專利名稱：：用于檢測致動器開關裝置的故障的方法和設備的制作方法
技術領域：
：本文描述的主旨大體上涉及致動器，例如，斷路器致動器，并且更加具體地涉及檢測致動器開關裝置的故障。
背景技術：
：在交流和直流配電電路的斷路器內(nèi)的電子跳閘單元通常用于保護防止由于線路接地電流流過人體引起的危險電擊。這些電子跳閘單元包括，例如感測斷路器的相導線和中性導線之間的電流不平衡的接地故障電路斷流器(GFCI)、電弧故障斷流器和過電流保護斷流器。該電子跳閘單元典型地使用開關裝置以操作致動器跳閘或斷開電路以防止嚴重的電擊或觸電。電子跳閘單元可被測試以保證正確操作，然而開關裝置的一些故障可發(fā)生，其可使斷路器無法操作而沒有任何指示。例如，電子跳閘單元可提供跳閘信號給例如晶體管或SCR等開關裝置，其進而激勵致動器以使斷路器跳閘。斷路器電路通常配置使得如果開關裝置沒有短路，則致動器被激勵，斷路器將跳間，并且由此檢測故障。然而，在該配置中，如果開關裝置沒有斷開，致動器不能被激勵，斷路器不能自動跳閘。此外，如果致動器變?yōu)閺拈_關裝置電斷開，致動器也不能被激勵并且斷路器不能自動跳閘。目前，沒有檢測該類型的故障而無需從待測試的服務中去除斷路器的技術。因此，存在需要自動監(jiān)測斷路器以檢測適當?shù)墓收蠙z測并且在電子故障保護的不正確操作的情況下提供指示。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)另一個示范性實施例，斷路器包括致動器、連接到該致動器的開關裝置和配置成通過檢測該致動器和該開關裝置之間的連接處的第一連接電壓測試該致動器和該開關裝置之間的連接的測試單元。該測試單元進一步配置成通過接通開關裝置而不操作致動器來測試開關裝置的操作。根據(jù)更另一個示范性實施例，提供自行測試具有致動器和連接到該致動器的開關裝置的斷路器的方法。該方法包括通過檢測該致動器和該開關裝置之間的連接處的第一連接電壓測試該致動器和該開關裝置之間的連接，并且通過接通開關裝置而不操作致動器來測試開關裝置的操作。下列詳細說明參照附圖進行，其中圖1示出根據(jù)公開的實施例的示范性斷路器的示意圖；圖2示出斷路器的測試單元的示范性實施例的框圖；圖3A和IBB示出測試單元內(nèi)的電路的示范性實施例；圖4A至4F描繪測試單元的示范性操作的流程圖5示出測試單元的另一個示范性實施例；以及圖6和7示出根據(jù)公開的實施例的測試單元的另外的實施例。具體實施例方式圖1示出根據(jù)公開的實施例的示范性斷路器100的示意圖。應該理解在圖1中示出的斷路器100僅僅是為了示范性目的并且在備選實施例中斷路器100可包括用于使斷路器100根據(jù)示范性實施例操作的任何適合的部件。斷路器100可是能夠處理任何適當?shù)碾妷汉?或電流負載的任何適當類型的斷路器100。盡管公開的實施例將參照圖描述，應該理解公開的實施例可采用許多備選形式體現(xiàn)。另外，可以使用任何適當?shù)某叽纭⑿螤罨蝾愋偷脑虿牧?。斷路?00包括可操作以迫使斷路器觸點(沒有示出)在一起或分開用于實現(xiàn)電流通過斷路器100流動的致動器105。致動器105可連接到致動器電源155并且可由斷路器跳閘電路110激勵。致動器105可以是螺線管、致動器、通量移位電路(fluxshifter)或任何適合于迫使斷路器觸點在一起或分開的電動機械裝置。致動器電源155提供致動器電源電壓160。斷路器跳閘電路110可包括開關裝置115、電子跳閘單元120和測試單元125。致動器105可直接連接到開關裝置115并且由開關裝置115激勵。盡管開關裝置115示為例如晶體管或SCR的單個裝置，應該理解開關裝置115可包括用于激勵致動器105的任何適當?shù)拈_關或開關電路，只要開關裝置可在激勵致動器之前在“導通”狀態(tài)和“斷開”狀態(tài)之間切換即可。電子跳閘單元120可為電弧故障、接地故障、過電流故障或任何其他適當?shù)墓收锨闆r監(jiān)測電源(沒有示出)并且響應于檢測到故障，可操作以提供跳閘信號130給開關裝置115。