CN109416388A - 用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置、该装置的驱动马达以及该装置的移位装置，该用于诊断的装置包括用于检测驱动马达的电连接的导体(1、2、3)中的电流曲线的至少一个传感器。诊断的精确度和详细程度与现有技术相比将得以改善，并且被扩展为包括驱动马达和移位装置，以便改善响应于诊断而进行的维护过程的效率和目标。根据本发明，这由于以下内容而得以实现：该装置还具有用于检测驱动马达的电连接的导体中的电压曲线的传感器，其中，各导体(1、2、3)与传感器(4.1、4.2、4.3)配对，用于检测电流曲线，并且与和传感器(6)交互的传感器(5.1、5.2、5.3)配对，用于检测电压曲线。

Description

用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置

本发明涉及一种用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置，该装置包括用于检测驱动马达的电连接的导体中的电流曲线的至少一个传感器。在这种情况下，电驱动器可以供应有DC电流、AC电流或三相AC电流。

这种诊断装置从现有技术已知。这些装置的目的是监测机械系统的正确运行，并且在这种情况下尤其是检测由马达驱动的机械系统内的迟缓。因此，例如由于磨损或不适当的调节引起的机械系统内的迟缓由于驱动马达与目标状态相比的功耗变化(即，通常增大)而将变得显而易见。因此，完整驱动循环(也就是说，从驱动马达的启动到随后的停止)期间的电流曲线用作针对机械系统的机械状态的标准。如果与正确状态的参考值相比，驱动马达的功耗更高，或者如果功耗在以一定时间间隔一个接一个(即，移位到更高值)的两个驱动循环之间劣化，则假定更高功耗与由马达驱动的机械系统的移动之间存在直接关联。因此，增大的功耗提供了机械系统的迟缓以及其针对保养和/或维护的不断增长的需求的指示。这种类型的诊断装置尤其用于以多个重复顺序循环为特征的驱动系统，诸如在两个状态之间的反向操作的情况下。开关致动器是这种装置的典型示例。

DE 37 15 478 A1描述了一种用于监测开关驱动器的电路结构，该电路结构经由三相电源借助于四线电路来供电。断路器和电流监测器设置在四线电路的相应导体中。随着开关从第一位置到第二位置的马达驱动旋转，测量电流监测器中的电流并根据其确定位模式，关于开关的状态应能够基于此而得出结论。然而，利用这种类型的装置，仅能够监测到达马达驱动致动系统的末端位置。只要这不妨碍达到末端位置，就检测不到驱动系统的可能的迟缓。

从WO 2008/089502 A2已知一种确定三相开关驱动马达的能量需要的装置，由此转而可以推断出开关的状态。能量需要通过借助于并联到导体的扼流圈近似测量驱动马达的导体中的有功电流分量来确定，其中，连接到扼流圈的导体经由单轴霍尔(Hall)效应传感器沿与特定导体相反的方向来路由。

最后，从DE 10 2014 223 234 B3已知一种通用诊断装置，该通用诊断装置借助于导体周围的多维霍尔效应传感器确定导体的磁场，并且通过这种方法测量开关驱动器的特定导体中的电流曲线。在这种情况下，在至少两个不同的导体上测量这些导体中的每一个中的各自的电流曲线。可以通过比较在两个不同的导体上确定的测量值来确定开关驱动马达的旋转方向。另外，通过将在导体上获得的当前测量值与同一导体的先前测量值进行比较，可以得出关于开关的迟缓的变化的结论。这种类型的多维磁场传感器还能够测量磁场(由驱动马达的导体中流动的电流生成)与传感器不垂直的部分。此外，这种类型的传感器可以以测量带的形式直接应用于特定导体，并因此可以在不干扰现有布线的情况下以非常节省空间的方式进行改造。

然而，利用这些此前已知的装置，仅可以检测随时间变化的迟缓，而针对该迟缓的可能原因的更精确指定诊断是不可能的。尤其是，因为这种类型的测量在时间轴上记录电流曲线，所以电流曲线相对于机械路径的分割困难并且无法实现对机械过程中的迟缓的确切位置的详细诊断。因此，在运行中维护的过程期间，必须就地分析整个机械系统并进行故障寻找。

因此，本发明的目的是提供一种用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置，该装置包括用于检测驱动马达的电连接的导体中的电流曲线的至少一个传感器，其提高了诊断的准确度和详细程度，从而还提高了响应于诊断的维护的效率和目标确定。

根据本发明，该目的由于以下内容而得以实现：所述装置还具有用于检测驱动马达的电连接的导体中的电压曲线的传感器，其中，一传感器被分配给各导体，以检测电流曲线，并且一传感器被分配给各导体，以检测电压曲线。

