DE102011103797A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Elektromotor in einem vorbestimmten Bereich, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erfassen einer Temperatur (TS) in einem Messbereich an dem Elektromotor, – Berechnen einer Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich, unter Verwendung der erfassten Temperatur (TS) und einer Starttemperatur (TA), die einer Temperatur in dem vorbestimmten Bereich bei Aufnahme des Betriebes des Elektromotors entspricht, – wobei zur Bestimmung der Starttemperatur (TA) die berechnete Temperatur (TW) bei einer Beendigung des Betriebes gespeichert, bei einer nachfolgenden Aufnahme des Betriebes eine Zeitdauer seit der letzten Beendigung des Betriebes bestimmt und aus der gespeicherten berechneten Temperatur unter Berücksichtigung der Zeitdauer die Starttemperatur (TA) berechnet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem vorbestimmten Bereich eines Elektromotors. Insbesondere betrifft das Verfahren die Ermittlung einer Temperatur in einem Ort oder einer Komponente des Elektromotors, wenn an einem entfernt liegenden Ort oder an einer anderen Komponente des Elektromotors die Temperatur gemessen wird.
  • Bei Elektromotoren ist bekannt, einen Wicklungstemperatursensor, beispielsweise als ein Platinsensor oder ein Halbleitersensor vorzusehen, der in eine Statorwicklung gelegt und in der Regel in dieser vergossen ist. Üblich ist auch eine Unterbringung des Wicklungstemperatursensors im Wickelkopf, wobei dessen Anschlüsse auf einen am Motorgehäuse befestigten, zweipoligen Stecker gelegt sind. Die bekannten Wicklungstemperatursensoren besitzen den Nachteil eines hohes Anbringungs- und Fertigungsaufwands. Auch erlauben sie keinen Austausch und sind häufig schwierig zu verkabeln.
  • Aus DE 10 2009 032 432 B3 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Motortemperatur bekannt geworden, bei dem ohnehin vorhandene Mess- und Steuersignale als Eingangsgrößen für ein Beobachtermodell verwendet werden, das aus den Eingangsgrößen eine Motorkonstante oder den Wicklungswiderstand berechnet, um so die Motortemperatur bestimmen zu können. Bei diesem Verfahren erfolgt die Ermittlung der Motortemperatur ohne Verwendung eines Temperatursensors.
  • Aus DE 199 39 997 A1 ist eine Temperaturüberwachung für einen Elektromotor bekannt geworden, bei dem in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines in der Nähe des Elektromotors angeordneten Temperatursensors ein korrigiertes Temperatursignal für die Überwachung bestimmt wird. Das korrigierte Temperatursignal wird in Abhängigkeit von einem in der Vergangenheit liegenden Ausgangssignal des Temperatursensors bestimmt, indem eine ein- oder mehrfache zeitdiskrete Ableitung der Sensortemperatur mit entsprechenden Motorkonstanten multipliziert wird.
  • Aus DE 102 41 420 A1 ist ein Flurförderzeug mit einem elektrischen Antrieb bekannt geworden, bei dem ein Umrichter in unmittelbarer Nähe des Drehstrommotors angeordnet ist. Hierbei wird ein an einer Stelle des Motors ermittelter Temperaturwert gemessen und aus diesem ein Temperaturwert für einen Heißpunkt des Motors berechnet. Der berechnete Temperaturwert dient für die Steuerung einer Temperaturüberwachung.
