EP4483485A1 - Überwachung eines synchronmotors - Google Patents

Überwachung eines synchronmotors

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Publication number
EP4483485A1
EP4483485A1 EP23719730.6A EP23719730A EP4483485A1 EP 4483485 A1 EP4483485 A1 EP 4483485A1 EP 23719730 A EP23719730 A EP 23719730A EP 4483485 A1 EP4483485 A1 EP 4483485A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monitoring
synchronous motor
value
individual values
power factor
Prior art date
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Pending
Application number
EP23719730.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julia Hofmockel
Johannes Endres
Sascha Dumke
Jens Winter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Innomotics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innomotics GmbH filed Critical Innomotics GmbH
Publication of EP4483485A1 publication Critical patent/EP4483485A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors

Definitions

  • the invention relates to a method or a device for monitoring a synchronous machine, in particular a method or a device for monitoring an excitation device of a synchronous machine.
  • the invention relates to a method for detecting a faulty excitation device in a synchronous motor in the mains or. Inverter operation, whereby mains operation is also referred to as DOL operation (direct switching on to the mains).
  • Synchronous machines are electrical machines that can be used as a synchronous motor or as a synchronous generator. Synchronous machines can be self-excited or externally excited. Externally excited synchronous machines have an excitation device. Self-excited synchronous machines in particular have permanent magnets for excitation. When operating the synchronous machine, attention must be paid to the power factor.
  • the power factor also called active power factor
  • the effective factor is defined from the ratio of active power P to apparent power S. This is also known as coscp.
  • the power factors can be adjusted or adjusted by the excitation device. be set.
  • a power factor with a value of 1 can be assumed, as this is the optimal value from the perspective of losses and torque provision.
  • the motor can also be operated at other operating points; this must be taken into account in the algorithm (variable or static setpoint specification of the power factor). It is often not possible to optimally adjust the excitation circuit during the commissioning phase because not all points can be reached in test operation. A non-optimal setting is not immediately problematic for the operator if the per- formance is sufficient in terms of torque.
  • the pathogen control circuit can, under certain circumstances, be seen as secondary. A faulty or incorrectly parameterized excitation device or defective excitation device leads in particular to anomalies in the power factor.
  • One object of the invention is to eliminate an error, an anomaly or to detect a defect.
  • the error(s) relate in particular to a faulty and/or incorrectly parameterized excitation device and/or a defective excitation device.
  • the task particularly concerns a synchronous motor.
  • a solution to the problem results from a method according to claim 1, a monitoring device according to claim 11 or. a computer program product according to claim 12.
  • a power factor of the synchronous machine or The individual value dependent on the synchronous motor is measured, with a monitoring value being formed from a large number of individual values and/or values dependent thereon.
  • the individual value is, for example, the power factor itself.
  • the individual value can also be formed from a large number of individual values.
  • the power factor is not monitored from one network period to the next, but rather over longer periods of minutes, hours, days, weeks or months. This makes it possible to automatically identify anomalies during long-term operation, for example of a synchronous motor with an excitation device.
  • a status "normal” or “abnormal” that indicates the current health status of the pathogen facility describes can be made available in this way.
  • the potential for saving losses alone is in the range of 50,000kWh per year for larger engines. There is considerable savings potential over the life cycle.
  • Monitoring is carried out particularly in synchronous machines with a higher output of several hundred kilowatts or a few megawatts.
  • the monitoring value is in particular a difference between a target value for the power factor and the determined power factor or not of that either.
  • the determined power factor is an example of a single value.
  • individual values are used to form, for example by calculation, the monitoring value, i.e. in particular a large number of individual values are used, which are determined in a static operating state of the synchronous motor, or. have been determined.
  • a static operating state of the synchronous motor is, for example, an operating state in which the speed, in particular the target speed, of the synchronous motor changes only slightly.
  • a slight change in speed occurs, for example, if the revolutions change by less than 10 revolutions/min within 1 minute.
  • Another example of a minor change in speed is when the speed changes by less than 1 percent within 1 minute.
  • individual values are excluded which are determined in a dynamic operating state of the synchronous motor. have been determined.
  • a dynamic operating state is, for example, the start-up of the electric motor or the standstill. Settlement of the synchronous motor.
  • a dynamic operating state of the synchronous motor occurs, for example, when the speed of the synchronous motor changes by more than 10 revolutions/min within 1 minute. Another example of a dynamic operating condition is a speed change of more than 1 percent within 1 minute.
