專利名稱：確定開關(guān)設(shè)備內(nèi)觸點剩余壽命的方法及相應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定開關(guān)設(shè)備內(nèi)的觸點，尤其是接觸器觸點的剩余壽命的方法，按此方法檢測在觸點間隔處的所謂觸點行程(contact action)作為燒損的等效判據(jù)，并為了確定觸頭的燒損總是測量在斷路過程中觸點行程的變化并將其換算成剩余壽命，為此在由具有電磁線圈的電樞和附屬的磁軛組成接觸器傳動裝置的情況下，測量從電樞開始運動至觸頭開始斷開的電樞行程的時間。此外，本發(fā)明還涉及一相應(yīng)的裝置，它具有用于確定及顯示剩余壽命的分析器。
在以前的未預(yù)先公開的專利申請DE 4427006A0中，接觸器的剩余壽命在斷路過程中由電樞開始斷開運動與觸頭開始斷開之間的時間差導(dǎo)出。微處理機由此時間差的值按照求值規(guī)則確定所謂觸點行程的當(dāng)前值，觸點行程由于燒損從其新值(＝100％剩余壽命)降到其最低值(＝0％剩余壽命)。
為此所需要的時間信號首先通過切斷流經(jīng)電樞和電磁傳動裝置的磁軛的輔助電流路徑以及通過在主觸頭處的接觸電壓進行檢測，并轉(zhuǎn)換成確定的電壓脈沖。
為了簡化接觸電壓的測量，按并列提出的專利申請中的建議，尤其在三相電網(wǎng)中，通過主要對人造中點處的電壓進行監(jiān)控來實施觸頭斷開。這就允許將用于確定剩余壽命的裝置作為獨立的附加設(shè)備連接在負(fù)荷電路中的接觸器與用電器之間，它僅借助于用于斷開電樞-磁軛觸點的通信線路與接觸器連接。
本發(fā)明的目的在于，相對現(xiàn)有技術(shù)提供一種可能性，即，對剩余壽命的鑒別可與接觸器上，例如一電樞-磁軛觸點上的變型無關(guān)地獨立進行，因而可應(yīng)用于任意接觸器中。
按本發(fā)明為達到此目的在一種前言所述類型的方法中采取的措施是，根據(jù)電磁線圈處的電壓，檢測電樞與接觸器電磁傳動裝置的磁軛分離的時刻。在這種情況下比較有利的作法是，檢測電樞升起時磁路磁阻的增加。此時在電磁線圈上因磁通隨時間的變化所感應(yīng)出的電壓信號用于時間測量。
在相應(yīng)的裝置中，分析器有用于檢測電磁線圈處電壓的裝置。這些裝置最好是一些用于信號檢波、用于信號限幅和整形、以及用于信號析取和信號發(fā)送的部件。
本發(fā)明以下列在接觸器電磁傳動裝置切斷時的物理特性為基礎(chǔ)為了產(chǎn)生必要的電樞閉合力，通過電磁線圈的電流在磁路中形成規(guī)定大小的磁通。在控制電路斷開時，電磁線圈無電流以及在幾個毫秒之后閉合磁路中的磁通衰減至基本剩磁?，F(xiàn)在，當(dāng)電磁閉合力低于斷開力，亦即低于觸點和電橋架彈性力的總和時，電樞在此瞬時開始斷開。在電樞升起時磁路的磁阻突然增大，在這種情況下剩余的磁通量φ(Kmagn～φ2)迅速衰減，以及磁通隨時間的變化在電磁線圈上感應(yīng)出一電壓信號。
下面借助附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，附圖中

圖1為在斷開過程中檢測接觸器剩余壽命的電路原理圖；圖2a至2d為在多個波形圖中表示在用交流電或直流電運行時接觸器斷開過程中線圈電壓和線圈電流作為時間的函數(shù)的信號變化曲線；圖3為計算按圖2的斷路電壓的方框圖；圖4為實現(xiàn)按圖3方框圖的具體電路；圖5a和5b為兩個有關(guān)的波形圖和電樞斷開時刻的信號電壓；圖6為圖4所示電路結(jié)構(gòu)的變型；圖7為有關(guān)的波形圖和在接觸器線圈斷開時出現(xiàn)的信號電壓；以及圖8為波形圖和在用交流電運行的串聯(lián)接觸器斷開時測量在電樞開始斷開時刻與觸點開始斷開時刻之間的時間差并取平均值。
相同的或作用一樣的部件在各圖中采用相同的附圖標(biāo)記。這些圖部分內(nèi)容共同說明。
