DE102020117906B4

DE102020117906B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung des individuellen Phasenwiderstandes eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE102020117906B4
Application number: DE102020117906.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Godbersen; Lucian Asiminoaei
Original assignee: Danfoss Power Electronics AS
Current assignee: Danfoss Power Electronics AS
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2040-07-08
Also published as: US11637517B2; CN113972856A; DE102020117906A1; US20220014135A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schätzung des individuellen Phasenwiderstands eines Motors mittels eines Antriebs mit einstellbarer Drehzahl (ASD), während der durch den ASD gesteuerte Motor läuft und/oder stillsteht. Der Motor ist ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Antrieb mit einstellbarer Drehzahl zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schätzung des individuellen Phasenwiderstands eines Motors mittels eines Antriebs mit einstellbarer Drehzahl (ASD), während der durch den ASD gesteuerte Motor läuft und/oder stillsteht. Der Motor ist ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Antrieb mit einstellbarer Drehzahl zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Online-Identifizierung des Motorwiderstands bekannt. Die meisten der bekannten Verfahren umfassen die Einspeisung eines Stroms in den Motor, die Messung des Effekts dieser Einspeisung und die Schätzung des symmetrischen Motorwiderstands auf der Grundlage des gemessenen Effekts. Der Begriff „Online-Identifizierung“ kann sich derzeit auf die Identifizierung des Motorwiderstands in einem Zustand beziehen, in dem der Motor an einer Vorrichtung montiert ist und dieser Vorrichtung Antriebsleistung zuführen kann. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Begriff „Online-Identifikation“ auf die Fernidentifikation des Motorwiderstands z.B. über das Internet oder eine andere Fernverbindung beziehen.
Aus der Druckschrift US 2014 / 0 265 990 A1 sind ein System und ein Verfahren zum automatischen Bestimmen eines Elektromotortyps bekannt. Eine Elektromotorantriebssteuerung ist dabei dazu konfiguriert, mit einem Elektromotor gekoppelt zu werden und Laufparameter der Antriebssteuerung für den Elektromotor zu bestimmen. Die Antriebssteuerung umfasst eine Speichervorrichtung, einen Prozessor, der kommunikativ mit der Speichervorrichtung und mit einer Benutzerschnittstelle gekoppelt ist, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um auf der Speichervorrichtung gespeicherte Anweisungen auszuführen, die den Prozessor veranlassen, automatisch elektrische Eigenschaften des Elektromotors zu messen, den Elektromotor unter Verwendung der gemessenen elektrischen Eigenschaften zu identifizieren, vordefinierter Laufparameter in die Speichervorrichtung zu laden, die basierend auf der Identifizierung ausgewählt wurden und den Betrieb des Elektromotors unter Verwendung der Steuerung und der geladenen Laufparameter zu steuern.
In der Druckschrift US 2003 / 0 001 537 A1 ist ferner eine Vorrichtung offenbart, die einen Betrieb eines Motors steuert. Die Druckschrift offenbart auch ein Steuerverfahren, dass es ermöglicht, zu verhindern, dass eine Antriebskraft des Motors verringert wird. Der Motor kann stabil laufen, während eine Waschmaschine stundenlang betrieben wird. Es sind dabei die folgenden Schritte offenbart: das Erfassen eines Phasenspannungswerts und eines Phasenstromwerts, die an den Motor zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsdrehabschnitten des Motors angelegt werden, das Berechnen eines Phasenwiderstandswerts basierend auf den erfassten Phasenspannungs- und -stromwerten und das Steuern des Betriebs des Motors durch Steuern einer an den Motor angelegten Spannung gemäß dem berechneten Phasenwiderstandswert.
Ein Hauptproblem im Zusammenhang mit den bekannten Verfahren zur Identifizierung des Motorwiderstands ist, dass die klassische symmetrische Identifizierung des Motorwiderstands nicht den einzelnen Phasenwiderstand, sondern nur einen äquivalenten Mittelwert identifizieren kann.
Um dieses Problem zu überwinden, bietet die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit, den asymmetrischen Motorwiderstand nach dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren zu messen. Die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die Erfindung ist auch auf einen Antrieb mit einstellbarer Drehzahl zur Steuerung eines Motors gerichtet, wobei der Antrieb mit einstellbarer Drehzahl zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens geeignet ist.
Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Schätzung des individuellen Phasenwiderstands eines Motors mittels eines Antriebs mit einstellbarer Drehzahl (ASD) vorgesehen, während der durch den ASD gesteuerte Motor läuft und/oder stillsteht. Der Motor kann ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor sein. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

