CN108391460A - 用于识别在发电机单元中的故障的方法 - Google Patents

Abstract

用于识别在发电机单元中的故障的方法，所述发电机单元具有电机（100）和与其连接的整流器（130），所述电机具有转子绕组（110）和定子绕组（120），所述电机（100）通过所述整流器与机动车的车载电网（150）连接，其中，根据流过所述电机（100）的所述转子绕组（110）的励磁电流（I_E）并且根据所述励磁电流的额定值（IE‑soll）来判定，是否存在所述故障。

Description

用于识别在发电机单元中的故障的方法

技术领域

本发明涉及用于识别在发电机单元中的故障的方法以及计算单元（尤其是发电机调节器）和用于执行所述方法的计算机程序。

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，他励式同步电机）而被供给电压，所述电机作为发电机运行。在此，为了调节车载电网电压，能够控制电机的励磁电流。在此，电机通常通过整流器与车载电网连接，并且，与这个整流器形成发电机单元。就这种发电机单元而言，能够出现故障（如，短路），如果可能应当识别出所述故障。

从未被预先公开的DE102015211933中已知一种用于识别在发电机单元中的故障的方法，所述发电机单元具有电机和与其连接的整流器，所述电机具有转子绕组和定子绕组，所述电机通过所述整流器与机动车的车载电网连接，其中，通过流过所述电机的所述转子绕组的励磁电流而将所述车载电网的电压调节到额定值，并且监控所述励磁电流的变化过程，并且其中，推断出在所述发电机单元中的故障，当识别出所述励磁电流的、振荡的变化过程时，其中，所述振荡的规模在阈值之上。

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执行所述方法的计算机程序。有利的方案是从属权利要求以及以下描述的主题

发明优点

在第一方面中，能够设置具有独立权利要求1的特征的方法，所述方法用于识别在发电机单元中的故障。在此，能够设置，不仅根据励磁电流而且根据励磁电流的额定值来判定，是否存在故障。这具有这样的优点：能够特别可靠地识别出故障。

所述方法是特别简单的，当根据发电机电压的额定值来确定励磁电流的额定值时。在这种情况下，由调节器的结构所决定的、励磁电流的额定值已经存在。

能够特别简单地设计所述调节器，当励磁电流的额定值也根据电机电压的实际值来确定时。

在另外的方面中，能够设置，根据励磁电流的额定值来进行对开关的操控，所述开关用于切换励磁电流。尤其地，PWM-信号适合用于操控，其中，在操控时尤其是调整占空比和/或频率。

能够特别简单地设计所述调节器，当它被设计为级联调节器时，其中，也根据励磁电流的实际值来进行操控。

在另外的方面中，能够设置，根据在励磁电流的额定值和励磁电流的实际值之间的偏差来判定，是否存在故障。能够特别简单地将这种方法参数化。

在此，能够设置，当（尤其是仅当）偏差的绝对值大于能够预先给定的阈值时，才判定存在所述故障。

在另外的方面中，能够设置用于可靠地运行发电机单元的方法。当已经识别出在发电机单元中存在故障时，则执行励磁电流的数值的减小或者执行励磁电流的脉冲。脉冲意味着，降低开关的时钟频率。

根据本发明的计算单元、尤其是发电机调节器（例如，机动车的控制装置）尤其是在程序技术上被设置用于，执行根据本发明的方法。然而，计算机单元也能够被完全或者全部地设置在硬件中，所述硬件用于执行所述方法。

所述方法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时并且因此本来就存在时。

本发明的、另外的优点和方案从说明书和附上的附图中得出。

参照在附图中的实施例来说明本发明，并且，在下文中参考附图来描述本发明。

附图说明

图1示意性地示出了发电机单元，所述发电机单元具有电机、整流器和发电机调节器，在所述发电机单元中能够执行根据本发明的方法。

图2至5示出了来自图1的发电机单元，所述发电机单元具有在整流器中的、不同的故障。

图6至9在图表中示出了关于在图2至5中所示出的故障的电压和电流变化过程。

图10示意性地示出了发电机单元的励磁电流电路的结构。

图11示意性地示出了可能的调节回路，所述调节回路用于调节励磁电流。

具体实施方式

在图1中示意形地示出了发电机单元，所述发电机单元具有电机100，所述电机具有整流器130和构造为发电机调节器的计算单元140，在所述发电机单元中能够执行根据本发明的方法。电机100具有转子绕组或者励磁绕组110和定子绕组120，并且，当前被用作发电机，所述发电机用于为机动车的车载电网150供给电压。

