.
Wie in 30(c) gezeigt ist, ist es bevorzugt, eine Schaltung hinzuzufügen, die dazu dient, das elektrische Signal von einer Differentialwellenform 1. Ordnung-Erfassungseinrichtung 124 weiter in eine Differentialschaltung zu lassen, um ein Differentialstromsignal 2. Ordnung abzurufen, und eine Spitzenerfassung oder Nulldurchgangerfassung des Differentialsignals 2. Ordnung durchzuführen. Der Spitzenwert oder der Nulldurchgangspunkt des Differentialstromsignals 2. Ordnung stellt einen Wendepunkt des Stromsignals dar, so dass die Durchsuchung eines breiteren Bereichs von Wendepunkten und die Anwendung und Ermittlung einer Änderungsinformation an diesen Wendepunkten einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.
Sechzehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
31 ist ein Schemadiagramm, das eine Zustandserfassungsvorrichtung gemäß einem sechzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt. Dieses sechzehnte Beispiel zur Erläuterung der Erfindung hat die Aufgabe, die Durchführung des Ermittelns einer Änderungsinformation auf die gleiche Weise wie bei dem voraus gegangenen fünfzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung auf einfache Weise vorzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 31 ist die Tatsache, dass eine Differentialwellenform 1. Ordnung-Erfassungseinrichtung 124 zum Erfassen einer Differentialwellenform 1. Ordnung eines Stroms durch die Öffnungsspule 121, und eine Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 zum Erfassen von Nulldurchgangspunkten dieser differentiellen Wellenform und Ausgeben eines Impulssignals an diesen Nulldurchgangspunkten vorgesehen sind, die gleiche wie bei dem voraus gegangenen ersten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
Andererseits werden Signale, die von der Spannungswellenform-Erfassungseinrichtung 123 ausgegeben werden, an die Schwellwerterfassungseinrichtung 130 eingegeben. Nur Impulssignale von dieser Schwellwerterfassungseinrichtung 130 und Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127 werden an eine Operationseinheit der Kennbetrag-Messvorrichtung 125 eingegeben.
Wie in 32 gezeigt ist, gibt die Schwellwerterfassungseinrichtung 130 Signale aus, von denen das Ausgangsimpulssignal EIN ist, so lange Eingangssignale größer als ein konstanter Schwellwert sind. Somit umfassen Informationen über eine Pulsbreite-Zeitperiode zu diesem Zeitpunkt Informationen über eine Dämpfungswellenform der Spannung. Es ist möglich, diese Pulsbreiteninformation als einen der Messwerte für die Berechnung von Zustandsfaktoren einer Vorrichtung zu verwenden.
Eine Operationseinheit der Kennbetrag-Messvorrichtung 125 berechnet einen Zustandsfaktor der Leistungsschaltvorrichtung auf der Grundlage von Zeitinformationen bei jedem Impulssignal von der Schwellwerterfassungseinrichtung 130 und Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung 127.
Zusätzlich ist es bevorzugt, Signale von der Stromwellenform-Erfassungseinrichtung 122 als Eingabesignale der Schwellwerterfassungseinrichtung 130 zu verwenden. Durch die Anwendung einer solchen Anordnung ist es möglich, auf eine A/D-Wandlersektion zu verzichten, wodurch es möglich wird, eine Operationseinheit mit geringeren Kosten vorzusehen.
Siebzehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Gemäß jeder der voraus gegangenen Beispiel zur Erläuterung der Erfindung werden Einrichtungen und Verfahren zum Erfassen von spezifischen Zuständen wie beispielsweise einer Kontaktbewegungs-Startzeit oder einer Kontaktbewegungs-Beendigungszeit beschrieben, und ferner eines Kennbetrags wie etwa des Abnutzungsbetrags eines Schaltkontaktes auf der Grundlage seiner Variation über die Zeit mit Informationen, die von Wendepunkten an einer Ausgangswellenform angegeben werden, die von einer Messeinrichtung für einen Strom oder eine Spannung zur Verfügung gestellt wird. In der voraus gegangenen Beschreibung bestätigt es sich, dass diese Einrichtungen und Verfahren im Vergleich mit den herkömmlichen Einrichtungen und Verfahren ferner nützlich sind.
Die vorliegende Erfindung, bei der es sich um eine Zustandserfassungsvorrichtung handelt, welche Änderungsinformationen an Wendepunkten an einer Ausgangswellenform ermittelt, die von einer Messeinrichtung zum Messen eines durch eine elektromagnetische Spule fließenden Stroms oder einer an einer elektromagnetischen Spule erzeugten Spannung zur Verfügung gestellt werden, und die einen Zustand einer betätigten Vorrichtung oder eines elektromagnetischen Betätigungssystems auf der Grundlage dieser Änderungsinformationen schätzt, ist jedoch auch als eine Einrichtung zum Erfassen eines noch breiteren Bereichs von Zuständen als in den Beispielen zur Erläuterung der Erfindung wirksam, die vorausgehend als konkrete Beispiele angegeben wurden. Bei ihrer tatsächlichen Anwendung sind jedoch die folgenden Punkte zu erwägen.
Mit anderen Worten, eine Änderungsinformation, bei der es sich um eine Zeitinformation, Stromwertinformation und Spannungswertinformation an jedem Wendepunkt handelt, wird im Allgemeinen von mehreren Arten von Zuständen beeinflusst, d. h. von der Änderung einer Vielzahl von Zustandsfaktoren. Um einen Zustandsbetrag dieser Vielzahl von Zustandsfaktoren auf angemessene Weise und mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wird folglich nicht nur die Analyse des Phänomens benötigt, wenn jeweilige Zustandsfaktoren zu einer Änderung veranlasst werden, sondern es wird ferner auch die Analyse eines komplexen Phänomens benötigt, das durch die Vielzahl von Faktoren verursacht wird.
Gemäß diesem siebzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, werden verschiedene nützliche Verfahren unter dem oben erwähnten Gesichtspunkt beschrieben, obgleich sich ein Teil der Beschreibung mit den voraus gegangenen Beschreibungen überdeckt. Obgleich eine Leistungsschaltvorrichtung als eine betätigte Vorrichtung angenommen und beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass dieses siebzehnte Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ebenso auf andere Vorrichtungen anwendbar ist, wie etwa auf die in dem elften Beispiel zur Erläuterung der Erfindung dargestellte Bremsvorrichtung.
33 zeigt den Strom und die Spannung einer Öffnungsspule zum Öffnungszeitpunkt. Eine Ladespannung des Kondensators wird als Antriebsleistungsversorgung verwendet. Eine Stromwellenform oder Spannungswellenform der Spule wiederholt eine komplizierte Variation vom Start des Übertragens von Spulenstrom bis zur Beendigung der Betätigung eines beweglichen Teils oder bis nach der Betätigungsbeendigung, und besitzt komplizierte Wendepunkte, wie in der Zeichnung durch A bis H angegeben ist. Ferner gibt in der Zeichnung ein Punkt I als Beispiel einen Merkmalszeitpunkt an, der in dem später beschriebenen achtzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung beschrieben werden soll. Diese Wendepunkte treten je nach der Öffnungs-/Schließoperation oder je nach den Typen des elektromagnetischen Betätigungssystems auf verschiedene Weise auf. Eine Stromwellenform und eine Spannungswellenform werden in der Schaltsteuervorrichtung von der Stromwellenform-Erfassungseinrichtung und der Spannungswellenform-Erfassungseinrichtung abgerufen. Danach werden Wendepunkte in einer Wellenform unter Verwendung eines Analysealgorithmus aus diesen Wellenformdaten extrahiert, um Zeiten zu erhalten, die diesen Punkten Ta–Th, Stromwerten Ia–Ih und Spannungswerten Va–Vh entsprechen.