• Einspeisung von mindestens zwei Gleichströmen in den Motor als ASD-Ausgang,
• Bestimmung der Ausgangsspannungen und -ströme, die sich aus der Einspeisung der Gleichströme ergeben,
• Extrahieren von DC-Anteilen, die in den ermittelten Ausgangsspannungen und -strömen vorhanden sind, und
• Berechnung des kumulierten Ausgangswiderstands Rs, der von dem ASD auf jeder Phase des Motors einzeln gesehen wird.

Erfindungsgemäß werden die eingespeisten Gleichströme mit unterschiedlichen Phasenwinkeln eines Grundausgangsstroms des ASD synchronisiert.
Die Phasenwinkel sind möglicherweise nicht identisch und können variieren. Die Berechnung des individuellen Phasenwiderstands (oder asymmetrischen Widerstands), der von dem ASD gesehen wird, kann nach der Erfassung der Messdaten von mindestens zwei verschiedenen Phasenwinkeln erfolgen.
Die vorgeschlagene Idee verbessert die Hauptfunktion des Antriebs mit einstellbarer Drehzahl, um den Motor zu steuern. Durch die Kenntnis des Ungleichgewichts des Ausgangswiderstands verbessert sich die Regelung und Stabilität des Antriebs, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen, bei denen Drehmoment und Drehzahlleistung wichtig sind.
Das Extrahieren der DC-Anteile in den ermittelten Ausgangsspannungen und -strömen (d.h. der Gleichspannung und des Gleichstroms) ermöglicht die Bestimmung des DC-Statorwiderstands aus Sicht des ASD, wobei die Widerstände der Anschlussleitungen und des Motors kombiniert werden.
Die Einspeisung der Gleichströme kann mindestens zweimal und unter verschiedenen Phasenwinkeln erfolgen, z.B. bei 0° und 120°. Die Einspeisung kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen und/oder kann als ASD-Ausgang auf unterschiedliche Phasen des Motors angeglichen sein. Das Verfahren kann während des Stillstands des Motors oder bei laufendem Motor angewendet werden. Gewöhnlich können zahlreiche Gleichstromeinspeisungen bei zwei oder mehr unterschiedlichen Phasenwinkeln durchgeführt werden. Auf diese Weise können genügend Datensätze gesammelt werden, um die Identifizierung des Widerstands auf jeder Phase separat zu lösen.
Ausgehend von der Kenntnis des Widerstandes Rs in jeder Phase des Motors und damit des asymmetrischen Widerstandes des Motors können im Rahmen der vorliegenden Erfindung neue Merkmale und Ausführungsformen eingesetzt werden, von denen einige Beispiele in den folgenden Abschnitten beschrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Ausgangsspannungen und/oder -ströme entweder gemessen oder geschätzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Gleichströme diskontinuierlich eingespeist, und zwar für eine begrenzte Einspeisedauer, gefolgt von einer Wartezeit bis zur nächsten Gleichstromeinspeisung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann sowohl die Dauer der Einspeisung als auch die Wartezeit variabel und mit der Drehzahl des Motors synchronisiert sein. Diese Ausführungsform ist eindeutig nur in Situationen anwendbar, in denen der Motor läuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Einspeisung des Gleichstroms gestoppt, wenn sich der ASD nicht in einem sicheren Betriebszustand befindet. Ein unsicherer Betriebszustand kann so definiert werden, dass er Fehler, Auslösungen, Erreichen von Begrenzungen und/oder verschiedene Leistungsherabsetzungen des Motors und/oder des ASD umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Einspeisung des Gleichstroms gestoppt, wenn der ASD unter übermäßig dynamischen Bedingungen arbeitet, die die Extraktion der in den ermittelten Ausgangsströmen und -spannungen vorhandenen DC-Komponenten beeinträchtigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die berechneten Widerstände Rs auf jeder Phase in den ASD zurückgeführt und zur Aktualisierung der ASD-Referenzen, Regelparameter und/oder Regeleinstellungen verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Rückkopplung zur Verbesserung der Regelungsleistung und/oder der Stabilität des ASD im Betrieb und/oder die Rückkopplung zur vorausschauenden Wartung, zur Erkennung von Fehlern in Leitungen, Motoren und/oder falschen Installationen verwendet.
Im Allgemeinen können im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung neue Funktionalitäten implementiert werden. Die neuen Funktionalitäten können die vorausschauende Wartung umfassen, wobei schwache oder lose Anschlüsse und/oder beschädigte oder schwache Leitungen einer Phase sowie fehlerhafte Motoranschlüsse vor schwerwiegenden Fehlfunktionen des ASD und/oder des Motors erkannt werden können.
Zur Unterstützung der Inbetriebnahme können im ASD weitere neue Funktionalitäten implementiert werden. Hier kann die Erkennung von fehlerhaften Anschlüssen des Motors erleichtert werden. Dadurch werden zukünftige Probleme beim Betrieb des Motors und mögliche Leitungs- oder Motorschäden vermieden.
Während der Inbetriebnahme kann der ASD den Wert der Widerstände Rs für jede Phase des Motors berechnen und beurteilen, ob die Unterschiede zwischen den Widerständen Rs der einzelnen Phasen zu groß sind. Abhängig von den Unterschieden zwischen den Widerständen Rs kann der ASD dann ein Signal senden, das eine Überprüfung des Motors und/oder der Leitung empfiehlt. All dies kann vor dem Betrieb des Motors durchgeführt werden, wodurch Anwendungsprobleme vermieden werden, sobald der Motor zusammen mit weiteren Geräten läuft und/oder diese antreibt.
Eine weitere neue Funktionalität, die mit der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt werden kann, ist die Unterstützung der Fehlersuche an dem vom ASD angetriebenen Motor. Der ASD kann die Widerstände Rs in jeder Phase während des Betriebs überwachen und aufzeichnen. Die aufgezeichneten Widerstände Rs können mit Situationen korreliert werden, in denen zu hohe Drehmomente, Drehzahlwelligkeiten und/oder andere Motorfehler auftreten, die alle durch einen unsymmetrischen Widerstand beeinflusst werden können.
Die Erfindung ist weiterhin auf ein ASD zur Ausführung eines oben beschriebenen Verfahrens gerichtet. Der ASD kann alle Hardwarekomponenten umfassen, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Abbildungen beschrieben:

