專利名稱：電功率開關(guān)和用于驅(qū)動電功率開關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)和根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動功率開關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
電功率開關(guān)是已知的。同樣已知的是，它們具有機械上可移動的和固定的元件，這些元件經(jīng)受機械應(yīng)力。也已知的是，該機械應(yīng)力會導(dǎo)致電功率開關(guān)故障。由于電功率開關(guān)的故障，影響了關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)的能量供給和工作可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明所基于的問題是，提出一種用于確定電功率開關(guān)的機械狀態(tài)的裝置和方法，使得可以檢測并且分析功率開關(guān)的各元件的機械特性。本發(fā)明所基于的問題通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的電功率開關(guān)以及根據(jù)權(quán)利要求9 所述的用于驅(qū)動電功率開關(guān)的方法來解決。有利的改進方案在從屬權(quán)利要求中說明。對于本發(fā)明重要的特征此外在下面的描述中以及在附圖中，其中所述特征可以單獨地和以不同組合地對于本發(fā)明而言是重要的。有利的是，電功率開關(guān)包括兩個傳感器，它們分別產(chǎn)生測量信號并且間隔地共同設(shè)置在相同的元件上。由此，它們彼此獨立地反映元件的機械特性并且由此反映功率開關(guān)的機械特性。通過測量信號的結(jié)合，可以確定功率開關(guān)的機械狀態(tài)或者功率開關(guān)的元件的機械狀態(tài)。由此，可以得到關(guān)于如下情況的確切說明功率開關(guān)何時達到了機械狀態(tài)的臨界水平或者將來何時達到機械狀態(tài)的臨界水平。在確定例如對于功率開關(guān)的功能重要的元件斷裂的情況下，可以立即關(guān)斷功率開關(guān)并且相應(yīng)地冗余連接的功率開關(guān)可以投入工作。如果軸例如具有在兩個傳感器之間的斷裂部，則轉(zhuǎn)動運動改變，并且該改變可以通過相應(yīng)地設(shè)置在斷裂部兩側(cè)的兩個傳感器以及對測量信號的相應(yīng)分析來確定。在另一方面，借助對機械狀態(tài)的判斷同樣可以確定何時應(yīng)當(dāng)或者必須維護功率開關(guān)，以便維持工作能力。此外，附加地可以確定必須更換哪個元件，由此可以有利地計劃對所需材料的使用。由此，對于驅(qū)動的電網(wǎng)的工作可靠性和故障可靠性得到明顯的優(yōu)點，并且由此得到關(guān)于維護方面的明顯的成本優(yōu)點。在功率開關(guān)的一個有利的實施形式中設(shè)計了檢測單元和處理單元。傳感器的測量信號中央地在檢測單元中聚集。由此，一方面可以在一點截取測量信號用于進一步處理，并且另一方面可以協(xié)調(diào)測量信號的記錄。處理單元負責(zé)將測量信號變換為另一數(shù)據(jù)表示或者由測量信號導(dǎo)出其他的數(shù)據(jù)或者信號。在功率開關(guān)的另一有利的實施形式中，設(shè)計了結(jié)合單元。結(jié)合單元建立在與測量信號關(guān)聯(lián)的信號或者測量信號本身與另外的信號之間的結(jié)合。通過結(jié)合單元，由此反映機械狀態(tài)，通過這種方式可以判斷機械狀態(tài)的改變或者劣化。
在功率開關(guān)的另一有利的實施形式中，與結(jié)合單元關(guān)聯(lián)有儲存單元用于保存其他的信號。這些其他信號被輸送給結(jié)合單元。儲存單元能夠有利地實現(xiàn)的是，可以保存以前時刻的測量信號以及來自仿真、實驗測量的信號。由此，儲存單元能夠有利地實現(xiàn)多種結(jié)合可能性，從中例如可以確定機械狀態(tài)的將來趨勢。在所述裝置的另一有利的實施形式中，設(shè)計了決定單元。決定單元判斷通過結(jié)合單元確定的狀態(tài)信號或者其他信號。該判斷可以涉及由決定單元所發(fā)起的相應(yīng)措施。對此的例子是已經(jīng)提及的關(guān)斷功率開關(guān)、計劃使用維護或者顯示可能的故障，以便采取相應(yīng)的措施。在所述方法的一個有利的實施形式中，將第一傳感器的測量信號與另外的信號結(jié)合，其中所述另外的信號與第一傳感器關(guān)聯(lián)。例如，所述另外的信號可以源自較早的時刻， 并且可以從結(jié)合的結(jié)果有利地確定機械狀態(tài)劣化的步驟。在所述方法的一個有利的實施形式中，將第一傳感器的測量信號與第二傳感器的信號結(jié)合。例如，在將幾乎同時接收的兩個信號結(jié)合以及將相應(yīng)的傳感器安裝在相同元件上的情況中，可以確定元件的斷裂，因為信號具有不同的特征。在所述方法的一個有利的實施形式中，從實驗性的研究或者仿真中確定用于與測量信號結(jié)合的信號。通過實驗性的研究以及通過仿真，限定了對于確定機械狀態(tài)的預(yù)期值。 該確定的狀態(tài)可以對應(yīng)于理想的、劣化的或者有缺陷的機械狀態(tài)。如果功率開關(guān)并不滿足在機械狀態(tài)的過早劣化意義上的該預(yù)期值時，可以有利地執(zhí)行相應(yīng)的措施來維持工作能力。