CN108781046A - 电机启动器和诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机(20)的电机启动器(10)，其中电机启动器(10)包括第一和第二相(12、14)。第一和第二相分别对应有开关设备(29、31)，开关设备在旁通电路中分别具有电机械开关(22、24)和半导体开关(23、25)。电机械开关(22、24)和半导体开关(23、25)构造成通过控制单元(40)可单独操作的，并且第一和第二相(12、14)与被动过流保护器(30)连接。被动过流保护器(30)对于每个相都具有熔丝(32、34、36)。根据本发明，在相(12、14)的至少一个中，沿着相方向直接在被动过流保护器(30)与开关设备(29、31)中的至少一个之间布置测量设备(42、44)。本发明还涉及一种诊断方法(100、200、300)，利用该诊断方法在激活序列的情况下能够诊断电机启动器(10)中的故障。

Description

电机启动器和诊断方法

技术领域

本发明涉及一种电机启动器和诊断方法，该诊断方法能够在电机启动器的运行期间执行。

背景技术

从DE 40 08 002 A1中已知一种用于伺服驱动器的控制装置，伺服驱动器利用三相交流电流来驱动。伺服驱动器具有电机并且在三个相的每个中都配设有熔丝。每个相也设有旁通接触器，旁通接触器由半导体阀门装置桥接。此外，在相中存在换向接触器，换向接触器实现了右旋与左旋之间的切换。在换向接触器与旁通接触器之间，也为每个相配设电流测量设备，电流测量设备检测到相应相中的电机电流。

DE 10 2005 36 777 A1中公开一种具有换向接触器电路的三相功率终放级，换向接触器电路连接到两个相处。在这些相的两个中，也分别接入继电器，继电器由半导体开关元件桥接。在另一相中也布置有两个串联的继电器。

已知的解决方案需要大量器件，以便确保足够的运行安全性。此外，已知的电路仅能耗费地匹配于不同的电机类型、例如单相和多相驱动的电动机。由于已知解决方案的高度复杂性，这些电路的自动自我诊断仅能够以很高的耗费来应用。关于电机启动器存在以下需求，其能以最小耗费匹配于不同电机类型、提供高度的运行安全性并对此需要器件的数量降低。此外，对于这种电机启动器存在关于诊断方法的以下需求，该诊断方法可靠地允许区别性的错误识别。诊断方法应当能快速自动地执行并且在不损害操作性的情况下嵌入到电机启动器的运行中。

发明内容

所概述的目的通过根据本发明的电机启动器来实现。电机启动器与供电装置连接，经由供电装置驱动由电机启动器控制的电动机。电机启动器包括第一相和第二相，在这些相中分别布置开关设备。开关设备构造用于，针对性地中断相应的相，即针对性地断开和闭合相应的相。开关设备分别基本上构造为电机械开关与半导体开关的组合。电机械开关和半导体开关布置在旁通电路中，使得半导体开关和电机械开关相互桥接。开关设备构造成，当至少闭合半导体开关或电机械开关时，实现相应的相中的电通流。在开关设备中，电机械开关和半导体开关单个地与电机启动器的控制单元连接。单个的连接确保了，每个电机械开关和每个半导体开关能够由控制单元单独地操控，即操作，其中，电机械开关例如能够构造为继电器，半导体开关例如能够构造为晶闸管或三端双向交流开关。由于可单独操控开关设备的部件，实现了开关设备的时间精确的且技术上区分的操作。

此外，根据本发明的电机启动器在第一相和第二相中配设有被动过流保护器。被动过流保护器是防止相中的会导致电动机损坏的电流强度的安全措施。在此，过流保护器仅具有在没有其他部件干预下自主地引发安全运行状态的部件，例如熔丝。安全运行状态例如能够被理解为，在出现损坏之前中断电动机的电流供应。根据本发明，被动过流保护器具有第一相中的第一熔丝和第二相中的第二熔丝。

在根据本发明的电机启动器中，在相的至少一个中布置有用于测量相应的相中的电流强度的测量设备。根据本发明，至少一个测量设备在相的至少一个中沿着相方向布置在被动过流保护器与开关设备之一之间。由此，在相的至少一个中，被动过流保护器、至少一个测量设备和所属的开关设备串联。沿着相方向因此意味着，在正常条件下沿着从供电装置到电动机的电通流，正常条件即在相之间有例如由于具有压敏电阻的过压保护器实现的最多可忽略的电通流。

至少一个测量设备的根据本发明的布置使得，在电动机激活或去激活的情况下，通过相应地选择的开关频率执行电机启动器的区分的诊断。以简单的方式能够建立多种开关状态，其中根据电通流的存在或缺失不仅能够一般性地确定运行流程中的错误。更确切地说，能够实现精确的诊断，通过该诊断能识别出单个部件、例如半导体开关的故障或明确数量的部件的故障。在此，根据本发明的电机驱动器以少量构件就足以实现，并且在此同时提供提高的功能范围。诊断功能尤其使得对于具有高安全要求的技术应用来说能够使用根据本发明的电机启动器。此外，根据本发明的电机启动器不仅适合应用于三相电动机而且也适合应用于单相电动机。此外，根据本发明的电机启动器能够构成为直接启动器或换向启动器。由此，开辟了更大的可使用范围。此外，根据本发明的电机启动器实现了三取二冗余原理(即2-out-of-3冗余或简称2oo3冗余)。由于低数量的器件，在所要求保护的电机启动器中仅会存在降低数量的可能的开关状态，从而利用1oo2冗余就已经能够实现高度的运行安全性。

