專(zhuān)利名稱(chēng)：在遭受循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧和過(guò)電流的裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及到在DC電氣系統(tǒng)特別是遭受諸如AC波動(dòng)或脈寬調(diào)制負(fù)載等循環(huán)干擾的DC電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的裝置或方法。
背景信息DC電氣系統(tǒng)的保護(hù)通常會(huì)提供過(guò)載和某些過(guò)電流保護(hù)。過(guò)載保護(hù)通常是用熱元件模仿分布導(dǎo)線的發(fā)熱并在雙金屬達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)斷開(kāi)一個(gè)觸點(diǎn)或者是用模仿這一發(fā)熱過(guò)程的一種電子電路來(lái)提供的。過(guò)電流保護(hù)通常是由在電流超過(guò)一特定門(mén)限例如是接近短路時(shí)快速斷開(kāi)斷路器的一種瞬時(shí)跳閘裝置來(lái)提供的，并且通過(guò)磁跳閘裝置或電子模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。熔斷器是一種沒(méi)有瞬變能力的一次性熱跳閘裝置。
除了過(guò)載和短路保護(hù)之外，研發(fā)中還注意到要保護(hù)dc電氣系統(tǒng)避免電弧故障。電弧故障包含發(fā)熱的高度密集區(qū)也就是“熱點(diǎn)”，它會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿，產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物，并且射出熱金屬微粒。它也可能是導(dǎo)體斷裂或不良連接造成的結(jié)果。
電弧故障可能是串聯(lián)或并聯(lián)的。串聯(lián)電弧的例子可能是斷裂導(dǎo)線的端部過(guò)于靠近造成電弧，或者是不良電氣連接。在導(dǎo)體和接地等不同電位的導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電弧。電弧故障與電源串聯(lián)，并且串聯(lián)電弧還與負(fù)載串聯(lián)。電弧故障具有相當(dāng)高的阻抗。因此，串聯(lián)電弧會(huì)導(dǎo)致負(fù)載電流下降，并且用常規(guī)保護(hù)裝置的普通過(guò)載和過(guò)電流保護(hù)檢測(cè)不到。即使是并聯(lián)電弧也總會(huì)在電路中引起超出正常額定電流的電流，偶然產(chǎn)生的電流足以產(chǎn)生小于達(dá)到熱跳閘所需的RMS值的電流，至少會(huì)延遲動(dòng)作。電弧電壓和線路阻抗的影響往往能避免并聯(lián)電弧達(dá)到足以啟動(dòng)瞬時(shí)跳閘功能的電流電平。
出于許多原因，汽車(chē)電路有可能轉(zhuǎn)用于36或42伏的較高電壓，它不相稱(chēng)地比現(xiàn)有的14伏電路更易于招致電弧，因?yàn)殡娀‰妷褐饕窃?2到30伏之間。即便是航空工業(yè)慣用的28伏電路也表現(xiàn)出會(huì)提供維持持續(xù)電弧的環(huán)境。單純的最嚴(yán)重因素乃至在住宅電力系統(tǒng)中會(huì)因潮濕或灰塵而發(fā)生振動(dòng)，有時(shí)會(huì)成為加重的因素。另外，電信領(lǐng)域采用的24伏(并有可能采用48伏)dc電氣系統(tǒng)極易產(chǎn)生電弧。在這些電壓上先前不能有電弧，即必須通過(guò)斷開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)“平息”。如果最初就用開(kāi)路熄滅這些電弧，從理論上說(shuō)就不會(huì)復(fù)發(fā)。但是，產(chǎn)生的碳化物或是動(dòng)作中帶來(lái)的其他污物，(壽命很短的)離子化氣體和振動(dòng)會(huì)影響到表面，有可能造成多次復(fù)發(fā)。特別是在自然環(huán)境中行駛的運(yùn)動(dòng)中的車(chē)輛會(huì)有這種情況。