圖1示意表示用于識別在三相電網(wǎng)中接觸器1主觸點剩余壽命的裝置100的結(jié)構(gòu)與配置。此裝置布置在接觸器1與一用電器20，例如一三相交流電動機之間的負(fù)載的一側(cè)。它包括一個第一計值模塊101，優(yōu)先用于檢測首先斷開的主觸點的觸點斷開時刻tK，或按另一種方案用于檢測每個主觸點的觸點斷開時刻。此外它還包括一個用于檢測也稱為電樞斷開時刻tA的電樞開始運動時刻的第二計值模塊102。由時間信號tA和tK通過分析器例如微處理機105確定觸點行程并由此確定剩余壽命，通過顯示器106和/或通過數(shù)據(jù)總線或進一步分析后輸出。
第二計值模塊102通過其兩個測量入口與接觸器電磁線圈的接頭連接，并根據(jù)在斷開過程中線圈電壓的信號變化過程確定電樞開始運動的時刻tA。
用于識別主觸點剩余壽命的裝置100最好布置在被監(jiān)測的開關(guān)裝置的負(fù)載一側(cè)，以便用少量的技術(shù)性費用監(jiān)測此被監(jiān)測的開關(guān)裝置的觸點斷開，正如在一項平行申請中詳細(xì)說明的那樣。但是此裝置100也可以布置在被監(jiān)測的開關(guān)裝置的供電側(cè)，并可組合在供電側(cè)或負(fù)載側(cè)上的不同設(shè)施中(例如過載繼電器)。觸點斷開的識別可通過在各開關(guān)極接線柱處的測量接頭測量接觸電壓實現(xiàn)。
圖2表示在一個為測量而作了改變的配置中，接觸器電樞斷開時線圈電壓及線圈電流的測量波形圖，在此配置中，電樞和磁軛在雙方接觸時閉合一個輔助電路，或在電樞升起時切斷此輔助電路。在斷開時刻taus后，在電樞斷開的時刻tA得到一個持續(xù)約2ms和幅度為50V的電壓脈沖，因為迅速衰減的剩余磁通感應(yīng)一個電壓脈沖。
如由按用于交流電壓的圖2a、2b和按用于直流電壓的圖2c或2d的各波形圖可見，特征電壓脈沖的產(chǎn)生，與作為電磁系統(tǒng)的保持電流是交變電流(例如150mAeff)還是直流(例如150mA＝)無關(guān)。
通常應(yīng)安裝接觸器線圈，以避免在電弧熄滅(切斷)時的開關(guān)過電壓。作為布線元體例如設(shè)有阻容電路、壓敏電阻以及在直流的情況下有齊納二極管。在使用阻容抗干擾電路時不可能根據(jù)線圈電壓檢測電樞斷開時刻，因為在切斷線圈電流時形成一個激發(fā)的電阻電容電感振蕩電路，而且作為衰減正弦振蕩波的線圈電壓對于一指定的電樞斷開時刻不具有重要的信號變化曲線。
圖3表示用于根據(jù)接觸器1電磁線圈5處的斷路電壓確定電樞斷開時刻的裝置的方框圖。接觸器磁系統(tǒng)的控制最好能通過輔助接觸器2進行，輔助接觸器雙端地接通或切斷接觸器線圈5的控制電源電壓。于是線圈電壓在電樞斷開時刻與控制電源電壓的電位分開。
在圖3的方框圖中，計值模塊102由用于信號檢波的單元110、用于信號限幅和整形的單元120、用于信號析取的單元130和用于信號發(fā)送的單元140的串聯(lián)線路組成。單元120和140的出口信號輸給一個“與”元件150，它準(zhǔn)確地輸出所要求的電樞斷開時刻。尤其是由于必須準(zhǔn)確地確定小的時間時隔，所以有必要采用與課題需要相匹配的構(gòu)件相應(yīng)地設(shè)計單元110到140。
借助于這里所建議的對線圈電壓的信號處理，亦即檢波、限幅/整形、析取、發(fā)送、產(chǎn)生一個輸出脈沖，它與在電樞與磁軛分開時產(chǎn)生的特征電壓脈沖例如脈沖寬度≈2ms、脈沖高度≈50V(圖2)在時間上重合。為了進一步信號處理，可例如借助于一個在圖3中沒有表示的光耦合器由輸出脈沖導(dǎo)出一個與接觸器電磁傳動裝置的供電網(wǎng)在電流上分開的輸出信號。