如果功率開關(guān)超過預(yù)期值，即其并未如所預(yù)期的那樣強地發(fā)生機械狀態(tài)的劣化，則功率開關(guān)可以有利地沒有相應(yīng)措施并且由此暫時沒有附加維護成本地繼續(xù)工作。由此，并不執(zhí)行多余的維護工作而是僅僅在確定的要求情況下執(zhí)行。由此降低了維護的成本并且同時提高了工作可靠性。在所述方法的一個有利的實施形式中，為了確定機械狀態(tài)使用外部激勵的、阻尼的彈簧一質(zhì)量模型。彈簧一質(zhì)量模型有利地檢測振動或者移動并且將其相應(yīng)地反映在比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線中。在所述方法的一個有利的實施形式中，改變外部激勵的、阻尼的彈簧一質(zhì)量模型的質(zhì)量。比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線與當(dāng)前測量值的結(jié)合于是得到的是，通過結(jié)合可以識別機械上受到應(yīng)力的元件的斷裂。在所述方法的一個有利的實施形式中，改變剛度或者衰減。比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線的結(jié)合于是得到的是，通過結(jié)合識別關(guān)于機械上受到應(yīng)力的元件的間隙(Spiel)的變化。在所述方法的一個有利的實施形式中，基本上在電功率開關(guān)的斷開期間或者在閉合期間確定信號。由此，考慮了如下持續(xù)時間用于確定機械狀態(tài)在該持續(xù)時間中機械上可移動的和固定的元件處于運動中或者承受負載。由此，所述方法可以局限于分析在短的持續(xù)時間期間在斷開或者閉合情況下積累的測量信號。本發(fā)明的其他特征、應(yīng)用可能性和優(yōu)點從下面對附圖中示出的本發(fā)明實施例的描述中得到。在此，所有所描述的或者示出的特征本身或者以任意組合地是本發(fā)明的主題，而與其在權(quán)利要求中的概括或者其引用無關(guān)，以及與其在說明書或者附圖中的表達或者顯示無關(guān)。對于功能相同的量在所有附圖中也在不同的實施形式中使用相同的參考標(biāo)記。


在附圖中圖1示出了帶有其中設(shè)置的傳感器的第一功率開關(guān)的示意性示出的部分區(qū)域；圖2示出了帶有其中設(shè)置的傳感器的第二功率開關(guān)的示意性示出的部分區(qū)域；圖3示出了用于檢測和處理測量信號的裝置的示意性方框圖；圖4示出了包括參數(shù)和/或參數(shù)曲線的結(jié)合的不同實施形式的概視圖；以及圖5示出了力一時間圖。
具體實施例方式圖1示出了帶有其中設(shè)置的傳感器Sl至S19的第一功率開關(guān)的示意性示出的部分區(qū)域2。部分區(qū)域2示出了第一功率開關(guān)的機械上可移動的元件以及直接或者間接設(shè)置在其上的、固定的元件。這些元件在機械上受到應(yīng)力。部分區(qū)域2示出了開關(guān)軸22，其沿著笛卡爾坐標(biāo)系14的ζ方向延伸。除了 ζ軸， 笛卡爾坐標(biāo)系14具有χ軸和y軸。開關(guān)軸22在耦合區(qū)域62中安置在支承元件42上。開關(guān)軸22在耦合區(qū)域64中安置在支承元件44上。支承元件42與第一功率開關(guān)的固定元件 48緊固連接。支承元件44與第一功率開關(guān)的固定元件52緊固連接。開關(guān)軸22的軸承能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)雙箭頭202的自轉(zhuǎn)。開關(guān)軸柄M與開關(guān)軸22緊固連接。開關(guān)軸柄M通過耦合區(qū)域66與耦合桿32 連接。耦合桿32引導(dǎo)至第一功率開關(guān)的接觸設(shè)備觀。接觸設(shè)備觀與第一功率開關(guān)的固定元件M緊固連接。如果開關(guān)軸22根據(jù)雙箭頭202的方向轉(zhuǎn)動，則開關(guān)軸柄M與耦合桿32共同的相應(yīng)移動導(dǎo)致了并未示出的、可移動的開關(guān)接觸部的一部分在接觸設(shè)備觀內(nèi)朝著X方向或者逆著X方向移動。這導(dǎo)致了可移動的開關(guān)接觸部在接觸設(shè)備觀內(nèi)閉合或者斷開。開關(guān)軸柄沈與開關(guān)軸22緊固連接。開關(guān)軸柄沈通過耦合區(qū)域68與第一調(diào)節(jié)桿 36、調(diào)節(jié)元件34和第二調(diào)節(jié)桿38連接。第二調(diào)節(jié)桿38通過耦合區(qū)域72與支承元件46連接。支承元件46與第一功率開關(guān)的固定元件56緊固連接。調(diào)節(jié)元件34構(gòu)建為沿著其縱向方向增大或者減小。由此，調(diào)節(jié)元件34用于使得第一調(diào)節(jié)桿36、調(diào)節(jié)元件34和第二調(diào)節(jié)桿38構(gòu)成的整體在調(diào)節(jié)元件34的縱向方向上的長度可以改變。為此，調(diào)節(jié)元件34例如可以具有彈性功能。例如，可以通過未示出的驅(qū)動裝置導(dǎo)致的開關(guān)軸22的第一轉(zhuǎn)動來將調(diào)節(jié)元件34預(yù)張緊。由此，能量被儲存在調(diào)節(jié)元件34 中并且可以通過釋放調(diào)節(jié)元件34來用于開關(guān)軸22的逆著第一轉(zhuǎn)動的第二轉(zhuǎn)動。傳感器Sl安裝在固定元件48上。傳感器S2安裝在支承元件42上。