  • the use of the synchronous motor is particularly characterized by the fact that different target speeds and/or different loads are provided during operation.
  • the synchronous motor has different target speeds during operation.
  • the method can be used to monitor how the power factor develops over time at different target speeds in static operating states.
  • a synchronous motor must in particular be kept in an energetically optimal operating condition.
  • the power factor must be monitored.
  • optimal energy utilization occurs with a coscp equal to 1.
  • the large number of individual values are taken from a period of time, which in particular can be freely determined, the period of time in particular having a length of at least one minute or has a length of minutes to months.
  • the time interval between the individual values used within the period can, for example, be one or more seconds (in particular greater than one second) or be one or more minutes (in particular greater than one minute).
  • the distance is in particular special adjustable.
  • the interval is, for example, 10 seconds to 120 seconds). In particular, only individual values that were determined during stationary operation of the synchronous machine or synchronous motor are considered.
  • the monitoring value formed is weighted according to time.
  • individual values are used depending on the operating state of the synchronous machine or synchronous motor. Performance factors are therefore not taken into account in particular if they were determined, for example, when the synchronous machine or synchronous motor was running up. Performance factors are taken into account in particular if they were determined in a stationary state of the synchronous machine or synchronous motor.
  • an anomaly is detected by the monitoring value, the anomaly particularly affecting the excitation device.
  • the anomaly particularly affecting the excitation device.
  • a defective excitation device can be detected.
  • the speed of the synchronous machine or of the synchronous motor is taken into account.
  • the power factor can be multiplied by the sign of the engine speed. This means that monitoring is independent of the speed.
  • the power factor of the synchronous motor is improved after the anomaly has been detected. This is achieved, for example, by optimizing the control of the excitation device or by replacing or repairing a component, such as a defective power semiconductor valve or a control module, etc. In one embodiment, a coscp of 1 is achieved again through the optimization.
  • a monitoring device for a synchronous machine or a synchronous motor is or is in particular for monitoring an excitation device of the synchronous machine or of the synchronous motor
  • the monitoring device in a unit of a power converter or in a structural unit of a regulation and/or control of the synchronous machine or. of the synchronous motor, whereby the monitoring device can be used to carry out one of the methods described.
  • the structural unit of the power converter is, for example, a control cabinet or a housing.
  • the structural unit of the regulation and/or control is, for example, a housing or a circuit board.
  • a computer program product has programming for carrying out one of the methods described, the computer program product being able to run in particular on the monitoring device.
  • the current power factor is multiplied by the sign of the engine speed. This guarantees that negative performance factors are not incorrectly identified as faulty. Compared to the previous problem solution, additional measured values are considered here, which reduces the “false positive” rate (“false positive” rate: points in time that are incorrectly classified as abnormal and thus unnecessarily demand attention).
  • Detect an anomaly via a total error sum If the error sum exceeds a value, the time is classified as abnormal. Individual measurement errors are not classified as abnormal. Instead, the errors are summed up and an anomaly is only detected when a limit is exceeded. The procedure ensures the reduction of the false positive rate. Only when a cluster of unexpected performance factors emerge is an anomaly detected. In addition, larger deviations are more significant, since the sum of errors increases more quickly with larger deviations.
  • the sum of errors is limited to a maximum. This ensures that it does not become too large and that replacement of the defective excitation device is determined promptly.
  • the forgetting factor reduces the amount of errors during normal operation, which means that the status is automatically set to normal after sufficiently normal measured values.
  • An advantage of the invention can, for example, be that after an excitation device has been repaired, the repair does not have to be entered manually. After a certain amount of time, the algorithm automatically recognizes the change based on the data.
  • the described embodiments result in automated monitoring of the power factor.
  • a context-related error sum e.g. through the exclusive use of values in stationary operation
  • outliers in particular are ignored, accumulations are recognized and changes are determined dynamically.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung eines Synchronmotors, insbesondere zur Überwachung einer Erregereinrichtung des Synchronmotors, wird ein vom Leistungsfaktor des Synchronmotors abhängiger Einzelwert gemessen, wobei aus einer Vielzahl von Einzelwerten und/oder davon abhängigen Werten ein Überwachungswert (3) gebildet wird. Das Verfahren ist mittels einer Überwachungseinrichtung ausführbar.

