DE102023109195B3 - Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen (i, u) einer Antriebseinheit (1), wobei die Antriebseinheit (1) eine elektrische Maschine (2) und einen Frequenzumrichter (3) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (4) umfasst, und wobei
- in einem ersten Schritt Messwerte von Messpunkten (M) von Signalen (X) der elektrischen Messgrößen (i, u) der Antriebseinheit erfasst werden,
- in einem weiteren Schritt den Messwerten Messunsicherheiten zugeordnet werden,
- in einem weiteren Schritt ein Vergleichswert des Messpunktes (M) berechnet wird,
- in einem weiteren Schritt ein Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) gebildet wird,
- in einem weiteren Schritt die Plausibilisierung erfolgt, wobei geprüft wird, ob der Messpunkt (M) mit seinem Messwert und seinem Toleranzband (T_M) im Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Mit Hilfe einer Messeinrichtung können Messwerte elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit erfasst werden. Es können während einer Messung die Messwerte fehlerbehaftet sein, wodurch beispielsweise Analysen und Betrieb der elektrischen Antriebseinheit ebenfalls fehlerbehaftet bzw. unzulässig sein können.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2021 207 598 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Stromverbrauchs eines Elektromotors für einen Achsantrieb bekannt. Hierzu wird für acht stationäre Arbeitspunkte die Verlustleistung durch mehrere Sensoren auf Achsniveau gemessen. Jeder Sensor wird im relevanten Wertebereich kalibriert, um seine Messunsicherheit für jeden der Arbeitspunkte zu ermitteln und daraus für jeden Arbeitspunkt die Unsicherheit über die gesamte Messkette zu bestimmen.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 029 642 A1 ist ein Verfahren zur selbstlernenden Parametrierung parametrierter Modelle und zur Bestimmung systematischer Fehler bekannt, wobei systematische Messfehler und unbekannte Zusammenhänge von Messgrößen zu wahren Größen mit modelliert werden unter Annahmen von Parametern.
• Ein Verfahren zur Batterieprüfung, bei welchem etwaige leckagebedingte Isolationsfehler festgestellt werden, wenn die an einem Punkt gemessene Stromstärke mit der Zeit abfällt, geht aus der Offenlegungsschrift DE 10 2021 203 706 A1 hervor.
• Die DE 10 2014 212 572 A1 offenbart ein Verfahren zur Erlangung eines Hinweises, auf eine mögliche fehlerhafte Lastbedingung eines mehrphasigen Elektromotors.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit bereitzustellen mit dessen Hilfe es auf einfache Weise möglich ist, plausible Messwerte elektrischer Messgrößen zuverlässig von nicht plausiblen, möglicherweise fehlerhaften Messwerten der elektrischen Messgrößen zu unterscheiden.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit eine elektrische Maschine und einen Frequenzumrichter mit einem Gleichspannungszwischenkreis umfasst, weist die folgenden Schritte auf:
• - In einem ersten Schritt werden Messwerte von Messpunkten von Signalen der elektrischen Messgrößen, somit eines elektrischen Stromes und einer elektrischen Spannung, der elektrischen Maschine und des Frequenzumrichters erfasst,
• - in einem weiteren Schritt werden die Messwerte mit Messunsicherheiten ergänzt, wobei die Messunsicherheit des Messwertes ein Toleranzband des Messwertes bildet, mit einem unteren Toleranzwert und einem oberen Toleranzwert,
• - in einem weiteren Schritt erfolgt eine Berechnung eines Vergleichswertes des Messpunktes,
• - in einem weiteren Schritt wird ein Toleranzband des Vergleichswertes gebildet,
• - in einem weiteren Schritt erfolgt die Plausibilisierung, wobei geprüft wird, ob der Messpunkt mit seinem Messwert und seinem Toleranzband im Toleranzband des Vergleichswertes liegt, wobei diejenigen Messpunkte, deren Messwert und Toleranzband vollständig im Toleranzband des Vergleichswertes liegen, als plausibel gemessen bestimmt werden, diejenigen Messpunkte, deren Messwert und Toleranzband vollständig außerhalb des Toleranzbandes des Vergleichswertes liegen, als unplausibel gemessen bestimmt werden, und diejenigen Messpunkte, deren Messwert und Toleranzband mit einem prozentualen Anteil innerhalb des Toleranzbandes des Vergleichswertes liegen, als mit einer prozentualen Wahrscheinlichkeit als plausibel gemessen bestimmt werden.
• Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass physikalische Zusammenhänge zwischen den einzelnen Messgrößen in Gleichungen abgebildet werden, um Messergebnisse miteinander zu vergleichen. Es besteht die Möglichkeit bei hohen Abtastraten zu verwenden, die es ermöglichen für jeden Messwert einen Wahrheitsgehalt des jeweiligen Signals der elektrischen Antriebseinheit zu prüfen.
