AT412248B

AT412248B - Verfahren zur erkennung von asymmetrien in drehfeldmaschinen während des betriebes durch rekonstruktion des stromraumzeigers

Info

Publication number: AT412248B
Application number: AT146999A
Authority: AT
Inventors: Thomas M Wolbank; Reinhard Woehrnschimmel
Original assignee: Thomas M Wolbank
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2004-11-25
Also published as: ATA146999A

Description


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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Asymmetrien in Drehfeldmaschinen während des Betriebes durch Rekonstruktion des Stromraumzeigers wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist. 



   Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden bei drehzahlstellbaren Antrieben überwie- gend Drehstrommaschinen mit Umrichtern eingesetzt. Die von den schnell schaltenden Leistungs- halbleitern der modernen Umrichter hervorgerufenen extrem schnellen Spannungsänderungen bedeuten eine ausserordentliche Belastung für die Isolation der Statorwicklung der Maschinen. Die Folge dieser ausserordentlichen Belastung ist eine Zuname von Wicklungsisolationsfehlern in Maschinen, die zur Bildung von Windungskurzschlüssen führen und meist mit der Zerstörung der Wicklung und damit mit einem Ausfall des Antriebs enden. Eine Frühzeitige Erkennung solcher Isolationsschäden kann den Totalausfall des Antriebs verhindern und die Reparaturzeiten reduzie- ren. Derzeit ist eine solche betriebsmässige Erkennung nur bei Netzbetrieb der Maschine - also ohne Umrichterspeisung möglich. 



   Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Maschine auch während des Betriebes an einem Um- richter zu überwachen und Asymmetrien, die beispielsweise in den Statorwicklungen durch einen   Windungskurzschluss   hervorgerufen werden, frühzeitig zu erkennen. Dabei sollen nur die bereits im Antriebssystem zur Regelung der Maschine an einem Umrichter vorhandenen Sensoren verwendet werden. 



   Diese Aufgabe wird gelöst, indem erfindungsgemäss während des Betriebes der Maschine der Sollwert des Statorstromraumzeiger aus dem, von einem Maschinenmodell gebildeten Flussraum- zeiger, sowie aus dem von einem Stromregler gebildeten Statorspannungsraumzeiger berechnet wird. Weiters wird die Differenz zwischen diesem Sollwert des Statorstromraumzeigers und dem, aus Phasenstrominformationen gebildeten Istwert des Statorstromraumzeigers berechnet und ausgewertet, wobei die Amplitude dieser Differenz eine Asymmetrie in der Maschine anzeigt, und aus dem räumlichen Verlauf der Differenz diese Asymmetrie lokalisiert wird. 



   Der laufende Betrieb des Antriebes wird durch Anwendung des Verfahrens nicht beeinträchtigt, es sind dazu auch keine zusätzlichen Sensoren notwendig. Damit kann das Verfahren auch in bereits bestehenden Antrieben eingesetzt werden. 



   Die Erfindung wird im weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. 



   Figur 1 Die Grundstruktur (vereinfachte, schematische Darstellung) eines Umrichtergespeisten Antriebes zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens. 



   In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemässen Verfahrens als Block- schaltbild für eine feldorientiert geregelte Drehstrommaschine und einem dreiphasigen, aus einem Spannungsnetz versorgten, Umrichter erläutert. Dabei ist der erste Eingang einer Drehstromma- schine 1 über eine erste Energieleitung 13 mit dem ersten Ausgang eines Umrichter 2 verbunden und der zweite Eingang der Drehstrommaschine 1 ist über eine zweite Energieleitung 14 mit einem ersten Stromsensor 4 und mit dem zweiten Ausgang des Umrichters 2 verbunden und der dritte Eingang der Drehstrommaschine 1 ist über eine dritte Energieleitung 15 mit einem zweiten Strom- sensor 5 und mit dem dritten Ausgang des Umrichters 2 verbunden. Der Umrichter 2 ist über eine vierte Energieleitung 27 an das Spannungsnetz 3 geschaltet.