1: Elektrisches Einphasendiagramm des Induktionsmotors;
2: Elektrisches Einphasendiagramm des Induktionsmotors in DC;
3: Vereinfachtes elektrisches Diagramm des Induktionsmotors, mit allen dreiphasigen Widerständen;
4: Elektrisches Diagramm der ASD zur Einspeisung von Gleichströmen in den Motor und Raumvektordarstellung der Ströme;
5: Raumvektordarstellung des Einspeisens von Gleichströmen in verschiedenen Richtungen: a) Richtung 1, b) Richtung 2;
6: Illustration des Verfahrens zum Einspeisen von Gleichströmen in 2 verschiedene Richtungen und anschließendem Lösen für die unbekannten Rs1,2,3;
7: Hauptkomponenten zur Berechnung des unsymmetrischen Gleichstromwiderstandes Rs1,2,3; und
8: Einfacher Überblick über Motor und ASD.

Bevor auf weitere Einzelheiten der Erfindung eingegangen wird, werden einige Hintergrundinformationen zu den Motoren 20 gegeben, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 1 zeigt das elektrische Modell eines Elektromotors 20, wie z.B. eines Induktionsmotors, der von einem Antrieb mit einstellbarer Drehzahl (ASD) 1 gesteuert wird, der weiter unten beschrieben wird. 1 zeigt ein einphasiges Diagramm des Elektromotors 20 unter der Annahme symmetrischer Komponenten auf allen drei Phasen des Motors 20, wobei Rs und Rr die Statorwiderstände bzw. Rotorwiderstände, Lls und Llr die Statorstreuinduktivität bzw. die Rotorstreuinduktivität, Lm die magnetisierende Induktivität und Rfe der äquivalente Eisenverlustwiderstand sind.
Die Statorspannungsgleichung der Induktionsmaschine (Elektromotor 20) lautet: $u_{s} (t) = R_{s} \cdot i_{s} (t) + \frac{d ψ_{s} (t)}{d t}$
wobei

Rs = Statorwiderstand
us = durch den ASD 1 angelegte Statorspannung
is = Statorstromquelle durch den ASD 1
ψs = Statorfluss