  • Aus DE 100 53 007 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der momentanen Wicklungstemperatur der Statorwicklung eines Drehstrommotors, insbesondere eines polumschaltbaren Asynchronmotors bekannt. Die Bestimmung erfolgt anhand des Motorstrom und einer an einem Messpunkt des Drehstrommotors vorhandenen Referenztemperatur, unter Verwendung der Wärmekapazität der Statorwicklung und des Wärmewiderstandes zwischen der Statorwicklung und dem Messpunkt, der sich am Stator oder an einem mit dem Stator in Wärmekontakt stehenden Gehäuseteil bzw. Gehäuse befindet. Bei dem bekannten Verfahren wird fortlaufend zu vorgegebenen Zeitpunkten die Referenztemperatur und der Motorstrom jeweils gleichzeitig ermittelt und daraus jeweils die Wicklungstemperatur berechnet, wobei schrittweise die Änderung der Wicklungstemperatur berechnet und zu der Wicklungstemperatur addiert wird. Zur Bestimmung der Änderung der Wicklungstemperatur wird einen in der Statorwicklung in Wärme umgesetzte elektrische Wärmeverlustleistung sowie die Temperaturdifferenz zwischen der Referenztemperatur und der Wicklungstemperatur berücksichtigt. Die Proportionalitätsfaktoren berücksichtigen die Wärmekapazität und den Wärmewiderstand. Ferner wird die Wärmeverlustleistung bestimmt.
  • Aus DE 103 07 708 A1 ist ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors bekannt geworden, bei dem ein Temperatursensor eine dem Elektromotor zugeordnete Temperatur misst und unter Anwendung von zur Ermittlung der Wicklungstemperatur abgespeicherten Motorparametern auswertet. Ferner wird mit Hilfe eines dynamischen, thermischen Motormodells aus den Betriebsgrößen, aus dem gemessenen Temperaturwert und aus den ausgelesenen Motorparametern die Wicklungstemperatur berechnet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem möglichst einfachen Rechenverfahren eine an einem entfernt liegenden Ort eines Elektromotors erfasste Temperatur in eine Temperatur an einem vorbestimmten Ort des Elektromotors umzurechnen, wobei die wahre Temperatur an dem vorbestimmten Ort möglichst genau angenähert werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung einer Temperatur an einem Elektromotor in einem vorbestimmten räumlichen Bereich des Motors. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, dass eine Temperatur (TS) in einem Messbereich an dem Elektromotor erfasst wird. Der Messbereich ist hierbei räumlich beabstandet von dem Bereich, dessen Temperatur bestimmt werden soll. Ferner sieht das erfindungsgemäße Verfahren den Verfahrensschritt vor, eine Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich unter Verwendung der erfassten Temperatur (TS) und einer Starttemperatur (TA) zu berechnen. Das für die Berechnung der Temperatur (TW) eingesetzte Berechnungsschema benötigt, um zuverlässige Temperaturwerte berechnen zu können, den Wert der erfassten Temperatur und einen Wert für die Startemperatur. Die Starttemperatur ist hierbei eine Temperatur in dem vorbestimmten Bereich bei Aufnahme des Betriebes des Elektromotors. Für eine präzise Berechnung der Temperatur wird erfindungsgemäß die Starttemperatur verwendet, die die zu berechnende Temperatur zu Beginn des Betriebes des Elektromotors bezeichnet. Erfindungsgemäß wird die Starttemperatur ermittelt, indem die berechnete Temperatur (TW) bei einer Beendigung des Betriebs gespeichert, bei einer nachfolgenden Aufnahme des Betriebs die Zeitdauer seit der letzten Beendigung des Betriebs bestimmt und aus der gespeicherten Temperatur unter Berücksichtigung der Zeitdauer die Starttemperatur berechnet wird. Die Starttemperatur berücksichtigt also, ob ein Elektromotor über längere Zeit nicht betrieben wurde und somit seine Temperatur auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist oder ob ein Betrieb des Elektromotors wieder aufgenommen wird, wenn dieser weiterhin eine erhöhte Temperatur aus dem zurückliegenden Betrieb besitzt. Kerngedanke der Erfindung ist somit, dass eine zuverlässige Berechnung der Temperatur mit einem mathematisch einfachen Modell deutlich vereinfacht wird, wenn die berechnete Temperatur ausgehend von einer Starttemperatur ermittelt wird, die zu Beginn des Betriebs vorliegt. Viele der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren gehen von einer Starttemperatur aus, die der Umgebungstemperatur entspricht. Dies hat zum Nachteil, dass die Berechnungen kurz nach Beginn des Betriebes des Elektromotors deutlich von den wahren Temperaturwerten abweichen, insbesondere dann, wenn der Elektromotor im erwärmten Zustand wieder gestartet wird. Das Speichern der berechneten Temperatur bei Ende des Betriebes und das Extrapolieren über die Zeitdauer, in der der Elektromotor nicht in Betrieb war, auf eine Starttemperatur erlaubt es, einen zuverlässigen Startwert für die Berechnung der Temperatur bereitzustellen und so mit einem einfachen Berechnungsschema die berechnete Temperatur schnell der wahren Temperatur anzunähern.