Description

Beschreibung
ÜBERWACHUNG EINES SYNCHRONMOTORS
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren bzw . eine Einrichtung zur Überwachung einer Synchronmaschine , insbesondere ein Verfahren bzw . eine Einrichtung zur Überwachung einer Erregereinrichtung einer Synchronmaschine . Insbesondere betri f ft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer fehlerhaften Erregereinrichtung bei einem Synchronmotor im Netz- bzw . Umrichterbetrieb, wobei der Netzbetrieb auch als DOL Betrieb bezeichnet wird ( direktes Einschalten am Netz ) .
Synchronmaschinen sind elektrische Maschinen, welche als Synchronmotor oder als Synchrongenerator eingesetzt werden können . Synchronmaschinen können selbsterregt oder fremderregt sein . Fremderregte Synchronmaschinen weisen eine Erregereinrichtung auf . Selbsterregte Synchronmaschine weisen insbesondere Permanentmagnete zur Erregung auf . Beim Betrieb der Synchronmaschine ist auf den Leistungs faktor zu achten . Der Leistungs faktor ( auch Wirkleistungs faktor genannt ) ist in der Wechselstromtechnik das Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung P zur Scheinleistung S . Bei sinus förmigen Wechselgrößen ist der Wirkfaktor definiert aus dem Verhältnis Wirkleistung P zur Scheinleistung S . Dies wird auch als coscp bezeichnet . Bei Synchronmotoren im Netz- oder Umrichterbetrieb können durch die Erregereinrichtung die Leistungs faktoren verstellt bzw . eingestellt werden . Allgemein kann von einem Leistungsfaktor mit Wert 1 ausgegangen werden, da dies aus Sicht der Verluste und der Bereitstellung des Drehmoments der optimale Wert ist . Prinzipiell kann man den Motor auch an anderen Arbeitspunkten betreiben, das muss im Algorithmus entsprechend berücksichtigt werden können (variable oder statische Sollwertvorgabe des Leistungs faktors ) . Oft ist in der Inbetriebsetzungsphase eine optimale Einstellung des Erregerkreises nicht möglich, da nicht alle Punkte im Probebetrieb angefahren werden können . Eine nicht optimale Einstellung ist für den Betreiber nicht unmittelbar problematisch, wenn die Per- formance hinsichtlich des Drehmoments genügend ist . Der Erregerregelkreis kann hierbei unter Umständen insbesondere eher sekundär gesehen werden . Eine fehlerhafte oder falsch parame- trierte Erregereinrichtung oder defekte Erregereinrichtung führt insbesondere zu Anomalien im Leistungs faktor .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es , einen Fehler, eine Anomalie bzw . einen Defekt zu erkennen . Der oder die Fehler betref fen insbesondere eine fehlerhafte und/oder falsch parame- trierte Erregereinrichtung und/oder eine defekte Erregereinrichtung . Die Aufgabe betri f ft insbesondere einen Synchronmotor .
Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich nach einem Verfahren nach Anspruch 1 , einer Uberwachungseinrichtung nach Anspruch 11 bzw . einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 .
Bei einem Verfahren zur Überwachung einer Synchronmaschine , insbesondere eines Synchronmotors , insbesondere zur Überwachung einer Erregereinrichtung einer Synchronmaschine , insbesondere eines Synchronmotors , wird ein vom Leistungs faktor der Synchronmaschine bzw . des Synchronmotors abhängiger Einzelwert gemessen, wobei aus einer Viel zahl von Einzelwerten und/oder davon abhängigen Werten ein Überwachungswert gebildet wird . Der Einzelwert ist also beispielsweise der Leistungs faktor selbst . Der Einzelwert kann auch aus einer Vielzahl von Einzelwerten gebildet sein . Mithil fe der Überwachung von Einzelwerten und der Bildung eines Überwachungswertes aus den Einzelwerten kann automatisiert eine Anomalie erkannt werden . Dies ist auch in einem Langzeitbetrieb der Synchronmaschine möglich . Bei der Überwachung über eine lange Zeit wird also insbesondere nicht der Leistungs faktor von einer Netzperiode zur nächsten überwacht , sondern über längere Zeiträume von Minuten, Stunden, Tagen, Wochen bzw . Monaten . So ist eine automatisierte Identi fikation von Anomalien während des Langzeitbetriebs beispielsweise eines Synchronmotors mit Erregereinrichtung möglich . Ein Status „normal" oder „anormal" , der den aktuellen Gesundheits zustand der Erreger- einrichtung beschreibt , kann so verfügbar gemacht werden . Das Potential der Einsparung allein der Verluste ist bei größeren Motoren im Bereich von 50000kWh pro Jahr . Auf den Lebens zyklus ergibt sich ein beachtliches Einsparpotential . Die Überwachung erfolgt also insbesondere bei Synchronmaschinen größerer Leistung von mehreren hundert Kilowatt oder einigen Megawatt .
