專(zhuān)利名稱：監(jiān)視開(kāi)關(guān)設(shè)備觸點(diǎn)燒損的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視開(kāi)關(guān)設(shè)備中的觸點(diǎn)燒損，尤其是用于判斷接觸器磨損狀況的方法，其中檢測(cè)并評(píng)估在斷開(kāi)過(guò)程中在打開(kāi)的觸點(diǎn)之間產(chǎn)生的電弧電壓作為觸點(diǎn)磨損狀況的指示。此外本發(fā)明還涉及實(shí)施此方法的合適設(shè)備。
開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的使用壽命由燒損狀況確定，亦即取決于在開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的電弧的影響下觸點(diǎn)材料的逐漸損失。燒損通常使觸點(diǎn)不均勻損耗。當(dāng)在接觸區(qū)內(nèi)至少一個(gè)位置上觸點(diǎn)材料或完全消蝕或損耗至規(guī)定的最小厚度時(shí)，便達(dá)到了開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的使用壽命。
與各種各樣理論分析不同，實(shí)際上判斷開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的狀況往往只是通過(guò)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備和通過(guò)目視檢查來(lái)進(jìn)行。這主要適用于預(yù)估剩余壽命，了解剩余壽命對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用性能并因而對(duì)于線路中負(fù)載的工作可靠性均有重要意義。
由國(guó)際申請(qǐng)WO 94/22153 A1已知一種開(kāi)關(guān)設(shè)備，其中觸點(diǎn)在背面開(kāi)槽并裝在一個(gè)分開(kāi)式觸點(diǎn)架上。采用這一結(jié)構(gòu)可方便地確定觸點(diǎn)的剩余壽命當(dāng)燒損時(shí)位于槽上方的材料消蝕，觸點(diǎn)分成兩半。在這種狀態(tài)當(dāng)接通時(shí)在觸點(diǎn)兩半之間產(chǎn)生電位差，它作為電壓可以測(cè)出并可用作觸點(diǎn)燒損的指示。此外，由DE 3714802 A1已知一種電子開(kāi)關(guān)，其中至少為一個(gè)觸點(diǎn)配設(shè)一光導(dǎo)體，可以從外部借助于適用的光學(xué)輔助裝置測(cè)量它的傳輸特性。一種不允許的加重?zé)龘p觸點(diǎn)的情況將改變此光學(xué)傳輸特性，并應(yīng)最終導(dǎo)致破壞此光導(dǎo)體。
除了上述用于檢測(cè)觸點(diǎn)機(jī)械侵蝕的裝置外，還有一些通過(guò)相應(yīng)的方式評(píng)估電信號(hào)的建議。例如由DE 4028721 C2已知一種用于確定開(kāi)關(guān)設(shè)備剩余壽命的方法，其中測(cè)定在開(kāi)關(guān)過(guò)程中流動(dòng)的電荷并針對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程累加。這一方法原則上不僅適合于顯示確定的剩余壽命，而且除此以外還給出了任意時(shí)刻觸點(diǎn)的燒損狀況。
相比之下本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)化的方法，它適用于判斷接觸器的運(yùn)行準(zhǔn)備狀況，以及本發(fā)明還創(chuàng)造了一種相關(guān)的設(shè)備。
按本發(fā)明在前言所述類(lèi)型的方法中為達(dá)到此目的采取的措施是，利用電弧電壓的波動(dòng)量作為觸點(diǎn)磨損狀況的判據(jù)。為了檢測(cè)電弧電壓的波動(dòng)量，最好使用電弧電壓的高頻分量，尤其是在約1KHz以上的高頻分量。電弧電壓的高頻分量經(jīng)濾波后乘方。這些平方值可以累加并與一閾值比較。
因此，按本發(fā)明的設(shè)備的特征在于一種電路布置，借助于它檢測(cè)電弧電壓波動(dòng)量并利用來(lái)判斷觸點(diǎn)的磨損狀況。詳細(xì)地說(shuō)，此電路布置最好由高通濾波器、平方器、積分器和用于發(fā)生故障信號(hào)的單元組成。
本發(fā)明創(chuàng)造了一種方法和相關(guān)的設(shè)備，借助于它們可用簡(jiǎn)單的方法識(shí)別在使用接觸器作為開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)尤其是主觸點(diǎn)的狀況，該主觸點(diǎn)對(duì)于開(kāi)關(guān)接觸器的電氣使用壽命起關(guān)鍵作用。在這種情況下最好也能使用在開(kāi)關(guān)設(shè)備中已經(jīng)存在的單元用于信號(hào)檢測(cè)。