Diese Messwerte werden in Abhängigkeit von einem Zustand der Leistungsschaltvorrichtung variiert. Hierbei ist ein Zustand der Leistungsschaltvorrichtung ein Wert von Faktoren, die dazu führen, dass sich Betriebscharakteristiken der Leistungsschaltvorrichtung ändern. Auf Grund der Tatsache, dass eine Variation dieser Faktoren einen vorgegebenen Wert übersteigt, tritt irgend ein Betriebsfehler der Leistungsschaltvorrichtung auf, oder die Wahrscheinlichkeit des Auftretens irgend eines Betriebsfehlers nimmt zu. Diese Zustandsfaktoren können sich in Abhängigkeit von der Betriebshistorie der Leistungsschaltvorrichtung oder im Lauf der Zeit ändern. Konkret gesprochen umfassen die Zustandsfaktoren eine Temperatur der Leistungsschaltvorrichtung, eine Reibungskraft, die an einem beweglichen Teil erzeugt wird, eine Kapazität des Kondensators, und eine Ladespannung des Kondensators im System für die Übertragung von Strom durch Spulen unter Verwendung des Kondensators, eine Leistungsversorgungsspannung im System für die Übertragung von Strom durch Spulen unter Verwendung einer Konstantspannungs-Leistungsversorgung, einen Widerstandswert in einer Spulenstrom-Übertragungsschaltung, einen Abnutzungsbetrag von Schaltkontakten in einem Vakuumventil, und eine Haltekraft zum Öffnen oder Schließen mit einem Permanentmagneten.
34 zeigt ein Beispiel einer Spulenstromwellenform zum Öffnungszeitpunkt einer Leistungsschaltvorrichtung im Normalzustand und eine Spulenstromwellenform in der Leistungsschaltvorrichtung, bei der die Reibung eines Antriebsteils erhöht ist. Bei diesem Beispiel wird eine elektromagnetische Spule von einem Entladestrom von dem Kondensator angesteuert. Wenn eine Reibungskraft, die an dem beweglichen Teil erzeugt wird, zunimmt, wirken eine auf den beweglichen Eisenkern einwirkende Federkraft und ein Teil der elektromagnetischen Kraft der Reibung entgegen, was in einer Verringerung der Kraft zum Antreiben des beweglichen Eisenkerns und in einer Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns resultiert. Daher werden eine Zeitperiode ab dem Beginn der Bewegung des beweglichen Eisenkerns bis zum Beginn des Abrückens eines Schaltkontaktes, und eine Zeitperiode ab dem Beginn der Bewegung des beweglichen Eisenkerns bis zur Beendigung der Betätigung des beweglichen Eisenkerns länger. Mit anderen Worten, die Zeiten Tb, Tf an den Wendepunkten B, F werden verzögert. Da ferner eine Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns zu einem Zeitpunkt Punkt B, wenn der Schaltkontakt abzurücken beginnt, im Vergleich mit der zu einer normalen Zeit geringer wird, ist die Wahrscheinlichkeit einer elektromotorischen Gegenspannung, die an Spulen gemäß einer Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns erzeugt wird, und des Fließens eines Stroms erhöht. Folglich besteht eine Tendenz, dass ein Stromwert Ib an einem Wendepunkt B größer als verglichen mit dem in einem Normalzustand ist.
Ferner erhöht sich an einem Punkt F der Betätigungsbeendigung des beweglichen Teils ein Stromwert If in Folge der Abnahme der Geschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns. In Folge des Umstandes, dass eine Ansteuerzeitperiode länger wird, nimmt ferner eine elektrische Ladung zu, die von dem Kondensator entladen wird, bis ein Wendepunkt F erreicht ist, und ein Spannungswert Vf an dem Wendepunkt F wird verringert, wodurch eine Stromwert If verringert wird. Da dieser Effekt hinzukommt, ist die Änderung, die von der Änderung des Stromwertes an dem Wendepunkt B verschieden ist, an dem Wendepunkt F gezeigt. Die Werte für die Zeit, den Strom oder die Spannung ändern sich ebenso gemäß einer Reibungskraft an den anderen Wendepunkten.
35 zeigt ein Beispiel für eine Spulenstromwellenform zum Öffnungszeitpunkt der Leistungsschaltvorrichtung im Normalzustand, und eine Spulenstromwellenform eines abgenutzten Schaltkontaktes in der Leistungsschaltvorrichtung. Bei diesem Beispiel wird eine elektromagnetische Spule von einem Entladestrom von dem Kondensator angesteuert. Wenn der Schaltkontakt abgenutzt ist, beginnt eine Strecke, um die sich der bewegliche Eisenkern verschiebt, von einem Bewegungsstartpunkt A des beweglichen Eisenkerns bis zu einem Punkt B, an dem der Schaltkontakt abzurücken beginnt, kürzer. Daher wird eine Zeit Tb an dem Punkt B ein kleinerer Wert im Vergleich mit einem normalen Zustand. Des Weiteren ist eine Strecke, um die sich der bewegliche Eisenkern verschiebt, von dem Bewegungsstartpunkt A des beweglichen Eisenkerns bis zu dem Punkt B, an dem der Schaltkontakt abzurücken beginnt, als Kompression einer Feder zu verstehen. Da die Kompression der Feder geringer wird, wird eine Geschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns an dem Wendepunkt B im Vergleich mit der in einem Normalzustand geringer. Folglich verringert sich eine elektromotorische Gegenspannung, die an der Spule erzeugt wird, gemäß einer Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns, und das Fließen eines Stroms wird wahrscheinlicher. Somit tendiert ein Stromwert Ib an dem Wendepunkt B dazu, im Vergleich mit einem Normalzustand größer zu sein. Ferner wird am Betätigungsbeendigungspunkt F des beweglichen Eisenkerns die Zeit Tb an dem Wendepunkt F in Folge der Abnahme der Geschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns größer. Des Weiteren erhöht sich im Hinblick auf den Effekt der Erhöhung eines Stromwertes If in Folge der Abnahme der Geschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns eine elektrische Ladung, die aus einem Kondensator entladen werden soll, bis der Wendepunkt F erreicht ist, auf Grund der längeren Ansteuerzeitperiode, und ein Spannungswert Vf an dem Wendepunkt F wird verringert, wodurch ein Stromwert If verringert wird. Folglich tendiert der Stromwert If an dem Wendepunkt B dazu, im Vergleich mit dem in einem Normalzustand abzunehmen. Des Weiteren ändern sich Werte einer Zeit, eines Stroms oder einer Spannung gemäß einem Kontaktabnutzungsbetrag ebenfalls an den anderen Wendepunkt.
36 zeigt ein Beispiel für eine Spulenstromwellenform zum Öffnungszeitpunkt einer Leistungsschaltvorrichtung im Normalzustand, und eine Spulenstromwellenform in der Leistungsschaltvorrichtung, deren Kapazität auf Grund einer Verschlechterung eines Kondensators verringert ist. Bei diesem Beispiel wird eine elektromagnetische Spule von einem Entladestrom von dem Kondensator angesteuert. Wenn sich eine Kapazität des Kondensators verringert, wird die Verringerung der Kondensatorspannung auf Grund der Entladung von Strom an die Spule größer als im Normalzustand. Daher verringern sich die Stromwerte an jedem Wendepunkt. Da andererseits die Zeit an jedem Wendepunkt von einer Geschwindigkeit des beweglichen Eisenkerns abhängt, die hauptsächlich von einer Federkraft bestimmt wird, besteht kein großer Unterschied zu der in einem Normalzustand.
Wie weiter oben beschrieben wurde, werden die Zeit, der Stromwert und der Spannungswert an jedem Wendepunkt in jedem Zustand der Leistungsschaltvorrichtung an jedem einzelnen Zeitpunkt reflektiert. Beispielsweise ändert sich ein Stromwert Ib an dem Wendepunkt B gemäß der Änderung in allen Zustandsfaktoren wie etwa dem Kontaktabnutzungsbetrag, der Reibungskraft des beweglichen Teils, der Kondensatorverschlechterung, und besitzt eine Korrelation, die in den 37(a) bis (c) gezeigt ist. Falls jedoch der Einfluss der Änderung in nicht weniger als zwei Zustandsfaktoren an einem Stromwert Ib reflektiert ist, ist es schwierig, die Änderungen in nicht weniger als zwei Zustandsfaktoren nur auf der Grundlage von Ib separat zu schätzen.
