AT527343A1 - Control procedure for test specimen with a multiphase alternating current on a test bench - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren und eine entsprechende Kontrollvorrichtung (110) für eine Kontrolle eines mehrphasigen Wechselstroms für einen Prüfling (300) beim Betrieb auf einem Prüfstand (200), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erfassen (S10) von einzelnen Phasenströmen (Ip1, Ip2, Ip3) eines mehrphasigen Wechselstroms zu dem Prüfling (300); Ermitteln (S11) von harmonischen Frequenzkomponenten der Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3) basierend auf einer Fast Fourier Transformation der erfassten Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3); Bestimmen (S21) eines Formindex einer Wellenform der Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3) aus einem Verhältnis der ermittelten harmonischen Frequenzkomponenten der Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3) zu einer Amplitude einer Grundfrequenz; Bestimmen (S22, S23) wenigstens eines Symmetrieindex der Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3) aus einem Verhältnis der Phasenströme (Ip1, Ip2, Ip3) zueinander; und Ausgeben (S30) eines Kontrollsignals auf Basis des bestimmten Formindex und/oder des wenigstens einen bestimmten Symmetrieindex, zum Eingriff in den Betrieb des Prüflings (300).The present invention relates to a control method and a corresponding control device (110) for controlling a multi-phase alternating current for a test object (300) during operation on a test bench (200), characterized by the following steps: detecting (S10) individual phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) of a multi-phase alternating current to the test object (300); determining (S11) harmonic frequency components of the phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) based on a fast Fourier transformation of the detected phase currents (Ip1, Ip2, Ip3); determining (S21) a shape index of a waveform of the phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) from a ratio of the determined harmonic frequency components of the phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) to an amplitude of a fundamental frequency; Determining (S22, S23) at least one symmetry index of the phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) from a ratio of the phase currents (Ip1, Ip2, Ip3) to one another; and outputting (S30) a control signal based on the determined shape index and/or the at least one determined symmetry index, for intervening in the operation of the test object (300).
Description
Kontrollverfahren für Prüfling mit einem mehrphasigen Wechselstrom auf einem Prüfstand Control procedure for test specimen with a multiphase alternating current on a test bench
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Betriebs eines Prüflings mit einem mehrphasigen Wechselstrom auf einem Prüfstand, ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle für die Durchführung eines solchen Kontrollverfahrens sowie eine Kontrollvorrichtung zur Durchführung The present invention relates to a control method for controlling the operation of a test object with a multiphase alternating current on a test bench, a computer program product comprising commands for carrying out such a control method and a control device for carrying out
eines solchen Kontrollverfahrens. such a control procedure.
Es ist bekannt, dass Elektromotoren während der Entwicklung auf Prüfständen in unterschiedliche Leistungszustände gebracht und überprüft werden sollen. Solche Prüfstandsversuche laufen häufig über eine längere Zeit und fahren die Elektromotoren über unterschiedliche Betriebszustände und unterschiedliche Betriebsdauer. Hierfür werden solche sehr teuren und aufwendig ausgestatteten Prüfstände üblicherweise möglichst maximal ausgelastet, um mit hoher Effizienz Elektromotoren zu testen. It is known that electric motors are brought into different performance states and tested on test benches during development. Such test bench tests often run over a longer period of time and run the electric motors through different operating states and different operating times. For this purpose, such very expensive and complexly equipped test benches are usually used to the maximum possible capacity in order to test electric motors with high efficiency.
Darüber hinaus werden die Prüflinge während des Betriebs auf dem Prüfstand häufig an den Rand ihrer Belastbarkeit gebracht. Dies kann bei nicht-lineare Lasten, wie Elektromotoren als Verbraucher eines mehrphasigen Wechselstroms, zu destabilisierenden Betriebsmodi führen, welche kritische Zustände erreichen können. Solche kritischen Zustände können zu reversiblen, aber auch irreversiblen Schädigungen des Elektromotors als Prüfling sowie der angeschlossenen Leistungselektronik führen. Dies kann bis zur Entmagnetisierung von Elektromotorbauteilen führen. Daher sind in derartigen Prüfständen aufwendige Sensorsysteme vorhanden, um solche kritischen Situationen möglichst schnell zu In addition, the test objects are often pushed to the limit of their load capacity during operation on the test bench. In the case of non-linear loads, such as electric motors as consumers of a multi-phase alternating current, this can lead to destabilizing operating modes, which can reach critical states. Such critical states can lead to reversible but also irreversible damage to the electric motor as the test object and the connected power electronics. This can lead to the demagnetization of electric motor components. Therefore, complex sensor systems are available in such test benches in order to detect such critical situations as quickly as possible.
erkennen und zu vermeiden. recognize and avoid.
Nachteilhafterweise wird bei einem herkömmlichen Prüfstandsystem in einem solchen Fall der Prüfling heruntergefahren und gestoppt und der damit verbundene Prüfstandsversuch verworfen. Geschieht dies in einem Prüfbetrieb über Nacht, so führt dies zu stundenlangem Stillstand, da kein manueller Re-Start des Prüfstands erfolgen kann. Darüber hinaus sind auch kritische Situationen möglich, welche von der Sensorik zu spät erkannt werden, um noch rechtzeitig eine Beschädigung des Prüflings oder angeschlossener elektrischer Komponenten zu vermeiden. The disadvantage of a conventional test bench system is that in such a case the test object is shut down and stopped and the associated test bench test is discarded. If this happens overnight during a test operation, it leads to hours of downtime because the test bench cannot be restarted manually. In addition, critical situations are also possible which are detected by the sensors too late to prevent damage to the test object or connected electrical components in time.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise einen zumindest teilweise automatisierten Betrieb eines Elektromotors auf einem Prüfstand mit möglichst hoher Sicherheit gewährleisten zu können. It is therefore the object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to be able to ensure at least partially automated operation of an electric motor on a test bench with the highest possible level of safety in a cost-effective and simple manner.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zuvor ein Verfahren entwickelt, bei dem Phasenströme erfasst werden, und daraus Durchschnitts-Phasenströme und Trend-Phasenströme ermittelt werden. Zudem werden Stromindizes aus einem Verhältnis der Durchschnitts-Phasenströme zu den Trend-Phasenströmen bestimmt und einem Indexkorridor zugeordnet. Durch diese Analyse kann eine kritische Entwicklung der Stromphasen erkannt werden, die einen instabilen Betriebszustand ankündigen. The inventors of the present invention have previously developed a method in which phase currents are recorded and average phase currents and trend phase currents are determined from them. In addition, current indices are determined from a ratio of the average phase currents to the trend phase currents and assigned to an index corridor. This analysis can be used to identify a critical development of the current phases that indicates an unstable operating state.
