DE102022107767A1 - Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente (102), insbesondere einer elektrischen Komponente, die für einen Betrieb mit einem die elektrische Komponente direkt kühlenden Kühlmedium ausgelegt ist, wobei die Vorrichtung einen Raum (112) umfasst, in dem die elektrische Komponente (102) ohne Kühlmedium anordenbar ist, Mittel (114) zum Erzeugen eines Referenzluftrucks im Raum (112), der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, Mittel (116) zum Anlegen einer Referenzspannung an die elektrische Komponente (102), und Mittel (118) zum Erfassen von Isolationsfehlern, die in der elektrischen Komponente (102) bei angelegter Referenzspannung auftreten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente.
  • Hochvoltkomponenten in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen müssen zur Sicherstellung von Qualität und Personenschutz elektrische Prüfungen vor Auslieferung an einen Kunden unterzogen werden. Diese Prüfungen sind in diversen Normen / Vorschriften und Richtlinien empfohlen bzw. gefordert.
  • Die DE 10 2012 220 798 B4 offenbart ein beispielhaftes Verfahren zum Stoßtesten eines Stators eines Hochspannungs-Elektromotorantriebs eines elektrischen Kraftfahrzeugs.
  • Durch die Vorrichtung und das Verfahren nach einem der unabhängigen Ansprüche wird ein elektrisches Prüfen ohne Kühlmedium ermöglicht.
  • Die Vorrichtung zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente, die für einen Betrieb mit einem die elektrische Komponente direkt kühlenden Kühlmedium ausgelegt ist, umfasst einen Raum, in dem die elektrische Komponente ohne Kühlmedium anordenbar ist, Mittel zum Erzeugen eines Referenzluftrucks im Raum, der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, Mittel zum Anlegen einer Referenzspannung an die elektrische Komponente, und Mittel zum Erfassen von Isolationsfehlern, die in der elektrischen Komponente bei angelegter Referenzspannung auftreten.
  • Isolationsfehler können beispielsweise sein: Überschreitung definierter Fehlerströme, zu niedriger Isolationswiderstand, Durchschläge, zu niedrige Teilentladungseinsetzspannung, Auffälligkeiten in einem Kurvenverlauf der Stoßspannungsprüfung.
  • Die elektrische Komponente umfasst beispielsweise eine Hochvoltkomponente, insbesondere eine elektrische Maschine oder eine elektrische Antriebsachse, die eine elektrische Maschine umfasst.
  • Das Verfahren zum elektrischen Prüfen der elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente, die für einen Betrieb mit einem die elektrische Komponente direkt kühlenden Kühlmedium ausgelegt ist, sieht vor, dass ein Referenzluftdruck erzeugt wird, der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, beim Referenzluftdruck eine Referenzspannung an die elektrische Komponente angelegt wird, und beim Anlegen erfasst wird, ob bei der Referenzspannung beim Referenzluftdruck ein Durchschlag auftritt oder nicht.
  • Die Referenzspannung wird beispielsweise an die Wicklung oder an eine Teilwicklung der Wicklung für eine Phase angelegt.
  • Der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung für die elektrische Komponente wird vorzugsweise mit dem Paschen-Gesetz bestimmt.
  • Der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung wird vorzugsweise abhängig von wenigstens einem Abstand zwischen zwei als Elektrodenpaar wirkenden Teilen der elektrischen Komponente bestimmt.
  • Der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung wird vorzugsweise abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen der Wicklung und dem Gehäuse oder einem Blechpaket der elektrischen Maschine bestimmt.
  • Der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung wird vorzugsweise abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen zwei Teilwicklungen der Wicklung insbesondere für unterschiedliche Phasen bestimmt.
  • Der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung wird vorzugsweise abhängig von einer durch Richtwerte für die Prüfung der mit dem Kühlmedium gekühlten elektrischen Komponente vorgeschriebenen Spannung bestimmt.