傳感器S3安裝在耦合區(qū)域62和開關(guān)柄M之間的開關(guān)軸22上。傳感器S4安裝在開關(guān)軸柄M上。傳感器S5安裝在耦合桿32上。傳感器S6安裝在接觸設(shè)備觀上。傳感器S7安裝在固定元件 M上。傳感器S8安裝在開關(guān)柄M和開關(guān)柄沈之間的開關(guān)軸22上。傳感器S9安裝在開關(guān)軸柄沈上。傳感器SlO安裝在調(diào)節(jié)桿36上。傳感器Sll安裝在調(diào)節(jié)元件34上。傳感器S12安裝在第二調(diào)節(jié)桿38上。傳感器S13安裝在支承元件46上。傳感器S14安裝在固定元件56上。傳感器S15和S16相鄰但間隔地設(shè)置在耦合區(qū)域64和開關(guān)軸柄沈之間的開關(guān)軸22上。傳感器S17設(shè)置在支承元件44上。傳感器S18安裝在固定元件52上。傳感器S19安裝在第一功率開關(guān)的固定元件58上。圖2示出了帶有其中設(shè)置的傳感器S20至S^的第二功率開關(guān)的示意性示出的部分區(qū)域4。示出了第二功率開關(guān)的機械上可移動的元件以及固定元件。軸74在笛卡爾坐標(biāo)系16的ζ方向上延伸，該軸與轉(zhuǎn)輪76緊固連接。笛卡爾坐標(biāo)系16除了 ζ軸之外還具有χ軸和y軸。轉(zhuǎn)輪76通過軸74安置為使得轉(zhuǎn)輪76可以根據(jù)雙箭頭204自轉(zhuǎn)地運動。轉(zhuǎn)輪76徑向向外地通過耦合區(qū)域98與耦合桿78連接。耦合桿78 又通過耦合區(qū)域102與控制桿82連接?？刂茥U82引導(dǎo)至接觸設(shè)備84。接觸設(shè)備84與第二功率開關(guān)的固定元件92緊固連接。控制桿82由引導(dǎo)元件86和引導(dǎo)元件88沿著y方向引導(dǎo)。弓丨導(dǎo)元件86與第二功率開關(guān)的固定元件94緊固連接。引導(dǎo)元件88與第二功率開關(guān)的固定元件96緊固連接。控制桿82構(gòu)建為在接觸設(shè)備84中將未示出的開關(guān)接觸部的一部分移動。為此， 控制桿82可以在y方向或者逆著y方向移動并且由此導(dǎo)致在接觸設(shè)備84中的開關(guān)接觸部的閉合或者斷開。軸74的旋轉(zhuǎn)運動通過轉(zhuǎn)輪76和設(shè)置在轉(zhuǎn)輪76與控制桿82之間的耦合桿78而轉(zhuǎn)化為控制桿82沿著y方向的直線運動。傳感器S20和S21安置在轉(zhuǎn)輪76的不同部位。傳感器S22安置在耦合桿78上。 傳感器S23和幻6間隔地安裝在控制桿82上。傳感器SM安裝在固定元件96上。傳感器 S25安裝在引導(dǎo)元件88上。傳感器S27安裝在接觸設(shè)備84上。傳感器幻8安裝在固定元件92上。相應(yīng)的圖1和2中的傳感器Sl至S28的安裝可以不同地實施。傳感器Sl至S28 可以安裝在第一或第二功率開關(guān)的固定或者可移動的元件上。此外，在一個元件上安裝多個傳感器是可能的。圖1和圖2中的傳感器Sl至S28可以分別不同地構(gòu)建。傳感器Sl至S28之一安裝在元件上并且檢測元件的特征或者元件環(huán)境的特征。例如，傳感器Sl至S^之一可以構(gòu)建為加速度測量裝置或者加速度傳感器用于測量機械上可移動的元件的加速度或者用于測量固定元件的振動，構(gòu)建為應(yīng)變計用于測量機械應(yīng)力，構(gòu)建為轉(zhuǎn)角傳感器或者構(gòu)建為聲學(xué)傳感器用于測量聲學(xué)信號，或者構(gòu)建為壓力波傳感器。加速度測量裝置例如可以實施為 MEMS器件，其中MEMS代表“微機電系統(tǒng)”并且表示微型化的器件?？梢栽谝粋€或者多個軸中測量加速度。根據(jù)必要性，在單個軸中測量運動(例如以加速度的形式)例如已經(jīng)足夠。從所測量的特征中形成測量信號。為了進一步的處理，測量信號可以被有線或者無線地傳輸。在無線通信的情況中，例如符合IEEE 802. 11的傳輸是可能的。在該情況中， 用于傳輸測量信號的相應(yīng)裝置已經(jīng)在傳感器Sl至S^上。測量信號、所接收的測量信號、參數(shù)/參數(shù)曲線、比較參數(shù)、比較參數(shù)曲線等等一般地也稱為信號。圖3示出了用于檢測和處理測量信號的裝置18的示意性方框圖。傳感器代表圖1和圖2的傳感器Sl至S28。傳感器M將測量信號根據(jù)箭頭116發(fā)送給檢測單元 104。傳感器&將測量信號根據(jù)箭頭118發(fā)送給檢測單元104。觸發(fā)信號122和時間信號IM被輸送給檢測單元104。觸發(fā)信號122用于確定接收傳感器M和/或&的測量信號的起始時刻或最終時刻。通常，在閉合功率開關(guān)的情況下，將閉合的開始選為起始時刻并且將閉合的終點選為最終時刻。在斷開的情況下，通常將斷開的開始選為起始時刻并且將斷開的終點選為最終時刻。時間信號1 用于對接收的測量信號設(shè)置時間戳。檢測單元104承擔(dān)復(fù)用器的功能用于中央地聚集和接收測量信號。所接收的測量信號根據(jù)箭頭1 和箭頭127由檢測單元104輸送給處理單元106。 處理單元106用于將所接收的測量信號變換為參數(shù)或者參數(shù)曲線。當(dāng)測量信號已經(jīng)對應(yīng)于參數(shù)或者參數(shù)曲線時，處理單元106不是必需的。處理單元106的功能的一個例子是加速度測量裝置的測量信號的變換。例如，處理單元106可以將所測量的加速度、即在時間上的加速度變換為速度一時間參數(shù)曲線或者路徑一時間參數(shù)曲線。在另一例子中，處理單元106 將檢測的測量信號變換到頻域中。前面闡述的兩個例子當(dāng)然也可以組合。