DE102010010042A1 - System und Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts während des Betriebes eines AC-Motors - Google Patents

System und Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts während des Betriebes eines AC-Motors Download PDF

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Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zum Detektieren eines Isolationsverlusts von einem Motor, Verbindungen oder Phasenkabeln, während ein AC-Motor in Betrieb ist, vorgesehen. Das System umfasst eine Leistungsversorgung, die im Wesentlichen von der Masse oder dem Rahmen isoliert ist und eine Leistungsversorgungsspannung aufweist, und einen Leistungswechselrichter, der mit der Leistungsversorgung elektrisch gekoppelt ist. Der Leistungswechselrichter ist ausgebildet, um einen AC-Strom von der Leistungsversorgung in einer AC-Phase an einem AC-Anschluss bereitzustellen, wobei die Phase einen Strom mit einer Grundfrequenz aufweist, welche die Motordrehzahl steuert. Ein Elektromotor ist elektrisch mit dem AC-Anschluss des Leistungswechselrichters gekoppelt und weist einen Rahmen auf, der unter normalen Betriebsbedingungen im Wesentlichen von dem AC-Anschluss des Leistungswechselrichters elektrisch isoliert ist. Ein Prozessor ist ausgebildet, um den von dem Leistungswechselrichter bereitgestellten AC-Strom zu steuern. Der Prozessor ist ausgebildet, um ein erstes Spannungssignal zu empfangen, das mit einem Strom in Beziehung steht, der durch einen Motorrahmen fließt. Das erste Spannungssignal umfasst eine erste Komponente, die mit der Grundfrequenz der Phasen in Beziehung steht, und eine zweite Komponente, die mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht. Der Prozessor ist ferner ausgebildet, um das erste Spannungssignal zu filtern, um die zweite Komponente zu dämpfen, um ...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die folgende Offenlegung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zum Steuern von Elektromotoren und bezieht sich im Spezielleren auf das Detektieren eines Isolationsverlusts in elektrischen Motoren, AC-Kabeln und -Verbindungen.
  • Hintergrund
  • In vielen Anwendungen wie z. B. Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugen wird eine DC-Leistungsversorgung verwendet, um Strom für einen Dreiphasenelektromotor zu liefern. Dreiphasenmotoren sind typischerweise durch einen Dreiphasen-Leistungswechselrichter angetrieben. Während der Motor betrieben wird, fließt AC-Strom in entweder einer positiven oder einer negativen Richtung in jeder der drei Phasen, wobei der Strom, der in einer positiven Richtung in einer Phase fließt, in einer negativen Richtung in einer oder beiden von den anderen Phasen zurückgeleitet wird. Im Normalbetrieb ist die Summe der Ströme in allen drei Phasen idealerweise gleich null und die drei Phasen sind von der Masse isoliert. In einem Störzustand jedoch, wie etwa, wenn ein Kurzschluss zwischen einer der Phasen und einem Motorrahmen (Masse) vorhanden ist, wird ein Teil des Stromes nicht durch die Phasen zurückgeleitet, und daher ist die Summe der Ströme in den drei Phasen nicht gleich null.
  • Ein typisches Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts in den drei Phasen verwendet drei Stromsensoren, um den Strom in jeder der drei Phasen zu messen. Stromsensoren detektieren typischerweise einen Isolationsverlust, indem jede der drei Phasen direkt mit einem Stromsensor gemessen wird. Die drei gemessenen Ströme werden dann summiert und wenn die Summe höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (idealerweise gleich null), dann wird eine Isolationsverlustbedingung detektiert. Dieses Verfahren beruht auf der Verwendung eines separaten Stromsensors für jede der drei Phasen und vertraut auf die Genauigkeit der Stromsensoren. Es kann auch schwierig sein, mit diesem Verfahren einen Teilschluss zu detektieren.
  • Es ist demgemäß wünschenswert, ein verbessertes System und Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motor vorzusehen. Überdies werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem oben stehenden technischen Gebiet und Hintergrund offensichtlich.
  • Zusammenfassung
  • Es ist ein System zum Betreiben eines Motors und Detektieren eines Isolationsverlusts vorgesehen. Das System umfasst eine Leistungsversorgung mit einer Leistungsversorgungsspannung und einen Leistungswechselrichter, der mit der Leistungsversorgung elektrisch gekoppelt ist. Der Leistungswechselrichter ist ausgebildet, um einen AC-Strom von der Leistungsversorgung in drei Phasen an drei AC-Anschlüssen bereitzustellen, wobei die drei Phasen einen Strom mit einer Grundfrequenz aufweisen, welche die Motordrehzahl steuert. Ein Dreiphasenelektromotor ist elektrisch mit den drei AC-Anschlüssen des Leistungswechselrichters gekop pelt und weist einen Rahmen auf, der unter normalen Betriebsbedingungen im Wesentlichen von den drei AC-Anschlüssen des Leistungswechselrichters elektrisch isoliert ist. Ein Prozessor ist ausgebildet, um den von dem Leistungswechselrichter bereitgestellten AC-Strom zu steuern. Der Prozessor ist ausgebildet, um ein erstes Spannungssignal (skalierte DC-Leistungsversorgungsspannung) zu empfangen, das Komponenten aufweisen kann, die mit einem Strom in Beziehung stehen, der durch einen Motorrahmen fließt. Das erste Spannungssignal umfasst eine erste Komponente, die mit der Grundfrequenz der drei Phasen in Beziehung steht, und eine zweite Komponente, die mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht. Der Prozessor ist ferner ausgebildet, um das erste Spannungssignal zu filtern, um die zweite Komponente zu dämpfen, um eine Amplitude der ersten Komponente zu messen, und um zu bestimmen, ob eine AC-Isolationsverlustbedingung vorliegt, indem die Amplitude der ersten Komponente mit einem Störwert verglichen wird.
  • Es ist ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem vorgesehen. Das Motorsystem umfasst einen Leistungswechselrichter, der eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist, und einen Motor, der mit einer Grundfrequenz arbeitet. Der Motor weist einen Motorrahmen auf, der als eine gemeinsame Referenz für die Eingangs- und die Ausgangsseite des Leistungswechselrichters dient. Das Verfahren umfasst, dass ein erstes Spannungssignal an der Eingangsseite des Leistungswechselrichters detektiert wird; und das erste Spannungssignal gefiltert wird, um eine Komponente des ersten Spannungssignals, welche mit der Grundfrequenz in Beziehung steht, die an die Eingangsseite über die gemeinsame Referenz von der Ausgangsseite übertragen wird, zu extrahieren. Die Komponente des ersten Spannungssignals umfasst eine Komponentenamplitude. Das Verfahren umfasst auch, dass bestimmt wird ob eine AC-Isolationsverlust-Störung vorliegt, indem die Komponentenamplitude mit einem AC-Isolationsverlust-Störwert verglichen wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein besseres Verständnis des Gegenstandes kann durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche bei Betrachtung in Verbindung mit den beiliegenden Fig. gewonnen werden, in denen gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und
  • 1 ein Diagramm eines beispielhaften Dreiphasenmotorsystems zeigt;
  • 2 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem mithilfe eines durchschnittlichen Spannungswerts einer Grundfrequenzkomponentenamplitude zeigt;
  • 3–5 Graphen mit beispielhaften durchschnittlichen Spannungswerten der Grundfrequenzkomponentenamplitude gemessen über die Zeit für spezifische Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dem in 2 gezeigten Verfahren oder anderen geeigneten Verfahren zeigen;
  • 6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem mithilfe eines detektierten Spitzenspannungswerts einer Grundfrequenzkomponentenamplitude zeigt;
  • 7–9 Graphen mit beispielhaften Spitzenspannungswerten der Grundfrequenzkomponentenamplitude in Bezug auf die Zeit gezeigt für spezifische Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dem in 6 gezeigten Verfahren oder anderen geeigneten Verfahren zeigen;
  • 10 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem mithilfe von orthogonalen Komponenten eines Quellensignals zeigt; und
  • 11 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem für einen Verlust einer DC-Isolation und/oder AC-Isolationsverlust bei niedrigen Motorgrundfrequenzausgangsbedingungen zeigt.
  • Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
  • Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung nicht einschränken. Des Weiteren besteht nicht die Absicht einer Eingrenzung durch irgendeine zum Ausdruck gebrachte oder implizierte Theorie, die in dem/der oben angeführten technischen Gebiet, Hintergrund, Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Isolationsverlust in einem Motor oder den Phasenverbindungen mit dem Motor an der Eingangsseite eines Leistungswechselrichters detektiert und nicht an der Ausgangsseite, wie in herkömmlichen Systemen. Die Eingangsseite des Leistungswechselrichters kann mit der Ausgangsseite über eine gemeinsame Masseverbindung wie z. B. über das Fahrgestell oder dergleichen verbunden sein. Das beispielhafte System detektiert, ob das Ausgangssignal von der Ausgangsseite des Leistungswechselrichters an der Eingangsseite des Leistungswechselrichters vorhanden ist. Wenn das Ausgangssignal an der Eingangsseite des Leistungswechselrichters detektiert wird, dann kann daraus abgeleitet werden, dass Strom von einer der Motorphasen zu dem Motorrahmen fließt, welcher die Masse bereitstellt, was einen Isolationsverlust zwischen Masse und einer oder mehreren Phasen in dem Motor oder den Dreiphasenverbindungen mit dem Motor angibt.
  • Es können auch nur zwei Stromsensoren anstelle von drei Stromsensoren an der Ausgangsseite des Leistungswechselrichters verwendet werden, um eine Rückmeldung zum Steuern der drei Phasen vorzusehen. Wenn sich die Bedingungen in einem Motor ändern, ändert sich die Impedanz in jeder der drei Phasen. Zum Zweck der Steuerung empfängt ein Controller eine Rückmeldung von zwei oder weniger der Phasen des Motors.
  • Mithilfe der beispielhaften Ausführungsform können verschiedene Vorteile erzielt werden. Ein Dreiphasenmotor kann z. B. mit nur zwei Stromsensoren gesteuert sein, da der Strom von zwei Phasen direkt gemessen werden kann und der Strom von der dritten Phase als das Gegenteil der Summe der zwei gemessenen Phasen berechnet werden kann. Da Störungen nicht mehr unbedingt durch die Stromsensoren, die mit den Phasen des Motors gekoppelt sind, detektiert werden, kann es in einigen Ausführungsformen möglich sein, einen der Stromsensoren zu entfernen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können zusätzliche Vorteile erzielt werden.