Allerdings müssen hierzu für jeden Phasenstrom Berechnungen des quadratischen Mittels für den Effektivstrom Irms (rms=root main square) durchgeführt werden, die hohe Anforderungen an eine Rechenkapazität für Operationen in Echtzeit stellen. Zum anderen stellten die Erfinder in der Praxis fest, dass noch immer Raum für Verbesserungen in einer Erkennung kritischer Entwicklungen und instabiler Zustände für ein entsprechendes Kontrollverfahren des Prüfbetriebs am Prüfstand besteht. However, this requires calculations of the root mean square for the effective current Irms (rms=root main square) for each phase current, which places high demands on computing capacity for real-time operations. On the other hand, the inventors found in practice that there is still room for improvement in the detection of critical developments and unstable states for a corresponding control procedure for test operation on the test bench.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Technik zu schaffen, die eine verbesserte Erkennung von Destabilisierungen in Betriebszuständen und eine höhere Sicherheit in einem zumindest teilweise automatisierten Betrieb eines It is a further object of the invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to create a method and a corresponding technology that allows improved detection of destabilizations in operating states and greater safety in an at least partially automated operation of a
mehrphasigen Wechselstrom-Prüflings auf einem Prüfstand erzielen. multiphase alternating current test object on a test bench.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie eine Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem The above object is achieved by a control method having the features of claim 1, a computer program product having the features of claim 14 and a control device having the features of claim 15. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the control method according to the invention naturally also apply in connection with the
erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt sowie der erfindungsgemäßen inventive computer program product and the inventive
Kontrollvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den Control device and vice versa, so that with regard to the disclosure to the
einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird individual aspects of the invention are always referred to each other
beziehungsweise werden kann. or can become.
Erfindungsgemäß dient ein Kontrollverfahren zur Kontrolle eines Betriebs eines Prüflings mit einem mehrphasigen Wechselstrom auf einem Prüfstand. Ein solches Kontrollverfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: ein Erfassen von einzelnen Phasenströmen eines mehrphasigen Wechselstroms zu dem Prüfling; ein Ermitteln von harmonischen Frequenzkomponenten der Phasenströme basierend auf einer Fast Fourier Transformation der erfassten Phasenströme; ein Bestimmen eines Formindex einer Wellenform der Phasenströme aus einem Verhältnis der ermittelten harmonischen Frequenzkomponenten der Phasenströme zu einer Amplitude einer Grundfrequenz; ein Bestimmen wenigstens eines Symmetrieindex der Phasenströme aus einem Verhältnis der Phasenströme zueinander; und ein Ausgeben eines Kontrollsignals auf Basis des bestimmten Formindex und/oder des wenigstens einen bestimmten Symmetrieindex, zum Eingriff in den Betrieb des Prüflings. According to the invention, a control method is used to control the operation of a test object with a multiphase alternating current on a test bench. Such a control method is characterized by the following steps: detecting individual phase currents of a multiphase alternating current to the test object; determining harmonic frequency components of the phase currents based on a fast Fourier transformation of the detected phase currents; determining a shape index of a waveform of the phase currents from a ratio of the determined harmonic frequency components of the phase currents to an amplitude of a fundamental frequency; determining at least one symmetry index of the phase currents from a ratio of the phase currents to one another; and outputting a control signal based on the determined shape index and/or the at least one determined symmetry index, for intervening in the operation of the test object.
Gemäß dieser Offenbarung umfasst der Begriff einer Kontrolle oder eines Kontrollierens sowohl eine Steuerung oder auch eine Regelung und demzufolge umfasst beispielsweise der Begriff eines Kontrollsignals auch ein Steuerungs- oder Regelungssignal. According to this disclosure, the term control or controlling includes both control and regulation and accordingly, for example, the term control signal also includes a control or regulation signal.
Gemäß dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff Frequenzkomponenten Anteile von Harmonischen, d.h. den Oberwellen mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz einer Grundwelle oder Grundschwingung, aus denen sich eine Wellenform des Phasenstroms überlagernd ergibt. Dabei umfasst die Ermittlung der Frequenzkomponenten ein Werteverhältnis, das eine Verteilung des Phasenstroms According to this disclosure, the term frequency components refers to parts of harmonics, i.e. the overtones with an integer multiple of the frequency of a fundamental wave or fundamental oscillation, from which a waveform of the phase current is superimposed. The determination of the frequency components includes a value ratio that determines a distribution of the phase current
auf die einzelnen Harmonischen mit unterschiedlicher Intensität bemisst. to the individual harmonics with different intensities.
Gemäß dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff einer harmonischen Grundfrequenz eine Wellenform der Sinuskurve mit der gemessenen Amplitude der Sinuskurve und mit der gemessenen Frequenz des Wechselstroms. According to this disclosure, the term fundamental harmonic frequency refers to a sinusoidal waveform having the measured amplitude of the sinusoid and having the measured frequency of the alternating current.
Das Kontrollverfahren kontrolliert zumindest teilweise in eingreifender, übersteuernder Weise einen Betrieb des Prüflings mit einem mehrphasigen Wechselstrom, d.h. insbesondere eine Leistungselektronik wie einen Inverter zur The control method controls at least partially in an interventional, overriding manner the operation of the test object with a multiphase alternating current, i.e. in particular a power electronics such as an inverter for
bezeichnet werden. be referred to.
Ziel des Kontrollverfahrens ist es, im Gegensatz zu den bekannten Lösungen deutlich früher möglicherweise kritische Situationen des Prüflings, wie eines Elektromotors zu erkennen oder sogar vorherzusagen, um auf diese Weise den Schutz des Elektromotors zu verbessern. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, schneller und frühzeitiger als im Stand der Technik zu reagieren und Schritte für die Stabilisierung und/oder den Schutz des Elektromotors sowie der angeschlossenen elektrischen Komponenten einzuleiten. Um dieses Ziel zu erreichen, wird beim erfindungsgemäßen Kontrollverfahren eine Erfassung der Phasenströme der einzelnen Phasen des Elektromotors durchgeführt. Mit anderen Worten sind Stromsensoren für jede Phase vorgesehen, welche es erlauben, vorzugsweise in kontinuierlicher Weise, die Phasenströme für jede Phase des The aim of the control method is, in contrast to the known solutions, to detect or even predict potentially critical situations of the test object, such as an electric motor, much earlier in order to improve the protection of the electric motor. In particular, this makes it possible to react more quickly and earlier than in the prior art and to initiate steps for the stabilization and/or protection of the electric motor and the connected electrical components. In order to achieve this aim, the control method according to the invention involves recording the phase currents of the individual phases of the electric motor. In other words, current sensors are provided for each phase, which allow the phase currents for each phase of the
Elektromotors zu messen und aufzuzeichnen. electric motor.
