CN118137930A - 定子电流 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及定子电流。尤其涉及用于检测具有转子和与所述转子电绝缘构建的定子的电机中的故障状态的设备，所述设备包括用于连接所述电机的连接电子器件，其中所述定子借助于电连接而连接到所述连接电子器件的相对于地电势稳定的第一电势，或者所述定子直接与相对于地电势稳定的第二电势连接并且所述第二电势借助于所述电连接与所述连接电子器件连接，其中第一传感器被构造用于测量第一相电流，第二传感器被构造用于测量第二相电流，以及第三传感器被构造用于在所述电连接两端和/或在所述电连接处测量所述定子的电信号。
Description
技术领域
为了在任何类型的电动机的制造中创建生态可持续的可能性，描述和预测这种机器的寿命周期可能是一个关键因素。在此情况下重要的是使用面向状态的维护系统，该维护系统可以借助于数据分析方法(例如故障、缺陷或异常的识别)提供关于电机状态的说明。
背景技术
通常，在此情况下使用机器学习技术并确定所谓的分类器来识别异常，所述异常例如基于轴承的规格(例如特性曲线)推断出发动机轴承中的故障或缺陷。在此情况下，机器学习与监督学习一样都需要大量数据，这些大量数据必须在电机出现故障状态或缺陷状态或异常运行时存在。然而，生成这些数据量是需要时间的。
现有技术公开了用于基于正常运行期间的数据来识别发动机轴承故障的数据分析方法。在这种方法中，例如从当前传感器信号中创建功率谱，利用该功率谱可以确定发动机轴承的正常状态。然后可以计算何时存在与正常状态的偏差的概率。由此例如可能推断出润滑不足，例如由于电机轴承中缺乏润滑脂。
现有技术还公开了，可以借助于电机中的机器电流来识别绝缘故障或绝缘缺陷或轴承损坏。通常，这种电机通过与地电势的固定连接来运行。如果由于绕组缺陷而出现故障电流，则这些电流是共模电流并且具有比机器电流更高的频率。
此外，文献EP3 326 285B1公开了一种用于在具有转子和绝缘构建的定子的电机中减少和/或避免有害轴承电流的设备，其中所述定子通过与地电势不同并且相对于地电势稳定的高频电子器件电势电连接而连接至连接电子器件的电势抽头。
因此，现有技术也公开了可以借助于绝缘定子来影响轴承电压。
在此情况下的缺点是，单单由于电机运行期间所需的数据量就只能费事地且不能及时地识别出可能的缺陷。
发明内容
因此，本发明的任务是改进用于计算电机的剩余使用寿命的可能性并且能够更好地预测电机运行期间的可能故障或缺陷。
该技术任务通过具有根据独立权利要求的技术特征的主题来解决。有利的实施方式是从属权利要求和说明书的主题。
根据一个方面，本发明的技术任务通过一种用于检测具有转子和与所述转子电绝缘构建的定子的电机中的故障状态的设备来解决，所述设备包括用于连接所述电机的连接电子器件，其中所述定子借助于电连接而连接到所述连接电子器件的相对于地电势稳定的第一电势，或者所述定子直接与相对于地电势稳定的第二电势连接并且所述第二电势借助于所述电连接与所述连接电子器件连接，其中第一传感器被构造用于测量第一相电流，第二传感器被构造用于测量第二相电流，以及第三传感器被构造用于在所述电连接两端和/或在所述电连接处测量所述定子的电信号。
在本发明的意义上，故障也可以理解为缺陷。电机例如可以被构造为电动马达或三相电动马达或无刷直流马达。所述电连接例如可以被构造为至少一个电容器，特别是至少一个Y电容器，并且具有较高频率的低阻抗。在本发明的意义上，较高频率应理解为1kHz至20kHz的频率范围。在本发明的意义上，所述电信号应理解为例如电流和/或电势。
在定子直接与稳定的第二电势连接的情况下，可以设置机械连接，该机械连接例如借助于螺纹连接或通过定子片的接合而形成。
有利地，可以提早检测到绝缘故障或其他故障，例如不均匀的温度分布或轴承损坏。可以获得明确的故障特征，或者替代地可以进行测量电路的自检。
在该设备的技术上有利的实施方式中规定，所述电连接被构造为第一电容器和/或第一和第二电容器，其中第一和第二电容器串联连接，其中第一电容器和/或第二电容器被构造为Y电容器，其中特别是所述第一电容器和所述第二电容器被构造为公共分压器。
有利地，例如所述第一电容器和/或所述第二电容器可以被构造为Y电容器，以用于与所述定子的电势安全隔离。有利地，通过测量第二电容器处的电压和该电压的一阶导数，可以直接借助于二阶导数推断出电流。这种电路的另一个优点是高通特性，因为在此情况下特别是可以以更好的分辨率测量较高频率范围内的电流，同时可以抑制较低频率范围内的电流，例如50Hz分量。