本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)是，不必持續(xù)地觀察開(kāi)關(guān)設(shè)備或觸點(diǎn)，在前言所述的先有技術(shù)中則必須這么做。在DE 2727378 C2中這也是必須的，該文獻(xiàn)介紹了一種檢查電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備工作性能的裝置，其中通過(guò)連續(xù)測(cè)量檢測(cè)和累加觸點(diǎn)處的電流。相比之下按DE 4416781 A1和DE 4132533 A1的設(shè)計(jì)包含一些特殊的方法，用于測(cè)量電源開(kāi)關(guān)中熄弧火花的發(fā)展過(guò)程，或用于評(píng)估在電氣機(jī)械滑動(dòng)觸點(diǎn)處的電弧。
在VDE-Fachbericht 42“Kontaktverhalten and Schalten”(11.Kontaktseminar，1991.9.25至27，在Universitaet Karlsruhe)[VDE-專(zhuān)業(yè)報(bào)告42“觸頭性能和開(kāi)關(guān)”(第11期觸頭研究班，1991年9月25日至27日，在卡爾斯魯厄大學(xué))]中，給出了有磁觸點(diǎn)電弧遷移特性的說(shuō)明。在那里主要研究了運(yùn)動(dòng)電弧的現(xiàn)象，但是沒(méi)有進(jìn)一步得出有關(guān)判斷觸點(diǎn)磨損狀況的結(jié)論。
下面借助附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1所示為一種用于評(píng)估在開(kāi)關(guān)設(shè)備斷開(kāi)的過(guò)程中在打開(kāi)的觸點(diǎn)之間產(chǎn)生的電弧電壓的裝置。
在開(kāi)關(guān)設(shè)備的斷開(kāi)過(guò)程中，在觸點(diǎn)之間形成的熔橋(Schmelzbruecke)轉(zhuǎn)變成一個(gè)起先很短但隨著觸點(diǎn)開(kāi)度的增大而擴(kuò)展的電弧。此電弧形成開(kāi)關(guān)接觸元件的觸點(diǎn)接觸層上的底點(diǎn)，尤其在接觸器中，這些接觸層最好由在銀-金屬氧化物基例如AgSnO2上的觸點(diǎn)材料組成。經(jīng)過(guò)一個(gè)短的保持時(shí)間后，電弧在自磁化力的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始如所期望的那樣遷移到通常存在的消弧腔內(nèi)。在此運(yùn)動(dòng)期間，迫使電弧的底點(diǎn)在觸點(diǎn)接觸層上移動(dòng)，這一情況與能量的交變狀況相聯(lián)系。為了補(bǔ)償波動(dòng)的功率損失，通過(guò)電弧從電路中提取相應(yīng)的功率。由于電流基于主要在電路中實(shí)際存在的電感不可能按如此強(qiáng)烈的程度改變，使得電弧的電壓與此交變的狀況匹配，所以產(chǎn)生了所謂的波動(dòng)量。
波動(dòng)量定義為所產(chǎn)生的最大與最小電弧電壓之差。其起因一方面與電弧運(yùn)動(dòng)有關(guān)，它的運(yùn)動(dòng)速度在約20至40m/s之間，及另一方面與觸點(diǎn)表面不均勻性有關(guān)，該表面的粗糙度在約100至500μm范圍內(nèi)。例如當(dāng)速度為20m/s和觸點(diǎn)表面平均粗糙度為200μm時(shí)，產(chǎn)生的要評(píng)估的頻率在100KHz范圍內(nèi)。所有的量均取決于觸點(diǎn)類(lèi)型和狀態(tài)，但產(chǎn)生的頻率無(wú)論如何均大于1KHz，所以應(yīng)當(dāng)研究電弧電壓的這些高頻分量。
隨著開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)接觸層被逐漸磨損，應(yīng)確定觸點(diǎn)表面增加的粗糙度和裂紋。這些又會(huì)在遷移過(guò)程引起電弧電壓更大的波動(dòng)量。
上述這種影響尤其在開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸層被消耗到至少局部不再存在觸點(diǎn)材料時(shí)表現(xiàn)得更明顯。在這種情況下電弧必然在通常用銅制的支承材料上形成底點(diǎn)，這會(huì)引起為發(fā)射載流子所需的陰極電位降的突變。
可以檢測(cè)隨觸點(diǎn)磨損增加而提高的電弧電壓波動(dòng)量，并利用來(lái)預(yù)估開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的磨損狀況。為此在圖中用ULB表示一個(gè)未示出的開(kāi)關(guān)設(shè)備上的第一個(gè)接頭。在接頭ULB下游是高通濾波器1，它在斷開(kāi)過(guò)程中濾出電弧電壓的高頻分量，也就是由此選除了電弧電壓的低頻分量。由此而產(chǎn)生的信號(hào)實(shí)行數(shù)值運(yùn)算，例如為此輸入一平方器2，并在乘方后通過(guò)積分器3累加。
通過(guò)與閾值發(fā)生器4的信號(hào)比較，當(dāng)積分器3出口處的一個(gè)取決于具體的開(kāi)關(guān)設(shè)備類(lèi)型的值超過(guò)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的故障信號(hào)并進(jìn)行顯示。為此可按適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)相應(yīng)的顯示器。如此提供的信號(hào)可輸入總線系統(tǒng)輸往中央通信裝置。