Die Erfindung sieht erstmals vor, Zielgrößen oder Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators) für die Stabilität des Wechselstroms zu definieren, die aus der Wellenform der gemessenen Stromwerte der einzelnen Phasenströme mittels einer Fast Fourier Transformation (FFT) abgeleitet werden. Die Fast Fourier Transformation (FFT) erlaubt eine Transformation der Aufzeichnung von zeitbezogenen Messwerten in eine Darstellung von frequenzbezogenen Werten, insbesondere von dem zuvor genannten Werteverhältnis, das eine Verteilung einer erfassten Wellenform des Phasenstroms auf die Oberwellen, d.h. die einzelnen harmonischen Schwingungen mit unterschiedlicher Intensität bemisst. The invention provides for the first time to define target values or key performance indicators for the stability of the alternating current, which are derived from the waveform of the measured current values of the individual phase currents using a fast Fourier transformation (FFT). The fast Fourier transformation (FFT) allows a transformation of the recording of time-related measured values into a representation of frequency-related values, in particular of the aforementioned value ratio, which measures a distribution of a recorded waveform of the phase current to the harmonics, i.e. the individual harmonic oscillations with different intensities.
Eine der erfindungsgemäßen Zielgrößen ist ein Formindex. Der Formindex beschreibt die Dimension der Harmonischen, welche nicht der Grundschwingung zuzuordnen sind. Mit anderen Worten beschreibt der Formindex wie stark der Phasenstrom im Vergleich zur Grundschwingung, also der ersten Harmonischen verzerrt ist und bildet ein Maß der Kongruenz oder Konformität im Sinne eines One of the target variables according to the invention is a form index. The form index describes the dimension of the harmonics that cannot be assigned to the fundamental oscillation. In other words, the form index describes how strongly the phase current is distorted in comparison to the fundamental oscillation, i.e. the first harmonic, and forms a measure of congruence or conformity in the sense of a
Übereinanderlegens der Wellenformen der Phasenströme ab, welche individuelle Superimposing the waveforms of the phase currents, which individual
Abweichungen gegenüber einer gemittelten Wellenform aus den Phasenströmen Deviations from an averaged waveform of the phase currents
hervor hebt. highlights.
Eine andere erfindungsgemäße Zielgröße bezieht sich auf zwei mögliche Varianten eines Symmetrieindex. Die erste Variante des Symmetrieindex ist für einen Relativwert der Amplitude der einzelnen Phasenströme bezeichnend, und wird aus einem individuellen Wert der Amplitude der ersten Harmonischen eines Phasenstroms gegenüber einem Mittelwert der Amplitude aus den anderen Phasenströmen gebildet. Mit anderen Worten wird in jedem Phasenstrom ein individueller Anteil oder eine Intensität in Bezug auf eine gemeinsame, gemittelte Grundfrequenz aus den Phasenströmen bemessen. Another target value according to the invention relates to two possible variants of a symmetry index. The first variant of the symmetry index is indicative of a relative value of the amplitude of the individual phase currents and is formed from an individual value of the amplitude of the first harmonic of a phase current compared to an average value of the amplitude of the other phase currents. In other words, an individual proportion or intensity is measured in each phase current in relation to a common, averaged fundamental frequency from the phase currents.
Die zweite Variante des Symmetrieindex ist für einen Relativwert der Phasenverschiebung der einzelnen Phasenströme bezeichnend, und wird aus einer individuellen Phasenverschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasen gegenüber einem Mittelwert aus den Phasenverschiebungen zwischen den anderen Phasenströmen gebildet. Als Grundlage der Berechnung für die zweite Variante des Symmetrieindex in Bezug auf die Phasenverschiebung werden direkt die gemessenen Werte der Phasenströme herangezogen. The second variant of the symmetry index is indicative of a relative value of the phase shift of the individual phase currents and is formed from an individual phase shift between two consecutive phases compared to an average value of the phase shifts between the other phase currents. The measured values of the phase currents are used directly as the basis for calculating the second variant of the symmetry index in relation to the phase shift.
Im Vergleich zu dem zuvor genannten Verfahren, das auf der Berechnungen des quadratischen Mittels für den Effektivstromes Irms der Phasenströme basiert, der sich rein mathematisch betrachtet aus der integrierten Fläche unter der Wellenform der Phasenströme gebildet wird, hat die erfindungsgemäße Analyse anhand des wie obenstehend definierten Formindex und Symmetrieindex die folgenden Vorteile: Compared to the above-mentioned method, which is based on the calculation of the root mean square of the effective current Irms of the phase currents, which, from a purely mathematical point of view, is formed from the integrated area under the waveform of the phase currents, the analysis according to the invention based on the shape index and symmetry index as defined above has the following advantages:
Als ein erster Vorteil liefern diese Zielgrößen eine präzisere Erkenntnis und treffendere Prognose zu möglichen Instabilitäten in den Phasenströmen, da die Analyse die Wellenform berücksichtigt, welche mehr Informationen zu einem Trend enthält als das berechnete Integral der Fläche unter der Wellenform. As a first advantage, these target quantities provide a more precise insight and more accurate prediction of possible instabilities in the phase currents, since the analysis takes into account the waveform, which contains more information about a trend than the calculated integral of the area under the waveform.
Als ein zweiter Vorteil erfordern diese Zielgrößen weniger Rechenkapazität, da nicht der Effektivstrom für alle Phasenströme berechnet werden muss, und da die Berechnungen zur Analyse der Kurvenform auf die wenigen genannten Zielwerte As a second advantage, these target values require less computing capacity, since the effective current does not have to be calculated for all phase currents, and since the calculations for analyzing the waveform are limited to the few target values mentioned.
reduziert sind. are reduced.
Demzufolge ergibt sich zum einen der Vorteil in der Praxis eines Prüfstandbetriebs, dass ein Eingriff des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens in einen Betrieb des Prüflings in Grenzfällen noch zutreffender ausgelöst wird, oder konträr ausgedrückt, mit größerer Sicherheit in Grenzfällen vermieden werden kann, wodurch Abbrüche eines Testbetriebs reduziert werden. As a result, there is on the one hand the advantage in the practice of test bench operation that an intervention of the control method according to the invention in the operation of the test object is triggered even more accurately in borderline cases, or, expressed in contrast, can be avoided with greater certainty in borderline cases, thereby reducing aborts of test operation.