在本发明的优选实施方式中，开关设备中的至少一个具有持续运行电流极限，持续运行电流极限基本上对应于正常的运行电流。这种对应在此基本上应理解为在考虑技术上常见的制造和测量公差的情况下的数值上的等同。对于电动机的持续运行而言，尤其设有电机械开关，从而该电机械开关基本上根据该持续运行电流极限来设计规格。在根据本发明的电机启动器中，开关设备由此具有相对于常规的持续运行降低的设计备用量。由此，提高了器件利用并且提高电机启动器的总效率。因此，根据本发明的电机启动器以更简单的、设计规格更小的器件就足以实现，器件同时是成本更有效的。

还优选的是，被动过流保护器中的熔丝中的至少一个的规格设计为，使得其在参考电流强度下具有一个触发时长，该触发时长基本上对应于开关设备中的一个的反应时长。开关设备的反应时长是如下时间，其从识别到过流事件直至执行适当的对策、即断开开关设备为止。此外，开关设备的开关时长、尤其是所属的电机械开关的开关时长也属于反应时间。因此，参考电流强度形成极限情况，在极限情况下，在相的一个中的开关设备对过流事件与所属的熔丝相同快速地作出反应。更优选地，相应的开关设备构造用于，对于反应时长的长度经受住参考电流强度。反应时长位于5ms至25ms，优选10ms至20ms，更优选13ms至17ms的范围中，特别优选是15ms。这种时长仅需要相对于持续运行电流极限略微超规格的设计。结果，在熔丝的情况中进一步提高了所使用的部件的利用率。因此，在所要求保护的电机启动器中，基本上可以存在两种类型的过流事件。第一类型是所谓非临界过流事件，其中电流强度低于参考电流强度并且首先开关设备中的一个在相应的相中中断供电、电通流。第二类型是所谓的超临界过流事件，其中电流强度超过参考电流强度，并且熔丝中断在相应的相中的电通流。两种类型之间的重叠区域被最小化，从而在此也实现了高的器件利用。根据本发明的解决方案借助在考虑开关设备的情况下相应调整的熔丝设计规格利用了令人惊讶简单的参数，以便提供电机启动器，该电机启动器在器件数量减小的情况下提供高度的安全性并且同时其制造简单且经济。

根据本发明的电机启动器能够构造为，使得在第一相中布置第一测量设备，并且在第二相中布置第二测量设备。在三相电动机、因此也在开关全部三个相的电机启动器的情况下，两个测量设备的应用提供了详细的诊断可行性。由此，能够节省附加的第三测量设备，并且限制电机启动器的功能范围。

在本发明的另一实施方式中，电机启动器在两个相上、优选第二和第三相上配设换向开关设备。利用换向开关设备，电机启动器形成换向启动器。换向开关设备在此包括两个换向继电器和两个直接继电器。换向继电器和直接继电器与两个相如下地连接，使得相能够被有针对性地交换。对此，换向继电器和直接继电器与电机启动器的控制单元连接并且可单独地操控和操作。换向继电器和直接继电器优选能够被功能协调地操控，使得能够在右旋、左旋与静止状态(即电流中断)之间来操控电动机。根据本发明的电机启动器的结构因此适合最广泛流行的电机启动器构造型式。因此，所要求保护的电机启动器在调整耗费最小的情况下能够以不同的变体来制成。因此，根据本发明的电机启动器在制造上是成本尤其高效的。

所基于的目的还通过下面描述的用于电机启动器的诊断方法来实现。所要求保护的诊断方法尤其适合于根据上面描述的实施方式之一的电机启动器，电机启动器构造为直接启动器。此外，电动机在此构造为三相的并且设置用于驱动机械负载。诊断方法在电机启动器的激活序列的过程内进行。在第一方法步骤，即步骤a)中，提供处于非激活状态的电机启动器。在非激活状态下，电机启动器的全部能开关的部件、即例如半导体开关和电机械开关都处于断开状态。在一后续方法步骤，即步骤b)中，利用第一电机械开关闭合第一相。由于开关设备中的旁通电路，由此，在第一相中存在从供电装置到电动机的能导电的连接。在一后续方法步骤，即步骤c)中，再次断开第一相并且利用第三电机械开关闭合第三相。在该步骤中，再次中断沿着第一相的能导电的连接并且在第三相中建立供电装置与电动机之间的能导电的连接。在一后续方法步骤，即步骤d)中，闭合第一相中的第一半导体开关并且闭合第二相中的第二半导体开关。在此，闭合通过激活式操控来进行。激活式操控在此应理解为如下形式的操作，其中相应的半导体开关在使用电能的情况下建立相应的相中的能导电的连接。在使用的电能撤销进而激活式操控撤销的情况下，半导体开关再次返回到如下状态，在该状态下在相应的相中不再存在能导电的连接。