根据另一方面，本发明的技术任务通过一种用于计算具有转子和与所述转子电绝缘的定子的电机的剩余使用寿命的方法来解决，该方法包括根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且包括以下方法步骤：
a)启动和运行所述电机；
b)借助于第一传感器来测量从逆变器到所述电机的第一相电流；
c)借助于第二传感器来测量从所述逆变器到所述电机的第二相电流；
d)借助于第三传感器来检测所述定子的电信号的变化，特别是电流和/或电势的变化；
e)将测量数据写入特别是非易失性的存储器中，其中优选地对测量数据进行数学预处理；f)分析测量数据以确定所述电机中的故障状态，特别是借助于数学函数，优选地借助于神经网络。
在本发明的意义上，术语“逆变器”应理解为交流逆变器电路，其为了产生运行电机所需的电流形状(例如借助于脉宽调制(PWM))而在电机的端子上时间上平均地施加具有脉冲模式的电压。在本发明的意义上，术语“电流形状”应理解为电流随时间的变化。
例如，逆变器在此情况下以可听范围之外的开关频率工作，特别是以超过16kHz的开关频率工作。由于开关的脉冲模式，在逆变器的输出端处产生共模电压，该共模电压与地电势相比随着逆变器的开关频率而跳跃。
有利地，借助独立且附加的电流测量的方法可以更好地分类或识别电机中的可能故障。此外有利的是，可以更好地识别共模电流并且可以该识别以更高的分辨率进行，因为通过Y电容器的返回电流或通过与定子的接触部的电流不会与形成扭矩的电机电流叠加。
在定子接地的情况下，如果绝缘存在故障，则电流的显著分量流向地面，该分量可以借助于传感器来确定，例如通过形成电机电流的总和。由于电容器的频率特性是在较高频率下显示出较低的阻抗，因此可以有利地测量电流的高频分量。电流的这些高频分量的幅度在此虽然可能取决于安装位置和接地条件，但每个接地都具有电感分量，该电感分量随着频率的增加也会导致电流分量向Y电容器移动，并且可以借助于该方法有利地确定该电感分量。
在本发明的意义上，数学预处理应理解为数据压缩或数据处理。
有利地，可以通过对测量数据进行预处理来减少数据量，或者可以预先计算特定的特征值。
在该方法的技术上有利的实施方式中规定，通过测量电容器两端的电压或者通过测量电容器电流来检测所述定子的电势变化。
例如，为了检测所述定子的电势变化，可以测量所述定子的电容变化或定子位移电流。在本发明的意义上，位移电流或移动电流应理解为电流的由该电流的时间变化给定的部分。
如果发生故障，例如绕组绝缘损坏，则导致定子位移电流发生变化，由此导致定子与固定电势或地电势之间的电容发生变化。借助经由Y电容器来连接定子，可以通过测量电容器和定子之间的电压或通过测量流过电容器的电流来以测量技术确定由此产生的故障。
在技术上有利的实施方式中，该方法包括方法步骤
e1)处理所述测量数据，特别是将所述测量数据划分或分配到不同的频带。
例如，可以借助于快速傅里叶变换或小波变换来进行测量数据的处理或划分或分配。例如也可以借助于数学函数、或者借助于积分、或者借助于减法、或者借助于数据过滤来处理测量数据。此外，例如可以借助于人工智能或借助于机器学习技术，特别是借助于神经网络、遗传算法、支持向量机、k均值、核回归或判别分析来处理测量数据，其中例如可以基于用于分类、捆绑、回归的计算模型和算法产生所谓的第一训练数据集。
有利地，由此可以计算能够与定子绝缘的可能故障、或者可能的轴承损坏、或者电机的错误温度相关联的特性。
在另一技术上有利的实施方式中规定，执行自检，其中特别是同时测量所述第一相电流和所述第二相电流以及所述返回电流，将这三个电流彼此相关(in einzueinander gesetzt)。
有利地，由此可以更好且更明确地标识电机的可能故障的特性。
在另一技术上有利的实施方式中规定，借助于三个传感器来调节所述电机的运行。
有利地，例如可以通过调节器中和/或印刷电路板(PCB)上存在的参数和信号的组合，例如位置角、占空比或中间电路电压，使得能够附加地识别电机的可能故障的特性，并且由此可以可靠地识别电机的异常状态。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中规定，该方法被构造为运行根据前述权利要求1或2中任一项所述的设备。
