DE112020007369T5

DE112020007369T5 - Abnormalitätsdiagnosevorrichtung, leistungsumwandlungsvorrichtung undabnormalitätsdiagnosisverfahren

Info

Publication number: DE112020007369T5
Application number: DE112020007369.6T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Miyauchi; Masahito Miyoshi; Ken Hirakida; Sota SANO; Retsu SUGAWARA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2023-05-04
Also published as: WO2022003758A1; CN115885469A; JP6824494B1; JPWO2022003758A1; KR20230010708A

Abstract

In einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung (30) wird ein Strom, der an einen Elektromotor (2) fließt, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung (100) angesteuert wird, erfasst und einer Frequenzanalyse unterzogen, und eine Bestimmungseinheit (34) bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors (2) basierend auf einem Spektrumsspitzenwert von zumindest einer Seitenbandwellenkomponente einer Modulationswelle, die aus einem Analyseergebnis erhalten wird. Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung (30) umfasst eine Frequenzeinstelleinheit (33) zum vorab Einstellen von Störfrequenzen (fnα) im Strom. Die Bestimmungseinheit (34) schätzt, ob es eine Störinterferenz beim Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht, basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und den eingestellten Störfrequenzen (fnα), um eine Abnormalitätsbestimmung durchzuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung umfasst und die einen Elektromotor ansteuert bzw. antreibt, und ein Abnormalitätsdiagnoseverfahren für einen Elektromotor.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors während eines Betriebs wird zum Beispiel in einem herkömmlichen Verfahren, das in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, eine Frequenzanalyse auf einem Strom, der an den Elektromotor fließt, durchgeführt und eine Abnormalität wird aus Frequenzkomponenten diagnostiziert, die als Seitenbandwellen einer Leistungsversorgungsfrequenzkomponente auftreten. Dann werden in einem Strom, der an den Elektromotor fließt, Wellenformen in zwei Zyklen, die die gleiche Phase aufweisen, voneinander subtrahiert, um Rausch- bzw. Störkomponenten auszulöschen, wodurch eine Ungleichförmigkeitskomponente („pulsation component“), die auftaucht, wenn ein Rotor abnormal ist, extrahiert wird und eine Abnormalitätsdiagnose durchgeführt wird.
Unterdessen wird bei einem herkömmlichen Verfahren, das in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, davon ausgegangen, dass ein Induktionselektromotor durch eine Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Steuerung eines Wechselrichters angesteuert bzw. angetrieben wird. Eine Störkomponente, die in Vibrationsspektren auftritt, wird entfernt und die Spektren, aus denen die Störkomponente entfernt wurde, werden einer inversen Fouriertransformation unterworfen, wodurch eine Vibrationsbeschleunigungswellenform, die von dem Induktionselektromotor genommen wird, in einem Zustand erhalten wird, in welchem die Störkomponente entfernt wurde.
ZITATSLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung mit Nr. 2003-274691
Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung mit Nr. 2016-116251

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei der herkömmlichen, in dem Patentdokument 1 beschriebenen Abnormalitätsdiagnose können lediglich Störkomponenten, die in jeweiligen Zyklen die gleiche Phase und die gleiche Größe aufweisen, in einem Strom ausgelöscht werden, der zum Elektromotor fließt. Jedoch gibt es verschiedene Stör- bzw. Rauschkomponenten abhängig von der Ansteuerbedingung bzw. dem Ansteuerzustand oder von dem Abnormalitätszustand des Elektromotors, und einige Störkomponenten können nicht verringert werden und bleiben. Somit ist es schwierig, zuverlässig Frequenzkomponenten für eine Abnormalitätsdiagnose zu extrahieren.
Bei der im Patentdokument 2 beschriebenen herkömmlichen Abnormalitätsdiagnose wird ein Stör- bzw. Rauschsignal, das eine Beschleunigungskomponente ist, aufgrund einer Trägerwellenfrequenz eliminiert, aber andere Störkomponenten, insbesondere eine Störkomponente in einem Niederfrequenzbereich, bleiben und somit ist es schwierig, eine Abnormalitätsdiagnose zuverlässig durchzuführen.
Die vorliegende Offenbarung wurde getätigt, um das oben genannte Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung vorzusehen, die eine Abnormalität eines Elektromotors zuverlässig diagnostiziert, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, während ein Störeinfluss verhindert wird, der einen Niederfrequenzbereich umfasst.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung vorzusehen, die eine derartige Abnormalitätsdiagnosevorrichtung umfasst, die eine Abnormalität eines Elektromotors zuverlässig diagnostiziert und die den Elektromotor ansteuert.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Abnormalitätsdiagnoseverfahren zum zuverlässigen Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors vorzusehen, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, während ein Störeinfluss verhindert wird, der einen Niederfrequenzbereich umfasst.
LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung diagnostiziert eine Abnormalität eines Elektromotors, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert bzw. angetrieben wird. Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung umfasst: eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der zum Elektromotor fließt; eine Analyseeinheit, die eine Frequenzanalyse auf dem Strom durchführt, der durch die Erfassungseinheit erfasst wird, und die ein Analyseergebnis davon ausgibt; eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert von zumindest einer Seitenbandwellenkomponente einer Modulationswelle, die aus dem Analyseergebnis erhalten wird; und eine Frequenzeinstelleinheit zum vorab Einstellen von Störfrequenzen im Strom. Die Bestimmungseinheit schätzt, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht, basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und den eingestellten Störfrequenzen ab, um eine Abnormalität des Elektromotors zu bestimmen.
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Leistungsumwandlungseinheit, die eine DC-Leistung in eine AC-Leistung wandelt und die eine Leistung an den Elektromotor speist; und eine Steuervorrichtung zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit durch die Pulsbreitenmodulationssteuerung. Die Steuervorrichtung umfasst die oben genannte Abnormalitätsdiagnosevorrichtung, um eine Abnormalität des Elektromotors zu diagnostizieren.
Ein Abnormalitätsdiagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors dar, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert bzw. angetrieben wird. Das Abnormalitätsdiagnoseverfahren umfasst: einen ersten Schritt eines Berechnens eines größten gemeinsamen Teilers von zwei oder mehr von drei Frequenzen, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden und die eine Modulationswellenfrequenz, eine Trägerwellenfrequenz und eine Abtastfrequenz zum Abtasten einer Modulationswelle darstellen, wobei die zwei oder mehr Frequenzen die Modulationswellenfrequenz umfassen, und eines Einstellens von Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache des größten gemeinsamen Teilers sind, als Störfrequenzen; einen zweiten Schritt eines Erfassens eines Stroms, der zum Elektromotor fließt, und eines Durchführens einer Frequenzanalyse auf den erfassten Strom; und einen dritten Schritt eines Bestimmens einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert einer Seitenbandwellenkomponente der Modulationswelle, die aus einem Analyseergebnis im zweiten Schritt erhalten wird. Im dritten Schritt wird basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und den Störfrequenzen, die im ersten Schritt eingestellt werden, abgeschätzt, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht.
Ein weiteres Abnormalitätsdiagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors dar, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert bzw. angetrieben wird. Das Abnormalitätsdiagnoseverfahren umfasst: einen ersten Schritt eines Einstellens, als Störfrequenzen, von Frequenzen, die von einer Modulationswellenfrequenz, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet wird, um ganzzahlige Vielfache einer Frequenz einer Wechselstromversorgung, mit der die Leistungsumwandlungsvorrichtung verbunden ist, verschoben sind; einen zweiten Schritt eines Erfassens eines Stroms, der zum Elektromotor fließt, und eines Durchführens einer Frequenzanalyse auf den erfassten Strom; und einen dritten Schritt eines Bestimmens einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert einer Seitenbandwellenkomponente einer Modulationswelle, die aus einem Analyseergebnis im zweiten Schritt erhalten wird. Im dritten Schritt wird basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und der Störfrequenzen, die im ersten Schritt eingestellt werden, abgeschätzt, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, eine Abnormalität eines Elektromotors zuverlässig zu diagnostizieren, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, während ein Störeinfluss verhindert wird, der einen Niederfrequenzbereich umfasst.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, eine Abnormalität eines Elektromotors zuverlässig zu diagnostizieren, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, während ein Störeinfluss verhindert wird, der einen Niederfrequenzbereich umfasst.
Das Abnormalitätsdiagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, eine Abnormalität eines Elektromotors zuverlässig zu diagnostizieren, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, während ein Störeinfluss verhindert wird, der einen Niederfrequenzbereich umfasst.
Figurenliste

[1] 1 zeigt die Konfigurationen einer Leistungsumwandlungsvorrichtung und einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1.
[2] 2 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
[3] 3 stellt ein Blockdiagramm dar, das die Hardware-Konfiguration eines Teils der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
[4] 4 veranschaulicht eine Frequenzspektrumswellenform eines Stroms in der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
[5] 5 stellt ein Wellenformdiagramm dar, das eine Pulsbreitenmodulationssteuerung bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
[6] 6 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Betrieb der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
[7] 7 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 zeigt.
[8] 8 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 zeigt.
[9] 9 zeigt die Konfigurationen einer Leistungsumwandlungsvorrichtung und einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4.