Die 37(d) bis (f) zeigen den Einfluss der Änderung in allen Zustandsfaktoren wie etwa dem Kontaktabnutzungsbetrag, der Reibungskraft des beweglichen Teils und einer Kondensatorverschlechterung auf einen Stromwert If an dem Wendepunkt F. Die Änderungstendenz auf Grund der Änderung in allen Zustandsfaktoren eines Stromwertes If an dem Wendepunkt F ist von der Änderung des Wertes Ib verschieden. Es lässt sich sagen, dass Ib und If von einander unabhängige Änderungstendenzen in Bezug auf drei Zustandsfaktoren besitzen. Natürlich ändern sich die Strommesswerte Ib, If an den oben erwähnten Wendepunkten B, F auch in Abhängigkeit von der Änderung von anderen Zustandsfaktoren als einem Kontaktabnutzungsbetrag, einer Reibungskraft des beweglichen Teils und einer Kondensatorverschlechterung.
Falls es M Zahlen von Messwerte von z. B. Zeit, Strom oder Spannung gibt, die eine von einander unabhängige Änderungstendenz in Bezug auf N Zahlen von Zustandsfaktoren besitzen, ist es unter der Annahme M ≥ N im Allgemeinen möglich, eine Variation von N Zahlen von Zustandsfaktoren durch eine Annäherung 1. Ordnung aus M Zahlen von Messwerten numerisch zu schätzen. Ferner wird eine größere Anzahl von unabhängigen Messwerten benötigt, falls eine Korrelation einer höheren Ordnung in der Korrelation zwischen einem Zustandsfaktor und einem zu messenden Betrag vorliegt.
Ferner ist es im Allgemeinen nötig, dass die Messgenauigkeit dieser Messwerte gleich oder geringer als eine erforderliche Empfindlichkeit eines Messwertes ist, die für die Berechnung einer Variation in Zustandsfaktoren benötigt wird. Es ist jedoch möglich, eine höhere Messgenauigkeit durch die Bildung des Durchschnitts einer Vielzahl von Messwerten zu erzielen. Somit ist es durch das Hinzufügen eines jeglichen nicht-unabhängigen Messwertes mit einer höheren Messgenauigkeit zu den oben erwähnten unabhängigen Messwerten möglich, die Genauigkeit bei der Schätzung einer jeglichen Variation von Zustandsfaktoren zu verbessern.
Verfahren zum Berechnen einer Variation von Zustandsfaktoren umfassen ein Verfahren, bei dem vorausgehend eine Korrelationsdarstellung zwischen einem Messwert und einem Zustandsfaktor vorbereitet wird, und eine Variation eines Zustandsfaktors durch Interpolation oder Extrapolation von einem tatsächlichen Messwert berechnet wird; oder ein Verfahren, bei dem vorausgehend eine Funktion bestimmt wird, mit der ein Zustandsfaktor unmittelbar von einem Messwert abgeleitet wird. Einrichtungen zum Bestimmen dieser Korrelationsdarstellung (Datenbank) oder -funktion umfassen das Verfahren der Bestimmung auf der Grundlage von tatsächlich gemessenen Daten, das Verfahren der Bestimmung auf der Grundlage einer Analysesimulation, und das Verfahren der Bestimmung unter Verwendung von beiden.
Zustandsfaktoren werden numerisch berechnet, und danach werden diese Zustandsfaktoren mit vorausgehend bestimmten Grenzwerten verglichen, wodurch es ermöglicht wird, Fehler einer Leistungsschaltvorrichtung zu bestimmen. Falls bestimmt wird, dass Zustände fehlerhaft sind, wird ein Fehlersignal ausgegeben, wodurch es ermöglicht wird, vorausgehend einen Fehler zu erfassen.
Zusätzlich gibt es noch einige Zustandsfaktoren, die in Abhängigkeit von Temperaturbedingungen der Leistungsschaltvorrichtung variieren. Beispielsweise verringert sich die Kapazität eines allgemeinen Kondensators auf Grund einer Abnahme der Temperatur, und der Widerstandswert einer Spule verringert sich auf Grund einer Abnahme der Temperatur. Wie weiter oben beschrieben wurde, um die Veränderung von Zustandsfaktoren in solche auf Grund einer Verschlechterung und solche auf Grund einer Temperaturvariation zu unterteilen, werden die Temperaturen unter Verwendung einer Temperaturmesseinrichtung gemessen, und ein geschätzter Wert einer Variation von Zustandsfaktoren wird kompensiert, wodurch es ermöglicht wird, eine genauere Schätzung von Zustandsfaktoren durchzuführen.
Unter der Annahme, dass Zustandsfaktoren der Leistungsschaltvorrichtung numerisch ermittelt werden können, ist es ferner möglich, einen Betrieb der Leistungsschaltvorrichtung mit der Verwendung dieser Zustandsfaktoren vorherzusagen. Die Vorhersage eines Betriebs besteht darin, Antriebsparameter wie etwa die Antriebsgeschwindigkeit oder die Schließzeitperiode bei einer nächsten Schließoperation auf der Grundlage einer Variation in Zustandsfaktoren zum Zeitpunkt des Öffnungsbetriebs numerisch vorherzusagen, oder Antriebsparameter wie etwa die Antriebsgeschwindigkeit oder die Öffnungszeitperiode bei einer nächsten Öffnungsoperation auf der Grundlage einer Variation der Zustandsfaktoren bei einer Schließoperation numerisch vorherzusagen.
Die Verfahren zum Vorhersagen von Antriebsparametern der Leistungsschaltvorrichtung umfassen das Verfahren, bei dem vorausgehend eine Korrelationsdarstellung zwischen Zustandsfaktoren und Antriebsparametern erzeugt wird, oder das Verfahren, bei dem vorausgehend Funktionen zum Ableiten von Antriebsparametern aus Zustandsfaktoren vorbereitet werden. Ferner gibt es auch ein Verfahren zum Berechnen von Antriebsparametern unter Verwendung einer Korrelationsdarstellung oder von Funktionen aus Messwerten für die Zeit, den Stromwert, den Spannungswert und die Temperatur an Wendepunkten.
Achtzehntes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung
Gemäß jedem der voraus gegangenen Beispiele zur Erläuterung der Erfindung wird eine Änderungsinformation aus Wendepunkten an einer Ausgangswellenform von einer Messeinrichtung für den Strom oder die Spannung erhalten. Die Erfinder haben jedoch den folgenden Umstand als ein Ergebnis der umfassenden Durchführung verschiedener Experimente im Hinblick auf eine Zustandserfassung für Vorrichtungen herausgefunden. Dieser Umstand ist, dass Informationen, die für eine Zustandserfassung nützlich sind, aus einer Stromwertinformation oder einer Spannungswertinformation zu einem Merkmalszeitpunkt erhalten werden können, bei dem es sich um einen Zeitpunkt nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode seit dem Moment des Beginns der Erregung einer elektromagnetischen Spule handelt. Zusätzlich ist dieser Merkmalszeitpunkt nicht auf den oben beschriebenen Erregungsbeginn-Zeitpunkt beschränkt, sondern es können Zeitpunkte ins Auge gefasst werden, an denen eine vorgegebene Zeitperiode seit den Zeitpunkten vergangen ist, an denen sich Wendepunkte befinden, die in den voraus gegangenen Beispiel zur Erläuterung der Erfindung beschrieben wurden.
Gemäß diesem achtzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung wird ein Verfahren zum Schätzen und Erfassen von Zuständen aus einer Änderungsinformation an diesem Merkmalszeitpunkt beschrieben, oder wie der zeitliche Ablauf dieser Merkmalszeitpunkte festgelegt wird.
