電容器電容量診斷裝置及具備電容器電容量診斷裝置的電力用設備的製作方法

2023-04-22 21:26:01

專利名稱：電容器電容量診斷裝置及具備電容器電容量診斷裝置的電力用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及判定電容器電容量是否良好的電容器電容量診斷裝置、及具備電容器 電容量診斷裝置和具有電磁操作機構的電力用設備，上述電磁操作機構將儲存在電容器中 的能量用於向電磁線圈通電來進行操作。
背景技術：
對於供電系統中使用的電力用設備要求具有長期的可靠性。因此，必須進行定期 的設備診斷。例如，在密閉型複合絕緣開關裝置中，利用由電磁線圈控制的電磁操作機構來 進行真空斷路器的開關操作，為了打開觸點而利用儲存在電容器中的能量。由於考慮到電 力用設備的驅動所需要的大電容量的電解電容器是壽命有限的器件，因此擔心由於老化損 壞而引起的電容器電容量的下降。因此，為了確保真空斷路器的可靠性，需要定期地將該電 容器取出，進行電容量檢查，實施判定電容器是否良好的電容器電容量診斷，在識別出劣化 等的情況下實施電容器的更換。然而，若在定期檢查以外的時間進行電容器的檢查，則需要 使電力用設備停止，因此，也限制了診斷次數。若有不取出電容器電容量、就能在電力用設 備的運行中判定電容器電容量是否良好的診斷裝置，則能不停止設備，從而能大幅地增加 診斷頻率，並可期待提高可靠性。在已有的車用乘員保護裝置的氣囊所使用的備用電容器的電容器電容量診斷電 路中，將由串聯連接的電阻和開關電路所形成的放電電路與電容器並聯連接，使放電電路 的開關電路在一定時間內導通，對該即將導通前的電容器的充電電壓值VI、和伴隨著一定 時間的放電的電容器的端電壓的變化值(V1-V2)之比進行計算，將該計算結果和基準值進 行比較，從而診斷電容器的電容量是否良好。由此，可不受與電容器相連接的直流電源的輸 出電壓的偏差的影響，而實現可靠地高精度地進行診斷。此外，也可在車輛啟動時實施電容 器的診斷(例如，參照專利文獻1)。另外，在已有的車用乘員保護裝置的氣囊所使用的備用電容器的其他電容器異常 診斷裝置中，對電容器的兩端電壓值和閾值進行比較來診斷電容器的異常。電容器包括檢 測單元，上述檢測單元對閾值和充電開始時的電容器的兩端電壓值(初始值)進行檢測；及 診斷單元，上述診斷單元基於初始值，改變閾值並將其設定為初始值以上，將該改變後的閾 值、和在充電開始後的電容器的兩端電壓值進行比較，從而來診斷電容器的異常。由此，即 使是在開始充電的時刻已經有電荷的情況，也能實現可靠地診斷電容器的異常。此外，也可 在行車前實施電容器的診斷(例如，參照專利文獻2)。現有技術文獻[專利文獻]專利文獻1 日本國專利特開平9-229976號公報專利文獻2 日本國專利特開平6-207959號公報

發明內容
然而，在已有的電容器的電容量診斷電路或電容器的異常診斷裝置中，其目的都 在於診斷車用的氣囊的備用電容器，僅在緊接接通了點火開關後的、車啟動時實施診斷，而 未假定在運行中經常進行診斷，由於一旦開始運用就被長期使用，因此存在的問題是，無法 適用於在運用中必須進行定期的電容器電容量診斷的電力用設備的電磁操作機構中所使 用的電容器的電容量診斷。本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在於，不會對由運用中的電力用設 備的電磁操作機構所使用的電容器產生的驅動帶來妨礙，而提供可定期地進行電容器診斷 的電容器電容量診斷裝置及包括電容器電容量診斷裝置的電力用設備。為了解決上述問題，本發明的權利要求項1所涉及的電容器電容量診斷裝置包 括電源，上述電源對電容器進行充電；放電電路，上述放電電路由串聯的放電電阻和放電 開關構成，與電容器並聯；電阻分壓電路，上述電阻分壓電路由串聯的第一電阻及第二電阻 構成，與電容器並聯；測定電路，上述測定電路對第一電阻和第二電阻的分壓點的電壓進行 放大並測定；以及診斷電路，上述診斷電路使電容器停止充電，使放電電路的放電開關導 通，從而使電容器中充電的能量在預定的時間內進行放電，根據利用測定電路所測定的由 放電所引起的電壓下降值來判定電容器電容量是否合適，將由充電後的電容器的放電所引 起的診斷時的電壓下降值設定為預定的值以內來實施。