DE102008042390A1 - Error-state identifying method for induction machine, involves comparing measured voltage between reference and representative potentials with expected voltage between reference and representative potentials using comparator - Google Patents

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Abstract

The method involves monitoring a voltage between a reference potential of an induction machine (3) and a representative potential of an intermediate circuit of the induction machine. The measured voltage between the reference and representative potentials is compared with an expected voltage between the reference and representative potentials using a comparator (2), for detecting an expected voltage change between the reference and representative potentials. An error-state is detected based on the unexpected voltage change between the reference and representative potentials.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a method of diagnosis of fault conditions of a star wound machine according to the preamble of claim 1.

Um den Anforderungen bezüglich der funktionalen Sicherheit zu genügen, ist insbesondere bei sicherheitskritischen Elektromaschinen erforderlich, Ausfälle im Motor, in der Verkabelung und in der Leistungselektronik zuverlässig zu erkennen.Around the requirements regarding functional safety to comply with is particularly critical to safety Electrical machinery required, failures in the engine, in the Cabling and reliable in power electronics to recognize.

Hierbei sind Kurzschlüsse außerhalb der elektrischen Maschine durch Abtasten der Klemmenspannung der Maschine detektierbar. Probleme, wie Unterbrechungen in den Zuleitungen, Windungsschlüsse, Phasenschlüsse sowie Kurzschlüsse gegen die Gehäusemasse innerhalb einer elektrischen Maschinein this connection are short circuits outside the electric machine detectable by sensing the terminal voltage of the machine. problems such as interruptions in the supply lines, winding closures, Phase shorts and short circuits against the chassis ground inside an electric machine

Aus dem Stand der Technik ist bekannt zur Diagnose einer Drehfeldmaschine ein modelbasiertes Verfahren durchzuführen, wobei zu diesem Zweck gemessene oder geschätzte Ströme und Spannungen in der Regel in d/q Koordinaten mit modelgestützten Größen verglichen werden.Out The prior art is known for the diagnosis of a rotating field machine to carry out a model-based method, for this purpose measured or estimated currents and voltages usually in d / q coordinates with model-based sizes be compared.

Beispielsweise ist aus der EP1071982 B1 ein Verfahren zur Steuerung eines Mehrphasen-Hilfsmotors, insbesondere eines Elektromotors in einem elektrischen Servolenksystem bekannt, im Rahmen dessen ein erster Satz von Motorsteuerwerten ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment und auf die detektierte Position des Elektromotors bestimmt wird, wobei anschließend der Elektromotor ansprechend auf den ersten Satz von Motorsteuerwerten erregt wird und ein Motorsteuerwert aus den Motorbetriebswerten bestimmt wird. Anschließend wird bei dem bekannten Verfahren ein zweiter Satz von Motorsteuerwerten ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment bestimmt, wobei der Motor abgeschaltet wird, wenn der aus den Motorbetriebswerten bestimmte Motorsteuerwert zu dem zweiter Satz von Motorsteuerwerten ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment widersprüchlich ist.For example, is from the EP1071982 B1 a method for controlling a multiphase assist motor, in particular an electric motor in an electric power steering system, in which a first set of motor control values is determined in response to the applied steering torque and to the detected position of the electric motor, then the electric motor is responsive to the first set of motor control values is energized and an engine control value is determined from the engine operating values. Subsequently, in the known method, a second set of engine control values is determined in response to the applied steering torque, the engine being turned off when the engine control value determined from the engine operating values is inconsistent with the second set of engine control values in response to the applied steering torque.

Zur Bestimmung des ersten Satzes von Motorsteuerwerten wird eine d/q Transformation verwendet, wobei der Bestimmungsschritt eines Motorsteuerwertes aus den Motorbetriebswerten das Bestimmen von d/q Werten als Funktion zumindest des überwachten Motorstroms und der Position umfasst.to Determining the first set of motor control values becomes a d / q Transformation, wherein the determination step of a motor control value from the engine operating values, determining d / q values as a function at least the monitored motor current and the position includes.

In nachteiliger Weise wird bei dem bekannten Verfahren eine Strommessung benötigt; Strommesseinrichtungen erhöhen die Kosten und verkleinern häufig die Leistungsfähigkeit der Leistungselektronik.In disadvantageously, in the known method, a current measurement required; Current measuring devices increase the costs and often reduce the performance the power electronics.

