专利名称：接触器磨损老化检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种接触器磨损老化检测装置及方法，特别涉及低压工业接触器领域中的一种外置的基于速度传感器的接触器磨损老化检测装置及方法。
背景技术：
在接触器的使用过程中，拉弧和闭合冲击对其电气触头造成磨损和老化的情况对 用户来说是一个很重要的信息。目前的针对接触器的电气触头磨损和老化的情况的检测方 法仅限于使用肉眼观察以及大概的估算，还没有很准确地量化的检测系统，并且存在着种 种不完善的缺陷。例如公开号为CN1745442A的专利申请公开了一种确定开关装置剩余寿命的方法 和设备，但是该专利申请是离散检测，能够检测接触开关是否达到特定阈值，而检测不到任 意状态的磨损值。该专利申请是通过在原有的真空接触器机械结构中加入相应的电气回路 来采集信号。需要对现有的真空接触器产品内部结构进行改造。该专利申请提供的检测特 定阈值的方案是采用硬件，系统的鲁棒性由硬件决定。公开号为CN1008957B的专利公开了一种带有触头损耗指示器的电路断路器。该 专利是通过检测断路器短路电流来间接计算断路器触点磨损状态以决定是否更换触头。该 专利在检测之后还需要进行进一步目测校验。该专利需要在负载线上采样信号，需要三个 电流采样变压器，结构复杂造价较贵。该专利需要根据特定断路器的触头电流消耗曲线作 为参考来完成微机计算控制，比较复杂。公开号为CN1068955C的专利公开了一种监视开关设备触点烧毁的方法和设备， 该专利通过检测主触点的分断电弧电压进行间接判断。该专利是在触点分断时检测。该专 利采样的主触点电弧电压与触点材料、结构、负载电流大小、电压大小、相位、环境以及触点 大小有关，但该专利中并没有给出触点的磨损与检测出的电弧电压的特定关系。即使检测 出电弧电压的波动量，如何采用这个波动量来得出磨损状态的判断标准是没有给出的，而 只是给出大致的估计范围。公开号为EP0694937B1的专利是采用加入附加弹簧来检测磨损程度。该专利中的 寿命计算公式的关键参数选取依赖于具体的接触器。该专利需要两套电路来得出检测变 量，且会影响主电路结构。该专利是通过计算触点开关次数和每次断开时间来确定剩余寿 命的，但在不同负载和不同环境下，每次开关磨损的程度不同。公开号为W09422153A1的专利申请是对开关本身机构进行改进，然后利用该结构 的特殊性采样振动信号来给出磨损状态。且没有给出具体估算原则和过程。公开号为JP4-32119A的专利申请是通过测量辅助触点的动作时间来检测开关电 气设备的主触点的动作速度，来确定开关电气设备的异常和磨损，但没有给出相应的关系。对于一些需要一直保持正常工作的系统，用户需要能够被及时通知接触器的老化 情况，以便于他们及时的更换设备。因此，需要找到一个全面的解决方法去检测接触器磨损 老化程度，例如简单易行、便于安装、检测准确等等。
发明内容
针对于以上对接触器磨损老化检测存在的问题，我们提出了一种新颖的解决方 案。该方案可以在不改变接触器内部主要电气及机械结构的情况下，只需在外部增加一个 电气附件，通过检测接触器外部与触头联动部件的速度，较为精确地检测出接触器磨损老 化情况，以便于提醒客户及时的更换。根据本发明，提供一种用于检测接触器的磨损老化的装置，其 中所述接触器包括 相对设置的电气动触头和电气静触头，以及相对设置的可动铁芯和固定铁芯；所述可动铁 芯与所述电气动触头机械相连，所述固定铁芯在其中容纳着控制线圈，通过一开关晶体管 对控制线圈进行通/断电使得固定铁芯对可动铁芯产生/消除电磁吸引力，带动电气动、静 触头闭合或断开，用于检测接触器的磨损老化的装置包括通断电检测器，用于检测接触器 的通电/断电动作，在检测到接触器触头将进行闭合动作的通电情况后，给出闭合动作指 示信号；微处理器系统，在接收到通断电检测器的闭合动作指示信号后，输出一组占空比可 调的PWM信号来控制开关晶体管的导通和截止；速度传感器，用于从外部检测所述电气触 头闭合过程中的速度信号；A/D模数转换器，用于将所述速度传感器检测的速度信号转换 成数字信号，然后输出到微处理器控制系统；其中微处理器控制系统通过将数字化的速度 信号针对时间进行积分，得到动触头的从闭合动作开始到实际电气接触为止的过程中的实 际的位移量，并基于动触头的实际的位移量，判断接触器的磨损老化程度。其中所述速度传感器通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度来检测所述 电气触头闭合过程中的速度信号。