[10] 10 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
[11] 11 zeigt eine Frequenzspektrumswellenform eines Stroms zum Veranschaulichen von Störfrequenzen gemäß der Ausführungsform 4.
[12] 12 stellt ein Flussdiagramm dar, das den Betrieb der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht.
[13] 13 zeigt die Konfigurationen einer Leistungsumwandlungsvorrichtung und einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5.
[14] 14 zeigt eine Trägerwelle bei einem anderen Beispiel der Ausführungsform 5.
[15] 15 zeigt schematisch eine Frequenzspektrumswellenform eines Stroms zum Veranschaulichen von Wirkungen einer Ausführungsform 6.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
1 zeigt die Konfigurationen einer Leistungsumwandlungsvorrichtung und einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zwischen einem Elektromotor 2 und einer Wechselstromversorgung 1 verbunden, die zum Beispiel aus einer kommerziellen Strom- bzw. Leistungsversorgung gebildet wird, und führt eine Ansteuersteuerung des Elektromotors 2 durch. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst eine Leistungsumwandlungseinheit 10 und eine Steuervorrichtung 20 zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10.
Ein Strom I, der von der Leistungsumwandlungseinheit 10 zum Elektromotor 2 fließt, wird durch einen Stromsensor 3 erfasst, und eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 diagnostiziert eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf dem Strom i. Der Stromsensor 3 könnte in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst sein oder könnte extern montiert sein, und die Anzahl und die Positionen von Stromsensoren 3 ist nicht auf das gezeigte Beispiel beschränkt.
Die Leistungsumwandlungseinheit 10 umfasst eine Wandler- bzw. Umrichtereinheit 10A, eine Wechselrichtereinheit 10B und einen Glättungskondensator 10C, die über DC-Busse verbunden sind. Die Wandlereinheit 10A wandelt einen Wechselstrom bzw. eine AC-Leistung der Wechselstromversorgung 1 in einen Gleichstrom bzw. eine DC-Leistung und gibt den Gleichstrom an den Glättungskondensator 10C aus. Die Wechselrichtereinheit 10B wandelt einen Gleichstrom des Glättungskondensators 10C in einen Wechselstrom und speist eine Leistung an den Elektromotor 2.
In diesem Fall weisen die Wechselstromversorgung 1, der Elektromotor 2 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dreiphasige Konfigurationen auf, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Wandlereinheit 10A ist als eine dreiphasige Brü ckenschaltung mit sechs Dioden Da eingerichtet, und Eingangs-/Ausgangs-Leitungen davon für die jeweiligen Phasen sind mit der Wechselstromversorgung 1 verbunden. Die Wechselrichtereinheit 10B ist als eine dreiphasige Brü ckenschaltung mit sechs Schaltelementen Q eingerichtet, an die Dioden Db jeweils antiparallel angeschlossen sind, und Eingangs-/Ausgangs-Leitungen davon für die jeweiligen Phasen sind mit dem Elektromotor 2 verbunden. Als Schaltelemente Q werden zum Beispiel isolierte bipolare Gate-Transistoren (IGBT) oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) verwendet.
Eine AC-Leistung von der Wechselstromversorgung 1 wird durch die Wandlereinheit 10A gleichgerichtet, um so in eine DC-Leistung gewandelt zu werden, die an den Glättungskondensator 10C ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung 20 erzeugt Gate-Signale G für die jeweiligen Schaltelemente Q der Wechselrichtereinheit 10B durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung), um eine AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente Q durchzuführen, wodurch eine gewünschte Leistung aus der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 ausgegeben wird. Auf diese Weise steuert bzw. treibt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 den Elektromotor 2 an.
Die Konfigurationen der Wandlereinheit 10A und der Wechselrichtereinheit 10B sind nicht auf die gezeigten beschränkt. In diesem Fall ist das Beispiel gezeigt, bei dem die Leistungsumwandlungseinheit 10 die Wandlereinheit 10A umfasst und mit der Wechselstromversorgung 1 verbunden ist, jedoch muss die Leistungsumwandlungseinheit 10 lediglich die Wechselrichtereinheit 10B umfassen, die eine DC-Leistung in eine AC-Leistung wandelt und eine Leistung an den Elektromotor 2 speist, und die Wandlereinheit 10A muss nicht notwendigerweise vorgesehen sein.
Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 erlangt eine Modulationswellenfrequenz f0, eine Trägerwellenfrequenz fc und eine Abtastfrequenz fs, die Frequenzen einer Modulationswelle (Grundwelle), einer Trägerwelle und eines Taktsignals (CLK) zum Abtasten sind, die bei einer PWM-Steuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10 durch die Steuervorrichtung 20 verwendet werden. Dann führt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 eine Frequenzanalyse auf den Strom i durch bzw. frequenzanalysiert den Strom i, der zum Elektromotor 2 aus der Leistungsumwandlungseinheit 10 fließt, um eine Abnormalität des Elektromotors 2 zu diagnostizieren.
2 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 zeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 eine Erfassungseinheit 31 zum Erfassen des Stroms i, der an den Elektromotor 2 fließt, eine Analyseeinheit 32 zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf den Strom i, eine Frequenzeinstelleinheit 33 zum vorab Einstellen von Frequenzen (Störfrequenzen fnα) einer Störung bzw. eines Rauschens im Strom i und eine Bestimmungseinheit 34 zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors 2.
Die Erfassungseinheit 31 erlangt eine Ausgabe des Stromsensors 3 und erfasst die Stromwellenform des Stroms i, der an den Elektromotor 2 fließt, für zumindest eine Phase. Die Analyseeinheit 32 führt eine Frequenzanalyse auf den erfassten Strom i durch und leitet ein Analyseergebnis 32a einschließlich einer Frequenzspektrumswellenform ab. Die Frequenzeinstelleinheit 33 erlangt die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs, berechnet einen größten gemeinsamen Teiler GCD davon und stellt den größten gemeinsamen Teiler GCD und ganzzahlige Vielfache davon als Störfrequenzen fna ein.
Die Bestimmungseinheit 34 erlangt Spektrumsspitzenwerte von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle aus dem Analyseergebnis 32a der Analyseeinheit 32, bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf den Spektrumsspitzenwerten und gibt ein Bestimmungsergebnis 34a aus. Zu dieser Zeit wird basierend auf den Störfrequenzen fna abgeschätzt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht, und die Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird aus Abnormalitätsbestimmungszielen ausgeschlossen.
Als Hardware, die die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 bildet, könnten eine bekannte zweckgebundene Vorrichtung, die für eine Frequenzanalyse verwendet wird, und zum Beispiel ein Prozessor 5 und eine Speichervorrichtung 6, die in 3 gezeigt sind, in Kombination verwendet werden.
Der Prozessor 5 führt ein Steuerprogramm aus, das aus der Speichervorrichtung 6 eingegeben wird. Die Speichervorrichtung 6 umfasst eine Hilfsspeichervorrichtung und eine flüchtige Speichervorrichtung. Der Prozessor 5 empfängt das Steuerprogramm von der Hilfsspeichervorrichtung über die flüchtige Speichervorrichtung. Der Prozessor 5 gibt Daten, wie zum Beispiel ein Berechnungsergebnis, an die flüchtige Speichervorrichtung der Speichervorrichtung 6 aus und speichert die Daten in der Hilfsspeichervorrichtung über die flüchtige Speichervorrichtung, wie es erforderlich ist.
Falls es ein Anzeichen einer Abnormalität im Elektromotor 2 gibt, erhöht sich eine Seitenbandwellenkomponente der Modulationswelle, die eine spezifische Frequenzkomponente darstellt, im Strom i. Zum Beispiel erhöhen sich durch eine Vibration aufgrund einer Abnormalität oder einer dynamischen Exzentrizität des Rotors, wobei die Rotationsfrequenz eines Rotors durch fr bezeichnet ist, Seitenbandwellenkomponenten von |k1·f0 ± k2·fr| mit Frequenzen (f0 ± fr) als Grundschwingungen. Hier stellen k1 und k2 positive ganze Zahlen dar.
Falls es an einer Zuführschiene eines Kurzschlussläufers eine Beschädigung gibt, wobei s einen Schlupf darstellt, erhöhen Seitenbandwellenkomponenten mit Frequenzen ((1 ± 2s) ·f0) .
Wenn es einen Makel hinsichtlich eines Lagers gibt, erhöht sich eine Seitenbandwellenkomponente, die von der Modulationswellenfrequenz f0 um eine charakteristische Frequenz verschoben ist, die durch den Ort des Makels und die Form des Lagers bestimmt ist. Zum Beispiel wird eine charakteristische Frequenz, wenn es ein Makel in Bezug auf den äußeren Ring des Lagers gibt, wie folgt dargestellt: $N \cdot fr (1 - dcos θ/ D) / 2.$
Hier sind N, d, D und 8 die Anzahl von Kugeln, der Kugeldurchmesser, der Rollkreisdurchmesser bzw. der Kontaktwinkel im Lager.
Wenn lediglich eine Seitenbandwelle oder eine Seitenbandwellenkomponente erwähnt wird, bezieht sich dies nachfolgend auf eine Seitenbandwelle der Modulationswelle oder auf eine Seitenbandwellenkomponente der Modulationswelle.
4 veranschaulicht eine Frequenzspektrumswellenform des Stroms i in der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30, wenn es eine Abnormalität im Elektromotor 2 gibt.