Wenn nur ein Gleichstromsignal in die Maschine eingespeist wird, wird die Ableitung des Flusses Null, wie in 2 und Gl. 2 dargestellt. $u_{s} (t) = R_{s} \cdot i_{s} (t)$
Die Impedanz einer Induktionsmaschine gegenüber einem Gleichstromeingang im stationären Zustand aus Sicht des ASD 1 ist der in Gl. 3 angegebene R_sDC. $R_{s D C} = \frac{u_{s D C} (t)}{i_{s D C} (t)}$
Wenn also ein kleiner Gleichspannungs-Bias der Motorversorgungsspannung überlagert werden kann, um eine DC-Komponente einzuspeisen, kann der Rs-Widerstand online anhand der DC-Komponenten der ermittelten Spannung und des ermittelten Stroms geschätzt werden. Die auf einem Gleichstrom-Modell basierende Schätzung ist unabhängig von allen Motorparametern und wird nicht von der inhärenten Motorasymmetrie beeinflusst.
In den folgenden Absätzen werden weitere Einzelheiten zur Identifizierung von Asymmetrie in einem bestimmten Motor 20 gegeben. Die obige Gleichung 2 beschreibt die Motorgleichung unter der Annahme eines ausgeglichenen Modells.
Im Falle eines Parameterungleichgewichts wird die Gleichung in dieser Form beschrieben: ${\begin{array}{l} u_{s 1} (t) = R_{s 1} \cdot i_{s 1} (t) \\ u_{s 2} (t) = R_{s 2} \cdot i_{s 2} (t) \\ u_{s 3} (t) = R_{s 3} \cdot i_{s 3} (t) \end{array}$
wobei die Indizes die Motorphasen darstellen, da 1 die Phase U, 2 die Phase V, 3 die Phase W ist und Rs123 den kumulierten Reihenwiderstand des internen ASD-Kontaktwiderstands Rk₁₂₃, des Leitungswiderstands Rc₁₂₃ und des Motorwiderstands Rm₁₂₃ darstellt, unter der Annahme einer DC-Signaleinspeisung, wie in 3 dargestellt. 3 ist ein vereinfachtes elektrisches Diagramm des Elektromotors 20, insbesondere eines Induktionsmotors, das alle drei Phasenwiderstände und ihre Komponenten zeigt.
Der ASD 1 weist eine Leistungskarte 2 und eine Steuerkarte 3 auf. Die Leistungskarte 2 kann an die AC-Netzstromversorgung angeschlossen werden und den Motor 20 mit Strom versorgen. Die Steuerkarte 3 kann für drei Spannungsschätzungen zur Bestimmung der oben genannten Spannungen us₁₂₃ verwendet werden. Die Steuerkarte 3 kann ferner drei Stromsensoren zur Bestimmung der Ströme us₁₂₃ aufweisen oder an diese angeschlossen sein. Auf der Grundlage der ermittelten Werte der Ströme is₁₂₃ und der Spannungen us₁₂₃ kann die Steuerkarte 3 die kumulierten Widerstände Rs₁₂₃ der entsprechenden drei Phasen berechnen.
4 zeigt ein elektrisches Diagramm des ASD 1, der Gleichströme in den zuvor gezeigten Motor 20 einspeist, und eine Raumvektordarstellung der Ströme.
Einige Herausforderungen treten in der Praxis auf und sind in 4 dargestellt:

• Der ASD 1 hat keinen Zugang zum Sternpunkt N des Motors 20, sondern hat einen eigenen internen Bezugspunkt M, so dass eine gemeinsame Spannung U_NM zwischen M und N besteht.
• Sowohl bei den Spannungen als auch bei den Strömen sind DC-Offsets im Hintergrund vorhanden, die durch physikalische Geräte, Analog-Digital-Wandler, Operationsverstärker usw. verursacht werden.
• Das Ausgangsspannungssystem ist dreiphasig, drei Drähte, was bedeutet, dass es nur zwei unabhängige Gleichungen gibt.