在一后续的方法步骤，即步骤e)中，闭合第一相中的第一电机械开关并且闭合第二相中的第二电机械开关。随后进行如下方法步骤，即步骤f)，其中拒绝半导体开关的激活式操控，并且半导体开关返回到断开状态。由于半导体开关与电机械开关之间的旁通电路，在正常运行中，在第一和第二相中继续存在能导电的连接。所概述的对于电机械开关和半导体开关的操作通过电机启动器的控制单元来触发。在所描述的激活序列的过程中，电动机投入运行。

在电机启动器的第一和第二相中，相应地布置有第一和第二测量设备，第一和第二测量设备构造用于：测量相应的相中的电通流并且将所属的测量数据报告给控制单元。基于此，借助控制单元能识别出电通流在相应的相中的存在性。在激活序列的每个阶段中，在电机启动器的正常状态、即无错误状态下，明确地限定：是否存在电通流。相对于前述的偏差则为电机启动器的可借助控制单元检测的错误。

在根据本发明的方法中，如果在步骤b)中闭合电机械开关时在第一和/或第二相中借助测量设备中的至少一个识别出电通流时，则识别电机启动器的错误。由此，尤其可识别第二相中的第二电机械开关或第二半导体开关的故障。附加地或替代地，在根据本发明的诊断方法中，当在步骤c)中在闭合第三相中的第三电机械开关之后借助测量设备中的至少一个在第一和/或第二相中检测到电通流时，则识别电机启动器的错误。由此，尤其识别出第一相中的第一电机械开关或第一半导体开关的故障。

附加地或替代地，在根据本发明的方法中，当在步骤d)中闭合半导体开关之后借助测量设备的至少一个在第一和/或第二相中检测到为零的电通流时，则识别电机启动器的错误。在此，电通流为零理解为如下电通流，其在数值上对于电动机的运行来说显著过低并且不可归因于电机启动器中的技术故障。对于为零的电通流的检测来说，可应用常见的测量公差。

所基于的目的还通过下面简述的诊断方法来实现。诊断方法也可在上面详细描述的电机启动器中执行，电机启动器构造为换向启动器。电机启动器构造成三相的并且与三相的电动机连接，三相的电动机设置用于驱动机械负载。

诊断方法在电机启动器的激活序列的过程内进行。在第一方法步骤，即步骤a)中，提供处于非激活状态的电机启动器。在非激活状态下，电机启动器的全部能开关的部件、即例如半导体开关和电机械开关、换向继电器和直接继电器都处于断开状态。在一后续方法步骤，即步骤b)中，利用第一半导体开关闭合第一相。闭合通过半导体开关的激活式操控来进行。由于开关设备中的旁通电路，由此，在第一相和第二相中存在从供电装置到电动机的能导电的连接。在另一后续方法步骤，即步骤c)中，再次断开第一和第二半导体开关。同样地，在换向开关设备中闭合换向继电器或直接继电器，换向继电器或直接继电器接通到第二和第三相上。在该步骤中，在第三相中建立供电装置与电动机之间的能导电的连接。在另一后续方法步骤，即步骤d)中，再次闭合第一相中的第一半导体开关和第二相中的第二半导体开关。在此，闭合也通过激活式操控来进行。

在另一后续方法步骤，即步骤e)中，闭合第一相中的第一电机械开关并且闭合第二相中的第二电机械开关。随后进行如下方法步骤，即步骤f)，其中拒绝半导体开关的激活式操控，并且半导体开关返回到断开状态。由于半导体开关与电机械开关之间的旁通电路，在正常运行中，在第一和第二相中继续存在能导电的连接。所概述的对于电机械开关和半导体开关的操作通过电机启动器的控制单元来触发。在所描述的激活序列的过程中，电动机投入运行。

在电机启动器的第一和第二相中，相应地布置有第一和第二测量设备，第一和第二测量设备构造用于：测量相应的相中的电通流并且将所属的测量数据报告给控制单元。基于此，借助控制单元能识别出电通流在相应的相中的存在性。在激活序列的每个阶段中，在电机启动器的正常状态、即无错误状态下，明确地限定：是否存在电通流。相对于前述的偏差则为电机启动器的可借助控制单元检测的错误。

在根据本发明的方法中，如果在步骤b)中闭合半导体开关时在第一和/或第二相中借助测量设备中的至少一个识别出电通流时，则识别出电机启动器的错误。由此，尤其可识别第二或第三相中的换向继电器之一或直接继电器之一的故障。附加地或替代地，在根据本发明的诊断方法中，当在步骤c)中断开换向开关设备之后借助测量设备中的至少一个在第一和/或第二相中检测到电通流时，则识别电机启动器的错误。由此，尤其识别第一或第二相中的第一和/或第二电机械开关或第一和/或第二半导体开关的故障。

附加地或替代地，在根据本发明的方法中，当在步骤d)中闭合半导体开关之后借助测量设备的至少一个在第一和/或第二相中检测到为零的电通流时，则识别电机启动器的错误。在此，电通流为零理解为如下电通流，其在数值上对于电动机的运行来说显著过低并且不可归因于电机启动器中的技术故障。对于为零的电通流的检测来说，可应用常见的测量公差。