  • Vorzugsweise wird die Referenzspannung bestimmt, die an die Wicklung oder die an eine Teilwicklung der Wicklung für eine Phase anzulegen ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 eine Vorrichtung zur elektrischen Prüfung,
    • 2 Schritte in einem Verfahren zur elektrischen Prüfung.
  • In 1 ist eine elektrische Maschine 100 schematisch dargestellt. Die elektrische Maschine 100 weist eine Wicklung 102 auf. Die Wicklung 102 ist in einem Wicklungsraum 104 insbesondere in einem Gehäuse 106 der elektrischen Maschine 100 angeordnet. Die elektrische Maschine 100 umfasst zudem ein Blechpaket 108. Die elektrische Maschine 100 ist für ein Isolationssystem vorbereitet, welches verhindert, dass Feuchtigkeit in die Wicklung 102 eindringt und welches natürlicherweise vorhandene Luft zwischen einzelnen Drähten der Wicklung 102 verdrängt.
  • Im Beispiel ist eine direkt kühlbare elektrische Maschine 100 dargestellt, bei welcher das Isolationssystem ein dielektrisches Kühlmedium umfasst, das eine in den Wicklungen 102 der elektrischen Maschine 100 entstehende Wärme abführt. Dieses Kühlmedium dient im Beispiel zusätzlich zur Isolation von spannungsführenden Bauteilen, wie der Wicklung 102 der elektrischen Maschine 100 zum Gehäuse 106 oder zum Blechpaket 108 der elektrischen Maschine 100 hin.
  • Ohne diese Maßnahme würde es beim Betrieb der elektrischen Maschine 100 zu hohen Feldbelastungen in der Wicklung 102 der elektrischen Maschine 100 kommen, welche eine stark verminderte Lebensdauer der Wicklung 102 nach sich ziehen.
  • Das Isolationssystem kann zudem eine Isolierung der einzelnen Drähte der Wicklung 102 umfassen. Die Isolierung kann z.B. durch eine Imprägnierung mit einem Harz auf Polyester- oder Epoxidbasis erfolgen.
  • Ohne das Kühlmedium ist das Isolationssystem der elektrischen Maschine 100 nicht vollständig.
  • Somit sollten die elektrischen Prüfungen an der elektrischen Maschine 100 auch zusammen mit dem dielektrischen Kühlmedium erfolgen.
  • Bei der Fertigung von hochintegrierten elektrischen Achsantrieben ist jedoch eine Prüfung mit eingefüllten Medien zum Zeitpunkt der elektrischen Prüfung der elektrischen Maschine 100 aus Handlingsgründen nicht ohne weiteres möglich.
  • Durch die im Folgenden beschriebene elektrische Prüfung ist es möglich, insbesondere bei direkt kühlbaren elektrischen Maschinen 100 ohne Kühlmedium wesentliche Prüfspannungen aufzubringen.
  • Um die wesentlichen Prüfspannungen auch ohne Kühlmedium anlegen und prüfen zu können, wird ein Luftdruck im Wicklungsraum gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht.
  • Durch die Erhöhung des Luftdruckes steigt eine Durchschlagsfestigkeit im Wicklungsraum 104 an. Die Durchschlagsfestigkeit besteht bis zu einer Durchschlagsspannung.
  • Mit dem Paschen-Gesetz wird die Durchschlagsspannung von Luft in Abhängigkeit von Luftdruck und Abstand z. B. der Wicklung 102 zum Gehäuse 106 oder zum Blechpaket 108 bestimmt. Es kann auch vorgesehen sein, die Durchschlagsspannung abhängig von einem Abstand der einzelnen Drähte der Wicklung 102 insbesondere verschiedener Phasen zueinander zu bestimmen.
  • Trockene Luft weist beispielsweise i. d. Regel eine Durchschlagsfestigkeit von ca. 3 kV/mm bei atmosphärischem Druck auf.
  • Bei fallendem Druck sinkt die Durchschlagsfestigkeit weiter ab. Bei steigendem Druck nimmt die Durchschlagsfestigkeit zu.
  • Die elektrische Prüfung findet unter erhöhtem Luftdruck statt. Dies ermöglicht eine Aussage über einen Zustand des Isolationssystems bei wesentlichen Prüfspannungen, ohne dass es zu Durchschlägen beispielsweise aufgrund der für das Isolationssystem mit Kühlmedium ausgelegten Luftstrecken kommt.
  • Eine Vorrichtung 110 zur elektrischen Prüfung bei erhöhtem Luftdruck umfasst einen Raum 112, in dem eine elektrische Komponente ohne Kühlmedium anordenbar ist, Mittel 114 zum Erzeugen eines Referenzluftrucks im Raum 112, der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, Mittel 116 zum Anlegen einer Referenzspannung an die elektrische Komponente, und Mittel 118 zum Erfassen von Durchschlägen. Der Raum 112 kann das Gehäuse 106 sein. Das Mittel 116 zum Erzeugen der Referenzspannung umfasst z.B. eine Gleich- oder Wechselstromquelle zum Erzeugen der Referenzspannung an den einzelnen Teilwicklungen für die unterschiedlichen Phasen. Das Mittel 118 zum Erfassen von Isolationsfehlern umfasst z.B. ein Messgerät oder mehrere Messgeräte um Durchbrüche zwischen einzelnen Teilwicklungen der Wicklung 102 für unterschiedliche Phasen zu erfassen. Das Mittel zum Erzeugen des Referenzluftdrucks umfasst z.B. einen Kompressor.
  • Die elektrische Komponente ist im Beispiel eine Hochvoltkomponente, insbesondere die elektrische Maschine 102 oder eine elektrische Antriebsachse, die die elektrische Maschine 102 umfasst.
  • In 2 sind Schritte in einem Verfahren zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente insbesondere ohne Kühlmedium bei erhöhtem Luftdruck dargestellt. Diese Schritte werden z.B. für verschiedene Referenzspannungen durchlaufen.
  • Bei der Hochvoltkomponente elektrische Maschine 102, die mit drei Phasen betrieben wird, ist zur Prüfung u.a. die Vorschrift GBIT 18488 zu beachten. Diese beinhaltet folgende Vorgaben:
    • - Stehspannungsprüfung und Spannungsfestigkeitsprüfung mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 50Hz der drei Phasen zum Blechpaket 108 der elektrischen Maschine 102 oder zum Gehäuse 106 hin,
    • - Isolationswiderstandsmessung mit Gleichspannung der drei Phasen zum Blechpaket 108 oder zum Gehäuse 106 hin,
    • - Stoßspannungsprüfung der drei Phasen zueinander mit einem Stoßimpuls.
  • Das Bestimmen der Referenzspannungen wird am Beispiel dieser Prüfung beschrieben. Das Verfahren ist jedoch für andere elektrische Prüfungen nach anderen Anforderungen und Richtlinien anwendbar.
  • Das Verfahren umfasst einen Schritt 202.
  • Im Schritt 202 wird der Referenzluftdruck und die Referenzspannung für die elektrische Komponente mit dem Paschen-Gesetz bestimmt. Der Referenzluftdruck und die Referenzspannung werden beispielsweise derart bestimmt, dass bei intakter elektrischer Maschine 100 auch ohne Kühlmedium kein Durchschlagen zu erwarten ist.
  • Der Referenzluftdruck und die Referenzspannung werden z.B. abhängig von wenigstens einem Abstand zwischen zwei als Elektrodenpaar wirkenden Teilen der elektrischen Komponente bestimmt. Der Referenzluftdruck und die Referenzspannung werden z.B. abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen der Wicklung 102 und dem Gehäuse 106 der elektrischen Maschine 100 bestimmt.
  • Der Referenzluftdruck und die Referenzspannung werden z.B. abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen zwei Teilwicklungen der Wicklung 102 bestimmt.