所述的用于检测接触器的磨损老化的装置还包括直流控制电源产生器，根据输入 电压产生适合的用于接触器磨损老化检测所需的直流电源。其中直流控制电源产生器的输入为交流电压。其中所述用于检测接触器的磨损老化的装置位于接触器主体机械结构的外部。其中在即将发生电气接触时，微处理器系统会调整PWM信号的占空比，使接触器 触头发生电气接触时触头速度发生明显的速度下降，微处理器系统判断触头速度出现明显 骤减的时刻为触头电气接触的时刻。其中微处理器系统通过比较实际的位移量与接触器的标称的位移量，得到量化的 触头老化的情况，并判断是否需要更换接触器。根据本发明，提供一种用于检测接触器的磨损老化的方法，包括步骤检测接触器 的通电/断电动作；在通电动作过程中，检测接触器的电气动触头闭合过程的实时速度；将 速度检测步骤得到的实时速度针对时间进行积分，得到动触头的从闭合动作开始到实际电 气接触为止的过程中的实际的位移量，并基于动触头的实际的位移量，判断接触器的磨损 老化程度。其中通过比较接触器的实际的位移量与接触器的标称的位移量，得到量化的触头 老化的情况，并判断是否需要更换接触器。本发明的接触器磨损老化检测装置和方法简单易行，结构紧凑，具有良好的实用 前景。
通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本发明不限于此。本发明的精神和范 围仅仅由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中图1示出一种常见的接触器，其中左侧的照片示出接触器的实际产品的内部结 构，右侧的是对应的结构示意图；图2示出根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置的电路图；图3示出根据本发明实施例的接触器磨损老化检测方法的流程图；图4示出根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置的实际使用时的图片。
具体实施例方式图1示出了一种常见的接触器，其中左侧的照片示出接触器的实际产品的内部结 构，右侧的是对应的结构示意图。如图1所示的接触器包括壳体(未示出)、容纳在壳体中 的触头和铁芯。所述触头包括相对设置的电气动触头1和电气静触头2，所述铁芯包括相对 设置的可动铁芯3和固定铁芯4。所述可动铁芯3与所述电气动触头1机械相连，所述固定 铁芯4在其中容纳着控制线圈5。通过对控制线圈5通电，对所述可动铁芯3产生吸力拉 动其向下，同时带动所述电气动触头1向下和所述电气静触头2闭合，当它们接触时实现电 气接触。当两个触头接触后，所述可动铁芯3还会再向下运动一段距离，直到两个铁芯闭合 上，以保证电气触头可靠的接触。在本发明中，为了达到测量触头损耗的目的，可以通过在发生闭合动作时，检测接 触器触头从动作开始到发生电气接触的位移量的变化去判断其损耗的情况。而上面说的位移量X在电气触头磨损后会比磨损前增大。本发明就通过检测位移 量X的增大量，来判断触头的磨损情况。为了实现检测X变化的目的，需要下列信息动触头1每时每刻的位移量；动触头 1发生电气接触的位置。本发明采用图2的接触器磨损老化检测装置来获得上述信息。图2示出根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置的电路图。如图2所示，根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置6位于接触器本体之 夕卜，并包括微处理器系统61、速度传感器62、A/D模数转换器63、直流控制电源产生器64、 通断电检测器65。直流控制电源产生器64根据输入的交流或指直流电压产生适合的用于接触器磨 损老化检测所需的直流电源，优选地，输入为交流电压。通断电检测器65检测接触器的供电情况。在检测到接触器触头将进行闭合动作 的接通情况后，通断电检测器65给出闭合动作指示信号通知微处理器控制系统61以执行 接触器磨损老化检测。在接收到通断电检测器65的闭合动作指示信号后，微处理器系统61会输出一组 占空比可调的PWM信号通过驱动器7控制开关晶体管Q的导通和截止，从而控制通过控制 线圈5的电流。其中，如果微处理器控制系统61输出的占空比可调的PWM控制信号的驱动 能力足够，也可以在交流接触器中省略驱动器7。速度传感器62通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度来检测所述电气触头闭合过程中的速度信号，该速度信号通过A/D模数转换器63转换成数字信号后被输入到 微处理器控制系统61，微处理器控制系统61通过将该速度信号针对时间进行积分，得到实 时的位移量χ。