根据本发明的诊断方法需要具有减少的步骤数量的激活序列，并且同时提供如下可行性：定位或至少以小范围圈定电机启动器中的错误、尤其是部件的故障。诊断方法采用相对简单的测量数据，确切地说验证是否存在电通流。测量数据的数值上精确分辨是非必要的。此外，根据本发明的诊断方案在全部变体中能够通过相应的软件编程到电机启动器的控制单元中。借助对于电机启动器的编程能够轻松地选择诊断方法的相应变体。这种软件仅需要极低的存储和计算耗费，并且因此也能够转用于具有低计算能力的硬件、尤其是微控制器上。此外，根据本发明的诊断方法能够在两个概述变体中在直至150ms的、尤其直至100ms的、尤其优选直至85ms时间段中执行。在不损害电机启动器的操作的情况下，这种快速诊断能够在电机启动器的每次激活时执行。通过电机启动器的由此可行的连续诊断实现高度安全性。对于电机启动器中的错误的定位也简化了其维修。整体上，提供稳定的、可自动执行的且区分式的诊断方法，该诊断方法能够以低硬件耗费在电机启动器上实现。

本发明的优选实施方式根据在第一和第二相中的测量结果在步骤d)和e)中识别出第一或第二半导体开关的故障。在此，首先在步骤d)中在闭合半导体开关之后检测第一和/或第二相中的电通流。此外，在步骤e)中在闭合电机械开关之后借助至少一个测量设备检测为零的电通流。

替代地，在根据本发明的诊断方法中检测：何时没有接通电负载。这种无电负载性通过在方法步骤d)和e)中对至少一个测量设备的评估来得出。在此，首先在步骤d)中在闭合半导体开关之后检测到为零的电通流。此外，在步骤e)中在闭合电机械开关之后由至少一个测量设备在第一和第二相中也检测到为零的电通流。由此，根据本发明的方法不仅在换向启动器和直接启动器中能够实现关于电机启动器的状态的另外的区分式诊断。由此能够自动地识别更大数量的故障情况，从而提高了运行安全性的程度。

本发明的另一实施方式当在步骤f)中在拒绝半导体开关的激活式操控之后测量设备中的至少一个检测到为零的电通流时，识别第一和/或第二电机械开关的故障。由此也继续构建了错误诊断的可行性。

所基于的目的还通过下面详细描述的诊断方法来实现。其中电机启动器构造为直接启动器，电机启动器与单相电动机连接，利用该单相电动机驱动机械负载。

诊断方法在电机启动器的激活序列的过程内进行。在第一方法步骤，即步骤a)中，提供处于非激活状态的电机启动器。在非激活状态下，电机启动器的全部能开关的部件、即例如半导体开关和电机械开关处于断开状态。在一后续方法步骤，即步骤b)中，利用第一电机械关闭合第一相。由于开关设备中的旁通电路，由此，在第一相中存在从供电装置到电动机的能导电的连接。在另一后续方法步骤，即步骤c)中，再次断开第一相。在另一后续方法步骤，即步骤d)中，闭合第一相中的第一半导体开关和第二相中的第二半导体开关。在此，闭合也通过激活式操控来进行。激活式操控在此应理解为如下形式的操作，其中相应的半导体开关在使用电能的情况下建立相应的相中的能导电的连接。在使用的电能撤销进而激活式操控撤销的情况下，半导体开关再次返回到如下状态，在该状态下在相应的相中不再存在能导电的连接。

在另一后续方法步骤，即步骤e)中，闭合第一相中的第一电机械开关并且闭合第二相中的第二电机械开关。随后进行如下方法步骤，即步骤f)，其中拒绝半导体开关的激活式操控，并且半导体开关返回到断开状态。由于半导体开关与电机械开关之间的旁通电路，在正常运行中，在第一和第二相中继续存在能导电的连接。所概述的对于电机械开关和半导体开关的操作通过电机启动器的控制单元来触发。在所描述的激活序列的过程中，电动机投入运行。

在电机启动器的第一和第二相中，相应地布置有第一和第二测量设备，第一和第二测量设备构造用于：测量相应的相中的电通流并且将所属的测量数据报告给控制单元。基于此，借助控制单元能识别出电通流在相应的相中的存在性。在激活序列的每个阶段中，在电机启动器的正常状态、即无错误状态下，明确地限定：是否存在电通流。相对于前述的偏差则为电机启动器的可借助控制单元检测的错误。

在根据本发明的方法中，如果在步骤b)中闭合电机械开关时在第一和/或第二相中借助测量设备中的至少一个识别出电通流，则识别电机启动器的错误。由此，尤其可识别第二相中的第二电机械开关或第二半导体开关的故障。附加地或替代地，在根据本发明的诊断方法中，当在步骤c)中在第三相中的第三电机械开关闭合之后借助测量设备中的至少一个在第一和/或第二相中检测到电通流时，则识别电机启动器的错误。由此，尤其识别第一相中的第一电机械开关或第一半导体开关的故障。