  • Der Leistungswechselrichter ist mit einer beliebigen geeigneten Leistungsversorgung wie z. B. einer DC-Leistungsversorgung verbunden und versorgt die AC-Phasen zum Betreiben des Motors. Die DC-Leistungsversorgung ist von der Masse oder dem Rahmen im Wesentlichen isoliert. Unter normalen Betriebsbedingungen ist ein Rahmen des Motors von den AC-Phasen isoliert, wobei kein Strom von den Phasen durch den Rahmen fließt. Der Motorrahmen ist auch als eine Masseverbindung verbunden, die mit der Eingangsseite des Leistungswechselrichters eine Verbindung herstellt. Wenn ein Isolationsverlust zwischen dem Rahmen und einer oder mehreren von den AC-Phasen auftritt, kann ein relativ starker Strom durch den Motorrahmen fließen, wobei das Signal von der Ausgangsseite über die Masseverbindung an die Eingangsseite übertragen wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird der Strom, der während einer Kurzschluss-gegen-Rahmen(oder Masse)-störung durch den Motorrahmen und das Fahrgestell fließt, an der Eingangsseite des Leistungswechselrichters gemessen, um zu bestimmen, ob ein Isolationsverlust in irgend einer der AC-Phasen aufgetreten ist. Das beispielhafte Verfahren zum Bestimmen eines Isolationsverlusts sieht auch eine Bestimmung vor, wenn ein partieller Isolationsverlust in irgendeiner der AC-Phasen aufgetreten ist, da das Ausgangssignal weiterhin an die Eingangsseite des Leistungswechselrichters übertragen wird.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem 100, welches einen Motor 110, einen Leistungswechselrichter 130, einen Prozessor 140, einen Leistungsbus 150 und eine Leistungsquelle 170 umfasst. Der Motor 110 ist beliebiger Mehrphasen- oder Einphasenmotor. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 110 ein Dreiphasenmotor und umfasst entsprechend einen Motorrahmen 112, eine erste Phasenwicklung 114, eine zweite Phasenwicklung 116 und eine dritte Phasenwicklung 118. Ein Phase-Masseschluss 120 ist beispielhaft gezeigt, wobei ein Kurzschlussstromsig nal 122 von einer Phasenschlussstelle 124 in der dritten Phasenwicklung 118 an der Stelle 126 zu dem Rahmen 112 fließt. Während eines normalen Betriebes liegt kein Schluss zu dem Rahmen 120 vor und die Phasenwicklungen 114–118 sind im Wesentlichen von dem Motorrahmen 112 isoliert. Ein AC-Isolationsverlust kann infolge eines Schlusses in den Phasenwicklungen wie auch eines Schlusses in den Phasenverbindungen, -kabeln und dergleichen auftreten. Der Einfachheit halber umfasst die Detektion von Phasenschlüssen die Detektion von Schlüssen in Verbindungen und Komponenten, die einen AC-Isolationsverlust zur Folge haben können.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird eine Spannung, die mit einem Kurzschlussstromsignal 122 in Beziehung steht, gemessen, um einen Isolationsverlust zu bestimmen. Wenn eine Phase-Masse-Störung auftritt, kann das Kurzschlussstromsignal 122 über eine Masseverbindung 190 an den Leistungsbus 150 an der Eingangsseite 131 des Leistungswechselrichters 130 übertragen werden. Das Kurzschlussstromsignal 122 kann eine erste Spannung 151 und 161 in dem Leistungsbus bewirken, wenn ein Isolationsverlust auftritt. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Isolationsverlust für alle drei Phasen durch Messen der ersten Spannung 151 oder 161 an der Eingangsseite 131 des Leistungswechselrichters 130 bestimmt. Das Kurzschlussstromsignal 122 ist in 1 als ein Schluss von der dritten Phasenwicklung 118 zu Masse gezeigt. Das Kurzschlussstromsignal 122 kann jedoch auch ein Schluss von irgendeiner der Phasenwicklungen (114, 116 oder 118) sein und über die Masseverbindung 190 an den Leistungsbus 150 übertragen werden. Auf diese Weise kann die in dem Leistungsbus 150 gemessene erste Spannung 151 einen Masseschluss in jeder der Phasenwicklungen (114, 116 und/oder 118) angeben.
  • Der Leistungswechselrichter 130 ist jede beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, eine DC-Eingangsleistungsquelle in einen Ausgangs-AC mit einer oder mehreren Phasen zum Ansteuern eines Einphasen- oder Mehrphasenmotors umzuwandeln. Der Leistungswechselrichter 130 kann verwendet werden, um den Motor 110 anzusteuern. Der Leistungswechselrichter 130 kann eine beliebige Art von Leistungswechselrichter wie z. B. ein Wechselrichter zum Umwandeln von DC-Leistung in AC-Leistung sein. Alternativ kann der Leistungswechselrichter 130 eine AC-Leistungsquelle in eine Dreiphasen-AC-Leistungsquelle zum Ansteuern des Motors 110 umwandeln. Die Leistungsquelle 170 kann jede beliebige geeignete Leistungsquelle zum Ansteuern des Motors 110 mit dem Leistungswechselrichter 130 sein. Die Leistungsquelle 170 kann eine DC-Leistungsversorgung, eine Brennstoffzelle oder eine andere Art von Leistungsquelle sein.
  • In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist die Leistungsquelle 170 eine DC-Leistungsquelle und der Leistungswechselrichter 130 umfasst eine Eingangsseite 131 mit einem positiven Leistungswechselrichteranschluss 133 und einem negativen Leistungswechselrichteranschluss 135. Der beispielhafte Leistungswechselrichter 130 umfasst auch eine Ausgangsseite 132 mit AC-Phasenanschlüssen, um AC-Strom an die drei Phasen des beispielhaften Motors 110 wie z. B. einen ersten Phasenanschluss 134, einen zweiten Phasenanschluss 136 und einen dritten Phasenanschluss 138 zu liefern. Der Leistungswechselrichter 130 kann eine Pulsweitenmodulation wie z. B. eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation, eine Raumvektor-Pulsweitenmodulation oder eine Sinus-Pulsweitenmodulation oder beliebige andere Techniken zum Steuern und Ansteuern des Motors 110 verwenden. Es können Stromsensoren (nicht gezeigt) zwischen zwei beliebigen von den Phasenanschlüssen und zwei beliebigen von den Phasenwicklungen verbunden sein, um den Strom zur Regelung des Motors 110 zu messen.
  • Der Prozessor 140 ist jede beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, Eingangssignale zu empfangen und Signale zum Steuern des Leistungswechselrichters 130 zu produzieren. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor 140 mit dem Leistungswechselrichter 130 gekoppelt, um den Leistungswechselrichter 130 und den Motor 110 zu steuern. Die Stromsensoren können mit dem Prozessor 140 gekoppelt sein, um eine Rückmeldung zum Steuern des Leistungswechselrichters 130 und des Motors 110 bereitzustellen. Es können andere Signale zum Steuern des Leistungswechselrichters 130 wie auch für andere Funktionen verwendet werden. Wenngleich in 1 ein einziger Prozessor gezeigt ist, können die Funktionen des Prozessors 140, wie hierin beschrieben, von einer beliebigen Anzahl von Prozessoren mithilfe einer beliebigen Art von Software- und/oder Firmwaremodulen ausgeführt werden. Die Prozessorfunktionen können alternativ in einer Hardware oder einer beliebigen Kombination von Hardware, Software und/oder Firmware implementiert sein. Der Prozessor 140 kann ein oder mehrere Signale von der Eingangsseite 131 des Leistungswechselrichters 130 empfangen und kann bestimmen, ob ein Isolationsverlust aufgetreten ist. Wie nachfolgend genauer beschrieben, weist der Prozessor 140 den Leistungswechselrichter 130 an, den Motor 110 in Übereinstimmung mit der Bestimmung damit zu steuern, ob ein Isolationsverlust in den Phasenwicklungen 114–118 des Motors 110 vorhanden ist.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor 140 geeigneterweise mit einer Anzeige 142 oder einer anderen Rückmeldungs-Anzeigevorrichtung gekoppelt. Die Anzeige 142 ist eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Ausgang von dem Prozessor 140 anzuzeigen. In einer Ausführungsform ist das Motorsystem 100 ein Motorsystem in einem Elektrofahrzeug wie z. B. einem Hybrid-Elektrofahrzeug. Die Anzeige 142 kann/können ein Teil einer optischen Anzeige für einen Fahrer wie z. B. eine Fahrerinformationskonsole, eine LED an einem Armaturenbrett und/oder andere Anzeigevorrichtungen in einem Fahrzeug sein. Die Anzeige 142 kann verwendet werden, um einen Fahrer eines Fahrzeuges über den Zustand des Motorsystems 100 zu alarmieren, einschließlich dessen, ob der Prozessor 140 bestimmt hat, dass der Motor 110 einen Schluss zu dem Rahmen aufweist, wie auch weitere Störungen, die mit dem Motorsystem 100 in Beziehung stehen.
  • Der Leistungsbus 150 ist jede/s beliebige Vorrichtung oder System, die/das den Leistungswechselrichter 130 mit der Leistungsquelle 170 koppelt und zulässt, dass Strom zwischen den Komponenten fließt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leistungsbus 150 eine elektromagnetische Verträglichkeits(EMV)-Schaltung mit einem ersten Kondensator 152, der zwischen einem negativen Anschluss 174 der Leistungsquelle 170 und dem Motorrahmen 112 (Masse) gekoppelt ist, und einem zweiten Kondensator 162 umfassen, der zwischen einem positiven Anschluss 172 der Leistungsquelle 170 und dem Motorrahmen 112 (Masse) gekoppelt ist. Es können auch Stützkondensatoren 173 zwischen dem positiven Anschluss 172 und dem negativen Anschluss 174 gekoppelt sein und verwendet werden, um Unregelmäßigkeiten in der DC-Spannung von der Leistungsquelle 170 zu filtern.
  • In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wenn eine Phase-Masse-Störung auftritt, umfasst die erste Spannung 151 eine AC-Spannung von der Ausgangsseite 132 des Leistungswechselrichters 130, die verwendet wird, um die kurzgeschlossene Phase wie z. B. die dritte Phasenwicklung 118 in diesem Beispiel anzusteuern. Die AC-Spannung, die verwendet wird, um die kurzgeschlossene Phase anzusteuern, kann über den Motorrahmen 112 und die Masseverbindung 190 als Kurz schlussstromsignal 122 übertragen werden. Das Kurzschlussstromsignal 122 kann bewirken, dass die erste Spannung 151 über dem ersten Kondensator 152 vorhanden ist und eine zweite Spannung 161 über dem zweiten Kondensator 162 vorhanden ist. Die erste Spannung 151 und/oder die zweite Spannung 161 kann/können gemessen werden, um zu bestimmen, wann eine Störung in dem Motorsystem 100 aufgetreten ist, die einen Phase-Masse-Isolationsverlust in dem Motor 110 und/oder einen DC-Isolationsverlust in dem Leistungsbus 150 umfasst.
