CN1326604A - 识别熔断器断开的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种识别熔断器(17;18;19),尤其是识别与半导体元件(14;15;16)串联并装在一转动轴(22)上的熔断器断开的方法和设备。按本发明,由天线(20;30;46)截获在熔断器(17;18;19)断开时产生的电磁脉冲(33),该天线布置在熔断器(17;18;19)的附近。
Description
本发明涉及一种识别熔断器,尤其是识别与半导体元件串联并装在一可转动的轴上的熔断器断开的方法和设备。
这类熔断器主要应用于电气设备中,例如用在具有半导体元器件的整流设备中。这些半导体元器件借助熔断器受到保护。当半导体元件例如由于击穿而失效时,有故障的电路支线通过切断相关的熔断器有选择地与其余的电气系统隔开。对于多个并联的半导体元件而言,基于这种电路设计大多可以维持运行。但为了设备的监控,必须识别并显示熔断器的断开。
为了识别熔断器的断开,已知组合在熔断器内的显示器。在许多情况下采用信号片,当熔断片断开时它们竖立起来。当熔断片设在可转动的轴上时,这些信号片的竖立在离心力作用下完成。因此这种监控按以经验值为基础的固定的时间间隔目视地进行。为了观察,可转动的轴用频闪观测器照明,它的频率与轴的转速相匹配。这种人工的监测需要时间和有经验的人员,而且取决于频闪观测器的控制质量。也可选择用或附加用视频摄像机进行监测。这种监测方式昂贵,并要求由有经验的人员检验由视频摄像机记录并传输到适当位置的图像。
熔断器的断开也可以通过监控流过熔断器的电流来识别。借助霍耳探头例如对电流产生的磁场提供监控。一旦发现电流中断,便可归诸于熔断器已断开。对流过熔断器的电流进行这样的监控非常麻烦。若确认电流中断,则首先通过目视检查来确定熔断器的断开。此外可以在付出高昂代价的情况下重新装备从一开始并没有设置电子熔断器监控装置的机器。而且这种重新装备只有在机器内有足够的结构空间可供使用时才可能进行。
因此本发明的目的是提供一种简单、可重新装备、可靠和自动工作的用于识别熔断器断开的监控方法和装置。
本发明的目的在前言所述类型的方法中这样来实现,即,截获由熔断器和可能存在的其他构件发送的电磁脉冲并检验在熔断器断开时产生的电磁脉冲。而在前言所述类型的设备中,按照本发明设有至少一个天线,天线布置在熔断器附近并截获熔断器断开时产生的电磁脉冲。
此发明思想基于以下事实,即,在熔断器断开时会短时存在大的断路电流。当采用熔丝断路器时在熔丝上形成电弧。这种大的断路电流和电弧电压造成电磁脉冲。当在具有旋转半导体和熔断器的励磁机中,例如在整流电路中使用时,电磁脉冲的持续时间和频率取决于可旋转的轴的转速、负载电路内的电感和断开的时刻。
截获这些脉冲并用作熔断器断开的信号。
当半导体元件失效时,熔断器的断开按惯例发生在闭锁相位内最大电压负载的情况下。在熔断器断开时电磁脉冲的脉冲持续时间因而比应用于整流的各半导体元件的所谓载波堵塞效应峰值(Traeger-Stau-Effekt-Spitzen)高出许多倍。这种峰值归诸于下游负载的电感。作用在半导体元件上的电压由于此电感因而堵塞在此半导体元件处。在击穿时电压急剧升高至超过外加电压的波峰,接着重新回落。峰值可通过具有电阻和电容的适当电路减小并周期性地出现。
与此相对,在熔断器断开时产生的电磁脉冲每个熔断器只出现一次,以及,在脉冲宽度和脉冲幅度方面与可能存在的其他一些构件如半导体元件发出的脉冲不同。因此,通过截获发出的全部电磁脉冲以及检验在熔断器断开时产生的电磁脉冲,可以可靠地识别熔断器的断开。
天线布置在熔断器附近,所以熔断器处于天线的接收范围内。
按本发明的设备非接触式工作,而且天线所需的空间位置很小。毫无困难地可以在现已存在的设备中,尤其在涡轮发电机的励磁机中重新装备。此外允许实施连续和自动的监控,这种监控不再需要经验值或指派经过训练的人员。
按本发明有利的进一步发展和设计可见从属权利要求。
比较有利的是,截获的脉冲在信号滤波器内处理。信号滤波器可以滤出规定频率范围的电磁脉冲并可限制可预定的脉冲幅度范围。因此从一开始就可以滤出那些与熔断器的断路完全无关的脉冲。