Zum anderen ergibt sich der Vorteil in der Praxis des Prüfbetriebs, dass der Eingriff des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens in einen Betrieb des Prüflings noch schneller und präziser erfolgt, womit das Risiko von Folgeschäden an dem Prüfling oder an dem Prüfstand verringert wird. On the other hand, the advantage in practice of test operation is that the intervention of the control method according to the invention in the operation of the test object is even faster and more precise, thus reducing the risk of consequential damage to the test object or to the test bench.
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn der Verfahrensschritt des Bestimmens von wenigstens einem Symmetrieindex, ein Bestimmen eines Symmetrieindex in Bezug auf die Amplitude der Phasenströme umfasst, basierend auf einem Verhältnis einzelner Amplituden einer bestimmten harmonischen Frequenzkomponente der Phasenströme zu einem Mittelwert der Amplituden derselben harmonischen Frequenzkomponente der Phasenströme. Wie zuvor erwähnt, als eine mögliche Variante erwähnt, kann somit die Symmetrie zwischen den Phasenströmen anhand It may also be advantageous if the method step of determining at least one symmetry index comprises determining a symmetry index with respect to the amplitude of the phase currents, based on a ratio of individual amplitudes of a specific harmonic frequency component of the phase currents to an average value of the amplitudes of the same harmonic frequency component of the phase currents. As mentioned above, as a possible variant, the symmetry between the phase currents can thus be determined using
eines charakteristischen Merkmals der Wellenform überprüft werden. a characteristic feature of the waveform.
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn der Verfahrensschritt des Bestimmens von wenigstens einem Symmetrieindex, ein Bestimmen von einem Symmetrieindex in Bezug auf die Phase der Phasenströme umfasst, basierend auf einem Verhältnis einzelner Phasenverschiebungen zwischen den Phasenströmen zu einem Mittelwert der Phasenverschiebungen zwischen den Phasenströmen. Wie zuvor erwähnt, als eine mögliche Variante erwähnt, kann somit die Symmetrie zwischen den Phasenströmen anhand eines weiteren charakteristischen Merkmals der Wellenform überprüft werden. It may also be advantageous if the method step of determining at least one symmetry index comprises determining a symmetry index with respect to the phase of the phase currents, based on a ratio of individual phase shifts between the phase currents to an average value of the phase shifts between the phase currents. As mentioned previously, as a possible variant, the symmetry between the phase currents can thus be checked using a further characteristic feature of the waveform.
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Vorzugsweise werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens beide Preferably, in the control method according to the invention, both
Varianten des Symmetrieindex, sowohl in Bezug auf die Amplitude als auch auf die Variants of the symmetry index, both in terms of amplitude and
Phasenverschiebung bestimmt und verglichen. Phase shift determined and compared.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Kontrollverfahren weitere Schritte aufweist, nämlich ein Vergleichen des Formindex mit einem VerzerrungsSchwellwert; und ein Vergleichen des wenigstens einen Symmetrieindex mit wenigstens einem Asymmetrie-Schwellwert; wobei der Verfahrensschritt des Ausgebens des Kontrollsignals auf Basis einer Bedingung erfolgt, dass der Formindex den Verzerrungs-Schwellwert überschreitet, und/oder der wenigstens eine Symmetrieindex den wenigstens einen Asymmetrie-Schwellwert überschreitet. Somit können Bedingungen und Erkenntnisse zur Ausgabe des Kontrollsignals Furthermore, it is advantageous if the control method comprises further steps, namely comparing the shape index with a distortion threshold value; and comparing the at least one symmetry index with at least one asymmetry threshold value; wherein the method step of outputting the control signal is carried out on the basis of a condition that the shape index exceeds the distortion threshold value and/or the at least one symmetry index exceeds the at least one asymmetry threshold value. Thus, conditions and findings for outputting the control signal
differenzierter gewählt werden. be chosen in a more differentiated manner.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn das Kontrollverfahren einen weiteren Schritt eines Kalibrierens des Verzerrungs-Schwellwertes und des wenigstens einen Asymmetrie-Schwellwertes in Bezug auf einen Prüflingstyp aufweist. Somit kann der Prüfbestrieb individuell an den Prüfling angepasst werden. Further advantages are achieved if the control method includes a further step of calibrating the distortion threshold value and the at least one asymmetry threshold value in relation to a test object type. The test operation can thus be individually adapted to the test object.
Weiter von Vorteil ist es ebenfalls, wenn der mehrphasige Wechselstroms für den Prüfling mehr als drei Phasenströme umfasst, wobei vorzugsweise der Prüfling ein elektrischer Motor mit mehr als drei Phasen ist. Das Kontrollverfahren zeichnet sind durch eine effektive Nutzung der Rechenkapazität aus, sodass auch eine hohe Anzahl von Phasen in Echtzeit überwacht werden können. It is also advantageous if the multiphase alternating current for the test object comprises more than three phase currents, whereby the test object is preferably an electric motor with more than three phases. The control method is characterized by effective use of the computing capacity, so that a large number of phases can also be monitored in real time.
Von Vorteil ist es weiter, wenn das ausgegebene Kontrollsignal zum Eingriff in den Betrieb des Prüflings einen Kontrollbarameter umfasst, dessen Wert in einem Verhältnis zu einem Wert des Formindex oder einem Werts des wenigstens einen Symmetrieindex gebildet wird. Somit kann eine Information zur Wertung und Größe der Abweichung eines Phasenstroms direkt in eine geregelte Gegenmaßnahme einfließen. It is also advantageous if the control signal output for intervening in the operation of the test object comprises a control barometer whose value is formed in relation to a value of the shape index or a value of at least one symmetry index. Information on the evaluation and magnitude of the deviation of a phase current can thus flow directly into a controlled countermeasure.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn das ausgegebene Kontrollsignal zum Eingriff in den Betrieb des Prüflings wenigstens einen der nachfolgenden Kontrolleingriffe auf dem Prüfstand veranlasst: Stabilisieren einer instabilen Phase; Begrenzen einer Last des Prüflings; temporäres Ausschalten des Prüflings, oder vollständiges Ausschalten des Prüflings. Somit stehen verschiedene Arten von Further advantages are achieved if the control signal output causes at least one of the following control interventions on the test bench to intervene in the operation of the test object: stabilizing an unstable phase; limiting a load on the test object; temporarily switching off the test object, or completely switching off the test object. Thus, various types of
Gegenmaßnahmen zum sicherheitsrelevanten Eingriff in den Betrieb des Prüfstands Countermeasures to safety-relevant intervention in the operation of the test bench
zur Verfügung. available.