Unter Bezugnahme auf die bereits erwähnte 33 wird ein Punkt, an dem eine Zeitperiode Tx seit dem Entladungsbeginn vergangen ist, als ein Merkmalszeitpunkt I eingestellt. Hierbei ist Tx ein Zeitperiodenintervall, das so bestimmt wird, dass die Änderung des Stromwertes oder des Spannungswertes in Bezug auf die Änderung von spezifischen Zustandsfaktoren größer ist, und dass die Änderung des Stromwertes und des Spannungswertes in Bezug auf die anderen Zustandsfaktoren geringer ist. 38 zeigt Situationen der Änderung der Spulenspannungs-Wellenform in Bezug auf die Änderung in jedem Zustandsfaktor von (a) dem Kontaktabnutzungsbetrag, (b) der Reibung, (c) der Kondensatorkapazität, und (d) der Kondensator-Ladespannung. Beispielsweise ist die Änderung des Stromwertes in der Nähe von Tx = 0,035 gering in Bezug auf die Änderung in den drei Zustandsfaktoren der Kontaktabnutzung, Reibung und Ladespannung; und die Änderung des Spannungswertes ist groß in Bezug auf die Änderung in der Kondensatorkapazität. Ferner steht der Spannungswert an einem Punkt o Tx = 0 nur unter dem Einfluss der Änderung in der Ladespannung. Falls Messwerte an einem solchen Merkmalszeitpunkt verwendet werden, kann eine Variation eines spezifischen Faktors von den anderen Zustandsfaktoren getrennt und berechnet werden.
Als ein Beispiel für das konkrete Verfahren zum Berechnen eines Zeitperiodenintervalls Tx gibt es die folgenden Verfahren. In dem Fall, in dem N Zahlen von Zustandsfaktoren vorhanden sind, wird der erlaubte Minimalwert eines Zustandsfaktors R zugelassen, wobei ein Zustandsfaktor davon Rmin, und der erlaubte Maximalwert des Zustandsfaktors Rmax ist, der Minimalwert, den ein Spannungswert V annimmt, ist VRmin, und der Maximalwert ist VRmax, wenn ein Zustandsfaktor R zu einer Änderung von Rmin zu Rmax veranlasst wird. Auch was den Zustandsfaktor Ti (I = 1, ..., N – 1) mit Ausnahme des Zustandsfaktors R betrifft, wenn der Maximalwert und der Minimalwert eines Spannungswertes VTi_min, VTi_max in einem Fall zugelassen werden, in dem Werte eines jeden Zustandsfaktors von dem erlaubten Minimalwert zu dem erlaubten Maximalwert geändert werden, s1 = |VRmax – VRmin| s2 = Σ|VTi_max – VTi_min|, ist es bevorzugt, als Tx einen solchen Punkt zu ermitteln, dass s1 größer als ein bestimmter Wert A wird, der vorausgehend auf der Grundlage eines Messfehlers festgelegt wurde, und dass s2 kleiner als ein bestimmter Wert B wird, der vorausgehend so festgelegt wurde, dass er kleiner als der genannte Wert A ist. Obgleich hierbei Tx in Bezug auf einen Spannungswert ermittelt wird, ist es auch bevorzugt, Tx in Bezug auf einen Stromwert zu ermitteln.
Des Weiteren ist es bevorzugt, als Tx einen solchen Punkt zu erhalten, dass S1 > A, s2 < B, sowie dass s1 das Maximum ist.
Zusätzlich ist es bevorzugt, eine solche Zeitperiode Tx zu erhalten, dass s1 > A, s2 < B, sowie dass d = s2/s1 das Minimum ist. Ferner ist es auch bevorzugt, eine solche Vielzahl von Tx zu wählen, dass d extrem klein wird, aber nicht ein Punkt d, der das Minimum ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zur Berechnung von s1 und s2 das Folgende ist: s1 = (VRmax – VRmin)² s2 = Σ(Vi_max – Vi_min)²
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zum Berechnen von d d = s2 – s1 ist. Es ist auch bevorzugt, wenn ein Auswahlbereich von Tx eine Zeitperiode nach der Beendigung des Ansteuerns eines elektromagnetischen Betätigungssystems zusätzlich zu einer Zeitperiode ab dem Start des Übertragens eines Spulenstroms bis zur Beendigung des Ansteuerns des elektromagnetischen Betätigungssystems umfasst.
Obgleich das Verfahren zum Abtrennen der Änderung in einem Zustandsfaktor von den anderen Zustandsfaktoren in dem oben erwähnten Beispiel beschrieben ist, ist es ferner bevorzugt, wenn es als ein Verfahren zum Abtrennen der Änderung in einer Vielzahl von Zustandsfaktoren von der Änderung in einer anderen Vielzahl von Zustandsfaktoren verwendet wird.
Beispielsweise falls N Zahlen von Zustandsfaktoren vorliegen, werden N, N = M + L, Zahlen von Zustandsfaktoren in M Zahlen von Zustandsfaktoren Ri (i = 1, ..., M) und L Zahlen von Zustandsfaktoren Tj (j = 1, ..., L) geteilt. Sind der Minimalwert und der Maximalwert der Spannungswerte VRi_max, VRi_min, VTj_max, VTj_min in dem Fall, in sich ein Wert eines jeden Zustandsfaktors von dem erlaubten Minimalwert zu dem erlaubten Maximalwert ändert, s1 = Σ|VRi_max – VRi_min| s2 = Σ|VTj_max – VTj_min|, so ist es bevorzugt, als Tx einen Punkt zu erhalten, an dem s1 größer als ein Wert A ist, und s2 kleiner als ein Wert B ist. Obgleich Tx in Bezug auf einen Spannungswert erhalten wird, ist es bevorzugt, Tx in Bezug auf einen Stromwert zu ermitteln.
Ferner ist es bevorzugt, als Tx einen Punkt zu ermitteln, an dem s1 > A, s2 < B, sowie s1 das Maximum ist.
Es ist auch bevorzugt, eine solche Zeitperiode Tx zu ermitteln, dass s1 > A, s2 < B, sowie dass d = s2/s1 das Minimum ist. Ferner ist es bevorzugt, eine solche Vielzahl von Tx zu wählen, dass d extrem klein ist, aber nicht ein Punkt ist, an dem d das Minimum ist. Es ist auch bevorzugt, wenn das Verfahren zum Berechnen von s1 und s2 das Folgende ist: s1 = Σ(VRi_max – VRi_min)² s2 = Σ(VTj_max – VTj_min)²
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zum Berechnen von d d = s2 – s1 ist. Es ist bevorzugt, wenn ein Auswahlbereich von Tx eine Zeitperiode nach der Beendigung des Ansteuerns eines elektromagnetischen Betätigungssystems zusätzlich zu einer Zeitperiode ab dem Start des Übertragens eines Spulenstroms bis zur Beendigung des Ansteuerns des elektromagnetischen Betätigungssystems umfasst.
Mit diesem Verfahren kann eine Variation in einem spezifischen Zustandsfaktor nicht auf der Grundlage des Spannungswert oder des Stromwerts geschätzt werden. Durch Erstellen der Kombination der Messwerte für die Spannung oder den Strom an einer Vielzahl von Merkmalszeitpunkten, die mit diesem Verfahren ermittelt wurden, kann jedoch eine Variation eines spezifischen Zustandsfaktors geschätzt werden. Ferner ist es bevorzugt, wenn Messwerte, die kombiniert werden sollen, Werte sind, die an den oben genannten Wendepunkten gemessen wurden.
Des Weiteren, falls N Zahlen von Zustandsfaktoren vorliegen, werden N (N = M + N) Zahlen von Zustandsfaktoren in M Zahlen von Zustandsfaktoren Ri (i = 1, ..., M) und L Zahlen von Zustandsfaktoren Tj (j = 1, ..., L) geteilt.