借助于这种电压传感器，可以在驱动马达的各导体中双向且单独地检测电场。除了振幅之外，在各导体中还可以尤其检测电压曲线的过零。驱动马达的导体中的电压正弦波的过零的这种度量清楚检测使得能够精确确定用于测量的启动和停止时间，从而还形成用于切换过程的有功电流曲线的正确分割的基础。另外，在电压曲线中，诸如星形三角切换或4线电路内的切换操作的切换操作在开关驱动器的情况下可见，并且可以用作切换过程的有功电流曲线的分割中的另外的固定点。在已知的现有技术中，在机械过程诊断的领域中，这种分割是不可能的。在此前已知的诊断系统中，通常参照基于经验知识的确定性方案将导体中的测量电流曲线与被驱动机械系统的实际功能阶段进行关联。因此，这种类型的诊断系统或多或少基于根据经验获得的以下假设：机械系统在驱动循环的按时间顺序的过程期间的各种功能阶段或状态在不同情况下具有用于启动驱动马达以便使用的固定的规定时间间隔(即，总是在启动驱动马达之后的同一时间间隔结束之后启动)。然而，基于假设的这种类型的诊断仅可以给出不精确且较不明确的结果，因为没有与发生在系统内的动作的实际序列的对应。显然，甚至在机械系统的渐增的迟缓的情况下，动作的实际顺序必定几乎不可避免地偏离在“非迟缓”条件下确定的原始时刻。在此前已知的测量方法中，并未考虑以下事实：异步三相马达在较高负荷下具有较低转速，因此，动作的实际机械顺序减缓。

另外的复杂性在于，在从现有技术已知的使用霍尔效应传感器来测量导体中的电流曲线的情况下，无法确定精确启动和停止时间。在已知的现有技术中，为了开始测量，必须首先向数据记录器施加测量电流达特定时间。然而，这样生成的测量的开始与实际启动驱动器不同。

无论如何，目的在于在有功电流上使用数学滤波器的其它方法已经被证明不合适。

在AC和三相AC马达中，本发明还促进电流与电压之间的相移角的精确确定。相移的该精确非接触式测量确保曲线的精确记录以及精确有功电流分量的计算，该电流分量与被驱动系统的机械迟缓相对应。这样实现的在确定有功电流方面的准确度和详细程度的改进导致基于此的诊断的改进。因此，可以使用借助于根据本发明的装置获得的数据更可靠地防止机械系统的缺陷。更准确的诊断导致对诊断的维护人员响应的更高效且更具有针对性的部署。另外，本发明提供了有功电流、无功电流和视在电流(apparent current)的确切比例以及关联的功率因数曲线。对这些值的长期观察确保可靠的马达诊断。对于值对称且以静止方式表现的马达，没有意外故障的危险。

在现有技术中，传感器和数据记录器的永久操作是必要的。要利用诸如门或开关的重复过程进行诊断的机械系统通常在操作上不是永久的。根据本发明的驱动马达的导体中的电压正弦波的过零的度量明确检测还有助于装置的自动控制。为此，电压传感器信号被发送至评价单元。评价单元一检测到正弦曲线电场，就启动装置。这样，可以针对诊断装置建立节能待机模式。

然而，另外，测量的外部触发是可以的，这例如在永久运转的驱动马达的情况下可以是有用的。为此，由驱动马达驱动的机械系统装配有触发点，经由该触发点的传感器系统，生成用于开始测量的开始信号，并且例如在马达驱动的机械系统的完整循环之后，生成用于结束测量的停止信号。根据本发明的诊断装置针对永久运转的驱动马达是有用的，例如针对以连续单向模式运行的自动扶梯、输送机等。

本发明的适当的进一步开发还在于用于检测导体中的电压曲线的传感器被设计为用于检测特定导体中的电场的传感器。在这种情况下，测量电压的精确按时间顺序的正弦波。这种类型的传感器可以设计得非常简单，例如，设计为电荷借助电场在其上移动的导电小板或线的形式。被描述为感应的该电荷位移被度量地检测并评价。采用该方法的测量装置用于测量房间中的电干扰场，并且检测墙壁中的火线。它们仅提供电场的存在及其场强的一般证明。测量装置还用于流电隔离的电压测试器，这些电压测试器检测穿过绝缘导体的电压的存在。

本发明还规定，所述装置还具有用于检测三相驱动马达的电连接的所有三个导体的累加电场的传感器。这种类型的传感器将驱动马达的所有三个导体的电场加在一起，以产生总值。这样，创建用于测量并评价诊断装置内的导体的电场的特定参考点。因为三个正弦值的和为零，所以该测量方法特别适于测量三相AC电压。参考点还可以数学地进行确定。该方法可以有利地用于测量AC电压和DC电压。在两种方法中，不需要例如经由诊断装置的电源进行的外部参考电势的复杂无反馈引入，该电源由于导电路径而易于出现故障。根据本发明的装置的测量设置提供具有时间点(U最高值＝峰值)和测量电压的过零的精确正弦波。

