DE102012204751B4

DE102012204751B4 - Verfahren zur Überprüfung einer Erregerstrommessung einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb

Info

Publication number: DE102012204751B4
Application number: DE102012204751.4A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Jie Ge
Original assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: US9927473B2; DE102012204751A1; CN104185797B; US20150091606A1; KR20140146083A; WO2013143929A1; KR102070767B1; CN104185797A

Abstract

Verfahren zur Überprüfung eines Stromsensors (4) für eine Erregerstrommessung einer Synchronmaschine (2) im Generatorbetrieb mit geregeltem Erregerstrom, mit den Schritten:
- Betreiben der Synchronmaschine (2) im Leerlaufbetrieb der Synchronmaschine (2),
- Erfassen eines Phasenspannungs-Messwertes (206) der Synchronmaschine (2), und Erfassen des Erregerstroms,
- Ermitteln eines Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) durch Zuordnen von abgespeicherten Kennfeldwerten (210) für die Phasenspannung, für den erfassten Erregerstrom und eine erfasste Drehzahl der Synchronmaschine (2), und
- Vergleichen des Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) mit dem Phasenspannungs-Messwert (206), wobei dann, wenn der Vergleich ergibt, dass der Phasenspannungs-Messwert (206) innerhalb eines Werte-Intervalls zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert liegt kein Fehlersignal erzeugt wird, und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Phasenspannungs-Messwert (206) außerhalb dieses Werte-Intervalls liegt.

Description

Stand der Technik
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Erregerstrommessung einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb.
Generatoren werden in Kraftfahrzeugen zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie verwendet. Die meisten Generatoren, die zu diesem Zweck in Kraftfahrtzeugen Verwendung finden, sind als Klauenpolgeneratoren ausgebildete Synchrongeneratoren.
Bei der Hybridantriebstechnik für Kraftfahrzeuge werden Synchronmaschinen auch im Motorbetrieb betrieben, um mit ihnen den Verbrennungsmotor des Hybridantriebssystems zu starten. Hierzu kann die Synchronmaschine als Riemen-Startgenerator (RSG) für den Start-/Stopp-Betrieb ausgebildet sein. Üblicherweise wird eine derartige Startermaschine nur bei sehr kleinen Drehzahlen motorisch betrieben, da das erzeugbare Drehmoment über die Drehzahl schnell abnimmt. Um die Leistung zu erhöhen werden modifizierte Synchronmaschinen in einem 48V-Bordnetz betrieben.
Konventionelle Generatoren, wie z.B. als Klauenpolgeneratoren ausgebildete Synchrongeneratoren, weisen einen Generatorregler bzw. Stromregler auf, der den Erregerstrom zur Einstellung der Abgabeleistung des Generators regelt. Eine Überprüfung eines Stromsensors zur Erregerstrommessung ist nicht vorgesehen. Jedoch ist bei einem Übergang zu einem 48V-Bordnetz aus Sicherheitsgründen wegen der höheren Momentabgabe im Motorbetrieb der Synchronmaschine sicherzustellen, dass eine ungewollte Drehmomentabgabe durch falsche Erregerstrommessungen zuverlässig verhindert wird, denn die Synchronmaschine wird in einem Boost-Rekuperations-System in der Regel mit viel höherer Leistung sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb eingesetzt, wobei dadurch deutlich höhere Bremsmomente oder Vorschubkräfte erzeugt werden.
Aus der US 2007 / 0 085 512 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern der Spannung eines Generators bekannt, die eine Recheneinheit umfasst, die eine Funktion zur Korrektur des Erregerstroms umfasst. Dies erfolgt auf Basis des Stromflusses in eine elektrische Last, die mit der Spannung des Generators beaufschlagt wird, und auf Basis des auf Basis des Erregerstroms errechneten Ausgangsstroms des Generators.