可以利用dc電氣系統(tǒng)中的電弧特別是并聯(lián)電弧所產(chǎn)生的噪聲來(lái)檢測(cè)這一現(xiàn)象。但是在dc電氣系統(tǒng)中還有其他噪聲源。例如，裝備有整流器的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的dc功率一般都具有波動(dòng)成分。當(dāng)今越來(lái)越普遍采用脈寬調(diào)制來(lái)控制dc電氣系統(tǒng)的負(fù)載。脈寬調(diào)制在電流中產(chǎn)生的臺(tái)階會(huì)形成虛假的高頻信號(hào)。另外，切斷感性負(fù)載會(huì)在這些dc電氣系統(tǒng)中引入二倍額定電壓(和電流)值的低能正，負(fù)尖峰。此外，再生制動(dòng)，電池充電，以及集中在汽車(chē)dc電氣系統(tǒng)中的啟動(dòng)器/發(fā)電機(jī)還會(huì)產(chǎn)生雙向電流。
因此就需要有一種改進(jìn)的裝置和方法來(lái)檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)中的電弧。
所采取的方法還需要有一種裝置，能響應(yīng)dc電氣系統(tǒng)中存在的其他噪聲，從而免于麻煩的檢測(cè)。
還需要這樣的裝置和方法具有經(jīng)濟(jì)的制造和維護(hù)成本。
發(fā)明概述本發(fā)明能滿足上述及其他需要，它涉及到一種在具有循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的裝置，并包括一個(gè)傳感器，它檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)中的電流，并產(chǎn)生檢測(cè)的dc電流信號(hào)，一個(gè)帶通濾波器按照選擇的對(duì)dc電氣系統(tǒng)中電弧噪聲敏感的通帶對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)濾波，產(chǎn)生一個(gè)濾波電流信號(hào)，以及用來(lái)處理濾波電流信號(hào)的一個(gè)處理裝置。處理裝置按重復(fù)的間隔對(duì)濾波電流信號(hào)積分，產(chǎn)生積分的濾波電流信號(hào)。然后產(chǎn)生積分濾波電流信號(hào)的時(shí)間衰減積累，并在時(shí)間衰減積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)指示存在電弧的輸出信號(hào)。為了能夠利用采樣速率比帶通濾波器對(duì)電弧噪聲敏感的通帶要慢的一種廉價(jià)數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，處理裝置包括一個(gè)可復(fù)位模擬積分器，用來(lái)對(duì)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)積分。廉價(jià)數(shù)字處理器隨后在各個(gè)重復(fù)周期中對(duì)積分值采樣，并且用數(shù)字化結(jié)果來(lái)計(jì)算時(shí)間衰減積累。
為了進(jìn)一步避免用這種裝置麻煩地產(chǎn)生電弧信號(hào)，僅僅將預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生的積分值用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間衰減積累，在以下的例子中采用的預(yù)定方式是在檢測(cè)的dc電流信號(hào)超過(guò)檢測(cè)的dc電流信號(hào)平均值達(dá)到一個(gè)選定的差額或倍數(shù)時(shí)的積分值。這樣的處理裝置可以包括一個(gè)比較器，將檢測(cè)的dc電流信號(hào)與檢測(cè)的dc電流信號(hào)平均值相比較，并且啟動(dòng)微處理器按可以延伸到多個(gè)積分循環(huán)的預(yù)定時(shí)間周期接受采樣。
按照本發(fā)明的另一方面，微處理器也可以處理由一個(gè)低通濾波器產(chǎn)生的檢測(cè)的dc電流信號(hào)平均值，用來(lái)提供過(guò)載保護(hù)。
按照本發(fā)明的又一方面，按預(yù)定方式從當(dāng)前值中減去在當(dāng)前值超過(guò)平均值之前選定數(shù)目的最近積分的濾波電流值的運(yùn)行平均值，用于產(chǎn)生時(shí)間衰減積累，以便進(jìn)一步降低該裝置對(duì)脈寬調(diào)制等負(fù)載造成的循環(huán)干擾的靈敏度。
另外，本發(fā)明包含一種在具有循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的方法，它包括檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)中的電流并產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)的dc電流信號(hào)，按照選擇的對(duì)dc電氣系統(tǒng)中電弧噪聲敏感的通帶對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)帶通濾波，產(chǎn)生一個(gè)絕對(duì)值電流信號(hào)，按重復(fù)的周期反復(fù)對(duì)絕對(duì)值帶通濾波信號(hào)積分，產(chǎn)生一個(gè)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)。并且處理積分信號(hào)，檢測(cè)的dc電流信號(hào)和平均檢測(cè)dc電流信號(hào)，以確定電弧的存在。