另外，本發明的權利要求項3所涉及的電力用設備包括電容器電容量診斷裝置， 且包括利用電容器中充電的能量的電磁操作機構。根據本發明，通過將電容器電容量診斷時由電容器的放電所引起的電壓下降設定 在預定值以內，從而可在電容器的運用中進行診斷，另外，通過將該電容器電容量診斷裝置 應用於電力用設備的電磁操作機構所使用的電容器電容量診斷，從而具有可在電力用設備 運用中進行電容器電容量的診斷的顯著效果。


圖1是表示實施方式1中的電容器電容量診斷裝置的簡要的電路結構圖。圖2是表示由實施方式1中的電容器電容量診斷裝置的放電所引起的電壓變化的 說明圖。圖3是表示包括實施方式2中的電容器電容量診斷裝置的電力用設備的簡要的結 構圖。標號說明1電容器電容量測定裝置2電容器3 電源4放電電路4a放電電阻4b放電開關5電阻分壓電路6測定電路
6a放大電路7診斷電路10真空斷路器15真空開關管16固定鐵心17斷路線圈19 開關21可動軸23可動鐵心25電磁操作機構
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施方式所涉及的電容器電容量診斷裝置及包括電容 器電容量診斷裝置的電力用設備進行說明。實施方式1.圖1是表示實施方式1中的電容器電容量診斷裝置的簡要的電路結構圖。圖2是 表示由電容器電容量診斷裝置的放電所引起的電容器電壓的變化的說明圖。如圖1所示，電容器電容量診斷裝置1包括電源3，上述電源3由DC電源3a和 DC/DC變換器3b構成，上述DC電源3a用於向判定電容量是否良好的電容器2進行充電，上 述DC/DC變換器3b將電壓調整至電容器2所需要的電壓；放電電路4，上述放電電路4由 放電電阻4a和作為放電開關4b的電晶體構成，與電容器2並聯連接，以使電容器2的能量 進行放電；電阻分壓電路5，上述電阻分壓電路5由第一、第二電阻5a、5b構成，與電容器2 並聯連接，以測定放電時的電壓下降；測定電路6，上述測定電路6由測定第一電阻5a和第 二電阻5b的連接點A的電壓的放大器6a和A/D變換器6b構成；診斷電路7，上述診斷電 路7發出停止向電容器2進行充電的指令及使放電電路4的放電開關4b導通的指令，使電 容器2中充電的能量在預定時間內進行放電，根據利用測定電路6所測定的、由放電所引起 的電壓的時間變化來判定電容器電容量是否良好；及報警電路8，上述報警電路8基於診斷 電路7的判定結果，在判定為否的情況下發出報警。接著，參照圖1及圖2，對實施方式1中的電容器電容量診斷裝置1的動作原理進 行說明。要判定電容量是否良好的電容器2由與其相連接的電源3來供電，利用DC/DC變 換器3b來充電至使用電容器2的設備所要求的電壓Vc。從診斷電路7向電容器2發出停 止充電的指令，向放電電路4的放電開關4b發出在預定的時間t內導通的指令。圖2是表 示由電容器的電容量診斷時的放電所引起的電容器的電壓9，電容器電壓V由於從放電開 關4b導通開始就通過放電電阻4a進行放電而隨時間逐漸降低，在時間t時停止電壓降低， 再次開始充電。該電容器電壓V在電阻分壓電路5的第一電阻5a的電阻Rl和第二電阻5b 的電阻R2的連接點A被分壓為R1/(R1+R2)，並測定時間t內的電壓下降值Δ V，使上述電 壓下降值ΔΥ通過測定電路6的放大電路6a並利用A/D轉換器6b進行轉換，將測定電路 6的結果發送至診斷電路7。此處，與預先診斷時作為電容器2所允許的預定的電壓下降值 Δ V而設定的基準的電壓下降值△ Vs進行比較，在圖2的9a所示的超過基準值的電壓下降 值△ Vs以內的情況下，判定電容器電容量是合適的，在圖2的9b所示的超過基準值的電壓下降值AVs以上的情況下，判定電容器電容量是不合適的，由報警電路8發出報警。