CN107957550A

CN107957550A - 在发电机单元中的故障的识别

Info

Publication number: CN107957550A
Application number: CN201710963912.2A
Authority: CN
Inventors: B.舒夫; C.迪特曼; H.聚尔兹勒; R.米勒
Original assignee: German Automobile Thorn Lattice LLC
Current assignee: German Automobile Thorn Lattice LLC
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2018-04-24
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: FR3057673A1; DE102016220235A1; CN107957550B

Abstract

本发明涉及用于识别在发电机单元中的故障的方法，所述发电机单元包括具有转子绕组和定子绕组的电机以及与之连接的整流器，电机通过所述整流器与电网连接，其中在至少一时间段期间，励磁电流（I_E）的时间上的变化过程（V₁、V₂）通过转子绕组分别获取，开关单元在时间段中处于位置（S）中，开关单元用于将励磁电压（U_E）施加在转子绕组处，并且其中，故障被推断出，当所述励磁电流（I_E）的所获取的变化过程（V₁、V₂）中的至少一个变化过程关于至少一个能够预先给定的标准从在开关单元的相应的位置（S）时的所述励磁电流（I_E）的比较变化过程（V'₁、V'₂）偏移时，故障涉及在发电机单元中的至少一个缺陷。

Description

在发电机单元中的故障的识别

技术领域

本发明涉及一种用于识别在发电机单元中的故障的方法以及一种计算单元和一种用于所述方法的执行的计算机程序。

背景技术

机动车具有车载电网，所述车载电网通过电机（例如：他励的同步电机）被供应电压，所述电机作为发电机被运行。在此，为了调节车载电网电压，所述电机的励磁电流能够被控制或者被调节。在此，所述电机通常通过整流器与所述车载电网连接并且与这个车载电网构成发电机单元，所述整流器具有作为整流器元件的二极管或者半导体开关。就这种发电机单元而言，故障（例如：短路）可能出现，所述故障应当尽可能地被识别。

在此，故障（例如：在相位处的低电压、发电机停止运转、在励磁回路中的短路或者在励磁回路或者励磁晶体管中的中断以及在车载电网接口处的过电压）能够例如根据阈值监控或者可信度检验利用当前的运行状态被实施。然而，存在其它的故障，所述故障不能够以这种方式被识别出。

发明内容

根据本发明，提出了具有独立权利要求的特征的、用于识别在发电机单元中的故障的方法以及计算单元和用于所述方法的执行的计算机程序。有利的方案是从属权利要求的以及下面的描述的对象。

根据本发明的方法用于识别在发电机单元中的故障，所述发电机单元包括具有转子绕组和定子绕组的电机以及与其连接的整流器，所述电机通过所述整流器与电网连接。所述电网尤其能够是机动车的车载电网。现在，在至少一个时间段期间，励磁电流的时间上的变化过程通过所述转子绕组被分别获取，开关单元在所述时间段中处于一位置中，所述开关单元用于将励磁电压施加在所述转子绕组处。例如晶体管被考虑为切换单元，然而，也被称为励磁晶体管。所述切换单元能够是发电机单元的一部分，然而，也能够单独地被设置在例如发电机控制器中，所述发电机控制器被布置或者加装在所述发电机处或者是外部的发电机控制器。

当所述励磁电流的所获取的所述变化过程中的至少一个变化过程关于至少一个能够预先给定的标准从在所述开关单元的相应的位置时的所述励磁电流的比较变化过程偏移时，故障被推断出，所述故障涉及在所述发电机单元中的至少一个缺陷。为了获取所述励磁电流的所述至少一个变化过程，所述励磁电流能够例如在这样的时间段期间、尤其是以足够高的扫描频率（Abtastrate）地被多次检测，所述开关单元在所述时间段中处于（不变的）位置中。于是，对所述故障的评估或者识别能够尤其在所述发电机控制器中进行。就所述比较变化过程而言，能够注意的是，它们关于所述发电机单元的不同运行参数（尤其是，所述发电机单元的转速）与所述变化过程相一致，或者至少充分精确地相一致。