通過處理單元106確定的參數(shù)或者參數(shù)曲線根據(jù)箭頭1 和/或根據(jù)箭頭1 輸送給結(jié)合單元108。此外，根據(jù)雙箭頭132由儲存單元112提供比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線給結(jié)合單元108。同樣地，其他單元可以配備有未示出的儲存單元。結(jié)合單元108用于進行結(jié)合，其中該結(jié)合基于所輸送的參數(shù)/參數(shù)曲線和/或所提供的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線來進行。在該上下文中，結(jié)合除了邏輯運算例如大于/等于之外，還應(yīng)當(dāng)理解為算術(shù)運算或者其他運算，以及更復(fù)雜的運算，其建立所結(jié)合的信號之間的關(guān)聯(lián)?；诮Y(jié)合確定一個或者多個狀態(tài)變量。狀態(tài)變量的一個例子是功率開關(guān)的故障可能性。狀態(tài)變量反映了元件、功率開關(guān)部分區(qū)域或者整個功率開關(guān)的實際機械狀態(tài)。根據(jù)雙箭頭132，對于結(jié)合單元108也可能的是，在儲存單元112中儲存或者保存參數(shù)/參數(shù)曲線、狀態(tài)變量或者其他數(shù)據(jù)。元件、部分區(qū)域或者整個功率開關(guān)的機械狀態(tài)的劣化例如可以通過當(dāng)前實際確定的測量值和時間上過去接收的測量值的結(jié)合連同功率開關(guān)的壽命來得到。由此，例如可以推斷出將來情況以及可能的將來故障。一個或者多個狀態(tài)變量根據(jù)箭頭134被輸送給決定單元114。在決定單元114中對所輸送的狀態(tài)變量進行評估，并且如果必要時引入相應(yīng)的措施150。這種措施150例如可以包括將功率開關(guān)停止工作、預(yù)測故障、或者引入或者計劃對功率開關(guān)的相應(yīng)維護。界線I、II、III和IV分別描述了裝置18的可能的實施形式。界線I、II、III和 IV分別涉及在功率開關(guān)的范圍和外部范圍之間的分離。由此，在選擇相應(yīng)的界線I、II、III 或者IV的情況下，朝著箭頭152的方向是功率開關(guān)的范圍，并且朝著箭頭154的方向是外部范圍。在此，功率開關(guān)的范圍涉及功率開關(guān)的內(nèi)部以及直接設(shè)置在功率開關(guān)上的元件或者單元。外部范圍涉及并不與功率開關(guān)直接關(guān)聯(lián)的元件或者單元。例如，與外部范圍關(guān)聯(lián)的單元可以是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接的決定單元114。除了關(guān)于功率開關(guān)的范圍而確定界線I、 II、III或IV之外，附加的界線I、II、III或IV可以用于進一步劃分為子裝置或者子系統(tǒng)。在根據(jù)界線I的裝置18的實施形式中，僅僅傳感器&1和&在功率開關(guān)的范圍中。 檢測單元104位于功率開關(guān)的范圍之外。檢測單元104的例子是便攜式設(shè)備，其置于功率開關(guān)的附近以便根據(jù)箭頭116和118無線地檢測通過傳感器M至&產(chǎn)生的測量信號。在根據(jù)界線II的裝置18的實施形式中，檢測單元104在功率開關(guān)的范圍內(nèi)。對此的例子是，與檢測單元104相對應(yīng)的復(fù)用器，其接收傳感器Μ至&的測量信號并且根據(jù)箭頭1 和127通過用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接轉(zhuǎn)發(fā)給設(shè)置在功率開關(guān)的范圍之外的處理單元106。 由此，所接收的測量信號的變換在功率開關(guān)的范圍之外進行。在根據(jù)界線III的裝置18的實施形式中，處理單元106在功率開關(guān)的范圍內(nèi)。由此，所接收的測量信號的準(zhǔn)備和變換在功率開關(guān)的范圍內(nèi)進行，并且相應(yīng)的參數(shù)/參數(shù)曲線由此向外準(zhǔn)備好用于通過結(jié)合單元108的進一步處理。在根據(jù)界線IV的裝置18的實施形式中，結(jié)合單元108在功率開關(guān)的范圍內(nèi)。由此，在功率開關(guān)的范圍內(nèi)確定狀態(tài)變量并且根據(jù)箭頭134轉(zhuǎn)發(fā)給決定單元114。在該實施形式中，在功率開關(guān)的范圍之外進行功率開關(guān)的機械狀態(tài)的評估以便引入措施。由此，例如在功率開關(guān)上進行全部的數(shù)據(jù)確定和處理，并且所確定的狀態(tài)變量可以中央地輸送給一個或者多個決定單元114。例如，決定單元114可以是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與相應(yīng)的功率開關(guān)連接的監(jiān)視中心，由該監(jiān)視中心出發(fā)來計劃使用維護和/或進行關(guān)斷。在裝置18的另一實施形式中，整個裝置18在功率開關(guān)的范圍內(nèi)。由此，在通過決定單元114確定機械狀態(tài)不再足以保證可靠的運行時，功率開關(guān)例如能夠獨立地調(diào)節(jié)工作。例如并聯(lián)的其他功率開關(guān)可以通過相應(yīng)的輸出作為對不能工作的功率開關(guān)的替代而投入運行。此外，在傳感器&1至&與決定單元114之間可以省去單元，由此在通信時跳過了單元。