Aus der US 4 413 222 A ist ein Batterieladesystem bekannt, das einen Wechselstromgenerator (10), einen Spannungsregler (20) und eine Ladekontrolleinrichtung zum Anzeigen von Störfällen hat. Diese ist mit einem Signalgeber (82) zur Erkennung des Schaltzustandes des Spannungsreglers, einer ersten Schwellwertstufe (67) zur Erkennung eines Mindestwertes der Generatorspannung und einer zweiten Schwellwertstufe (69) zur Erkennung einer um einen bestimmten Wert über dem Regelsollwert liegenden Spannung an einem Sensingpunkt des Systems versehen. Der eine Eingang der ersten Schwellwertstufe (67) ist mit einem von der Batteriespannung entkoppelten Fehlererkennungsanschluß (D +) am Erregersystem (12, 14) des Generators verbunden. Die zweite Schwellwertstufe (69) ist eingangsseitig an einen von der Batteriespannung beeinflußten Sensingpunkt angeschlossen. Das hat den Vorteil, daß die erste Schwellwertstufe (67) die Generatorspannung unbeeinflußt durch den Ladezustand der Batterie und die zweite Schwellwertstufe den Ladezustand der Batterie unverfälscht zu erfassen und auszuwerten vermag.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Diagnosevorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, mit dem eine Überprüfung Erregerstrommessung einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb mit geringem Aufwand möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Überprüfung eines Stromsensors für eine Erregerstrommessung durch Vergleich von Phasenspannungs-Messwerten, die vorzugsweise im Leerlaufbetrieb gemessen wurden, mit einem aus entsprechenden Kennfeldwerten ermittelten Phasenspannungs-Erwartungswert dann möglich ist, wenn der Erregerstrom in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Synchronmaschine im Generatorbetrieb geregelt wird. Wenn der Vergleich ergibt, dass eine Abweichung vorliegt, wird ein Fehlersignal zur weiteren Verarbeitung erzeugt. Dies Fehlersignal kann weitere Informationen bezüglich der Fehlerursache enthalten, wie z.B. dass die Fehlerursache ein Wicklungskurzschluss einer Wicklung der Synchronmaschine ist.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung eines Stromsensors für eine Erregerstrommessung einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb mit geregeltem Erregerstrom. In einem ersten Schritt wird die Synchronmaschine als Generator im Leerlaufbetrieb betrieben. Dieser Schritt wird dann ausgeführt, wenn eine Überprüfung des Stromsensors erfolgen soll. Dies kann innerhalb von festen zeitlichen Intervallen der Fall sein, oder aufgrund eines intern erzeugten oder externen Überprüfungssignals erfolgen. Der Leerlaufbetrieb kann erreicht werden, in dem z.B. der Erregerstrom der Synchronmaschine im Generatorbetrieb ausgehend von einem Normal-Betriebszustand solange reduziert wird, bis ein Batteriestrom, der eine Batterie lädt, gleich Null oder nahezu gleich Null ist, also die Batterie nicht mehr geladen wird, sodass mit Erreichen des Leerlaufbetriebs die Batterie durch Abklemmen von der Synchronmaschine getrennt werden könnte. Dabei kann das Reduzieren kontinuierlich oder schrittweise erfolgen, wobei die Schrittweite bei einer schrittweisen Reduzierung gleich groß sein kann oder adaptiv angepasst wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Phasenspannungs-Messwert der Synchronmaschine erfasst. Der Phasenspannungs-Messwert wird zwischen einer Ständerwicklung bzw. Phase der Synchronmaschine und der Masse, die den virtuellen Sternpunkt der Ständerwicklungen darstellt, im Generatorbetrieb gemessen, z.B. mittels eines Spannungssensors. Bei dem Phasenspannungs-Messwert kann es sich um einen einzelnen Messwert handeln, oder um den zeitlichen Verlauf des Phasenspannungs-Messwerts innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Intervalls in Form eines Datensatzes, der im Folgenden weiter ausgewertet wird, um z.B. einen Spitzen- oder Scheitelwert der Spannung zu bestimmen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Phasenspannungs-Erwartungswert durch Zuordnen von abgespeicherten Kennfeldwerten für die Phasenspannung, für den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine ermittelt. Es liegen also Werte für die Phasenspannung, für den Erregerstrom und für die Drehzahl der Synchronmaschine im Generatorbetrieb in Form eines Kennfeldes vor. Anhand des erfassten Erregerstromes und der erfassten Drehzahl im Leerlaufbetrieb wird also durch einen Vergleich mit den Werten in Kennfeldform durch Zuordnen ein Phasenspannungs-Erwartungswert bestimmt, der bei fehlerfreier Erregerstrommessung zu erwarten wäre.