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zusätzlich der Wert der erfassten Temperatur bei Beendigung des Betriebes gespeichert und die Starttemperatur auch in Abhängigkeit von der gespeicherten, erfassten Temperatur bestimmt. Vorteilhaft an dieser Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass, wenn beispielsweise der Wert der erfassten Temperatur durch eine insgesamt erfolgte Erwärmung an dem Elektromotor erhöht ist, bei der Bestimmung der Starttemperatur auch die Abkühlung dieses Temperaturwerts mit der Zeitdauer des Stillstandes berücksichtigt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei Aufnahme des Betriebs aus der erfassten Temperatur und mindestens einer gespeicherten Temperatur die Zeitdauer zwischen der Beendigung und Aufnahme des Betriebs bestimmt. Bei Wiederaufnahme des Betriebs wird in dieser Ausgestaltung wieder der Temperaturwert erfasst. Ausgehend von diesem erfassten Temperaturwert wird mit Hilfe einer oder beider gespeicherter Temperaturwerte, die bei Beendigung des Betriebes gespeichert wurden, zurückgerechnet, wie lange der Betrieb des Fahrzeugs unterbrochen war. Diese Vorgehensweise besitzt den Vorteil, dass bei einer Wiederaufnahme des Betriebs an den oder die gespeicherten Temperaturwerte angeknüpft wird und der erfasste Temperaturwert direkt in Beziehung zu dem oder den gespeicherten Temperaturwerten gesetzt wird. Auf diese Weise liegen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stets zueinander kohärente Temperaturwerte vor.
  • Ohne den Rechenaufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens stark zu vergrößern, wird die Temperatur in dem vorbestimmten Bereich zusätzlich abhängig von einer Verlustleistung des Elektromotors und/oder einer Verlustleistung von im thermischen Kontakt mit dem Elektromotor und/oder einem Sensor zur Erfassung der Temperatur stehenden Komponenten ermittelt. Insgesamt ist bei der Berechnung zu berücksichtigen, dass die zu berechnende Temperatur sich durch die Verlustleistungen erhöhen kann. Ebenfalls ist bei der Berechnung zu berücksichtigen, dass die Verlustleistung auch die erfasste Temperatur, beispielsweise durch eine Erwärmung des Temperatursensors und/oder eines Drehzahlsensors erhöhen kann, insbesondere dann, wenn diese Sensoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Hier ist zu unterscheiden zwischen einer Erhöhung der erfassten Temperatur durch einen thermischen Kontakt des Sensors mit einer Komponente und einem thermischen Kontakt des Elektromotors mit einer elektrischen Komponente. Sämtliche auftretenden Verlustleistungen können einfach bestimmt oder abgeschätzt und bei der Berechnung der Temperatur berücksichtigt werden.
  • Bevorzugt wird die Verlustleistung des Elektromotors als Differenz zwischen seiner aufgenommenen elektrischen Leistung und seiner abgegebenen mechanischen Leistung ermittelt. Die notwendigen Parameter zur Bestimmung der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung liegen beispielsweise in einer Steuerung des Elektromotors vor, so dass diese ohne großen Aufwand berechnet werden können. Die Verlustleistung der elektrischen Komponente kann beispielsweise als aufgenommene elektrische Leistung berechnet werden. Auf diese Weise kann die Verlustleistung einer elektrischen Bremse, die durch einen anliegenden Strom geöffnet ist und eventuell weiter vorhandener elektrischer Motoren und/oder hydraulischer Antriebe bestimmt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt die Temperatur der Wicklung berechnet. Bei der Temperatur im vorbestimmten Bereich handelt es sich also um die Wicklungstemperatur, so dass ein aufwendiger Wicklungstemperatursensor an dem Elektromotor entfallen kann.
