CN108603916B - 用于识别发电机单元中的故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别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线圈(110)和定子线圈(120)的电机(100)，和连接到该电机的整流器(130)，电机(100)通过所述整流器连接到机动车的车载电网(150)，其中，通过流过电机(100)的转子线圈(110)的激励电流(IE)由将车载电网(150)的电压调节到额定值，并且监测定子线圈(120)的相电压(Uy)的变化曲线，其中，当识别出所述相电压(Uy)的改变时，则推断出所述发电机单元中的故障。

Description

用于识别发电机单元中的故障的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别发电机单元中的故障的方法以及一种计算单元、特别是发电机调节器和一种用于执行该方法的计算机程序。
背景技术
机动车具有车载电网，所述车载电网通过作为发电机运行的电极、例如他励同步电机来供应电压。为了调节车载电网电压在此可以控制电机的激励电流。电机在此通常通过整流器与车载电网连接并且与该整流器构成发电机单元。在这种发电机单元中可能产生故障、例如短路，所述短路如果可能的话应被识别。
例如由DE 102013200637 A1公知了一种识别整流器中的故障的方法。该方法包括，在通过发电机的激励线圈的激励电流的至少一个激励电流值下相应地测定至少一个特征参量，所述特征参量相应于所述整流器元件中的至少一个整流器元件的导电时间分量。由此确定是否存在电子故障。
发明内容
根据本发明，提出一种用于识别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执行具有独立权利要求的特征的方法的计算机程序。有利的构型是从属权利要求以及下述说明的内容。
根据本发明的方法用于识别发电机单元中的故障，所述发电机单元包括具有转子线圈和定子线圈的电机，和连接到该电机上的整流器，电机通过所述整流器连接到机动车的车载电网。在此，通过作为调节参量的、流过电机的转子线圈的激励电流将车载电网的电压调节到额定值。此外至少监测相电压的时间变化曲线，当在此识别出相电压的改变和车载电网的在阈值带内改变的电压时，则推断出发电机单元中、即电机中和/或整流器中的故障。
以所述方式能够以简单的方式识别整流器和/或电机中的故障的不同类型。这是可能的，因为所述故障对相位中的至少一个的相电压产生影响。相电压优选地相对于固定的基准电位、例如接地而被确定。
能够识别，当例如由于短路或断开出现相电流中的不平衡性时，尤其产生至少一个相电压中的改变和车载电网电压在阈值带内的同时的变化曲线。这种故障典型地导致电机内的平衡效应，该平衡效应在系统参量、特别是所述相电压中的一个相电压反映相应故障的特征的改变中表现出来。因为所述反映特征的改变可以特别容易地识别，由此得出简单的和有效的可能性用于识别整流器和/或电机中的故障。此外，车载电网电压在阈值带内的变化曲线可以考虑为用于故障识别的附加准则。
优选地，当识别出相电压的脉冲时间宽度的改变的振荡变化曲线，其中，所述振荡的幅度超过阈值时，则推断出所述发电机单元中的故障。
所述故障典型地导致电机内的平衡效应，该平衡效应在系统参量、特别是所述相电压中的一个相电压反映相应故障的特征的改变中表现出来，其中，所述平衡效应通常提供振荡的数值。所述振荡特性反映所述故障的特征，因此，可以特别容易地、尤其通过测定所述振荡的幅度来识别故障。振荡的幅度在此理解为最大值和在振荡周期内的当前的平均值(例如有效值(均方根值，RMS)或平滑平均值)之间的差。相电压的脉冲时间宽度可以理解为在最大值或半值宽度下的脉冲宽度。
此外优选地，车载电网的在阈值带内改变的电压具有基本上恒定的平均的变化曲线。平均的变化曲线应该理解为在振荡周期内的当前的平均值(例如有效值(均方根值，RMS)或平滑平均值)的时间上的连续排列。通过所述准则可以得出车载电网电压在阈值带内的变化曲线对于干扰影响不敏感，这易于可靠地识别故障。
优选地，只有当相电压的脉冲时间宽度的改变的振荡变化曲线频率与电机的极对数和/或电机的当前的转速成比例时，才推断出发电机单元中的故障。由此可以抑制可能对振荡幅度产生影响的外来干扰。
符合目的地，所述故障包括整流器和车载电网之间的高侧电路中的短路和/或断开、整流器和车载电网之间的低侧电路中的短路和/或断开和/或相位彼此之间的短路。在电机中，所述故障包括定子相对于车载电网、即相对于正电压(B+)和/或负电压(B-)的短路、定子线圈的电线中的断开、定子线圈的电线之间的短路和/或不同相位之间的短路。因为电机、例如他励同步电机具有例如三个或五个相位，所以也可能产生包括不同相位的故障，尽管这也是不一定的。就这方面而言，也可能例如产生包括两个不同电路的短路或断开的故障。所述故障在此也是在发电机单元中通常产生的故障。特别是电路的短路或断开在此导致所述相电压中的一个相电压中明显的振荡，所述明显的振荡可以容易地识别。
所述方法相对于开头所述的和公知的通过检测激励电流的方法具有的优点是，通过检测和分析所述相电压中的一个相电压能够特别容易地识别整流器故障、特别是前述故障之一，因为所述故障典型地直接对所述相电压中的一个相电压产生影响。所述故障可以特别是根据其振荡幅度和/或振荡频率和/或信号变化曲线识别和区分。