  • In der beispielhaften Ausführungsform werden, wenn eine Phase-Masse-Störung auftritt, die erste Spannung 151 und die zweite Spannung 161 ein AC-Signal enthalten, das mit der AC-Spannung in Beziehung steht, die verwendet wird, um die kurzgeschlossene Phase anzusteuern. Eine Störung kann detektiert werden, indem das Vorhandensein einer AC-Spannung von der Ausgangsseite 132 des Leistungswechselrichters über dem ersten Kondensator 152 und/oder dem zweiten Kondensator 162 identifiziert wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird die AC-Spannung nur vorhanden sein, wenn eine Phase-Masse-Störung vorliegt, da die AC-Spannung von dem ersten Kondensator 152 und dem zweiten Kondensator 162 während eines normalen Betriebes isoliert ist.
  • Die erste Spannung 151 und/oder die zweite Spannung 161 kann/können auf beliebige Art und Weise gemessen werden. Die EMV-Schaltung kann z. B. auch einen ersten Messwiderstand 153 und einen ersten Spannungsteilerwiderstand 154 zum Messen der ersten Spannung 151 umfassen. In der beispielhaften Ausführungsform fungieren der erste Spannungsteilerwiderstand 154 und der erste Messwiderstand 153 als eine Spannungsteilerschaltung, wobei ein erstes Spannungssignal 155 über den Messwiderstand 153 gemessen wird. Das erste Spannungssignal ist geeigneterweise proportional zu der ersten Spannung 151, sodass sich das erste Spannungssignal 155 bei einem geeigneten Spannungspegel zur Messung durch den Prozessor 140 befindet. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die EMV-Schaltung auch einen zweiten Messwiderstand 163 und einen zweiten Spannungsteilerwiderstand 164. Ein zweites Spannungssignal 165, das proportional zu der zweiten Spannung 161 ist, kann über den zweiten Messwiderstand 163 gemessen werden. Wie bei dem ersten Messwiderstand 153 kann der zweite Messwiderstand 163 derart gewählt sein, dass er ein zweites Spannungssignal 165 bei einem geeigneten Spannungspegel für den Prozessor 140 bereitstellt. In einer beispielhaften Ausführungsform besitzen der erste Spannungsteilerwiderstand 154 und der zweite Spannungsteilerwiderstand 164 im Wesentlichen gleiche Widerstandswerte, um im Wesentlichen gleiche Spannungsteilerschaltungen zum Messen der ersten Spannung 151 und der zweiten Spannung 161 bereitzustellen. In weiteren Ausführungsformen können der erste Spannungsteilerwiderstand 154 und der zweite Spannungsteilerwiderstand 164 verschiedene Werte besitzen. Es können andere Schaltungen und andere Verfahren zum Messen der ersten Spannung 151 und/oder der zweiten Spannung 161 verwendet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen, die nachfolgend erläutert sind, kann/können das erste Spannungssignal 155 und/oder das zweite Spannungssignal 165 gefiltert, verarbeitet, gemessen oder sonst wie angewendet werden, um einen Isolationsverlust in dem Motor 110 zu bestimmen. Der Einfachheit halber wird sich die nachfolgende Erläuterung in Bezug auf die Bestimmung eines AC-Isolationsverlusts in dem Motor 110 hauptsächlich auf das erste Spannungssignal konzentrieren, wenngleich auch das zweite Spannungssignal für diesen Zweck verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform, die nachfolgend erläutert ist, werden sowohl das erste Spannungssignal 155 als auch das zweite Spannungssignal 165 verwendet und verglichen, um einen Isolationsverlust in dem Leistungsbus 150 und/oder einen Isolationsverlust in dem Motor 110 zu bestimmen, wenn der Motor 110 bei einer niedrigen Drehzahl oder in einem stehen bleibenden Betrieb arbeitet.
  • Wenn eine Phase-Masse-Störung in der beispielhaften Ausführungsform auftritt, umfasst das erste Spannungssignal 155 AC-Signale, die mit der AC-Spannung in Beziehung stehen, welche verwendet wird, um die kurzgeschlossene Phase anzusteuern. Die AC-Signale können mit einer Frequenz vorhanden sein, die mit der vorliegenden Betriebsdrehzahl des Motors 110 als eine Grundfrequenz in Beziehung steht. Die AC-Signale von der kurzgeschlossenen Phase produzieren daher Komponenten des ersten Spannungssignals 155 als Grundfrequenzkomponenten. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Grundfrequenzkomponenten verwendet, um zu bestimmen, wann ein AC-Isolationsverlust in irgendeiner der drei Phasenwicklungen 114, 116 und/oder 118 auftritt.
  • Die Grundfrequenzkomponenten können Spannungssignale mit der Grundfrequenz umfassen. In der beispielhaften Ausführungsform liegt die Grundfrequenz, die zum Ansteuern der Phasen des Motors 110 verwendet wird, innerhalb eines Bereiches, der in Zyklen pro Sekunde gemessen wird und mit der vorliegenden Betriebsdrehzahl des Motors 110, gemessen in Umdrehungen pro Minute, in Beziehung steht. Die Korrelation zwischen Zyklen pro Sekunde der Grundfrequenz und Umdrehungen pro Sekunde der vorliegenden Motordrehzahl kann von der Motorsteuerungstechnik und/oder der Konfiguration eines spezifischen Motors abhängig sein und solch eine Korrelation ist für Fachleute auf dem Gebiet der Motorsteuerungen bekannt.
  • Das erste Spannungssignal 155 kann auch andere Komponenten einschließlich DC-Komponenten und/oder Schaltkomponenten enthalten.
  • Die DC-Komponenten können Spannungen umfassen, die mit dem Zustand des Leistungsbusses 150 in Beziehung stehen. Wie unten beschrieben, können die DC-Komponenten verwendet werden, um Störungen im Leistungsbus wie z. B. einen DC-Isolationsverlust zu bestimmen. Die Schaltkomponenten können mit einer Schalttechnik in Beziehung stehen, die verwendet wird, um den Motor 110 anzusteuern.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird das erste Spannungssignal 155 gefiltert, um die Grundfrequenzkomponente zu extrahieren. Die Grundfrequenzkomponente kann durch den Prozessor 140 verarbeitet werde, um die Amplitude der Grundfrequenzkomponente zu messen. In der beispielhaften Ausführungsform, wenn die Grundfrequenzkomponente eine relativ hohe Amplitude besitzt, bestimmt der Prozessor 140, dass eine Phase-Masse-Störung in dem Motor 110 vorliegt. Wenn die Grundfrequenzkomponente hingegen eine relativ niedrige Amplitude besitzt, kann der Prozessor 140 bestimmen, dass das Motorsystem 110 unter normalen Bedingungen arbeitet, wobei die Motorphasenwicklungen 114, 116 und 118 von dem Motorrahmen 112 isoliert sind. Wie unten stehend erläutert, kann von dem Motorsystem 100 auch ein Teilschluss detektiert werden.
  • Das Motorsystem 100 filtert das erste Spannungssignal 155 und das zweite Spannungssignal 165 auf eine beliebige geeignete Art und Weise, um zu bestimmen, wann Störzustände auftreten. Zum Beispiel kann das erste Spannungssignal 155 mithilfe eines ersten Tiefpassfilters 182 und eines zweiten Tiefpassfilters 184 gefiltert werden. In der beispielhaften Ausführungsform sind der erste Tiefpassfilter 182 und der zweite Tiefpassfilter 184 ausgebildet, um die Schaltkomponenten aus dem ersten Spannungssignal 155 und dem zweiten Spannungssignal 165 herauszufiltern. Der erste Tiefpassfilter 182 und der zweite Tiefpassfilter 184 können auf eine beliebige Art und Weise wie z. B. in der Hardware, in einem Prozessor, der eine Software und/oder Firmware verwendet, wie auch mittels anderer Verfahren implementiert sein. In der beispielhaften Ausführungsform sind der erste Tiefpassfilter 182 und der zweite Tiefpassfilter 184 als diskrete Schaltungen implementiert, die eine Cutoff-Frequenz besitzen, die niedriger ist als die Schaltfrequenz oder -frequenzen, die verwendet wird/werden, um den Motor 110 zu steuern. Zum Beispiel kann der Prozessor 140 den Leistungswechselrichter 130 mit einer Schaltfrequenz in einem Bereich zwischen etwa 10 kHz und etwa 50 kHz und einer Grundfrequenz in einem Bereich zwischen etwa null Hertz und etwa 3 kHz steuern, um den Motor 110 in einer Fahrzeuganwendung zu betreiben. In weiteren Ausführungsformen und/oder weiteren Anwendungen kann der Prozessor 140 den Leistungswechselrichter 130 anweisen, den Motor 110 unter Verwendung anderer Frequenzbereiche zu betreiben. In der beispielhaften Ausführungsform können der erste Tiefpassfilter 182 und der zweite Tiefpassfilter 184 eine Cutoff-Frequenz von etwa 2 kHz besitzen, um die Schaltkomponenten des ersten Spannungssignals 155 und des zweiten Spannungssignals 165 zu dämpfen, ohne die Grundfrequenzkomponenten wesentlich zu dämpfen.
  • Das erste Spannungssignal 155 kann auf eine beliebige geeignete Art und Weise weiter gefiltert und/oder verarbeitet werden, um eine Isolationsverlust-Störung in dem Motorsystem 100 zu bestimmen. In der beispielhaften Ausführungsform wandelt der Prozessor 140 das erste Spannungssignal 155 mithilfe eines Analog/Digital(A/D)-Wechselrichters in ein digitales Format um. Der A/D-Wechselrichter kann Teil des Prozessors 140 sein und das erste Spannungssignal 155 mit einer Rate abtasten, die zumindest das Doppelte der Rate der höchsten Grundfrequenz für den Motor 110 ausmacht. Zum Beispiel kann der Prozessor 140 das erste Spannungssignal 155 mit einer Rate von etwa 4 kHz oder höher abtasten. In weiteren Ausführungsformen können andere Abtastraten verwendet wer den, um das erste Spannungssignal 155, das die Grundfrequenzkomponenten und die DC-Komponenten umfasst, in ein digitales Format umzuwandeln. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Grundfrequenzkomponenten verwendet, um einen Isolationsverlust in dem Motor 110 zu bestimmen, und die DC-Komponenten werden verwendet, um einen Isolationsverlust in dem Leistungsbus 150 zu bestimmen, wie unten stehend erläutert.