電子跳閘單元120—般包括檢測電路135和跳閘電路140。該檢測電路135可配置成檢測關系到電源的任何適當?shù)墓收希缃拥毓收?、電弧故障、過電流故障等等。該跳閘電路140—般包括用于響應于由檢測電路135檢測到故障并且用于提供跳閘信號130以驅動開關裝置115的電路。電子跳閘單元120、檢測電路135和跳閘電路140—般可包括用于檢測故障并且用于提供跳間信號130的任何電路或程序，包括一個或多個處理器、現(xiàn)場可編程門陣列、可編程邏輯裝置、門陣列邏輯裝置、狀態(tài)機和存儲裝置。該存儲裝置可包括計算機可讀或可用介質和計算機可讀或可用存儲介質，其編碼有計算機可執(zhí)行組件(computerexecutablecomponent)、軟件、程序、指令、命令等用于實現(xiàn)本文公開的實施例。電子跳閘單元120、檢測電路135和跳間電路140還可包括任何適當?shù)膫鞲衅?、?shù)字信號處理器、緩沖器、模數(shù)和數(shù)模轉換器、電平移位電路(levelshifter)、放大器、整流器或任何其他適當?shù)挠糜跈z測故障和用于提供跳閘信號130的電部件。測試單元125可配置成執(zhí)行致動器105和開關裝置115之間的連接150的自動測試以及開關裝置115自己的自動測試。在一些實施例中，初始測試信號165可使測試單元執(zhí)行本文描述的測試、該初始測試信號165可由例如自動測試裝置或用戶啟動開關的另一個裝置(沒有示出)供應。測試單元125操作以感測在致動器105和開關裝置115之間的連接150處的電壓并且確定致動器105是否連接到開關裝置115。測試單元125還操作以提供跳閘信號130并且證實在致動器105和開關裝置115之間的連接150處的電壓作為響應而變化而不激勵致動器105。測試單元125可產(chǎn)生指示致動器105和開關裝置115之間的連接150的操作狀態(tài)和開關裝置115的操作狀態(tài)的狀態(tài)信號145。該操作狀態(tài)可包括連接150和開關裝置115中的一個或兩者是否是起作用的，即運行的、工作的或可用的。該操作狀態(tài)還可包括連接150和開關裝置115中的一個或兩者是否有故障，即有缺陷的、不工作的或失靈的。圖2示出測試單元125的實施例的示范性框圖，其中測試單元包括微處理器205和可選電壓移位電路210。該電壓移位電路210連接到連接150。在連接150處的電壓與微處理器205的輸入不兼容的實施例中，該電壓移位電路210操作以縮放該電壓到兼容或可由微處理器205讀取的范圍并且提供兼容輸出信號215。微處理器205—般可包括用于讀取或感測兼容輸出信號215并且用于提供狀態(tài)信號145的任何電路或程序，在適當?shù)那闆r下包括附加處理器和存儲裝置。該存儲裝置可包括計算機可讀或可用介質和計算機可讀或可用存儲介質，其編碼有計算機可執(zhí)行組件、軟件、程序、指令、命令等用于實現(xiàn)本文公開的實施例。微處理器205和電壓移位電路210還可包括任何適當?shù)膫鞲衅鳌?shù)字信號處理器、緩沖器、模數(shù)和數(shù)模轉換器、電平移位電路、放大器、整流器或任何其他適當?shù)挠糜谡{節(jié)在連接150處的電壓、提供兼容輸出信號215、從兼容輸出信號信號215檢測故障并且用于提供狀態(tài)信號145的電部件。圖3A和;3B示出電壓移位電路210的示范性實施例。在圖3A中，在連接150處的電壓由電阻305、NPN晶體管310、電阻315和電壓VCC的組合縮放到可由微處理器205讀取的水平。圖3B示出備選實施例，其中在連接150處的電壓由電阻320、M0SFET325、齊納二極管330、電阻335和電壓VCC的組合縮放。在兩個實施例中，選擇這些部件使得由電壓移位電路210抽取的電流在安全余量內(nèi)不達到致動器105的工作電流。圖4A描繪測試單元125的示范性操作的流程圖。在公開的實施例中，在正常操作期間，即當斷路器100處于未跳閘狀態(tài)，在連接150處的電壓將接近致動器電源155的電壓。