附加地或替代地，在根据本发明的方法中，当在步骤d)中闭合半导体开关之后借助测量设备的至少一个在第一和/或第二相中检测到为零的电通流时，则识别电机启动器的错误。在此，电通流为零理解为如下电通流，其在数值上对于电动机的运行来说显著过低并且不可归因于电机启动器中的技术故障。对于为零的电通流的检测来说，可应用常见的测量公差。

本发明的优选实施方式根据第一和第二相中的测量结果在步骤d)和e)中识别第一或第二半导体开关的故障。在此，首先在步骤d)中在闭合半导体开关之后检测第一和/或第二相中的为零的电通流。此外，在步骤e)中在闭合电机械开关之后借助至少一个测量设备检测电通流。

替代地，在根据本发明的诊断方法中检测：何时没有接通电负载。这种无电负载性通过在方法步骤d)和e)中对至少一个测量设备的评估来诊断出。在此，首先在步骤d)中在闭合半导体开关之后检测到为零的电通流。此外，在步骤e)中在闭合电机械开关之后由至少一个测量设备在第一和第二相中也检测到为零的电通流。由此，根据本发明的方法不仅在换向启动器和直接启动器中能够实现关于电机启动器的状态的另外的区分式诊断。由此能够自动地识别更大数量的故障情况，从而提高了运行安全性的程度。

在本发明的另一实施方式，当在步骤f)中在拒绝半导体开关的激活式操控之后测量设备中的至少一个检测到为零的电通流时，识别第一和/或第二电机械开关的故障。由此也继续构建了错误诊断的可行性。

附图说明

下面，根据图1至4中的实施方式详细阐述本发明。详细地示出：

图1是根据本发明的电机启动器的第一实施方式的结构的示意图；

图2是根据本发明的电机启动器的第二实施方式的结构的示意图；

图3是被动过流保护器的熔丝的特征曲线图；

图4是根据本发明的诊断方法的流程的示意图。

具体实施方式

图1中示意地示出根据本发明的电机启动器10，电机启动器构造为用于驱动三相电动机20的直接启动器。电动机20用于驱动机械负载21并且通过未详细示出的供电装置18馈电。电机启动器10具有第一、第二和第三相12、14、16，这些相配设有被动过流保护器30。被动过流保护器30具有第一、第二和第三熔丝32、34、36，熔丝根据参考电流强度38来设计。在电机启动器20中也布置了具有多个耦联的压敏电阻49的过压保护器47。压敏电阻49从相起分支出并且在正常运行中不引导电流。此外，在电机启动器20中，根据图1，在第一相12中设有第一开关设备29。

第一开关设备29包括第一电机械开关22和半导体开关23，第一电机械开关和半导体开关布置在旁通电路中。由此能够沿着相方向19在第一相12中建立能导电的连接。第一电机械开关22用于，持久地传输在第一相12中正常存在的运行电流48。第一电机械开关22的规格设计成，其具有持续运行电流极限28，持续运行电流极限基本上对应于正常的运行电流48。由于此，第一电机械开关22相对于持续运行状态具有减小的电容储备。此外，第一电机械开关22具有操作时间55。其应理解为在从电机启动器10的控制单元40获得控制命令41与结束转用开关命令41之间所经过的时长。第一电机械开关22比第一半导体开关23更慢，进而限定了第一开关设备29的反应时间59。

在第二相14中布置第二开关设备31，第二开关设备具有第二电机械开关24和第二半导体开关25。第二开关设备31在结构和工作方式方面对应于第一开关设备29，从而相同的附图标记在第二开关设备31处也具有相同的意义。

在第三相16中布置有第三电机械开关26，第三电机械开关在持续运行电流极限28方面与第一和第二电机械开关22、24相同地设计。第三电机械开关26也能够单独地经由控制命令41由控制单元40操作。此外，在第一和第二相12、14中分别布置有测量设备42、44，测量设备构造用于检测相应的相12、14中的电流强度。沿着相方向19观察，第一相12中的第一测量设备42直接放置在第一熔丝32与第一开关设备29之间。与此类似地，第二测量设备44布置在第二相14中，沿着相方向19观察，第二测量设备直接处于第二熔丝34与第二开关设备31之间。这两个测量设备42、44与控制单元40连接，并且将检测到的电流强度作为测量数据45发送给控制单元40。

在通过连续地调整特定的开关状态来激活电机启动器10时，根据图1的结构允许区分地诊断电机启动器10。此外，通过图1的结构，实现具有降低的器件数量的电机启动器10，电机启动器转用了3取2冗余、简称2oo3冗余原理。由此，在结构简单且经济的情况下并且同时有高可靠性的情况下，根据本发明的电机启动器10为三相电动机20提供了精确的诊断可行性。

图2示意地示出根据本发明的电机启动器10的第二实施方式的结构，电机启动器构造为换向启动器。电动机20用于驱动机械负载21并且通过未详细示出的供电装置18馈电。电机启动器10具有第一、第二和第三相12、14、16，这些相配设有被动过流保护器30。被动过流保护器30具有第一、第二和第三熔丝32、34、36，熔丝根据参考电流强度38来设计。在电机启动器20中也布置了具有多个耦联的压敏电阻49的过压保护器47。压敏电阻49从相分支出并且在正常运行中不引导电流。此外，在电机启动器20中，根据图2，在第一相12中设有第一开关设备29。