此處， 所謂的電容器2所允許的基準的電壓下降值AVs，是指即使為了診斷電容器2而在預定的 時間內放電，也能確保電容器2原來的操作所需要的電容量。另外，在氣囊所使用的備用電 容器的已有的電容器電容量診斷中，未考慮由電容器本身的漏電(自身放電電流)所引起 的測定誤差，但是在電容量診斷時通過以電容器自身放電電流Is以上的電流進行測定，從 而降低測定誤差，來力圖提高電容量診斷的精度。因而，設定放電電阻4的電阻Rd以滿足 式⑴。Id = Vc/Rd > Is(I)式中，Vc是充電時的電容器電壓，Id是放電電流。例如，通過將電容量診斷時的放電電流設定為自身放電電流的100倍，從而可將 由測定誤差所施加的影響大幅地降低到以下、即達到實用上沒有問題的程度。將不對電容器的原來的驅動操作產生妨礙的電容器電容量診斷為合適的，設該診 斷時的允許電壓下降值AVs為充電電容器電壓Vc的百分之幾左右。因而，決定預定的時 間t，以使得在電容量診斷時被診斷為合適的電容器的由放電所引起的電壓下降值在AVs 的範圍內。因此，由於在電阻分壓電路5的A電的電壓變化很小，因此希望由放大器6a進 行電壓放大。由此，在本發明的實施方式1的電容器電容量診斷裝置中，由於以預定的放電電 阻、和預定的時間內實施測定，使得放電所引起的電壓下降處於診斷時不會對電容器的動 作產生妨礙的範圍內，因此，具有可進行電容器本來的動作的效果，還具有在電容器的運用 中也可對電容器電容量是否合適進行診斷的顯著效果。另外，在電容器電容量診斷時，通過 設定流過電容器自身放電電流以上的放電電流，從而具有能提高電容器的電容量測定精度 的顯著的效果。實施方式2.圖3是表示包括本發明的實施方式2中的電容器電容量診斷裝置的電力用設備的 簡要的結構圖。在實施方式2中，作為具有利用儲存在電容器中的能量的電磁操作機構的電力用 設備的例子，對將電容器電容量診斷裝置應用於真空斷路器(VCB)的情況進行說明。如圖3 所示，真空斷路器10包括真空開關管(VST) 15，上述真空開關管15設置於箱體屏蔽壁11 內，使靜觸點12和安裝於可動軸13的動觸點14進行開關；固定鐵心16，上述固定鐵心16 設置於箱體屏蔽壁11外；設置於該固定鐵心16內的斷路用線圈17及接通用線圈18 ；電容 器2，上述電容器2向該斷路用線圈17供電；儀表用電流互感器(CT) 20，上述儀表用電流互 感器(CT) 20在從電容器2通過開關19向斷路用線圈17通電時測量電流；可動軸21，設置 上述可動軸21以貫穿這些線圈17、18 ；安裝於該可動軸21上的永磁體22和可動鐵心23 ； 電磁操作機構25，上述電磁操作機構25具有利用安裝於可動軸21上的壓接彈簧24來將真 空開關管15的觸點12、14進行開關的功能；以及電容器電容量診斷裝置1，上述電容器電 容量診斷裝置1診斷電容器2的電容量。由於電容器電容量診斷裝置1的結構與實施方式 1相同，因此省略說明。接著，參照圖3，說明本實施方式2中的真空斷路器的動作原理。真空斷路器10 的開關操作由電磁操作機構25的電磁線圈17、18所產生的電磁力來進行，其開關狀態由永磁體22的磁力來保持。在固定鐵心16中設置作為電磁線圈的斷路用線圈17和接通用線 圈18，將安裝有可動鐵心23和永磁體22的可動軸21設定為可在斷路用線圈17和接通用 線圈18間進行移動，該可動軸21通過壓接彈簧24與真空開關管15 —側的可動軸13相連 接，而該可動軸13與真空開關管15的和靜觸點12相對的動觸點14相連接。在真空開關 管15的接通狀態下，可動鐵心23被永磁體22吸附並保持於固定鐵心16的接通側。為了 使真空開關管15成為開路狀態，根據斷路指令，從電容器2向斷路用線圈17電容器進行通 電，從而利用該磁力將可動鐵心23吸引至開路側，即使在停止向斷路用線圈17的通電後， 也可利用永磁體22將可動鐵心23吸附並保持於開路側。由此，安裝有可動鐵心23的可動 軸21進行移動，真空開關管15的觸點成為開路狀態。若向接通用線圈18通電，則以相反 的動作使真空開關管15成為接通狀態。