附圖簡(jiǎn)介以下結(jié)合附圖對(duì)最佳實(shí)施例的描述有助于對(duì)本發(fā)明的充分理解，在附圖中

圖1是按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)示意圖。
圖1A表示電流傳感器在圖1所示裝置中的另一種布置方式。
圖2是一個(gè)流程圖，用來(lái)解釋圖1所示裝置之一部分的微處理器所執(zhí)行的程序。
圖3表示對(duì)圖2的流程圖的局部修改。
最佳實(shí)施例的說(shuō)明參見(jiàn)圖1，本發(fā)明被用來(lái)在dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧和過(guò)電壓，系統(tǒng)中包括由電源5供電的dc總線，電源例如是一個(gè)帶整流器的交流發(fā)電機(jī)。電池7為dc總線3提供交流功率并且可由電源5充電。用dc總線為負(fù)載9供電。
dc電氣系統(tǒng)1可以是汽車(chē)系統(tǒng)，航空系統(tǒng)，電信系統(tǒng)或易于產(chǎn)生電弧的24伏以上的其他dc電氣系統(tǒng)。本發(fā)明涉及到在這種系統(tǒng)中檢測(cè)并聯(lián)電弧的裝置和方法。也就是導(dǎo)體之間或不同電位的導(dǎo)體或?qū)w與地之間的電弧。這種電弧會(huì)產(chǎn)生虛假的高頻噪聲。這種動(dòng)作必須區(qū)別于dc電氣系統(tǒng)中其他的噪聲源，這其中大部分是循環(huán)噪聲。例如，在汽車(chē)電氣系統(tǒng)中，由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的整流電流會(huì)在dc電流中產(chǎn)生波動(dòng)。另外，有些負(fù)載是用脈寬調(diào)制來(lái)控制的，會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。在系統(tǒng)中必須加以區(qū)別的其他干擾包括切斷感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的尖峰。
按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置11分析dc電氣系統(tǒng)1中與電弧有關(guān)的高頻噪聲。用dc總線3提供的電源12為裝置11供電，并且包括一個(gè)傳感器13例如是Hall效應(yīng)傳感器或一個(gè)分流裝置，用來(lái)產(chǎn)生檢測(cè)的dc電流信號(hào)15。將傳感器13與電池7相鄰布置的好處是提高傳感器對(duì)高頻噪聲的靈敏度，因?yàn)殡姵氐腶c阻抗比典型負(fù)載9和電源5要低。檢測(cè)的dc電流信號(hào)15被提供給具有對(duì)電弧噪聲敏感的通帶的帶通濾波器17。在例舉的裝置中，通帶的中心頻率大約是3KHz，而Q大約是5。帶通濾波器17的輸出通過(guò)一個(gè)絕對(duì)值電路19產(chǎn)生絕對(duì)值帶通濾波器信號(hào)21。絕對(duì)值電路19使該裝置能夠響應(yīng)ac耦合的帶通濾波波形中的正，負(fù)臺(tái)階。
裝置11還包括處理電路23，用于處理絕對(duì)值帶通濾波器信號(hào)21而檢測(cè)出電弧。處理電路23可以是全數(shù)字的。然而，本發(fā)明的目的之一是提供一種廉價(jià)的裝置。作為一個(gè)具體實(shí)施例，處理電路23包括一個(gè)廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)25，例如是PIC微型計(jì)算機(jī)。這種微型計(jì)算機(jī)25不具備按避免混淆所需的足夠高的頻率將絕對(duì)值帶通濾波器信號(hào)數(shù)字化的能力。因此，處理電路23包括一個(gè)可復(fù)位的模擬積分器27，在重復(fù)的采樣間隔上對(duì)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)21積分，產(chǎn)生一個(gè)積分的濾波電流信號(hào)29。