• Die Ermittlung der Messunsicherheit kann dabei bevorzugt mit Hilfe einer Methode des so genannten „Guide of expression of uncertainty in measurement“ erfolgen, wobei hier unterschiedliche Methoden, Typ A oder Typ B angewandt werden können. Bevorzugt ist die Methode Typ B einzusetzen, wobei hierzu Datenblattangaben und Kalibrierdokumentationen verwendet werden. Dies ermöglicht eine hochwertige Beurteilung der erfassten Messsignale.
• Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich zu jedem Zeitpunkt einer Messung zu bewerten, ob die gemessenen Signale vertrauenswürdig sind. Ein Fehlverhalten von Messtechnik und Prüflingen kann leichter und schneller detektiert werden. Eine Messergebnisqualität ist daher deutlich gesteigert, und eine zusammenhängende Plausibilisierung einer Gesamtheit aller notwendiger elektrischer Messgrößen der Antriebseinheit erreicht.
• In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zuerst die elektrischen Messwerte der elektrischen Maschine geprüft, und sofern die Messwerte der elektrischen Maschine als plausibel gemessen bestimmt sind, die elektrischen Messwerte des Frequenzumrichters geprüft. Somit kann innerhalb kurzer Zeit und damit kostenreduziert bestimmt werden, ob die Antriebseinheit fehlerhaft bemessen wurde oder nicht.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
• 1 in einer Prinzipdarstellung ein Schaltkreis einer elektrischen Antriebseinheit, umfassend ein Frequenzumrichter mit einem Spannungszwischenkreis und eine elektrische Maschine,
• 2 in einer Prinzipdarstellung eine Strommesskette des Messaufbaus gem. 1,
• 3 in einem Schaubild Einflussfaktoren von Messunsicherheiten,
• 4 in einem Schaubild Einflussfaktoren der Messunsicherheit an einem Analogeingang eines Messgerätes, und
• 5 in einem Zeit-Amplitude-Diagramm einen Verlauf eines Messsignals und eines Vergleichssignals mit zugehörenden Toleranzbändern.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen, die da sind ein elektrischer Strom i und eine elektrische Spannung u, einer Antriebseinheit 1.
• In 1 ist in einer Prinzipdarstellung ein Schaltkreis 15 der Antriebseinheit 1 umfassend eine elektrische Maschine 2 und einen Frequenzumrichter 3 mit einem Gleichspannungszwischenkreis 4 abgebildet. Zur Bewertung einer elektrischen Leistung und von Verlusten der elektrischen Antriebseinheit 1 ist es erforderlich an verschiedenen Stellen der elektrischen Antriebseinheit 1 elektrische Messgrößen in Form des elektrischen Stromes i und der elektrischen Spannung u zu messen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich zur Bewertung der elektrischen Antriebseinheit 1 Messwerte von mit Hilfe von Sensoren 8 aufgenommenen Signalen X der elektrischen Messgrößen i, u zur plausibilisieren.
• Die elektrische Maschine 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3-phasig ausgebildet, aufweisend eine erste Phase L1, eine zweite Phase L2 und eine dritte Phase L3, wobei die erste Phase L1 einen ersten Leistungsschalter S1, die zweite Phase L2 einen zweiten Leistungsschalter S2 und die dritte Phase L3 einen dritten Leistungsschalter S3 im Gleichspannungszwischenkreis 4 aufweist. Die elektrische Maschine 2 könnte ebenso eine andere Anzahl Phasen aufweisen.
• In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit Hilfe der von den Sensoren 8 aufgenommenen Signalen X an Messpunkten M die Messwerte der Messgrößen i, u erfasst, wobei
• - ein Phasenstrom i_L1 der ersten Phase L1,
• - ein Phasenstrom i_L2 der zweiten Phase L2,
• - ein Phasenstrom i_L3 der dritten Phase L3,
• - zwischen der ersten Phase L1 und der zweiten Phase L2 eine erste Spannung u_L1L2,
• - zwischen der zweiten Phase L2 und der dritten Phase L3 eine zweite Spannung u_L2L3, und
• - zwischen der ersten Phase L1 und der dritten Phase L3 eine dritte Spannung UL1L3
gemessen werden.
• An dieser Stelle sei erwähnt, dass in den nachfolgend genannten Gleichungen stets die spezifischen Bezeichnungen der entsprechenden Messgrößen i, u mit ihren Messwerten zu belegen sind. Oder mit anderen Worten gesagt, es kennzeichnet beispielsweise i_L1 den Phasenstrom der ersten Phase L1, und entspricht zugleich auch in den Gleichungen dem Messwert des Phasenstromes i_L1 der ersten Phase L1.
• An dieser Stelle sei weiter erwähnt, dass die vorstehend genannten Messgrößen i, u der elektrischen Maschine 2 Messgrößen i, u an einem Ausgang des Frequenzumrichters 3 entsprechen, da die elektrische Maschine 2 am Ausgang des Frequenzumrichters 3 angeschlossen ist.
• In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedem Messwert ein so genannter Messunsicherheitswert U hinzugefügt, in Addition und in Subtraktion, so dass der Messwert ein Toleranzband T aufweist. Der Messunsicherheitswert U ist abhängig von einem das Signal X ausgebenden Mittels, welches beispielsweise der Sensor 8 ist, oder er ist über eine gesamte Messkette ermittelt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Strommesskette 7, wie sie im Folgenden näher erläutert ist.
• In 2 ist in einer Prinzipdarstellung die Strommesskette 7 illustriert, welche den Sensor 8 zur Erfassung eines Analogsignals X1 und einen Analogeingang 13 eines Messgerät 9 zur Messung der Messgrößen i aufweist, wobei das Messgerät 9 einen Messwiderstand 10, einen Messverstärker 11 und einen Analog-Digital-Wandler 12 umfasst. Das mit Hilfe des Sensors 8 erfasste Analogsignal X1, welches über dem Analogeingang 13 dem Messgerät 9 zugeführt wird, weist eine Signalmessunsicherheit U₁ auf. Ein vom Messgerät 9 weitergegebenes Digitalsignal X2 weist nun die in der gesamten Strommesskette 7 vorliegende Kettenmessunsicherheit U₂ auf. Einflussfaktoren F der Signalunsicherheit U₁ und der Kettenmessunsicherheit U₂ sind in den 4 und 4 beispielhaft illustriert.
• In 3 sind beispielhaft Einflussfaktoren F abgebildet, welche die Signalmessunsicherheit U₁ des Analogsignals X1 der Strommesskette 7 beeinflussen. Dies sind eine so genannte Linearitätsabweichung F₁, eine so genannte Offsetabweichung Fa, ein so genanntes Rauschen F_R und ein so genannter Temperaturdrift F_T, welche insgesamt zur ersten Signalmessunsicherheit U₁ des Analogsignals X1 führen. Selbstredend könnten auch weitere Einflussfaktoren F vorliegen.
• In 4 sind beispielhaft die Einflussfaktoren F abgebildet, welche die Kettenmessunsicherheit U₂ der Messkette 7 beeinflussen. Dies sind eine so genannte Amplitudenabweichung F_A, die Offsetabweichung F₀, das Rauschen F_R und der Temperaturdrift F_T, welche insgesamt zur Kettenmessunsicherheit U₂ der Strommesskette 7 führen. Die Amplitudenabweichung F_A ist eine Funktion des Signals X1 und der Signalmessunsicherheit U₁. Selbstredend könnten auch hier weitere Einflussfaktoren F vorliegen.
• Die Bewertung der Messunsicherheit U ist bekannt unter „Guide to the expression of uncertainty in measurement"(GUM) (s. Praxisgerechtes Bestimmen der Messunsicherheit nach GUM; Sommer, K.-D.; Siebert, B.; Ilmenau, Braunschweig; 2003; Technisches Messen 71; Oldenbourg Verlag), wobei zwei Methoden angeführt sind, welche geeignet sind die Messunsicherheit U zu bestimmen. Sowohl die Methode Typ A als auch die Methode Typ B nach GUM sind geeignet, um die Messunsicherheit U zu bestimmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist bevorzugt die Methode Typ B verwendet. Die Messunsicherheit U wird dazu über die gesamte Strommesskette 7 gebildet, wie vorstehend erläutert wurde. Das heißt mit anderen Worten, dass jedem Messwert der elektrischen Messgrößen i eine über die gesamte Strommesskette 7 ermittelte Messunsicherheit U zugeordnet wird, wobei die Messunsicherheit U die Kettenmessunsicherheit U₂ ist. Analog kann für Messgrößen der Spannung u verfahren werden, wobei hier die Messunsicherheit U der Messgröße u ermittelt werden muss.
• So wird in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
• - dem Messwert des ersten Phasenstroms i_L1 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_iL1,
• - dem Messwert des zweiten Phasenstroms i_L2 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_iL2,
• - dem Messwert des dritten Phasenstroms i_L3 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_iL3,
• - dem Messwert der ersten Spannung u_L1L2 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_L1L2,
• - dem Messwert der zweiten Spannung u_L2L3 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit u_L2L3,
• - dem Messwert der dritten Spannung u_L1L3 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_L1L3,
• - dem Messwert der ersten Eingangsspannung u_DC1 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_DC1, und
• - dem Messwert der zweiten Eingangsspannung u_DC2 die ihm zuzuordnende Messunsicherheit U_DC2
hinzugefügt.
• Die jeweilige Messunsicherheit U des jeweiligen Messwertes bildet ein Toleranzband T_M des Messwertes, mit einem unteren Toleranzwert T_MU und einem oberen Toleranzwert T_MO. Der obere Toleranzwert T_MO, welcher eine obere Grenze des Toleranzbandes T_M ist, wird durch Addition der Messunsicherheit U des Messwertes und des Messwertes berechnet. Der untere Toleranzwert T_MU des Toleranzbandes T_M des Messwertes wird durch Subtraktion der Messunsicherheit U des Messwertes vom Messwert berechnet.
• In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Vergleichswerte V mit Hilfe der Messwerte der elektrischen Messgrößen i, u und entsprechenden physikalischen Zusammenhängen bestimmt.
• Gemäß einem bekannten 1. Kirchhoffschen Gesetz, der so genannten Knotenregel weist eine Summe aller in den Knoten ein- und von dem Knoten abfließenden elektrischen Ströme i den Wert Null auf, so dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gleichung $${\text{i}}_{\text{L}1}+{\text{i}}_{\text{L}2}+{\text{i}}_{\text{L}3}=0$$

  

  gilt.
• Nun weist jeder der in der Gleichung vorliegende Messwert der elektrischen Messgröße i seine ihm zugeordnete Messunsicherheit U auf, so dass ausgehend von der Knotenregel ein Vergleichswert V gebildet werden kann aus $${\text{i}}_{\text{L}1}^{\pm {\text{U}}_{{\text{i}}_{\text{L}1}}}=-{\text{i}}_{\text{L}2}^{\pm {\text{U}}_{{\text{i}}_{\text{L}2}}}-{\text{i}}_{\text{L}3}^{\pm {\text{U}}_{{\text{i}}_{\text{L}3}}}$$

  

  wobei nun der Vergleichswert V des elektrischen Stromes i dem berechneten Wert ${\text{i}}_{\text{L}1}^{\pm {\text{U}}_{{\text{i}}_{\text{L}1}}}$

  

  entspricht.
• Gemäß einer bekannten Maschenregel, dem 2. Kirchhoffschen Gesetz, weist eine Summe aller elektrischen Spannungen u den Wert Null auf, so dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gleichung $${\text{u}}_{\text{L}1\text{L}2}+{\text{u}}_{\text{L}2\text{L}3}+{\text{u}}_{\text{L}3\text{L}1}=0$$

  

  gilt.
• Es weist jeder der in der Gleichung vorliegende Messwert der elektrischen Spannungen u seine ihm zugeordnete Messunsicherheit U auf, so dass ausgehend von der Maschenregel ein Vergleichswert V gebildet werden kann aus $${\text{u}}_{\text{L}1\text{L}2}^{\pm {\text{U}}_{{\text{u}}_{\text{L}1\text{L}2}}}=-{\text{u}}_{\text{L2L3}}^{\pm {\text{U}}_{{\text{u}}_{\text{L}2\text{L}3}}}-{\text{u}}_{\text{L3L1}}^{\pm {\text{U}}_{{\text{u}}_{\text{L3L1}}}}$$

  

  wobei nun der Vergleichswert V der elektrischen Spannung u dem berechneten Wert ${\text{u}}_{\text{L}1\text{L}2}^{\pm {\text{U}}_{{\text{u}}_{\text{L}1\text{L}2}}}$

  

  entspricht.
• Es liegen nun sämtliche benötigten Messwerte der elektrischen Messgrößen i, u und ihre zugehörenden Vergleichswerte V zur Plausibilisierung der Messgrößen i, u der elektrischen Maschine 2 vor, so dass in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Messwerte der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 2 plausibilisiert werden können.
• In 5 ist in einem Zeit-Amplitude-Diagramm ein Verlauf einer Amplitude A des Signals X mit seinen Messpunkten M, welche punktförmig eingetragen sind, über eine Zeit T und eines dazu gemäß den vorstehenden Gleichungen gebildeten Vergleichssignals V, dessen berechnete Werte kreuzförmig eingetragen sind, abgebildet. Das dem Signal X bzw. dessen Messwerten zugeordnete, mit Hilfe seiner Messunsicherheiten U ermittelte Toleranzband T_M ist gestrichelt abgebildet, wohingegen das dem Vergleichssignal V zugeordnete Toleranzband Tv strichpunktiert abgebildet ist.
• Es gilt für die Prüfung der Plausibilität, dass
• - ein Messpunkt M des Signals X als plausibel gemessen gilt, wenn der Messwert des Messpunktes M und das zugehörige Toleranzband T_M vollständig innerhalb des Toleranzbandes Tv des Vergleichssignals V liegen, wie es beispielhaft in 5 illustriert der Messpunkt M_T3 zum Zeitpunkt T3 ist, oder
• - der Messpunkt M des Signals X als unplausibel gemessen gilt, wenn der Messwert des Messpunktes M und das zugehörige Toleranzband T_M vollständig außerhalb des Toleranzbandes Tv des Vergleichssignals V liegen, wie es beispielhaft in 5 illustriert der Messpunkt M_T2 zum Zeitpunkt T₂ ist, oder
• - der Messpunkt M des Signals X mit einer prozentualen Wahrscheinlichkeit als plausibel gemessen gilt, wenn der Messwert des Messpunktes M und das zugehörige Toleranzband T_M zu einem prozentualen Anteil innerhalb des Toleranzband Tv des Messpunktes des Vergleichssignals V liegen, wie es beispielhaft in 5 illustriert der Messpunkt M_T1 zum Zeitpunkt T₁ ist.
• Das Verfahren kann beendet werden, sofern bereits bei der Prüfung der elektrischen Maschine 2 Unstimmigkeiten der elektrischen Messgrößen i, u mit Hilfe der Plausibilitätsprüfung festgestellt werden konnte.
• Sofern die Plausibilitätsprüfung ergibt, dass die Messpunkte M der elektrischen Messgrößen i, u der elektrischen Maschine 2 plausibel gemessen sind, erfolgt die Plausibilitätsprüfung des Frequenzumrichters 3. Das heißt mit anderen Worten, dass die Plausibilitätsprüfung des Frequenzumrichters 3 auf Grundlage der plausibilisierten Phasenströme i_L1, i_L2, i_L3 und anliegenden am Frequenzumrichter 3 anliegenden Ausgangsspannungen u_L1L2, u_L2L3, u_L1L3 erfolgt. Somit können damit auf einfache Weise Wirkungsgrad und Verluste des Frequenzumrichters 3 plausibilisiert werden.
• Selbstredend könnten notwendige Berechnungen und Messungen zur Plausibilitätsprüfung des Frequenzumrichters 3 auch bereits dann erfolgen, sofern die Plausibilitätsprüfung der elektrischen Maschine 2 noch nicht beendet ist, jedoch würde dann möglicherweise eine Plausibilitätsprüfung anhand unplausibler Messwerten durchgeführt.
• Die Plausibilisierung einer an einem Eingang 5 des Frequenzumrichters 3 an dessen Umrichterklemmen 6 anliegenden Eingangsspannung u_DC des Frequenzumrichters 3 erfolgt mit Hilfe einer in einer nicht näher abgebildeten Zuleitung gemessenen ersten Eingangsspannung u_DC1 und zweiten Eingangsspannung u_DC2. Oder mit anderen Worten gesagt, es kann die Eingangsspannung u_DC des Frequenzumrichters 3 am einfachsten plausibilisiert werden, indem in der Zuleitung des Frequenzumrichters 3 die Spannung u_DC zweifach gemessen wird.
• Die Messung der ersten Eingangsspannung u_DC1 und der zweiten Eingangsspannung u_DC2 kann beispielsweise mit Hilfe zweier voneinander unabhängig ausgebildeter Messgeräte 9 erfolgen. Zwischen in der Zuleitung ausgebildeten Messstellen muss in diesem Fall lediglich ein Spannungsabfall über der Zuleitung berücksichtigt werden. Das heißt mit anderen Worten, dass die am Eingang 5 des Frequenzumrichters 3 anliegende Eingangsspannung u_DC mit Hilfe der beiden gemessenen Eingangsspannungen u_DC1, u_DC2 mittels redundanter Erfassung plausibilisiert werden kann, mit Hilfe der Gleichung $${\text{u}}_{\text{DC}1}^{\pm {\text{U}}_{\text{DC}1}}={\text{u}}_{\text{DC2}}^{\pm {\text{U}}_{\text{DC2}}}$$

  
• Es kann nun zwischen den bereits plausibilisierten elektrischen Signalen X die Plausibilisierung der Antriebseinheit 1 über einen Eingangsstrom i_DC des Frequenzumrichters 3 geschlossen werden.
• Der Eingangsstrom i_DC und die Phasenströme i_L1, i_L2, i_L3 sind über ein Schaltverhalten des Frequenzumrichters 3 miteinander verknüpft. Einen Zusammenhang elektrischer Ströme i des Gleichspannungszwischenkreises 4, welche sind der Eingangsstrom i_DC, ein Ladestrom ic und ein Leistungsschalterstrom i_Zk, erfolgt mit Hilfe der Knotenregel an einem Knotenpunkt 14 des Schaltkreises 15 mit $${\text{i}}_{\text{DC}}-{\text{i}}_{\text{C}}-{\text{i}}_{\text{Zk}}=0$$

  
• Der Ladestrom des Zwischenkreises ic und der Leistungsschalterstrom i_Zk sind üblicherweise nicht direkt messbar, da entsprechende Bauteile auf einer nicht näher abgebildeten Leiterplatte des Frequenzumrichters 3 integriert sind und ein Einbringen von hochqualitativen Stromsensoren aus Bauraumgründen nicht möglich ist. Daher sind diese elektrischen Messgrößen ic, i_Zk zu berechnen.
• Es ist bekannt (gemäß dem Ansatz aus: Jenni, F.; Wüest, D.; „Steuerverfahren für selbstgeführte Stromrichter“; Zürich, 1995, ETH Zürich), dass der Leistungsschalterstrom i_Zk aus den Phasenströmen i_L1, i_L2, i_L3 berechnet werden kann, wobei noch Schaltzustände S_L1, S_L2, S_L3 der Leistungsschalter S1, S2, S3 zu bestimmen sind, aus $${\text{i}}_{\text{Zk}}=\frac{{\text{S}}_{\text{L}1}+1}{2}\cdot {\text{i}}_{\text{L}1}+\frac{{\text{S}}_{\text{L}2}+1}{2}\cdot {\text{i}}_{\text{L}2}+\frac{{\text{S}}_{\text{L}2}+1}{2}\cdot {\text{i}}_{\text{L}2}$$

  
• Der Ladestrom ic kann mit Hilfe einer an einem Kondensator 16 des Frequenzumrichters 3 anliegenden Spannung uc bestimmt werden aus $${\text{i}}_{\text{C}}=\text{C}\cdot \frac{{\text{du}}_{\text{C}}}{\text{dt}}$$

  
• Sofern die Spannung uc am Eingang 5 gemessen wird, entspricht die Spannung u der Eingangsspannung u_DC. Sofern die Spannung uc nicht am Eingang 5 gemessen wird, müssen Leitungsverluste und Spannungsabfall zwischen der Messstelle und dem Kondensator 16 berechnet werden.
• Der Eingangsstrom i_DC des Frequenzumrichter 3 kann nun mit Hilfe der Knotenregel am Knotenpunkt 14 auf Plausibilität mit Hilfe des errechneten Leistungsschalterstroms i_Zk und des errechneten Ladestroms ic geprüft werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung an einem Messprüfstand sowie in einem Kraftfahrzeug, welches die Antriebseinheit 1 mit der elektrischen Maschine 2 und dem Frequenzumrichter 3 aufweist, geeignet.
• Bezugszeichenliste

1

Antriebseinheit

2

Elektrische Maschine

3

Frequenzumrichter

4

Gleichspannungszwischenkreis

5

Eingang des Frequenzumrichter

6

Umrichterklemme

7

Strommesskette

8

Sensor

9

Messgerät

10

Messwiderstand

11

Messverstärker

12

Analog-Digital-Wandler

13

Analogeingang

14

Knotenpunkt

15

Schaltkreis

16

Kondensator

A

Signalamplitude

F

Einflussfaktor

F1

Linearitätsabweichung

FA

Amplitudenabweichung

F0

Offsetabweichung

FR

Rauschen

FT

Temperaturdrift

L1

Erste Phase

L2

Zweite Phase

L3

Dritte Phase

M

Messpunkt

MT1

Messpunkt zum Zeitpunkt T₁

MT2

Messpunkt zum Zeitpunkt T₂

MT3

Messpunkt zum Zeitpunkt T₂

S1

Erster Leistungsschalter

S2

Zweiter Leistungsschalter

S3

Dritter Leistungsschalter

T

Toleranzband

T

Zeit

T1

Zeitpunkt

T2

Zeitpunkt

T3

Zeitpunkt

TM

Toleranzband Messwert

Tv

Toleranzband Vergleichswert

TMU

Untere Toleranzwert Messwert

TMO

Obere Toleranzwert Messwert

TVU

Untere Toleranzwert Vergleichswert

TVO

Obere Toleranzwert Vergleichswert

U

Messunsicherheit

UiL1

Messunsicherheit des ersten Phasenstromes

UiL2

Messunsicherheit des zweiten Phasenstromes

UiL3

Messunsicherheit des dritten Phasenstromes

UL1L2

Messunsicherheit der ersten Spannung

uL2L3

Messunsicherheit der zweiten Spannung

UL1L3

Messunsicherheit der dritten Spannung

UDC1

Messunsicherheit der ersten Eingangsspannung

UDC2

Messunsicherheit der zweiten Eingangsspannung

U1

Signalmessunsicherheit

U2

Kettenmessunsicherheit

V

Vergleichswert

X

Signal

X1

Analogsignal

X2

Digitalsignal

i

elektrische Messgröße, elektrischer Strom

iC

Ladestrom Gleichspannungszwischenkreis

iDC

Eingangsstrom

iL1

Phasenstrom der ersten Phase

iL2

Phasenstrom der zweiten Phase

iL3

Phasenstrom der dritten Phase

iZk

Leistungsschalterstrom

u

elektrische Messgröße, elektrische Spannung

uC

Spannung Kondensator

uL1L2

Erste Spannung

uL2L3

Zweite Spannung

uL1L3

Dritte Spannung

uDC

Eingangsspannung Frequenzumrichter

uDC1

Erste Eingangsspannung

uDC2

Zweite Eingangsspannung

Claims (9)

1. Verfahren zur Plausibilisierung gemessener elektrischer Messgrößen (i, u) einer Antriebseinheit (1), wobei die Antriebseinheit (1) eine elektrische Maschine (2) und einen Frequenzumrichter (3) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (4) umfasst, und wobei - in einem ersten Schritt Messwerte von Messpunkten (M) von Signalen (X) der elektrischen Messgrößen (i, u), somit eines elektrischen Stromes (i) und einer elektrischen Spannung (u), der elektrischen Maschine (2) und des Frequenzumrichters (3) erfasst werden, - in einem weiteren Schritt die Messwerte mit Messunsicherheiten (U) ergänzt werden, wobei die Messunsicherheit (U) des Messwertes ein Toleranzband (T_M) des Messwertes bildet, mit einem unteren Toleranzwert (T_MU) und einem oberen Toleranzwert (T_MO), - in einem weiteren Schritt eine Berechnung eines Vergleichswertes (V) des Messpunktes (M) erfolgt, - in einem weiteren Schritt ein Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) gebildet wird, - in einem weiteren Schritt die Plausibilisierung erfolgt, wobei geprüft wird, ob der Messpunkt (M) mit seinem Messwert und seinem Toleranzband (T_M) im Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) liegt, wobei diejenigen Messpunkte (M), deren Messwert und Toleranzband (T_M) vollständig im Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) liegen als plausibel gemessen bestimmt werden, diejenigen Messpunkte (M), deren Messwert und Toleranzband (T_M) vollständig außerhalb des Toleranzbandes (Tv) des Vergleichswertes (V) liegen als unplausibel gemessen bestimmt werden, und diejenigen Messpunkte (M), deren Messwert und Toleranzband (T_M) mit einem prozentualen Anteil innerhalb des Toleranzbandes (Tv) des Vergleichswertes (V) liegen als mit einer prozentualen Wahrscheinlichkeit als plausibel gemessen bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die elektrischen Messwerte (i, u) der elektrischen Maschine (2) geprüft werden, und sofern die Messwerte (i, u) der elektrischen Maschine (2) als plausibel gemessen bestimmt sind, die elektrischen Messwerte (i, u) des Frequenzumrichters (3) geprüft werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messunsicherheit (U) nach der Methode des „Guide of expression of uncertainty in measurement“ bestimmt werden, wobei die Messunsicherheiten (U) nach einer Methode Typ A oder einer Methode Typ B bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzband (T_M) des Messwertes einen oberen Toleranzwert (T_MO) und einen unteren Toleranzwert (T_MU) aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Toleranzwert (T_MO) des Toleranzbandes (T_M) des Messwertes durch Addition der Messunsicherheit (U) des Messwertes und des Messwertes berechnet wird, und der untere Toleranzwert (T_MU) des Toleranzbandes (T_M) des Messwertes durch Subtraktion der Messunsicherheit (U) des Messwertes vom Messwert berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzband (Tv) des Vergleichswertes (V) eine oberes Toleranzband (Tvo) und ein unteres Toleranzband (Tvu) aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Toleranzband (Tvo) des Toleranzbandes (Tv) des Vergleichswertes (V) durch Addition der Messunsicherheit (U) des Vergleichswertes (V) und des Vergleichswertes (V) berechnet wird, und das untere Toleranzband (Tvu) des Toleranzbandes (Tv) des Vergleichswertes (V) durch Subtraktion der Messunsicherheit (U) des Vergleichswertes (V) vom Vergleichswert (V) berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsspannung (u_DC) des Frequenzumrichter (3) zweifach gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung der elektrischen Messgrößen (i, u) des Frequenzumrichters (3) ein Ladestrom (ic) des Gleichspannungszwischenkreises (4) und ein Leistungsschalterstrom (i_Zk) berechnet werden.

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