第一开关设备29包括第一电机械开关22和半导体开关23，第一电机械开关和半导体开关布置在旁通电路中。由此能够沿着相方向19在第一相12中建立能导电的连接。第一电机械开关22用于，持久地传输在第一相12中正常存在的运行电流48。第一电机械开关22的规格设计成，其具有持续运行电流极限28，持续运行电流极限基本上对应于正常的运行电流48。由于此，第一电机械开关22相对于持续运行状态具有减小的电容储备。此外，第一电机械开关22具有操作时间55。其应理解为在从电机启动器10的控制单元40获得控制命令41与结束转用控制命令41之间所经过的时长。第一电机械开关22比第一半导体开关23更慢，进而限定第一开关设备29的反应时间59。

在第二相14中布置第二开关设备31，第二开关设备具有第二电机械开关24和第二半导体开关25。第二开关设备31在结构和工作方式方面对应于第一开关设备29，从而相同的附图标记在第二开关设备31处也具有相同的意义。

此外，在图2中，换向开关设备70布置在第二和第三相14、16中，换向开关设备构造用于，在电动机20中调整右旋或左旋。换向开关设备70包括第一换向继电器71和第二换向继电器72，经由第一和第二换向继电器能够将第二相14与第三相16连接。同样，换向开关设备70包括第一和第二电机械开关，第一和第二电机械开关构造为第一和第二直接继电器26、27。第一直接继电器26在结构和工作方式方面对应于图1的第三电机械开关28。第一和第二直接继电器26、27分别具有持续运行电流极限28，持续运行电流极限基本上对应于运行电流48，运行电流在正常运行中存在于三个相12、14、16中。直接继电器26、27和换向继电器71、72能够单独地通过控制单元40经由控制命令41来操作。直接继电器26、27和换向继电器71、72的操作以协调的方式进行，使得直接继电器26、27和换向继电器71、72成对地被操控。在右旋和左旋之间进行切换时，首先断开继电器对之一，并且随后闭合另一个继电器对。此外，通过断开这两个继电器对，能够中断第二和第三相12、14中的电通流。

此外，在第一和第二相12、14中分别布置测量设备42、44，测量设备构造用于检测相应的相12、14中的电流强度。沿着相方向19观察，第一相12中的第一测量设备42直接放置在第一熔丝32与第一开关设备29之间。与此类似地，第二测量设备44布置在第二相14中，沿着相方向19观察，第二测量设备直接处于第二熔丝34与第二开关设备31之间。这两个测量设备42、44与控制单元40连接，并且将检测到的电流强度作为测量数据45发送给控制单元40。

在通过连续地调整特定的开关状态来激活电机启动器10时，根据图2的结构允许区分地诊断电机启动器10。此外，通过图2的结构，实现具有降低的器件数量的电机启动器10，电机启动器在每个相中转用了3取2冗余、简称2oo3冗余原理。由此，在结构简单且经济的情况下并且同时有高可靠性的情况下，根据本发明的电机启动器10为三相电动机20提供了精确的诊断可行性。

图3中示出在根据本发明的电机启动器10(例如在图1或2中示出)中的熔丝32、34、36的特征曲线图。在图3中，水平轴描绘出电流强度54，电流强度流动经过所观察的熔丝32、34、36。在纵轴上描绘出触发时间56，当存在相应的电流强度54时，在触发时间中熔丝32、34、36作出反应。为了更好地概述，图表以双对数图示出。图3示出作为竖直线的运行电流48，运行电流在正常运行中流动经过熔丝32、34、36。运行电流48低于触发最小值58。在低于触发最小值58时，熔丝32、34、36完全不作出反应。特征曲线52在参考电流强度38的情况下具有触发时长57，其表征设计点61。在设计点61中，触发时间57对应于电机启动器10的未详细示出的开关设备29、31的反应时间55。在设计点中因此存在参考过流事件60，熔丝32、34、36与未示出的开关设备29、31刚好一样快速地对该参考过流事件作出反应。开关设备针对如下地设计，在设计点55中，至少或刚好对于触发时长57或反应时间55经受住参考电流强度38。

在所提出的非临界过流事件62的情况下，在熔丝32、34、36中存在非临界的电流强度66，其中触发时长65超过反应时间55。在该情况下，开关设备29、31首先作出反应，从而不需要通过熔丝32、34、36实现的进一步措施。

在所谓的超临界过流事件64中，存在相对于参考过流事件60提高的电流强度68。由此引起的触发时长67小于在参考情况下的触发时长57，或小于开关设备29、31的反应时间55。在超临界过流事件64中，首先通过熔丝32、34、36采取对策，从而开关设备29、31的进一步行为是不重要的。