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Phasenspannungs-Erwartungswert mit dem Phasenspannungs-Messwert verglichen. Wenn eine Abweichung vorliegt kann ein Fehlersignal zur weiteren Verarbeitung erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die abgespeicherten Kennfeldwerte für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine vor der Erstinbetriebnahme unter Leerlauf der Synchronmaschine ermittelt. So kann die Ermittlung vor der Erstinbetriebnahme an einem Bandende zur Montage durch Kalibrierung des Stromsensors erfolgen. Hierzu werden ohne angeschlossene Batterie, also im Leerlauf, Werte für die Phasenspannung bzw. deren zeitlicher Verlauf, die Drehzahl und den Erregerstrom aufgenommen und in Form eines Kennfeldes in einen nicht flüchtigen Speicher geschrieben. Alternativ können aber Kennfeldwerte auch einmal für eine Mehrzahl von Einheiten wie z.B. Diagnosevorrichtungen oder Computerprogrammprodukte aufgenommen und dann mehrfach verwendet werden, d.h. es werden nicht jedes Mal Werte für die Phasenspannung bzw. deren zeitlicher Verlauf, die Drehzahl und den Erregerstrom aufgenommen und in den Speicher geschrieben.
Um natürliche Schwankungen von Messwerten zu berücksichtigen und damit falsche Fehlermeldungen durch eine übergenaue Messung auszuschließen ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass für den Phasenspannungs-Erwartungswert ein Überwachungsfenster mit einem unteren und einem oberen Grenzwert gebildet wird. Der untere und obere Grenzwert kann fest vorgegeben sein, oder sie werden anhand einer Prozentangabe unter Verwendung des Phasenspannungs-Erwartungswerts bestimmt. Schließlich können der untere und obere Grenzwert auch aus dem zeitlichen Verlauf der Phasenspannung bestimmt werden, z.B. unter Verwendung statistischer Verfahren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine Steigerung der Genauigkeit bei der Fehlererfassung erreicht werden, wenn sich verändernde nichtlineare Parameter der Synchronmaschine und/oder Alterungseffekte der Synchronmaschine bei der Bestimmung des unteren und eines oberen Grenzwerts des Überwachungsfensters berücksichtigt werden. Derartige sich verändernde nichtlinearer Parameter oder Alterungseffekte können z.B. durch eine intelligente statistische Offset-Bewertung in Bezug auf dem Kennfeld oder durch entsprechende Messungen bestimmt worden und ebenfalls im Kennfeld hinterlegt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erfassen des Phasenspannungs-Messwertes eine Analog-Digital-Umwandlung von Messwerten für die Phasenspannung umfasst. Dies vereinfacht die Verarbeitung der Messwerte und insbesondere die Auswertung eines zeitlichen Verlaufs einer Phasenspannung einer Synchronmaschine.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Diagnosevorrichtung zur Überprüfung eines Stromsensors für eine Erregerstrommessung einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb mit geregeltem Erregerstrom, mit einer Steuereinrichtung zum Betreiben der Synchronmaschine im Leerlaufbetrieb, einer Eingangsschnittstelle, die mit einem Spannungssensor verbunden ist zum Übertragen eines Phasenspannungs-Messwertes, und die mit einem Stromsensor verbunden ist zum Übertragen eines Messwertes für den Erregerstrom, und die mit einem Drehzahlsensor verbunden ist zum Übertragen eines Messwertes für die Drehzahl, einem Speicher, in dem Kennfeldwerte für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine abgespeichert sind, einer Ermittlungseinrichtung, die mit der Eingangsschnittstelle zum Einlesen der Messwerte für den Erregerstrom und der Messwerte für die Drehzahl verbunden ist, und die mit dem Speicher zum Auslesen der Kennfeldwerte verbunden ist, um durch Zuordnen von in dem Speicher abgespeicherten Kennfeldwerten für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl des Synchrongenerators einen Phasenspannungs-Erwartungswert zu ermitteln, und einer Vergleichseinrichtung, die mit der Eingangsschnittstelle zum Übertragen des Phasenspannungs-Messwertes verbunden ist, und mit der Ermittlungseinrichtung zum Einlesen des Phasenspannungs-Erwartungswertes verbunden ist, um den Phasenspannungs-Erwartungswertes mit dem Phasenspannungs-Messwert zu vergleichen.
Die genannten Komponenten der Diagnosevorrichtung können als Hardware-, als Software-Komponente, oder als eine Kombination aus Hardware- und Software-Komponenten ausgebildet sein. Sie sind ausgebildet, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in dem Speicher Kennfeldwerte für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl des Synchrongenerators abgespeichert, die vor der Erstinbetriebnahme unter Leerlauf der Synchronmaschine im Generatorbetrieb ermittelt wurden. Dies kann wie schon beschrieben vor der Erstinbetriebnahme an einem Bandende zur Montage durch Kalibrierung des Stromsensors erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ermittlungseinrichtung zur Bildung eines Überwachungsfensters mit einem unteren und einem oberen Grenzwert für den Phasenspannungs-Erwartungswert ausgebildet ist. Wie schon beschrieben kann der untere und obere Grenzwert fest vorgegeben sein, oder sie werden anhand einer Prozentangabe unter Verwendung des Phasenspannungs-Erwartungswerts von der Ermittlungseinrichtung bestimmt. Schließlich kann die Ermittlungseinrichtung auch ausgebildet sein, den unteren und oberen Grenzwert aus dem zeitlichen Verlauf der Phasenspannung mit Berücksichtigung des Alterungseffekts zu bestimmen, z.B. unter Verwendung statistischer Verfahren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ermittlungseinrichtung einen Analog-Digital-Wandler zur Analog-Digital-Umwandlung von Messwerten für die Phasenspannung aufweist, was wie schon beschrieben die Verarbeitung der Messwerte und insbesondere die Auswerte eines zeitlichen Verlaufs einer Phasenspannung einer Synchronmaschine vereinfacht.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen eines Mikrocontroller ladbar ist, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrensauszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung ausgeführt wird.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht ohne zusätzlich Hardware-Aufwand eine Überprüfung eines Stromsensors für eine Erregerstrommessung durch Vergleich von im Leerlaufbetrieb gemessenen Phasenspannungs-Messwerten mit aus entsprechenden Kennfeldwerten ermittelten Phasenspannungs-Erwartungswerte, wenn der Erregerstrom in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Synchronmaschine im Generatorbetrieb geregelt wird.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Regelungsstruktur eines Synchronmaschine im Generatorbetrieb,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung,
3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Leerlaufspannung, Erregerstrom und Drehzahl, und
4 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Synchronmaschine 2, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Phasen bzw. Ständerwicklungen 36a, 36b, 36c aufweist und zumindest zeitweise im Generatorbetrieb betrieben wird, ist ausgangsseitig mit einem Inverter 12 verbunden, der den von der Synchronmaschine 2 erzeugten dreiphasigen Drehstrom bzw. die erzeugte Phasenspannung 206 gleichrichtet, um so eine Batterie 8 und eine parallel zur Batterie 8 geschaltete Last 10 mit elektrischer Energie in Form eines Batteriestromes 200 zu versorgen.
Eingangsseitig wird die Synchronmaschine 2 mit einem Erregerstrom 202 beaufschlagt, die durch eine Erregerwicklung 38 des Synchronmaschine 2 fließt und dort einen Spannungsabfall der Erregerspannung 204 hervorruft. Die Größe des Erregerstromes 202 wird mit einem Stromsensor 4 erfasst.
Der Stromsensor 4 steht mit einem Eingang eines Stromreglers 6 in Verbindung, derart, dass der mit dem Stromsensor 4 erfasste Wert für den Erregerstrom 202 von einem Soll-Erregerstrom 214 subtrahiert wird.
Aus dieser Differenz aus dem Soll-Erregerstrom 214 und dem mit dem Stromsensor 4 erfasste Wert für den Erregerstrom 202 ermittelt der Stromregler 6 eine Stellgröße, die einer PWM-Endstufe 14 zugeführt wird, die den Erregerstrom 202 plusweitenmoduliert. Ferner wird der PWM-Endstufe 14 die Batteriespannung 216 zugeführt, die an der Batterie 8 und der dazu parallel geschalteten Last 10 anliegt. Außerdem ist noch ein Spannungssensor (nicht dargestellt) zur Erfassung eines Phasenspannungs-Messwertes 206 zwischen einer Phase bzw. Ständerwicklung 36a, 36b oder 36c und der Masse bzw. dem virtuellen Sternpunkt der Synchronmaschine 2 und ein Drehzahlsensor (nicht dargestellt) zur Erfassung der Drehzahl der Synchronmaschine 2 vorgesehen.
Im Normal-Betrieb, in dem die Batterie 8 mit elektrischer Energie geladen wird, wird durch die Vorgabe eines Wertes für den Soll-Erregerstromes 214 und durch die Wirkung des Stromreglers 6 sowie der PWM-Endstufe 14 ein Erregerstrom 202 durch Pulsweitenmodulation eingestellt, der bei gegebener Drehzahl 212 der Synchronmaschine 2 zu einer Phasenspannung 206 und damit nach Gleichrichtung durch den Inverter 12 zu einer Batteriespannung 200 führt, die eine Ladung der Batterie 8 mit elektrischer Energie bewirkt und/oder zur Leistungsabgabe an der Last 10 führt.
2 zeigt eine Diagnosevorrichtung 20, welche einen Mikrocontroller 22 und eine Steuereinrichtung 24 aufweist. Die Steuereinrichtung 24 ist über eine Ausgangs-Schnittstelle 40 mit dem Eingang des Stromreglers 6 derart verbunden, dass von der Steuereinrichtung 24 ein Wert für den Soll-Erregerstrom 214 übertragen werden kann. Die Steuereinrichtung 24 ist dabei derart ausgebildet, dass sie innerhalb von festen zeitlichen Intervallen oder aufgrund eines intern erzeugten oder externen Überprüfungssignals ausgehend von einem Erregerstrom 202 im Normal-Betrieb die Größe des Erregerstroms 202 soweit reduziert, dass keine elektrische Ladung der Batterie 8 mit elektrischer Energie mehr erfolgt, d.h. der Batteriestrom 200 gleich Null oder nahezu gleich Null ist. Dabei wird unter einem nahezu gleich Null großem Batteriestrom ein elektrischer Strom verstanden, dessen Größe 1% bis 5% des Batteriestromes 200 im Normal-Betrieb verstanden. Wenn der Batteriestrom 200 gleich Null oder nahezu gleich Null ist wird die Synchronmaschine 2 in einem im Folgenden als Leerlaufbetrieb bezeichneten Zustand betrieben. Der Leerlaufbetrieb kann ausgehend von dem Normal-Betrieb erreicht werden, in dem die Steuereinrichtung 24 den Erregerstrom 202 der Synchronmaschine 2 im Generatorbetrieb kontinuierlich oder schrittweise reduziert, wobei die Schrittweite bei einer schrittweisen Reduzierung entweder gleich groß sind oder adaptiv angepasst werden. Abweichend von der Darstellung des vorliegenden Ausführungsbeispiels in 2 kann die Steuereinrichtung 24 auch ein Teil des Mikrocontrollers 22 sein.
Der Mikrocontroller 22 weist eine Eingangs-Schnittstelle 26, einen Speicher 28, eine Ermittelungseinrichtung 30, eine Vergleichseinrichtung 32 und einen Analog-Digital-Wandler 34 auf.
Mit der Eingangs-Schnittstelle 26 sind die Ermittelungseinrichtung 30 und der Analog-Digital-Wandler 34 verbunden, derart, dass dem Analog-Digital-Wandler 34 ein mit dem Spannungssensor (nicht dargestellt) gemessener Phasenspannungs-Messwert 206 zugeführt werden kann. Der Ermittlungseinrichtung 30 hingegen kann über die Eingangs-Schnittstelle 26 der mit dem Stromsensor 4 (siehe 1) erfasste Erregerstrom 202 und die mit dem Drehzahlsensor (nicht dargestellt) erfasste Drehzahl 212 zugeführt werden.
Die Ermittelungseinrichtung 30 steht in einer zum Datenaustausch geeigneten Verbindung mit einem Speicher 28, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel nichtflüchtiger Natur ist. So hat die Ermittlungseinrichtung 30 Zugriff auf die im Speicher 28 abgespeicherten Daten, die in Form von Kennfeldwerten 210 abgelegt sind und eine Mehrzahl von Werten für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine enthalten. Durch den Zugriff kann die Ermittlungseinrichtung 30 aus den über die Eingangs-Schnittstelle 26 übertragenen Werten für den Erregerstrom 202 und die Drehzahl 212 einen Phasenspannungs-Erwartungswert 208 bestimmen.
Der Phasenspannungs-Erwartungswert 208 kann über eine weitere geeignete Verbindung der Vergleichseinrichtung 32 zugeführt werden, der ebenfalls über weitere, geeignete Verbindungen der durch den Analog-Digital-Wandler 34 digitalisierte Phasenspannungs-Messwert 206 zugeführt werden kann.
Es sei angemerkt, dass die genannten Verbindungen permanenter Natur sein können, also durch Festverdrahtungen gebildet sind oder nur temporärer Natur sind, z.B. nur zeitweise innerhalb eines Bussystems zum Datenaustausch existieren.
Die Vergleichseinrichtung 32 vergleicht den Phasenspannungs-Messwert 206 mit dem Phasenspannungs-Erwartungswert 208. Hierzu ist die Vergleichseinrichtung 32 ausgebildet, ein Überwachungsfenster für den Phasenspannungs-Erwartungswert 208 mit einem unteren und einem oberen Grenzwert zu bilden. Hierzu kann der Vergleichseinrichtung 32 der untere und obere Grenzwert fest vorgegeben sein. Alternativ bestimmt die Vergleichseinrichtung 32 den unteren und oberen Grenzwert anhand einer Prozentangabe unter Verwendung des Phasenspannungs-Erwartungswerts 208. Die Vergleichseinrichtung 32 ist ferner ausgebildet, dass, wenn der Vergleich ergibt, dass der Phasenspannungs-Messwert 206 innerhalb des Werte-Intervalls zwischen unteren und oberen Grenzwert liegt, kein Fehlersignal zu erzeugen, und ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn der Phasenspannungs-Messwert 206 außerhalb dieses Werte-Intervalls liegt.
3 zeigt als ein Beispiel den Zusammenhang von dem Erregerstrom 202, der Drehzahl 212 mit den Werten 1800 n/min, 3000 n/min sowie 6000 n/min, und des Phasenspannungs-Messwertes 206 einer Synchronmaschine 2 im Generatorbetrieb mit Fremderregung bei Leerlauf. Wie anhand der 3 zu erkennen ist, ist ein Einsatz bei niedrigen Erregerströmen 202 und niedrigen Drehzahlen 212 zu bevorzugen, insbesondere im Leerlauffall. Die Temperaturabhängigkeit der Widerstände der Phasen bzw. der Ständerwicklungen 32a, 32b, 32c hat insbesondere im Leerlauffall keinen Einfluss, da der Batteriestrom 200 gleich Null oder nahezu auf Null gehalten wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 der Verfahrensablauf erläutert.
Im Schritt 100 werden vor der Erstinbetriebnahme an einem Bandende zur Montage durch Kalibrierung des Stromsensors 4 Kennfeldwerte für die Phasenspannung bzw. deren zeitlicher Verlauf, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine 2 ohne angeschlossene Batterie 8 oder Last 10 aufgenommen und in Form von Kennfeldwerten 210 in den nicht flüchtigen Speicher 28 geschrieben.
Die eigentliche Überprüfung des Stromsensors 4 kann innerhalb von festen zeitlichen Intervallen erfolgen. Alternativ kann die Überprüfung auch aufgrund eines intern erzeugten oder externen Überprüfungssignals ausgelöst werden. Hierzu wird in einem weiteren Schritt 102 durch die Steuereinrichtung 24 der Erregerstrom 202 soweit reduziert, bis der Batteriestrom 200 gleich Null oder nahezu gleich Null ist. Jetzt wird die Synchronmaschine 2 im Leerlaufbetrieb betrieben, bei dem die Batterie 8 nicht mehr geladen wird.
Im folgenden Schritt 104 wird nun die Phasenspannung gemessen. Dieser Schritt 104 umfasst das Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs der Phasenspannung innerhalb eines zeitlichen Intervalls, also die Erfassung einer Mehrzahl von Werten in zeitlicher Reihenfolge in Form eines Datensatzes, sowie eine Auswertung, um aus dem im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf einen Scheitelwert bzw. Maximalwert zu bestimmen, um so den Phasenspannungs-Messwert 206 bestimmen. Hierzu werden die Werte vorher durch den Analog-Digital-Wandler 34 digitalisiert und durch die Vergleichseinrichtung 32 entsprechend ausgewertet.
Im folgenden Schritt 106 wird dann durch die Ermittlungseinrichtung 30 der Erregerstrom 202 und die Drehzahl 212 erfasst.
Im darauf folgenden Schritt 108 greift die Ermittlungseinrichtung 30 auf die im Speicher 28 abgespeicherten Kennfeldwerte 210 für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl zu, um anhand der Werte für den Erregerstrom 202 und die Drehzahl 212 einen entsprechenden Wert zu ermitteln, der dann den Phasenspannungs-Erwartungswert 208 bildet, der bei korrekter Erfassung des Erregerstroms 202 sich einstellen würde.
Im folgenden Schritt 110 wird von der Ermittlungseinrichtung 30 das Überwachungsfenster mit dem unteren und oberen Grenzwert anhand der Prozentangabe bzw. des Prozentwertes durch entsprechende Multiplikation unter Verwendung des Phasenspannungs-Erwartungswerts 208 bestimmt.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Schritt 104 auch nach einem der Schritte 106 bis 110 durchgeführt werden kann.
Im folgenden Schritt 112 wird von der Vergleichseinrichtung 32 ein Vergleich zwischen dem Phasenspannungs-Erwartungswert 208 und dem Phasenspannungs-Messwert 206 durchgeführt, um festzustellen, ob der Phasenspannungs-Messwert 206 innerhalb oder außerhalb oder innerhalb des Werte-Intervalls zwischen unterem und oberem Grenzwert liegt.
Im weiteren Schritt 114 wird ein Fehlersignal dazu erzeugt, wenn der Phasenspannungs-Messwert 206 außerhalb dieses Werte-Intervalls liegt. Dabei kann das Fehlersignal Informationen über die Fehlerursache enthalten, wie z.B. einen Wicklungsschluss in einer der Phasen bzw. Ständerwicklungen 32a, 32b, 32c oder in der Erregerwicklung 38 oder einen Wicklungsschluss der Ständerwicklung zwischen den Ausgangsklemmen B+ (oder B- (beide nicht dargestellt).

