专利名称：电容器电容量诊断装置及具备电容器电容量诊断装置的电力用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及判定电容器电容量是否良好的电容器电容量诊断装置、及具备电容器 电容量诊断装置和具有电磁操作机构的电力用设备，上述电磁操作机构将储存在电容器中 的能量用于向电磁线圈通电来进行操作。
背景技术：
对于供电系统中使用的电力用设备要求具有长期的可靠性。因此，必须进行定期 的设备诊断。例如，在密闭型复合绝缘开关装置中，利用由电磁线圈控制的电磁操作机构来 进行真空断路器的开关操作，为了打开触点而利用储存在电容器中的能量。由于考虑到电 力用设备的驱动所需要的大电容量的电解电容器是寿命有限的器件，因此担心由于老化损 坏而引起的电容器电容量的下降。因此，为了确保真空断路器的可靠性，需要定期地将该电 容器取出，进行电容量检查，实施判定电容器是否良好的电容器电容量诊断，在识别出劣化 等的情况下实施电容器的更换。然而，若在定期检查以外的时间进行电容器的检查，则需要 使电力用设备停止，因此，也限制了诊断次数。若有不取出电容器电容量、就能在电力用设 备的运行中判定电容器电容量是否良好的诊断装置，则能不停止设备，从而能大幅地增加 诊断频率，并可期待提高可靠性。在已有的车用乘员保护装置的气囊所使用的备用电容器的电容器电容量诊断电 路中，将由串联连接的电阻和开关电路所形成的放电电路与电容器并联连接，使放电电路 的开关电路在一定时间内导通，对该即将导通前的电容器的充电电压值VI、和伴随着一定 时间的放电的电容器的端电压的变化值(V1-V2)之比进行计算，将该计算结果和基准值进 行比较，从而诊断电容器的电容量是否良好。由此，可不受与电容器相连接的直流电源的输 出电压的偏差的影响，而实现可靠地高精度地进行诊断。此外，也可在车辆启动时实施电容 器的诊断(例如，参照专利文献1)。另外，在已有的车用乘员保护装置的气囊所使用的备用电容器的其他电容器异常 诊断装置中，对电容器的两端电压值和阈值进行比较来诊断电容器的异常。电容器包括检 测单元，上述检测单元对阈值和充电开始时的电容器的两端电压值(初始值)进行检测；及 诊断单元，上述诊断单元基于初始值，改变阈值并将其设定为初始值以上，将该改变后的阈 值、和在充电开始后的电容器的两端电压值进行比较，从而来诊断电容器的异常。由此，即 使是在开始充电的时刻已经有电荷的情况，也能实现可靠地诊断电容器的异常。此外，也可 在行车前实施电容器的诊断(例如，参照专利文献2)。现有技术文献[专利文献]专利文献1 日本国专利特开平9-229976号公报专利文献2 日本国专利特开平6-207959号公报
发明内容
然而，在已有的电容器的电容量诊断电路或电容器的异常诊断装置中，其目的都 在于诊断车用的气囊的备用电容器，仅在紧接接通了点火开关后的、车启动时实施诊断，而 未假定在运行中经常进行诊断，由于一旦开始运用就被长期使用，因此存在的问题是，无法 适用于在运用中必须进行定期的电容器电容量诊断的电力用设备的电磁操作机构中所使 用的电容器的电容量诊断。本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，不会对由运用中的电力用设 备的电磁操作机构所使用的电容器产生的驱动带来妨碍，而提供可定期地进行电容器诊断 的电容器电容量诊断装置及包括电容器电容量诊断装置的电力用设备。为了解决上述问题，本发明的权利要求项1所涉及的电容器电容量诊断装置包 括电源，上述电源对电容器进行充电；放电电路，上述放电电路由串联的放电电阻和放电 开关构成，与电容器并联；电阻分压电路，上述电阻分压电路由串联的第一电阻及第二电阻 构成，与电容器并联；测定电路，上述测定电路对第一电阻和第二电阻的分压点的电压进行 放大并测定；以及诊断电路，上述诊断电路使电容器停止充电，使放电电路的放电开关导 通，从而使电容器中充电的能量在预定的时间内进行放电，根据利用测定电路所测定的由 放电所引起的电压下降值来判定电容器电容量是否合适，将由充电后的电容器的放电所引 起的诊断时的电压下降值设定为预定的值以内来实施。