当前，将电机100以及因而其定子绕组120构造为具有5个相位U、V、W、X和Z。在此，五个相位中的每个通过整流器130的、配属的二极管131连接到车载电网150的正极侧或者高压侧B+，并且，通过配属的二极管132连接到车载电网150的负极侧或者低压侧B-。应当理解，相位的数量“五”当前只是示例性选择的，并且，也能够以其它的相位数目（例如，3、6、7或者更多）来执行根据本发明的方法。同样可能的是，使用合适的半导体开关来代替二极管。

发电机调节器140为转子绕组110供给励磁电流I_E。为此，能够在发电机调节器140中设置开关，所述开关与转子绕组110串联，并且，所述开关例如通过时钟驱动的操控来调整励磁电流I_E。此外，发电机调节器140具有输入端，所述输入端用于利用B+和B-来检测车载电网电压以及利用电压U_Y来检测当前为相位Y的相位电压。由电机100放出的电流以I_G来表示。

在图2至5中，分别示出了来自图1的布置，所述布置分别具有在整流器130中的、特定的故障。

在图2中，示例性地示出了在高压侧-路径中的短路，当前为在相位U处的短路。这能够例如在配属的二极管131短路时出现。

在图3中，示例性地示出了在低压侧-路径中的短路，当前为在相位U处的短路。这能够例如在配属的二极管132短路时出现。

在图4中，示例性地示出了断开的相位，当前为相位U。这能够例如在断开或者破坏（不导电的状态）两个配属的二极管131和132时出现。然而，这种故障也在断开至定子绕组120的、配属的线路时出现，所述线路与两个二极管连接。

在图5中，示例性地示出了在低压侧-路径中的断路，当前为相位U的断路。这种断路出现，例如，当配属的二极管132在二极管的一侧处或者（如在附图中所示出的）在二极管的两个侧上被断开时，或者，当二极管例如被破坏时。相应地，在高压侧-路径中的断路例如在断开或者破坏二极管131时出现。

在图6至9中，分别示出了发电机电压U₊、发电机电流I_G、相位Y的相电压U_Y（在图7中未示出）和磁力电流I_E在时间t上的变化过程。在时刻t₀之前，组件正常运行，并且，在时刻t₀上在发电机单元中出现故障。在此，在图6至9中的变化过程对应于下述变化过程，如其对应于如在图2至5所示出的故障。为此，应当注意到，各个图表的尺度就电流或者电压而言和就时间而言不总是一致的，这对于本发明来说然而不是重要的。

在图6中能够看出，就发电机电压而言，在高压侧-路径中的短路仅在故障出现之后能够短暂地被察觉。发电机电流下降，并且，相电压关于其振动模式变化。与无故障的变化过程相比，能够在励磁电流中看到明显的振动，所述振动具有大的振幅。尽管在这种情况下，故障也能够在相电压处被识别出，故障应当在励磁电流的变化过程中更明显地被识别出。在这里，振动的、以1/s为单位的频率f对应于：

，

其中，n表示发电机的、以“1/分”为单位的转速，并且，PPZ表示发电机的极对数。

励磁电流的这种变化过程由短路之后的相电流的、不对称的分布造成，所述相电流然后具有直流分量。于是，随着电机的旋转将这些不相等的直流分量传输至电机的转子上，由于能够观察到诸如变压器的他励式同步电机，所述变压器一方面实现了从转子到定子上的耦合，然而另一方面实现了从定子到转子上的反向耦合。由此，励磁电流包括明显的交流分量，从而，可能推断出短路。

在图7中能够看出，就发电机电压而言，在低压侧-路径中的短路仅在故障出现之后能够短暂地被察觉，并且，发电机电流下降。如就在高压侧-路径中的短路，与无故障的变化过程相比，能够在励磁电流中看到明显的振动，所述振动具有大的振幅，由此能够识别出短路。

在图8中能够看出，就发电机电压而言，在出现故障之后，整个相位的断开能够短暂地通过在电压中的、较大的波动被察觉，并且随后仅微弱地通过轻微的波动被察觉。发电机电流转变为具有较大的振幅的振动。励磁电流稍微下降并且转变为振动，所述振动比出现故障之前具有明显更大的振幅。在断开的相位处的相电压不再受限于整流，它因此示出了电机的、明显更高的空载电压。然而，在未损坏的相位处（例如在附图中所示出的），相电压不变化。

因而，参照相电压来识别断开的相位是不可能的，除非缺陷巧合地涉及唯一的相位，所述相位被监控。反之，在励磁电流处能够清楚地识别出相位的断开。另一方面，在这里出现不对称的相电流分布。在短路和断路时在定子侧出现附加的直流分量，所述附加的直流分量作为交流分量被传输到转子侧上。反之，在断开相位时，将在相应的相位中的相电流减小到零。相应地，其余的相位必须补偿这个分量并且因而被不对称地加载。在下降的相位的故障情况下，振动的频率是前面所列举的故障情况的两倍大，并且，因而能够明确地与这些故障情况区分开。