Durch eine Langzeiterfassung der Erregerwerte von Synchronmotoren kann sich eine automatisierte Auswertung des Leistungsfaktors ergeben bzw . wird diese dadurch ermöglicht . Anomalien können innerhalb kurzer Zeit automatisch bestimmt werden . Auch eine Änderung ( z . B . Reparatur ) der Erregereinrichtung wird beispielsweise anhand der Daten automatisiert erkannt . Der Fehlerstatus wird beispielsweise entsprechend zurückgesetzt .
Der Überwachungswert ist insbesondere eine Di f ferenz aus einem Sollwert für den Leistungs faktor und dem ermittelten Leistungs faktor bzw . auch nicht davon . Der ermittelte Leistungs faktor ist ein Beispiel für einen Einzelwert . Der Überwachungswert lässt sich beispielsweise wie folgt ermitteln . In einem Zeitraum werden in einem zeitlichen Abstand Leistungswerte LI bis LI O ermittelt . Weiterhin ist beispielsweise ein Soll-Leistungswert L-soll von 1 vorgegeben, wobei auch andere Sollwerte für den Leistungswert eingestellt werden können ( zum Beispiel 0 , 9 ) . Aus L-soll minus LI ergibt sich ein erster Zwischen-Überwachungswert ZW1 ( L-soll - LI = ZW1 ) . Aus L-soll minus L2 ergibt sich ein zweiter Zwischen- Überwachungswert ZW2 . Aus einer Addition der Zwischen- Überwachungswerte ZW1 bis ZW10 ergibt sich eine Gesamtfehlersumme W . Die Gesamtfehlersumme W kann als Überwachungswert angesehen werden .
Durch die automatisierte Überwachung kann man es sich ersparen, den Leistungs faktor manuell durch Experten überwachen zu lassen . Beispielsweise dient eine Betrachtung einer Zeitreihe in unregelmäßigen Zeitintervallen zur Einordnung des aktuel- len Gesundheits zustands . Zur Überwachung können in einer Ausgestaltung auch statische Grenzwerte für den Leistungs faktor gesetzt werden, was in einigen Betriebspunkten allerding zu Falschindikationen führen kann . So wird bei einer statischen Betrachtung ein fixer Grenzwert bestimmt und, wenn der Leistungs faktor diesen unterschreitet , kommt es zu einer Warnung . Auch bei einer zeitlichen manuellen Auswertung der Grenzwerte können sich Fehler ergeben . Es ist also ein sehr spezi fisches Expertenwissen notwendig, welches eine tiefe Datenaggregation voraussetzt . Eine Analyse kann mit hohem personellem Aufwand verbunden sein . Bei einer manuellen Überwachung sind sehr lange Zeiträume im Betrieb manuell zu beobachten und hinsichtlich der Ausschlusskriterien zu bewerten . Durch die Bildung eines Überwachungswertes kann dieses Problem überwunden werden, wobei der Überwachungswert aus einer Viel zahl von Einzelwerten gebildet wird bzw . von diesen abhängt , wobei die Einzelwerte von Leistungs faktoren eines Zeitraumes abhängen .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Bildung, beispielsweise durch Berechnung, des Überwachungswertes Einzelwerte verwendet , also insbesondere eine Viel zahl von Einzelwerten verwendet , welche in einem statischen Betriebs zustand des Synchronmotors ermittelt werden, bzw . ermittelt sind . Ein statischer Betriebs zustand des Synchronmotors ist beispielsweise ein Betriebs zustand, in welchem sich die Drehzahl , insbesondere die Solldrehzahl , des Synchronmotors nur geringfügig ändert . Eine geringfügige Änderung der Drehzahl liegt beispielsweise dann vor, wenn die Umdrehungen sich um weniger als 10 Umdrehungen/min innerhalb 1 Minute ändern . Ein weiteres Beispiel für eine geringfügige Änderung der Drehzahl ist es , wenn sich die Drehzahl innerhalb 1 Minute um weniger als 1 Prozent ändert .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Bildung des Überwachungswertes Einzelwerte ausgenommen, welche in einem dynamischen Betriebs zustand des Synchronmotors ermittelt werden bzw . ermittelt sind . Ein dynamischer Betriebs zustand ist beispielsweise der Anlauf des Elektromotors oder die Still- Setzung des Synchronmotors . Ein dynamischer Betriebs zustand des Synchronmotors liegt beispielsweise dann vor, wenn sich die Drehzahl des Synchronmotors um mehr als 10 Umdrehun- gen/min innerhalb 1 Minute ändert . Ein weiteres Beispiel für einen dynamischen Betriebs zustand ist eine Drehzahländerung innerhalb 1 Minute um mehr als 1 Prozent . Der Synchronmotor ist in seinem Einsatz insbesondere dadurch geprägt , dass im Betrieb unterschiedliche Solldrehzahlen und/oder unterschiedliche Lasten vorgesehen sind .