  • Die berechnete Temperatur wird bevorzugt mit einem ersten vorbestimmen Schwellwert (T1) verglichen und bei Überschreiten des Schwellwerts der Elektromotor mit einer reduzierten Leistung betrieben. Auf diese Weise wird eine Überhitzung des Elektromotors vermieden. Ferner sieht das erfindungsgemäße Verfahren für einen wirksamen Überhitzungsschutz des Elektromotors vor, einen zweiten vorbestimmten Schwellwert (T2) bereitzustellen und die berechnete Temperatur mit diesem zu vergleichen. Bei einem Überschreiten des zweiten Schwellwerts wird der Elektromotor abgeschaltet, um eine Überhitzung zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird die Berechnung der Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich mit einer Differenzialgleichung erster Ordnung oder einer Differenzgleichung vorgenommen, die die zeitliche Entwicklung der Temperatur (TW) erfasst. Dieser Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Temperaturänderung ohne großen Rechenaufwand sehr genau bestimmt werden kann und dass, wenn eine Starttemperatur zu Betriebsbeginn eines Elektromotor vorliegt, die zuverlässig in der Nähe des wahren Temperaturwerts liegt, eine Differenzialgleichung oder eine entsprechende Differenzengleichung sehr genaue Werte liefert.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnete Temperatur kann an eine Steuerung für den Elektromotor angelegt werden. Auf diese Weise ist es möglich, in an sich bekannter Weise Temperaturänderungen des Elektromotors und insbesondere seiner Wicklung während des Betriebes für dessen Steuerung einzusetzen. Hierdurch ist eine deutlich effizientere Steuerung des Elektromotors möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein thermodynamisches Motormodell mit zwei Zuständen,
  • 2 ein thermodynamisches Motormodell mit drei Zuständen und
  • 3 einen zeitlichen Verlauf der Wicklungstemperatur sowie der berechneten Temperatur.
  • 1 zeigt ein Zustandsraummodell mit zwei Zuständen 10, 12, wobei der erste Zustand 10 die Wicklung eines Elektromotors und der zweite Zustand 12 einen Sensor beschreibt. Der Zustand 10 der Wicklung ist gekennzeichnet durch seine Temperatur der Wicklung TW. Als Parameter zur thermischen Beschreibung der Wicklung wird die Wärmekapazität CW angenommen. Ebenso wird der Zustand 12 des Sensors beschrieben durch die Sensortemperatur TS und die Wärmekapazität des Sensors CS. Die Temperatur des Sensors TS bildet die erfasste Temperatur an dem Elektromotor, die eine Berechnung der Temperatur TW der Wicklung erlaubt. Das bei der Berechnung eingesetzte Zustandsmodell geht in seiner allgemeinsten Form davon aus, dass es einen Wärmestrom QS→W 14 gibt, der den Wärmestrom zwischen dem Sensor und der Wicklung beschreibt. Ferner sieht das in der 1 gezeigte Modell vor, dass die Verlustleistung des Motors 16 auf die Wicklung 10 wirkt und deren Temperatur TW beeinflusst. Die Verlustleistung des Motors wird als diejenige Leistung bestimmt, die sich aus der Differenz der elektrisch aufgenommenen Leistung des Motors minus der mechanisch abgegebenen Leistung ergibt.
  • Fasst man die vorstehenden Größen zusammen, so ergibt sich für den Zustand der Wicklung die folgende Differenzialgleichung erster Ordnung für die Wicklungstemperatur TW:
    Figure 00090001
    wobei der Parameter αSW den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Sensor und Wicklung beschreibt.