{\begin{array}{l} u_{s 1}_{M} + u_{o f f s e t 1} - u_{N M} = R_{s 1} \cdot (i_{s 1} + i_{o f f s e t 1}) \\ u_{s 2}_{M} + u_{o f f s e t 2} - u_{N M} = R_{s 2} \cdot (i_{s 2} + i_{o f f s e t 2}) \\ u_{s 3}_{M} + u_{o f f s e t 3} - u_{N M} = R_{s 3} \cdot (i_{s 3} + i_{o f f s e t 3}) \end{array}

Die folgenden Schritte werden unternommen, um die oben genannten Probleme auszugleichen:

a. Eliminierung des Offsets: Dies geschieht durch Einspeisung des Stroms in gleicher Richtung, aber mit unterschiedlichem Vorzeichen und durch Differenzierung der Gleichung.

{\begin{array}{l} u_{s 1 M}^{+} - u_{s 1 M}^{-} - 2 u_{N M} = R_{s 1} \cdot (i_{s 1 M}^{+} - i_{s 1 M}^{-}) \\ u_{s 2 M}^{+} - u_{s 2 M}^{-} - 2 u_{N M} = R_{s 2} \cdot (i_{s 2 M}^{+} - i_{s 2 M}^{-}) \\ u_{s 3 M}^{+} - u_{s 3 M}^{-} - 2 u_{N M} = R_{s 3} \cdot (i_{s 3 M}^{+} - i_{s 3 M}^{-}) \end{array}

Das Ergebnis wird in dieser Form vereinfacht ${\begin{array}{l} u_{s 1 M} - u_{N M} = R_{s 1} \cdot i_{s 1} \\ u_{s 2 M} - u_{N M} = R_{s 2} \cdot i_{s}_{2} \\ u_{s 3 M} - u_{N M} = R_{s 3} \cdot i_{s 3} \end{array}$

b. Eliminierung der Gleichtaktspannung U_NM. Dies geschieht durch Unterscheidung zwischen Phasen, z.B. 1-2, 2-3, 3-1

{\begin{array}{l} u_{s 1 M} - u_{s 2 M} = R_{s 1} \cdot i_{s 1} - R_{s 2} \cdot i_{s 2} \\ u_{s 2 M} - u_{s 3 M} = R_{s 2} \cdot i_{s}_{2} - R_{s 3} \cdot i_{s 3} \\ u_{s 3 M} - u_{s 1 M} = R_{s 3} \cdot i_{s 3} - R_{s 1} \cdot i_{s 1} \end{array}

Die Gleichung wird in dieser Form vereinfacht, indem Rs1, Rs2, Rs3 als zu lösende x1, x2, x3 notiert wird. ${\begin{array}{l} x_{1} \cdot i_{s 1} - x_{2} \cdot i_{s 2} = u_{s 12} \\ x_{2} \cdot i_{s 2} - x_{3} \cdot i_{s 3} = u_{s 23} \\ x_{3} \cdot i_{s 3} - x_{1} \cdot i_{s 1} = u_{s 31} \end{array}$
Die Gleichung kann nicht gelöst werden, da die bekannten Terme (Ströme und Spannungen) nicht unabhängig sind: ${\begin{array}{l} i_{s 1} + i_{s 2} + i_{s 3} = 0 \\ u_{s 12} + u i_{s 23} + u_{s 31} = 0 \end{array}$

c. Lösen der Gleichung durch Hinzufügen weiterer Datensätze. Dies geschieht durch Einspeisen von Strömen in einer anderen Richtung, wodurch mehr Daten gesammelt werden, um einen unabhängigen Satz von Gleichungen zu erstellen, die für die Unbekannten Rs1, Rs2, Rs3 gelöst werden können. Eine Illustration ist in 5 und 6 dargestellt.