Es gibt noch ein anderes Verfahren zum Ermitteln von Tx. Mit diesem Verfahren werden jeweilige Zustandsfaktoren Ri (i = 1, ..., M) als eine Gruppe genommen, und das Minimum der Spannungswerte VRmin und das Maximum der Spannungswerte VRmax zugelassen, falls sich Werte von Zustandsfaktoren, die in einer Gruppe von ihnen enthalten sind, von jeweiligen erlaubten Minimalwerten zu jeweiligen erlaubten Maximalwerten ändern;
jeweilige Zustandsfaktoren Ti (j = 1, ..., L) werden als eine Gruppe genommen, und das Minimum der Spannungswerte VTmin und das Maximum der Spannungswerte VTmax zugelassen, falls sich Werte von Zustandsfaktoren, die in einer Gruppe davon enthalten sind, von jeweiligen erlaubten Minimalwerten zu jeweiligen erlaubten Maximalwerten ändern; und s1 = |VRmax – VRmin| s2 = |VTmax – VTmin|, ein Punkt, an dem s1 größer als ein Wert A wird, und s2 kleiner als ein Wert B wird, wird als Tx erhalten. Obgleich Tx in Bezug auf einen Spannungswert erhalten wird, ist es auch bevorzugt, Tx in Bezug auf einen Stromwert zu ermitteln.
Ferner ist es bevorzugt, als Tx einen Punkt zu ermitteln, an dem s1 > A, s2 < B, sowie s1 das Maximum ist.
Es ist auch bevorzugt, eine solche Zeitperiode Tx zu ermitteln, dass s1 > A, s2 < B, sowie d = s2/s1 das Minimum ist. Ferner ist es bevorzugt, eine solche Vielzahl von Tx zu wählen, dass d extrem klein wird, aber nicht ein Punkt, an dem d das Minimum ist.
Es ist auch bevorzugt, wenn das Verfahren zum Berechnen von s1 und s2 das Folgende ist: s1 = Σ(VRi_max – VRi_min)² s2 = Σ(VTj_max – VTj_min)²
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zum Berechnen von d d = s2 – s1 ist. Es ist bevorzugt, wenn ein Auswahlbereich von Tx eine Zeitperiode nach der Beendigung des Ansteuerns eines elektromagnetischen Betätigungssystems zusätzlich zu einer Zeitperiode ab dem Start des Übertragens eines Spulenstroms bis zur Beendigung des Ansteuerns des elektromagnetischen Betätigungssystems umfasst.
Mit diesem Verfahren kann eine Variation eines spezifischen Zustandsfaktors nicht auf der Grundlage des Spannungswertes oder des Stromwertes geschätzt werden. Durch das Kombinieren von Messwerten der Spannung oder des Stroms an einer Vielzahl von Merkmalszeitpunkten, die mit diesem Verfahren ermittelt wurden, kann jedoch eine Variation in einem spezifischen Zustandsfaktor geschätzt werden. Ferner ist es bevorzugt, wenn Messwerte, die kombiniert werden sollen, Werte sind, die an den oben genannten Wendepunkten gemessen wurden.
Als ein Verfahren, um Werte eines Zustandsfaktors, die in einer Gruppe eines Zustandsfaktors enthalten sind, zu veranlassen, sich von jedem erlaubten Minimalwert zu jedem erlaubten Maximalwert zu ändern, gibt es ein Verfahren des kontinuierlichen Änderns von Werten, und ein Verfahren des diskontinuierlichen Änderns von Werten in Intervallen. Als eine Prozedur, um Werte eines Zustandsfaktors, die in einer Gruppe eines Zustandsfaktors enthalten sind, zu veranlassen, sich von jedem erlaubten Minimalwert zu jedem erlaubten Maximalwert zu ändern, gibt es ferner eine Prozedur, jeden Zustandsfaktor zu veranlassen, sich auf einmal mit einer konstanten Rate zu ändern, und eine Prozedur, Werte eines Zustandsfaktors zu veranlassen, sich zu einem Zeitpunkt sequentiell so zu ändern, dass sich ein Wert des ersten Zustandsfaktors vom Minimum zum Maximum ändert, und sich anschließend ein Wert des zweiten Zustandsfaktors vom Minimum zum Maximum ändert. Falls M Zahlen von Zustandsfaktoren in einer Gruppe eines Zustandsfaktors enthalten sind, gibt es eine weitere Prozedur des Teilens von Werten von dem erlaubten Minimalwert bis zu dem erlaubten Maximalwert jeweiliger Zustandsfaktoren in k – 1, und Ausprobieren aller Kombinationen von k Zahlen von Werten von jeweiligen Zustandsfaktoren, die in einer Gruppe eines Zustandsfaktors enthalten sind, von denen k Zahlen von Werten durch Teilen erhalten wurden.
Mit diesem Verfahren kann eine Variation eines spezifischen Zustandsfaktors nicht aus dem Spannungswert oder aus dem Stromwert geschätzt werden. Durch Erstellen der Kombination von Messwerten für die Spannung oder für den Strom an einer Vielzahl von Merkmalszeitpunkten, die in einer Gruppe eines anderen Zustandsfaktors erhalten wurden, kann jedoch eine Variation eines spezifischen Zustandsfaktors geschätzt werden. Ferner ist es möglich, eine Variation eines spezifischen Zustandsfaktors durch Kombinieren dieser Messwerte mit Messwerten an den anderen Merkmalszeitpunkten oder Wendepunkten zu schätzen.
Wie weiter oben beschrieben wurde, bei einer erfindungsgemäßen Zustandserfassungsvorrichtung, die in einem elektromagnetischen Betätigungssystem angeordnet ist, welches aufweist: einen fest stehenden Eisenkern; einen bewegliche Eisenkern, der in Bezug auf diesen fest stehenden Eisenkern beweglich aufgebaut ist; und eine elektromagnetische Spule, die von einer Antriebsleistungsversorgung erregt wird, und den beweglichen Eisenkern veranlasst, sich zu verschieben, wodurch eine betätigte Vorrichtung angetrieben wird, die mit dem beweglichen Eisenkern verbunden ist; die Zustandserfassungsvorrichtung weist eine Messeinrichtung zum Messen eines durch die elektromagnetische Spule fließenden Stroms oder einer an der elektromagnetischen Spule zu erzeugenden Spannung, und eine Sucheinrichtung zum Ermitteln einer Änderungsinformation an einer Ausgangswellenform von dieser Messeinrichtung auf; und schätzt einen Zustand der betätigten Vorrichtung oder des elektromagnetischen Betätigungssystem auf der Grundlage einer Änderungsinformation von dieser Sucheinrichtung. Als Ergebnis ist es möglich, Zustände einer betätigten Vorrichtung oder eines elektromagnetischen Betätigungssystems mit einer Vorrichtung zu schätzen, die keine optische Einstellung erfordert und sowohl kostengünstig ist als auch eine geringe Größe besitzt.
Ferner umfasst die Sucheinrichtung davon eine Wendepunkt-Sucheinrichtung zum Suchen eines Wendepunktes an Ausgabezeit-Charakteristiken, welche die Änderung über die Zeit von Ausgangswerten zeigen, die von einer Messeinrichtung erhalten werden, und die Sucheinrichtung ermittelt mindestens eine Art der Information von der Zeitinformation, Stromwertinformation und Spannungswertinformation an dem Wendepunkt. Als Ergebnis ist es möglich, eine nützliche Änderungsinformation aus Wendepunkten an Ausgabezeit-Charakteristiken zu ermitteln.
Des Weiteren umfasst die Wendepunkt-Sucheinrichtung davon eine Funktion zum Suchen einer Position des anderen Wendepunktes auf der Grundlage eines Kompensationsbetrags, der vorausgehend aus einer Position eines Wendepunktes festgelegt wurde. Als Ergebnis wird es einfach, Wendepunkte zu suchen.
Ferner ermittelt die Wendepunkt-Sucheinrichtung davon eine Zeit, an der ein Wendepunkt stattfindet, auf der Grundlage der Änderungsrate über die Zeit der Ausgabezeit-Charakteristiken. Als Ergebnis ist es möglich, Zeiten, an denen Wendepunkte stattfinden, einfach zu ermitteln.
Ferner wendet die Wendepunkt-Sucheinrichtung davon Ausgabezeit-Charakteristiken auf eine angenäherte Polynom-Kurve an, und ermittelt eine Zeit, an der ein Wendepunkt stattfindet, auf der Grundlage dieser angenäherten Kurve. Als Ergebnis ist es möglich, Zeiten, an denen Wendepunkte stattfinden, einfach zu ermitteln.
Ferner ermittelt die Sucheinrichtung davon mindestens eine Art der Information von der Stromwertinformation und der Spannungswertinformation an einem Merkmalszeitpunkt, bei dem es sich um einen Zeitpunkt handelt, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode ab mindestens einem von einem Zeitpunkt des Startens der Erregung mit der Antriebsleistungsversorgung und einem Zeitpunkt, an dem ein Wendepunkt liegt, vergangen ist, an Ausgabezeit-Charakteristiken, welche die Änderung über die Zeit von Ausgangswerten zeigen, die von einer Messeinrichtung als eine Änderungsinformation erhalten werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine nützliche Änderungsinformation ab einem Merkmalszeitpunkt an Ausgabezeit-Charakteristiken zu ermitteln.
Ferner, in Bezug auf jede einer Vielzahl von Gruppen, die aus nicht weniger als einem von Zustandsfaktoren bestehen, die vorausgehend als eine Vielzahl von Zustandsfaktoren festgelegt wurden, die eine Änderung der Zustände der betätigten Vorrichtung oder elektromagnetische Betätigungssystem veranlassen, auf der Grundlage von Ausgabezeit-Kenninformationen, die ermittelt werden können, indem veranlasst wird, dass sich Zustandsbeträge eines Zustandsfaktors, der zu einer Gruppe davon gehört, in einem vorgegebenen Bereich ändern;
die Sucheinrichtung davon extrahiert eine Zeitzone, in welcher eine Änderung der Ausgabe auf Grund der Änderung des Zustandsbetrags der Zustandsfaktoren an Ausgabezeit-Kenninformationen entsprechend einer Gruppe von einem Zustandsfaktor größer ist als ein Wert A, der vorausgehend auf der Grundlage eines Messfehlers festgelegt wurde; sowie eine Änderung des Ausgangs auf Grund einer Änderung des Zustandsbetrags von dem Zustandsfaktor an Ausgabezeit-Kenninformationen entsprechend einer Gruppe von mindestens einem der anderen Zustandsfaktoren kleiner als ein Wert B ist, der vorausgehend als kleiner als der oben erwähnte Wert A festgelegt wurde, und wählt mindestens einen Zeitpunkt als einen Merkmalszeitpunkt für jede dieser extrahierten Zeitzonen. Als Ergebnis ist es möglich, nützliche Merkmalszeitpunkte zu ermitteln.
Ferner treibt das elektromagnetische Betätigungssystem davon einen beweglichen Kontakt eines Schaltkontaktes einer Leistungsschaltvorrichtung, bei der es sich um eine betätigte Vorrichtung handelt; und eine Sucheinrichtung davon umfasst mindestens eine von einer ersten Wendepunkt-Sucheinrichtung zum Ermitteln einer Zeit, an der ein erster Wendepunkt, der nach dem Maximalwert einer von der Strommesseinrichtung gelieferten Stromwellenform stattfindet, als eine Kontaktbewegungs-Startzeit, und einer zweiten Wendepunkt-Sucheinrichtung zum Ermitteln einer Zeit, an der ein zweiter Wendepunkt stattfindet, der nach der Kontaktbewegungs-Startzeit stattfindet, und an der eine Stromwellenform minimal wird, als eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit. Als Ergebnis ist es möglich, eine Kontaktbewegungs-Startzeit oder eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit einer Leistungsschaltvorrichtung mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt.
Ferner ist eine Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung zum Ermitteln einer Änderung im Kennbetrag der Leistungsschaltvorrichtung aus einer Variation über die Zeit in mindestens einer von einer Kontaktbewegungs-Startzeit und einer Kontaktbewegungs-Beendigungszeit vorgesehen. Als Ergebnis ist es möglich, die Änderung in verschiedenen Kennbeträgen mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert, sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt; und es ist ferner möglich, einen Zustand der Leistungsschaltvorrichtung auf geeignete Weise zu erfassen.
Ferner ist die elektromagnetische Spule davon eine elektromagnetische Öffnungsspule; die erste Wendepunkt-Sucheinrichtung ermittelt als eine erste Kontaktbewegungs-Startzeit eine Kontaktbewegungs-Startzeit, wenn die elektromagnetische Öffnungsspule an einer ersten vorgegebenen Zeit erregt wird, und ermittelt als eine zweite Kontaktbewegungs-Startzeit eine Kontaktbewegungs-Startzeit, an der die elektromagnetische Öffnungsspule an einer zweiten vorgegebenen Zeit sequentiell nach der ersten vorgegebenen Zeit erregt wird; und die Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung ermittelt einen Abnutzungsbetrag des Schaltkontaktes als einen Kennbetrag auf der Grundlage der ersten und der zweiten Kontaktbewegungs-Startzeits. Als Ergebnis ist es möglich, einen Abnutzungsbetrag des Schaltkontaktes mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert, sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt.
Ferner ist die elektromagnetische Spule davon eine elektromagnetische Öffnungsspule; die zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung ermittelt als eine erste Kontaktbewegungs-Beendigungszeit eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit, an der die elektromagnetische Öffnungsspule an einer ersten vorgegebenen Zeit erregt wird, und ermittelt als eine zweite Kontaktbewegungs-Beendigungszeit eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit, an der die elektromagnetische Öffnungsspule an einer zweiten vorgegebenen Zeit sequentiell nach der genannten ersten vorgegebene Zeit erregt wird; und die genannte Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung ermittelt eine Abnutzung des Schaltkontaktes als einen Kennbetrag auf der Grundlage der ersten und der zweiten Kontaktbewegungs-Beendigungszeit. Als Ergebnis ist es möglich, einen Abnutzungsbetrag des Schaltkontaktes mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert, sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt.
Ferner ist die elektromagnetische Spule davon eine elektromagnetische Öffnungsspule und umfasst sowohl eine erste Wendepunkt-Sucheinrichtung als auch eine zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung; an der ersten vorgegebenen Zeit ermittelt die erste Wendepunkt-Sucheinrichtung als die erste Kontaktbewegungs-Startzeit eine Kontaktbewegungs-Startzeit, an der die elektromagnetische Öffnungsspule erregt wird, und die zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung ermittelt eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit als die erste Kontaktbewegungs-Beendigungszeit; an der zweiten vorgegebenen Zeit sequentiell nach der genannten ersten vorgegebene Zeit ermittelt die erste Wendepunkt-Sucheinrichtung als die zweite Kontaktbewegungs-Startzeit eine Kontaktbewegungs-Startzeit, an der die elektromagnetische Öffnungsspule erregt wird, und die zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung ermittelt eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit als die zweite Kontaktbewegungs-Beendigungszeit; und eine Kennlinien-Erfassungseinrichtung ermittelt eine erste Zeitdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der ersten Kontaktbewegungs-Beendigungszeit und der ersten Kontaktbewegungs-Startzeit handelt, und ermittelt eine zweite Zeitdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der zweiten Kontaktbewegungs-Beendigungszeit und der zweiten Kontaktbewegungs-Startzeit handelt, und ermittelt als einen Kennbetrag einen Abnutzungsbetrag des Schaltkontaktes auf der Grundlage der ersten und der zweiten Zeitdifferenz. Als Ergebnis ist es möglich, einen Abnutzungsbetrag des Schaltkontaktes mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert, sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt.
Ferner sind sowohl eine erste als auch eine zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung vorgesehen; und die genannte Kennbetrag-Erfassungsvorrichtung ermittelt als einen Kennbetrag eine Bewegungszeitperiode des beweglichen Kontaktes auf der Grundlage einer Kontaktbewegungs-Startzeit und einer Kontaktbewegungs-Beendigungszeit. Als Ergebnis ist es möglich, eine Bewegungszeitperiode des beweglichen Kontaktes mit einer Vorrichtung zu ermitteln, die keine optische Einstellung erfordert, sowie kostengünstig ist und eine geringe Größe besitzt.