在微型計(jì)算機(jī)25中用A/D轉(zhuǎn)換器將這一模擬的積分濾波電流信號(hào)29數(shù)字化，按下文所述用電弧故障子程序進(jìn)行分析，但是產(chǎn)生積分電流信號(hào)采樣的時(shí)間衰減積累，并在時(shí)間衰減積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出作為電弧故障信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)25在提取各個(gè)采樣之后提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)31將模擬積分器27復(fù)位，該系統(tǒng)中的復(fù)位信號(hào)是10μsec。
為了進(jìn)一步減少裝置11的多余動(dòng)作，噪聲必須按預(yù)定方式超過(guò)dc電流的平均值。這樣，低通濾波器33就能由檢測(cè)的dc電流信號(hào)15產(chǎn)生一個(gè)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)35。然后在一個(gè)高速比較器37中將檢測(cè)的dc電流信號(hào)15與其平均檢測(cè)dc電流信號(hào)35相比較。高速的意思是說(shuō)比較器必須具有至少二倍于帶通濾波器17的高端頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)。在例舉的裝置中，這一頻率是10KHz。脈沖延伸器39在延伸到微處理器25的一個(gè)或幾個(gè)采樣間隔的時(shí)間周期上維持高速比較器37的邏輯輸出。在本發(fā)明的實(shí)施例中，微處理器25的采樣速率是1KHz，而脈沖延伸器將高速比較器37的邏輯輸出維持大約1-5毫秒。脈沖延伸器的這一輸出是一個(gè)輸入到微處理器25的啟動(dòng)信號(hào)41，啟動(dòng)微處理器的電弧故障子程序直接將啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的這些采樣加到時(shí)間衰減積累上。
檢測(cè)的dc電流信號(hào)15必須超過(guò)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)35一定的量才能使高速比較器37根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)41。例如可以在檢測(cè)的dc電流大于脈寬調(diào)制負(fù)載電流最壞情況下的總和時(shí)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)41，或是在檢測(cè)的dc電流信號(hào)達(dá)到平均檢測(cè)dc電流信號(hào)值的二到三倍時(shí)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)41。后者是考慮到這樣的事實(shí)，即并聯(lián)電弧會(huì)偶然并在瞬間大大超過(guò)低頻負(fù)載電流。工作點(diǎn)被設(shè)置在能夠減少對(duì)dc電氣系統(tǒng)中其他噪聲的多余響應(yīng)的那一電平的門(mén)限上。
圖1A表示對(duì)圖1所示裝置的一種修改，其中的傳感器13是位于電池電纜7c中而不是在dc總線3上。盡管這種變更的裝置不能檢測(cè)由電源5提供給負(fù)載9的穩(wěn)態(tài)dc電流，但因?yàn)殡姵氐腶c阻抗很低，仍然能夠檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)1中任何位置的電弧電流和諸如脈寬調(diào)制等循環(huán)干擾。其特別的優(yōu)越性在于可以用微處理器運(yùn)行的過(guò)載子程序?yàn)殡姵仉娎|提供過(guò)載保護(hù)，無(wú)論是在電池為負(fù)載供電時(shí)還是在電池充電和再生發(fā)電制動(dòng)過(guò)程中。這種特征對(duì)安裝在遠(yuǎn)距離位置例如是車(chē)尾行李箱內(nèi)的電池特別有用。