如果例如測量信號以所需的形式存在，則這些測量信號不必通過處理單元106來變換。處理單元106因此不是必需的并且檢測單元104將所接收的測量信號直接輸送給結(jié)合單元108。此外，相應(yīng)的通信可以根據(jù)箭頭116、118、122、124、126、127、128、129、132、134 和 150有線地或者無線地進行。圖4示出了概視圖6，其包括參數(shù)和/或參數(shù)曲線的結(jié)合的不同實施形式。概視圖 6包括三個維度。沿著η軸、即沿著時間軸繪出了時刻。在此，在時刻ηΟ的信號描述了新的功率開關(guān)的機械狀態(tài)，即例如在過去的交付時刻的機械狀態(tài)。時刻ηρ描述了在過去交付之后的時刻，并且時刻nc描述了當(dāng)前的時刻。通常，前面提及的時刻分別描述了接收測量信號的時刻或者與接收關(guān)聯(lián)的時刻。S軸描述了傳感器軸，通過該傳感器軸考慮了傳感器的不同安裝點或者安裝部位。 在S軸上繪制了兩個不同的傳感器和Sy。在CB軸上繪制了功率開關(guān)的不同實現(xiàn)。在此，實現(xiàn)CBO對應(yīng)于所觀察的、實際存在的功率開關(guān)，其中要確定和評估機械狀態(tài)。實現(xiàn)CBx描述了代表性的功率開關(guān)，其例如由多個結(jié)構(gòu)相同的功率開關(guān)和在實際的確定的時段上的數(shù)據(jù)集合來確定。實現(xiàn)CB對應(yīng)于仿真的功率開關(guān)。與相應(yīng)的時刻關(guān)聯(lián)的信號在S-CB平面及其平行平面中。分別與傳感器或者Sy 關(guān)聯(lián)的信號在n-CB平面及其平行平面中。分別與功率開關(guān)的相應(yīng)的實現(xiàn)CB0、CBx或者CBs 關(guān)聯(lián)的信號在n-S平面及其平行平面中。在概視圖6中示出了坐標(biāo)DOOO至D221，它們表示參數(shù)/參數(shù)曲線或者比較參數(shù) /比較參數(shù)曲線。坐標(biāo)D200和D201代表在當(dāng)前時刻nc確定的參數(shù)/參數(shù)曲線，其中這些參數(shù)/參數(shù)曲線對應(yīng)于根據(jù)箭頭1 和1 輸送給結(jié)合單元108的參數(shù)/參數(shù)曲線。其他 *feD000、D100、D010、D110、D210、D020、D120、D220、D001、D101、D011、Dlll、D211、D021、 D12UD221對應(yīng)于通過儲存單元112提供給圖3的結(jié)合單元108的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線。概視圖6示例性地示出了可能的結(jié)合136、138、142和144。結(jié)合136、138、142和144的出發(fā)點是在坐標(biāo)D200處的參數(shù)或者參數(shù)曲線，其中在坐標(biāo)D200之后是實際存在的功率開關(guān)的傳感器Sx的當(dāng)前確定的測量信號。在結(jié)合136中，將坐標(biāo)D200和D201的參數(shù)/參數(shù)曲線比較。這意味著，比較在所觀察的功率開關(guān)CBO的相同時刻然而來自不同傳感器Sx和Sy的參數(shù)/參數(shù)曲線。如果傳感器例如對應(yīng)于圖1中的傳感器S15并且傳感器Sy對應(yīng)于圖1中的傳感器S16，則可以通過結(jié)合136例如推斷出圖1中的開關(guān)軸22在傳感器S15和S16之間斷裂。進一步，結(jié)合136可以包括多于兩個傳感器的參數(shù)/參數(shù)曲線。對此的一個例子是在圖1中的傳感器S4、S3和S8的布置，其中在參數(shù)/參數(shù)曲線的結(jié)合136時，例如可以推斷出圖1的開關(guān)軸22或者開關(guān)柄M的斷裂。通過結(jié)合136也可以確定圖2中的帶有設(shè)置于其上的傳感器S20和S21的轉(zhuǎn)輪76的斷裂。然而在固定部分之間的連接的機械狀態(tài)也可以通過結(jié)合136來判斷。在圖1中在傳感器對Sl和S2、S6和S7、S13和S14以及S17和 S18中有相應(yīng)的布置。在圖2中，這種布置在傳感器對SM和S25以及S27和S28中。軸承的機械狀態(tài)的劣化可以通過圖1中的傳感器對S2和S3、S5和S6、S16和S17以及圖2中的傳感器對S^和S27、S25和S26的參數(shù)/參數(shù)曲線的結(jié)合136來確定。在機械上可移動的元件之間的耦合的機械狀態(tài)的劣化也可以通過結(jié)合136來確定。所需的傳感器對的例子在圖1中是S4和S5以及S9和S10。在圖2中這種傳感器對是S21和S22以及S22和S23。結(jié)合138將相同傳感器的、來自過去進行的在坐標(biāo)DlOO的時刻np的測量的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線一同包括在內(nèi)。這些比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線也可以是來自以前測量的平均值。通過結(jié)合138，由此可以確定機械狀態(tài)的劣化或者變化如何隨著時間而發(fā)展。坐標(biāo)DlOO的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線在根據(jù)圖3的儲存單元112中保存并且通過結(jié)合單元 108更新或者維護并且在需要時被調(diào)用。