  • In 1 ist das Motorsystem 100 ein beispielhaftes Dreiphasenmotorsystem 100. In weiteren Ausführungsformen können andere Mehrphasenmotorsysteme mit mehr oder weniger Phasen verwendet werden. Der Einfachheit halber konzentriert sich die Erläuterung hauptsächlich auf ein Dreiphasenmotorsystem; allerdings sind die erläuterten Prinzipien auf andere Mehrphasenmotorsysteme oder Einzelphasensysteme wie auch auf andere Motorsteuerungssysteme anwendbar. Es können auch andersartige Abweichungen in der Funktion und Struktur des Motorsystems 100 vorhanden sein. In weiteren Ausführungsformen können andere Konfigurationen von Leistungsversorgungen, elektromagnetischen Verträglichkeitsschaltungen, Prozessoren und anderen Komponenten verwendet werden.
  • Der Prozessor 140 in der beispielhaften Ausführungsform verwendet einen oder mehrere Prozesse, um einen AC- und/oder DC-Isolationsverlust in dem Motorsystem 100 zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Prozessor 140 einen Prozess ausführen, um einen AC-Isolationsverlust zu bestimmen, und kann gleichzeitig oder anschließend auch einen Prozess ausführen, um einen DC-Isolationsverlust zu bestimmen. Der Prozessor 140 kann auch einen oder mehrere Prozesse ausführen, die jeweils bestimmen, ob ein Isolationsverlust aufgetreten ist. Zum Beispiel können mehrere Prozesse jeweils verwendet werden, um einen AC-Isolationsverlust zu bestimmen, wobei die endgültigen Bestimmungen verglichen werden, um die Ergebnisse zu bestätigen. Die 2, 6, 10 und 11 zeigen beispielhafte Prozesse, die von dem Motorsystem 100, welches den Prozessor 140 umfasst, durchgeführt werden können. Die beispielhaften Prozesse, die in den 2, 6, 10 und 11 gezeigt sind, können als alternative Prozesse oder als komplementäre Prozesse durchgeführt werden. Allgemein gesagt, können die verschiedenen Funktionen und Merkmale der in den 2, 6, 10 und 11 gezeigten Verfahren mit einer beliebigen Art von Hardware, Software und/oder Firmwarelogik erfüllt werden, die in einer beliebigen Plattform gespeichert ist und/oder ausgeführt wird. Einige oder alle der gezeigten Verfahren können z. B. durch Ausführen einer Logik innerhalb des in 1 gezeigten Motorsystems 100 stattfinden. In einer Ausführungsform führt der Prozessor 140 eine Softwarelogik aus, die jede der verschiedenen Funktionen erfüllt, die in den 2, 6, 10 und 11 gezeigt sind.
  • Wendet man sich nun 2 zu, umfasst ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Bestimmen eines AC-Isolationsverlusts in einem Motorsystem geeigneterweise die weitgehenden Funktionen, dass ein erstes Spannungssignal 155 empfangen wird (Funktion 212), das erste Spannungssignal 155 gefiltert wird, um DC-Komponenten zu dämpfen (Funktion 216), und bestimmt wird, dass ein AC-Isolationsverlust vorliegt (Funktion 228). Weitere Ausführungsformen können zusätzlich das erste Spannungssignal 155 abtasten (Funktion 214), das gefilterte erste Spannungssignal in einen absoluten Wert umwandeln (Funktion 218) und/oder können den Durchschnitt des absoluten Werts bilden (Funktion 220). Es können auch verschiedene weitere Funktionen und weitere Merkmale vorgesehen sein, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben.
  • In der beispielhaften Ausführungsform beginnt das Verfahren 200 bei der Funktion 210. Der Prozessor 140 (1) kann das erste Spannungssignal 155 auf eine beliebige Weise empfangen (Funktion 212). Zum Beispiel kann das erste Spannungssignal 155 mit einem Datenerfassungsmodul empfangen werden, das ein Teil des Prozessors 140 ist. In der beispielhaften Ausführungsform tastet die Datenerfassungseinheit das erste Spannungssignal 155 ab (Funktion 214). In einer Ausführungsform des Verfahrens 200 wird das erste Spannungssignal 155 in ein digitales erstes Spannungssignal umgewandelt und die restlichen Funktionen werden unter Verwendung digitaler Signalverarbeitungstechniken durchgeführt.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird das erste Spannungssignal 155 (1) von dem Prozessor 140 empfangen und weist eine Grundfrequenzkomponente und eine DC-Komponente auf, wobei die Schaltkomponenten durch den ersten Tiefpassfilter 182 entfernt wurden. Wie oben erläutert, kann die Grundfrequenzkomponente mit dem Isolationsverlust in dem Motor 110 in Beziehung stehen.
  • Wie oben erläutert, ist die Grundfrequenz eine Frequenz innerhalb eines Bereiches, der mit der Drehzahl des Motors 110 in Beziehung steht. Der Motor 110 kann derart gesteuert sein, dass er eine maximale Drehzahl aufweist, die einem höchsten Wert für den Grundfrequenzbereich entspricht. In einer Ausführungsform wird die Funktion des Abtastens (Funktion 214) mit einer Rate durchgeführt, die gleich viel oder mehr als das Doppelte des höchsten Werts des Grundfrequenzbereiches ausmacht, wenngleich weitere Ausführungsformen andere Werte verwenden können. In weiteren Ausführungsformen tastet der Prozessor 140 mit Raten, die niedriger sind als der höchste Wert des Grundfrequenzbereiches, wie z. B. dem Doppelten der vorliegenden Betriebsgrundfrequenz oder jeder beliebigen anderen geeigneten Abtastrate ab.
  • Das beispielhafte Verfahren 200 filtert die DC-Komponenten aus dem ersten Spannungssignal 155 heraus (Funktion 216). In einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Prozessor 140 z. B. digitale Signalverarbeitungstechniken, um die DC-Komponenten zu dämpfen oder aus dem ersten Spannungssignal 155 zu entfernen. Der Prozessor 140 kann einen Prozess verwenden, der als ein Hochpassfilter mit einer relativ niedrigen Cutoff-Frequenz wie z. B. 10 Hz wirkt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst das erste Spannungssignal 155 nach dem Herausfiltern der DC-Komponente (Funktion 216) hauptsächlich Grundfrequenzkomponenten. Wie oben erläutert, kann die Grundfrequenzkomponente ein Signal mit der Grundfrequenz von der kurzgeschlossenen Phasenwicklung (z. B. der dritten Phasenwicklung 188 von 1) umfassen, und sie kann auch Grundfrequenzkomponenten von weiteren Phasenwicklungen umfassen. In einem beispielhaften Motorsystem 100 mit einem Dreiphasenmotor 110 umfasst die Grundfrequenzkomponente des ersten Spannungssignals 155 ein Signal mit dem Dreifachen der Grundfrequenz von der Kombination aller drei Phasen und sie umfasst auch ein Signal von der kurzgeschlossenen Phasenwicklung mit der Grundfrequenz. Während eines normalen Betriebes, ohne einen Phase-Masseschluss, ist die Grundfrequenzkomponente relativ klein. Wenn ein Phase-Masseschluss auftritt, kann die Grundfrequenzkomponente vergleichsweise relativ groß sein. Das Vorhandensein und/oder die Größe dieser Grundfrequenzkomponente kann/können direkt mit dem Vorhandensein einer Phase-Masse-Störung in dem Motor 110 oder einer ähnlichen Störung korreliert sein.
  • Die Grundfrequenzkomponente kann auf jede beliebige Art und Weise gemessen werden, um zu bestimmen, ob ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist. In dem beispielhaften Verfahren 200 wird das erste Spannungssignal 155 (1) mit der Grundfrequenzkomponente in einen absoluten Wert umgewandelt (Funktion 218). Das Umwandeln der Grundfrequenz komponente in einen absoluten Wert kann zulassen, dass die Amplitude der Grundfrequenz gemessen wird. Das Signal mit dem absoluten Wert bzw. Absolutwertsignal wird über eine Zeitspanne gemittelt (Funktion 220), um eine Messung der Amplitude der Grundfrequenzkomponente von dem ersten Spannungssignal 155 bereitzustellen. Die Zeitspanne für die Durchschnittsbildung kann mit der niedrigsten Grundfrequenz in Beziehung stehen, die mit der Abtastrate gemessen werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Abtastdauer von 0,25 Sekunden verwendet, um einen Bereich von Grundfrequenzen, der relativ niedrige Frequenzen umfasst, abzutasten.
  • In dem beispielhaften Verfahren 200 wird der durchschnittliche Spannungswert mit einem oder mehreren Werten verglichen, um zu bestimmen, ob ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist. Der durchschnittliche Spannungswert der Grundfrequenzkomponentenamplitude kann z. B. mit einem Warnwert verglichen werden (Funktion 222), um zu bestimmen, ob eine Warnung an einen Fahrzeugbediener herausgegeben werden sollte. Wenn der durchschnittliche Spannungswert niedriger ist als der Warnwert, bestimmt der Prozessor 140, dass der Motor 110 unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet, und setzt damit fort, den Motor zu betreiben und den durchschnittlichen Spannungswert der Grundfrequenzkomponentenamplitude des ersten Spannungssignals 155 (1) zu überwachen. Wenn der durchschnittliche Spannungswert hingegen höher ist als der Warnwert, kann der Prozessor 140 bestimmen, ob der durchschnittliche Spannungswert einen Störwert überschreitet (Funktion 224), der höher ist als der Warnwert.
  • Wenn der durchschnittliche Spannungswert der Grundfrequenzkomponentenamplitude von dem ersten Spannungssignal 155 (1) kleiner ist als ein Störwert, kann der Prozessor 140 bestimmen, dass ein Phase- Masse-Teilschluss vorliegt, dass der Motor aber den Betrieb für eine kurze Zeit und/oder mit einer begrenzten Leistung fortsetzen kann, ohne dass ein Schaden an dem Motorsystem 100 oder anderen Systemen verursacht wird. Der Prozessor kann Ausgangssignale wie z. B. Signale bereitstellen, um eine Warnung an einen Bediener des Motorsystems 100 anzuzeigen (Funktion 226). Der Prozessor kann dann damit fortsetzen, das erste Spannungssignal 155 zu empfangen, um zu bestimmen, ob sich die Schluss-Rahmen-Bedingung ändert.
  • In der beispielhaften Ausführungsform, wenn der durchschnittliche Spannungswert der Grundfrequenzkomponentenamplitude von dem ersten Spannungssignal 155 (1) gleich oder höher ist als der Störwert, bestimmt der Prozessor 140 dann, dass ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist (Funktion 228) und er kann Funktionen auf der Basis der Bestimmung durchführen, wie z. B. den Leistungswechselrichter 130 anweisen, damit aufzuhören, dem Motor 10 AC-Strom zuzuführen. Der Prozessor kann auch Information an die Anzeige 142 senden, die sich auf den Zustand des Motors 110 bezieht. Ein Fahrzeug mit mehreren Motoren kann z. B. einen Phase-Masseschluss in einem Motor erfahren, und ein Fahrerinformationszentrum kann Information anzeigen, die zeigt, dass einer der Motoren auf Grund einer Störung ausgeschaltet wurde. Das beispielhafte Verfahren 200 endet bei der Funktion 240.
  • Die 3–5 zeigen Graphen mit beispielhaften durchschnittlichen Spannungswerten der Amplitude der Grundfrequenzkomponente, gemessen über die Zeit, für spezifische Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dem Verfahren 200 oder anderen geeigneten Verfahren. Wie oben erläutert, wird/werden das erste Spannungssignal 155 (1) und/oder das zweite Spannungssignal 165 gefiltert, um die Grundfrequenzkomponente zu beschaffen. In Übereinstimmung mit dem Verfahren 200 wird die Grundfrequenzkomponente gemessen, indem der Durchschnitt der Spannungsamplitude des ersten Spannungssignals 155 nach dem Filtern, um andere Komponenten zu entfernen, gemessen wird.
  • 3 zeigt einen Graphen 300 eines durchschnittlichen Spannungswerts 310 der Grundfrequenzkomponentenamplitude gemäß der Funktion 220 des Verfahrens 200 (2). In diesem Beispiel sind die Phasenwicklungen von der Masse für die beispielhafte Ausführungsform des Graphen 300 korrekt isoliert. Der Graph 300 zeigt den durchschnittlichen Spannungswert 310 der Grundfrequenzkomponentenamplitude als relativ niedrig, z. B. um etwa 0,1 Volt, bei einem gesunden Systemzustand. Der durchschnittliche Spannungswert der Grundfrequenzkomponentenamplitude in Übereinstimmung mit dem Verfahren 200 repräsentiert die Amplitude des AC-Signals, das von der Ausgangsseite 132 des Leistungswechselrichters 130 über die Masseverbindung 190 übertragen wird. Unter normalen Betriebsbedingungen kann ein kleines Signal infolge von Unregelmäßigkeiten in dem Motorsystem 100 detektiert werden. Der relativ kleine durchschnittliche Spannungswert 310 kann auch in einem elektrischen Rauschen oder anderen nicht idealen Bedingungen beim Messen des ersten Spannungssignals 155 begründet sein. In der beispielhaften Ausführungsform, wenn die Motorphasen isoliert sind, liegt der durchschnittliche Spannungswert 310 unter dem Warnwert und dem Störwert, wie in den Funktionen 222 und 224 des Verfahrens 200 verwendet.
  • Der Graph 400 zeigt einen durchschnittlichen Spannungswert 410 der Grundfrequenzkomponentenamplitude, wenn eine der Phasenwicklungen zu Masse kurzgeschlossen ist. Der durchschnittliche Spannungswert 410 kann gemäß der Funktion 220 des Verfahrens 200 (2) bestimmt werden. Für die spezifische erläuterte Ausführungsform liegt der durchschnittliche Spannungswert 410 über dem Warnwert und dem Störwert.
  • Wie in dem Graphen 400 gezeigt, kann der durchschnittliche Spannungswert 410 von dem Motorsystem 100 in einem Störzustand etwa 160 Volt nach 0,2 Sekunden des Messens des absoluten Werts in Übereinstimmung mit dem Verfahren 200 betragen. In der beispielhaften Ausführungsform steht der Spannungspegel des durchschnittlichen Spannungswerts 410 in direkter Beziehung mit der Amplitude der Grundfrequenzkomponente und daher in direkter Beziehung damit, ob ein Phase-Masseschluss in dem Motor 110 vorhanden ist. Der durchschnittliche Spannungspegel der Grundfrequenzkomponentenamplitude in einem spezifischen System kann von vielen verschiedenen Faktoren abhängig sein und kann abhängig von der Versorgungsspannung, den Steuerungstechniken, ob der Schluss zu dem Rahmen eine relativ niedrige Impedanz oder höhere Impedanz besitzt, wie auch von anderen Faktoren variieren. In den beispielhaften Ausführungsformen steht die Amplitude des durchschnittlichen Spannungswerts 410 mit einer Größe des Kurzschlussstromsignals 122 in Beziehung und kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Warnwert und/oder ein Störwert überschritten wurden. Wie oben erläutert, können verschiedene Steuerungstechniken verwendet werden, um den Motor 110 (1) zu steuern. 4 zeigt einen Graphen 400 von einer Ausführungsformen, die ein Steuerungsverfahren mit diskontinuierlicher Pulsweitenmodulation (DPWM) verwendet.
  • 5 zeigt einen Graphen 500 von einer Ausführungsform, die eine Steuerungstechnik mit einer Sinus-Pulsweitenmodulation (SPWM) verwendet, mit einem Phase-Masse-Störzustand. Der Graph zeigt einen durchschnittlichen Spannungswert 510 der Grundfrequenzamplitude gemäß der Funktion 220 des Verfahrens 200 (2). Eine der Phasenwicklungen ist in der beispielhaften Ausführungsform des Graphen 500 zu Masse kurzgeschlossen. Wie oben erläutert, können verschiedene Faktoren einen durchschnittlichen Spannungspegel der durch den Prozessor 140 (1) unter Verwendung des Verfahrens 200 oder anderer geeigneter Verfahren gemessenen Grundfrequenzkomponentenamplitude beeinflussen. Wie in dem Graphen 500 gezeigt, kann der durchschnittliche Spannungswert 510 eine Spannung von etwa 14 Volt nach einer Durchschnittsbildung von 0,2 Sekunden aufweisen. Der Prozessor 140 kann den Spannungspegel des durchschnittlichen Spannungswerts 510 mit vorbestimmten Werten vergleichen, um zu bestimmen, ob ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist.
  • Das Motorsystem 100 (1), welches das Verfahren 200 (2) verwendet, kann auf der Basis von Differenzen in den durchschnittlichen Spannungswerten (Funktion 220) zwischen einem normalen Betriebszustand und einem Störzustand bestimmen, wann ein AC-Isolationsverlust auftritt. Die 3–5 zeigen z. B. durchschnittliche Spannungswerte (310, 410 und 510) der Grundfrequenzkomponentenamplitude für die erläuterten Ausführungsformen und Bedingungen, mit einem relativ niedrigen durchschnittlichen Spannungswert 310 (kleiner als 0,2 Volt) für normale Betriebsbedingungen und relativ hohen durchschnittlichen Spannungswerten 410 und/oder 510 (höher als 14 Volt) für AC-Isolationsverlustbedingungen. Auf der Basis dieser Differenzen können die beispielhaften Ausführungsformen mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmen, wann ein Isolationsverlust auftritt.
  • 6 zeigt das beispielhafte Verfahren 600 zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem 100 (1). Das Verfahren 600 umfasst geeigneterweise die weitgehenden Funktionen, dass ein erstes Spannungssignal empfangen wird (Funktion 212), das erste Spannungssignal in ein Signal mit einem absoluten Wert umgewandelt wird (Funktion 218), die AC-Komponenten aus dem Signal mit dem absoluten Wert herausgefiltert oder gedämpft werden (Funktion 620), ein Spitzenwert des Signals mit dem absoluten Wert detektiert wird (Funktion 620) und bestimmt wird, dass ein Isolationsverlust in dem Motorsystem 100 aufgetreten ist (Funktion 626). Weitere Ausführungsformen können zusätzlich das erste Spannungssignal abtasten (Funktion 214) und/oder DC-Komponenten aus dem ersten Spannungssignal herausfiltern oder dämpfen (Funktion 216). Es können auch verschiedene weitere Funktionen und weitere Merkmale vorgesehen sein, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben.
  • Das beispielhafte Verfahren 600 beginnt bei der Funktion 610. Die Funktionen 212–218 können durchgeführt werden, wie oben in Verbindung mit 2 und dem beispielhaften Verfahren 200 erläutert. Wie oben erläutert, kann die Grundfrequenzkomponente auf jede beliebige Art und Weise gemessen werden, um zu bestimmen, ob ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist. In dem beispielhaften Verfahren 200 wird ein durchschnittlicher Spannungswert von der Grundfrequenzkomponente verwendet, um zu bestimmen, ob sich der Motor 110 in einem Störzustand befindet. Gleichermaßen verwendet das Verfahren 600 einen detektierten Spitzenspannungswert von der Grundfrequenzkomponente, um zu bestimmen, ob sich der Motor 110 in einem Störzustand befindet.
  • In der beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens 600 wird das erste Spannungssignal mit der Grundfrequenzkomponente in ein Signal mit einem absoluten Wert umgewandelt (Funktion 218). Wie oben erläutert, kann das Umwandeln der Grundfrequenzkomponente in einen absoluten Wert zulassen, dass die Amplitude der Grundfrequenz gemessen wird. In dem beispielhaften Verfahren filtert der Prozessor 140 AC-Komponenten aus dem Signal mit dem absoluten Wert heraus oder dämpft diese (Funktion 620). Nach dem Herausfiltern der AC-Komponenten kann der Prozessor 140 das Signal verwenden, um einen Spitzenspannungswert zu detektieren (Funktion 622), um eine Messung der Amplitude der Grundfre quenzkomponente vorzusehen. Der Spitzenspannungswert kann über eine geeignete Zeitspanne, z. B. etwa 0,25 Sekunden oder ähnlich, gemessen werden, wenngleich eine andere Ausführungsform andere Werte verwenden kann. In dem beispielhaften Verfahren 600 steht/en die Amplitude des Spitzenspannungswerts und/oder der Anstieg des Spitzenspannungswerts über die Zeit damit in Beziehung, ob ein Phase-Masseschluss in dem Motor 110 vorhanden ist. Der Prozessor 140 kann den Spitzenspannungswert und/oder den Anstieg des Spitzenspannungswerts mit einem oder mehreren Werten wie z. B. einem Warnwert und/oder einem Störwert vergleichen. In dem beispielhaften Verfahren 600 wird der Spitzenspannungswert mit einem Störwert verglichen (Funktion 624). Wenn der Spitzenspannungswert kleiner ist als der Störwert, setzt der Prozessor 140 geeigneterweise damit fort, den Motor 110 zu betreiben. In der beispielhaften Ausführungsform setzt der Prozessor 140 damit fort, das erste Spannungssignal zu empfangen und die Funktionen des beispielhaften Verfahrens 600 durchzuführen, während er den Motor 110 betreibt. Wenn der Spitzenspannungswert gleich oder höher als der Störwert ist, kann der Prozessor 140 bestimmen, dass ein AC-Isolationsverlust in dem Motor 110 aufgetreten ist (Funktion 626). Wenn ein Isolationsverlust bestimmt wird, kann der Prozessor 140 den Betrieb des Motors 110 stoppen und/oder andere geeignete Prozesse anweisen. Das beispielhafte Verfahren 600 endet bei der Funktion 640.
  • Die 7–9 zeigen Graphen mit beispielhaften detektierten Spitzenspannungswerten der Grundfrequenzkomponentenamplitude, gemessen über die Zeit, für spezifische Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dem Verfahren 600 oder anderen geeigneten Verfahren. Wie oben erläutert, wird/werden das erste Spannungssignal 155 (1) und/oder das zweite Spannungssignal 165 gefiltert, um die Grundfrequenzkomponente zu beschaffen. In Übereinstimmung mit dem Verfahren 600 wird die Grundfre quenzkomponente gemessen, indem die Spitzenspannungswerte der Amplitude des ersten Spannungssignals 155 detektiert werden.
  • 7 zeigt einen Graphen 700 eines Spitzenspannungswerts 710 der Grundfrequenzkomponentenamplitude von dem ersten Spannungssignal 155 (1) gemäß der Funktion 622 des Verfahrens 600 (6). In der beispielhaften Ausführungsform, die in dem Graphen 700 gezeigt ist, sind die Phasenwicklungen von Masse korrekt isoliert. Der Spitzenspannungswert 710 der Grundfrequenzkomponente in Übereinstimmung mit dem Verfahren 600 repräsentiert die Amplitude des AC-Signals, das von der Ausgangsseite 132 des Leistungswechselrichters 130 über die Masseverbindung 190 übertragen wird. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Spitzenspannungswert 710 relativ klein, da kein Strom mit der Grundfrequenz durch die Masseverbindung 190 (1) fließt. Der beispielhafte Graph 700 zeigt, dass der Spitzenspannungswert 710 etwa null Volt nach etwa 0,2 Sekunden und weniger als 0,002 Volt bei etwa 0,25 Sekunden beträgt. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Spitzenspannungswert 710 der Grundfrequenzkomponente kleiner als der Störwert und der Prozessor 140 bestimmt auf der Basis des Spitzenspannungswerts 710, dass die Phasenwicklungen 114, 116 und 118 korrekt von der Masse isoliert sind.
  • Der Graph 800 zeigt den Spitzenspannungswert 810 der Grundfrequenzkomponentenamplitude von dem ersten Spannungssignal 155 gemäß der Funktion 622 des Verfahrens 600 (6), wenn eine der Phasenwicklungen zu Masse kurzgeschlossen ist. Der Spitzenspannungswert 810 kann relativ hoch sein, wenn das Motorsystem 100 (1) eine Phase-Masse-Störung aufweist. Zum Beispiel beträgt in dem Graphen 800 der Spitzenspannungswert 810 etwa 6 Volt bei ungefähr 0,2 Sekunden und etwa 14 Volt bei ungefähr 0,25 Sekunden. Der Spitzenspannungswert 810 kann mit einem Störwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Isolationsverlust in dem Motor 110 aufgetreten ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Größe des Spitzenspannungswerts 810 der Grundfrequenzkomponentenamplitude direkt mit mehreren Faktoren korreliert, welche die Versorgungsspannung, das Motorsteuerungstechniken, ob der Schluss zu dem Rahmen eine relativ niedrige Impedanz oder höhere Impedanz besitzt, wie auch von anderen Faktoren umfassen. Wie oben erläutert, können verschiedene Steuerungstechniken verwendet werden, um den Motor 110 (1) zu steuern. 8 zeigt einen Graphen 800 von einer Ausführungsform, die ein Steuerungstechniken mit diskontinuierlicher Pulsweitenmodulation (DPWM) verwenden.
  • 9 zeigt einen Graphen 900 von einer Ausführungsform, die eine Steuerungstechnik mit einer Sinus-Pulsweitenmodulation (SPWM) verwendet, mit einer Phase-Masse-Störbedingung. Der Graph 900 zeigt einen Spitzenspannungswert 910 der Grundfrequenzkomponentenamplitude von dem ersten Spannungssignal 155 (1) gemäß der Funktion 622 des Verfahrens 600 (6). Wenn eine Phase-Masse-Störung in dem Motorsystem 100 auftritt, kann der Spitzenspannungswert 910 einen relativ hohen Wert aufweisen. Zum Beispiel zeigt der Graph 900 einen relativ hohen Spitzenspannungswert 910 mit einem Wert von etwa 0,6 Volt bei etwa 0,2 Sekunden und einem Wert von etwa 1,4 Volt bei etwa 0,25 Sekunden. Der Spitzenspannungswert 910 der Grundfrequenzkomponentenamplitude von einem Störzustand ist relativ hoch verglichen mit dem Spitzenspannungswert 710 (7) von einem System, das keinen Störzustand aufweist. In der beispielhaften Ausführungsform, wenn eine Phase-Masse-Störung auftritt, ist der Spitzenspannungswert 910 höher als der Störwert, wie oben erläutert. Der Prozessor 140 kann den Spitzenspannungswert 910 mit dem Störwert vergleichen, um zu bestimmen, ob ein AC-Iso lationsverlust aufgetreten ist, und ob die Steuerung des Leistungswechselrichters 130 modifiziert werden sollte.
  • Das Motorsystem 100 (1), welches das Verfahren 600 (6) verwendet, kann auf der Basis von Differenzen in den Spitzenspannungswerten von der Grundfrequenzkomponentenamplitude des ersten Spannungssignals (Funktion 622) zwischen einem normalen Betriebszustand und einem Störzustand bestimmen, wann ein AC-Isolationsverlust auftritt. Die 7–9 zeigen z. B. Spitzenspannungswerte (710, 810 und 910) für die erläuterten Ausführungsformen und Bedingungen mit einem relativ niedrigen Spitzenspannungswert 710 (kleiner als 0,002 Volt bei 0,25 Sekunden) für normale Betriebsbedingungen und relativ hohen Spitzenspannungswerten 810 und/oder 910 (höher als 1,2 Volt bei 0,25 Sekunden) für AC-Isolationsverlustbedingungen. Der relativ niedrige Spitzenspannungswert 710 ist eine Messung einer geringen Amplitude der Grundfrequenzkomponentenamplitude in dem ersten Spannungssignal 155 (1) und die relativ hohen Spannungswerte 810 und/oder 910 sind eine Messung einer relativ großen Grundfrequenzkomponente in dem ersten Spannungssignal 155. Auf der Basis dieser Differenzen kann die beispielhafte Ausführungsform mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmen, wann ein Isolationsverlust auftritt.
  • 10 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 1000 zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem mithilfe von orthogonalen (z. B. Sinus- und Cosinus-)Komponenten eines Quellensignals. Das beispielhafte Verfahren 1000 umfasst geeigneterweise die weitgehenden Funktionen, dass ein erstes Spannungssignal empfangen wird (Funktion 1012), das erste Spannungssignal mit einer ersten orthogonalen (Sinus-)Komponente eines Quellensignals multipliziert wird (Funktion 1018), was in einem ersten Abschnitt des ersten Spannungssignals resultiert, das erste Span nungssignal mit einer zweiten Orthogonalen (Cosinus-)Komponente des Quellensignals multipliziert wird (Funktion 1020), was in einem zweiten Abschnitt des ersten Spannungssignals resultiert, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Spannungssignals kombiniert werden, um ein gefiltertes Spannungssignal mit einer Amplitude zu erhalten (Funktion 1022), und bestimmt wird, dass ein AC-Isolationsverlust in dem Motor 110 vorliegt. (Funktion 1026). Weitere Ausführungsformen können zusätzlich ein Quellensignal mit der Grundfrequenz des Motors 110 produzieren (Funktion 1014) und/oder das Quellensignal in orthogonale Komponenten trennen (Funktion 1016). Es können auch verschiedene weitere Funktionen und weitere Merkmale vorgesehen sein, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben.
  • Das Verfahren 1000 beginnt bei der Funktion 1010. In einer beispielhaften Ausführungsform empfängt der Prozessor 140 (1) ein erstes Spannungssignal 155 (Funktion 1012) auf eine beliebige geeignete Weise. Der Prozessor 140 kann z. B. ein Datenerfassungsmodul mit geeigneten elektrischen Verbindungen zum Empfangen des ersten Spannungssignals 155 umfassen. Der Prozessor 140 kann auch ein Quellensignal mit einer Grundfrequenz produzieren (Funktion 1014). Zum Beispiel kann der Prozessor 140 ein Signal mit der Grundfrequenz zum Ansteuern des Motors 110 und/oder für andere Funktionen produzieren. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Quellensignal in orthogonale Komponenten aufgeteilt (Funktion 1016), wie z. B. eine Sinuskomponente und eine Cosinuskomponente. Eine erste Quellenkomponente (Sinus) wird mit dem ersten Spannungssignal 155 multipliziert (Funktion 1018), was in einem ersten Abschnitt des ersten Spannungssignals resultiert. Die zweite Quellenkomponente (Cosinus) wird mit dem ersten Spannungssignal 155 multipliziert (Funktion 1020), was in einem zweiten Abschnitt des ersten Spannungssignals resultiert. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt werden mithilfe von zwei in der Software implementierten Tiefpassfiltern gefiltert (Funktionen 1019 und 1021). Aus diesen beiden Ausgängen der Tiefpassfilter wird die Quadratsumme gebildet (Funktion 1022), um eine Amplitude zu erhalten, die mit dem Schwellenstörwert verglichen werden kann (Funktion 1024). Dieser Prozess entfernt Komponenten niedriger Frequenz wie z. B. DC-Komponenten von der Amplitude des ersten Spannungssignals.
  • In der beispielhaften Ausführungsform entfernt der Prozess zum Kombinieren des ersten Spannungssignals 155 mit orthogonalen Komponenten (Funktionen 1018 und 1020) und zum Kombinieren der getrennten Signale (Funktion 1022) DC-Komponenten in dem ersten Spannungssignal 155 oder dämpft diese, sodass das erste Spannungssignal hauptsächlich Grundfrequenzkomponenten enthält. In dem beispielhaften Motorsystem 100 besitzt die Grundfrequenzkomponente des ersten Spannungssignals 155 eine größere Amplitude, wenn ein Phase-Masseschluss in dem Motor 110 auftritt, im Vergleich mit der Amplitude der Grundfrequenzkomponente unter normalen Bedingungen. Der Prozessor 140 kann die Amplitude des ersten Spannungssignals 155 mit einem Störwert vergleichen (Funktion 1024), um zu bestimmen, ob ein AC-Isolationsverlust in dem Motor 110 aufgetreten ist. In der beispielhaften Ausführungsform setzt der Prozessor 140 damit fort, das erste Spannungssignal zu überwachen, um zu bestimmen, ob die Amplitude der Grundfrequenzkomponente größer ist als der Störwert. Wenn die Amplitude gleich oder größer als der Störwert ist, kann der Prozessor bestimmen, dass ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist (Funktion 1026), und den Betrieb des Motors 110 abschalten. Es kann/können eine andere Programmierlogik oder -funktionen von dem Prozessor 140 und/oder weiteren Prozessoren durchgeführt werden, wenn der Prozessor 140 bestimmt, dass ein AC-Isolationsverlust aufgetreten ist.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1100 zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem 100 (1). Das Verfahren 1100 umfasst geeigneterweise die weitgehenden Funktionen, dass ein erstes Spannungssignal (Funktion 1111) und ein zweites Spannungssignal empfangen werden (Funktion 1112), ein erster Mittelwert des ersten Spannungssignals (Funktion 1117) und ein zweiter Mittelwert des zweiten Spannungssignals gemessen werden (Funktion 1118), der erste Mittelwert mit dem zweiten Mittelwert verglichen wird (Funktion 1122) und bestimmt wird, ob ein Isolationsverlust aufgetreten ist (Funktion 1126). Weitere Ausführungsformen können zusätzlich das erste Spannungssignal (Funktion 1115) und das zweite Spannungssignal abtasten (Funktion 1116). Es können auch verschiedene weitere Funktionen und weitere Merkmale vorgesehen sein, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben.
  • Das beispielhafte Verfahren 1100 kann verwendet werden, um einen Phase-Masse-Isolationsverlust zu detektieren, wenn der Motor 110 (1) mit einer niedrigen Grundfrequenz und/oder bei einem stehen bleibenden Zustand arbeitet. Wenn das Motorsystem 100 z. B. in einem Fahrzeug verwendet wird, kann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit der Drehzahl und/oder der Grundfrequenz des Motors 110 in Beziehung stehen. Wenn das Fahrzeug angehalten wird oder sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegt, kann die Grundfrequenz niedriger sein als eine niedrigste geeignete Frequenz zur Verwendung in einigen Verfahren zum Detektieren eines AC-Isolationsverlusts. Das beispielhafte Verfahren 1100 kann einen AC-Isolationsverlust bei niedrigen Grundfrequenzen detektieren und kann auch einen DC-Isolationsverlust detektieren. Ein DC-Isolationsverlust kann z. B. auftreten, wenn ein Schluss oder ein Teilschluss zwischen dem positiven Anschluss 172 oder negativen Anschluss 174 der Leistungsquel le 170 und der Masse 190 wie z. B. einem Fahrwerk oder einem Motorrahmen 112 vorhanden ist.
  • Das beispielhafte Verfahren 1100 beginnt bei der Funktion 1110. Der Prozessor 140 (1) kann ein erstes Spannungssignal 155 (Funktion 1111) und ein zweites Spannungssignal 165 auf eine beliebige Weise empfangen (Funktion 1112). In einer beispielhaften Ausführungsform tastet der Prozessor 140 unter Verwendung eines A/D-Wandlers, der ein Teil des Prozessors oder kommunikativ mit dem Prozessor 140 gekoppelt ist, das erste Spannungssignal 155 (Funktion 1115) und das zweite Spannungssignal 165 ab (Funktion 1116). Der Prozessor 140 kann einen ersten Mittelwert von dem ersten Spannungssignal 155 (Funktion 1117) und einen zweiten Mittelwert von dem zweiten Spannungssignal 165 messen (Funktion 1118). In einer beispielhaften Ausführungsform stehen der Mittelwert des ersten Spannungssignals 155 und des zweiten Spannungssignals 165 mit der Amplitude von DC-Komponenten der Spannungssignale 155 und 165 in Beziehung.
  • Unter normalen Betriebsbedingungen entspricht der erste Mittelwert annähernd dem zweiten Mittelwert. Unter Störbedingungen kann sich der erste Mittelwert jedoch deutlich von dem zweiten Mittelwert unterscheiden. Wenn das Motorsystem 100 (1) einen Schluss in dem Leistungsbus 150, z. B. einen Schluss zwischen dem negativen Anschluss 174 und dem Motorrahmen 112 erfahren hat, kann das erste Spannungssignal 155 eine deutlich kleinere DC-Komponentenamplitude aufweisen als das zweite Spannungssignal 165. Der Schluss in dem Leistungsbus 150 kann detektiert werden, indem die Mittelwerte des ersten Spannungssignals 155 und des zweiten Spannungssignals 165 verglichen werden (Funktion 1122). Alternativ, wenn ein Phase-Masseschluss während eines stehen bleibenden Zustands des Motors 110 auftritt, kann die kurzgeschlossene Phase eine DC-Verschiebung in entweder dem ersten oder dem zweiten Spannungssignal verursachen. Der Phase-Masseschluss kann von dem Prozessor 140 detektiert werden, der die Mittelwerte vergleicht (Funktion 1122). Andere Störungen in dem Motorsystem 100 können eine Differenz im Mittelwert zwischen dem ersten Mittelwert und dem zweiten Mittelwert verursachen.
  • In dem beispielhaften Verfahren 1100 wird ein mittlerer Differenzstörwert verwendet, der geeignete Schwankungen zwischen dem ersten Mittelwert und den zweiten Mittelwerten auf Grund solcher Faktoren wie Unregelmäßigkeiten in Schaltungen, eines elektronischen Rauschens, Schwankungen in der Leistungsquelle 170, wie auch andere entsprechende vorweggenommene Schwankungen zulässt. In der beispielhaften Ausführungsform wird der mittlere Differenzstörwert mit der gemessenen Differenz verglichen, um zu bestimmen, ob eine Störung aufgetreten ist (Funktion 1124). Wenn der Prozessor 140 bestimmt, dass die gemessene Differenz geringer ist als der mittlere Differenzstörwert, kann der Prozessor 140 damit fortsetzen, den Motor 110 zu betreiben und Mittelwerte von dem ersten Spannungssignal 155 und dem zweiten Spannungssignal 165 zu vergleichen. In dem Verfahren 1100 bestimmt der Prozessor 140, dass ein Isolationsverlust besteht, wenn die gemessene Differenz größer ist als der mittlere Differenzstörwert (Funktion 1126). Es können verschiedene Funktionen auf der Basis der Bestimmung, dass ein DC-Isolationsverlust besteht, durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Prozessor 140 einem separaten System mitteilen, die Leistungsversorgung 170 von dem Leistungsbus 150 zu trennen oder zu isolieren, wenn ein DC-Isolationsverlust bestimmt wird. Das beispielhafte Verfahren 1100 endet bei der Funktion 1140.
  • Die erläuterten beispielhaften Ausführungsformen und Verfahren stellen Vorteile bereit, wie z. B. die Reduktion der Anzahl von Stromsensoren, die in einem Mehrphasenmotorsystem verwendet werden. Die Vorteile können auch eine schnellere Ansprechzeit auf Isolationsverlustzustände umfassen und dadurch ein Ausschalten des Motorsystems 100 zulassen, um einen weiteren Schaden auf Grund einer Kurzschlussbedingung zu begrenzen. Verschiedene Ausführungsformen können auch den Vorteil bereitstellen, dass AC-Isolationsbedingungen zur gleichen Zeit detektiert werden wie die Detektion von DC-Isolationsbedingungen. Es können auch weitere Vorteile von Fachleuten realisiert werden und sind für diese verständlich.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet das Wort „beispielhaft”, dass etwas als „Beispiel, Fall oder Veranschaulichung” und nicht als ein „Modell dient”, das exakt dupliziert würde. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Implementierung ist nicht zwangsweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen auszulegen. Des Weiteren besteht nicht die Absicht einer Eingrenzung durch irgendeine zum Ausdruck gebrachte oder implizierte Theorie, die in dem/der oben angeführten technischen Gebiet, Hintergrund, Kurzzusammenfassung oder detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
  • Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „im Wesentlichen” entsprechend jegliche geringen Abweichungen auf Grund von Konstruktions- oder Herstellungsfehlern, Vorrichtungs- oder Komponententoleranzen, Umwelteinflüssen und/oder anderen Faktoren einschließen. Der Ausdruck „im Wesentlichen” lässt auch eine Abweichung von einem perfekten oder idealen Fall auf Grund von parasitären Einflüssen, Rauschen und anderen praktischen Überlegungen zu, die in einer tatsächlichen Implementierung vorhanden sein können.
  • Die vorhergehende Beschreibung kann sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale beziehen, die miteinander „verbunden” oder „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „verbunden”, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal elektrisch, mechanisch, logisch oder anderweitig direkt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal zusammengeschlossen ist (oder direkt damit kommuniziert). Ebenso bedeutet „gekoppelt”, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mechanisch, elektrisch, logisch oder anderweitig direkt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal entweder auf eine direkte oder eine indirekte Weise zusammengeschlossen sein kann, um eine Wechselwirkung zuzulassen, obwohl die beiden Merkmale nicht direkt verbunden sein können. Das heißt, dass „gekoppelt” sowohl das direkte als auch das indirekte Zusammenschließen von Elementen oder anderen Merkmalen einschließlich einer Verbindung mit einem oder mehreren eingreifenden Elementen einschließen soll.
  • Darüber hinaus kann auch eine bestimmte Terminologie in der Beschreibung nur als Referenz verwendet werden und soll daher nicht einschränkend sein. Zum Beispiel implizieren die Ausdrücke „erste/r/s”, „zweite/r/s” und dergleichen numerische Ausdrücke, die sich auf Strukturen oder Elemente beziehen, keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht direkt durch den Kontext angezeigt ist.
  • Während zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte einzusehen sein, dass es eine große Anzahl von Varianten gibt. Es sollte auch einzusehen sein, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorhergehende detaillierte Beschrei bung dem Fachmann eine einfache Anleitung zum Ausführen der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen bieten. Es sollte einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den beiliegenden Ansprüchen und deren gesetzlichen Äquivalenten dargelegt ist.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Detektieren eines Isolationsverlusts in einem Motorsystem mit einem Wechselrichter, der eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist, und einem Motor, der mit einer Grundfrequenz arbeitet, wobei der Motor einen Motorrahmen aufweist, der elektrisch mit einem Fahrgestell verbunden ist und als gemeinsame Referenz für die Eingangs- und die Ausgangsseite des Wechselrichters dient, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erstes Spannungssignal an der Eingangsseite des Wechselrichters detektiert wird; das erste Spannungssignal gefiltert wird, um eine Komponente des ersten Spannungssignals, welche mit der Grundfrequenz in Beziehung steht, die an die Eingangsseite über die gemeinsame Referenz übertragen wird, zu extrahieren, wobei die Komponente des ersten Spannungssignals eine Komponentenamplitude aufweist; und bestimmt wird, ob eine AC-Isolationsverlust-Störung vorliegt, indem die Komponentenamplitude mit einem AC-Isolationsverlust-Störwert verglichen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor in einem Bereich arbeitet, der mit einem Bereich der Grundfrequenz in Beziehung steht, wobei der Grundfrequenzbereich einen höchsten Wert besitzt, wobei das Filtern umfasst, dass ein Tiefpassfilter mit einer Cutoff-Frequenz angewendet wird, die im Wesentlichen dem höchsten Wert des Grundfrequenzbereiches entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Filtern umfasst, dass das erste Spannungssignal mit einer Abtastrate abgetastet wird, die zumindest das Doppelte des höchsten Werts der Cutoff-Frequenz des Tiefpassfilters ausmacht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor in einem Bereich arbeitet, der mit einem Bereich der Grundfrequenz in Beziehung steht, wobei der Grundfrequenzbereich einen höchsten Wert besitzt, wobei das Filtern umfasst, dass: eine Tiefpassfilterschaltung mit einer Cutoff-Frequenz angewendet wird, die im Wesentlichen dem höchsten Wert des Grundfrequenzbereiches entspricht; das erste Spannungssignal mit einer Abtastrate abgetastet wird, die zumindest das Doppelte des höchsten Werts der Cutoff-Frequenz des Tiefpassfilters ausmacht; und DC-Komponenten des ersten Spannungssignals entfernt werden, um die Komponente des ersten Spannungssignals zu beschaffen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, ob eine Isolationsverlust-Störung vorliegt, umfasst, dass: die Komponente des ersten Spannungssignals in einen absoluten Wert umgewandelt wird; und der absolute Wert über die Zeit gemittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, ob eine Isolationsverlust-Störung vorliegt, umfasst, dass: die Komponente des ersten Spannungssignals in ein Signal mit einem absoluten Wert umgewandelt wird; eine Nicht-DC-Komponente des Signals mit dem absoluten Wert gedämpft wird; und ein Spitzenwert des gedämpften Signals mit dem absoluten Wert detektiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filtern umfasst, dass: ein Quellensignal mit der Grundfrequenz in eine erste orthogonale Komponente und eine zweite orthogonale Komponente getrennt wird; die erste orthogonale Komponente mit dem ersten Spannungssignal multipliziert wird und dann die Komponenten mit höherer Frequenz gedämpft werden, um einen ersten Abschnitt des ersten Spannungssignals zu produzieren; die zweite orthogonale Komponente mit dem ersten Spannungssignal multipliziert wird und dann die Komponenten mit höherer Frequenz gedämpft werden, um einen zweiten Abschnitt des ersten Spannungssignals zu produzieren; und der erste Abschnitt des ersten Spannungssignals und der zweite Abschnitt des ersten Spannungssignals kombiniert werden, um die Komponente des ersten Spannungssignals zu beschaffen, welche die Komponentenamplitude aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motorsystem eine DC-Leistungsversorgung umfasst, die im Wesentlichen von dem Motorrahmen isoliert ist und elektrisch mit der Eingangsseite des Wechselrichters gekoppelt ist, wobei die DC-Leistungsversorgung einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss aufweist, wobei das erste Spannungssignal zu einem Strom proportional ist, der durch einen ersten Kondensator fließt, welcher elektrisch zwischen dem negativen Anschluss und dem Motorrahmen gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: ein zweites Spannungssignal empfangen wird, das zu einem Strom proportional ist, der durch einen zweiten Kondensator fließt, welcher elektrisch zwischen dem positiven Anschluss und dem Motorrahmen gekoppelt ist; und bestimmt wird, ob eine DC-Isolationsverlust-Störung vorliegt, indem ein Mittelwert des ersten Spannungssignals mit einem Mittelwert des zweiten Spannungssignals verglichen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner umfasst, dass: der gemittelte absolute Wert mit einem ersten Schwellenwert verglichen wird; ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn der gemittelte absolute Wert den ersten Schwellenwert überschreitet; der gemittelte absolute Wert mit einem zweite Schwellenwert verglichen wird, der höher ist als der erste Schwellenwert; und ein Isolationsverlust angezeigt wird, wenn der gemittelte absolute Wert den zweiten Schwellenwert überschreitet.
  10. Verfahren zum Identifizieren eines Isolationsverlusts in einem Elektromotorsystem, welches einen Motor mit einem Motorrahmen, der mit einer elektrischen Masse verbunden ist, wobei der Motor mit einer Grundfrequenz arbeitet; und eine Leistungsversorgung umfasst, die bei einer Leistungsversorgungsspannung arbeitet; wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erstes Spannungssignals empfangen wird, das mit einer Spannung zwischen einem Anschluss der Leistungsversorgung und dem Motorrahmen in Beziehung steht, wobei das erste Spannungssignal eine erste Komponente, die mit der Grundfrequenz in Beziehung steht, und eine zweite Komponente, die mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht, umfasst; das erste Spannungssignal gefiltert wird, um die erste Komponente, die mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht, zu dämpfen; eine Amplitude der zweiten Komponente, die mit der Grundfrequenz in Beziehung steht, gemessen wird; und bestimmt wird, ob eine Phase-Masse-Isolationsverlustbedingung vorhanden ist, indem die Amplitude der ersten Komponente mit einem Störwert verglichen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Empfangen des ersten Spannungssignals umfasst, dass das erste Spannungssignal abgetastet wird, um ein digitales Signal mit der ersten Komponente und der zweiten Komponente zu beschaffen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Elektromotorsystem eine Schalttechnik anwendet, um den Motor mit Schaltfrequenzen zu steuern, wobei das erste Spannungssignal eine dritte Komponente umfasst, die mit den Schaltfrequenzen in Beziehung steht, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass das erste Spannungssignal gefiltert wird, um die dritte Komponente, die mit den Schaltfrequenzen in Beziehung steht, vor dem Empfangen des ersten Spannungssignals zu dämpfen.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Messen der Amplitude der ersten Komponente des ersten Spannungssignals umfasst, dass: das erste Spannungssignal in eine Signal mit einem absoluten Wert umgewandelt wird; und das Signal mit dem absoluten Wert über eine Zeitspanne gemittelt wird, um eine Amplitude der ersten Komponente des ersten Spannungssignals zu beschaffen.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Messen der Amplitude der ersten Komponente des ersten Spannungssignals umfasst, dass: das erste Spannungssignal in ein Signal mit einem absoluten Wert umgewandelt wird; und das Signal mit dem absoluten Wert gefiltert wird, um Nicht-DC-Komponenten des Signals mit dem absoluten Wert zu dämpfen; wobei das Messen der Amplitude der ersten Komponente umfasst, dass ein Spitzenwert des gefilterten Signals mit dem absoluten Wert detektiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Filtern des ersten Spannungssignals umfasst, dass: ein Quellensignal mit einer Frequenz produziert wird, die im Wesentlichen der Grundfrequenz entspricht; das Quellensignal in zwei orthogonale Komponenten getrennt wird; das erste Spannungssignal mit den beiden orthogonalen Komponenten multipliziert wird, um zwei Abschnitte des ersten Spannungssignals zu beschaffen; und die beiden Abschnitte des ersten Spannungssignals kombiniert werden, um die erste Komponente des ersten Spannungssignals zu beschaffen.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Leistungsversorgung eine DC-Leistungsversorgung ist, die im Wesentlichen von der elektrischen Masse isoliert ist und einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss aufweist, wobei das erste Spannungssignal zu einem Strom proportional ist, der zwischen dem negativen Anschluss und dem Motorrahmen fließt, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: ein zweites Spannungssignal empfangen wird, das zu einem Strom proportional ist, der zwischen dem positiven Anschluss und dem Motorrahmen fließt; und bestimmt wird, ob eine DC-Isolationsverlust-Störung vorliegt, indem ein Mittelwert des ersten Spannungssignals mit einem Mittelwert des zweiten Spannungssignals verglichen wird.
  17. System, welches umfasst: eine Leistungsversorgung, die im Wesentlichen von einer elektrischen Masse isoliert ist und eine Leistungsversorgungsspannung aufweist; einen Leistungswechselrichter, der elektrisch mit der Leistungsversorgung gekoppelt ist, wobei der Leistungswechselrichter ausgebildet ist, um einen AC-Strom von der Leistungsversorgung in einer AC-Phase an einem AC-Anschluss bereitzustellen, wobei die AC-Phase einen Strom mit einer Grundfrequenz aufweist; einen Elektromotor, der elektrisch mit dem AC-Anschluss des Leistungswechselrichters gekoppelt ist, wobei der Elektromotor einen Rahmen aufweist, der unter normalen Betriebsbedingungen von dem AC-Anschluss des Leistungswechselrichters im Wesentlichen elektrisch isoliert ist; einen Prozessor, der ausgebildet ist, um den von dem Leistungswechselrichter bereitgestellten AC-Strom zu steuern, wobei der Prozessor ausgebildet ist, um ein erstes Spannungssignal zu empfangen, das mit einem Strom in Beziehung steht, der durch einen Motorrahmen fließt, wobei das erste Spannungssignal eine erste Komponente, die mit der Grundfrequenz der AC-Phase in Beziehung steht, und eine zweite Komponente umfasst, die mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, um das erste Spannungssignal zu filtern, um die zweite Komponente zu dämpfen, um eine Amplitude der ersten Komponente zu messen, und um zu bestimmen, ob eine AC-Isolationsverlustbedingung vorliegt, indem die Amplitude der ersten Komponente mit einem Störwert verglichen wird.
  18. System nach Anspruch 17, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, um ein Quellensignal mit einer Frequenz zu produzieren, die im Wesentlichen der Grundfrequenz entspricht, um das Quellensignal in zwei orthogonale Komponenten zu trennen, um das erste Spannungssignal mit jeder von den beiden orthogonalen Komponenten zu multiplizieren, was in zwei Abschnitten des ersten Spannungssignals resultiert, und um die beiden Abschnitte des ersten Spannungssignals zu kombinieren, was in der ersten Komponente des ersten Spannungssignals resultiert.
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