图4示出根据本发明的诊断方法100、200、300的流程图，诊断方法能够利用例如在图1和2中示出的根据本发明的电机启动器10来转用。在全部三个变体中首先进行第一方法步骤110、210、310，在第一方法步骤中提供在非活跃状态下的电机启动器10。在非活跃状态下，电机启动器10正常处于没有电流流动的开关状态。在后续的第二方法步骤120、220、320中，闭合电机启动器10中的未详细示出的第一相12。这在第一和第三诊断方法100、300中借助第一电机械开关22来实现。在第二诊断方法200中，第一相12利用第一半导体开关23来闭合。附加地，在第二方法步骤220中也利用第二半导体开关25闭合第二相14。随后，在第一和第二相12、14中借助测量设备42、44检测电通流。如果在第二方法步骤120、220、320中在这两个相12、14之一中检测到电通流，那么在第一诊断步骤125、225、325中识别电机启动器20的错误。在诊断方法100的第一变体中，在第一诊断步骤125中，诊断第二相14中的第二电机械开关24的故障、第三相16中的第三电机械开关26的故障、或至少一个半导体开关23、25的故障。在第二诊断方法200中，在第一诊断步骤225中识别换向继电器71、72或直接继电器26、27的故障。在第三诊断方法300中，识别第二相14中的第二电机械开关24的故障。

在一后续方法步骤130、230、330中再次断开第一相12、14。除此之外，在第一诊断方法100、200中在第三方法步骤130中利用第三电机械开关26闭合第三相26。在第二诊断方法200中，在第三方法步骤230中，换向开关设备70闭合换向继电器71、72或直接继电器26、27，从而在第二和第三相14、16中存在能导电的连接。第二诊断步骤135、235、335跟随在第三方法步骤130、230、330之后，在第二诊断步骤中，当至少在第一或第二相12、14中检测到电通流时，识别电机启动器10的错误。在第一和第三诊断方法100、300中，在第二诊断步骤135、335中，检测在第一相12中的第一电机械开关22的故障或第一半导体开关23的故障。在第二诊断方法200中，在第二诊断步骤235中，在第一或第二相12、14中检测两个半导体23、25之一的或电机械开关22、24之一的故障。

随后，在诊断方法的三个变体100、200、300中，进行第四方法步骤140、240、340，在第四方法步骤中闭合第一和第二半导体开关23、25。在此，通过直接操控来闭合半导体开关23、25。第三诊断步骤145、245、345跟随在第四方法步骤140、240、340之后。如果在第三诊断步骤145、245、345中检测到为零的电通流，那么由此识别电机启动器10的错误。为了更详细辨别错误，随后执行第五方法步骤150、250、350。其中，闭合第一和第二相12、14中的第一和第二电机械开关22、24，并且随后重新检测第一和第二相12、14中的电通流。在第四诊断步骤155、255、355中考虑根据第五方法步骤150、250、350的检测结果。如果在第三诊断步骤145、245、345中并且在第四诊断步骤155、255、355中检测到为零的电通流，那么识别电动机20的无电负载性。这意味着，要驱动的机械负载21不与电动机20耦联。

当在第三诊断步骤145、245、345中检测到为零的电通流并且在第四诊断步骤155、255、355中检测到电通流时，那么由此辨别至少一个半导体开关23、25故障。

在根据本发明的诊断方法的三个变体100、200、300中，随后是第六方法步骤160、260、360，在第六方法步骤中拒绝半导体开关23、25的激活式操控。随后检测第一和第二相12、14中的电通流并且在第五诊断步骤165、265、365中对该检测进行评估。如果在第五诊断步骤165、265、365中检测到为零的电通流，那么辨别第一和/或第二电机械开关22、24的故障。

在辨别出错误的情况下，在根据本发明的诊断方法100、200、300中通过控制单元40基于编程输出警告，和/或执行附加的保险措施。附加的保险措施能够是阻挡电机启动器10的再接通。

在第六方法步骤160、260、360之后，电机启动器10在无错误运行中达到其持续运行状态170、270、370，在持续运行状态中所有相12、14、16中的电流经由电机械开关22、24、26或换向继电器71、72或直接继电器26、27来引导。

Claims (15)

1.一种用于电动机(20)的电机启动器(10)，所述电机启动器包括第一相和第二相(12、14)，所述第一相和所述第二相分别对应有开关设备(29、31)，所述开关设备在旁通电路中分别具有电机械开关(22、24)和半导体开关(23、25)，其中所述电机械开关(22、24)和所述半导体开关(23、25)构造成通过控制单元(40)能够被单独操作的，并且所述第一相和所述第二相(12、14)与被动过流保护器(30)连接，所述被动过流保护器对于每个所述相都具有熔丝(32、34、36)，其特征在于，在所述相(12、14)的至少一个中，沿着相方向直接在所述被动过流保护器(30)与所述开关设备(29、31)中的至少一个之间布置测量设备(42、44)。

2.根据权利要求1所述的电机启动器(10)，其特征在于，所述开关设备(29、31)中的至少一个具有持续运行电流极限(28)，所述持续运行电流极限对应于正常的运行电流(48)。

3.根据权利要求1或2所述的电机启动器(10)，其特征在于，所述熔丝(32、34、36)中的至少一个在参考电流强度(38)的情况下具有触发时长(57)，所述触发时长对应于所述开关设备(29、31)中的至少一个的反应时长(59)。