在按附圖的線路布置中，可以選擇在主觸點(diǎn)閉合時(shí)積分器3復(fù)位，亦即U≌0，以保證在每次接通前總是處于確定的原始狀態(tài)。
在對(duì)按附圖的線路的修改中，高通濾波器1也可以通過(guò)來(lái)自低通濾波器的信號(hào)求差按軟件進(jìn)行模擬。在這種情況下首先實(shí)施指數(shù)平均法，然后將如此得出的信號(hào)從原始信號(hào)中減去。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視開(kāi)關(guān)設(shè)備中的觸點(diǎn)燒損，尤其是用于判斷接觸器磨損狀況的方法，其中，檢測(cè)并評(píng)估在斷開(kāi)過(guò)程中在打開(kāi)的觸點(diǎn)之間產(chǎn)生的電弧電壓作為觸點(diǎn)磨損狀況的指示，其特征在于利用電弧電壓的波動(dòng)量作為觸點(diǎn)磨損狀況的判據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為了檢測(cè)電弧電壓的波動(dòng)量，使用尤其在約1KHz以上的電弧電壓高頻分量。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于電弧電壓的高頻分量經(jīng)濾波后乘方。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在電弧斷路持續(xù)期間對(duì)電弧電壓的高頻乘方分量積分，以及，將此積分值與一閾值比較。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在每次觸點(diǎn)閉合時(shí)積分值回零(U≌0)，以保證每次開(kāi)關(guān)前處于確定的原始狀態(tài)。
6.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于為了過(guò)濾高頻分量采用高通濾波器。
7.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于電弧電壓的高頻分量通過(guò)在電弧電壓與一個(gè)最好通過(guò)求電弧電壓浮動(dòng)的平均值得出的信號(hào)之間求差獲得。
8.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述被計(jì)算出的信號(hào)與閾值比較，由此計(jì)算出剩余壽命，以及這一信息出于監(jiān)視和控制的目的被輸入總線系統(tǒng)。
9.一種實(shí)施如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述方法的設(shè)備，其中，接觸器的磨損狀況通過(guò)在斷開(kāi)過(guò)程中評(píng)估電弧電壓的高頻分量進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于一種線路布置(10)，借助于它檢測(cè)電弧電壓的波動(dòng)量，并利用來(lái)判斷觸點(diǎn)的磨損狀態(tài)。
10.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(10)由一高通濾波器(1)、一平方器(2)、一積分器(3)和一用于發(fā)生指示信號(hào)的單元(4)組成。
11.按照權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于所述用于發(fā)生指示信號(hào)的單元是一個(gè)比較器(4)。
12.按照權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述積分器(3)可由一復(fù)位器(5)控制。
13.按照權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述高通濾波器通過(guò)在經(jīng)低通濾波后的電弧電壓與電弧電壓之間求差自動(dòng)執(zhí)行。
全文摘要
一種監(jiān)視開(kāi)關(guān)設(shè)備觸點(diǎn)燒損的方法和設(shè)備,已知接觸器的使用壽命主要由主觸點(diǎn)的磨損狀況確定。為預(yù)防由于觸點(diǎn)缺乏工作能力造成不應(yīng)用的開(kāi)關(guān)設(shè)備的故障,按本發(fā)明使用在斷開(kāi)過(guò)程中在打開(kāi)的觸點(diǎn)之間形成的電弧作為指示;測(cè)量電弧電壓;以及,利用電弧電壓的波動(dòng)量作為觸點(diǎn)磨損狀況的判據(jù)。相關(guān)的設(shè)備由一種線路布置(10)構(gòu)成,它由至少一個(gè)高通濾波器(1)、一個(gè)平方器(2)、一個(gè)積分器(3)和一個(gè)用于發(fā)生故障信號(hào)的器件(4)組成。
文檔編號(hào)G01R31/327GK1202979SQ96198494
公開(kāi)日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月1日
發(fā)明者格爾德·格里彭特羅格, 戴維-沃爾特·布蘭斯頓, 諾伯特·埃爾斯納, 萊因哈德·梅爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司