圖4表示用于檢測電樞斷開時刻的包括構(gòu)件111至136的測定電路具體布線實例，這些構(gòu)件明顯地構(gòu)成了單元110、120、130、140。此電路連接在用于檢測圖1所示接觸器傳動裝置5的電磁線圈6、6’電壓的測量導(dǎo)線上。兩個測量接頭有用于測量信號的分壓的相同的串聯(lián)電阻9，以便在接觸器線圈5處獲得一種自由的引線布局。測量接地線與保護用地線連接且實際上處于零電位，所以當(dāng)輔助接觸器處于接通狀態(tài)時，只從外饋電線L流出一測量電流到此測定電路內(nèi)。
通過信號檢波和限幅電路，產(chǎn)生一個特征測量信號。在接觸器電磁傳動裝置的接通狀態(tài)，測量信號含有短的電壓脈沖，例如300μs寬和在50Hz交流電壓時10ms時間間隔，而在斷開過程中則形成有幾毫秒時間間隔的兩個約2ms長的電壓脈沖，其中第一個脈沖表征在鐵心內(nèi)的電感降，第二個脈沖則由于電樞從磁軛升起及與之相關(guān)連的電感變化產(chǎn)生。
在電子電路的后續(xù)部分中，除了最后提到的那個脈沖外，所有的電壓脈沖均受到抑制，所以測定電路只提供唯一的一個輸出脈沖，它與電樞開始斷開在時間上是重合的。
圖5表示按圖4的測定電路的測量波形圖。已作變型的接觸器的電樞-磁軛輔助觸點被利用來電子式/機械式地檢測電樞開始斷開的時刻，并可以與測定電路的輸出信號比較。通過對時間信號tA和tK取信號平均值(所謂Averaging)，基本上可以消除時間變化，這種時間變化是由于機械誤差影響接觸器主觸點的觸點分離以及由于接觸器電磁傳動裝置不同的磁化狀態(tài)引起的，所以具有測量精度為+/-100...200μs地測得在電樞斷開運動的開始與觸點斷開開始之間平均的時間差。
圖6表示用于檢測電樞斷開時刻的另一種測定電路。它與圖4所示電路的差別僅在于信號限幅和整形的電路部分，尤其在于比較器128和129大的輸入阻抗。因此，此測定電路以相同的方式處理接觸器線圈的測量信號，與電子設(shè)備供電電壓的接地接頭是否在地電位上無關(guān)。此外，也可以在線圈電壓單極斷開時檢測電樞斷開時刻。
因此，按圖6的電路可以在接地和不接地的電網(wǎng)中既在交流電壓也在直流電壓中使用。為了信號的進一步處理，例如可借助于光耦合器將輸出信號與接觸器電磁傳動裝置的供電網(wǎng)在電流上分開。
圖7表示圖6所示測定電路的測量波形圖，其中電子設(shè)備接地電位在地電位上。人們可以獲得具有如圖4所示電路相同測量精度的可比較的輸出信號。
通過考慮接觸器與電路特定的時間偏移，可精確地把電樞斷開時刻tA指定給圖4和圖5所示測定電路的電樞斷開脈沖，此時間偏移可由“電樞斷開脈沖”的脈沖上升沿算出，在上述接觸器類型中例如為0.7ms。根據(jù)接觸器的結(jié)構(gòu)尺寸和控制電源電壓的電壓大小，可能要求調(diào)整用于信號限幅的電路部分。
圖8表示了圖6所示測定電路電樞斷開時刻tA的信號變化曲線以及串聯(lián)的接觸器觸點斷開時刻的信號變化由線，其中再次利用求平均值(所謂的Averaging)。
通過對64個電路(其中電樞斷開脈沖的脈沖正沿總是觸發(fā)時刻)的信號取平均值，表明在電樞斷開脈沖的寬度上有微弱分散，且觸點斷開時刻的時間分散值約為0.5ms。從電樞開始斷開時刻tA至觸點開始斷開時刻tK的平均時間間隔，在所測得的示例中為4.6ms±0.2ms。
所說明的用于檢測電樞斷開時刻的測定電路，可以是用于確定接觸器主觸點剩余壽命的分析器的一部分。分析器位于接觸器與電負(fù)載之間在負(fù)載一側(cè)，并通過一個用于根據(jù)在人造中點處的電壓變化識別觸點斷開的第一監(jiān)控模塊與外饋電線L1、L2、L3觸點接通。一根尤其是雙芯的信號線將接觸器線圈的接頭與用于識別電樞斷開的第二監(jiān)控模塊連接起來。微處理機根據(jù)由監(jiān)控模塊提供的電樞斷開的時間信號tA和觸點斷開的時間信號tK，確定實際的觸點行程并由此確定主觸頭電的剩余壽命。
權(quán)利要求