Wie in 4 gezeigt, erscheinen eine Vielzahl von Spektren 41, 42 auf beiden Seiten eines Spektrums 40 der Modulationswellenfrequenz f0. In diesem Fall erscheinen bei Frequenzen (f0 ± fr), die um die Rotationsfrequenz fr in Richtung beider Seiten der Modulationswellenfrequenz f0 verschoben sind, die Spektren 41 der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle, und ferner erscheinen die Spektren 42 der Störkomponenten aufgrund eines Schaltbetriebs der Wechselrichtereinheit 10B.
In 4 liegen die Spektren 41 der Seitenbandwellenkomponenten und die Spektren 42 der Störkomponenten nicht nahe beieinander und überlappen einander nicht. Deshalb können die Spektren 41 der Seitenbandwellenkomponenten, die ein Abnormalitätsanzeichen angeben, erfasst werden, während sie aus den Spektren 42 der Störkomponenten diskriminiert werden. Falls sich die Bedingung bzw. der Zustand ändert, kommen die Spektren 42 der Störkomponenten den Spektren 41 der Seitenbandwellenkomponenten, die ein Abnormalitätsanzeichen angeben, nahe, so dass eine Störinterferenz bei Spektrumsspitzenwerten (nicht gezeigt) verursacht wird.
In diesem Beispiel sind lediglich die Spektren 41 in einem Fall von k1 = k2 = 1 in der Frequenz |k1·f0 ± k2·fr| gezeigt, aber in einem Fall, wo kleine Spektrumsspitzenwerte inkludiert sind, erscheinen normalerweise auch Spektren 41 basierend auf Kombinationen, die sich von k1 = k2 = 1 unterscheiden.
5 ist ein Wellenformdiagramm, das eine PWM-Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 veranschaulicht.
Wie in 5 gezeigt, wird bei der PWM-Steuerung die Modulationswelle M mit der Trägerwelle Cr verglichen, um das Gate-Signal G zu erzeugen. In diesem Fall wird die Modulationswelle M zu einem Zeitpunkt des Taktsignals (CLK) abgetastet und der Wert der Modulationswelle M wird vorübergehend gespeichert, um mit der Trägerwelle Cr verglichen zu werden.
Im Fall, wo die Trägerwellenfrequenz fc oder die Abtastfrequenz fs kein Vielfaches der Modulationswellenfrequenz f0 ist, entstehen die Spektren 42 der Störkomponenten aufgrund eines Schaltbetriebs der Wechselrichtereinheit 10B bei Frequenzen, die den größten gemeinsamen Teiler der oben genannten Frequenzen und ganzzahlige Vielfache davon darstellen.
Indem der größte gemeinsame Teiler von zwei Frequenzen, die die Modulationswellenfrequenz f0 und entweder die Trägerwellenfrequenz fc oder die Abtastfrequenz fs darstellen, oder von allen drei Frequenzen berechnet wird, ist es deshalb möglich vorab herauszufinden, bei welchen Frequenzen eine Störung bzw. ein Rauschen entstehen wird.
In diesem Fall erlangt die Frequenzeinstelleinheit 33 die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs, berechnet deren größten gemeinsamen Teiler GCD und stellt den größten gemeinsamen Teiler GCD und ganzzahlige Vielfache davon als die Störfrequenzen fna ein. Es ist festzustellen, dass, falls der größte gemeinsame Teiler GCD die Modulationswellenfrequenz f0 ist, die Störfrequenzen fna nicht eingestellt werden.
Als Nächstes wird eine Betriebsweise der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben werden, das in 6 gezeigt ist.
Zuerst erfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 durch die Erfassungseinheit 31 eine Stromwellenform eines Stroms i für zumindest eine Phase aus Strömen i, die zum Elektromotor 2 von der Leistungsumwandlungseinheit 10 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 fließen, für die jeweiligen Phasen. In diesem Fall erfasst die Erfassungseinheit 31 Stromwellenformen für die drei Phasen. Der Stromsensor 3 könnte Ströme i für die drei Phasen erfassen oder könnte Ströme i für zwei Phasen erfassen und den Strom für die andere Phase berechnen (Schritt S1).
Als Nächstes führt die Analyseeinheit 32 eine Frequenzanalyse auf den erfassten Strom i durch und leitet ein Analyseergebnis 32a ab, das eine Frequenzspektrumswellenform umfasst (Schritt S2).
Unterdessen erlangt die Frequenzeinstelleinheit 33 die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs von der Steuervorrichtung 20 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 (Schritt S3). Dann berechnet die Frequenzeinstelleinheit 33 den größten gemeinsamen Teiler GCD der Modulationswellenfrequenz f0, der Trägerwellenfrequenz fc und der Abtastfrequenz fs, und berechnet ferner ganzzahlige Vielfache des größten gemeinsamen Teilers GCD (Schritt S4).
In einem Fall, wo der größte gemeinsame Teiler GCD nicht die Modulationswellenfrequenz f0 ist, werden der berechnete größte gemeinsame Teiler GCD und die berechneten ganzzahligen Vielfachen davon als die Störfrequenzen fna eingestellt. Die Störfrequenzen fna werden innerhalb eines Bereichs eingestellt, der einen messbaren Bereich nicht übersteigt.
Der größte gemeinsame Teiler GCD stellt einen Wert dar, der kleiner als fc/2 ist. In einem normalen Steuerzustand der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist der größte gemeinsame Teiler GCD ein Wert, der kleiner als (fc - 4f0) ist. Deshalb umfassen die eingestellten Störfrequenzen fna eine Frequenz in einem Frequenzbereich, der kleiner als fc/2 ist, und umfassen im Allgemeinen auch eine Frequenz, die kleiner als (fc - 4f0) ist (Schritt S5).
Basierend auf dem Analyseergebnis 32a, das im Schritt S2 abgeleitet wurde, und den Störfrequenzen fnα, die im Schritt S5 eingestellt wurden, schätzt die Bestimmungseinheit 34, ob es eine Störinterferenz bei Spektrumsspitzenwerten von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht. Insbesondere bestimmt die Bestimmungseinheit 34, ob Frequenzen von Seitenbandwellenkomponenten (Spektren 41) nahe den Störfrequenzen fna liegen oder sich damit überlappen, wodurch abgeschätzt wird, ob es eine Störinterferenz gibt oder nicht.
Eine Seitenbandwellenkomponente (Spektrum 41) der Modulationswelle, die sich aufgrund eines Abnormalitätsanzeichens des Elektromotors 2 erhöht, ist eine spezifische Frequenzkomponente, wie oben beschrieben. Deshalb vergleicht die Bestimmungseinheit 34, wobei die spezifische Frequenzkomponente als Überwachungsziel genommen wird, diese Frequenz mit der Störfrequenz fna und bestimmt, falls die Differenz dazwischen kleiner als ein eingestellter Wert ist, dass sie sich überlappen oder nahe zueinander liegen. Der eingestellte Wert beträgt einige Hz, zum Beispiel 2 Hz. Falls die oben genannte Differenz der eingestellte Wert oder größer ist, wird der Spitzenwert des Spektrums 41 nicht durch die Störkomponente beeinflusst und es gibt keine Störinterferenz dazwischen (Schritt S6).
Falls es eine Seitenbandwellenkomponente gibt, für die im Schritt S6 geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, schließt die Bestimmungseinheit 34 die Seitenbandwellenkomponente von Abnormalitätsdiagnosezielen aus (Schritt S7), bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf den anderen Seitenbandwellenkomponenten und gibt ein Bestimmungsergebnis 34a davon aus. Falls der Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt, bestimmt die Bestimmungseinheit 34 zu dieser Zeit, dass der Elektromotor 2 abnormal ist. Der Referenzwert wird zum Beispiel basierend auf dem Spektrumsspitzenwert der Modulationswellenfrequenz f0 eingestellt (Schritt S8).
Falls der größte gemeinsame Teiler GCD im Schritt S5 die Modulationswellenfrequenz f0 ist, stellt die Frequenzeinstelleinheit 33 die Störfrequenzen fna nicht ein und der Vorgang schreitet zum Schritt S8 fort. Dann bestimmt die Bestimmungseinheit 34 eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf den Spektrumsspitzenwerten von Seitenbandwellenkomponenten.
Wie oben beschrieben, stellt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorab die Frequenzen (Störfrequenzen fnα) von Störkomponenten im Strom i, der zu dem Elektromotor 2 fließt, ein und führt eine Abnormalitätsdiagnose für Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle durch, die durch eine Frequenzanalyse auf den Strom i erhalten werden. Dann wird bei der Abnormalitätsdiagnose basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und den Störfrequenzen fna geschätzt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht. Die Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird ausgeschlossen und Abnormalität wird basierend den Spektrumsspitzenwerten der anderen Seitenbandwellenkomponenten bestimmt.
Somit ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund des Einflusses einer Störung bzw. eines Störeinflusses zu verhindern, der einen Niederfrequenzbereich umfasst, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann.
Als die Störfrequenzen fna werden Frequenzen, die den größten gemeinsamen Teiler GCD der Modulationswellenfrequenz f0, der Trägerwellenfrequenz fc und der Abtastfrequenz fs, die bei einer PWM-Steuerung verwendet werden, darstellen, und ganzzahlige Vielfache davon eingestellt, wodurch der Einfluss von Störkomponenten einschließlich eines Niederfrequenzbereichs sicher verhindert wird.