另外，本发明的权利要求项3所涉及的电力用设备包括电容器电容量诊断装置， 且包括利用电容器中充电的能量的电磁操作机构。根据本发明，通过将电容器电容量诊断时由电容器的放电所引起的电压下降设定 在预定值以内，从而可在电容器的运用中进行诊断，另外，通过将该电容器电容量诊断装置 应用于电力用设备的电磁操作机构所使用的电容器电容量诊断，从而具有可在电力用设备 运用中进行电容器电容量的诊断的显著效果。
图1是表示实施方式1中的电容器电容量诊断装置的简要的电路结构图。图2是表示由实施方式1中的电容器电容量诊断装置的放电所引起的电压变化的 说明图。图3是表示包括实施方式2中的电容器电容量诊断装置的电力用设备的简要的结 构图。标号说明1电容器电容量测定装置2电容器3 电源4放电电路4a放电电阻4b放电开关5电阻分压电路6测定电路
6a放大电路7诊断电路10真空断路器15真空开关管16固定铁心17断路线圈19 开关21可动轴23可动铁心25电磁操作机构
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电容器电容量诊断装置及包括电容 器电容量诊断装置的电力用设备进行说明。实施方式1.图1是表示实施方式1中的电容器电容量诊断装置的简要的电路结构图。图2是 表示由电容器电容量诊断装置的放电所引起的电容器电压的变化的说明图。如图1所示，电容器电容量诊断装置1包括电源3，上述电源3由DC电源3a和 DC/DC变换器3b构成，上述DC电源3a用于向判定电容量是否良好的电容器2进行充电，上 述DC/DC变换器3b将电压调整至电容器2所需要的电压；放电电路4，上述放电电路4由 放电电阻4a和作为放电开关4b的晶体管构成，与电容器2并联连接，以使电容器2的能量 进行放电；电阻分压电路5，上述电阻分压电路5由第一、第二电阻5a、5b构成，与电容器2 并联连接，以测定放电时的电压下降；测定电路6，上述测定电路6由测定第一电阻5a和第 二电阻5b的连接点A的电压的放大器6a和A/D变换器6b构成；诊断电路7，上述诊断电 路7发出停止向电容器2进行充电的指令及使放电电路4的放电开关4b导通的指令，使电 容器2中充电的能量在预定时间内进行放电，根据利用测定电路6所测定的、由放电所引起 的电压的时间变化来判定电容器电容量是否良好；及报警电路8，上述报警电路8基于诊断 电路7的判定结果，在判定为否的情况下发出报警。接着，参照图1及图2，对实施方式1中的电容器电容量诊断装置1的动作原理进 行说明。要判定电容量是否良好的电容器2由与其相连接的电源3来供电，利用DC/DC变 换器3b来充电至使用电容器2的设备所要求的电压Vc。从诊断电路7向电容器2发出停 止充电的指令，向放电电路4的放电开关4b发出在预定的时间t内导通的指令。图2是表 示由电容器的电容量诊断时的放电所引起的电容器的电压9，电容器电压V由于从放电开 关4b导通开始就通过放电电阻4a进行放电而随时间逐渐降低，在时间t时停止电压降低， 再次开始充电。该电容器电压V在电阻分压电路5的第一电阻5a的电阻Rl和第二电阻5b 的电阻R2的连接点A被分压为R1/(R1+R2)，并测定时间t内的电压下降值Δ V，使上述电 压下降值ΔΥ通过测定电路6的放大电路6a并利用A/D转换器6b进行转换，将测定电路 6的结果发送至诊断电路7。此处，与预先诊断时作为电容器2所允许的预定的电压下降值 Δ V而设定的基准的电压下降值△ Vs进行比较，在图2的9a所示的超过基准值的电压下降 值△ Vs以内的情况下，判定电容器电容量是合适的，在图2的9b所示的超过基准值的电压下降值AVs以上的情况下，判定电容器电容量是不合适的，由报警电路8发出报警。此处， 所谓的电容器2所允许的基准的电压下降值AVs，是指即使为了诊断电容器2而在预定的 时间内放电，也能确保电容器2原来的操作所需要的电容量。另外，在气囊所使用的备用电 容器的已有的电容器电容量诊断中，未考虑由电容器本身的漏电(自身放电电流)所引起 的测定误差，但是在电容量诊断时通过以电容器自身放电电流Is以上的电流进行测定，从 而降低测定误差，来力图提高电容量诊断的精度。因而，设定放电电阻4的电阻Rd以满足 式⑴。Id = Vc/Rd > Is(I)式中，Vc是充电时的电容器电压，Id是放电电流。例如，通过将电容量诊断时的放电电流设定为自身放电电流的100倍，从而可将 由测定误差所施加的影响大幅地降低到以下、即达到实用上没有问题的程度。将不对电容器的原来的驱动操作产生妨碍的电容器电容量诊断为合适的，设该诊 断时的允许电压下降值AVs为充电电容器电压Vc的百分之几左右。因而，决定预定的时 间t，以使得在电容量诊断时被诊断为合适的电容器的由放电所引起的电压下降值在AVs 的范围内。因此，由于在电阻分压电路5的A电的电压变化很小，因此希望由放大器6a进 行电压放大。由此，在本发明的实施方式1的电容器电容量诊断装置中，由于以预定的放电电 阻、和预定的时间内实施测定，使得放电所引起的电压下降处于诊断时不会对电容器的动 作产生妨碍的范围内，因此，具有可进行电容器本来的动作的效果，还具有在电容器的运用 中也可对电容器电容量是否合适进行诊断的显著效果。另外，在电容器电容量诊断时，通过 设定流过电容器自身放电电流以上的放电电流，从而具有能提高电容器的电容量测定精度 的显著的效果。实施方式2.图3是表示包括本发明的实施方式2中的电容器电容量诊断装置的电力用设备的 简要的结构图。在实施方式2中，作为具有利用储存在电容器中的能量的电磁操作机构的电力用 设备的例子，对将电容器电容量诊断装置应用于真空断路器(VCB)的情况进行说明。如图3 所示，真空断路器10包括真空开关管(VST) 15，上述真空开关管15设置于箱体屏蔽壁11 内，使静触点12和安装于可动轴13的动触点14进行开关；固定铁心16，上述固定铁心16 设置于箱体屏蔽壁11外；设置于该固定铁心16内的断路用线圈17及接通用线圈18 ；电容 器2，上述电容器2向该断路用线圈17供电；仪表用电流互感器(CT) 20，上述仪表用电流互 感器(CT) 20在从电容器2通过开关19向断路用线圈17通电时测量电流；可动轴21，设置 上述可动轴21以贯穿这些线圈17、18 ；安装于该可动轴21上的永磁体22和可动铁心23 ； 电磁操作机构25，上述电磁操作机构25具有利用安装于可动轴21上的压接弹簧24来将真 空开关管15的触点12、14进行开关的功能；以及电容器电容量诊断装置1，上述电容器电 容量诊断装置1诊断电容器2的电容量。由于电容器电容量诊断装置1的结构与实施方式 1相同，因此省略说明。接着，参照图3，说明本实施方式2中的真空断路器的动作原理。真空断路器10 的开关操作由电磁操作机构25的电磁线圈17、18所产生的电磁力来进行，其开关状态由永磁体22的磁力来保持。在固定铁心16中设置作为电磁线圈的断路用线圈17和接通用线 圈18，将安装有可动铁心23和永磁体22的可动轴21设定为可在断路用线圈17和接通用 线圈18间进行移动，该可动轴21通过压接弹簧24与真空开关管15 —侧的可动轴13相连 接，而该可动轴13与真空开关管15的和静触点12相对的动触点14相连接。在真空开关 管15的接通状态下，可动铁心23被永磁体22吸附并保持于固定铁心16的接通侧。为了 使真空开关管15成为开路状态，根据断路指令，从电容器2向断路用线圈17电容器进行通 电，从而利用该磁力将可动铁心23吸引至开路侧，即使在停止向断路用线圈17的通电后， 也可利用永磁体22将可动铁心23吸附并保持于开路侧。由此，安装有可动铁心23的可动 轴21进行移动，真空开关管15的触点成为开路状态。若向接通用线圈18通电，则以相反 的动作使真空开关管15成为接通状态。向断路用线圈17通电的电容器2利用上述的电容 器电容量诊断装置1来定期地判定其是否良好，从而力图维持可靠性。为了监测由电容器 2进行通电的电流，使用仪表用电流互感器20进行测量。对于电容器电容量诊断装置1的 动作，由于在实施方式1中进行了说明，因此省略。在真空断路器10中，将不对电容器2的电磁操作驱动产生妨碍的、由诊断时的放 电而引起的基准的电压下降值AVs设定为以下。例如，在实施方式2中，作为用77.5V 的DC电压由放电而引起的电压下降值，能够以IV来诊断电容器的电容量是否合适。因而， 可决定预定的时间t为120ms左右，以使得成为在电容器电容量诊断所需要电容器的放电 而引起的电压下降值AVs的范围内由于在电阻分压电路5的A点的电压变化很小，因此需 要利用放大器6a来进行电压放大。如上所述，在作为具备本发明的实施方式2的电容器电容量诊断装置的电力用设 备的真空断路器中，由于不需要取出电容器，而是在真空断路器的运用中也能定期地进行 驱动用的电容器的电容量诊断，并能判定电容量是否合适，因此具有能力图提高长期的电 力用设备的可靠性的显著的效果。此外，尽管在上述的实施方式中，对作为电力用设备的真空断路器应用驱动用的 电容器的电容量诊断的情况进行了说明，但是只要是使用电容器作为驱动能量的设备，则 也可应用于其他的电力用设备。另外，也可应用于汽车等车用的电容器，通过在运用中进行 诊断，也能够进一步提高可靠性。
权利要求
一种电容器电容量诊断装置，包括电源(3)，该电源(3)对电容器(2)进行充电；放电电路(4)，该放电电路(4)由串联的放电电阻(4a)和放电开关(4b)构成，与所述电容器(2)并联；电阻分压电路(5)，该电阻分压电路(5)由串联的第一电阻(5a)及第二电阻(5b)构成，与所述电容器(2)并联；测定电路(6)，该测定电路(6)对所述第一电阻(5a)和第二电阻(5b)的分压点A的电压进行放大并测定；以及诊断电路(7)，该诊断电路(7)使所述电容器(2)停止充电、使所述放电电路(4)的所述放电开关(4b)导通，从而使电容器(2)中充电的能量在预定的时间内进行放电，根据利用所述测定电路(6)所测定的由所述放电所引起的电压下降值来判定电容器的电容量是否合适，其特征在于，将由充电后的所述电容器(2)的放电所引起的诊断时的电压下降值设定为预定的值以内来实施。
2.如权利要求项1所述的电容器电容量诊断装置，其特征在于，将放电电阻(4a)的电阻值设定为放电时流过电容器(2)具有的自身放电电流以上的 放电电流。
3.一种电力用设备，其特征在于，包括权利要求项1或2所述的电容器电容量诊断装置(1)，包括利用电容器(2)中充电 的能量来进行操作的电磁操作机构(25)。
4.如权利要求项3所述的电力用设备，其特征在于在电容器电容量是否合适的诊断中，将由充电后的电容器(2)的放电所引起的电压下 降值设定为电磁操作机构(25)可进行动作的预定的值以内来实施。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种电容器电容量诊断装置及包括该电容器电容量诊断装置的电力用设备，所述电容器电容量诊断装置不会对由运用中的电力用设备的电磁操作机构所使用的电容器进行的驱动产生妨碍，而可对电容器进行诊断。电容器电容量诊断装置(1)包括电源(3)，该电源对电容器(2)进行充电；放电电路(4)，该放电电路与电容器(2)并联，以使电容器(2)的能量进行放电；电阻分压电路(5)，该电阻分压电路用于测定放电时的电压下降；测定电路(6)，该测定电路测定分压电压；以及诊断电路(7)，该诊断电路根据由放电所产生的电压的时间变化来判定电容器电容量是否良好。由此，可诊断运用中的电力用设备的电容器的电容量是否合适。
文档编号G01R31/00GK101930039SQ20091026683
公开日2010年12月29日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年6月22日
发明者竹内靖 申请人:三菱电机株式会社