  • Der Zustand des Sensors zur Temperaturerfassung während des abgeschalteten Betriebs wird durch folgende Differenzialgleichung erster Ordnung für die Sensortemperatur TS beschrieben:
    Figure 00090002
    wobei αSW wieder den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Sensor und Wicklung beschreibt, αSU den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Sensor und Umgebung, Qext den Wärmestrom einer externen Wärmequelle, PV,S die Verlustleistung des Sensors und TU die Umgebungstemperatur beschreibt. Während des Betriebs des Elektromotors wird die Temperatur TS gemessen und nicht berechnet. Durch die gekoppelten Differenzialgleichungen für die zeitliche Entwicklung der Wicklungstemperatur TW und der Sensortemperatur TS wird bei einer Wiederaufnahme des Betriebs die Zeitdauer bestimmt, die seit dem letzten Abschalten vergangen ist. Hierzu wird ausgehend von einem gespeicherten Temperaturwert des Sensors bei Ausschalten mit Hilfe des aktuell erfassten Temperaturwerts des Sensors beim Wiedereinschalten zurückgerechnet. Wenn beim Zurückrechnen der beim Ausschalten gespeicherte Temperaturwert erreicht ist, liegt die Zeitdauer fest, dann wird der zukünftige Verlauf der Wicklungstemperatur TW gemäß der Differenzialgleichung für die zeitliche Entwicklung für TW bestimmt werden. Dabei wird dann für den Temperaturwert des Sensors TS der gemessene Temperaturwert verwendet.
  • In einer Weiterbildung des in 1 bezeichneten Modells kann für den Zustand 12 des Sensors noch die Verlustleistung 18 des Sensors PV,S berücksichtigt werden. Die Verlustleistung des Sensors berechnet sich sehr einfach als das Produkt aus anliegender Spannung U und aufgenommenem Strom des Sensors und kann beispielsweise als zeitlich konstant angesehen werden. Eine weitere Einflussgröße für den Sensor 12 liegt in dem Wärmestrom von externen Wärmequellen Qext 22. Externe Wärmequellen können beispielsweise andere elektrische Verbraucher, hydraulische Antriebe und/oder Bremsen sein, die in der Nähe des Sensors 12 montiert sind. Diese erzeugen beispielsweise durch eine Verlustleistung Wärme, die als Wärmestrom Qext auf den Sensor 12 einwirken und so die erfasste Temperatur TS des Sensors erhöhen.
  • 2 zeigt ein erweitertes Zustandsraummodell mit drei Zuständen. Hierbei wird zusätzlich der Zustand 24 für ein Gehäuse des Motors definiert. Der Zustand 24 des Gehäuses ist gekennzeichnet durch die Gehäusetemperatur TG und besitzt als Parameter die Wärmekapazität CG. Durch die Einführung des Gehäuses 24 in das Zustandsmodell entstehen zwei zusätzliche Wärmeströme 26 und 28, wobei der Wärmestrom 26 den Wärmeaustausch vom Gehäuse zum Sensor beschreibt. Der Wärmestrom 28 beschreibt den Wärmeübergang zwischen der Wicklung 10 und dem Gehäuse 24 des Sensors.
  • Das in 2 gezeigte Zustandsraummodell ist durch die Erweiterung auf drei Zustände genauer, und dabei nur geringfügig rechenintensiver. Als weiterer Zustand wird das Gehäuse 24 es Elektromotors erfasst und wieder mit einer Differenzialgleichung erster Ordnung beschrieben.