按照有利的设计,截获的脉冲在一个分析器内受到分析。分析器可作为单独的仪器或借助于软件实现。在分析器内检验截获的脉冲。要么可检验不允许的电磁脉冲,要么与事先输入的值进行比较。这两种方法都可以可靠识别在断开时熔断器内产生的电磁脉冲。
按照有利的进一步发展,所截获脉冲的分析结果或截获的脉冲在中间存储器内保存规定的时间。此中间存储器可以只是短期储存分析结果或截获的脉冲,因此它的尺寸可以较小。
比较有利的是,在规定的时间期满后改写中间存储器。因此减少了所需要的总存储单元。
按照有利的进一步发展,规定的时间等于可转动轴的旋转时间或它的整数倍。由此适应于其他构件周期性分布的电磁脉冲。
比较有利地是,在确认熔断器断开时在一个固定存储器内存放对应的信号。这种固定存储器只是在实际上确认熔断器已断开时才是需要的,因此它的尺寸可以较小。在恰当的设计中可设唯一的一个固定存储器,它与多个中间存储器连接。由此可降低投入与成本。与此同时简化了通过使用者进行存取,因为只须检验一个固定存储器。
按照一种有利的设计,通过脉冲计数器探测轴的转动位置,该轴的转动位置与截获的信号逻辑连接。借助于在轴旁的脉冲计数器可以获知熔断器的位置。在涡轮发电机的励磁机中多个熔断器通常在一个公共的轨道上环绕。如前言已说明的那样,熔断器的断开通常发生在半导体元件闭锁相位内最大电压负载的情况下。由轴的转动位置可以确定在断开的时刻曾有最大电压负载的那个熔断器。在正常情况下,这一熔断器断路。因此通过用脉冲计数器来探测轴的转动位置以及通过逻辑连接该轴的转动位置可以获知已断开的熔断器。
至少一个天线可至少部分地围绕着熔断器。该天线有利地设计为固定不动。若熔断器布置在可转动的轴上,则天线围绕着此可转动的轴。
按照一项有利的设计,天线设计为整体式的。为了安装将它绕熔断器弯曲并固定。
在按本发明的设备中,天线按另一种有利的设计由多个圆弧段组成,它们围绕着熔断器。天线的各分段可以快速和简单地装配。而且没有困难地可以在已经存在的设备中重新装备。
按有利的进一步发展,圆弧段在电磁上彼此隔离。各弧段就象单独的一个天线那样起作用。取决于已断开的熔断器与这些分段的相对位置,在断开时产生的电磁脉冲被至少一个分段截获。通过比较被分段截获的脉冲的强度,可以确定断开的熔断器与各分段的距离。由此可以准确定位此已断开的熔断器。
按一项有利的设计,设有多个沿轴向互相隔开距离的天线。采用沿轴向互相隔开距离的天线,可以同时可靠地监控多个沿可转动的轴的轴向布置的熔断器或熔断器组。
在断开时可以单值地确定已断开的熔断器的轴向位置。
按一项有利的进一步发展,天线相对于周围环境是屏蔽的。因此来自环境的干扰信号,如来自别的开关过程的干扰信号不被截获。其结果是避免了因外部影响造成失真。
比较有利地是设置一个脉冲计数器用于探测轴的转动位置。该脉冲计数器尤其可与电磁上彼此隔离的圆弧段相结合用于准确确定断开的熔断器。
按一项有利的设计,设有一个数据处理装置用于分析、检验和储存所截获的脉冲。数据处理装置可快速和方便地适应不同的边界条件,例如可转动轴的转速。
下面借助在可转动轴上有多个熔断器和构件的励磁机详细说明本发明,它以示意的方式表示在附图中。本例不应理解为是一种限制,而仅用于说明。附图中:
图1示出整流器的三相桥式电路;
图2示出励磁机的一个示意纵剖面;
图3a为沿图2中截取线III-III剖得的断面放大图;
图3b为按另一种实施形式类似于图3a的视图;
图4为励磁机电压UN、电弧电压UB和断路电流I的示意图;以及
图5为信号处理图。
图1中示意表示一个三相桥式电路。三相电流通过三根相线11、12、13供入并且应转换成直流。六个二极管14a、14b、15a、15b、16a、16b用于这种转换,它们分别与一个熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b串联。在图示的线路中二极管14a、15a、16a可以分别通过交流电压U1正的半波,反向则截止。交流电压U1负的半波经二极管14b、15b、16b导通。于是在负载电阻RL上作用直流电压U2。负载电阻RL表示为欧姆电阻,但它也可以包括电感。
在熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b附近设天线20。图中用虚线表示此天线20至少部分围绕着熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b。若例如熔断器17a因二极管14a击穿而断开,则产生电磁脉冲,它被天线20截获。当然,天线20也接收其他电磁脉冲,然而这些脉冲与断路脉冲显然有明显的区别。
图2表示通过励磁机21的示意纵剖面。励磁机21有一根轴22,它可绕其纵轴线25可转动地支承在轴承23、24中。在轴22上作用一主激励器26和一辅助激励器27。定子26a、27a被静止固定在没有进一步表示的外壳上。转子26b、27b与轴22抗扭地连接。沿轴向相互隔开距离地设置且都与轴22抗扭连接的整流轮(Gleichrichterrad)28、29用于产生期望的直流电压。比较有利地是在第一个整流轮28内装熔断器17a、18a、19a,在第二个整流轮29内装熔断器17b、18b、19b。两个整流轮28、29被天线20、30至少部分围绕。
轴22在其图2中的左端有一个连接其他励磁机的联轴器31。在轴22的另一端(右端)设有一凸块45,当轴22旋转时它扫过一个脉冲计数器32。该脉冲计数器32不仅可以检查轴22的转速,而且还与天线20、30一起确定当时正处于断开状态的熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b。
在按图3a的横截面内进一步表示了天线20的结构和布局。天线20由三个圆弧段20a、20b、20c组成。各分段20a、20b、20c彼此在电磁上隔离。在图中示意性地示出熔断器17a、18a、19a的位置。若例如熔断器17a断开,则分段20c比分段20a、20b接收到一个强得多的信号。由于同时还通过脉冲计数器32探测到轴22的转动位置,从而可以单值地确定哪一个熔断器17a、18a、19a在断开的时刻正好位于分段20c旁。由此可以确定已断开的熔断器17a、18a、19a。
图3b表示一种整体式天线46。此天线46绕整流轮28弯曲并固定装配。来自周围环境的干扰信号被屏蔽器48隔断。
图4示意表示断开过程。在时刻t0之前都不存在断路。励磁机电压UN均匀和周期性变化。在时刻t0,熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b中的一个断开。在断开时产生的电弧电压UB有比励磁机电压UN大得多的幅度。与此同时流过一较大的断路电流I。在断开之后不久电弧电压UB消失。断路电流I回到零。从现在起继续存在励磁机电压UN。
电弧电压UB和断路电流I产生电磁脉冲,这些脉冲与正常工作的那些脉冲明显不同。这些脉冲与其他构件发出的脉冲一起被天线20、30截获,以及检验在熔断器17a、17b、18a、18b、19a、19b断开时产生的电磁脉冲。
图5给出有关信号处理的示意图。熔断器17a被天线20围绕。当二极管14a中有缺陷时熔断器17a断开并发出电磁脉冲33。这些脉冲33被天线20截获。天线20也接收其他一些电磁脉冲34,它们由半导体元件47,尤其是旋转的或固定的二极管或可控硅产生。这类半导体元件主要设在主励磁器26的电路内。由天线20截获的脉冲33、34传输给接收器35。从那里它们被继续传递给信号滤波器36。信号滤波器36只允许通过频率和脉冲幅度处于可预先给定的规定范围内的脉冲。因此滤出被天线20截获的干扰脉冲。与此同时也可以滤出正常工作的脉冲。
在一个分析器37内分析滤出的脉冲并检验在熔断器17a断开时产生的电磁脉冲33。向分析器37同样输入由脉冲计数器32探测到的轴22的转动位置。轴22的转动位置与输送给分析器37的脉冲逻辑连接,因而可以准确地确定已断开的熔断器。接着,将分析的结果或传输给分析器37的脉冲存放在一个中间存储器38内。若确认熔断器17a断开,则在一个固定存储器39内存入相应的信号。此断路信号也可以直接由分析器37输入固定存储器39中,如图中带信号箭头的虚线43所示。