有利的是，当一旦推断出所述发电机单元中的故障时，则执行对应措施。所述对应措施尤其包括特别是通过减小激励电流的额定值来减小激励电流，和/或减小最大允许激励电流和/或报告故障信息。由此可以一方面迅速地并且容易地保护车载电网和特别是与其连接的负载免受损害。此外可以保护电机以免过热，并且另一方面可以例如给机动车的驾驶员报警并且引发寻找工厂。
一种根据本发明的计算单元、特别是发电机调节器、例如机动车的控制单元尤其编程技术地设置用于执行根据本发明的方法。
附图说明
本发明的其他优点和构型由下述说明和附图得出。
本发明根据一个实施例在附图中示意性地示出并且在下文中参考附图来说明。
图1示意性地示出具有电机、整流器和发电机调节器的发电机单元，在所述发电机单元中能够执行根据本发明的方法；
图2a至2c示出了出自图1的具有整流器中的不同故障的发电机单元；
图3a至3c以图表示出对于图2a至2c中所示的故障的电压和电流变化曲线；
图4示出用于识别发电机中的故障的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出具有电机100的发电机单元，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，在所述计算单元中执行根据本发明的方法。电机100具有转子或励磁线圈110和定子线圈120并且在此用作用于给机动车的车载电网150供电的发电机。
电机100并且由此其定子线圈120在此构造为具有五个相位U，V，W，X和Z。所述五个相位中的每个相位在此通过整流器130的所属的二极管131与车载电网150的正极或高侧(High-Side)B+连接并且通过所属的二极管132与车载电网150的负极或低侧(Low-Side)B-连接。可理解的是，五个相位的数量在此仅仅示例性地选择，并且根据本发明的方法也能够以其他相位数量、例如3，6，7或更多个实施。同样可能的是，替代二极管使用适合的半导体开关。
发电机调节器140给转子线圈110提供激励电流IE。此外，发电机调节器140具有输入端用于检测车载电网电压B+和B-以及在此即相位Y的具有电压UY的相电压。从电机100示出的电流以IG示出。
在图2a至2c中分别示出了出自图1的分别具有整流器130中的特定故障的布置。
在图2a中示意性地示出了在此在相位U下在高侧电路中的短路。这可以例如在所属的二极管131短路时产生。
在图2b中示意性地示出了在此在相位U下在低侧电路中的短路。这可以例如在所属的二极管132短路时产生。
在图2c中示意性地示出了在此在相位U下在低侧电路中的断开。例如当所属的二极管132在该二极管的一侧或者如图中所示地在该二极管的两侧断开时，或者当二极管例如损坏时，产生所述断开。低侧电路中的断开相应地例如在二极管131断开或损坏时产生。
在图3a至3c中分别示出发电机电压U+、发电机电流IG、相位Y的相电压UY和激励电流IE关于时间t的变化曲线。在时间点t0之前存在所述布置的正常运行，并且在时间点t0上产生发电机单元中的故障。图3a至3c中的变化曲线在此相应于如图2a至2c中所示的故障的变化曲线。为此补充说明的是，各个图表的定标不仅在电流和电压的情况中而且在时间的情况中不总是一致的，然而这对于本发明是不重要的。
在图3a中可以看到，能够仅仅在产生故障之后的较短时间注意到在发电机电压下的高侧电路中的短路。发电机电压由此在时间点t0之后典型地在阈值带S内变化并且具有基本上恒定的平均的时间变化曲线。然而在阈值带S内的变化曲线不必强制地用于故障识别，而可以考虑作为附加的准则。发电机电流减小并且相电压Uy这样改变，即故障之后的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ2相对于故障之前的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ1明显改变。此外，相电压Uy的宽度的时间改变在准确观察下具有与无故障的变化曲线相比时间上振荡的变化曲线。相电压Uy的宽度的振荡的频率f在此相应于：
f＝n·PPZ/60，
其中，n是以1/min为单位的发电机转速，并且PPZ是发电机的极对数。
在图3b中可以看到，能够仅仅在产生故障之后的较短时间注意到在发电机电压下的低侧电路中的短路并且发电机电流减小。发电机电压在时间点t0之后同样典型地在阈值带S内变化并且具有基本上恒定的平均的时间变化曲线。然而在阈值带S内的变化曲线不必强制地用于故障识别，而可以考虑作为附加的准则。在相电压Uy方面，也如同在高侧电路中的短路的情况中(图3a)那样，识别出故障之后的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ2相对于故障之前的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ1的明显改变。此外，相电压Uy的宽度的时间改变在准确观察下具有与无故障的变化曲线相比时间上振荡的变化曲线，其中，相电压Uy的宽度的振荡的频率f按照与在图3a中相同的比例关系。
在图3c中可以看到，低侧电路中的断开导致发电机电压中的轻微振荡，然而所述振荡典型地在阈值带S内运动并且具有基本上恒定的平均的时间变化曲线。然而在阈值带S内的变化曲线不必强制地用于故障识别，而可以考虑作为附加的准则。发电机电流随着下述振动变化，在所述振荡中电流值分别随着到达相应的断开的低侧电路而趋向零。相电压Uy具有比在故障之前高的幅度，此外可以识别出故障之后的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ2相对于故障之前的相电压Uy的脉冲时间宽度Δ1的明显改变。此外，相电压Uy的宽度的时间改变在准确观察下具有与无故障的变化曲线相比时间上振荡的变化曲线，其中，相电压Uy的宽度的振荡的频率f按照与在图3a中相同的比例关系。