  • Der Drehzahlsensor kann beispielsweise ein induktiver Sensor oder ein aktiver Sensor mit Hall- oder magnetoresistiven Elementen sein. Der Temperatursensor kann beispielsweise ein Platinsensor, ein Halbleitersensor oder ein Temperatursensor-IC sein. Werden beide Sensoren in einem Gehäuse integriert, ist es zweckmäßig, in dem Zustandsraummodell mit zwei oder drei Größen die abgegebene Wärme des Drehzahlsensors zu berücksichtigen und die Verlustleistung der Sensoren mit einzubeziehen. Die abgegebene Wärme des Drehzahlsensors und des Temperatursensors geht in das Modell als Verlustleistung 18 des Sensors PV,S ein. Der Wärmestrom einer externen Wärmequelle Qext 22, der auf das Motorgehäuse und vorwiegend über den Wärmestrom QG→S 26 auf den Sensor wirkt, kann beispielsweise von einer externen Bremse stammen. Als von dem Drehzahlsensor eingetragene Wärmemenge in das Gehäuse kann beispielsweise die Verlustleistung des Drehzahlsensors, multipliziert mit einem Wärmeübergangskoeffizienten für den Wärmeübergang von Drehzahlsensor zu Gehäuse angenommen werden.
  • Die vorstehenden Zustandsraummodelle können unter Berücksichtigung der Größe der Parameter derart umgeformt werden, dass die Umgebungstemperatur 20 und der externe Wärmestrom 22 nicht ins Gewicht fallen. Die notwendigen Parameter für die Differenzialgleichungen können durch Messungen an dem Motor bestimmt werden und in einer Berechnungseinheit gespeichert werden. Die Wicklungstemperatur TW kann als eine Funktion der vom Temperatursensor erfassten Temperatur TS, der Verlustleistung des Motors PVM, der Verlustleistung des Sensors PVS und der Starttemperatur TA dargestellt werden: TW = f(TS, PVM, PVS, TA).
  • Erfindungsgemäß erfolgt zur Lösung der Differenzialgleichung eine besonders zuverlässige Bestimmung der Wicklungstemperatur TA zu Beginn der Messung. Da nicht bekannt ist, wie lange der Antrieb abgeschaltet war und sich somit abgekühlt hat, ist bei der Verwendung einer Differenzial- oder Differenzengleichung, die die zeitliche Änderung der Temperatur TW bestimmt, die Starttemperatur ausschlaggebend für die Genauigkeit der Berechnung. Bei Stillstand des Elektromotors wird die Abkühlung über den Zeitraum des Stillstandes berücksichtigt. Zur Bestimmung der Starttemperatur wird, sobald die Steuerung für den Elektromotor ein Abschalten erkennt, die aktuelle Sensortemperatur, die aktuelle berechnete Wicklungstemperatur und bevorzugt die Werte für die aktuellen Wärmeströme bzw. die Temperatur weiterer Komponenten gespeichert. Bei einem Wiedereinschalten des Elektromotors wird dann unter Berücksichtigung der oben dargestellten Zustandsraummodelle die Starttemperatur TA berechnet. Hierbei kann das gleiche Berechnungsschema wie für die Änderung der Temperatur TW während des Betriebes des Elektromotors angewendet werden, wobei lediglich die Verlustleistungen, die in die Berechnung des Modells eingehen, zu Null gesetzt werden, da der Elektromotor ausgeschaltet ist. Auch die Dauer des Stillstandes wird mit dem Modell berechnet, indem von der aktuell erfassten Temperatur und der beim Ausschalten gespeicherten. Sensortemperatur auf die Dauer des Stillstandes zurückgerechnet wird.
  • 3 zeigt beispielhaft den Verlauf der Wicklungstemperatur TW 30 gegenüber der Sensortemperatur TS 32. Deutlich zu erkennen in 3 ist, dass zum Zeitpunkt t = 0 beide Temperaturen bei Umgebungstemperatur TU = 20°C starten. Mit der Betriebszeit von einer Stunde steigen die Temperaturen 30 und 32 an, wobei unter Berichtigung der Verlustleistung PV,M und PV,S aus der Sensortemperatur TS 32 die Wicklungstemperatur TW 30 berechnet wird. Zum Zeitpunkt T = 1 h erfolgt ein Abschalten des Elektromotors und die Temperaturwerte 30 und 32 werden gespeichert. In einem nachfolgenden Zeitraum von 40 Minuten fallen die Temperaturwerte 30 und 32 ab, was der Abkühlung entspricht. Die Abnahme der Temperaturwerte wird unter der Annahme berechnet, dass keine Verlustwärme in das System eingetragen wird, so dass eine im Wesentlichen expotentielle Abkühlung in der Temperatur TW erfolgt. Zum Zeitpunkt t = 1:40 h erfolgt ein Wiedereinschalten des Elektromotors. Hier beginnt die Berechnung der Wicklungstemperatur TW, ausgehend von den errechten Werten. In dem dargestellten Temperaturverlauf gemäß 3 fallen nach dem Wiedereinschalten zunächst die Temperaturen weiter ab, da in dem dargestellten Beispiel der Motor zunächst keine Leistung erzeugt.