1.一種確定開關(guān)設(shè)備內(nèi)的觸點，尤其是接觸器觸點的剩余壽命的方法，按此方法檢測在觸點間隔處的所謂觸點行程作為燒損的等效判據(jù)，并為了確定觸頭的燒損總是測量在斷路過程中觸點行程的變化并將其換算成剩余壽命，為此在由磁軛和具有電磁線圈的電樞組成的接觸器電磁傳動裝置的情況下，測量從電樞開始運動至觸點開始斷開的電樞行程的時間，其特征在于根據(jù)電磁線圈處的電壓，檢測電樞與接觸器電磁傳動裝置的磁軛分離的時刻。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于檢測電樞升起時磁路磁阻的增加。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于因磁通隨時間的變化在電磁線圈上感應(yīng)的電壓信號被用于時間測量。
4.一種實施如權(quán)利要求1至3中任一項所述方法的裝置，它有用于確定和顯示剩余壽命的分析器，其特征在于分析器(100)具有用于檢測電磁線圈(5)處電壓的單元(110-150)。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于這些用于檢測信號電壓的部件是用于信號檢波的單元(110)、用于信號限幅和整形的單元(120)、用于信號析取的單元(130)和用于信號發(fā)送的單元(140)。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于這些單元(110、120、130、140)由用于生成電樞斷開時刻的時間信號的單獨電路組成。
7.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于用于電樞斷開時刻信號的信號析取的單元(130)包括多個時間級(131、132、133)。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于時間級(131、132、133)通過至少一個“與”級(135)互相連接。
9.按照權(quán)利要求4至8中任一項所述的裝置，其特征在于分析器(100)作為附加電路組件組合在受監(jiān)測的接觸器(1)內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求4至8中任一項所述的裝置，其特征在于分析器(100)與受監(jiān)測的接觸器(1)連接。
11.按照權(quán)利要求4至8中任一項所述的裝置，其特征在于分析器(100)布置在過載繼電器內(nèi)受監(jiān)測的接觸器(1)的負(fù)載側(cè)。
12.按照權(quán)利要求4至8中任一項所述的裝置，其特征在于分析器(100)作為獨立的附加設(shè)備布置在受監(jiān)測的接觸器(1)的負(fù)載側(cè)。
全文摘要
一種確定開關(guān)設(shè)備內(nèi)觸點的剩余壽命的方法及相應(yīng)的裝置,過去為確定接觸器觸點剩余壽命,曾建議檢測在觸點間隔處的所謂觸點行程作為燒損的等效判據(jù),并為了確定觸頭的燒損總是測量在斷路過程中觸點行程的變化并將其換算成剩余壽命。為此在由磁軛和具有電磁線圈的電樞組成接觸器傳動裝置的情況下,有必要測量從電樞開始運動至觸點開始斷開的電樞行程的時間。按本發(fā)明根據(jù)電磁線圈處的電壓檢測電樞與接觸器電磁傳動裝置的磁軛分離的時刻。在這種情況下檢測電樞升起時磁路磁阻的增加。在相應(yīng)的具有用于確定和顯示剩余壽命的分析器的裝置中,分析器(100)有用于檢測電磁線圈(5)處電壓的單元(110—150)。
文檔編號H01H1/00GK1207200SQ97191599
公開日1999年2月3日 申請日期1997年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月31日
發(fā)明者弗里茨·波爾 申請人:西門子公司