Des weiteren ist aus dem Stand der Technik ein Verfahren zur online – modelbasierten Diagnose eines Gleichstrom-Elektromotors bekannt, bei dem basierend auf einer Modelbildung des Motors Paritätsgleichungen und Parameterschätzungsmethoden zur Fehlererkennung eingesetzt werden. Dadurch sollen Ausfälle in den Zuleitungen und innerhalb eines Elektromotors erkannt werden.Of Another is from the prior art, a method for online model - based Diagnosis of a DC electric motor known in which on a modeling of the engine parity equations and Parameter estimation methods used for error detection become. As a result, failures in the supply lines and be detected within an electric motor.

Bei modelbasierten Diagnoseverfahren erweist sich als nachteilig, dass dynamische Abweichungen zwischen den Messwerten und den Ergebnissen des Models auftreten können. Dies kann dazu führen, dass sie Verfügbarkeit der Elektromotoren unnötigerweise negativ beeinflusst wird oder dass die Fehlererkennung zeitlich entprellt werden muss.at Model-based diagnostic procedure proves to be disadvantageous in that dynamic deviations between the measured values and the results of the model can occur. This can cause that they availability of electric motors unnecessarily is negatively affected or that the error detection time must be debounced.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine mit vorzugsweise annähernd symmetrisch aufgebauten Strängen anzugeben, dessen Durchführung keine Strommessung benötigt. Des werteren sollen durch das erfindungsgemäße Verfahren bei geringem Zusatzaufwand ohne zusätzliche Sensorik Fehlerzustände einer Drehfeldmaschine schnell und zuverlässig erkannt werden.Of the The present invention is based on the object, a method for diagnosing fault conditions of a star wound Induction machine with preferably approximately symmetrical specify stranded, whose implementation no Current measurement needed. Des werteren intended by the inventive Procedure with little extra effort without additional sensors Fault conditions of a rotary field machine quickly and reliably be recognized.

Insbesondere sollen Fehlerzustände erkannt werden, die außerhalb der Motor Control Unit (Motorsteuerung, MCU), beispielsweise in der Schnittstelle zwischen MCU und Drehfeldmaschine oder in der Drehfeldmaschine auftreten. Derartige Zustände sind eine Phasenunterbrechung einer oder mehrerer Phasen, ein Phasenkurzschluss in der Drehfeldmaschine, ein Windungsschluss oder ein Erdschluss der Wicklung zum Gehäuse der Drehfeldmaschine.Especially error conditions should be detected outside the motor control unit (motor control, MCU), for example in the interface between MCU and induction machine or in the induction machine occur. Such states are a phase interruption one or more phases, a phase short circuit in the induction machine, a winding short or a ground fault of the winding to the housing the induction machine.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.These The object is solved by the features of claim 1. Further embodiments and advantages of the invention are apparent from the dependent claims.

Demnach wird ein Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises der Drehfeldmaschine überwacht wird, wobei ein Fehlerzustand anhand einer unerwarteten Spannungsänderung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises der Drehfeldmaschine erkannt wird.Therefore is a method for diagnosing fault conditions of a proposed in the star-wound induction machine, in the context of which the voltage between the star point potential of the induction machine and one or more representative potentials of the DC link of the induction machine is monitored, where a fault condition based on an unexpected voltage change between the star point potential of the induction machine and a or more representative potentials of the DC link the induction machine is detected.

Gemäß der Erfindung wird zur Erfassung einer unerwarteten Spannungsänderung die gemessene Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises mit der erwarteten Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises verglichen.According to the invention, to detect an unexpected voltage change, the measured voltage between the neutral point potential of the induction machine and one or more reprä sentativen potentials of the intermediate circuit with the expected voltage between the neutral point potential of the induction machine and one or more representative potentials of the DC link compared.

Vorzugsweise werden als zu überwachende Spannungen die Phasenspannungen der Drehfeldmaschine verwendet. Ferner kann vorgesehen sein, dass im Fehlerfall die Drehfeldmaschine über eine geeignete Vorrichtung abgeschaltet wird.Preferably are the voltages to be monitored as the phase voltages the induction machine used. Furthermore, it can be provided that in case of failure, the induction machine via a suitable Device is turned off.