   Der Ausgang des ersten Stromsen- sors 4 ist über eine erste Signalleitung 16 mit dem ersten Eingang eines Raumzeigerbildungsglie- des 6 und der Ausgang des zweiten Stromsensors 5 ist über eine zweite Signalleitung 17 mit dem zweiten Eingang des Raumzeigerbildungsgliedes 6 verbunden und der Ausgang des Raumzeiger- bildungsgliedes 6, der dem Istwert des Statorstromraumzeigers entspricht, ist über eine dritte Signalleitung 20 mit dem zweiten Eingang eines Maschinenmodellgliedes 10 und über eine vierte Signalleitung 21 mit dem positiven Eingang des ersten Summiergliedes 19 und über eine fünfte Signalleitung 26 mit dem negativen Eingang des zweiten Summiergliedes 11verbunden.

   Der vierte Ausgang des Umrichters 2 ist über eine sechste Signalleitung 18 mit dem ersten Eingang des Maschinenmodellgliedes 10 und über eine siebente Signalleitung 22 mit dem ersten Eingang des Stromrekonstruktionsgliedes 7 verbunden und der Ausgang des Stromrekonstruktionsgliedes 7 ist über eine achte Signalleitung 31 mit dem negativen Eingang des ersten Summiergliedes 19 ver- bunden und der Ausgang des Summiergliedes 19 ist über eine neunte Signalleitung 32 mit dem Eingang des Fehlersignalauswertegliedes 8 verbunden.

   Der Erste Ausgang des Maschinenmodell- gliedes 10 ist über eine zehnte Signalleitung 25 mit ersten Eingang des Stromreglergliedes 9 verbunden und der zweite Ausgang des Maschinenmodellgliedes 10 ist über eine elfte Signallei- 

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 tung 28 mit dem Sollwertvorgabeglied 12 und über eine zwölfte Signalleitung 24 mit dem zweiten Eingang des Stromrekonstruktionsgliedes 7 verbunden. Das Sollwertvorgabeglied 12 ist über eine dreizehnte Signalleitung 29 mit dem positiven Eingang des zweiten Summiergliedes 11verbunden und der Ausgang des zweiten Summiergliedes 11ist über eine vierzehnte Signalleitung 30 mit dem zweiten Eingang des Stromreglergliedes 9 verbunden und der Ausgang des Stromreglergliedes 9 ist über eine fünfzehnte Signalleitung 23 mit dem Eingang des Umrichters 2 verbunden. 



   Bei dieser Anordnung ist es auf relativ einfache Art und Weise möglich, das erfindungsgemässe Verfahren laut Anspruch 1 zu verwirklichen.

Claims

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Zu dem Zweck ist in Figur 1 eine Anordnung für die das erfindungsgemässe Verfahren nach Anspruch 1 Anwen- dung finden kann, in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.

Nach dem aktuellen Stand der Technik kann eine Asymmetrie in Drehstrommaschinen, die bei- spielsweise in der Statorwicklung durch das Auftreten eines Windungskurzschlusses als Folge eines Fehlers in der Wicklungsisolation hervorgerufen wird, erkannt und lokalisiert werden, indem die Messwerte der Maschine bei reiner Sinusspeisung aus dem Spannungsnetz beobachtet wer- den. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Erkennung von Asymmetrien auch dann ermöglicht, wenn die Maschine an einem Umrichter betrieben wird. Dabei werden nur die zur Regelung der Maschine an einem Umrichter notwendigen Messgrössen verwendet. Es sind daher keine zusätzlichen Sensoren nötig. Dabei wird der Sollwert des Statorstromraumzeigers aus dem, von einem Maschinenmodell gebildeten Flussraumzeiger, sowie aus dem, von einem Stromregler gebildeten Statorspannungsraumzeiger berechnet.

Weiters wird die Differenz zwischen diesem Sollwert des Statorstromraumzeigers und dem, aus Phasenstrominformationen gebildeten Istwert des Statorstromraumzeigers berechnet und ausgewertet, wobei die Amplitude dieser Differenz eine Asymmetrie in der Maschine anzeigt, und aus dem räumlichen Verlauf der Differenz diese Asym- metrie lokalisiert wird.