Ferner treibt das elektromagnetische Betätigungssystem davon einen beweglichen Kontakt eines Schaltkontaktes einer Leistungsschaltvorrichtung, bei der es sich um eine betätigte Vorrichtung handelt, mit einer elektromagnetischen Öffnungsspule und einer elektromagnetischen Schließspule, die mit einer in einem Kondensator geladenen elektrischen Ladung erregt wird; die Sucheinrichtung davon umfasst mindestens eine von der ersten Wendepunkt-Sucheinrichtung, die als eine Kontaktbewegungs-Startzeit eine Zeit ermittelt, an der der erste Wendepunkt stattfindet, wobei dieser Punkt nach einem Maximalwert einer von der Strommesseinrichtung gelieferten Stromwellenform stattfindet, und die zweite Wendepunkt-Sucheinrichtung ermittelt als eine Kontaktbewegungs-Beendigungszeit eine Zeit, an der der zweite Wendepunkt stattfindet, der nach der Kontaktbewegungs-Startzeit stattfindet, und an der eine Stromwellenform minimal wird; und es ist eine Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung zum Vorhersagen einer Schließbeendigungs-Zeitperiode vorgesehen, an der die elektromagnetische Schließspule ein nächstes Mal erregt wird, auf der Grundlage von mindestens einer von einer Kontaktbewegungs-Startzeit und einer Kontaktbewegungs-Beendigungszeit, und mindestens einer von einer Ladespannung des Kondensators und Temperaturinformationen der Leistungsschaltvorrichtung; und eine Taktsteuereinrichtung zum Steuern des zeitlichen Verlaufs des nächsten Erregens der elektromagnetischen Schließspule auf der Grundlage einer Schließbeendigungvorhersage-Zeitperiode. Als Ergebnis ist es möglich, die Lebensdauer des Schaltkontaktes zu verlängern.
Ferner ist eine Einrichtung zum Messen einer Spannung der elektromagnetischen Spule vorgesehen, wenn ein vorgegebener extrem schwacher Strom an die elektromagnetische Spule übertragen wird, Ermitteln einer Spulenwiderstandsänderungs-Kennlinie der elektromagnetischen Spule aus Strom-/Spannungswerten, und Ermitteln von Temperaturinformationen der elektromagnetischen Schließspule auf der Grundlage dieser Spulenwiderstandsänderungs-Kennlinie. Als Ergebnis ist es möglich, eine Umgebungstemperatur kostengünstig ohne Vorsehen eines speziellen Thermometers zu ermitteln.
Ferner ist ein Hall-Element an dem Eisenkern montiert, der einen Magnetkreis bildet, und es ist eine Einrichtung zum Messen der Spannungsänderungs-Kennlinie des Hall-Elementes unter den Bedingungen eines konstanten Magnetflusses und zum Ermitteln von Temperaturinformationen der elektromagnetischen Schließspule auf der Grundlage dieser Spannungsänderungs-Kennlinie vorgesehen. Als Ergebnis ist es möglich, eine Umgebungstemperatur kostengünstig ohne das Vorsehen eines speziellen Thermometers zu ermitteln.
Ferner enthält mindestens einer von einem Wendepunkt und einem Merkmalszeitpunkt einen Punkt, der an Ausgabezeit-Charakteristiken nach der Beendigung der Bewegung des beweglichen Eisenkerns extrahiert wurde. Als Ergebnis ist es möglich, zu veranlassen, dass ein Zustand nach der Beendigung der Bewegung des beweglichen Eisenkerns ein Erfassungsziel ist.
Ferner umfasst die Sucheinrichtung davon eine Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung zum Differenzieren eines durch die elektromagnetische Spule fließenden Stroms oder einer an der elektromagnetische Spule erzeugten Spannung und zum Ausgeben eines Impulssignals an einem Nulldurchgangspunkt des Differentialausgangs davon; und ermittelt Zeitinformationen eines Wendepunktes mit einem Impulssignal. Als Ergebnis ist es möglich, eine Verringerung der Betriebslast und eine Kostensenkung zu erzielen.
Ferner ist eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln mindestens einer Art einer Variation eines Zustandsbetrags, eines Antriebsparameters und einer Restlebensdauer der betätigten Vorrichtung oder des elektromagnetischen Betätigungssystems auf der Grundlage von mindestens einer Art der Information von der Zeitinformation, Stromwertinformation und Spannungswertinformation an dem Wendepunkt, und der Stromwertinformation und der Spannungswertinformation an einem Merkmalszeitpunkt vorgesehen. Als Ergebnis ist es möglich, eine breite Vielfalt von Zuständen einer betätigten Vorrichtung und eines elektromagnetischen Betätigungssystems zu erfassen.
Ferner ist eine Signalübertragungseinrichtung zum Übertragen von Signalen vorgesehen, wenn ein Änderungsbetrag der Variation über die Zeit einen vorgegebenen Wert übersteigt. Als Ergebnis ist es möglich, einen Ansteuerfehler vorausgehend zu erfassen; und es ist möglich, das Auftreten eines Defekts der betätigten Vorrichtung und eines elektromagnetischen Betätigungssystems zu verhindern, was in einer Verbesserung der Zuverlässigkeit resultiert.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Eine Zustandserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf eine Leistungsschaltvorrichtung wie etwa Vakuumleistungsschalter, sondern in einem breiten Rahmen auf ein elektromagnetisches Betätigungssystem anwendbar, welches Folgendes aufweist: einen fest stehenden Eisenkern; einen beweglichen Eisenkern, der in Bezug auf diesen fest stehenden Eisenkern beweglich aufgebaut ist; und eine elektromagnetische Spule, die von einer Antriebsleistungsversorgung erregt wird und den beweglichen Eisenkern zu einer Verschiebung veranlasst, wodurch eine betätigte Vorrichtung angetrieben wird, die mit dem beweglichen Eisenkern verbunden ist, wie etwa ein elektromagnetischer Betätigungsmechanismus zum Antreiben einer Bremsvorrichtung für die Verwendung in Aufzügen usw. Mit dieser Zustandserfassungsvorrichtung ist es möglich, verschiedene Zustände einer betätigten Vorrichtung einfach und kostengünstig ohne die Verwendung von komplizierten und kostspieligen optischen Einrichtungen zu erfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Ansicht eines Vakuumleistungsschalters unter Verwendung eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß einem ersten bevorzugten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
2 sind Zustandsansichten, die jeweils Schaltzustände des Vakuumleistungsschalters zeigen.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus von 1.
4 ist ein Schemadiagramm, das eine Anordnung einer Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung von 1 zeigt.
5 ist ein Kennliniendiagramm, das den durch eine Öffnungsspule fließenden Strom und einen Hub eines beweglichen Eisenkerns zeigt.
6 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Masse und einen Kontaktdruck eines Kontaktes zur Zeit des Betriebs eines Vakuumleistungsschalters zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung von 1.
8 ist ein Kennliniendiagramm, das die Änderungsrate des durch die Öffnungsspule fließenden Stroms zeigt.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Wellenform eines durch die Öffnungsspule fließenden Stroms und eines Hubs im Vergleich bei keiner Abnutzung des Kontaktes und bei einer gewissen Abnutzung des Kontaktes zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Vorgehensweise zum Ermitteln des anderen Wendepunktes A' durch Kompensation von dem Wendepunkt A gemäß einem zweiten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
11 ist ein Schemadiagramm einer Schaltzeitperiode-Überwachungsvorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem dritten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
12 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Schaltzeitperiode-Überwachungsvorrichtung von 11.
13 ist ein Schemadiagramm einer Kennbetrag-Messvorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem vierten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
14 ist ein Schemadiagramm einer Schaltsteuervorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem fünften Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
15 ist ein Schemadiagramm einer Schaltsteuervorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem sechsten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
16 ist ein Schemadiagramm einer Schaltsteuervorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem siebten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
17 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung eines Vakuumleistungsschalters gemäß einem achten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
18 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung.
19 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung.
20 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung.
21 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung.
22 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung.
23 ist ein Kennliniendiagramm, das eine an einer Schließspule induzierte Spannung und einen Hub eines beweglichen Eisenkerns gemäß einem neunten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
24 ist ein Diagramm, das eine Stromkennlinie nach dem Zeitpunkt der Betätigungsbeendigung einer Leistungsschaltvorrichtung gemäß einem zehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
25 ist eine schematische Ansicht einer Bremsvorrichtung, welche einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß einem elften Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
26 ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines durch eine Spule der Bremsvorrichtung fließenden Stroms zeigt.