Die Diagnose erfolgt hierbei beispielsweise mittels einer Vorrichtung zum Erfassen der Phasenspannungen, einer Logik, die diese vergleicht und einer geeigneten Vorrichtung zur Ansteuerung der Drehfeldmaschine, auf deren Steuersignale zugegriffen werden kann.The Diagnosis takes place here for example by means of a device for detecting the phase voltages, a logic that compares them and a suitable device for controlling the induction machine, on whose control signals can be accessed.

Solange kein Fehlerzustand an der Drehfeldmaschine vorliegt, sind die gemessenen Phasenspannungen gleich den erwarteten Phasenspannungen, wobei die erwartete Phasenspannung aus der Klemmenspannung und den Daten der Drehfeldmaschine berechnet wird und die Phasenspannung aus den Werten der Leistungselektronik gemessen werden kann. Wenn ein Fehlerzustand vorliegt, weicht die gemessene Phasenspannung von der erwarteten Phasenspannung ab, was durch die Durchführung des Verfahrens detektiert werden kann.So long there is no fault condition on the induction machine, the measured Phase voltages equal to the expected phase voltages, the expected phase voltage from the terminal voltage and the data of the Induction machine is calculated and the phase voltage from the values the power electronics can be measured. If a fault condition is present, the measured phase voltage deviates from the expected phase voltage what is detected by the implementation of the method can be.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die Symmetrie des Aufbaus einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine genutzt, um ohne die Notwendigkeit einer Strommessung sowie der Kenntnis des Widerstandes und der Induktivität einer Drehfeldmaschine Fehlerzustände anhand einer Spannungsmessung schnell und zuverlässig zu erkennen. Die Reaktionszeit auf einen Fehlerzustand ist hierbei deutlich geringer als bei einer modelbasierten Diagnose.By the conception according to the invention becomes symmetry the construction of a star-wound induction machine used, without the need for current measurement and knowledge of the Resistance and the inductance of a rotating field machine Fault conditions based on a voltage measurement quickly and reliable to recognize. The reaction time to a fault condition is significantly lower than with a model-based diagnosis.

Für den Fall, dass die Drehfeldmaschine unsymmetrisch ausgeführt ist, müssen die aus der unsymmetrischen Anordnung resultierenden Effekte kompensiert werden.For the case that the induction machine is asymmetrical is, those resulting from the unbalanced arrangement must Effects are compensated.

Dadurch, dass Windungsschlüsse zuverlässig erkannt werden, kann die Konstruktion einer Drehfeldmaschine in sicherheitskritischen Systemen vereinfacht werden.Thereby, that turns are reliably detected, can the design of an induction machine in safety critical Simplified systems.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying figures exemplified in more detail. Show it:

1: ein Ablaufdiagramm, welches die wesentlichen Schritte einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht; 1 a flowchart illustrating the essential steps of an embodiment of the method according to the invention;

2: Ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf der Phasenspannung und des Phasenstroms bei einer Phasenunterbrechung darstellt; 2 : A diagram showing the time course of the phase voltage and the phase current in a phase interruption;

3: Diagramme, welche den zeitlichen Verlauf der Phasenspannungen und der Sternpunktspannung im fehlerfreien Fall darstellen; und 3 : Diagrams showing the time course of the phase voltages and the neutral point voltage in the error-free case; and

4: Diagramme, welche den zeitlichen Verlauf der Phasenspannungen und der Sternpunktspannung für den Fall einer Phasenunterbrechung in einem Strang der Drehfeldmaschine darstellen. 4 : Diagrams showing the time course of the phase voltages and the neutral point voltage in the event of a phase interruption in a strand of the induction machine.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und bezugnehmend auf 1 werden die Phasenspannungen der Drehfeldmaschine 3 aus der von der Motorsteuerung 1 gelieferten Klemmenspannung und den Daten der Drehfeldmaschine berechnet und mit den gemessenen Phasenspannungen verglichen, was beispielsweise mittels eines Komparators (d. h. Vergleichers) 2 erfolgen kann. Die Phasenspannung wird anhand der Werte der Leistungselektronik 4 der Drehfeldmaschine 3 gemessen.According to a particularly advantageous variant of the method according to the invention and with reference to 1 become the phase voltages of the induction machine 3 from the of the engine control 1 delivered terminal voltage and the data of the induction machine and compared with the measured phase voltages, which for example by means of a comparator (ie comparator) 2 can be done. The phase voltage is determined by the values of the power electronics 4 the induction machine 3 measured.

Bei einer unerwarteten Änderung einer Phasenspannung aufgrund eines Defektes in einem Strang wird ein Fehlerzustand der Drehfeldmaschine erkannt und eine Fehlerreaktion eingeleitet; beispielsweise erfolgt bei Erkennung eines Fehlerzustandes eine Sternpunkttrennung oder ein aktiver Kurzschluss.at an unexpected change in a phase voltage due a defect in a strand, a fault condition of the induction machine is detected and an error response initiated; For example, at Detection of an error condition a star point separation or active short circuit.

Ein Beispiel eines Fehlerzustandes ist Gegenstand der 2, in der ein Diagramm gezeigt ist, welches den zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung und des Phasenstroms bei einer Phasenunterbrechung darstellt. Kurve A entspricht hierbei dem Verlauf des Phasenstroms und Kurve B dem Verlauf der Phasenspannung. Zum Zeitpunkt 0,1102 sec wird eine Phase unterbrochen, was dazu führt, dass der Phasenstrom schnell gegen Null kommutiert, wodurch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens diagnostizierbarer Peak C im Spannungsverlauf entsteht.An example of a fault condition is the subject of 2 in which a diagram is shown, which represents the time course of a phase voltage and the phase current in a phase interruption. Curve A corresponds to the course of the phase current and curve B corresponds to the course of the phase voltage. At the time 0.1102 sec, a phase is interrupted, which causes the phase current commutes quickly to zero, whereby a diagnosable by means of the method according to the invention peak C in the voltage curve is formed.

Weitere Fehlerzustandsfälle können analog dazu anhand einer Potentialverschiebung des Sternpunktes der Drehfeldmaschine erkannt werden; beispielsweise verursacht ein Windungsschluss eine Widerstands- und Induktivitätsänderung sowie eine Änderung der elektromotorischen Kraft (EMK) im fehlerhaften Strang, was in einer verfahrensgemäß detektierbaren Verschiebung des Sternpunktpotentials resultiert.Further Error state cases can be analogously based on a potential shift of the neutral point of the induction machine be recognized; For example, a short circuit causes a resistance and inductance change and a change the electromotive force (emf) in the faulty strand, resulting in a shift detectable according to the method of the neutral point potential.

In 3 sind die zeitlichen Verläufe der Phasenspannung U anhand Kurve D, der Phasenspannung V anhand Kurve E, der Phasenspannung W anhand Kurve F und der Sternpunktspannung anhand Kurve G im fehlerfreien Fall dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich, springt die Sternpunktspannung in Abhängigkeit von der Phasenspannung auf Erdpotential GND, auf die Zwischenkreisspannung Uzk, auf 1/3 Uzk oder auf 2/3 Uzk.In 3 the time profiles of the phase voltage U are based on curve D, the phase voltage V on the basis of curve E, the phase voltage W with reference to curve F and the neutral point voltage Curve G shown in error-free case. How out 3 As can be seen, the neutral point voltage jumps depending on the phase voltage to ground potential GND, to the intermediate circuit voltage Uzk, to 1/3 Uzk or to 2/3 Uzk.

Bei einer Phasenunterbrechung eines Stranges springt die Sternpunktspannung in Abhängigkeit von der Phasenspannung auf Erdpotential GND, auf die Zwischenkreisspannung Uzk oder auf 1/2 Uzk, wie anhand 4 veranschaulicht; dieser Unterschied im Verlauf der Sternpunktspannung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren detektiert.In a phase interruption of a strand, the neutral point voltage jumps depending on the phase voltage to ground potential GND, to the intermediate circuit voltage Uzk or to 1/2 Uzk, as shown 4 illustrated; this difference in the course of the neutral point voltage is detected by the method according to the invention.