如上文描述的，電壓移位電路210可操作以縮放連接150處的電壓到可由微處理器205讀取的水平。參照圖4A的框402，微處理器205可操作以通過直接或通過可選電壓移位電路210感測連接150處的電壓來檢查連接150。參照框404，如果電壓存在，連接150可如在框406中示出的起作用。如果沒有電壓存在，連接150可如在框408中示出的是有故障的。圖4B描繪測試單元125的另一個示范性操作的流程圖。測試單元125可通過接通和斷開開關裝置115而不激勵致動器105來檢查開關裝置115的操作。微處理器205可如在框410中示出的應用跳閘信號130于開關裝置115。微處理器205然后可如在框412中示出的在致動器105操作之前從開關裝置115去除跳閘信號130。參照框414，微處理器205可確定在跳閘信號130應用和去除的時間之間電壓中的變化是否在致動器105和開關裝置115之間的連接150處發(fā)生。電壓中的變化可表示開關裝置115如在框416中示出的起作用，而電壓無變化可指示開關裝置115如在框418中示出的是有故障的。圖4C和4D示出測試單元125的另外的示范性操作。如在框420和422中示出的，在連接150可能存在的情況下，測試單元可產(chǎn)生采用指示連接150的操作狀態(tài)是起作用的方式的狀態(tài)信號145。如在框4M和4中示出的，在連接150可能有故障的情況下，測試單元125可產(chǎn)生采用指示致動器105和開關裝置115之間的連接的操作狀態(tài)是有故障的方式的狀態(tài)信號145。如在框4和430中示出的，在開關裝置115可能是起作用的情況下，測試單元可產(chǎn)生采用指示開關裝置115的操作狀態(tài)是起作用的方式的狀態(tài)信號145。如在框432和434中示出的，在開關裝置115可能是有故障的情況下，測試單元可產(chǎn)生采用指示開關裝置115的操作狀態(tài)是有故障的方式的狀態(tài)信號145。在另外的實施例中，測試單元125的微處理器205可能夠測量或可預編程有致動器電源電壓160(也稱為Vaetuatesupply)。微處理器可確定代表當致動器105連接到致動器電源155和連接150并且開關裝置115是斷開或斷路時可在連接150處出現(xiàn)的電壓范圍的近似最小值的第一閾值電壓Vfiretthresh0ldo該第一閾值電壓Vfitthresh。ld可從致動器電源電壓V160與橫跨致動器105的任何電壓降、橫跨連接150的任何電壓降和可影響如在連接150處測量的致動器電源電壓160的任何其他因素的任意組合確定。電壓降的參數(shù)和其他因素以及用于確定該第一閾值電壓Vfiretthresh。ld的任何公式或計算可預編程進入微處理器205。在一些實施例中Vfitthreshold自己可預編程序進入微處理器205。圖4E和4F示出測試單元125的另外的示范性操作的流程圖。參照圖4E，微處理器205可操作以如上文描述的并且如在框436中示出的確定第一閾值電壓Vfi,stthresh0ldo微處理器205可如在框438中示出的直接或通過可選電壓移位電路210感測在連接150處的電壓。然后，如在框440中示出的，微處理器205確定在連接150處的電壓是否大于或等于致動器電源電壓Va。tuatsupply并且小于或等于第一閾值電壓。如果在連接150處的電壓滿足這些條件，微處理器205可操作以如在框442中示出的產(chǎn)生采用指示致動器105和開關裝置115之間的連接是起作用的方式的狀態(tài)信號145。如果在連接150處的電壓不滿足這些條件，微處理器205可操作以如在框444中示出的產(chǎn)生采用指示致動器105和開關裝置115之間的連接是有故障的方式的狀態(tài)信號145。在公開的實施例中，致動器105的響應時間一般比開關裝置115的那個慢并且從而開關裝置115可在比致動器105被激勵所要求的時間要少的時間閉合并且重新斷開。也就是說，開關裝置115可在致動器105對開關裝置115的閉合反應之前閉合并且重新斷開。從而，開關裝置115的操作可被證實而不操作致動器105和使斷路器100跳閘。