Darüber hinaus kann es Vorteile mit sich bringen, wenn der Verfahrensschritt des Erfassens von einzelnen Phasenströmen kontinuierlich und für alle Phasenströme des mehrphasigen Wechselstroms durchgeführt wird. Das Kontrollverfahren zeichnet sind durch eine effektive Nutzung der Rechenkapazität aus, sodass alle Phasen In addition, it can be advantageous if the process step of recording individual phase currents is carried out continuously and for all phase currents of the multiphase alternating current. The control method is characterized by an effective use of the computing capacity, so that all phases
permanent in Echtzeit überwacht werden können. can be permanently monitored in real time.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn der Verfahrensschritt des Ermittelns von harmonischen Frequenzkomponenten fortlaufend für ein rollierendes Zeitfenster wiederholt und für alle Phasenströme des mehrphasigen Wechselstroms durchgeführt wird. Somit ist eine frequenzorientierte und demnach verarbeitungseffektive Auswahl der Zeitabschnitte gegeben. It is also advantageous if the process step of determining harmonic frequency components is repeated continuously for a rolling time window and is carried out for all phase currents of the multiphase alternating current. This provides a frequency-oriented and therefore processing-effective selection of the time periods.
Darüber hinaus kann es Vorteile mit sich bringen, wenn die Verfahrensschritte des Bestimmens des Formindex und des Bestimmens des wenigstens einen Symmetrieindex parallel und fortlaufend für dasselbe rollierende Zeitfenster der ermittelten harmonischen Frequenzkomponenten durchgeführt werden. Somit ergeben sich Vereinfachungen in der Verarbeitung der Messdaten. In addition, it can be advantageous if the method steps of determining the shape index and determining the at least one symmetry index are carried out in parallel and continuously for the same rolling time window of the determined harmonic frequency components. This simplifies the processing of the measurement data.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn das Zeitfenster mit der Periodendauer der Phasen des Prüflings korreliert. Periodendauer kann anhand der Stromwerte durch Nulldurchgänge leicht definiert werden. Further advantages are achieved if the time window correlates with the period duration of the phases of the test object. Period duration can be easily defined using the current values through zero crossings.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn das Zeitfenster eine variable Länge aufweist, welche insbesondere auf Basis des Kontrollsignals angepasst wird. Somit wird eine Verarbeitung der Messdaten an eine Frequenz des Wechselstroms bzw. eine Geschwindigkeit eines Elektromotors als Prüfling angepasst oder optimiert. It is also advantageous if the time window has a variable length, which is adjusted in particular on the basis of the control signal. In this way, the processing of the measurement data is adjusted or optimized to a frequency of the alternating current or a speed of an electric motor as the test object.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens durchzuführen. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind. The present invention also relates to a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of a control method according to the invention. A computer program product according to the invention therefore also brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a control method according to the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch: They show schematically:
Fig. 1a eine grafische Darstellung des Verlaufs von drei Phasenströmen, Fig. 1a is a graphical representation of the course of three phase currents,
die in einem Diagramm über einer Zeitachse erfasst werden; which are recorded in a graph over a time axis;
Fig. 1b eine grafische Darstellung einer Übereinanderlegung der drei Phasenströme aus Fig. 1a; Fig. 1b is a graphical representation of a superposition of the three phase currents from Fig. 1a;
Fig. 2 ein schematischer Prüfstandaufbau mit einem Elektromotor als Prüfling und einer Kontrollvorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens; Fig. 2 shows a schematic test bench structure with an electric motor as test object and a control device for carrying out a control method according to the invention;
Fig. 3 ein Blockdiagramm zum Ablauf von Verfahrensschritten in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens; Fig. 3 is a block diagram showing the sequence of method steps in an embodiment of a control method according to the invention;
Fig. 4 eine Darstellung von Diagrammen mit Messwerten und ermittelten Zielwerten während eines stabilen Betriebszustands; und Fig. 4 shows diagrams with measured values and determined target values during a stable operating state; and
Fig. 5 eine Darstellung derselben Diagramme aus Fig. 3 mit Messwerten und ermittelten Zielwerten während eines instabilen Fig. 5 is a representation of the same diagrams from Fig. 3 with measured values and determined target values during an unstable
Betriebszustands. operating state.
Die Figuren. 1a und 1b geben eine kurze Einführung in den Sachverhalt, welcher Figures 1a and 1b provide a brief introduction to the facts, which
dem Kontrollverfahren und dessen Überwachungsfunktion zugrunde liegt. the control procedure and its monitoring function.
Fig. 1a zeigt einen sinusförmigen Verlauf von Stromwerten aus drei Phasenströmen Ip1, Ip2, Ip3, die an den Anschlüssen eines Stators eines Elektromotors, der in der vorliegenden Ausführungsform als Prüfling 300 auf einem Prüfstand 200 betrieben wird, oder an einem Ausgang eines dem Stator vorgeschalteten Inverters 220 zur Ansteuerung des Elektromotors abgegriffen werden. In stabilen Betriebszuständen, in denen eine nicht-lineare Last wie der Elektromotor variable Geschwindigkeiten und Drehmomente erzeugt, weisen die Phasenströme Ip1, Ip2, Ip3 größtenteils eine gleichmäßige Kurvenform auf. Fig. 1a shows a sinusoidal curve of current values from three phase currents Ip1, Ip2, Ip3, which are tapped at the terminals of a stator of an electric motor, which in the present embodiment is operated as a test object 300 on a test bench 200, or at an output of an inverter 220 connected upstream of the stator for controlling the electric motor. In stable operating states in which a non-linear load such as the electric motor generates variable speeds and torques, the phase currents Ip1, Ip2, Ip3 have a largely uniform curve shape.
In einem konstanten Betriebszustand des Elektromotors sind die Wellenformen der Phasenströme 1p1, Ip2, Ib3 annähernd kongruent, wie in Fig. 1b gezeigt ist. In dieser Darstellung sind die Phasenverschiebungen zwischen den Phasenströmen Ip1, Ip2, Ip3 herausgerechnet und die Kurvenformen der Phasenströme 1p1, Ip2, Ip3 graphisch überlagert. Auf diese lässt sich in der Praxis nach einem Abbruch eines Testbetriebs oder parallel zum laufenden Testbetrieb, jedoch zeitversetzt, d.h. offline, protokollierte Betriebszustände optisch nachvollziehen und gegebenenfalls Erkenntnisse zu einer Instabilität der Phasen des Wechselstroms im Nachhinein erlangen. Eine Überwachung in Echtzeit, d.h. online im Testbetrieb, ist durch eine solche manuelle Überprüfung jedoch nicht möglich. Sie bietet demnach keine Methode und Grundlage zur rechtzeitigen Erlangung von Erkenntnissen und Entscheidung zu einer Gegenmaßnahme im Falle auftretender Instabilitäten. In a constant operating state of the electric motor, the waveforms of the phase currents 1p1, Ip2, Ib3 are approximately congruent, as shown in Fig. 1b. In this representation, the phase shifts between the phase currents Ip1, Ip2, Ip3 are calculated out and the waveforms of the phase currents 1p1, Ip2, Ip3 are graphically superimposed. In practice, this allows operating states recorded after a test operation has been aborted or parallel to the ongoing test operation, but with a time delay, i.e. offline, to be visually reproduced and, if necessary, to obtain information about instability of the alternating current phases afterwards. However, real-time monitoring, i.e. online during test operation, is not possible with such a manual check. It therefore does not offer a method or basis for obtaining information in good time and deciding on a countermeasure in the event of instabilities occurring.