結(jié)合142將坐標(biāo)D200的當(dāng)前參數(shù)/參數(shù)曲線與仿真功率開關(guān)CBs的比較參數(shù)/ 比較參數(shù)曲線聯(lián)系起來。仿真的功率開關(guān)CBs的坐標(biāo)D020的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線涉及時刻nO。由此，在坐標(biāo)D200處的信號形式的、功率開關(guān)CBO的實際狀態(tài)被與在坐標(biāo)D020 處的信號形式的、仿真功率開關(guān)CBs的交付額定狀態(tài)比較。結(jié)合144將當(dāng)前參數(shù)/參數(shù)曲線與代表性的功率開關(guān)CBx的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線聯(lián)系起來。坐標(biāo)D210的比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線是通過多個功率開關(guān)在實驗中確定和平均的值。由此可以確定的是，相比于在相同的工作時刻的通常劣化，功率開關(guān)或者傳感器與之關(guān)聯(lián)的功率開關(guān)的元件的機械狀態(tài)劣化發(fā)展到何種程度。結(jié)合136、138、142和144分別給出了結(jié)合的例子。任何類型的結(jié)合、即任何其他的組合都是可能的。一個方法實施例設(shè)計了將至少兩個傳感器的測量信號或者所接收的測量信號結(jié)合。在此，至少兩個傳感器設(shè)置在功率開關(guān)的一個元件上。根據(jù)元件的移動或者振動和構(gòu)型，得到測量信號的確定的預(yù)期值。在將傳感器例如設(shè)置在軸上的情況下(該軸通常進行類似的轉(zhuǎn)動運動)預(yù)期的是，通過傳感器在所有位置產(chǎn)生幾乎相同的測量信號。如果情況并非如此或者偏離一定的容差范圍過大，則可以由測量信號的結(jié)合推斷出軸、軸的其他關(guān)聯(lián)的元件或者軸承的損壞。另一方法實施例涉及將測量信號與來自仿真的信號(對應(yīng)于圖4中的實現(xiàn)CBs的信號)進行比較。該實施例基于外部激勵的、阻尼的彈簧一質(zhì)量模型，其在下面進行闡述。
在給定的激勵情況下，系統(tǒng)的響應(yīng)通常取決于相應(yīng)的衰減特性、系統(tǒng)的剛度和質(zhì)量。在方程1中示出了外部激勵的、阻尼的彈簧一質(zhì)量模型的一般的微分方程。m^ + d; +Ax = F0Cos(S^ryv) (1)在方程1中，m是質(zhì)量，c是衰減常數(shù)，k是彈性常數(shù)，χ是加速度，χ是速度并且X 是偏轉(zhuǎn)或者路徑。方程1的右邊部分對應(yīng)于通過力的周期性激勵，其中Ftl作為力幅度，f作為頻率并且t作為時間。在方程2中示出了方程1的穩(wěn)定解。x(t) =X cos (2 π ft-Φ)(2)在方程2中，X是幅度，Φ是相位，并且x(t)是仿真的測量信號。在前面闡述的模型中，在方程1中的質(zhì)量m、衰減常數(shù)c和彈性常數(shù)k被預(yù)先給定為使得這些預(yù)定對應(yīng)于功率開關(guān)的關(guān)聯(lián)元件的確定的機械狀態(tài)。通過改變質(zhì)量m，例如可以考慮功率開關(guān)的元件的斷裂。連接的松開和增大的間隙通過衰減常數(shù)c和/或彈性常數(shù)k 的變化來確定。在預(yù)先給定的時間上一致的激勵情況下，于是可以通過求解根據(jù)方程1的微分方程來確定仿真的測量信號x(t)。在前述情況中，衰減的彈簧一質(zhì)量模型基于一致的激勵。借助傅立葉變換和疊加原理，可以將外部激勵的、衰減的彈簧一質(zhì)量模型擴展為使得并非一致的力也可以在方程1 中應(yīng)用到外部激勵的、衰減的彈簧一質(zhì)量模型上。傅立葉變換將時間信號轉(zhuǎn)換到頻域中。根據(jù)疊加原理，當(dāng)系統(tǒng)是線性的時，不同力的解可以相加。當(dāng)在所觀察的范圍中彈力與偏轉(zhuǎn)成比例并且衰減與速度成比例時，外部激勵的、衰減的彈簧一質(zhì)量模型于是為線性。借助傅立葉變換，因此可以將例如在圖5中所示的力用于所述方法。圖5示出了力一時間圖12，其中垂直地繪出了力F并且水平地繪出了時間t。根據(jù)特性曲線336的力例如作用在功率開關(guān)的機械上可移動的元件之一上。特性曲線336此外例如對應(yīng)于比較參數(shù)曲線，如其在圖4的坐標(biāo)D020上所關(guān)聯(lián)的那樣。這種力例如可以作為傅立葉變換結(jié)果(Rmrier-Transformierte)以簡單的方式與相應(yīng)變換的上述彈簧一質(zhì)量模型相聯(lián)系。如果此外存在多維數(shù)據(jù)，例如測量在所有三個維度上的加速度的加速度測量裝置的數(shù)據(jù)，則方程1的通常的微分方程可以擴展為根據(jù)方程3的通常的微分方程。[M]{3c} + [C] {χ} + [K] {χ} = {/} (3)在方程3中，[Μ]對應(yīng)于質(zhì)量矩陣，[C]對應(yīng)于衰減矩陣，[K]對應(yīng)于剛度矩陣，{對對應(yīng)于加速度，{力對應(yīng)于速度，{x}對應(yīng)于偏轉(zhuǎn)并且{f}對應(yīng)于進行激勵的力。矩陣[M]、[C]和[K]如上所述地根據(jù)要仿真的情況來匹配，以便根據(jù)仿真的測量信號來確定比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線，所述比較參數(shù)/比較參數(shù)曲線對應(yīng)于確定的機械狀態(tài)，并且將該比較參數(shù)或者該比較參數(shù)曲線與當(dāng)前的測量信號進行比較。