圖2表示微處理器25所執(zhí)行的一例子程序43。采樣時(shí)鐘45建立1KHz時(shí)鐘速率來(lái)控制對(duì)模擬積分器27上的積分濾波電流信號(hào)29的模數(shù)轉(zhuǎn)換47。在提取各個(gè)采樣之后，在49用產(chǎn)生的10μsec復(fù)位信號(hào)31使積分器復(fù)位。如上所述，僅僅在檢測(cè)的dc電流按預(yù)定方式超過(guò)其平均檢測(cè)dc信號(hào)之后的預(yù)定時(shí)間段期間提取的那些采樣被微處理器用來(lái)確定有沒(méi)有電弧。這樣就能用微處理器構(gòu)成一個(gè)定時(shí)器，由來(lái)自高速比較器37的啟動(dòng)信號(hào)41來(lái)啟動(dòng)。如圖2所示，如果定時(shí)器在51沒(méi)有啟動(dòng)，而啟動(dòng)信號(hào)43在53處變高，就在55將定時(shí)器的一擊(shot)設(shè)置成K.t毫秒，K例如是1到5毫秒。如果定時(shí)器在51已啟動(dòng)，就在57將采樣加到時(shí)間衰減積累(TAA)上。然后在59將時(shí)間衰減積累遞減K.decarc。可以用各種函數(shù)來(lái)遞減TAA，例如是按每一周期定量或是累加值的百分?jǐn)?shù)。如果時(shí)間衰減積累在61尚未達(dá)到限值Karc，程序就在63返回等待下一個(gè)采樣。然而，如果時(shí)間衰減積累在61已達(dá)到限值，就在65以2Hz脈沖的形式產(chǎn)生一表示電弧脈沖的輸出信號(hào)。子程序43還按采樣時(shí)鐘45確定的速率在67周期性提取平均檢測(cè)dc電流信號(hào)35的采樣。然后在69按照由SAE J1284制定的過(guò)電流曲線為采樣定標(biāo)。然后在71將定標(biāo)值加到過(guò)載累加器上。接著在73按K.decol遞減過(guò)載累加器的時(shí)間，獲得理想的過(guò)載響應(yīng)曲線。如果累加過(guò)載值在75尚未達(dá)到過(guò)載限值Kol，子程序就在77等待下一個(gè)采樣。如果在75已達(dá)到過(guò)載跳閘限值，就在75啟動(dòng)一個(gè)鎖存器，在79產(chǎn)生一過(guò)載跳閘信號(hào)。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，高速比較器37的輸出啟動(dòng)微處理器25從可復(fù)位積分器27上收集3KHz信號(hào)。這樣做的目的是僅僅在瞬時(shí)電流按預(yù)定方式超過(guò)平均電流時(shí)才收集信息。如果沒(méi)有足夠高的電流尖峰，這樣就能防止脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)時(shí)間衰減積累起作用。
然而，如果存在這樣的尖峰并且比較器啟動(dòng)了微處理器，脈寬調(diào)制信號(hào)就會(huì)對(duì)整個(gè)積分起作用。為了消除脈寬調(diào)制信號(hào)的影響，微處理器可以在一個(gè)選定時(shí)間內(nèi)用程序持續(xù)跟蹤3KHz頻帶(信號(hào)21)中的平均信號(hào)，例如是在最后5個(gè)采樣周期中。平均信號(hào)可以是采樣平均值或加權(quán)平均值。然后，在高速比較器37啟動(dòng)微處理器25時(shí)，可以從啟動(dòng)的3KHz信號(hào)中減去啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生之前的最后一個(gè)采樣所記錄的平均3KHz信號(hào)，用結(jié)果來(lái)產(chǎn)生時(shí)間衰減積累。圖3表示對(duì)圖2中用來(lái)產(chǎn)生電弧信號(hào)的子程序部分采用這一特征的情況。如圖所示，積分器在49被復(fù)位之后，在50產(chǎn)生最后5個(gè)采樣的運(yùn)行平均值。如果比較器在53變高并在55引發(fā)定時(shí)器的一擊，就在56鎖存先前產(chǎn)生的運(yùn)行平均值來(lái)檢測(cè)電弧，并且在56a從積分濾波電流信號(hào)的當(dāng)前值中減去該值，在57將差值加到時(shí)間衰減積累上。
從中可以看出，按照本發(fā)明在dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的方法包括用傳感器13檢測(cè)dc電流，在帶通濾波器17中對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)帶通濾波，并且用絕對(duì)值電路19提取濾波信號(hào)的絕對(duì)值，產(chǎn)生一個(gè)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)，按照重復(fù)的時(shí)間周期對(duì)該信號(hào)積分，產(chǎn)生一個(gè)積分的帶通濾波電流信號(hào)。該方法還包括產(chǎn)生一個(gè)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)，并且處理積分的帶通濾波信號(hào)，檢測(cè)的dc電流信號(hào)和平均檢測(cè)dc電流信號(hào)以確定有沒(méi)有電弧。具體地說(shuō)，該方法包括對(duì)絕對(duì)值帶通濾波電流信號(hào)模擬積分，并且用微處理器對(duì)積分信號(hào)周期性采樣，然后用這種采樣產(chǎn)生時(shí)間衰減積累，在達(dá)到時(shí)間衰減積累的選定限值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)指示電弧的輸出信號(hào)。