Bei der Überwachung des Synchronmotors ist es insbesondere von Bedeutung nicht den coscp absolut durch Grenzwerte zu überwachen, da der coscp an unterschiedlichen Arbeitspunkten, wie beispielsweise in dynamischen Betriebs zuständen unterschiedliche Werte annehmen kann . Von Bedeutung kann es für die vorliegende Überwachung sein, wie sich der Leistungs faktor in statischen Zuständen über die Zeit entwickelt bzw . verändert .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist der Synchronmotor im Betrieb unterschiedliche Solldrehzahlen auf . Nach dem Verfahren kann also überwacht werden, wie sich der Leistungs faktor bei unterschiedlichen Solldrehzahlen in statischen Betriebs zuständen über die Zeit entwickelt . Ein Synchronmotor ist insbesondere in einem energetisch optimalen Betriebs zustand zu halten . Hierzu ist der Leistungs faktor zu überwachen . Bei einem Synchronmotor erfolgt eine energetisch optimale Nutzung bei einem coscp gleich 1 .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Viel zahl von Einzelwerten aus einem Zeitraum entnommen, welcher insbesondere frei bestimmbar ist , wobei der Zeitraum insbesondere eine Länge von zumindest einer Minute aufweist bzw . eine Länge von Minuten bis Monate aufweist . Der zeitliche Abstand der verwendeten Einzelwerte innerhalb des Zeitraumes kann beispielsweise eine oder mehrere Sekunden ( insbesondere also größer eine Sekunde ) bzw . eine oder mehrere Minuten sein ( insbesondere also größer eine Minute ) . Der Abstand ist ins- besondere einstellbar. Der Abstand beträgt beispielsweise 10 Sekunden bis 120 Sekunden) . Hierbei werden insbesondere nur Einzelwerte betrachtet, welche in einem stationären Betrieb der Synchronmaschine bzw. des Synchronmotors ermittelt wurden .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird im gebildeten Überwachungswert eine Gewichtung nach der Zeit durchgeführt. Der Überwachungswert kann also aus einer Summe von Werten gebildet werden, wobei die Werte abhängig vom Alter unterschiedlich gewichtet werden. Ist beispielsweise ein erster Wn und ein zweiter Wert Wn+1 gegeben, so kann ein neuer Wert durch einen Vergessensfaktor Alpha gebildet werden: Überwachungswert = Wn+1 + (Wn * (1-Alpha) ) , wobei Alpha kleiner 1 ist .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Einzelwerte abhängig vom Betriebszustand der Synchronmaschine bzw. des Synchronmotors verwendet. Leistungsfaktoren werden also insbesondere nicht berücksichtigt, wenn diese z.B. in einem Hochlauf der Synchronmaschine bzw. des Synchronmotors ermittelt wurden. Leistungsfaktoren werden insbesondere dann berücksichtigt, wenn diese in einem stationären Zustand der Synchronmaschine bzw. des Synchronmotors ermittelt wurden.