  • Beispielsweise wird die Referenzspannung abhängig von einer wesentlichen der mit dem Kühlmedium gekühlten elektrischen Komponente vorgeschriebenen Spannung bestimmt.
  • Beispielsweise wird die Referenzspannung bestimmt, die an die Wicklung 102 anzulegen ist. Beispielsweise wird die Referenzspannung bestimmt, die an die Teilwicklung der Wicklung 102 für eine Phase anzulegen ist.
  • Der Referenzluftdruck und die Referenzspannung werden nach Vorgaben zwischen zwei Teilwicklungen der Wicklung 102 für unterschiedliche Phasen bestimmt.
  • Anschließend wird ein Schritt 204 ausgeführt.
  • Im Schritt 204 wird der Referenzluftdruck erzeugt.
  • Anschließend wird ein Schritt 206 ausgeführt.
  • Im Schritt 206 wird die Referenzspannung an die elektrische Komponente angelegt. Beispielsweise wird die Referenzspannung an die Wicklung 102 angelegt. Beispielsweise wird die Referenzspannung an die Teilwicklung der Wicklung 102 für eine Phase angelegt.
  • Anschließend wird ein Schritt 208 ausgeführt.
  • Im Schritt 208 wird und beim Anlegen erfasst, ob bei der Referenzspannung beim Referenzluftdruck ein Durchschlag auftritt oder nicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012220798 B4 [0003]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente (102), insbesondere einer elektrischen Komponente, die für einen Betrieb mit einem die elektrische Komponente direkt kühlenden Kühlmedium ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, das die Vorrichtung einen Raum (112) umfasst, in dem die elektrische Komponente (102) ohne Kühlmedium anordenbar ist, Mittel (114) zum Erzeugen eines Referenzluftrucks im Raum (112), der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, Mittel (116) zum Anlegen einer Referenzspannung an die elektrische Komponente (102), und Mittel (118) zum Erfassen von Isolationsfehlern, die in der elektrischen Komponente (102) bei angelegter Referenzspannung auftreten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Komponente (102) eine Hochvoltkomponente umfasst, insbesondere eine elektrische Maschine (102) oder eine elektrische Antriebsachse, die eine elektrische Maschine (102) umfasst.
  3. Verfahren zum elektrischen Prüfen einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente, die für einen Betrieb mit einem die elektrische Komponente direkt kühlenden Kühlmedium ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzluftdruck erzeugt wird (204), der gegenüber einem atmosphärischen Luftdruck erhöht ist, beim Referenzluftdruck eine Referenzspannung an die elektrische Komponente (102) angelegt wird (206), und beim Anlegen erfasst wird (208), ob bei der Referenzspannung beim Referenzluftdruck ein Durchschlag auftritt oder nicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung an die Wicklung (102) oder an eine Teilwicklung der Wicklung (102) für eine Phase angelegt wird (206).
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung für die elektrische Komponente mit dem Paschen-Gesetz bestimmt wird (202).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung abhängig von wenigstens einem Abstand zwischen zwei als Elektrodenpaar wirkenden Teilen der elektrischen Komponente (102) bestimmt wird (202).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen der Wicklung (102) und dem Gehäuse (106) oder einem Blechpaket der elektrischen Maschine (100) bestimmt wird (202).
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung abhängig von einem insbesondere kleinsten Abstand zwischen zwei Teilwicklungen der Wicklung (102) insbesondere für unterschiedliche Phasen bestimmt wird (202).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftdruck und/oder die Referenzspannung abhängig von einer wesentlichen, für die Prüfung der mit dem Kühlmedium gekühlten elektrischen Komponente vorgeschriebenen Spannung bestimmt wird (202).
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung bestimmt wird, die an die Wicklung (102) oder die an eine Teilwicklung der Wicklung (102) für eine Phase anzulegen ist (202).
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AT412175B (de) 2002-04-12 2004-10-25 Rainer Dr Gaggl Vorrichtung zur vermeidung von funkenüberschlägen bei der hochspannungsprüfung von halbleiter-bauelementen
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