Einspeisung in erster Richtung 1: ${\begin{array}{l} x_{1} \cdot i_{s 1_d 1} - x_{2} \cdot i_{s 2_d 1} = u_{s 12_d 1} \\ x_{2} \cdot i_{s 2_d 1} - x_{3} \cdot i_{s 3_d 1} = u_{s 23_d 1} \\ x_{3} \cdot i_{s 3_d 1} - x_{1} \cdot i_{s 1_d 1} = u_{s 31_d 1} \end{array}$
Einspeisung in zweiter Richtung 2: ${\begin{array}{l} x_{1} \cdot i_{s 1_d 2} - x_{2} \cdot i_{s 2_d 2} = u_{s 12_d 2} \\ x_{2} \cdot i_{s 2_d 2} - x_{3} \cdot i_{s 3_d 2} = u_{s 23_d 2} \\ x_{3} \cdot i_{s 3_d 2} - x_{1} \cdot i_{s 1_d 2} = u_{s 31_d 2} \end{array}$
Die Gleichung kann mit jedem dieser beiden Datensätze aus verschiedenen Richtungen gelöst werden. Ein Beispiel ist das folgende, das für x1 und x2 gelöst wird. Ähnliches kann aus verschiedenen anderen Gleichungen gefunden werden. ${\begin{array}{l} x_{1} \cdot i_{s 1_d 1} - x_{2} \cdot i_{s 2_d 1} = u_{s 12_d 1} \\ x_{1} \cdot i_{s 1_d 2} - x_{2} \cdot i_{s 2_d 2} = u_{s 12_d 2} \end{array}$
Mit diesen beiden Datensätzen aus verschiedenen Richtungen gibt es mehrere Lösungsmöglichkeiten für die gleichen Unbekannten x1, x2, x3. Um die Robustheit gegenüber numerischen Fehlern zu verbessern, kann man also alle möglichen Gleichungen für die gleiche Lösung lösen und das Ergebnis am Ende mitteln.
Zusätzlich können verschiedene Richtungskombinationen verwendet werden, z.B. alternierende Richtungen d1 und d2 und Lösen der Rs1,2,3, dann Einspeisen in Richtung 2 und 3 und nochmaliges Lösen für Rs1,2,3.
6 illustriert ein Verfahren, Gleichströme in zwei verschiedenen Richtungen einzuspeisen und anschließend für die unbekannten Rs1,2,3 zu lösen.
7 zeigt die Hauptkomponenten eines ASD 1, der in der Lage ist, den asymmetrischen Gleichstromwiderstand Rs1,2,3 des Motors 20 und seines Anschlusses 19 mit seinem entsprechenden Leitungswiderstand Rc1,2,3 zu berechnen.
Der ASD 1 weist eine Leistungskarte 2 mit der gesamten Hardware auf, die für die Stromversorgung des Motors 20 aus dem Wechselstromnetz erforderlich ist. Die Leistungskarte 2 kann analoge Schaltungen, digitale Schaltungen und Leistungsschalter aufweisen.
Der ASD 1 weist ferner eine Steuerkarte 3 auf, die alle Software-, Steuer- und Schutzkomponenten des ASD 1 aufweisen kann. 7 zeigt eine ASD-Steuereinheit 4 als Unterkomponente der Steuerkarte 3. Die ASD-Steuereinheit 4 erfüllt die Hauptfunktion der ASD 1, d.h. die Steuerung der Bewegung des Motors 20. Sie stellt die Steuerung der Hardware und alle für die Motorsteuerung erforderlichen Funktionen bereit.
Eine zweite Unterkomponente der Steuerkarte 3 ist der Rs-Schätzblock 5. Der Rs-Schätzblock 5 kann einen in der Software der Steuerkarte implementierten Algorithmus aufweisen, der interne und externe Signale empfängt und den Motoranschlusswiderstand jeder Phase Rs1, 2, 3 berechnet. Diese Information wird in die ASD-Steuereinheit 4 zurückgeführt, um die Stabilität und die Steuerleistung zu verbessern. In der vorliegenden Erfindung kann sich der Begriff „Block“ auf eine physikalische Komponente und/oder auf eine Softwareanwendung oder einen Berechnungsprozess beziehen.
Unterkomponenten des Rs-Schätzblocks 5 umfassen eine Rs-Steuereinheit 51, die eine Funktion bereitstellt, die für die Synchronisierung (durch das Signal „Synch“) des gesamten Prozesses der Einspeisung der Gleichströme und der Messung des Effekts in den Ausgangsströmen und -spannungen verantwortlich ist.
Die Einspeisung ist diskontinuierlich und könnte für nur einen kurzen Zeitraum erfolgen. Die Einspeisung kann dann angehalten und für eine Weile bis zu einer folgenden Gleichstromeinspeisung unterbrochen werden. Durch diesen Ansatz wird die Welligkeit des Drehmoments und der Drehzahl des Ausgangsmotors minimiert.
Diese Funktion schätzt auch den richtigen Zeitpunkt für die Einspeisung des Gleichstroms, um das System nicht zu stören und Fehler und Auslösungen zu verursachen. Sie prüft auch, ob sich der ASD 1 in ruhigen und stabilen Betriebsbedingungen befindet, um die Gleichstrommessung durchzuführen und fehlerhafte Ergebnisse zu vermeiden.
Der Rs-Schätzblock 5 weist ferner Mittel zum Auslösen oder Einspeisen des Gleichstroms 52 auf, die eine Funktion umfassen, die eine erforderliche Referenz I_DCRef berechnet und sie an die ASD-Steuereinheit 4 sendet, um einen Ausgangsgleichstrom zu erzeugen. Diese Funktion synchronisiert die Einspeisung mit der richtigen Phase des Ausgangsstroms, um Transienten und fehlerhafte Ergebnisse zu vermeiden.
Der Rs-Schätzblock 5 umfasst ferner Mittel zum Schätzen der Spannungen Us123 53, die eine Funktion umfassen, die die Ausgangsspannungen U_s1,2,3 von der ASD-Steuereinheit 4 empfängt und nach Filterung des Rauschens und Kompensation der Wechselrichter-Nichtlinearitäten den Gleichstromanteil aus U_DC1,2,3 extrahiert.
Der Rs-Schätzblock 5 umfasst ferner Stromsensoren Is123 54 mit einer Funktion, die die Ausgangsströme I_s1,2,3 von den ASD-Stromsensoren empfängt und nach Filterung auf Rauschen den Gleichstromanteil aus I_DC1,2,3 extrahiert.
Die Berechnung des asymmetrischen Rs wird im Berechnungsblock 55 durchgeführt, der den Algorithmus zur Berechnung des R_s1,2,3 durch Lösung der oben angegebenen Gleichungen GI. 1 bis Gl. 5 enthält.
8 zeigt eine einfache Übersicht von Motor 20 und ASD 1.
Bezugszeichenliste