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Stromsensors (4) für eine Erregerstrommessung einer Synchronmaschine (2) im Generatorbetrieb mit geregeltem Erregerstrom, mit den Schritten: - Betreiben der Synchronmaschine (2) im Leerlaufbetrieb der Synchronmaschine (2), - Erfassen eines Phasenspannungs-Messwertes (206) der Synchronmaschine (2), und Erfassen des Erregerstroms, - Ermitteln eines Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) durch Zuordnen von abgespeicherten Kennfeldwerten (210) für die Phasenspannung, für den erfassten Erregerstrom und eine erfasste Drehzahl der Synchronmaschine (2), und - Vergleichen des Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) mit dem Phasenspannungs-Messwert (206), wobei dann, wenn der Vergleich ergibt, dass der Phasenspannungs-Messwert (206) innerhalb eines Werte-Intervalls zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert liegt kein Fehlersignal erzeugt wird, und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Phasenspannungs-Messwert (206) außerhalb dieses Werte-Intervalls liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die abgespeicherten Kennfeldwerte (210) für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine (2) vor der Erstinbetriebnahme unter Leerlauf der Synchronmaschine (2) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für den Phasenspannungs-Erwartungswert (208) ein Überwachungsfenster mit einem unteren und einem oberen Grenzwert gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erfassen des Phasenspannungs-Messwertes (206) eine Analog-Digital-Umwandlung des Phasenspannungs-Messwertes (206) umfasst.
Diagnosevorrichtung (20) zur Überprüfung eines Stromsensors (4) für eine Erregerstrommessung einer Synchronmaschine (2) mit geregeltem Erregerstrom, wenigstens aufweisend: - eine Steuereinrichtung (24) zum Betrieben der Synchronmaschine (2) im Leerlaufbetrieb der Synchronmaschine (2), - eine Eingangsschnittstelle (26), die mit einem Spannungssensor verbunden ist zum Übertragen eines Phasenspannungs-Messwertes (206), und die mit dem Stromsensor (4) verbunden ist zum Übertragen eines Messwertes für den Erregerstrom (202), und die mit einem Drehzahlsensor verbunden ist zum Übertragen eines Messwertes für die Drehzahl (212), - einen Speicher (28), in dem Kennfeldwerte (210) für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine (2) abgespeichert sind, - eine Ermittlungseinrichtung (30), die mit der Eingangsschnittstelle (26) zum Einlesen der Messwerte für den Erregerstrom (202) und der Messwerte für die Drehzahl (212) verbunden ist, und die mit dem Speicher (28) zum Auslesen der Kennfeldwerte (210) verbunden ist, um durch Zuordnen von in dem Speicher (28) abgespeicherten Kennfeldwerten (210) für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine (2) einen Phasenspannungs-Erwartungswert (208) zu ermitteln, und - eine Vergleichseinrichtung (32), die mit der Eingangsschnittstelle (26) zum Übertragen des Phasenspannungs-Messwertes (206) verbunden ist, und mit der Ermittlungseinrichtung (30) zum Einlesen des Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) verbunden ist, um den Phasenspannungs-Erwartungswertes (208) mit dem Phasenspannungs-Messwert (206) zu vergleichen, und um dann, wenn der Vergleich ergibt, dass der Phasenspannungs-Messwert (206) innerhalb eines Werte-Intervalls zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert liegt kein Fehlersignal zu erzeugen, und ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn der Phasenspannungs-Messwert (206) außerhalb dieses Werte-Intervalls liegt.
Diagnosevorrichtung (20) nach Anspruch 5, wobei in dem Speicher (28) Kennfeldwerte (210) für die Phasenspannung, den Erregerstrom und die Drehzahl der Synchronmaschine (2) abgespeichert sind, die vor der Erstinbetriebnahme unter Leerlauf der Synchronmaschine (2) ermittelt wurden.
Diagnosevorrichtung (20) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ermittlungseinrichtung (30) zur Bildung eines Überwachungsfensters mit einem unteren und einem oberen Grenzwert für den Phasenspannungs-Erwartungswert (208) ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die Ermittelungseinrichtung (30) einen Analog-Digital-Wandler (34) zur Analog-Digital-Umwandlung der Phasenspannungs-Messwerte (206) aufweist.
Computerprogramm, das in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen eines Mikrocontrollers (22) ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn das Computerprogramm in eine Diagnosevorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgeführt wird.