Falls die Frequenz einer Seitenbandwellenkomponente und die eingestellte Störfrequenz fna nahe zueinander liegen, wobei die Differenz dazwischen kleiner als ein eingestellter Wert ist, wird es geschätzt, dass es eine Störinterferenz für die Seitenbandwellenkomponente gibt. Somit kann eine Störinterferenz zuverlässig geschätzt werden.
In der oben angegebenen Beschreibung werden die Störfrequenzen fna innerhalb eines Bereichs eingestellt, der einen messbaren Bereich nicht übersteigt. Jedoch könnten die Störfrequenzen fna in lediglich einem Frequenzbereich eingestellt werden, der kleiner als 1/2 der Trägerwellenfrequenz fc ist.
In der oben angegebenen Beschreibung werden die Störfrequenzen fna nicht eingestellt, wenn der größte gemeinsame Teiler GCD, der durch die Frequenzeinstelleinheit 33 berechnet wird, die Modulationswellenfrequenz f0 ist. Selbst wenn die Modulationswellenfrequenz f0 und ein ganzzahliges Vielfache davon noch immer als die Störfrequenzen fna eingestellt sind, gibt es kein jedoch Problem, weil diese Frequenzkomponenten nicht nahe an Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle liegen.
Bei der PWM-Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wurde eine Trägerwelle Cr gezeigt, die eine Dreieckswelle ist. Jedoch könnte die Trägerwelle Cr, ohne Beschränkung auf eine Dreieckswelle, eine Sinuswelle sein.
Um eine Spannungsausnutzung zu verbessern, könnte der Modulationswelle M außerdem eine Harmonische dritte Ordnung überlagert werden. In diesem Fall gibt es keine Änderung des Werts des größten gemeinsamen Teilers GCD und deshalb können die Störfrequenzen fna auf die gleiche Weise eingestellt werden.
Ausführungsform 2
7 stellt ein Blockdiagramm dar, das eine schematische Konfiguration einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30A gemäß einer Ausführungsform 2 zeigt.
Wie in 7 gezeigt, umfasst eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30A die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32, die Frequenzeinstelleinheit 33 und die Bestimmungseinheit 34, wie bei der oben genannten Ausfü hrungsform 1, und umfasst ferner eine Berichtseinheit 35.
Falls es eine Seitenbandwellenkomponente gibt, für die es geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, schließt die Bestimmungseinheit 34 die Seitenbandwellenkomponente aus Abnormalitätsdiagnosezielen aus (siehe Schritt S7 in 6) und gibt einen Berichtsbefehl 34b an die Berichtseinheit 35 aus. Dann gibt die Berichtseinheit 35 einen Berichtssignal 35a zum Berichten, dass es eine Störinterferenz gibt, nach außen aus. Die anderen Konfigurationen und Betriebsweisen sind die gleichen wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund des Einflusses von Störkomponenten einschließlich eines Niederfrequenzbereichs zu verhindern, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann. Außerdem wird bei der Diagnose die Tatsache, dass es geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, an einen Nutzer berichtet, womit eine Dienlichkeit verbessert wird.
Selbst wenn es eine Seitenbandwellenkomponente gibt, für die es geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, könnte die Berichtseinheit 35 lediglich das Berichtssignal 35a dementsprechend ausgeben, anstatt die Seitenbandwellenkomponente aus Abnormalitätsdiagnosezielen auszuschließen. In diesem Fall wird der Nutzer durch diesen Bericht gewarnt, wodurch der Nutzer den Einfluss einer Störkomponente in Bezug auf das Bestimmungsergebnis 34a von der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30A berücksichtigen kann, und im Ergebnis kann eine fehlerhafte Diagnose verhindert werden.
Ausführungsform 3
8 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30B gemäß einer Ausführungsform 3 zeigt.
Wie in 8 gezeigt, umfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30B wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32 und die Frequenzeinstelleinheit 33, und umfasst ferner eine Bestimmungseinheit 36, eine Störerfassungseinheit 37, eine Speichereinheit 38 und einen Schalter 39. Die Konfigurationen und Betriebsweisen sind, mit Ausnahme der Bestimmungseinheit 36, der Störerfassungseinheit 37, der Speichereinheit 38 und des Schalters 39, die gleichen wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1.
Wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 erlangt die Erfassungseinheit 31 eine Ausgabe des Stromsensors 3 und erfasst die Stromwellenform des Stroms i, der an den Elektromotor 2 fließt, für zumindest eine Phase. Die Analyseeinheit 32 führt eine Frequenzanalyse auf den erfassten Strom i durch und leitet ein Analyseergebnis 32a einschließlich einer Frequenzspektrumswellenform ab. Die Frequenzeinstelleinheit 33 erlangt die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs, berechnet den größten gemeinsamen Teiler GCD davon und stellt den größten gemeinsamen Teiler GCD und ganzzahlige Vielfache davon als die Störfrequenzen fna innerhalb eines Bereichs ein, der einen messbaren Bereich nicht übersteigt.
Während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 erfasst die Störerfassungseinheit 37 die Größe einer Störung bei Störfrequenzen fna im Strom i, zum Beispiel den Wert des Spektrumsspitzenwerts der Störkomponente, aus dem Analyseergebnis 32a der Analyseeinheit 32, und das Erfassungsergebnis davon wird in der Speichereinheit 38 gespeichert. Die Störerfassung wird durch die Störerfassungseinheit 37 vorab während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2, vor einer Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2, durchgeführt.
Der Schalter 39 schaltet wahlweise das Ausgabeziel des Analyseergebnisses 32a der Analyseeinheit 32 entweder auf die Störerfassungseinheit 37 oder die Bestimmungseinheit 36. Bei einer Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 wird die Bestimmungseinheit 36 ausgewählt und bei einer Störerfassung, die vorab während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 durchgeführt wird, wird die Störerfassungseinheit 37 ausgewählt.
Die Bestimmungseinheit 36 erlangt Spektrumsspitzenwerte von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle aus dem Analyseergebnis 32a der Analyseeinheit 32, bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend den Spektrumsspitzenwerten und gibt ein Bestimmungsergebnis 36a aus. Zu dieser Zeit wird basierend auf den Störfrequenzen fna geschätzt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht. Insbesondere bestimmt die Bestimmungseinheit 36 wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1, falls die Differenz zwischen der Frequenz der Seitenbandwellenkomponente der Modulationswelle und der Störfrequenz fna kleiner als ein eingestellter Wert ist, dass sich die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die Störfrequenz fna überlappen oder nahe beieinander liegen, so dass abgeschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt.
Danach extrahiert die Bestimmungseinheit 36 die Störgröße bei der Störfrequenz fnα, die die Störinterferenz verursacht, aus der Speichereinheit 38. Dann bestimmt die Bestimmungseinheit 36 für die Seitenbandwellenkomponente, die unter der Störinterferenz leidet, eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente und der extrahierten Störgröße. Insbesondere bestimmt die Bestimmungseinheit 36, dass eine Abnormalität vorliegt, falls zum Beispiel ein Wert, der durch ein Subtrahieren des Spektrumsspitzenwerts der Störkomponente von dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente erhalten wird, einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt. Der Referenzwert wird zum Beispiel basierend auf dem Spektrumsspitzenwert der Modulationswellenfrequenz f0 eingestellt.
Wie oben beschrieben, stellt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30B gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorab die Frequenzen (Störfrequenzen fnα) von Störkomponenten im Strom i, der zum Elektromotor 2 fließt, ein und führt eine Abnormalitätsdiagnose für Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle durch, die durch eine Frequenzanalyse auf den Strom i erhalten werden. Außerdem erfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30B, vor der Abnormalitätsdiagnose, während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 die Störgröße bei der Störfrequenz fna im Strom i aus dem Analyseergebnis 32a der Analyseeinheit 32 und speichert das Erfassungsergebnis davon. Dann wird bei der Abnormalitätsdiagnose basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und der Störfrequenzen fna bestimmt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht, und der Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird für eine Abnormalitätsbestimmung verwendet, während die Störgröße berücksichtigt wird.
Somit ist es wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund des Einflusses von Störkomponenten einschließlich eines Niederfrequenzbereichs zu verhindern, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann. Außerdem wird die Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, auch für eine Abnormalitätsdiagnose verwendet, ohne sie auszuschließen, wodurch die Seitenbandwellenkomponenten, die Überwachungsziele für eine Abnormalitätsdiagnose darstellen, sicher überwacht werden können, und eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 kann sicher durchgeführt werden.
In der oben angegebenen Beschreibung erfasst die Störerfassungseinheit 37 eine Störung aus dem Analyseergebnis 32a für den Strom i während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2. Jedoch könnte die Ausgangsspannung an den Elektromotor 2 erfasst werden, für die erfasste Spannung könnte eine Frequenzanalyse durchgeführt werden und dann könnte eine Störung aus dem Ergebnis davon erhalten werden. In diesem Fall ist es nicht nötig, eine Erfassung während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 durchzuführen, und die Störgröße bei den Störfrequenzen fna im Strom i, entsprechend zu denen während eines normalen Betriebs, können aus dem Ergebnis der Frequenzanalyse auf der erfassten Spannung berechnet werden. Das Berechnungsergebnis kann in der Bestimmungseinheit 36 verwendet werden, ohne in der Speichereinheit 38 gespeichert zu werden, und deshalb kann die Speichereinheit 38 weggelassen werden.
Es ist auch möglich, dass die Bestimmungseinheit 36 sowohl ein Ergebnis einer Frequenzanalyse auf der erfassten Spannung als auch ein Erfassungsergebnis einer Störung, die aus dem Analyseergebnis 32a für den Strom i während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 erhalten wird, verwendet, wodurch eine Abnormalitätsbestimmungsgenauigkeit verbessert wird.
Auch bei der Ausführungsform 3 könnte die Berichtseinheit 35 wie bei der Ausführungsform 2 vorgesehen sein, wodurch die Tatsache, dass es geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, an einen Nutzer berichtet werden könnte.
Ausführungsform 4
9 zeigt die Konfigurationen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 und eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C gemäß einer Ausführungsform 4.
Wie in 9 gezeigt, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 auf die gleiche Weise wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 eingerichtet und umfasst die Leistungsumwandlungseinheit 10 und die Steuervorrichtung 20 zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10. Der Strom i, der von der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 fließt, wird durch den Stromsensor 3 erfasst, und die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30 diagnostiziert eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf dem Strom i.
Die Leistungsumwandlungseinheit 10 umfasst die Wandlereinheit 10A, die Wechselrichtereinheit 10B und den Glättungskondensator 10C, die über DC-Busse verbunden sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Wandlereinheit 10A nicht weggelassen werden, und wandelt einen AC-Leistung von der Wechselstromversorgung 1 in eine DC-Leistung und gibt die DC-Leistung an den Glättungskondensator 10C aus. Die Wechselrichtereinheit 10B wandelt eine DC-Leistung aus dem Glättungskondensator 10C in eine AC-Leistung und speist eine Leistung an den Elektromotor 2.
Auch in diesem Fall weisen die Leistungsumwandlungseinheit 10, die AC-Leistungsversorgung 1, der Elektromotor 2 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dreiphasige Konfigurationen aus, sind aber nicht darauf beschränkt.
Eine AC-Leistung aus der Wechselstromversorgung 1 wird durch die Wandlereinheit 10A so gleichgerichtet, dass sie in eine DC-Leistung gewandelt wird, die an den Glättungskondensator 10C ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung 20 erzeugt Gate-Signale G für die jeweiligen Schaltelemente Q der Wechselrichtereinheit 10B durch eine PWM-Steuerung, um eine AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente Q durchzuführen, wodurch eine gewünschte Leistung aus der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 ausgegeben wird.
Auf diese Weise steuert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 den Elektromotor 2 an. Hier schwanken die DC-Spannung des Glättungskondensators 10C und die AC-Spannung, die aus dem Elektromotor 2 ausgegeben wird, leicht bei der Frequenz der Wechselstromversorgung 1 und bei Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache davon darstellen, so dass Seitenbandwellenkomponenten (Störkomponenten), die um derartige Frequenzwerte gegenüber der Modulationswellenfrequenz f0 verschoben sind, im Strom i entstehen.
Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C erlangt die Frequenz (Modulationswellenfrequenz f0) der Modulationswelle, die bei einer PWM-Steuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10 durch die Steuervorrichtung 20 verwendet wird, und die Frequenz (Wechselstromversorgungsfrequenz fac) der Wechselstromversorgung 1. Dann führt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C eine Frequenzanalyse auf den Strom i durch, der zum Elektromotor 2 von der Leistungsumwandlungseinheit 10 fließt, um eine Abnormalität des Elektromotors 2 zu diagnostizieren.
10 stellt ein Blockdiagramm dar, das die schematische Konfiguration der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C zeigt. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C die Erfassungseinheit 31 zum Erfassen des Stroms i, der an den Elektromotor 2 fließt, die Analyseeinheit 32 zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf den Strom i, eine Frequenzeinstelleinheit 33A zum vorab Einstellen von Frequenzen (Störfrequenzen fnβ) einer Störung im Strom i und die Bestimmungseinheit 34 zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors 2.
Die Erfassungseinheit 31 und die Analyseeinheit 32 weisen die gleichen Konfigurationen auf und arbeiten auf die gleichen Weisen wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1.
Die Frequenzeinstelleinheit 33A erlangt die Modulationswellenfrequenz f0 und die AC-Energieversorgungsfrequenz fac und berechnet und stellt, als die Störfrequenzen fnβ, die folgenden Frequenzen ein: $| m \cdot fac \pm n \cdot f0 |,$
wobei m und n positive ganze Zahlen sind.
Dies bedeutet, dass die Störfrequenzen fnβ die Absolutwerte von Werten sind, die von ganzzahligen Vielfachen der Modulationswellenfrequenz f0 um ganzzahlige Vielfache der Wechselstromversorgungsfrequenz fac verschoben sind.
Die Bestimmungseinheit 34 erlangt Spektrumsspitzenwerte von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle aus dem Analyseergebnis 32a der Analyseeinheit 32, bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf den Spektrumsspitzenwerten und gibt ein Bestimmungsergebnis 34a aus. Zu dieser Zeit wird basierend auf den Störfrequenzen fnβ geschätzt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht, und die Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird aus Abnormalitätsbestimmungszielen ausgeschlossen.
11 stellt eine Frequenzspektrumswellenform des Stroms i zum Veranschaulichen von Störfrequenzen dar.
Wie in 11 gezeigt, tauchen in einem Fall, wo die Modulationswellenfrequenz f0 und die AC-Leistungsversorgungsfrequenz fac 50 Hz bzw. 60 Hz betragen, Spektren von Störkomponenten bei Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache (100 Hz, 150 Hz, 200 Hz) der Modulationswellenfrequenz f0 sind, und separat bei Frequenzen von 10 Hz, 70 Hz, 110 Hz, 170 Hz auf. Die Frequenzen der Störkomponenten, die sich von den ganzzahligen Vielfachen der Modulationswellenfrequenz f0 unterscheiden, können unter Verwendung der Modulationswellenfrequenz f0 (50 Hz) und der Wechselstromversorgungsfrequenz fac (60 Hz) wie folgt repräsentiert werden. $10 Hz = fac - f0$
$70 Hz = 2 \cdot fac - f0$
$110 Hz = fac + f0$
$170 Hz = 2 \cdot fac + f0$
Dies erfüllt den Berechnungsausdruck der Störfrequenzen fnβ, die oben beschrieben sind.
Als Nächstes wird eine Betriebsweise der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C unter Bezugnahme auf ein in 12 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben werden.
Als erstes erfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C, wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1, durch die Erfassungseinheit 31 eine Stromwellenform eines Stroms i für zumindest eine Phase aus Strömen i, die von der Leistungsumwandlungseinheit 10 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 an den Elektromotor 2 fließen (Schritt S1), für die jeweiligen Phasen und die Analyseeinheit 32 führt eine Frequenzanalyse basierend auf dem erfassten Strom i durch und leitet ein Analyseergebnis 32a einschließlich einer Frequenzspektrumswellenform ab (Schritt S2).
Unterdessen erlangt die Frequenzeinstelleinheit 33A die Modulationswellenfrequenz f0 und die Wechselstromversorgungsfrequenz fac (Schritt SS3).
Dann berechnet die Frequenzeinstelleinheit 33A |m·fac ± n·f0|, wie oben beschrieben, (Schritt SS4) und stellt die berechneten Werte als die Störfrequenzen fnβ ein. Die Störfrequenzen fnβ umfassen einen Fall von m = n = 1 und werden in einem Bereich eingestellt, der einen messbaren Bereich nicht übersteigt.
Die Werte in dem Fall von m = n = 1, d.h. die Werte von (fac ± f0), sind kleiner als fc/2. Außerdem sind in einem normalen Steuerzustand der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 die Werte von (fac ± f0) kleiner als (fc - 4f0). Deshalb umfassen die eingestellten Störfrequenzen fnβ eine Frequenz in einem Frequenzbereich, die kleiner als fc/2 ist, und im Allgemeinen umfassen sie auch eine Frequenz, die kleiner als (fc - 4f0) ist (Schritt S5) .
Basierend auf dem Analyseergebnis 32a, das im Schritt S2 abgeleitet wird, und den Störfrequenzen fnβ, die im Schritt S5 eingestellt werden, schätzt die Bestimmungseinheit 34, ob es eine Störinterferenz bei Spektrumsspitzenwerten von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht. Insbesondere bestimmt die Bestimmungseinheit 34, ob sich Frequenzen von Seitenbandwellenkomponenten (Spektren 41) der Modulationswelle überlappen oder nahe den Störfrequenzen fnβ liegen oder nicht, wodurch geschätzt wird, ob es eine Störinterferenz gibt. Auch in diesem Fall vergleicht die Bestimmungseinheit 34 wie bei der oben genannten Ausführungsform 1, wenn als Überwachungsziel eine spezifische Frequenzkomponente (Seitenbandwellenkomponente) genommen wird, die sich aufgrund eines Abnormalitätsanzeichens erhöht, diese Frequenz mit der Störfrequenz fnβ und, falls die Differenz dazwischen kleiner als ein eingestellter Wert ist, bestimmt, dass sie sich überlappen oder nahe zueinander liegen, so dass geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt. Auch in diesem Fall beträgt der eingestellte Wert einige Hz, zum Beispiel 2 Hz (Schritt S6).