如上文提到的，測試單元125的微處理器205可能夠測量或可預編程有致動器電源電壓160。微處理器可操作以確定代表當開關裝置115是導通或閉合時可在連接150處出現(xiàn)的電壓范圍的近似最大值的第二閾值電壓Vsecondthresh0ldo該第二閾值電壓Vse。。ndthreshold可從致動器電源電壓V16tl與橫跨致動器105的任何電壓降、橫跨連接150的任何電壓降、橫跨開關裝置115的任何電壓降和可影響當開關裝置115是導通或閉合時在連接150處出現(xiàn)的電壓的任何其他因素的任意組合確定。電壓降的參數(shù)和其他因素以及用于確定該第二閾值電壓l。。ndthreshold的任何公式或計算可預編程進入微處理器205。在一些實施例中Vsecondthreshold自己可預編程進入微處理器205。參照圖4E的框436，微處理器205可操作以如上文描述的確定第二閾值電壓Vserandthresh0ldo微處理器205可操作以如在框448中示出的應用跳閘信號130到開關裝置115使開關裝置接通或閉合，并且從而傳導電流。微處理器205還可操作以如在框450中示出的感測在連接150處的電壓并且如在框452中示出的比較第二閾值電壓Vserandthreshold與在連接150處的電壓。如果在連接150處的電壓等于或小于第二閾值電壓Vse。。ndthresh。ld，微處理器205如在框妨4中示出的在激勵致動器105之前從開關裝置115去除跳閘信號130，并且如在框456中示出的產(chǎn)生狀態(tài)信號145以指示開關裝置是起作用的。如果在連接150處的電壓沒有等于或小于第二閾值電壓Vserandthreshold,微處理器205如在框458中示出的在激勵致動器105之前從開關裝置115去除跳閘信號130，并且如在框460中示出的產(chǎn)生狀態(tài)信號145以指示開關裝置115是有故障的。圖5示出在沒有可編程或時鐘裝置的情況下實現(xiàn)的測試單元500的另一個實施例。在正常操作期間，當斷路器100處于未跳閘狀態(tài)中并且沒有初始測試信號520時，在連接150處的電壓將接近致動器電源155的電壓使在節(jié)點505的電壓接近Vrc。當在節(jié)點505的電壓超過Vkef時，放大器515的輸出510也接近V⑵指示連接150是起作用的。在其他操作中，初始測試信號520由例如自動測試裝置或用戶啟動開關的另一個裝置(沒有示出)應用于開關裝置QK45。通過開關裝置Ql“導通”或傳導，電流通過電阻550、Q1545和二極管525到開關裝置115，將開關裝置115“接通”。通過開關裝置115“導通”并且由此傳導電流，在連接150處的電壓拉到由橫跨致動器105和橫跨開關裝置115的電壓降確定的“低”狀態(tài)。這進而使節(jié)點505通過二極管530、放電電容器535拉“低”并且使放大器515的輸出510拉“低”從而指示開關裝置115已經(jīng)“接通”。當初始測試信號520去除或在連接150處的電壓拉“低”從而去除通過電阻550、Q1545和二極管525到開關裝置115的電流時，開關裝置115將“斷開”。在另一個操作模式中，初始測試信號520基于定期來施加，根據(jù)電阻540和電容器535的時間常數(shù)使在節(jié)點505的電壓仍然是低，其中V5tl5=Vcc*e-t/(E540*C535)o如果開關裝置115故障，在節(jié)點505的電壓將超過Vkef使放大器的輸出拉“高”從而指示開關裝置115的故障。圖6圖示測試單元610和用于提供測試設施和致動器操作兩者的支持電路的更另一個實施例。測試單元610可包括微處理器615和電壓移位電路620，如在上文公開的實施例中，其包括任何電路、部件、附加處理器和存儲裝置，其具有計算機可讀或可用介質和計算機可讀或可用存儲介質，其編碼有計算機可執(zhí)行組件、軟件、程序、指令、命令等用于實現(xiàn)本文公開的實施例。測試單元610可配置成自動或響應于上文描述的初始測試信號165執(zhí)行測試。電阻645和電阻650的值可選擇使得通過電阻645和電阻650中任一個的電流不足以使致動器105致動。