同时在根据实时的位移量χ判断接触器即将发生电气接触时，微处理器系统61会 调整PWM信号的占空比，使接触器触头发生电气接触时触头速度发生明显的速度下降，与 触头有机械连接的速度传感器会实时检测到这个速度下降，从而微处理器系统61判断触 头速度出现明显骤减的时刻为触头电气接触的时刻。当通过检测该速度骤减微处理器系统 61判断已经发生了电气接触时，微处理器系统61停止该速度信号针对时间的积分计算，得 到实际的位移量X。微处理器系统61通过比较实际的位移量X与接触器的标称的位移量 &，得到量化的触头老化的情况，并判断是否需要更换接触器，即当实际的位移量X与标称 的位移量&的差超过一预定的阈值时，微处理器系统61给出更换接触器的指示信号。因此，本发明的接触器磨损老化检测装置6可以通过速度传感器62检测接触器闭 合动作过程中与电气触头联动部件的速度，从而在接触器外部实现了老化检测，无需对接 触器内部结构进行变更。本发明的接触器磨损老化检测装置6通过微处理器系统61调整PWM信号的占空 比，使接触器触头在电气接触时出现一个明显的速度下降现象，与触头有机械连接的速度 传感器会实时检测到这个速度下降，从而微处理器系统61判断触头电气接触的时刻。本发明的接触器磨损老化检测装置6通过微处理器系统61对速度传感器62的信 号进行时间积分计算，得到实时的位移量，来检测判断接触器的触头位置，省略了传统触头 位置检测中所使用的体积较大的位移传感器。本发明的接触器磨损老化检测装置6的微处理器系统61中的具体参数的设置、 PWM控制算法可以根据具体的产品参数进行设计。这对本领域普通技术人员来说，是完全可 以实现的，在此，省略对上述具体设计的详细描述。图3示出根据本发明实施例的接触器磨损老化检测方法的流程图。如图3所示，在步骤S1，检测接触器触头是进行通电操作还是进行断电操作，也就 是检测触头是进行断开动作还是进行闭合动作。若进行通电操作，则进行步骤S2，通过速度传感器采样触头运动速度Vi。然后在步 骤S3计算触头的实时位移χ = Σ ViX Δ t，其中χ是触头的实时位移，Vi是触头的实时采样 速度，At是采样间隔。然后进行步骤S4，在步骤S4判断触头是否已经电气接触，若是，则 确定触头的实际位移X等于此时的实时位移X，并进行到步骤S6。若触头还没有电气接触， 返回步骤S2，继续采样触头运动速度。在步骤S6，判断触头的实际位移X与触头的标称位移&之间的差是否超过一预 定的阈值时，若超过预定阈值，则在步骤S7提示更换接触器，然后结束。若没有超过预定阈 值，则在步骤S8，输出损耗程度信息，然后结束。若进行断电操作，则结束操作。根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置的实际使用时的图片。如图4所 示，根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置位于右侧的接触器的外部，位于左侧透 明外壳内。根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置便于安装的，只需在接触器外部加一个磨损老化检测装置附件即可实现磨损检测的功能，无需打开接触器；并且可量化检测， 通过根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装置和方法可以给出接触器损耗的量化参 数，比如说已经损耗了 1/2、3/4等等，用户可根据实际情况实时更换。具有上述特征的本发明的接触器磨损老化检测装置和方法具有以下特点检测方 式是连续检测，即，能够检测到接触器在任意稳定工作状态的触点的磨损值；所采用的速度 传感器的采集方式是作为一个附件接在接触器上而不会改变现有的接触器产品内部结构 和实际工作；通过采集的接触器闭合过程的原始速度信号由微处理器系统来处理，自动给 出检测结果提示，并且检测受接触器系统工作的干扰较小，不依赖于接触器历史检测数据， 受实际操作的电气参数和环境参数影响较小，鲁棒性较强。
本发明的接触器磨损老化检测装置和方法简单易行，结构紧凑，具有良好的实用 前景。本领域技术人员可清楚地得知，可对根据本发明实施例的接触器磨损老化检测装 置及方法进行各种改进和变化。本领域技术人员通过考虑说明书和接触器磨损老化检测装 置及方法的实效将清楚地得知其它实施例。应该知道，说明书和实例仅仅是作为实例考虑， 本发明的范围由权利要求和它们的等同内容限定。