In Fig. 2 ist ein Aufbau eines Prüfstands 200 gezeigt, in dem ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren auf einer Kontrollvorrichtung 100 ausgeführt wird, während ein Elektromotor (M) 300 als Prüfling in einem Testlauf betrieben wird. Hierzu umfasst der Prüfstand 200 eine Stromquelle 210 zur Leistungsversorgung, die in der dargestellten Ausführungsform eine Gleichspannung (DC) bereitstellt, und einen Inverter (DC/AC) 220, der von einer Steuerungseinheit (CPU) 240 gesteuert wird. Der Inverter 220 stellt eine Leistungsumwandlung in einen mehrphasigen Wechselstrom mit den dargestellten drei Phasenströmen 1p1, Ip2, Ip3 bereit, und nimmt eine Ansteuerung von Statorspulen unter Kontrolle der Steuerungseinheit 240 Fig. 2 shows a structure of a test bench 200 in which a control method according to the invention is carried out on a control device 100, while an electric motor (M) 300 is operated as a test object in a test run. For this purpose, the test bench 200 comprises a current source 210 for power supply, which in the embodiment shown provides a direct voltage (DC), and an inverter (DC/AC) 220, which is controlled by a control unit (CPU) 240. The inverter 220 provides a power conversion into a multi-phase alternating current with the three phase currents 1p1, Ip2, Ip3 shown, and controls stator coils under the control of the control unit 240.
vor. before.
Abweichend zu der beschriebenen Ausführungsform können der Elektromotor 300 Deviating from the described embodiment, the electric motor 300
und der Inverter 220 mehr als 3 Phasen, insbesondere 6 Phasen oder eine beliebige and the inverter 220 has more than 3 phases, in particular 6 phases or any
andere Mehrzahl an Phasen aufweisen. other plurality of phases.
Die Steuerungseinheit 240 steuert den Betrieb des Elektromotors 300 beispielsweise in Abhängigkeit eines Ablaufs eines vorab gespeicherten Testprotokolls, das seitens des Prüfstands 200 vorgegeben wird. Während des Betriebs werden die Phasenströme 1p1, Ip2, Ip3 jeweils durch Stromsensoren (S) 230 erfasst. Die Stromsensoren 230 sind mit Messeingängen der Kontrollvorrichtung 100 verbunden. Die Kontrollvorrichtung 100 umfasst ein Erfassungsmodul 10, ein Ermittlungsmodul 20, ein Bestimmungsmodul 30, ein Vergleichsmodul 40 und ein Ausgabemodul 50, deren Funktion nachstehend im Zusammenhang mit dem Kontrollverfahren näher The control unit 240 controls the operation of the electric motor 300, for example, depending on the execution of a previously stored test protocol, which is specified by the test bench 200. During operation, the phase currents 1p1, Ip2, Ip3 are each detected by current sensors (S) 230. The current sensors 230 are connected to measuring inputs of the control device 100. The control device 100 comprises a detection module 10, a detection module 20, a determination module 30, a comparison module 40 and an output module 50, the function of which is explained in more detail below in connection with the control method.
erläutert wird. is explained.
In Fig. 3 werden die Verfahrensschritte in einer Abfolge von näher beschriebenen Ausführungsformen des Kontrollverfahrens dargestellt. Dabei sind die Verfahrensschritte aus Fig. 3 wie folgt auf die einzelnen Module der Kontrollvorrichtung 100 aus Fig. 2 aufgeteilt. Das Erfassungsmodul 10 führt Messungen S10 der Phasenströme 1p1, Ip2, Ip3 durch. Das Ermittlungsmodul 20 führt eine Ermittlung S20 von Frequenzkomponenten aus den Messwerten unter Berechnung einer Fast Fourier Transformation durch. Das Bestimmungsmodul 30 führt mehrere Bestimmungen S31, S32 und S33 von Indizes als Zielwerte durch. Das Vergleichsmodul 40 führt Vergleiche S41, 42 und S$43 der Indizes mit zugeordneten Schwellwerten durch. Das Ausgabemodul 50 führt eine Ausgabe S50 eines Kontrollsignals basierend auf den Indizes, insbesondere in Abhängigkeit von den Vergleichen oder in Relation zu den Werten der Indizes durch. In Fig. 3, the method steps are shown in a sequence of embodiments of the control method described in more detail. The method steps from Fig. 3 are divided into the individual modules of the control device 100 from Fig. 2 as follows. The detection module 10 carries out measurements S10 of the phase currents 1p1, Ip2, Ip3. The determination module 20 carries out a determination S20 of frequency components from the measured values by calculating a fast Fourier transformation. The determination module 30 carries out several determinations S31, S32 and S33 of indices as target values. The comparison module 40 carries out comparisons S41, 42 and S$43 of the indices with assigned threshold values. The output module 50 carries out an output S50 of a control signal based on the indices, in particular depending on the comparisons or in relation to the values of the indices.
Nachstehend werden Ausführungsformen des in Fig. 3 dargestellten Kontrollverfahrens näher beschrieben. Embodiments of the control method shown in Fig. 3 are described in more detail below.
In Schritt S10 werden die Phasenströme Ip1, Ip2, Ip3, d.h. vorzugsweise alle Phasenströme aller Phasen des Prüflings 300 durch Stromsensoren 230gemessen und im zeitlichen Verlauf aufgezeichnet, woraus sich Wellenformen der gemessenen Stromwerte ergeben. In Schritt S20 wird online, d.h. in Echtzeit durch einen Power Analyzer unter Berechnung einer Fast Fourier Transformation (FFT) der gemessenen Stromwerte für vorbestimmte Zeitfenster, wie z.B. eine Periode einer In step S10, the phase currents Ip1, Ip2, Ip3, i.e. preferably all phase currents of all phases of the test object 300 are measured by current sensors 230 and recorded over time, resulting in waveforms of the measured current values. In step S20, online, i.e. in real time, a power analyzer calculates a Fast Fourier Transformation (FFT) of the measured current values for predetermined time windows, such as a period of a
Grundfrequenz des Wechselstroms, ein Frequenzspektrum erstellt, das eine fundamental frequency of alternating current, a frequency spectrum is created that
Phasenstroms. phase current.