因此，在整流器和/或电机中的、不同类型的故障能够以简单的方式被识别出。这是可能的，因为这样的故障影响所述励磁电流。在例如完整的相位从所述整流器的分离不能够例如通过在相电压和例如电池电压或者车载电路电压之间的、简单的比较而被识别出时，这样的分离然而影响所述励磁电流。同样地，尤其是在两个相位之间的短路影响所述励磁电流。对此的原因在于：在所述定子绕组中的电流耦合到所述转子绕组以及因此至所述励磁电流上，并且，因此，在所述定子绕组中的、不规律的或者非设置的电流也耦合到所述转子绕组以及因此至所述励磁电流上。

此外，所述励磁电流的所述变化过程视所述开关单元的位置而定地不同。例如所述励磁电流在所述开关单元的一位置时上升，所述位置使所述励磁电压施加在所述转子绕组处（即，接通-位置），而所述励磁电流在所述开关单元的一位置处下降，所述位置没有使所述励磁电压施加在所述转子绕组处（即，断开-位置），如果不存在干扰或者故障。现在，已经识别出了，当在所述发电机单元中存在故障时，通过将定子电流耦合到所述励磁电流上，在所述开关单元的、相应的位置时的变化过程成通常不再与在发电机单元不受干扰时的变化过程相一致。因此，通过考虑开关的位置以及所获取的变化过程与比较变化过程（即，尤其是这样的变化过程，就所述变化过程而言不存在故障）的比较，因此能够非常简单并且也可靠地推断出故障。

当已经识别出故障时，则这尤其也能够被存储在故障存储器或者类似物中。同样地，例如用于机动车的驾驶员的、声学的和/或视觉的显示是能够设想的。

优选地，所述至少一个标准包括在所述励磁电流的上升的和下降的趋势之间的区别。因此，是否存在故障能够变得非常简单。如所提及的，所述励磁电流应当在所述接通-位置处上升并且在所述断开-位置处下降。当目前例如所述励磁电流的平均值在所述断开-位置处连续上升或者在所述接通-位置处连续下降时，那么，存在故障。

有利地，所述至少一个标准包括所述励磁电流的上升的和/或下降的部段（或者区域或者时间的份额）的数目。如所提及的，在所述励磁电流在所述接通-位置处应当上升时，那么，所述励磁电流在存在故障时也能够在所述开关单元的、不变的位置期间上升和下降，尤其也能够分别多次地上升和下降。因此，在上升的和下降的部段之间的、在开关位置之内的交替给出故障的指示。

应当理解，充分精确的测量和评估是必要的，以便能够在仅仅一个上升的或者下降的趋势和多个上升的或者下降的部段之间进行区分。

有利地，即将出现的缺陷被推断为故障，当就所述励磁电流的所获取的所述变化过程中的所述至少一个变化过程而言斜率小于能够预先给定的第一阈值时。因为并非在存在缺陷（例如：在两个相位之间的短路）时在变化过程和比较变化过程之间的、能够识别的或者能够测量的偏移才存在，而是就开始的缺陷（即例如：由于剥离的绝缘或者类似物的、变小的电阻）而言故障也已经能够非常早地被识别出。于是，所述第一阈值能够被相应地选择，例如以便实现区分实际存在的缺陷（即，例如：短路）。

也有利的是，已经出现的缺陷被推断为故障，就所述励磁电流的所获取的所述变化过程中的所述至少一个变化过程而言斜率大于能够预先给定的第二阈值。然后，所述第二阈值同样能够相应地被选择，例如根据比较测量或者测试测量，相应的缺陷在所述比较测量或者测试测量中被模拟。在此，所述第二阈值不必对应于所述第一阈值，尤其地，它能够是更大的，以便实现在两种故障类型之间的、明确的区分。然而，两个阈值也能够是一样的。

优选地，作为所述至少一个缺陷考虑在两个不同的相位之间的短路和/或相位的中断和/或二极管（或者半导体开关）的中断和/或二极管（或者半导体开关）的短路和/或在相位之间和/或二极管之间（即，所提到的部件）之间的电连接的降级（Degradation）（例如：扩大（Aufweitung））。这些故障是这样的故障，视所述开关单元的位置而定，所述故障具有对所述励磁电流的所述变化过程的影响。就这方面来说，这些故障能够特别简单地利用所提出的方法被获取。

根据本发明的计算单元（尤其是发电机控制器或者例如机动车的控制装置）尤其是在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法。