盡管上文已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員按照說(shuō)明書(shū)中全面的提示完全能夠?qū)ζ浼?xì)節(jié)作出各種各樣的修改和變更。因此，本文所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)僅僅具有解釋的意義，而并非是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求書(shū)及其等效物來(lái)體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.在具有循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)(1)中檢測(cè)電弧的裝置(11)，該裝置包括一個(gè)傳感器(13)，它檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)中的電流，并產(chǎn)生檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)；一個(gè)帶通濾波器(17)，按照選擇的對(duì)dc電氣系統(tǒng)中電弧噪聲敏感的通帶對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)濾波，產(chǎn)生一個(gè)濾波電流信號(hào)(21)；以及處理裝置(23)，它按照重復(fù)的間隔對(duì)濾波電流信號(hào)積分，產(chǎn)生積分的濾波電流值，產(chǎn)生積分濾波電流值的時(shí)間衰減積累，并在時(shí)間衰減積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的裝置(11)，其特征是處理裝置(23)包括一個(gè)可復(fù)位的模擬積分器(27)，它按照重復(fù)的間隔反復(fù)產(chǎn)生積分的濾波電流值，以及數(shù)字處理裝置(25)，它處理積分的濾波電流值，產(chǎn)生時(shí)間衰減積累，并且在時(shí)間衰減積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求2的裝置(11)，其特征是處理裝置(23)還包括由檢測(cè)的dc電流信號(hào)產(chǎn)生一平均dc電流信號(hào)的裝置(33)，并且數(shù)字處理裝置包括過(guò)載裝置(67-79)，它處理平均dc電流信號(hào)，并且在平均dc電流信號(hào)超過(guò)預(yù)定的時(shí)間/電流限制時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求2的裝置(11)，其特征是處理裝置(23)還包括啟動(dòng)裝置(33，37)，啟動(dòng)數(shù)字處理裝置(25)，按照預(yù)定方式僅僅在檢測(cè)的dc電流超過(guò)平均dc電流之后按預(yù)定時(shí)間周期將積分的濾波電流值加到時(shí)間衰減積累上。
5.按照權(quán)利要求4的裝置(11)，其特征是預(yù)定時(shí)間周期包括一個(gè)以上重復(fù)間隔。
6.按照權(quán)利要求4的裝置(11)，其特征是啟動(dòng)裝置(33，37)包括低通濾波器(33)，它產(chǎn)生平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)，和一個(gè)比較器(37)，將檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)與平均檢測(cè)dc電流信號(hào)相比較，并在檢測(cè)的dc電流信號(hào)按預(yù)定方式超過(guò)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)時(shí)啟動(dòng)數(shù)字處理裝置(25)。
7.按照權(quán)利要求6的裝置(11)，其特征是數(shù)字處理裝置(23)包括過(guò)載裝置(67-79)，它處理平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)，并且在平均檢測(cè)dc電流信號(hào)超過(guò)預(yù)定的時(shí)間/電流限制時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求7的裝置(11)，其特征是適合用于這樣一種dc電氣系統(tǒng)(1)，它具有用電池電纜連接到負(fù)載(9)和電源(5)的一個(gè)電池(7)，用傳感器(13)檢測(cè)電池電纜中的電流。
9.按照權(quán)利要求2的裝置，其特征是數(shù)字處理裝置(25)包括產(chǎn)生選定數(shù)目的最近積分濾波電流值的運(yùn)行平均值的裝置(50)，以及用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)前積分濾波電流信號(hào)值與運(yùn)行平均值之間的差的裝置(56a)，裝置(57)用這個(gè)差產(chǎn)生時(shí)間衰減積累。
10.按照權(quán)利要求1的裝置(11)，其特征是適合用于這樣一種dc電氣系統(tǒng)(1)，它具有用電池電纜連接到負(fù)載(9)和電源(5)的一個(gè)電池(7)，用傳感器(13)檢測(cè)電池電纜中的電流。
11.在具有循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)(1)中檢測(cè)電弧的裝置(11)，該裝置包括一個(gè)傳感器(13)，它檢測(cè)dc系統(tǒng)中的電流，并產(chǎn)生檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)；以及處理裝置(17，23，33，37)，它包括帶通濾波器(17)，按照選擇的對(duì)dc電氣系統(tǒng)中電弧噪聲敏感的通帶對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)濾波，產(chǎn)生一個(gè)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)(21)；可復(fù)位的模擬積分器(27)，按照重復(fù)的間隔對(duì)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)積分，產(chǎn)生積分的濾波電流信號(hào)(29)；以及數(shù)字處理器(25)，它在重復(fù)的間隔中提取可復(fù)位的模擬積分器產(chǎn)生的絕對(duì)值濾波電流信號(hào)的采樣，在每次采樣后將模擬積分器復(fù)位，產(chǎn)生采樣的時(shí)間衰減積累，并在時(shí)間衰減積累達(dá)到預(yù)定電平時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11的裝置(11)，其特征是處理裝置(17，23，33，37)進(jìn)一步包括產(chǎn)生平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)的低通濾波器(33)，并且其中的數(shù)字處理器(25)具有過(guò)載裝置(67-79)，它處理平均檢測(cè)dc電流信號(hào)，并在平均檢測(cè)dc信號(hào)超過(guò)預(yù)定的時(shí)間/電流限制時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)(OL)。
13.按照權(quán)利要求12的裝置(11)，其特征是適合用于一種具有電池(7)的dc電氣系統(tǒng)(1)，其中的傳感器(13)在電池近旁耦合到dc電氣系統(tǒng)。
14.按照權(quán)利要求13的裝置(11)，其特征是適合用于這樣一種dc電氣系統(tǒng)(1)，其中的電池(7)用電池電纜連接到電源(5)和負(fù)載(9)，而傳感器(13)在電池電纜處耦合到dc電氣系統(tǒng)。
15.按照權(quán)利要求11的裝置(11)，其特征是帶通濾波器(17)具有預(yù)定的中心頻率，而數(shù)字處理器(25)包括一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，它按照低于帶通濾波器中心頻率的速率提取采樣。
16.按照權(quán)利要求15的裝置(11)，其特征是帶通濾波器(17)的中心頻率大約是3KHz。
17.按照權(quán)利要求16的裝置(11)，其特征是微型計(jì)算機(jī)(25)按照大約1KHz的速率提取采樣。
18.按照權(quán)利要求15的裝置(11)，其特征是處理裝置(17，23，33，37)包括低通濾波器(33)，它產(chǎn)生平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)，和一個(gè)比較器(37)，僅僅在檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)按預(yù)定方式超過(guò)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)之后的預(yù)定時(shí)間周期期間才允許微處理器(25)提取絕對(duì)值濾波電流信號(hào)(29)的采樣。
19.按照權(quán)利要求18的裝置(11)，其特征是數(shù)字處理器(25)包括產(chǎn)生選定數(shù)目的最近采樣的運(yùn)行平均值的裝置(50)，以及用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)前采樣與剛好在檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)按預(yù)定方式超過(guò)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)之前產(chǎn)生的那一運(yùn)行平均值之間的差的裝置(56a)，數(shù)字處理器用這個(gè)差產(chǎn)生時(shí)間衰減積累。
20.按照權(quán)利要求18的裝置(11)，其特征是比較器(37)的頻率響應(yīng)至少為帶通濾波器(17)的通帶頻率的二倍。
21.按照權(quán)利要求20的裝置(11)，其特征是帶通濾波器(17)的中心頻率大約是3KHz，而比較器(37)的頻率響應(yīng)至少為10KHz。
22.按照權(quán)利要求20的裝置(11)，其特征是適合用于一種具有電池(7)的dc電氣系統(tǒng)(1)，其中的傳感器(13)在電池近旁耦合到dc電氣系統(tǒng)。
23.一種在具有循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的方法，該方法包括檢測(cè)dc電氣系統(tǒng)中的電流并產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)；按照選擇的對(duì)dc電氣系統(tǒng)中電弧噪聲敏感的通帶對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)帶通濾波，產(chǎn)生一個(gè)絕對(duì)值濾波電流信號(hào)(19)；由檢測(cè)的dc電流信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)；處理絕對(duì)值濾波電流信號(hào)，平均檢測(cè)dc電流信號(hào)和檢測(cè)的dc電流信號(hào)，以確定電弧的存在。
24.按照權(quán)利要求23的方法，其特征是處理步驟中包括將檢測(cè)的dc電流信號(hào)(15)與平均檢測(cè)dc電流信號(hào)(35)相比較，并對(duì)檢測(cè)的dc電流信號(hào)按預(yù)定方式超過(guò)平均檢測(cè)dc電流信號(hào)之后的預(yù)定時(shí)間周期期間提取的絕對(duì)值濾波電流信號(hào)的采樣進(jìn)行數(shù)字化處理，以確定電弧的存在。
25.按照權(quán)利要求24的方法，其特征是處理步驟中包括產(chǎn)生絕對(duì)值濾波電流信號(hào)的選定數(shù)目的最近幾個(gè)采樣的運(yùn)行平均值，并且僅僅用絕對(duì)值濾波電流信號(hào)的當(dāng)前采樣值與檢測(cè)的dc電流信號(hào)超過(guò)平均dc電流信號(hào)之前的采樣所產(chǎn)生的運(yùn)行平均值之間的差來(lái)確定電弧的存在。
全文摘要
在遭受循環(huán)干擾的dc電氣系統(tǒng)(1)中用一個(gè)電流傳感器(13)檢測(cè)電弧，并用一個(gè)對(duì)電弧噪聲敏感的帶通濾波器(17)對(duì)傳感器電流濾波。在一個(gè)可復(fù)位的模擬積分器(27)中按照重復(fù)的間隔對(duì)帶通濾波信號(hào)(19)的絕對(duì)值積分。用一個(gè)廉價(jià)的微處理器(25)按照低于通帶的頻率采樣并將模擬積分器(17)復(fù)位，并產(chǎn)生采樣的時(shí)間衰減積累，如果它達(dá)到預(yù)定的限制就產(chǎn)生一個(gè)電弧信號(hào)。為了改善抗干擾性，在一個(gè)高速比較器(37)中將檢測(cè)的dc電流(15)與平均檢測(cè)dc電流(35)相比較，僅僅積累微處理器(25)在檢測(cè)的dc電流(15)超過(guò)平均檢測(cè)dc電流(35)之后的預(yù)定時(shí)間周期期間提取的采樣。微處理器(25)還用平均檢測(cè)dc電流(35)提供過(guò)載保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H1/04GK1407345SQ0213017
公開(kāi)日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者J·C·朱爾徹, S·C·施馬滋 申請(qǐng)人:易通公司