Falls es eine Seitenbandwellenkomponente gibt, für die geschätzt wird, dass es im Schritt S6 eine Störinterferenz gibt, schließt die Bestimmungseinheit 34 die Seitenbandwellenkomponente aus Abnormalitätsdiagnosezielen aus (Schritt S7) und bestimmt eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf den anderen Seitenbandwellenkomponenten. Zu dieser Zeit bestimmt die Bestimmungseinheit 34, falls der Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt, dass der Elektromotor 2 abnormal ist. Der Referenzwert wird zum Beispiel basierend auf dem Spektrumsspitzenwert der Modulationswellenfrequenz f0 eingestellt (Schritt S8).
Wie oben beschrieben, stellt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorab die Frequenzen (Störfrequenzen fnβ) von Störkomponenten im Strom i, der an den Elektromotor 2 fließt, ein und führt eine Abnormalitätsdiagnose an Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle durch, die durch eine Frequenzanalyse auf dem Strom i erhalten werden. Dann wird bei der Abnormalitätsdiagnose basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und den Störfrequenzen fnβ bestimmt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht. Die Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird ausgeschlossen und eine Abnormalität wird basierend auf den Spektrumsspitzenwerten der anderen Seitenbandwellenkomponenten bestimmt.
Somit ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund des Einflusses von Störkomponenten zu verhindern, die einen Niederfrequenzbereich umfassen, in diesem Fall von Störkomponenten aufgrund der Modulationswellenfrequenz f0 und der Wechselstromversorgungsfrequenz fac, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann.
Falls die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die eingestellte Störfrequenz fnβ mit der Differenz dazwischen, die kleiner als ein eingestellter Wert ist, nahe beieinander liegen, wird geschätzt, dass es eine Störinterferenz für die Seitenbandwellenkomponente gibt. Somit kann eine Störinterferenz zuverlässig geschätzt werden.
In der oben angegebenen Beschreibung werden die Störfrequenzen fnβ innerhalb eines Bereichs eingestellt, der einen messbaren Bereich nicht übersteigt. Jedoch könnten die Störfrequenzen fnβ lediglich in einem Frequenzbereich eingestellt werden, der kleiner als 1/2 der Trägerwellenfrequenz fc ist.
Bei einer Ausführungsform 4 könnte die Berichtseinheit 35 wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 2 vorgesehen sein, wodurch die Tatsache, dass geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, an einen Nutzer berichtet werden könnte.
Ferner könnte die oben genannte Ausführungsform 3 bei der Ausführungsform 4 angewendet werden. In diesem Fall werden die Störerfassungseinheit 37, die Speichereinheit 38 und der Schalter 39 vorgesehen und vor einer Abnormalitätsdiagnose, während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2, wird die Störgröße bei den Störfrequenzen fnβ im Strom i erfasst und gespeichert. Dann wird bei der Abnormalitätsdiagnose basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und den Störfrequenzen fnβ geschätzt, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht, und der Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente, für die geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, wird für eine Abnormalitätsbestimmung verwendet, während die Störgröße berücksichtigt wird.
Somit können die Seitenbandwellenkomponenten, die Überwachungsziele für eine Abnormalitätsdiagnose darstellen, sicher überwacht werden und eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 kann sicher durchgeführt werden.
In dem Fall des Anwendens der oben genannten Ausführungsform 3 für eine Störerfassung durch die Störerfassungseinheit 37 könnte die Außenleiterspannung, die an den Elektromotor 2 ausgegeben wird, oder die Wechselstromspannung des Glättungskondensators 10C erfasst werden, eine Frequenzanalyse könnte auf der erfassten Spannung durchgeführt werden und dann könnte eine Störung aus dem Ergebnis davon erhalten werden. In diesem Fall ist es nicht nötig, eine Erfassung während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 durchzuführen, und die Störgröße bei den Störfrequenzen fnβ im Strom i, entsprechend zu denen während eines normalen Betriebs, können aus dem Ergebnis der Frequenzanalyse auf der erfassten Spannung berechnet werden. Das Berechnungsergebnis kann verwendet werden, ohne in der Speichereinheit 38 gespeichert zu werden, und deshalb könnte die Speichereinheit 38 weggelassen werden.
Es ist auch möglich, sowohl ein Ergebnis einer Frequenzanalyse auf der erfassten Spannung als auch ein Erfassungsergebnis einer Störung zu verwenden, die aus dem Analyseergebnis 32a für den Strom i während eines normalen Betriebs des Elektromotors 2 erhalten wird, wodurch eine Abnormalitätsbestimmungsgenauigkeit verbessert wird.
Bei der oben genannten Ausführungsform 4 erlangt die Frequenzeinstelleinheit 33A die Modulationswellenfrequenz f0 und die Wechselstromversorgungsfrequenz fac und stellt die Störfrequenzen fnβ ein, wie oben beschrieben. Jedoch könnten die Störfrequenzen fnα, die bei der oben genannten Ausführungsform 1 gezeigt sind, auch in Kombination eingestellt werden. In diesem Fall erlangt die Frequenzeinstelleinheit 33A die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc, die Abtastfrequenz fs und die Wechselstromversorgungsfrequenz fac, und berechnet und stellt die Störfrequenzen fna und die Störfrequenzen fnβ ein. Somit ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose zu verhindern, während der Einfluss von Störkomponenten weitestgehend unterdrückt wird, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässiger durchgeführt werden kann.
Bei den oben genannten Ausführungsformen 1 bis 4 wurden Fälle gezeigt, wo die Abnormalitätsdiagnosevorrichtungen 30 und 30A bis 30C außerhalb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 vorgesehen sind. Jedoch könnte die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung in der Steuervorrichtung 20 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 vorgesehen sein, wodurch die gleichen Wirkungen erhalten werden und es einfach wird, eine Information weiterzuleiten/zu empfangen, die zum Einstellen der Störfrequenzen fna und fnβ benötigt wird.
Ausführungsform 5
13 zeigt die Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß einer Ausführungsform 5.
Wie in 13 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A die Leistungsumwandlungseinheit 10, die auf die gleiche Weise wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 eingerichtet ist, und eine Steuervorrichtung 20A zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10. Die Steuervorrichtung 20A umfasst eine Wechselrichtersteuereinheit 21 zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10, und einer Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D.
Der Strom i, der von der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 fließt, wird durch den Stromsensor 3 erfasst, und die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D diagnostiziert eine Abnormalität des Elektromotors 2 basierend auf dem Strom i.
In der Steuervorrichtung 20A erzeugt die Wechselrichtersteuereinheit 21 Gate-Signale G für die jeweiligen Schaltelemente Q der Wechselrichtereinheit 10B durch eine PWM-Steuerung, um eine AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente Q durchzuführen, wodurch eine gewünschte Leistung aus der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 ausgegeben wird. Auf diese Weise steuert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A den Elektromotor 2 an.
Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D erlangt die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs, die die Frequenzen der Modulationswelle (Grundwelle), der Trägerwelle und des Taktsignals (CLK) zum Abtasten darstellen, die bei einer PWM-Steuerung durch die Wechselrichtersteuereinheit 21 verwendet werden. Dann führt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D eine Frequenzanalyse auf dem Strom i, der von der Leistungsumwandlungseinheit 10 an den Elektromotor 2 fließt, durch, um eine Abnormalität des Elektromotors 2 zu diagnostizieren.
Wie bei der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30, die in der oben genannten Ausführungsform 1 gezeigt ist, umfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32, die Frequenzeinstelleinheit 33 und die Bestimmungseinheit 34. Die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32 und die Frequenzeinstelleinheit 33 arbeiten auf die gleichen Weisen wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 1. Bei der oben angegebenen Ausführungsform 1 schätzt die Bestimmungseinheit 34 basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und den Störfrequenzen fnα, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht.
Falls es keine Störinterferenz gibt, führt die Bestimmungseinheit 34 wie bei der oben genannten Ausführungsform 1 eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 basierend den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten durch. Falls es eine Störinterferenz gibt, unterbricht die Bestimmungseinheit 34 andererseits eine Abnormalitätsdiagnose und sendet ein Berichtssignal SS1 an die Wechselrichtersteuereinheit 21.
Wenn das Berichtssignal SS1, das eine Unterbrechung einer Abnormalitätsdiagnose berichtet, von der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D empfangen wurde, ändert die Wechselrichtersteuereinheit 21 die Trägerwellenfrequenz fc und führt eine Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10 durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung der geänderten Trägerwellenfrequenz fc durch, um den Elektromotor 2 anzusteuern. Die Trägerwellenfrequenz fc beeinflusst den Ausgang der Leistungsumwandlungseinheit 10 nicht direkt und deshalb kann er einfach geändert werden.
Bei der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D arbeitet jede Einheit wieder, um eine Abnormalitätsdiagnose fortzusetzen. Wenn sich die Trägerwellenfrequenz fc ändert, werden die Störfrequenzen fna geändert und deshalb ändert sich auch, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht. Somit kann die Bestimmungseinheit 34 eine Abschätzung ableiten, dass es keine Störinterferenz gibt, und führt eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 basierend auf den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten durch.
Wünschenswerterweise wird eine Abschätzung, dass es keine Störinterferenz gibt, in der Bestimmungseinheit 34 abgeleitet, nachdem sich die Trägerwellenfrequenz fc einmal ändert, wobei sich die Trägerwellenfrequenz fc aber viele Male ändern könnte.
Wie oben beschrieben, schätzt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D in der Steuervorrichtung 20A bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei einer Abnormalitätsdiagnose, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht, basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und den Störfrequenzen fnα, und, falls geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, die Trägerwellenfrequenz fc wird geändert. Im Ergebnis wird der größte gemeinsame Teiler GCD der Modulationswellenfrequenz f0, der Trägerwellenfrequenz fc und der Abtastfrequenz fs geändert, und die Frequenz einer Störkomponente wird aufgrund einer PWM-Steuerung geändert. Somit kann eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten eliminiert werden und eine Abnormalitätsdiagnose kann sicher durchgeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund eines Einflusses von Störkomponenten zu verhindern, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann.
Bei der oben genannten Ausführungsform 5 wurde der Fall einer Änderung der Trägerwellenfrequenz fc gezeigt. Jedoch könnte sich aus den Frequenzen, die für eine Berechnung des größten gemeinsamen Teilers GCD verwendet werden, zumindest eine Frequenz, d.h. die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs, ändern.
Beim Ändern der Trägerwellenfrequenz fc, wie in 14 gezeigt, könnte sich die Trägerwellenfrequenz fc vorübergehend ändern. In diesem Fall ändert sich die Trägerwelle Cr so, dass sie abwechselnd zwei Frequenzen (1/t1) und (1/t2) zu unterschiedlichen Zyklen t1 und t2 wiederholt. Der Änderungszyklus ist nicht auf eine Einzyklusbasis begrenzt, und die Frequenz könnte sich vorübergehend auf drei oder mehr Frequenzen ändern. Ferner könnte sich die Frequenz nicht diskret, sondern kontinuierlich ändern.
Wenn sich die Trägerwellenfrequenz fc oder die Abtastfrequenz fs vorübergehend ändert, wie oben beschrieben, sind die Spektren von Frequenzkomponenten, die den größten gemeinsamen Teiler GCD und ganzzahlige Vielfache davon darstellen, in einer Vielzahl von Frequenzbereichen verteilt. Somit können die Spektrumsspitzenwerte von Störkomponenten verringert werden, und eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten von Seitenbandwellenkomponenten kann eliminiert oder unterdrückt werden, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose zuverlässig durchgeführt werden kann.
Ausführungsform 6
Bei der oben genannten Ausführungsform 5 ändert sich bei einer Abnormalitätsdiagnose durch die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D, falls es geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt, zumindest eine der Frequenzen, die für eine Berechnung des größten gemeinsamen Teilers GCD zu verwenden ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ändert sich mit der Konfiguration der oben genannte Ausführungsform 5 ferner zumindest eine der Frequenzen, die für eine Berechnung des größten gemeinsamen Teilers GCD zu verwenden sind, so dass der größte gemeinsame Teiler GCD mit der Modulationswellenfrequenz f0 übereinstimmt oder 10 Hz oder kleiner wird, oder wünschenswerterweise einige Hz oder kleiner wird.
15 zeigt schematisch eine Frequenzspektrumswellenform eines Stroms zum Veranschaulichen von Wirkungen der Ausführungsform 6. In 15 sind als ein vergleichendes Beispiel Störkomponenten für zwei Fälle gezeigt: für einen Fall, wo der größte gemeinsame Teiler GCD der Modulationswellenfrequenz f0, der Trägerwellenfrequenz fc und der Abtastfrequenz fs einige Hz beträgt, und für einen Fall, wo der größte gemeinsame Teiler GCD größer als 10 Hz ist.
Wie in 15 gezeigt, tauchen neben dem Spektrum 40 der Modulationswellenfrequenz f0 Spektren 42A und 42B von Störkomponenten aufgrund eines Schaltbetriebs der Wechselrichtereinheit 10B auf. Die Spektren 42A entsprechen dem vergleichenden Beispiel, bei dem der größte gemeinsame Teiler GCD größer als 10 Hz ist, und die Spektren 42B entsprechen dem Fall, wo der größte gemeinsame Teiler GCD einige Hz beträgt. Die Anzahl der auftauchenden Spektren 42B ist größer als die Anzahl der auftauchenden Spektren 42A, aber die Spektrumsspitzenwerte der Spektren 42B sind kleiner.
Wie oben beschrieben, erhöht sich die Anzahl von auftauchenden Spektren von Störkomponenten, indem der größte gemeinsame Teiler GCD auf einige Hz verringert wird, aber die Spektren können in einer Vielzahl von Frequenzbereichen verteilt sein, so dass die Spektrumsspitzenwerte davon verringert werden können. Somit kann eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten von Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle eliminiert oder unterdrückt werden, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose zuverlässig durchgeführt werden kann.
Bei der oben genannten Ausführungsform 6 werden in dem Fall, wo sich zumindest eine der Frequenzen ändert, die f ür eine Berechnung des größten gemeinsamen Teilers GCD zu verwenden sind, so dass der größte gemeinsame Teiler GCD mit der Modulationswellenfrequenz f0 übereinstimmt, Störkomponenten entfernt, von denen man in der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D ausgeht, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose sicher und zuverlässig durchgeführt werden kann.
Ausführungsform 7
Die vorliegende Ausführungsform zeigt einen Fall eines Anwendens der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C, die bei der oben genannten Ausführungsform 4 gezeigt ist, auf die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30D in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die bei der oben genannten Ausführungsform 5 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C in der Steuervorrichtung 20A der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A vorgesehen.
Wie bei der oben genannten Ausführungsform 4 umfasst die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32, die Frequenzeinstelleinheit 33A und die Bestimmungseinheit 34. Die Erfassungseinheit 31, die Analyseeinheit 32 und die Frequenzeinstelleinheit 33A arbeiten auf die gleichen Weisen wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 4.
Wie bei der oben angegebenen Ausführungsform 4, schätzt die Bestimmungseinheit 34, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten der Modulationswelle gibt oder nicht, basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und der Störfrequenzen fnβ.
Falls es keine Störinterferenz gibt, führt die Bestimmungseinheit 34 wie bei der oben genannten Ausführungsform 4 eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 auf den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten durch. Falls es eine Störinterferenz gibt, unterbricht die Bestimmungseinheit 34 andererseits eine Abnormalitätsdiagnose und sendet ein Berichtssignal SS1 an die Wechselrichtersteuereinheit 21.
Wenn das Berichtssignal SS1, das eine Unterbrechung einer Abnormalitätsdiagnose berichtet, von der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C empfangen wurde, ändert die Wechselrichtersteuereinheit 21 die Modulationswellenfrequenz f0 und führt eine Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit 10 durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung der geänderten Modulationswellenfrequenz f0 durch, um den Elektromotor 2 anzusteuern.
Bei der Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C arbeitet jede Einheit wieder, um eine Abnormalitätsdiagnose fortzusetzen. Wenn sich die Modulationswellenfrequenz f0 ändert, werden die Störfrequenzen fnβ geändert, und deshalb ändert sich auch, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht. Somit kann die Bestimmungseinheit 34 eine Abschätzung ableiten, dass es keine Störinterferenz gibt, und eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 basierend den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten durchführen.
Wie oben bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, schätzt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung 30C in der Steuervorrichtung 20A bei einer Abnormalitätsdiagnose, ob es eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten gibt oder nicht, basierend auf den Frequenzen der Seitenbandwellenkomponenten und der Störfrequenzen fnβ, und, falls geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt, die Modulationswellenfrequenz f0 wird geändert.
Im Ergebnis werden die Frequenzen von Störkomponenten aufgrund von Fluktuationen von Spannungen (Gelichstromspannung des Glättungskondensators 10C und Wechselstromspannung, die aus dem Elektromotor 2 ausgegeben wird) in Übereinstimmung mit der Wechselstromversorgungsfrequenz fac geändert. Somit ist es möglich, eine Störinterferenz bei den Spektrumsspitzenwerten der Seitenbandwellenkomponenten zu schätzen, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose sicher durchgeführt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose aufgrund des Einflusses von Störkomponenten zu verhindern, wodurch eine Abnormalitätsdiagnose für den Elektromotor 2 zuverlässig durchgeführt werden kann.
Bei den oben genannten Ausführungsformen 5 bis 7 werden Frequenzen, die für Störfrequenzen relevant sind, geändert, wenn geschätzt wird, dass es eine Störinterferenz gibt. Jedoch könnte die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A betrieben werden, während eine vermutete Störinterferenz vorab eliminiert oder unterdrückt wird.
In diesem Fall wird die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A betrieben, während die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs so bestimmt werden, dass die Differenz zwischen der Frequenz der Seitenbandwellenkomponente als Überwachungsziel und einer vermuteten Störfrequenz einen eingestellten Wert oder größer annimmt. Alternativ wird die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A betrieben, während die Modulationswellenfrequenz f0, die Trägerwellenfrequenz fc und die Abtastfrequenz fs so bestimmt werden, dass der größte gemeinsame Teiler GCD davon auf einige Hz verringert wird.