4.根据权利要求3所述的电机启动器(10)，其特征在于，所述开关设备(29、31)中的至少一个构造用于，对于所述反应时长(59)经受住所述参考电流强度(38)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机启动器(10)，其特征在于，第一测量设备(42)布置在所述第一相(12)中，并且第二测量设备(14)布置在所述第二相(14)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机启动器(10)，其特征在于，换向开关设备(70)连接到两个相(12、14、16)处，以用于交换所述两个相(12、14、16)。

7.一种用于电机启动器(10)的诊断方法(100)，所述电机启动器构造为直接启动器并且与三相电动机(20)连接，所述诊断方法包括如下步骤：

a)提供处于非激活状态的所述电机启动器(10)；

b)利用第一电机械开关(22)闭合第一相(12)；

c)断开所述第一相(12)并且闭合第三相(16)中的第三电机械开关(26)；

d)所述第一相(12)中的第一半导体开关(23)和所述第二相(14)中的第二半导体开关(25)通过激活式操控半导体开关(23、25)来闭合；

e)闭合所述第一相(12)中的第一电机械开关(22)和所述第二相(14)中的第二电机械开关(24)，所述第一电机械开关和所述第二电机械开关分别与所述第一半导体开关和所述第二半导体开关(23、25)形成旁通电路；

f)拒绝对所述半导体开关(23、25)的激活式操控；

其中，当在步骤b)和/或步骤c)中借助至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14、16)中检测到电通流时，和/或在步骤d)中借助所述至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14)中检测到为零的电通流时，识别出所述电机启动器(10)的错误。

8.一种用于电机启动器(10)的诊断方法(200)，所述电机启动器构造为换向启动器并且与三相电动机(20)连接，所述诊断方法包括如下步骤：

a)提供处于非激活状态的所述电机启动器(10)；

b)闭合第一相(12)中的第一半导体开关(23)并闭合第二相(14)中的第二半导体开关(25)；

c)断开所述第一半导体开关和所述第二半导体开关(23、25)，并且闭合所述第二相和第三相(14、16)中的换向开关设备或直接开关设备；

d)闭合所述第一半导体开关和所述第二半导体开关(23、25)；

e)闭合所述第一相(12)中的第一电机械开关(22)和所述第二相(14)中的第二电机械开关(24)，所述第一电机械开关和所述第二电机械开关分别与所述第一半导体开关和所述第二半导体开关(23、25)形成旁通电路；

f)拒绝对所述半导体开关(23、25)的激活式操控；

其中，当在步骤b)和/或步骤c)中借助至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14、16)中检测到电通流时，和/或在步骤d)中借助所述至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14)中检测到为零的电通流时，识别出所述电机启动器(10)的错误。

9.根据权利要求7或8所述的诊断方法(100、200)，其特征在于，当在步骤d)中检测到为零的电通流并且在步骤e)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到电通流时，识别出所述第一半导体开关或所述第二半导体开关(23、25)的故障。

10.根据权利要求7或8所述的诊断方法(100、200)，其特征在于，当在步骤d)中并且在步骤e)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到为零的电通流时，识别出所述电动机(20)无电负载。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的诊断方法(100、200)，其特征在于，当在步骤f)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到为零的电通流时，识别出所述第一电机械开关或所述第二电机械开关(22、24)的故障。

12.一种用于电机启动器(10)的诊断方法(300)，所述电机启动器构造为直接启动器并且与单相电动机(20)连接，所述诊断方法包括如下步骤：

a)提供处于非激活状态的所述电机启动器(10)；

b)利用第一电机械开关(22)闭合第一相(12)；

c)断开所述第一相(12)；

d)所述第一相(12)中的第一半导体开关(23)和所述第二相(14)中的第二半导体开关(25)通过激活式操控所述半导体开关(23、25)来闭合；

e)闭合所述第一相(12)中的第一电机械开关(22)和所述第二相(14)中的第二电机械开关(24)，所述第一电机械开关和所述第二电机械开关分别与所述第一半导体开关和所述第二半导体开关(23、25)形成旁通电路；

f)拒绝对所述半导体开关(23、25)的激活式操控；

其中，当在步骤b)和/或步骤c)中借助至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14、16)中检测到电通流时，和/或在步骤d)中借助所述至少一个测量设备(42、44)在所述第一相和/或所述第二相(12、14)中检测到为零的电通流时，识别出所述电机启动器(10)的错误。

13.根据权利要求12所述的诊断方法(300)，其特征在于，当在步骤d)中检测到为零的电通流并且在步骤e)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到电通流时，识别出所述第一半导体开关或所述第二半导体开关(23、25)的故障。

14.根据权利要求12所述的诊断方法(300)，其特征在于，当在步骤d)中并且在步骤e)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到为零的电通流时，识别出所述电动机(20)无电负载。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的诊断方法(100、200)，其特征在于，当在步骤f)中由所述至少一个测量设备(42、44)检测到为零的电通流时，识别出所述第一电机械开关或所述第二电机械开关(22、24)的故障。