27 ist ein Diagramm, das eine Spannungswellenform für eine Kapazität seine Kondensator eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß einem zwölften Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
28 ist eine vergrößerte Ansicht eines elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, an dem ein Hall-Element montiert ist, gemäß einem vierzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
29 ist ein Diagramm, das eine Betriebsverarbeitungssektion gemäß einem fünfzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
30 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Stromwellenform und einer differentiellen Stromwellenform zeigt.
31 ist ein Diagramm, das eine Betriebsverarbeitungssektion gemäß einem sechzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
32 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Spannungswellenform und einer Ausgabe von der Schwellwerterfassungseinrichtung zeigt.
33 ist ein Diagramm, das Wendepunkte und Merkmalszeitpunkte an Strom- und Spannungswellenformen einer elektromagnetischen Spule gemäß einem siebzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigt.
34 ist ein Diagramm, das Spulenstromwellenform im Normalzustand zeigt und in einem Zustand, in dem die Reibung einer Antriebssektion erhöht ist.
35 ist ein Diagramm, das Spulenstromwellenformen im Normalzustand und im abgenutzten Zustand eines Schaltkontaktes zeigt.
36 ist ein Diagramm, das Spulenstromwellenformen im Normalzustand zeigt und in einem Zustand, in dem die Kapazität eines Kondensator auf Grund seiner Verschlechterung verringert ist.
37 sind Diagramme, die jeweils eine Korrelation zwischen einem Stromwert Ib an dem Wendepunkt B und einem Stromwert If an dem Wendepunkt F zeigen, der in 33 gezeigt ist, sowie eine Veränderung in jedem Zustandsfaktor wie etwa Kontaktabnutzungsbetrag, Reibungskraft des beweglichen Teils und Kondensatorverschlechterung.
38 sind Diagramme, die jeweils eine Korrelation zwischen einer Spulenspannungswellenform und einer Veränderung in jedem Zustandsfaktor wie etwa dem Kontaktabnutzungsbetrag, der Reibungskraft des beweglichen Teils, einer Kondensatorverschlechterung und einer Verringerung der Ladespannung gemäß einem achtzehnten Beispiel zur Erläuterung der Erfindung zeigen.
Liste der Bezugszeichen

3: Vakuumventil, 5: Kontakt, 5a: fest stehender Kontakt, 5b: beweglicher Kontakt, 7: Antriebsstange, 10: elektromagnetischer Betätigungsmechanismus, 13: Schließspule, 14: Öffnungsspule, 20: Antriebsleistungsversorgung, 23: Schließkondensator, 24: Öffnungskondensator, 32: Strommessinstrument, 33: Kontaktabnutzungs-Messvorrichtung, 33b: Öffnungsstartpunkt-Sucheinrichtung, 33c: Speicher, 33d: Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung, 33e: Kontaktabnutzungs-Bestimmungseinrichtung, 43: Schaltzeitperiode-Überwachungsvorrichtung, 43a: Öffnungszeitminimum-Sucheinrichtung, 43b: Schließzeitminimum-Sucheinrichtung, 43c: Fehlerbestimmungseinrichtung, 53: Kennbetrag-Messvorrichtung, 53a: Öffnungszeitperiode-Berechnungseinrichtung 53b: Fehlerbestimmungseinrichtung, 63: Kennbetrag-Messvorrichtung, 63a: Kontaktabnutzungs-Berechnungseinrichtung, 73: Schaltsteuervorrichtung, 73a: Temperatur-/Kondensatorspannung-Ermittlungseinrichtung 73b: Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung, 73c: Einschalttakt-Steuereinrichtung, 83: Schaltsteuervorrichtung 83a: Schließzeitperiode-Vorhersageeinrichtung, 102, 102: Spulen, 103: beweglicher Eisenkern 104: Verbindungsteil, 106: Bremshebel, 107: Schiene, 110: Hall-Element 121: Öffnungsspule, 122: Stromwellenform-Erfassungseinrichtung, 123: Spannungswellenform-Erfassungseinrichtung 124: Differentialwellenform 1. Ordnung-Erfassungseinrichtung, 125: Kennbetrag-Messvorrichtung 126A: Stromsignal-Wandlereinrichtung, 126B: Spannungssignal-Wandlereinrichtung 127: Nulldurchgang-Erfassungseinrichtung, 130: Schwellwerterfassungseinrichtung

Claims

Zustandserfassungsvorrichtung zur Überwachung eines elektromagnetischen Betätigungssystems, wobei das Betätigungssystem Folgendes aufweist: einen fest stehenden Eisenkern; einen beweglichen Eisenkern (16), der in Bezug auf den fest stehenden Eisenkern beweglich aufgebaut ist; und wenigstens eine elektromagnetische Spule (13, 14), die von einer Antriebsleistungsversorgung (20) erregt wird und den beweglichen Eisenkern zu einer Verschiebung veranlasst, wodurch eine zu betätigende Vorrichtung angetrieben wird, die mit dem beweglichen Eisenkern (16) verbunden ist, wobei die zu betätigende Vorrichtung einen fest stehenden Kontakt (5a) und einen beweglichen Kontakt (5b) umfasst, wobei der bewegliche Kontakt (5b) mit dem beweglichen Eisenkern (16) interagiert und zwischen dem beweglichen Kontakt (5b) und dem beweglichen Eisenkern (16) eine Druckfeder (8) angeordnet ist, wobei die zu betätigende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Trennung des beweglichen Kontakts (5b) vom fest stehenden Kontakt (5a) mittels des beweglichen Eisenkerns (16) zu ermöglichen, so dass die Trennung zwei zeitliche Abschnitte umfasst, einen ersten zeitlichen Abschnitt, in dem die Druckfeder (8) eine Entspannung erfährt, aber der bewegliche Kontakt (5b) sich noch nicht vom fest stehenden Kontakt (5a) löst, und einen zweiten zeitlichen Abschnitt, in dem sich der bewegliche Kontakt (5b) vom fest stehenden Kontakt (5a) entfernt, wobei die Zustandserfassungsvorrichtung eine Messeinrichtung (32) zum Messen eines durch die elektromagnetische Spule fließenden Stroms umfasst und dazu eingerichtet ist, einen ersten Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der gemessene Strom ein Maximum erreicht, einen zweiten Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem die Wellenform des gemessenen Stroms einen Wendepunkt aufweist, und aus dem ersten und zweiten Zeitpunkt eine Dauer des ersten zeitlichen Abschnitts zu ermitteln sowie daraus einen Kontaktweg (Lw) zu berechnen, wobei die Zustandserfassungsvorrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, eine Differenz zwischen dem berechneten Kontaktweg (Lw) und einem Kontaktweg (Lw0), wenn der Kontakt keine Abnutzung aufweist, zu berechnen und daraus einen Kontaktabnutzungsbetrag zu bestimmen, um dadurch den Zustand des Betätigungssystems zu erfassen.
Zustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Wendepunkt-Sucheinrichtung (33b) den zweiten Zeitpunkt auf der Grundlage der Änderungsrate des gemessenen Stroms ermittelt.
Zustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Wendepunkt-Sucheinrichtung (33b) eine an die Kurve des gemessenen Stroms angenäherte Polynomkurve erzeugt und den zweiten Zeitpunkt auf der Grundlage der angenäherten Kurve ermittelt.
Zustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Signalübertragungseinrichtung (43c, 53b) zum Übertragen von Signalen vorhanden ist, wenn der Kontaktabnutzungsbetrag einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Schaltsteuervorrichtung einer Leistungsschaltvorrichtung, wobei die Schaltsteuervorrichtung eine Zustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst, wobei das elektromagnetische Betätigungssystem (10) den beweglichen Kontakt (5b) eines Schaltkontaktes (5) einer Leistungsschaltvorrichtung (3) antreibt, bei dem es sich um die zu betätigende Vorrichtung handelt.