一个控制模块40用于过程控制和监视。此控制模块40与分析器37、中间存储器38以及固定存储器39连接。也可以如带有信号箭头的虚线44所示与脉冲计数器32连接。若确认断开,在输出模块41上实施相应的显示。输出模块41可由控制模块40、固定存储器39或由两者控制。也可选择用或附加地用分析器37进行控制。中间存储器38在规定时间期满后自动改写。该规定的时间可以等于可转动轴22的旋转时间或它的整数倍。于是有关断路的信息可从固定存储器39或从控制模块40上提取。
按本发明的设备结构简单并且可以后装备。它允许在即使没有有经验的人员时自动监控和识别熔断器的断开。此外,按本发明的设备无接触式工作,因而磨损小且寿命长。
Claims (17)
1.一种识别熔断器(17;18;19),尤其是识别与半导体元件(14;15;16)串联并装在一可转动的轴(22)上的熔断器(17;18;19)断开的方法,其特征在于:截获由熔断器(17;18;19)和可能存在的其他构件(47)发送的电磁脉冲(33;34)并检验在熔断器(17;18;19)断开时产生的电磁脉冲(33)。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:在一个信号滤波器(36)内处理所截获的脉冲(33;34)。
3.按照权利要求1或2所述的方法,其特征在于:在一个分析器(37)内分析所截获的脉冲(33;34)。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:所截获脉冲(33;34)的分析结果或所截获的脉冲(33;34)在中间存储器(38)内保存规定的时间。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:在规定的时间期满后改写中间存储器(38)。
6.按照权利要求4或5所述的方法,其特征在于:所述规定的时间等于可转动轴(22)的旋转时间或它的整数倍。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法,其特征在于:在确认熔断器(17;18;19)断开时在一个固定存储器(39)内存放对应的信号。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于:轴(22)的转动位置通过一个脉冲计数器(32)来探测并与截获的脉冲(33;34)逻辑连接。
9.一种优选地实施如上述任一项权利要求所述方法、用于识别熔断器(17;18;19),尤其是识别与半导体元件(14;15;16)串联并装在一可转动的轴(22)上的熔断器(17;18;19)断开的设备,其特征在于:至少设有一天线(20;30;46),它布置在熔断器(17;18;19)附近,用于截获熔断器(17;18;19)断开时产生的电磁脉冲(33)。
10.按照权利要求9所述的设备,其特征在于:所述天线(20;30;46)至少部分围绕着熔断器(17;18;19)。
11.按照权利要求9或10所述的设备,其特征在于:所述天线(46)设计为整体式的。
12.按照权利要求9或10所述的设备,其特征在于:天线(20;30)由多个围绕着熔断器(17;18;19)的圆弧段(20a、20b、20c)组成。
13.按照权利要求12所述的设备,其特征在于:所述圆弧段(20a、20b、20c)在电磁上彼此隔离。
14.按照权利要求9至13中任一项所述的设备,其特征在于:设有多个沿轴向互相隔开距离的天线(20、30)。
15.按照权利要求9至14中任一项所述的设备,其特征在于:天线(20;30;46)相对于周围环境是被屏蔽的。
16.按照权利要求9至15中任一项所述的设备,其特征在于:设有一个用于探测轴(22)的转动位置的脉冲计数器(32)。
17.按照权利要求9至16中任一项所述的设备,其特征在于:设有一数据处理装置(42)用于分析、检验和储存所截获的脉冲(33;34)。
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- 2001-05-11 US US09/853,473 patent/US6466032B2/en not_active Expired - Fee Related
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