在图9中能够看出，在低压侧-路径中的断路导致了在发电机电压中的、轻微的波动。发电机电流遵循一振动，其中，电流的值分别随着到达相应的、中断的低压侧-路径而接近零。相电压比出现故障之前具有更大的振幅，并且，励磁电流也包括具有明显增加的振幅的振动。

图10更精确地示出了励磁回路的、可能的电路。示出了计算单元140，所述计算单元与车载电网的正极侧B+以及负极侧B-连接，并且，转子绕组110被通电。为此，设置了开关112（例如MOSFET），时钟驱动地运行所述开关。

如果开关112闭合，则电流从正极侧B+经由开关112、第一分支点116、转子绕组110和第二分支点115流向负极侧B-。

如果开关112断开，则电流从转子绕组110经由空转二极管111流回到转子绕组110中，所述空转二极管并联于转子绕组110地被连接在分支点115和116之间。

图10示出了对于流过转子绕组110的励磁电流IE的、可能的第一检测。测量装置113（例如通过测量分流器的电压状况（Spannungsverfassung））与开关112串联地被安装在正极侧B+的接口和第一分支点116之间。

对励磁电流的检测的、另外的（未示出的）可能性是，将测量装置113与空转二极管111串联地、与转子绕组110并联地接入在分支点115和116之间。

对励磁电流IE的检测的、另外的（未示出的）可能性是，具有在分支点115和116之间的、与转子绕组110串联的、与空转二极管113并联的测量装置113。这具有这样的优点：能够确定在开关112的每个开关状态下的励磁电流IE。

能够设置电压测量器117，以便确定发电机电压U+。

图11示意性地示出了可能的调节回路和对故障的、可能的识别，所述调节回路用于调节对开关112的操控，所述故障在图2至5中被示出。

发电机电压U+的额定值U+,soll被传送至块121中，可选地将发电机电压U+的实际值输送至所述块，所述实际值由电压测量器117确定。由发电机电压-额定值U+,soll并且可选地由发电机电压U+确定励磁电流的额定值IEsoll，例如通过特性场。这个额定值IEsoll被传送至块122，励磁电流的实际值IE也被传送至所述块，所述实际值由测量装置113确定。块122由励磁电流的额定值IEsoll以及实际值IE确定操控信号S，利用所述操控信号来操控开关112。

通过操控开关112和在发电机单元中的作用关系，得到对励磁电流的实际值IE以及发电机电压U+的影响，它们由传感器113、117确定。以此来闭合调节回路。

励磁电流的额定值IEsoll和实际值IE能够被输送至差分块，所述差分块由此确定偏差

。

这个偏差△I被输送至块119，所述块根据这个偏差确定，在图2至5中所示出的故障是否存在。

例如能够设置，当偏差△I的绝对值大于能够预先给定的阈值时，判定存在所述故障。

Claims (11)

1.用于识别在发电机单元中的故障的方法，所述发电机单元具有电机（100）和与其连接的整流器（130），所述电机具有转子绕组（110）和定子绕组（120），所述电机（100）通过所述整流器与机动车的车载电网（150）连接，其中，根据流过所述电机（100）的所述转子绕组（110）的励磁电流（I_E）并且根据所述励磁电流的额定值（IEsoll）来判定，是否存在所述故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据发电机电压（U+）的额定值（U+,soll）来确定所述励磁电流的额定值（IEsoll）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，也根据所述发电机电压（U+）的实际值来确定所述励磁电流的所述额定值（IEsoll）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，根据所述励磁电流的所述额定值（IEsoll）来进行对开关（112）的操控，所述开关用于切换所述励磁电流（IE）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，也根据所述励磁电流（IE）的实际值来进行所述操控。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据在所述励磁电流的所述额定值（IEsoll）和所述励磁电流的实际值（IE）之间的偏差（△I）来判定，是否存在所述故障。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述偏差（△I）的绝对值大于能够预先给定的阈值时，则判定存在所述故障。

8.用于可靠地运行发电机单元的方法，其中，如果借助根据权利要求1至7中任一项所述的方法已经识别出，在所述发电机单元中存在故障，则执行所述励磁电流（I_E）的数值的减小，或者，执行所述励磁电流（I_E）的脉冲。

9.计算单元（140）、尤其是发电机调节器，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8中任一项所述的方法，当它在所述计算单元（140）上执行时。

11.机器能够读取的存储介质，具有存储在其上的、根据权利要求10所述的计算机程序。