1: Antrieb mit einstellbarer Drehzahl (ASD)
2: Leistungskarte
3: Steuerkarte
4: ASD-Steuereinheit
5: Rs-Schätzblock
19: Anschluss
20: Motor
51: Rs-Steuereinheit
52: Mittel zum Auslösen oder Einspeisen des Gleichstroms
53: Mittel zum Schätzen der Spannungen Us123
54: Stromsensoren Is123
55: Berechnungsblock

Claims

Verfahren zum Schätzen des individuellen Phasenwiderstands eines Motors mittels eines Antriebs mit einstellbarer Geschwindigkeit (ASD), während der durch den ASD gesteuerte Motor läuft und/oder stillsteht, wobei der Motor ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor ist, das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte: • Einspeisung von mindestens zwei Gleichströmen in den Motor als ASD-Ausgang, • Bestimmung der Ausgangsspannungen und -ströme, die sich aus der Einspeisung der Gleichströme ergeben, • Extrahieren von DC-Komponenten, die in den ermittelten Ausgangsspannungen und -strömen vorhanden sind, und • Berechnung des kumulierten Ausgangswiderstands Rs, der von der ASD auf jeder Phase des Motors einzeln gesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespeisten Gleichströme mit unterschiedlichen Phasenwinkeln eines Grundausgangsstroms des ASD synchronisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ausgangsspannungen und/oder -ströme entweder gemessen oder geschätzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichströme diskontinuierlich eingespeist werden, für eine begrenzte Injektionsdauer, gefolgt von einer Wartezeit bis zur nächsten Gleichstromeinspeisung.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer sowohl der Einspeisung als auch der Wartezeit variabel und mit der Drehzahl des Motors synchronisiert sein kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung des Gleichstroms gestoppt wird, wenn sich der ASD nicht in einem sicheren Betriebszustand befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung des Gleichstroms gestoppt wird, wenn der ASD unter übermäßig dynamischen Bedingungen arbeitet, die die Extraktion der in den bestimmten Ausgangsströmen und -spannungen vorhandenen DC-Komponenten beeinträchtigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Widerstände Rs auf jeder Phase in den ASD zurückgeführt und zur Aktualisierung der ASD-Referenzen, Steuerparameter und/oder Steuereinstellungen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplung verwendet wird, um die Steuerleistung und/oder die Stabilität des ASD im Betrieb zu verbessern und/oder dass die Rückkopplung für die vorausschauende Wartung verwendet wird, um Fehler in Leitungen und/oder Motoren und/oder falsche Installationen zu erkennen.
Antrieb mit einstellbarer Drehzahl zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.