Q655和Q660可包括適合于激勵致動器105的任何開關、開關裝置或開關電路。當測試單元610沒有被啟動用于測試時，測試單元可操作以響應于跳閘信號130接通Q655和Q660兩者、致動致動器105并且使斷路器跳間。為了測試斷路器，測試單元610一般可操作以提供跳閘信號625和跳閘信號630并且讀取或感測測試信號635和測試信號640。到致動器105的連接可通過提供跳閘信號625以使Q655傳導或“接通”和提供跳閘信號630以使Q660斷開或“關斷”并且感測測試信號640而測試。大致上等于致動器電源155的電壓的在測試信號640的電壓指示連接存在并且Q655和Q660正確操作。大致上等于致動器電源155的1/2電壓的在測試信號640的電壓指示連接存在并且Q655可能失靈。大致上0伏特的在測試信號640的電壓指示Q660可能短路。在這些狀況下，螺線管可致動，使斷路器跳閘。Q655和Q660的另外操作可通過提供跳閘信號625以使Q655斷開或“關斷”和提供跳間信號630以使Q660閉合或“接通”并且感測測試信號640而測試。大致上等于0伏特或接地的在測試信號640的電壓指示Q655和Q660可正確操作。沒有基本等于0伏特或接地的在測試信號640的電壓指示Q660不正確傳導或接通。致動器105的致動指示0655可能短路。測試單元610可提供狀態(tài)信號145以指示這些狀況和故障中的每個。圖7圖示測試單元710和用于提供測試設施和致動器操作兩者的支持電路的更另一個實施例。測試單元710可包括微處理器715和電壓移位電路720，與上文公開的實施例相似，其包括任何電路、部件、附加處理器和存儲裝置，其具有計算機可讀或可用介質和計算機可讀或可用存儲介質，其編碼有計算機可執(zhí)行組件、軟件、程序、指令、命令等用于實現(xiàn)本文公開的實施例。測試單元710可配置成自動或響應于上文描述的初始測試信號165執(zhí)行測試。與本文描述的其他實施例相似，電阻745和電阻750的值可選擇使得通過它們中任一個的電流不足以使致動器105致動。Q755和Q760可是適合于激勵致動器105的任何開關、開關裝置或開關電路。當測試單元710沒有被啟動用于測試時，測試單元可操作以響應于跳閘信號630接通Q755和Q760兩者、致動致動器105并且使斷路器跳間。為了測試斷路器，測試單元710一般可操作以提供跳閘信號725和跳閘信號730并且讀取或感測測試信號735。到致動器105的連接可通過提供跳閘信號725以使Q755傳導或“接通”和提供跳閘信號730以使Q760斷開或“關斷”并且感測測試信號735而測試。大致上等于致動器電源155的電壓的在測試信號735的電壓指示連接存在并且Q755和Q760正確操作。大致上等于致動器電源155的1/2電壓的在測試信號735的電壓指示連接存在并且Q755可能失靈。大致上0伏特的在測試信號735的電壓指示Q660可能短路。在這些狀況下，螺線管可致動，使斷路器跳閘。Q755和Q760的另外操作可通過提供跳閘信號725以使Q755斷開或“關斷”和提供跳閘信號730以使Q760閉合或“接通”并且感測測試信號735而測試。大致上等于0伏特或接地的在測試信號735的電壓指示Q755和Q760可能正確操作。沒有基本等于0伏特或接地的在測試信號735的電壓指示Q760不正確傳導或操作。致動器105的致動指示Q755可能短路。測試單元710可提供狀態(tài)信號145以指示這些狀況和故障中的任何一個。應該理解盡管測試單元125、500、610、710的不同實施例在上文描述為與電子跳閘單元120分開，在備選實施例中測試單元可以是電子跳閘單元120或斷路器100的任何其他適當部分的一部分或與其集成。示范性實施例提供斷路器100的開關裝置的自動自我測試而不干擾通過斷路器100供應給負載的電力。根據(jù)示范性實施例，致動器和開關裝置之間的連接與開關裝置的正確操作一起自動測試，而不激勵斷路器致動器，并且從而不使斷路器跳閘。盡管實施例已經(jīng)連同目前考慮為最實用并且優(yōu)選的實施例描述，要理解實施例不限于本文公開的那些。相反，描述的實施例意在覆蓋包括在附上的權利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同設置中的所有。部件列表權利要求1.一種斷路器包括致動器(105)；以及連接到該致動器(105)的開關裝置(115)；特征在于，測試單元(125)，其配置成通過檢測所述致動器(10和所述開關裝置(115)之間的連接(150)處的第一連接電壓來測試所述致動器(10和所述開關裝置(115)之間的所述連接(150)，所述測試單元(12進一步配置成通過接通所述開關裝置(115)而不操作所述致動器(105)來測試所述開關裝置(115)的操作。2.如權利要求1所述的斷路器，特征在于，所述測試單元(125)進一步配置成產(chǎn)生指示所述致動器(10和所述開關裝置(11之間的所述連接(150)的操作狀態(tài)的狀態(tài)信號(145)。3.如權利要求1所述的斷路器，特征在于，所述測試單元(125)進一步配置成產(chǎn)生指示所述開關裝置(115)操作狀態(tài)的狀態(tài)信號(145)。4.如權利要求1所述的斷路器，進一步包括配置成提供第二致動器電源電壓(160)的致動器電源(155)，特征在于，所述測試單元(12包括配置成感測所述致動器(10和所述開關裝置(11之間的所述連接(150)處的所述第一連接電壓的電路O10)；配置成確定第三閾值電壓的處理器005)，所述處理器(20進一步配置成如果所述第一連接電壓小于或等于所述第二致動器電源電壓(160)并且大于或等于所述第三閾值電壓則產(chǎn)生指示所述致動器(105)和所述開關裝置(115)之間的起作用的連接(150)的信號(145)。5.如權利要求4所述的斷路器，特征在于，所述處理器(205)進一步配置成如果所述連接電壓大于所述致動器電源電壓(160)或小于所述第一閾值電壓則產(chǎn)生指示所述致動器(105)和所述開關裝置(115)之間的故障連接(150)的信號(145)。6.如權利要求1所述的斷路器，特征在于，所述測試單元(125)包括配置成應用跳閘信號(130)于所述開關裝置(11而不激勵所述致動器(10的處理器；配置成當所述跳閘信號(130)應用時感測在所述致動器(10和所述開關裝置(115)之間的所述連接(150)處的所述第一連接電壓的電路O10)；所述處理器(20進一步配置成確定第四閾值電壓，并且配置成當所述跳間信號(130)應用時如果所述連接電壓小于或等于所述第四閾值電壓則產(chǎn)生指示起作用的開關裝置(115)的信號(145)。7.如權利要求5所述的斷路器，特征在于，所述處理器(205)進一步配置成當所述跳閘信號(130)應用時如果所述連接電壓大于所述第四閾值電壓則產(chǎn)生指示故障開關裝置(115)的信號(145)。8.一種用于自行測試具有致動器(10和連接到所述致動器(10的開關裝置(115)的斷路器的方法，所述方法特征在于通過檢測所述致動器(10和所述開關裝置(11之間的連接(150)處的第一連接電壓測試所述致動器(105)和所述開關裝置(115)之間的所述連接(150)；以及通過接通所述開關裝置(115)不操作所述致動器(105)來測試所述開關裝置(115)的操作。9.如權利要求8所述的方法，特征在于，產(chǎn)生指示所述致動器(105)和所述開關裝置(115)之間的所述連接(150)的操作狀態(tài)的狀態(tài)信號(145)。10.如權利要求8所述的方法，特征在于，產(chǎn)生指示所述開關裝置(115)操作狀態(tài)的狀態(tài)信號(145)。全文摘要斷路器包括致動器、連接到該致動器的開關裝置和配置成通過檢測致動器和開關裝置之間的連接處的第一連接電壓測試致動器和開關裝置之間的連接的測試單元。該測試單元進一步配置成通過接通開關裝置測試開關裝置的操作而不操作致動器。文檔編號G01R31/327GK102054634SQ20101053325公開日2011年5月11日申請日期2010年10月20日優(yōu)先權日2009年10月20日發(fā)明者C·B·威廉斯申請人:通用電氣公司