In Schritt S31 wird aus der Zerlegung der Wellenform in die harmonischen Frequenzkomponenten ein Formindex jedes Phasenstroms in Bezug zur der Grundfrequenz des Wechselstroms ermittelt. Der Formindex wird aus einer Summe von Anteilen der Frequenzkomponenten, z.B. die Summe der Stromwerte der zweiten, dritten, fünften und nullten Harmonischen, geteilt durch den Wert der Amplitude einer Sinuskurve mit der Grundfrequenz, gebildet. In step S31, a shape index of each phase current in relation to the fundamental frequency of the alternating current is determined from the decomposition of the waveform into the harmonic frequency components. The shape index is formed from a sum of proportions of the frequency components, e.g. the sum of the current values of the second, third, fifth and zeroth harmonics, divided by the value of the amplitude of a sine wave with the fundamental frequency.
In Schritt S32 wird aus der Zerlegung der Wellenform in die harmonischen Frequenzkomponenten ein Symmetrieindex in Bezug auf die Amplituden der Phasenströme 1p1, Ip2, Ip3 in einem Verhältnis untereinander ermittelt. Der Amplituden-Symmetrieindex wird gebildet aus einem Betrag der Maximalwerte der Amplituden der ersten Harmonischen aller Phasenströme 1p1, Ip2, lb3abzüglich der Minimalwerte derselben Amplituden der ersten Harmonischen aller Phasenströme Ip1, Ip2, Ip3, geteilt durch einen Mittelwert derselben Amplituden der ersten Harmonischen aller Phasenströme I1p1, Ip2, Ip3. In step S32, a symmetry index is determined from the decomposition of the waveform into the harmonic frequency components with respect to the amplitudes of the phase currents 1p1, Ip2, Ip3 in a relationship to one another. The amplitude symmetry index is formed from an amount of the maximum values of the amplitudes of the first harmonics of all phase currents 1p1, Ip2, Ib3 minus the minimum values of the same amplitudes of the first harmonics of all phase currents Ip1, Ip2, Ip3, divided by an average value of the same amplitudes of the first harmonics of all phase currents I1p1, Ip2, Ip3.
In Schritt S33 wird aus den gemessenen Wellenformen entlang der Zeitachse ein Symmetrieindex in Bezug auf die Phasenverschiebung der Phasenströme Ip1, Ip2, Ip3in einem Verhältnis untereinander ermittelt. Der Phasen-Symmetrieindex wird gebildet aus einem Betrag der Maximalwerte der Phasendifferenzen zwischen den aufeinanderfolgenden Phasenströmen Ip1, Ip2, Ip3 abzüglich der Minimalwerte derselben Phasendifferenzen zwischen den aufeinanderfolgenden Phasenströmen Ip1, Ip2, Ip3, geteilt durch einen Mittelwert derselben Phasendifferenzen zwischen den aufeinanderfolgenden Phasenströmen. In step S33, a symmetry index relating to the phase shift of the phase currents Ip1, Ip2, Ip3 in relation to one another is determined from the measured waveforms along the time axis. The phase symmetry index is formed from an amount of the maximum values of the phase differences between the successive phase currents Ip1, Ip2, Ip3 minus the minimum values of the same phase differences between the successive phase currents Ip1, Ip2, Ip3, divided by an average value of the same phase differences between the successive phase currents.
Darauffolgend wird der Formindex in Schritt S41 mit einem Verzerrungs-Schwellwert verglichen, der in Bezug auf eine Betriebssicherheit des Prüfstands 200 vorbestimmt ist oder auf einen Typ des Prüflings 300 vorab kalibriert und eingestellt wird. Dieser Subsequently, in step S41, the shape index is compared with a distortion threshold value that is predetermined with respect to operational reliability of the test bench 200 or is pre-calibrated and set to a type of test object 300. This
Wert kann beispielsweise den Wert 1 oder kleiner, vorzugsweise 0,3 betragen. The value can be, for example, 1 or less, preferably 0.3.
Anschließend wird ein Vergleichsergebnis getroffen, ob der Formindex den A comparison result is then made as to whether the form index
Verzerrungs-Schwellwert überscheitet oder nicht, und optional wie groß die distortion threshold is exceeded or not, and optionally how large the
Überschreitung ist. excess.
Ferner wird der Amplituden-Symmetrieindex in Schritt S42 mit einem AmplitudenSymmetrie-Schwellwert verglichen, der vorbestimmt ist oder zuvor kalibriert wird. Dieser Wert kann ebenfalls beispielsweise den Wert 1 oder kleiner, vorzugsweise 0,3 betragen. Anschließend wird ein Vergleichsergebnis getroffen, ob der AmplitudenSymmetrieindex den Amplituden-Symmetrie-Schwellwert überscheitet oder nicht, und optional wie groß die Überschreitung ist. Furthermore, in step S42, the amplitude symmetry index is compared with an amplitude symmetry threshold value that is predetermined or calibrated beforehand. This value can also be, for example, 1 or less, preferably 0.3. A comparison result is then made as to whether the amplitude symmetry index exceeds the amplitude symmetry threshold value or not, and optionally how large the excess is.
Optional, vorzugsweise zusätzlich, wird der Phasen-Symmetrieindex in Schritt S43 mit einem Phasen-Symmetrie-Schwellwert verglichen, der vorbestimmt ist oder zuvor kalibriert wird. Dieser Wert kann ebenfalls beispielsweise den Wert 1 oder kleiner, vorzugsweise 0,3 betragen. Anschließend wird ein Vergleichsergebnis getroffen, ob der Phasen-Symmetrieindex den Phasen-Symmetrie-Schwellwert überscheitet oder nicht, und optional wie groß die Überschreitung ist. Optionally, preferably additionally, the phase symmetry index is compared in step S43 with a phase symmetry threshold value that is predetermined or calibrated beforehand. This value can also be, for example, 1 or less, preferably 0.3. A comparison result is then made as to whether the phase symmetry index exceeds the phase symmetry threshold value or not, and optionally how large the excess is.
In Schritt S50 wird danach in Abhängigkeit der Vergleichsergebnisse eine Kontrollsignal ausgegeben, das von der Steuerungsvorrichtung 240 des Prüfstands 200 verarbeitet wird. In step S50, a control signal is then output depending on the comparison results, which is processed by the control device 240 of the test bench 200.