In dem Ausführungsbeispiel der hochdynamisch geregelten, von einem Umrichter gespeisten Drehstrommaschine werden die Strangströme der Maschine 1 mittels zweier Stromsensoren 4 und 5 gemessen. Aus diesen Messwerten wird in einem Raumzeigerbildungsglied 6 der Statorstrom- raumzeiger der Maschine gebildet. In einen Maschinenmodellglied 10 wird aus den, über die beiden Signalleitungen 18 und 20 zugeführten Werten, der Flussraumzeiger berechnet, der über die Signalleitung 28 dem Sollwertvorgabeglied 12 zugeführt wird. Das Sollwertvorgabeglied 12 liefert an das Summierglied 11über die Signalleitung 29 den Stromsollwert, der im Summierglied 11mit dem gemessenen Wert des Stromes, der über die Signalleitung 26 zugeführt wird, verglichen wird.

Aus dem Ausgang des Summiergliedes 11, das die Abweichung des Istwertes des Statorstrom- raumzeigers von seinem Sollwert darstellt, wird in dem Stromreglerblock 9 jener Spannungsraum- zeiger gebildet und über die Signalleitung 23 an den Umrichter 2 geleitet, der nötig ist um den Istwert des Stromraumzeigers an den vorgegebenen Sollwert heranzuführen. In dem Stromrekon- struktionsglied 7 wird aus dem Ausgang des Maschinenmodells 10, der über die Signalleitung 24 zugeführt wird, und aus dem Ausgang des Umrichters 2, der über die Signalleitung 22 zugeführt wird und den Statorspannungsraumzeiger der Maschine darstellt, der Statorstromraumzeiger berechnet und über die Signalleitung 31 dem Summierglied 19 zugeführt.

In dem Summierglied 19 wird aus dem im Stromrekonstruktionsglied 7 berechneten Stromraumzeiger und dem über die Signalleitung 21 zugeführten Messwert des Stromraumzeigers die Differenz gebildet und über die Signalleitung 32 dem Fehlersignalauswerteglied 8 zugeführt. Damit ist es erfindungsgemäss mög- lich, Asymmetrien in den Statorwindungen während des Betriebes der Drehstrommaschine am Umrichter frühzeitig zu erkennen und zu lokalisieren.

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erkennung von Asymmetrien in über Umrichter gespeisten Drehfeldmaschi- nen durch Rekonstruktion des Stromraumzeigers während des Betriebes, dadurch ge- kennzeichnet, dass in einem Stromrekonstruktionsglied (7) der Sollwert des Statorstrom- raumzeigers aus dem, von einem Maschinenmodellglied (10) gebildeten Flussraumzeiger, sowie aus dem, im Stromreglerblock (9) gebildeten, zum Heranführen des Istwertes des <Desc/Clms Page number 3> Stromraumzeigers an den durch ein Vorgabeglied vorgegebenen Sollwert, nötigen Sta- torspannungsraumzeiger berechnet wird, und in einem Summierglied (19) die Differenz zwischen dem im Stromrekonstruktionsglied (7) gebildeten Sollwert des Statorstromraum- zeigers zu dem, in einem Raumzeigerbildungsglied (6) von Phasenstrominformationen ge- bildeten Istwert des Statorstromraumzeigers berechnet wird,

und einem Fehlersignalaus- werteglied (8) zugeführt wird, wobei die Amplitude dieser Differenz eine Asymmetrie in der Maschine anzeigt, und aus dem räumlichen Verlauf der Differenz diese Asymmetrie lokali- sierbar ist.
2. Verfahren zur Erkennung von Asymmetrien in Drehfeldmaschinen durch Rekonstruktion des Stromraumzeigers während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Stromrekonstruktionsglied der Sollwert des Statorstromraumzeigers aus dem, von einem Maschinenmodellglied gebildeten Flussraumzeiger, sowie aus einem gemessenen Sta- torspannungsraumzeiger berechnet wird und mit dem Istwert des, aus Phasenstrominfor- mationen gebildeten, Statorstromraumzeigers verglichen wird, wobei die Amplitude der Dif- ferenz aus dem Sollwert des Statorstromraumzeigers und seinem Istwert eine Asymmetrie in der Maschine anzeigt, und aus dem räumlichen Verlauf der Differenz diese Asymmetrie lokalisierbar ist.

HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN