Forschungsprojekt RaMagnostic

Arbeitsgruppe AUT

Rapid Magnetic Diagnostics

Im Forschungsprojekt RaMagNostic wird ein Diagnoseverfahren für Niederspannungsschaltgeräte entwickelt, welches auf der Magnetfeldmessung basiert. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Ziel ist es, die Bewegung des im Inneren des Schaltgeräts entstehenden Lichtbogens, während eines Schaltvorgangs, rückwirkungsfrei bestimmen zu können.

In einem ersten Schritt wurde eine Magnetfeldkamera entwickelt, die in der Lage ist, das Magnetfeld des Lichtbogens örtlich und zeitlich aufgelöst zu erfassen. Verwendet wurden dazu 3D Hall Effekt Sensor ICs, von denen jeder in der Lage ist alle drei Komponenten des Magnetfeldvektors bis zu 25 tausend Mal pro Sekunde örtlich in einem Punkt zu erfassen. Um das Magnetfeld örtlich auflösen zu können, wurden 288 dieser Sensor ICs in einem Array aus 12 x 24 ICs angeordnet. Dieses Sensorarray bildet den Hauptbestandteil der Sensorplatine, die in Abb. 1 dargestellt ist. Zur Ansteuerung der Sensoren und Aufzeichnung der Messwerte wurde auf ein FPGA Entwicklerboard zurückgegriffen. Der Einsatz eines FPGAs, welcher sehr gut für die parallele Verarbeitung von Daten geeignet ist, ermöglicht es die große Anzahl an Sensoren überhaupt zu realisieren. Zusammen mit der Sensorplatine und zwei Adapterplatinen bildet das FPGA Board die erste Version der Magnetfeldkamera. Die Weiterentwicklung zu einem kompakten Kamerakopf und die Fertigung von fünf solcher Köpfe ermöglicht es das Magnetfeld in fünf Messebenen gleichzeitig zu erfassen.

Die Funktionsfähigkeit der Magnetfeldkamera konnte durch erste Messungen an einem Leistungsschalter demonstriert werden (siehe Messanordnung in Abb. 2). Die zeitliche und örtliche Veränderung des Magnetfelds konnte während des ca. fünf Millisekunden dauernden Brennvorgangs des Lichtbogens aufgezeichnet werden. In Abb. 3 ist beispielhaft die gemessene Feldverteilung zu vier verschiedenen Zeitpunkten zu sehen.

Im zweiten Schritt wird im Rahmen dieses Projekts an einem Ansatz in Form eines Algorithmus gearbeitet, mit dem eine Rückrechnung von gemessenem Magnetfeld auf die Bewegung des Lichtbogens möglich werden soll. Zusammen mit dem Kamerasystem soll so ein Diagnoseverfahren für Schaltgeräte entstehen.