向斷路用線圈17通電的電容器2利用上述的電容 器電容量診斷裝置1來定期地判定其是否良好，從而力圖維持可靠性。為了監測由電容器 2進行通電的電流，使用儀表用電流互感器20進行測量。對於電容器電容量診斷裝置1的 動作，由於在實施方式1中進行了說明，因此省略。在真空斷路器10中，將不對電容器2的電磁操作驅動產生妨礙的、由診斷時的放 電而引起的基準的電壓下降值AVs設定為以下。例如，在實施方式2中，作為用77.5V 的DC電壓由放電而引起的電壓下降值，能夠以IV來診斷電容器的電容量是否合適。因而， 可決定預定的時間t為120ms左右，以使得成為在電容器電容量診斷所需要電容器的放電 而引起的電壓下降值AVs的範圍內由於在電阻分壓電路5的A點的電壓變化很小，因此需 要利用放大器6a來進行電壓放大。如上所述，在作為具備本發明的實施方式2的電容器電容量診斷裝置的電力用設 備的真空斷路器中，由於不需要取出電容器，而是在真空斷路器的運用中也能定期地進行 驅動用的電容器的電容量診斷，並能判定電容量是否合適，因此具有能力圖提高長期的電 力用設備的可靠性的顯著的效果。此外，儘管在上述的實施方式中，對作為電力用設備的真空斷路器應用驅動用的 電容器的電容量診斷的情況進行了說明，但是只要是使用電容器作為驅動能量的設備，則 也可應用於其他的電力用設備。另外，也可應用於汽車等車用的電容器，通過在運用中進行 診斷，也能夠進一步提高可靠性。
權利要求
一種電容器電容量診斷裝置，包括電源(3)，該電源(3)對電容器(2)進行充電；放電電路(4)，該放電電路(4)由串聯的放電電阻(4a)和放電開關(4b)構成，與所述電容器(2)並聯；電阻分壓電路(5)，該電阻分壓電路(5)由串聯的第一電阻(5a)及第二電阻(5b)構成，與所述電容器(2)並聯；測定電路(6)，該測定電路(6)對所述第一電阻(5a)和第二電阻(5b)的分壓點A的電壓進行放大並測定；以及診斷電路(7)，該診斷電路(7)使所述電容器(2)停止充電、使所述放電電路(4)的所述放電開關(4b)導通，從而使電容器(2)中充電的能量在預定的時間內進行放電，根據利用所述測定電路(6)所測定的由所述放電所引起的電壓下降值來判定電容器的電容量是否合適，其特徵在於，將由充電後的所述電容器(2)的放電所引起的診斷時的電壓下降值設定為預定的值以內來實施。
2.如權利要求項1所述的電容器電容量診斷裝置，其特徵在於，將放電電阻(4a)的電阻值設定為放電時流過電容器(2)具有的自身放電電流以上的 放電電流。
3.一種電力用設備，其特徵在於，包括權利要求項1或2所述的電容器電容量診斷裝置(1)，包括利用電容器(2)中充電 的能量來進行操作的電磁操作機構(25)。
4.如權利要求項3所述的電力用設備，其特徵在於在電容器電容量是否合適的診斷中，將由充電後的電容器(2)的放電所引起的電壓下 降值設定為電磁操作機構(25)可進行動作的預定的值以內來實施。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種電容器電容量診斷裝置及包括該電容器電容量診斷裝置的電力用設備，所述電容器電容量診斷裝置不會對由運用中的電力用設備的電磁操作機構所使用的電容器進行的驅動產生妨礙，而可對電容器進行診斷。電容器電容量診斷裝置(1)包括電源(3)，該電源對電容器(2)進行充電；放電電路(4)，該放電電路與電容器(2)並聯，以使電容器(2)的能量進行放電；電阻分壓電路(5)，該電阻分壓電路用於測定放電時的電壓下降；測定電路(6)，該測定電路測定分壓電壓；以及診斷電路(7)，該診斷電路根據由放電所產生的電壓的時間變化來判定電容器電容量是否良好。由此，可診斷運用中的電力用設備的電容器的電容量是否合適。
文檔編號G01R31/00GK101930039SQ20091026683
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年6月22日
發明者竹內靖 申請人:三菱電機株式會社