  • Der in 3 dargestellte berechnete Temperaturverlauf der Wicklung kann für die Steuerung des Elektromotors genutzt werden. Die Wicklungstemperatur ist eine an sich bekannte Grüße, der für eine effektive Steuerung des Elektromotors.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009032432 B3 [0003]
    • DE 19939997 A1 [0004]
    • DE 10241420 A1 [0005]
    • DE 10053007 A1 [0006]
    • DE 10307708 A1 [0007]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Elektromotor in einem vorbestimmten Bereich, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erfassen einer Temperatur (TS) in einem Messbereich an dem Elektromotor, – Berechnen einer Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich, unter Verwendung der erfassten Temperatur (TS) und einer Starttemperatur (TA), die einer Temperatur in dem vorbestimmten Bereich bei Aufnahme des Betriebes des Elektromotors entspricht, – wobei zur Bestimmung der Starttemperatur (TA) die berechnete Temperatur (TW) bei einer Beendigung des Betriebes gespeichert, bei einer nachfolgenden Aufnahme des Betriebes eine Zeitdauer seit der letzten Beendigung des Betriebes bestimmt und aus der gespeicherten berechneten Temperatur unter Berücksichtigung der Zeitdauer die Starttemperatur (TA) berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Wert der erfassten Temperatur TS) bei Beendigung des Betriebes gespeichert und die Starttemperatur (TA) auch abhängig von der gespeicherten erfassten Temperatur (TS) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aufnahme des Betriebs aus der erfassten Temperatur (TS) und mindestens einer gespeicherten Temperatur die Zeitdauer zwischen der Beendigung und der Aufnahme des Betriebs bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich zusätzlich abhängig von mindestens einer der folgenden Einflussgrößen berechnet wird: – einer Verlustleistung des Elektromotors und – einer Verlustleistung von im thermischen Kontakt mit dem Elektromotor und/oder einem Sensor zur Erfassung der Temperatur (TS) stehenden Komponente.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustleistung des Elektromotors als Differenz zwischen aufgenommener elektrischer Leistung und abgegebener mechanischer Leistung des Elektromotors ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die im thermischen Kontakt mit dem Elektromotor stehende Komponente eine Bremse und/oder ein weiterer elektrischer Motor oder hydraulischer Antrieb berücksichtigt und deren Verlustleistung ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich abhängig von einer Verlustleistung des Sensors zur Erfassung der Temperatur berechnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kombisensor mit einem Drehzahlsensor und einem Temperatursensor in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen ist, dessen Verlustleistung bei der Berechnung der Temperatur (TW) berücksichtigt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem vorbestimmten Bereich der Wicklungstemperatur entspricht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Temperatur (TW) mit einem ersten vorbestimmten Schwellwert (T1) verglichen und bei Überschreiten des Schwellwerts der Elektromotor mit einer reduzierten Leistung betrieben wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Temperatur (TW) mit einem zweiten vorbestimmten Schwellwert (T2) verglichen und beim Überschreiten des zweiten Schwellwerts (T2) der Elektromotor abgeschaltet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Temperatur (TW) in dem vorbestimmten Bereich mit einer Differenzialgleichung erster Ordnung oder einer Differenzengleichung erfolgt, die eine zeitliche Entwicklung der zu berechnenden Temperatur (TW) erfassen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Temperatur (TW) an einer Steuerung für den Elektromotor anliegt, die diesen temperaturabhängig steuert.
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