Bei dem Beispiel gemäß 4 wird der zeitliche Verlauf der Phasenspannung U anhand Kurve D, der Phasenspannung V anhand Kurve E, der Phasenspannung W anhand Kurve F und der Sternpunktspannung anhand Kurve G für den Fall einer Unterbrechung im Strang U dargestellt.In the example according to 4 is the time course of the phase voltage U based on curve D, the phase voltage V based on curve E, the phase voltage W by curve F and the neutral point voltage by curve G in the event of an interruption in the strand U shown.

11
Motorsteuerungmotor control
22
Komparatorcomparator
33
DrehfeldmaschineInduction machine
44
Leistungselektronikpower electronics
AA
Verlauf der Phasenspannung als Funktion der Zeitcourse the phase voltage as a function of time
BB
Verlauf des Phasenstromes als Funktion der Zeitcourse the phase current as a function of time
CC
Peak im Spannungsverlaufpeak in the voltage curve
DD
Verlauf der Phasenspannung U als Funktion der Zeitcourse the phase voltage U as a function of time
Ee
Verlauf der Phasenspannung V als Funktion der Zeitcourse the phase voltage V as a function of time
FF
Verlauf der Phasenspannung W als Funktion der Zeitcourse the phase voltage W as a function of time
GG
Verlauf der Sternpunktspannung als Funktion der Zeitcourse the neutral point voltage as a function of time
GNDGND
Erdpotentialground
UzkUic
ZwischenkreisspannungIntermediate circuit voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1071982 B1 [0005] - EP 1071982 B1 [0005]

Claims (5)

Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine (3) und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises der Drehfeldmaschine (3) überwacht wird, wobei ein Fehlerzustand anhand einer unerwarteten Spannungsänderung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine (3) und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises der Drehfeldmaschine (3) erkannt wird und wobei zur Erfassung einer unerwarteten Spannungsänderung die gemessene Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine (3) und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises mit der erwarteten Spannung zwischen dem Sternpunktpotential der Drehfeldmaschine (3) und einem oder mehreren repräsentativen Potentialen des Zwischenkreises verglichen wird.Method for diagnosing fault conditions of a star-wound rotary field machine ( 3 ), characterized in that the voltage between the star point potential of the induction machine ( 3 ) and one or more representative potentials of the DC link of the induction machine ( 3 ) is monitored, wherein an error state based on an unexpected voltage change between the neutral point potential of the induction machine ( 3 ) and one or more representative potentials of the DC link of the induction machine ( 3 ) is detected and wherein for detecting an unexpected voltage change, the measured voltage between the neutral point potential of the induction machine ( 3 ) and one or more representative potentials of the intermediate circuit with the expected voltage between the star point potential of the induction machine ( 3 ) and one or more representative potentials of the intermediate circuit is compared. Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zu überwachende Spannungen die Phasenspannungen der Drehfeldmaschine (3) verwendet werden.Method for the diagnosis of fault states of a star-wound induction machine, according to claim 1, characterized in that as voltages to be monitored, the phase voltages of the induction machine ( 3 ) be used. Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwarteten Phasenspannungen der Drehfeldmaschine (3) aus der von der Motorsteuerung (1) gelieferten Klemmenspannung und den Daten der Drehfeldmaschine (3) berechnet und mit den gemessenen Phasenspannungen verglichen werden, wobei die Phasenspannungen anhand der Werte der Leistungselektronik (4) der Drehfeldmaschine (3) gemessen werden.Method for the diagnosis of fault states of a star-wound induction machine according to claim 2, characterized in that the expected phase voltages of the induction machine ( 3 ) from the engine control ( 1 ) and the data of the induction machine ( 3 ) and compared with the measured phase voltages, the phase voltages being determined on the basis of the values of the power electronics ( 4 ) of the induction machine ( 3 ) are measured. Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der erwarteten Phasenspannungen mit den gemessenen Phasenspannungen mittels eines Komparators erfolgt.Method for diagnosing error conditions of a Star-wound induction machine according to claim 3, characterized characterized in that the comparison of the expected phase voltages with the measured phase voltages by means of a comparator. Verfahren zur Diagnose von Fehlerzuständen einer im Stern gewickelten Drehfeldmaschine, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Fehlerzustandes eine Sternpunkttrennung oder ein aktiver Kurzschluss durchgeführt wird.Method for diagnosing error conditions of a in the star wound induction machine, after one of the preceding Claims, characterized in that upon detection of a Error state a neutral point separation or an active short circuit is carried out.
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