权利要求
一种用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中所述接触器包括相对设置的电气动触头(1)和电气静触头(2)，以及相对设置的可动铁芯(3)和固定铁芯(4)；所述可动铁芯(3)与所述电气动触头(1)机械相连，所述固定铁芯(4)在其中容纳着控制线圈(5)，通过一开关晶体管(Q)对控制线圈(5)进行通/断电使得固定铁芯(4)对可动铁芯(3)产生/消除电磁吸引力，带动电气动、静触头闭合或断开，用于检测接触器的磨损老化的装置(6)的特征在于包括通断电检测器(65)，用于检测接触器的通电/断电动作，在检测到接触器触头将进行闭合动作的通电情况后，给出闭合动作指示信号；微处理器系统(61)，在接收到通断电检测器(65)的闭合动作指示信号后，输出一组占空比可调的PWM信号来控制开关晶体管(Q)的导通和截止；速度传感器(62)，用于从外部检测所述电气触头闭合过程中的速度信号；A/D模数转换器(63)，用于将所述速度传感器(62)检测的速度信号转换成数字信号，然后输出到微处理器控制系统(61)；其中微处理器控制系统(61)通过将数字化的速度信号针对时间进行积分，得到动触头的从闭合动作开始到实际电气接触为止的过程中的实际的位移量，并基于动触头的实际的位移量，判断接触器的磨损老化程度。
2.如权利要求1所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中所述速度传感器 (62)通过从外部检测与电气触头联动的部件的速度来检测所述电气触头闭合过程中的速 度信号。
3.如权利要求1所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，还包括直流控制电源产生器(64)，根据输入电压产生适合的用于接触器磨损老化检测所需的 直流电源。
4.如权利要求3所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中直流控制电源产 生器(64)的输入为交流电压。
5.如权利要求3所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中用于检测接触器 的磨损老化的装置(6)位于接触器主体机械结构的外部。
6.如权利要求1所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中在即将发生电气 接触时，微处理器系统(61)会调整PWM信号的占空比，使接触器触头发生电气接触时触头 速度发生明显的速度下降，微处理器系统(61)判断触头速度出现明显骤减的时刻为触头 电气接触的时刻。
7.如权利要求1所述的用于检测接触器的磨损老化的装置(6)，其中微处理器系统 (61)通过比较实际的位移量与接触器的标称的位移量，得到量化的触头老化的情况，并判 断是否需要更换接触器。
8.一种用于检测接触器的磨损老化的方法，包括步骤检测接触器的通电/断电动作；在通电动作过程中，检测接触器的电气动触头闭合过程的实时速度；将速度检测步骤得到的实时速度针对时间进行积分，得到动触头的从闭合动作开始到 实际电气接触为止的过程中的实际的位移量，并基于动触头的实际的位移量，判断接触器 的磨损老化程度。
9.如权利要求8所述的用于检测接触器的磨损老化的方法，其中通过比较接触器的实 际的位移量与接触器的标称的位移量，得到量化的触头老化的情况，并判断是否需要更换 接触器。
全文摘要
提供一种用于检测接触器的磨损老化的装置及方法。该装置包括通断电检测器，检测接触器的通电/断电动作，在检测到接触器触头将进行闭合动作的通电情况后，给出闭合动作指示信号；微处理器系统，在接收到闭合动作指示信号后，输出占空比可调的PWM信号来控制接触器中的开关晶体管的导通和截止；速度传感器，从外部检测所述电气触头闭合过程中的速度信号；A/D转换器，将速度传感器检测的速度信号转换成数字信号，输出到微处理器控制系统；微处理器控制系统通过将数字化的速度信号针对时间进行积分，得到动触头的从闭合动作开始到实际电气接触为止的过程中的实际的位移量，并基于动触头的实际的位移量，判断接触器的磨损老化程度。
文档编号G01R31/327GK101813750SQ20091000921
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者王峰, 王英 申请人:施耐德电器工业公司