因此，在根据本发明的诊断装置中，电源电压可以源于独立无势源，例如，电池、太阳能电池或实验室电源，所述源借助于隔离变压器被流电隔离，这些源全部可以被认为是电压源。这样实现的免除任何参考电势的优点还展现了使用无线和光纤接口的可能性。

本发明还覆盖用于轨道开关或输送机系统的驱动系统的诊断，各轨道开关或输送机系统包括至少一个电操作的驱动马达和根据用于诊断的前面提及的特性设计的装置。

下面参照示例性实施方式和对应的附图更详细地描述本发明。

图1示出了根据本发明的诊断装置的测量机构的示意图，其中，为了清晰起见，图1中未示出驱动马达和由驱动马达驱动的机械系统。它们的具体设计对应于正常现有技术，而且对于本发明的理解没有进一步的关联。该装置被设计成接收最多三个马达连接线：导体(1、2、3)。用于度量地检测特定导体中的电流曲线的霍尔效应传感器(4.1、4.2、4.3)安装在各个导体(1、2、3)上。此外，用于确定导体的电场的传感器(5.1、5.2、5.3)安装在各个导体(1、2、3)上；该传感器度量地检测特定导体中的电压曲线。此外，还存在用于检测电场的附加传感器(6)。该传感器确定导体(1、2、3)的累加电场，并且生成用于电压测量的参考电势。相对于累加传感器(6)测量各个传感器(5.1、5.2、5.3)。包括霍尔效应传感器(4.1、4.2、4.3)的所有传感器被构造成对相应磁场或电场进行双极检测，即，被构造成测量各场强的正弦波(包括它们的过零)。各个传感器(5.1、5.2、5.3)测量各导体(1、2、3)的电场，这些电场与特定导体中的电压正弦波同步运行。霍尔效应传感器(4.1、4.2、4.3)测量各导体(1、2、3)的磁场，这些磁场与特定导体中的电流正弦波同步运行。由于不同测量原理而引起的任何传送时间差在信号评价的过程中被数学地补偿。作为这些测量的结果，确定各导体中的电压曲线和电流曲线的过零。在整个测量过程期间记录的相位角可以根据这些过零的时间差来确定。这样记录的曲线连同有功电流曲线一起对机械负荷的变化非常灵敏地作出反应，并且可以改进诊断。此外，因为在用于控制和监测的星形三角形切换或4线开关电路中使用切换过程，所以它们在曲线中被示出。这些切换过程可以用作用于分割机械顺序的固定点。

利用电压传感器测量的电场对电压源的扰动非常灵敏地作出反应。可靠地检测因有缺陷的开关装置而引起的触点颤动或短暂电压供给中断。

因此，所述装置提供了数据，这些数据可以与用于监测并诊断开关装置、电驱动器以及机械系统的诊断系统相结合地使用。

附图标记列表

1 导体1

2 导体2

3 导体3

4.1/4.2/4.3 霍尔效应传感器

5.1/5.2/5.3 用于检测各个导体(1、2、3)的电场的传感器

6 用于检测导体(1、2、3)的累加电场的传感器

Claims (5)

1.一种用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置，所述装置包括用于检测所述电动马达的电连接的导体(1、2、3)中的电流曲线的至少一个传感器，

其特征在于，

所述装置还具有用于检测所述电动马达的所述电连接的所述导体中的电压曲线的传感器，其中，用于检测所述电流曲线的传感器(4.1、4.2、4.3)和用于检测所述电压曲线的传感器(5.1、5.2、5.3)被分配给各导体(1、2、3)。

2.根据权利要求1所述的用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置，其特征在于，用于检测所述电压曲线的各传感器(5.1、5.2、5.3)被设计为用于检测特定导体周围的电场的传感器。

3.根据权利要求1或2所述的用于诊断借助于电驱动马达驱动的机械系统的装置，其特征在于，所述装置还具有用于检测所述电动马达的所述电连接的所有导体的累加电场的传感器(6)。

4.一种用于轨道开关的驱动系统，所述驱动系统包括至少一个马达和根据权利要求1至3中任一项所述的用于诊断的装置，所述至少一个马达可以是电动的。

5.一种用于输送机系统的驱动系统，所述驱动系统包括至少一个马达和根据权利要求1至3中任一项所述的用于诊断的装置，所述至少一个马达可以是电动的。