附图说明
本发明的实施例在图中示出并且在下面得到更详细的描述。
图1示出了所述方法的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于计算具有转子和与转子电绝缘的定子的电机的剩余使用寿命的方法，该方法包括根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且包括以下方法步骤：a)启动和运行电机1；
b)借助于第一传感器2测量从逆变器到电机的第一相电流；
c)借助于第二传感器3测量从逆变器到电机的第二相电流；
d)借助于第三传感器检测定子的电信号4的变化，特别是电流和/或电势的变化；
e)将测量数据写入特别是非易失性的存储器5中，其中优选地对测量数据6进行数学预处理；
f)分析测量数据以确定电机7中的故障状态，特别是借助于数学函数，优选地借助于神经网络。
此外，图1示出了方法步骤
e1)对测量数据进行处理8，特别是将测量数据划分或分配到不同的频带9。
各个方法步骤的细节在上述本发明说明书的发明内容部分中描述。对于实施例来说，直接且完整地引用这些细节并且成为实施例的主题。
根据本发明的方法可以被单独触发或作为循环触发，特别是作为周期性循环触发或经由触发事件(例如控制事件)触发。
附图标记
1启动和运行电机
2测量第一相电流
3测量第二相电流
4检测电信号的变化
5将测量数据写入存储器
6对测量数据进行预处理
7分析测量数据以确定故障状态
8处理测量数据
9将测量数据划分或分配到不同频段。
Claims (8)
1.一种用于检测具有转子和与所述转子电绝缘构建的定子的电机中的故障状态的设备，所述设备包括用于连接所述电机的连接电子器件，
其中所述定子借助于电连接而连接到所述连接电子器件的相对于地电势稳定的第一电势，或者
所述定子直接与相对于地电势稳定的第二电势连接并且所述第二电势借助于所述电连接与所述连接电子器件连接，
其特征在于，
第一传感器被构造用于测量第一相电流，第二传感器被构造用于测量第二相电流，以及第三传感器被构造用于在所述电连接两端和/或在所述电连接处测量所述定子的电信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电连接被构造为第一电容器和/或第一和第二电容器，其中第一和第二电容器串联连接，
其中第一电容器和/或第二电容器被构造为Y电容器，
其中特别是所述第一电容器和所述第二电容器被构造为公共分压器。
3.一种用于计算具有转子和与所述转子电绝缘的定子的电机的剩余使用寿命的方法，该方法包括根据前述权利要求中任一项所述的设备，
并且包括以下方法步骤：
a)启动和运行(1)所述电机；
b)借助于第一传感器来测量(2)从逆变器到所述电机的第一相电流；
c)借助于第二传感器来测量(3)从所述逆变器到所述电机的第二相电流；
d)借助于第三传感器来检测(4)所述定子的电信号的变化，特别是电流和/或电势的变化；
e)将测量数据写入(5)特别是非易失性的存储器中，其中优选地对测量数据进行数学预处理(6)；
f)分析(7)所述测量数据以确定所述电机中的故障状态，特别是借助于数学函数，优选地借助于神经网络。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过测量所述电容器两端的电压或者通过测量电容器电流来检测所述定子的电势变化。
5.根据前述权利要求3或4中任一项所述的方法，包括以下方法步骤
e1)处理(8)所述测量数据，特别是将所述测量数据划分或分配(9)到不同的频带。
6.根据前述权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，执行自检，其中特别是同时测量所述第一相电流和所述第二相电流以及返回电流，将这三个电流彼此相关。
7.根据前述权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过三个传感器来调节所述电机的运行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被构造为运行根据前述权利要求1或2中任一项所述的设备。
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