例如元件的斷裂的仿真通過質(zhì)量矩陣[M]的改變來確定。通過由彈簧一質(zhì)量模型確定的比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線，可以確定元件或者在兩個或多個元件之間的實際斷裂。連接或者軸承的自動松開或者增大的間隙通過剛度矩陣[K]和/或衰減矩陣[C]的改變來影響。通過確定比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線以及結(jié)合，可以確定和判斷功率開關(guān)的機械狀態(tài)的劣化以及由此也可以確定和判斷功率開關(guān)的故障可能性。在另一實施例中，結(jié)合基于不同頻率響應(yīng)Η(ω)的比較。通過傅立葉變換，可以將偏轉(zhuǎn)χ或者{x}、速度義或{對、或者加速度X或伏}變換為傅立葉變換結(jié)果Χ(ω)。如上所述， 力也可以作為傅立葉變換結(jié)果F(co)來描述。根據(jù)方程4，由此從偏轉(zhuǎn)的傅立葉變換結(jié)果 Χ(ω)與進行激勵的力的傅立葉變換結(jié)果F(co)的比例來得到頻率響應(yīng)Η(ω)。H (ω) = ^- (4)
F (ω)來自當(dāng)前時刻接收的測量信號的頻率響應(yīng)Η(ω)包含關(guān)于實際機械狀態(tài)的信息。 而典型的頻率響應(yīng)Η(ω)可以具有對于機械狀態(tài)的確定的劣化典型的特征。通過與多個典型頻率響應(yīng)的相應(yīng)比較，可以揭示機械狀態(tài)的實際存在的劣化。
權(quán)利要求
1.一種電功率開關(guān)，帶有機械上受應(yīng)力的元件02-58 ；74-92)，其中所述元件Q2-58 ；74-92)在機械上能夠移動或者固定，其特征在于，所述電功率開關(guān)具有兩個傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)，所述兩個傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)間隔地設(shè)置在機械上受應(yīng)力的元件(22-58 ；74-92)之一上，通過所述兩個傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)能夠分別產(chǎn)生測量信號(116;118)，并且基于測量信號(116;118)能夠確定電功率開關(guān)或者電功率開關(guān)的元件02-58 ；74-92)的機械狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電功率開關(guān)，其中測量信號(116；118)之一能夠從所述兩個傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)之一出發(fā)輸送給檢測單元(104)，其中檢測單元(104)構(gòu)建用于使得所述兩個傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)的測量信號(116 ；118)能夠中央地聚集，其中通過檢測單元(104)能夠輸出所接收的測量信號(1沈；127)，其中所述測量信號(116 ；118)或者所接收的測量信號(1 ；127)能夠被輸送給處理單元(106)，其中處理單元(106)構(gòu)建用于使得能夠從所述測量信號(116 ；118)或者從所接收的測量信號(1 ；127)產(chǎn)生參數(shù)或者參數(shù)曲線(128 ； 129)0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電功率開關(guān)，其中所述測量信號(116;118)、所接收的測量信號(126 ；127)或者所述參數(shù)或參數(shù)曲線(1 ； 129)能夠輸送給結(jié)合單元(108)，其中所述結(jié)合單元(108)用于使得在測量信號(116 ；118)、另外的測量信號(116 ；118)、所接收的測量信號(126 ；127)、另外的所接收的測量信號(1 ；127)、參數(shù)或者參數(shù)曲線(1 ；1 )、另外的參數(shù)或者另外的參數(shù)曲線(1觀；1四)以及比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線(132)之間能夠進行結(jié)合，并且從所述結(jié)合中能夠確定電功率開關(guān)的機械狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電功率開關(guān)，其中結(jié)合單元(108)與儲存單元(112)關(guān)聯(lián)，其中比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線(13 能夠保存在儲存單元(11 中以及輸送給結(jié)合單元(108)，并且其中通過結(jié)合單元(108)能夠?qū)⑵渌谋容^參數(shù)或者比較參數(shù)曲線(132)儲存在儲存單元(112)中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電功率開關(guān)，其中測量信號(116;118)、所接收的測量信號(126;127)或者參數(shù)或參數(shù)曲線(128;129)或者機械狀態(tài)能夠輸送給決定單元(114)，其中通過決定單元(114)能夠確定決定，其中通過所述決定能夠引起關(guān)于功率開關(guān)的措施，并且其中所述措施涉及重建機械狀態(tài)或者影響功率開關(guān)的工作狀態(tài)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電功率開關(guān)，其中所述兩個傳感器(S1-S28；Sa, Sz ；Sx, Sy)構(gòu)建為加速度傳感器、應(yīng)變計、轉(zhuǎn)角傳感器或者壓力波傳感器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電功率開關(guān)，其中所述傳感器(S1-S28；Sa, Sz ；Sx,Sy)、檢測單元(104)、處理單元(106)、結(jié)合單元(108)、儲存單元(11 和/或決定單元(114)構(gòu)建用于進行與各另外的單元(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy ； 104 ； 106 ；108 ；112 ； 114)之一的無線通信。
8.一種用于驅(qū)動電功率開關(guān)的方法，其中電功率開關(guān)包括機械上受應(yīng)力的元件(22-58 ；74-92)，其中所述元件Q2-58 ；74-92)在機械上能夠移動或者固定，其特征在于，所述電功率開關(guān)包括第一傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)和第二傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)，所述第一傳感器和第二傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)間隔地設(shè)置在機械上受應(yīng)力的元件(22-58 ；74-92)之一上，在所述方法中通過所述傳感器(S1-S28 ；Sa, Sz ；Sx, Sy)分別產(chǎn)生測量信號(116 ；118)，并且基于測量信號(116 ；118)確定電功率開關(guān)或者電功率開關(guān)的元件02-58 ；74-92)的機械狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的測量信號(116)或者與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的信號(1 ； 128)同與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線(132)結(jié)合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的測量信號(116)或者與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的信號(1 ； 128)同與第二傳感器(Sy)關(guān)聯(lián)的信號(118 ；127 ； 129 ；132)結(jié)合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中與第一傳感器(Sx)關(guān)聯(lián)的比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線(132)和/或與第二傳感器(Sy)關(guān)聯(lián)的信號(118 ；127 ；129 ；132)通過關(guān)于多個功率開關(guān)的實驗性研究(CBx)或者通過功率開關(guān)的仿真(CBs)來產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11之一所述的方法，其中為了確定比較參數(shù)或者比較參數(shù)曲線 (132)使用外部激勵的、阻尼的彈簧一質(zhì)量模型，其中為彈簧一質(zhì)量模型預(yù)先給定了力(F; {f})形式的信號，并且其中為彈簧一質(zhì)量模型預(yù)先給定了質(zhì)量(m;[M])、剛度(k;[K])和衰減(c ;[C])。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中改變所述質(zhì)量(m;[M])。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中改變所述剛度(k;[K])和/或衰減(c; [C])。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14之一所述的方法，其中基本上在功率開關(guān)的斷開或者閉合期間檢測所述測量信號(116 ； 118)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種電功率開關(guān)和用于驅(qū)動電功率開關(guān)的方法。所述功率開關(guān)包括機械上受應(yīng)力的元件(22-58)，其中所述元件(22-58)在機械上能夠移動或者固定。所述電功率開關(guān)具有兩個傳感器(S1-S19)。所述兩個傳感器(S1-S19)間隔地設(shè)置在機械上受應(yīng)力的元件(22-58)之一上。所述兩個傳感器(S1-S19)分別產(chǎn)生測量信號。基于測量信號確定電功率開關(guān)或者電功率開關(guān)的元件(22-58)的機械狀態(tài)。
文檔編號H01H9/54GK102394190SQ20111019095
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者莎朗德爾·辛格 申請人:施耐德電氣薩克森韋克有限責(zé)任公司