总之可以看到，根据相电压结合基本上恒定的发电机电压可以识别所有在整流器和/或机器中的所提及的故障。因为相电压以及发电机电压基于发电机调节器的调节总归被检测，所以本方法可以非常容易地在无进一步结构花费的情况下实现。
在图4中示出用于识别发电机单元中的故障的方法的示例性的流程图。在步骤200中测定相电压Uy的脉冲时间宽度并且必要时为了进一步处理而存储在存储器中。在步骤202中，将相电压Uy的各个脉冲的时间宽度彼此比较，以便确定是否存在时间脉冲宽度超过阈值的显著的偏差。此外可以检查，脉冲宽度是否经受振荡的改变206和208。
对于202被否定并且206同样被否定的情况，则不存在系统中的故障。对于202被否定而206被肯定的情况，可以在步骤214中检查，车载电网115的电压是否在阈值带S内变化和/或所述车载电网是否具有基本上恒定的平均的时间变化曲线。如果步骤214被否定，则系统处于不确定状态218中并且必要时可以输出故障信号或者所述状态可以通过其他在图3中所示的测量值中的一个测量值进行可信度检验。如果步骤214可被肯定，则发电机具有故障220。
对于202被肯定并且208(存在振荡改变)也被肯定的情况，可以检查，车载电网115的电压是否在阈值带S内变化和/或所述车载电网是否具有基本上恒定的平均的时间变化曲线222。对于208被肯定并且222同样被肯定的情况，则存在发电机的故障220。对于208被肯定并且222被否定的情况，系统处于不确定状态224中并且必要时可以输出故障信号或者所述状态可以通过其他在图3中所示的测量值中的一个测量值进行可信度检验。当208被否定时，则同样适用于这种情况。

Claims (12)

1.一种用于识别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线圈（110）和定子线圈（120）电机（100）和连接到所述电机上的整流器（130），所述电机（100）通过所述整流器连接到机动车的车载电网（150），其中，通过流过所述电机（100）的所述转子线圈（110）的激励电流（IE）将所述车载电网（150）的电压调节到额定值，并且监测所述定子线圈（120）的相电压（Uy）的变化曲线，其中，当识别出所述相电压（Uy）的改变时，则推断出所述发电机单元中的故障，其中，只有当识别出所述相电压（Uy）的时间上的脉冲宽度的改变的振荡变化曲线或者识别出所述相电压（Uy）的脉冲的增大的幅度时，才推断出所述发电机单元中的故障，其中所述振荡的幅度超过阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，此外当识别出所述车载电网（150）的在阈值带（S）内改变的电压时，则推断出所述发电机单元中的故障。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振荡的频率与所述电机（100）的极对数和/或当前的转速成比例。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述故障包括所述整流器（130）和所述车载电网（150）之间的高侧电路中的短路和/或断开、所述整流器（130）和所述车载电网（150）之间的低侧电路中的短路和/或断开、所述定子线圈相对于所述车载电网的短路、所述定子线圈（120）的电线中的断开、所述定子线圈的电线之间的短路和/或不同相位之间的短路。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述振荡的幅度和/或根据所述振荡的频率和/或根据所述相电压（Uy）的改变的振荡特征曲线推断出所述故障的类型。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当推断出所述发电机单元中的故障时，则执行对应措施。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对应措施包括减小所述激励电流（IE）的数值，和/或减小最大允许激励电流和/或报告故障信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过减小所述激励电流（IE）的额定值来减小所述激励电流（IE）的数值。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将所述激励电流（IE）调节到额定值。
10.一种计算装置（140），其设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
11.根据权利要求10所述的计算装置（140），其特征在于，所述计算装置是发电机调节器。
12.一种机器可读的存储介质，具有存储在其上的计算机程序，当所述计算机程序在计算装置（140）实施时，所述计算机程序使得所述计算装置（140）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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