所述方法的、以计算机程序的形式的实施也是有利的，因为这导致特别低的成本，尤其是当执行的控制装置还被用于其它的任务并且因此总归是现存的时。用于提供所述计算机程序的、适当的数据载体尤其是磁性的、光学的和电学的存储器，例如是硬盘、闪存存储器、EEPROM、DVD以及其它等等。通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序也是可能的。

本发明的、其它的优点和方案从描述和附上的附图中得出。

本发明根据在附图中的实施例被示意性地示出，并且，在下文中参考所述附图被描述。

附图说明

图1示意性地示出具有电机、整流器和发电机控制器的发电机单元，根据本发明的方法能够在所述发电机单元中被执行。

图2示意性地示出在优选的实施方式中的、在根据本发明方法的框架中的、励磁电流根据开关单元的位置的比较变化过程。

图3示意性地示出在优选的实施方式中的、在根据本发明方法的框架中的、在存在故障时的、励磁电流根据开关单元的位置的变化过程。

图4示意性地示出在优选的实施方式中的、根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了发电机单元100，所述发电机单元具有电机105，所述电机具有整流器130和构造为发电机控制器的计算单元140，根据本发明的方法能够在所述计算单元中被执行。电机100具有转子绕组或者励磁绕组110以及定子绕组120，并且，当前被用作用于针对电网180的电压供应的发电机，所述电网被构造为机动车的车载电网。

当前，电机100以及因此所述电机的定子绕组120利用三个相位U、V和W被构造。在此，三个相位中的每个通过配属的、整流器130的二极管131（所述二极管中只有一个设有附图标记）与车载电网180的正极侧B+以及与车载电网180的负极侧或者与接地（Masse）连接。应当理解，当前，仅仅示例性地选择相位的数目为“3”，并且，根据本发明的方法也能够以其他数目的相位（例如：5、6、7个或者更多）被执行。也可能的是，使用适当的半导体开关来代替二极管。

在使用开关单元150（例如：晶体管或者其它的半导体开关）的情况下，发电机控制器140为转子绕组110供应励磁电流I_E。为此，发电机控制器140例如与信号发生器170或者控制装置连接。然而，也能够设想的是，信号发生器是发电机控制器的一部分。此外，发电机控制器140具有用于利用B+或者（当前为相位W的）相电压来检测车载电网电压的输入端。

在图2中，在优选的实施方式中的、在根据本发明方法的框架中的、励磁电流根据开关单元150的位置的比较变化过程被示意性地示出。为此，除了以V为单位的励磁电压U_E以及开关单元的、配属的位置S，以A为单位的励磁电流I_E（分别在以s为单位的时间t上）被示出。

在励磁电压U_E或者在位置S处能够识别出，开关单元首先在“断开”（0）上，然后在“接通”（1）上，然后在“断开”上，再次在“接通”上并且重新在“断开”上。这能够通过适当的操控来实现，例如在使用信号发生器的情况下，如在图1中所示出的。

即使不考虑其它的、高频的干扰影响，在励磁电流I_E处能够识别出，这个励磁电流也不是恒定地运行的。尤其地，这里示出了三个比较变化过程V'₁、V'₂和V'₁，正如它们存在在位置“接通”、“断开”和“接通”期间。在此，重复比较变化过程。

就无发电单元的故障或者干扰的、在这里示出的正常运行而言，比较变化过程具有上升的、下降的或者再次上升的趋势。然而，也能够看出的是，在接通-位置处存在上升的趋势，并且，在断开-位置处存在下降的趋势，正如这由于转子绕组的电感也能够被预期。

现在，在图3中，在优选的实施方式中的、在根据本发明方法的框架中的、在存在故障时的、励磁电流根据开关单元150的位置的比较变化过程被示意性地示出。为此，除了以V为单位的励磁电压U_E以及开关单元的、配属的位置S，以A为单位的励磁电流I_E（分别在以s为单位的时间t上）被示出。

在励磁电压U_E或者在位置S处能够识别出，开关单元首先在“接通”（1）上，然后在“断开”（0）上，然后在“接通”上，再次在“断开”上并且然后重新在“接通”上。这能够通过适当的操控来实现，例如在使用信号发生器的情况下，如在图1中所示出的。

在开关单元的接通-位置处能够看出，与图2相比，励磁电压U_E不是恒定的或者至少明显较为强烈地波动。这已经表明故障。

在励磁电流I_E处能够识别出，与图2相比，这个励磁电流明显更强地波动。尤其地，这里示出了三个变化过程V₂、V₁和V₂，如它们在位置“断开”、“接通”和“断开”期间存在的。在此，重复变化过程。