Diese Bewertung setzt aber ein Expertenwissen voraus, da in vielen Betriebszuständen der Leistungsfaktor vom Sollwert abweicht. Dies ist bedingt z.B. durch An- und Abfahren des Motors, Lastwechsel, prozessuale Drehzahlsollwerteänderungen. Diese Betriebszustände müssen in die Bewertung einfließen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird durch den Überwachungswert eine Anomalie erkannt, wobei die Anomalie insbesondere die Erregereinrichtung betrifft. So kann beispielweise eine defekte Erregereinrichtung erkannt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der Erfassung der Einzelwerte auch die Drehzahl der Synchronmaschine bzw. des Synchronmotors berücksichtigt . Beispielsweise kann der Leistungs faktor mit dem Vorzeichen der Motordrehzahl multipli ziert werden . So erfolgt die Überwachung drehzahlunabhängig .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Erkennen der Anomalie der Leistungs faktor des Synchronmotors verbessert . Dies gelingt beispielsweise durch eine Optimierung der Regelung der Erregereinrichtung oder durch den Austausch oder eine Reparatur eines Bauteils , wie eines defekten Leistungshalbleiterventils oder einer Regelungsbaugruppe , etc . In einer Ausgestaltung wird durch die Optimierung wieder ein coscp von 1 erreicht .
Bei einer Überwachungseinrichtung einer Synchronmaschine bzw . eines Synchronmotors wird bzw . ist insbesondere zur Überwachung einer Erregereinrichtung der Synchronmaschine bzw . des Synchronmotors die Überwachungseinrichtung in einer Baueinheit eines Stromrichters bzw . in einer Baueinheit einer Regelung und/oder Steuerung der Synchronmaschine bzw . des Synchronmotors integriert , wobei die Überwachungseinrichtung zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren verwendbar ist . Die Baueinheit des Stromrichters ist beispielsweise ein Schaltschrank oder ein Gehäuse . Die Baueinheit der Regelung und/oder Steuerung ist beispielsweise ein Gehäuse oder eine Platine .
Ein Computerprogrammprodukt weist eine Programmierung zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren auf , wobei das Computerprogrammprodukt insbesondere auf der Überwachungseinrichtung ablauf fähig ist .
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Figure näher dargestellt und erläutert .
Gemäß der Erfindung ist eine kontinuierliche und kontextbezogene Überwachung des Leistungs faktors möglich . Das Ablaufdiagramm verdeutlicht mögliche einzelne Schritte und hebt mögli- ehe Vorteile gegenüber der bisherigen manuellen Problemlösung (manuelle Expertenüberwachung bzw . Grenzwertbetrachtung) hervor . Dabei können nach der Erfindung alle nachfolgend beschriebenen Schritte oder auch nur ein Schritt oder nur ein ausgewählter Teil der im Folgenden beschriebenen Schritte durchgeführt werden :
Schritt
Vorverarbeitung 1 :
Multipli ziere den neuen Leistungs faktor mit dem Vorzeichen der Motordrehzahl -
Im ersten Schritt wird der aktuelle Leistungs faktor mit dem Vorzeichen der Motordrehzahl multipli ziert . Dies garantiert , dass negative Leistungs faktoren nicht fälschlicherweise als fehlerhaft erkannt werden . Im Vergleich zur bisherigen Problemlösung werden hier zusätzliche Messwerte betrachtet , was die „Falsch-Positiv" Rate reduziert ( „Falsch-Positiv" Rate : Zeitpunkte , die fälschlicherweise als anormal eingestuft werden und somit unnötigerweise Aufmerksamkeit beanspruchen) .
Schritt
Filter 2 :
Betrachte nur Zeitstempel in denen die Maschine , wie zum Beispiel der Synchronmotor, stationär betrieben wird -
Im zweiten Schritt werden nur relevante Zeitstempel von Einzelwerten gefiltert . Als irrelevant gelten insbesondere Messwerte (Einzelwerte ) , die einen bestimmten Zeitraum vom nächsten Aus-Zustand entfernt liegen .
Zeiträume , in denen die Maschine nicht läuft ( inkl . z . B . Anfahr- und Herunterf ahrzeiten) , werden nicht in die Betrachtung hinzugezogen werden und somit die Falsch-Positiv Rate verringert . Anders als bei der bisherigen Problemlösung werden zusätzliche Informationen in Betracht gezogen und der Leistungs faktor im Gesamtkontext betrachtet , anstatt nur dessen Rohwerte einzuordnen . Schritt
Fehlersumme 3:
Addiere die Abweichung des Leistungsfaktors zur Gesamtfehlersumme, welche vorher mit einem Vergessensfaktor (alpha) multipliziert wird - Nach der Datenvorbereitung wird der Fehler (Differenz zwischen tatsächlichem Leistungsfaktor und erwartetem Wert 1) zu einer Gesamtfehlersumme addiert. Diese wird vorher mit einem Vergessensfaktor (a <1) multipliziert, wodurch vorherige Fehler weniger stark gewichtet werden. Dadurch nimmt die Gesamtfehlersumme im Laufe der Zeit wieder ab und zurückliegende Fehler werden nicht dauerhaft weitergetragen.