Es lassen sich unter anderem zwei Ausführungsformen des Kontrollverfahrens, das in Fig. 3 dargestellt ist, durch die Art und Erzeugung des ausgegebenen Kontrollsignals unterscheiden. Among other things, two embodiments of the control method shown in Fig. 3 can be distinguished by the type and generation of the output control signal.
In einer ersten Ausführungsform dienen die Schritte des Vergleichens S41, S42 und S43 zur Information, ob der jeweilige Schwellwert überschritten wurde, beispielsweise in Form einer Ausgabe von zwei Zuständen oder eines Trigger-Flags. Im Falle einer Schwellwertüberschreitung, oder alternativ nach einer kumulativen Überschreitung der Schwellwerte in allen Vergleichen, wird in Schritt S50 ein Kontrollsignal ausgegeben, das einen stets gleichartigen Eingriff an der Steuerungsvorrichtung 240 wie eine Notabschaltung, oder eine Lastverringerung in In a first embodiment, the comparison steps S41, S42 and S43 serve to inform whether the respective threshold value has been exceeded, for example in the form of an output of two states or a trigger flag. In the event of a threshold value being exceeded, or alternatively after a cumulative exceedance of the threshold values in all comparisons, a control signal is output in step S50, which always triggers a similar intervention on the control device 240, such as an emergency shutdown or a load reduction in
vorbestimmtem Ausmaß auslöst. predetermined extent.
In einer zweiten Ausführungsform dienen die Schritte des Vergleichens S41, S42 und S43 zur Ausgabe eines Vergleichswertes, der den ursprünglichen Indexwert oder In a second embodiment, the steps of comparing S41, S42 and S43 serve to output a comparison value which represents the original index value or
In einer anderen Variante der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen des Kontrollverfahrens werden nur der Schritt S32 zur Bestimmung des AmplitudenSymmetrieindex und darauffolgend der Schritt des Vergleichens S42 mit einem Amplituden-Asymmetrie-Schwellwert durchgeführt. In einer hierzu komplementären Variante der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen des Kontrollverfahrens werden nur der Schritt S33 zur Bestimmung des Phasen-Symmetrieindex und darauffolgend der Schritt des Vergleichens S43 mit einem Phasen-AsymmetrieSchwellwert durchgeführt. In another variant of the embodiments of the control method shown in Fig. 3, only the step S32 for determining the amplitude symmetry index and then the step S42 of comparing with an amplitude asymmetry threshold value are carried out. In a complementary variant of the embodiments of the control method shown in Fig. 3, only the step S33 for determining the phase symmetry index and then the step S43 of comparing with a phase asymmetry threshold value are carried out.
Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen des Kontrollverfahrens in Fig. 3 können in einer alternativen Ausführungsform die Schritte des Vergleichens S41, S42 und S43 der ermittelten Indizes mit den entsprechenden Schwellwerten entfallen. In dieser alternativen Ausführungsform fließt ein nach den Schritten des Ermittelns S31, S32 und S33 ausgegebener Werte der Indizes direkt oder unter einer rechnerischen Umwandlung als Kontrollbarameter in das in Schritt S50 ausgegebene Kontrollsignal ein, wie zu der zweiten Ausführungsform in Fig. 3 beschrieben. Deviating from the embodiments of the control method shown in Fig. 3, in an alternative embodiment the steps S41, S42 and S43 of comparing the determined indices with the corresponding threshold values can be omitted. In this alternative embodiment, a value of the indices output after the steps of determining S31, S32 and S33 flows directly or with a computational conversion as a control parameter into the control signal output in step S50, as described for the second embodiment in Fig. 3.
Fig. 4 zeigt ein Messprotokoll der erfassten Wellenformen der drei Phasenströme Ip1, Ip2, Ip3 in einem stabilen Betriebszustand. In einer oberen Zeile ist eine kontinuierliche Messung dargestellt. Darunter ist ein Zeitfenster wiedergegeben, für das die Fast Fourier Transformation durchgeführt wurde. In dem Diagramm darunter ist das Frequenzspektrum mit den harmonischen Frequenzkomponenten aus den Phasenströmen Ip1, Ip2, Ip3 dargestellt. Der Formindex (Shapelndex) weist geringe Werte von weniger als 0,15 auf, und die Wellenformen sind sinusförmig. Fig. 4 shows a measurement protocol of the recorded waveforms of the three phase currents Ip1, Ip2, Ip3 in a stable operating state. A continuous measurement is shown in the upper line. Below this is a time window for which the Fast Fourier Transformation was carried out. The diagram below shows the frequency spectrum with the harmonic frequency components from the phase currents Ip1, Ip2, Ip3. The shape index (shape index) has low values of less than 0.15 and the waveforms are sinusoidal.
Fig. 5 zeigt ein Messprotokoll in einem instabilen Betriebszustand. Die drei Phasenströme I1p1, Ip2, lb3zeigen in der oberen Zeile keine sinusförmigen Wellenformen auf und sind nicht gleichförmig. Das Diagramm des Frequenzspektrums zeigt eine wesentlich breitere Verteilung auf eine höhere Anzahl Fig. 5 shows a measurement protocol in an unstable operating state. The three phase currents I1p1, Ip2, lb3 do not show sinusoidal waveforms in the upper line and are not uniform. The frequency spectrum diagram shows a much broader distribution over a higher number of
von geringer gewichteten Anteilen von harmonischen Frequenzkomponenten, wobei sich auch die Verteilung der Phasenströme 1p1, Ip2, Ib3 wesentlich uneinheitlicher dargestellt. Der Formindex (Shapelndex) weist höhere Werte zwischen 0,5 und 1 auf. of less weighted portions of harmonic frequency components, whereby the distribution of the phase currents 1p1, Ip2, Ib3 is also much less uniform. The shape index (shapel index) shows higher values between 0.5 and 1.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively by way of examples.
Bezugszeichenliste list of reference symbols
10 Erfassungsmodul 10 recording module
20 Ermittlungsmodul 20 Investigation Module
30 Bestimmungsmodul 40 Vergleichsmodul 30 Determination module 40 Comparison module
50 Ausgabemodul 50 output modules
100 Kontrollvorrichtung 200 Prüfstand 100 Control device 200 Test bench
210 Stromquelle 210 power source
220 Inverter 220 inverter
230 Stromsensoren 230 current sensors
240 Steuerungsvorrichtung 300 Prüfling / Elektromotor 240 Control device 300 Test object / electric motor
Ip1, 1p2, Ip3 Phasenströme Ip1, 1p2, Ip3 phase currents
Claims (1)
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