如也就比较变化过程V'₂而言地，在就第一变化过程V₂（也就是说，在断开-位置期间）而言存在下降的趋势时，则就第二变化过程V₂而言尽管在断开-位置处不存在下降的趋势、而存在上升的趋势。因此，这种变化过程从在相同的位置S时的、配属的比较变化过程V'₂偏离。

就变化过程V₁而言，上升的和下降的部段交替，即使开关单元持续地处于接通-位置中，而比较变化过程V'₁仅仅具有下降的部段。

这里示出的故障例如是即将发生的缺陷，即两个相位之间的短路。在相位之间的电阻在这里大约是0.1Ω。在这里，大约1800 1/分钟被选择为转速，并且，大约20A被选择为电负荷。就剩余的、所提到的故障而言，故障图（即，励磁电流的变化过程）也类似地被示出。

在图4中，在优选实施方式中的、根据本发明的方法的流程图被示意性地示出，如它例如在机动车中的发电机控制器中能够被实施。

首先，方法以步骤400开始。接着，在励磁电流的、相应的变化过程在步骤420中被获取之前，开关单元的当前的位置在步骤410中被获取。

然后，在步骤430中，励磁电流在变化过程中的趋势（即，例如下降或者上升）被获取。在步骤440中，接着能够检验变化过程是否具有下降的趋势，当位置在“接通”上时。如果这是这种情况，故障能够在步骤450中被识别出。

如果在步骤440中确定了位置不是“接通”或者趋势不是下降的，则在步骤445中能够检验趋势是否是上升的，当位置是“切断”时。如果是这种情况，能够进一步地执行步骤450。否则，能够跳回开始处，也就是说，方法能够从最前面开始。

当方法到达步骤450（也就是说，故障已被识别出）时，则故障存储器录入能够在步骤460中被使用。

应当理解，在此其它的、所提到的、识别故障的可能性以及适当的过滤器也能够相应地被考虑到。

Claims

1. 用于识别在发电机单元（100）中的故障的方法，所述发电机单元包括具有转子绕组（110）和定子绕组（120）的电机（105）以及与之连接的整流器（130），所述电机（105）通过所述整流器与电网（150）连接，

其中，在至少一时间段期间，通过所述转子绕组（110）分别获取励磁电流（I_E）的时间上的变化过程（V₁、V₂），开关单元（150）在所述时间段中处于位置（S）中，所述开关单元用于将励磁电压（U_E）施加在所述转子绕组（110）处，并且

其中，推断出故障，当所述励磁电流（I_E）的所获取的所述变化过程（V₁、V₂）中的至少一个变化过程关于至少一个能够预先给定的标准从在所述开关单元（150）的相应的位置（S）时的所述励磁电流（I_E）的比较变化过程（V'₁、V'₂）偏移时，所述故障涉及在所述发电机单元（100）中的至少一个缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个标准包括在所述励磁电流（I_E）的上升的和下降的趋势之间的区别。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述至少一个标准包括所述励磁电流（I_E）的上升的和/或下降的部段的数目。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，即将出现的缺陷推断为故障，当就所述励磁电流（I_E）的所获取的所述变化过程（V₁、V₂）中的所述至少一个变化过程而言斜率小于能够预先给定的第一阈值时。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，已经出现的缺陷推断为故障，当就所述励磁电流（I_E）的所获取的所述变化过程（V₁、V₂）中的所述至少一个变化过程而言斜率大于能够预先给定的第二阈值时。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个缺陷包括在两个不同的相位（U、V、W）之间的短路和/或相位（U、V、W）的中断和/或二极管（131）的中断和/或二极管（131）的短路和/或在相位之间和/或二极管之间的电连接的降级。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了获取所述励磁电流（I_E）的所述至少一个变化过程（V₁、V₂），在所述开关单元（150）的所述至少一个位置（S）的每个位置期间多次检测所述励磁电流（I_E）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电网（180）包括机动车的车载电网。

9.计算单元（140），所述计算单元被设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

10.计算机程序，所述计算机程序促使计算单元（140）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法，当它在所述计算单元（140）上被执行时。

11.机器可读的存储介质，所述存储介质具有存储在其上的、根据权利要求10的计算机程序。