Schritt
Grenzwert 4 :
Erkenne eine Anomalie über eine Gesamtfehlersumme - Überschreitet die Fehlersumme einen Wert, wird der Zeitpunkt als anormal eingeordnet. Einzelne Messfehler werden nicht als anomal klassifiziert. Stattdessen werden die Fehler auf summiert und erst bei Überschreitung einer Grenze wird eine Anomalie erkannt. Das Vorgehen gewährleistet die Reduzierung der Falsch-Positiv Rate. Erst wenn eine Anhäufung an unerwarteten Leistungsfaktoren auftaucht, wird eine Anomalie erkannt. Außerdem fallen größere Abweichungen stärker ins Gewicht, da die Fehlersumme bei stärkeren Abweichungen schneller anwächst .
Schritt
Maximale Fehlersumme 5:
Stelle sicher, dass die Fehlersumme ein Maximum nicht übersteigt -
Die Fehlersumme wird auf ein Maximum begrenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass sie nicht zu groß wird und somit ein Austausch der defekten Erregereinrichtung zeitnah festgestellt wird. Durch den Vergessensfaktor reduziert sich die Fehlersumme bei Normalbetrieb, wodurch nach ausreichend normalen Messwerten der Status automatisch auf normal gesetzt wird . Ein Vorteil der Erfindung kann beispielsweise dadurch bestehen, dass nach Reparatur einer Erregereinrichtung kein manueller Eintrag der Reparatur erfolgen muss . Nach einer gewissen Zeit erkennt der Algorithmus die Änderung anhand der Da- ten nämlich automatisch .
Durch die beschriebenen Aus führungen ergibt sich eine automatisierte Überwachung des Leistungs faktors . Durch eine kontextbezogene Fehlersumme ( z . B . durch die ausschließliche Ver- Wendung von Werten in einem stationären Betrieb ) , werden insbesondere Ausreißer ignoriert , Anhäufungen erkannt und Änderungen dynamisch bestimmt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Synchronmotors, insbesondere zur Überwachung einer Erregereinrichtung der Synchronmaschine, wobei ein vom Leistungsfaktor des Synchronmotors abhängiger Einzelwert gemessen wird, wobei aus einer Vielzahl von Einzelwerten und/oder davon abhängigen Werten ein Überwa- chungswert (3) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Bildung des Überwa- chungswertes (3) Einzelwerte verwendet werden, welche in einem statischen Betriebszustand des Synchronmotors ermittelt werden bzw. ermittelt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Bildung des Überwachungswertes (3) Einzelwerte ausgenommen werden, welche in einem dynamischen Betriebszustand des Synchronmotors ermittelt werden bzw. ermittelt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Asynchronmotor im Betrieb unterschiedliche Solldrehzahlen aufweist .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Einzelwerten aus einem Zeitraum sind, welcher insbesondere frei bestimmbar ist, wobei der Zeitraum insbesondere eine Länge von zumindest einer Minute bzw. eine Länge von Minuten bis Monate aufweist.
6. Verfahren nacheinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im gebildeten Überwachungswert eine Gewichtung (3) nach der Zeit erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Einzelwerte abhängig vom Betriebszustand (2) des Synchronmotors verwendet werden.
8 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei durch den Überwachungswert eine Anomalie erkannt wird, wobei die Anomalie insbesondere die Erregereinrichtung betri f ft .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei mit den Einzelwerten auch die Drehzahl ( 1 ) des Synchronmotors berücksichtigt wird .
10 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 , wobei nach dem Erkennen der Anomalie der Leistungs faktor des Synchronmotors verbessert wird .
11 . Überwachungseinrichtung eines Synchronmotors , insbesondere zur Überwachung einer Erregereinrichtung des Synchronmotors , wobei die Überwachungseinrichtung in einer Baueinheit eines Stromrichters bzw . in einer Baueinheit einer Regelung und/oder Steuerung des Synchronmotors integriert ist , wobei die Überwachungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens , nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendbar ist .
12 . Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , bei Ablauf auf einer Überwachungseinrichtung nach Anspruch 11 .
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