Obwohl die Offenbarung oben in Form von verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedene Merkmale, Aspekte und eine Funktionalität, die bei einer oder mehreren der individuellen Ausführungsformen beschrieben ist, nicht in ihrer Anwendbarkeit auf die besondere Ausführungsform beschränkt sind, bei der sie beschrieben sind, sondern anstatt dessen allein oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können.
Es versteht sich deshalb, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht als Beispiel angegeben sind, ersonnen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel könnte zumindest eine der Bestandteilskomponenten modifiziert, hinzugefügt oder eliminiert werden. Zumindest eine der Bestandteilskomponenten, die bei zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, könnte ausgewählt und mit den Bestandteilskomponenten kombiniert werden, die bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnt sind.
Bezugszeichenliste

1: Wechselstromversorgung
2: Elektromotor
10: Leistungsumwandlungseinheit
10A: Wandlereinheit
10B: Wechselrichtereinheit
10C: Glättungskondensator
20, 20A: Steuervorrichtung
30, 30A bis 30D: Abnormalitätsdiagnosevorrichtung
31: Erfassungseinheit
32: Analyseeinheit
32a: Analyseergebnis
33, 33A: Frequenzeinstelleinheit
34: Bestimmungseinheit
35: Berichtseinheit
36: Bestimmungseinheit
37: Störerfassungseinheit
38: Speichereinheit
100, 100A: Leistungsumwandlungsvorrichtung
f0: Modulationswellenfrequenz
fac: Wechselstromversorgungsfrequenz
fc: Trägerwellenfrequenz
fs: Abtastfrequenz
fnα, fnβ: Störfrequenz
M: Modulationswelle

Claims

Abnormalitätsdiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, wobei die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung aufweist: eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der an den Elektromotor fließt; eine Analyseeinheit, die eine Frequenzanalyse auf dem Strom durchführt, der durch die Erfassungseinheit erfasst wird, und die ein Analyseergebnis davon ausgibt; eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert von zumindest einer Seitenbandwellenkomponente einer Modulationswelle, die aus dem Analyseergebnis erhalten wird; und eine Frequenzeinstelleinheit zum vorab Einstellen von Störfrequenzen im Strom, wobei die Bestimmungseinheit schätzt, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht, basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und den eingestellten Störfrequenzen, um eine Abnormalität des Elektromotors zu bestimmen.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Störfrequenzen, die durch die Frequenzeinstelleinheit eingestellt werden, eine Frequenz umfassen, die kleiner als 1/2 einer Trägerwellenfrequenz ist.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Frequenzeinstelleinheit einen größten gemeinsamen Teiler von zwei oder mehr der drei Frequenzen berechnet, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden und die eine Modulationswellenfrequenz, eine Trägerwellenfrequenz und eine Abtastfrequenz zum Abtasten der Modulationswelle sind, wobei die zwei oder mehr Frequenzen die Modulationswellenfrequenz umfassen, und den größten gemeinsamen Teiler und ganzzahlige Vielfache davon als die Störfrequenzen einstellt.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Frequenzeinstelleinheit als Störfrequenzen absolute Werte von Werten einstellt, die von ganzzahligen Vielfachen einer Modulationswellenfrequenz, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet wird, um ganzzahlige Vielfache einer Frequenz einer Wechselstromversorgung, mit der die Leistungsumwandlungsvorrichtung verbunden ist, verschoben sind.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, falls die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die Störfrequenz mit einer Differenz dazwischen, die kleiner als ein eingestellter Wert ist, nahe beieinander liegen, die Bestimmungseinheit schätzt, dass es eine Störinterferenz für die Seitenbandwellenkomponente gibt.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Bestimmungseinheit eine Abnormalität des Elektromotors bestimmt, während die Seitenbandwellenkomponente ausgeschlossen wird, für die die Bestimmungseinheit schätzt, dass es eine Störinterferenz gibt.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 5, die ferner aufweist: eine Störerfassungseinheit zum Erfassen einer Größe einer Störung bei den Störfrequenzen in dem Strom während eines normalen Betriebs des Elektromotors; und eine Speichereinheit zum Speichern eines Erfassungsergebnisses der Störerfassungseinheit, wobei hinsichtlich der Seitenbandwellenkomponente, für die die Bestimmungseinheit schätzt, dass es die Störinterferenz gibt, die Bestimmungseinheit eine Abnormalität des Elektromotors basierend auf dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente und dem Erfassungsergebnis in der Speichereinheit bestimmt.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Berichtseinheit aufweist, um nach außen zu berichten, ob es die Störinterferenz gibt oder nicht.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die aufweist: eine Leistungsumwandlungseinheit, die eine DC-Leistung in eine AC-Leistung wandelt und die eine Leistung an den Elektromotor speist; und eine Steuervorrichtung zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung, wobei die Steuervorrichtung die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, um eine Abnormalität des Elektromotors zu diagnostizieren.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die aufweist: eine Leistungsumwandlungseinheit, die eine DC-Leistung in eine AC-Leistung wandelt und die eine Leistung an den Elektromotor speist; und eine Steuervorrichtung zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit durch die Pulsbreitenmodulationssteuerung, wobei die Steuervorrichtung die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 3 umfasst, um eine Abnormalität des Elektromotors zu diagnostizieren, falls die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die Störfrequenz mit einer Differenz dazwischen, die kleiner als ein eingestellter Wert ist, nahe beieinander liegen, die Steuervorrichtung zumindest eine der zwei oder mehr Frequenzen ändert, die für eine Berechnung des größten gemeinsamen Teilers verwendet werden, um die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchzuführen, und die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung eine Abnormalität des Elektromotors basierend auf der geänderten Frequenz diagnostiziert.
Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei beim Ändern der Frequenz die Frequenz zeitlich geändert wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Steuervorrichtung, falls die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die Störfrequenz mit der Differenz dazwischen, die kleiner als der eingestellte Wert ist, nahe beieinander liegen, zumindest eine der zwei oder mehr Frequenzen derart ändert, dass der größte gemeinsame Teiler mit der Modulationswellenfrequenz zusammenfällt oder 10 Hz oder kleiner wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei beim Ändern der Frequenz, als die Frequenz, die Trägerwellenfrequenz geändert wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die aufweist: eine Leistungsumwandlungseinheit, die eine Wandlereinheit zum Wandeln einer AC-Leistung aus einer Wechselstromversorgung in eine DC-Leistung, einen Glättungskondensator und eine Wechselrichtereinheit umfasst, die eine DC-Leistung des Glättungskondensators in eine AC-Leistung wandelt und die eine Leistung an den Elektromotor speist; und eine Steuervorrichtung zum Durchführen einer Ausgangssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit durch die Pulsbreitenmodulationssteuerung, wobei die Steuervorrichtung die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 4 umfasst, um eine Abnormalität des Elektromotors zu diagnostizieren.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuervorrichtung, falls die Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und die Störfrequenz mit einer Differenz dazwischen, die kleiner als ein eingestellter Wert ist, nahe beieinander liegen, die Modulationswellenfrequenz ändert, um die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchzuführen, und die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung eine Abnormalität des Elektromotors basierend auf der geänderten Modulationswellenfrequenz diagnostiziert.
Abnormalitätsdiagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, wobei das Abnormalitätsdiagnoseverfahren aufweist: einen ersten Schritt zum Berechnen eines größten gemeinsamen Teilers von zwei oder mehr von drei Frequenzen, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden und die eine Modulationswellenfrequenz, eine Trägerwellenfrequenz und eine Abtastfrequenz zum Abtasten einer Modulationswelle sind, wobei die zwei oder mehr Frequenzen die Modulationswellenfrequenz umfassen, und zum Einstellen von Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache des größten gemeinsamen Teilers sind, als Störfrequenzen; einen zweiten Schritt zum Erfassen eines Stroms, der an den Elektromotor fließt, und zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf dem erfassten Strom; und einem dritten Schritt zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert einer Seitenbandwellenkomponente der Modulationswelle, die aus einem Analyseergebnis im zweiten Schritt erhalten wird, wobei im dritten Schritt die Bestimmung, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht, basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und der Störfrequenzen geschätzt wird, die im ersten Schritt eingestellt werden.
Abnormalitätsdiagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Abnormalität eines Elektromotors, der durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung angesteuert wird, wobei das Abnormalitätsdiagnoseverfahren aufweist: einen ersten Schritt eines Einstellens, als Störfrequenzen, von Frequenzen, die von einer Modulationswellenfrequenz, die bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet wird, um ganzzahlige Vielfache einer Frequenz einer Wechselstromversorgung, mit der die Leistungsumwandlungsvorrichtung verbunden ist, verschoben sind; einem zweiten Schritt zum Erfassen eines Stroms, der an den Elektromotor fließt, und zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf dem erfassten Strom; und einen dritten Schritt zum Bestimmen einer Abnormalität des Elektromotors basierend auf einem Spektrumsspitzenwert einer Seitenbandwellenkomponente einer Modulationswelle, die aus einem Analyseergebnis im zweiten Schritt erhalten wird, wobei im dritten Schritt geschätzt wird, ob es eine Störinterferenz bei dem Spektrumsspitzenwert der Seitenbandwellenkomponente gibt oder nicht, basierend auf einer Frequenz der Seitenbandwellenkomponente und der Störfrequenzen, die im ersten Schritt eingestellt werden.