WO2018033366A1 - Verfahren und vorrichtung zur online-verfolgung der thermischen belastung eines elektromotors - Google Patents
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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- H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
- H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
Definitions
- the invention relates to a method and a device for tracking during operation (online tracking) of the thermal load of an electric motor, preferably during asynchronous startup of its rotor.
- the inven- tion also relates to an associated Computerpro ⁇ grams (-product) and a computer readable medium.
- the invention is particularly in the field of electric motors ⁇ . Overheating damages electric motors. Especially with large drives whose rotors are exposed to high thermal loads during startup, it is very important to control the temperature of the rotating rotor Tempe ⁇ . Especially large drives, for example for the gas, oil or chemical industry, are particularly critical. Here are often called leg ⁇ pole motors used as a drive, which generate a lot of heat during asynchronous start briefly. If such a motor is started several times in succession, then extremely high temperatures quickly develop inside it. Therefore, cooling times must be maintained between turning off the engine and restarting. The temperatures in the critical areas inside the engine can not be directly measured technically. Measuring the temperature in the engine interior is possible, if at all, only with great effort. The required cooling time - for example, twelve hours - is therefore so far conservative determined to safely exclude thermal damage to the drive. Often, the cooling times are so much longer than it would be necessary.
- Measuring the temperature is possible, if at all, only with great effort. After another, second Starting the electric motor is often critical. If an electric motor is started too often, there is a risk of permanent damage to the electric motor.
- the invention claims a device for tracking during operation of the thermal load of an electric motor by the rotational movement of its rotor pointing to ⁇ :
- control unit which is designed to receive measurement data relating to the electricity and / or the kinetics of the electric motor during operation of the electric motor and by means of a mathematical model derived from a predefinable motor geometry for physical quantities of the overall condition of the motor and the measurement data to determine as input data in real time at least one temperature value approximated to a fictitious real value, and one dependent on the overall state of the engine and / or of the Configuration of the engine dependent temperature curve for the definition of a cooling period for reducing the thermal load of the electric motor prognostic ⁇ ren, wherein the resulting from the at least one ⁇ fenden determination, approximate temperature value enters as the starting value in the tempera ⁇ turverlauf to be forecast, and
- the thermal load of the electric motor arises in particular by the rotational movement of the rotor during asynchro ⁇ nen startup of the electric motor.
- the electricity of the electric motor can be expressed by the current.
- the Ki ⁇ netics of the electric motor can be expressed by the speed of the rotor. It is approximated to a temperature value to a real value fik ⁇ tive.
- the fictitious real value for the Tem is ⁇ peraturwert not measurable and therefore can only be accepted or simulated.
- the approximate temperature value can be used as starting condition for the forecast of the temperature profile, the ⁇ nen.
- the thermal load of the electric motor can be expressed by the temperature at measurable points.
- the derived mathematical model is based on the
- Electricity and / or on the kinetics of the electric motor bezo ⁇ gene input data in particular the quantities current and speed reduced.
- the invention enables such an exact calculation of Tempe ⁇ temperature in the engine during operation, as if directly in the motor the temperature would be measured.
- the current conditions and conditions can be detected and from this the time prog ⁇ nosti extend when the engine can be turned on again.
- the conservatively estimated cooling times mentioned above can be significantly reduced.
- a development of the invention provides that at least one threshold value for the at least one approximate temperature value can be predetermined, wherein when it is exceeded the release can be blocked.
- a development of the invention provides that at least one confidence interval can be specified for the real value.
- all confidence intervals calculated on the basis of measured data can include the true value of the temperature to be determined. From the related to predictive cooling time can be calculation ⁇ net.
- An embodiment of the invention provides that the number of clearances and / or the time intervals of the releases can be predetermined.
- the device or apparatus provides means and / or units or devices and / or modules for implementing the above-mentioned procedure before, the pronounced respective hardware and / or firmware moderately and / or software or as a Compu ⁇ terprogramm or computer program product to be Kgs ⁇ NEN.
- Another aspect of the invention is a method of currency rend operation follower tracing the thermal load of an electric motor of its Ro ⁇ tors by the rotational movement, comprising the steps of: Receiving measured data related to the electricity and / or the kinetics of the electric motor during the operation of the electric motor,
- the method can be surege ⁇ forms according to how the device.
- Another aspect of the invention is a computer program product or a computer program having means for performing the above method when the Computerpro ⁇ grams (-product) housed in an above-mentioned system or in an above-mentioned apparatus or means of the apparatus for carrying becomes.
- the processing means may comprise a commercially available computer or server with appropriate input, output and SpeI ⁇ cherstoffn. This processing device can be integrated in the device or in its means.
- Another aspect of the invention provides a technical Anla ⁇ ge.
- the plant comprises at least one component and is characterized among other things by a plant type.
- an (electric) motor M is shown, whose not shown in the figure, rotatable rotor T by a switch S on (on) or off (off) can be.
- CAD computer aided design
- Such a model is usually a 3D model in conventional simulation.
- the simulation calculations are thus very computationally intensive and thus often not real-time capable.
- a so-called virtual detection unit V comprises a release ⁇ unit R, which releases the switch S, the switching on of the motor. This release unit is controlled by means of a scarf ⁇ ter S controlling control unit C.
- a data unit L for example, temperature limits or switch limits such as, for example, the maximum number of circuits and the associated releases and time intervals of the circuit or the releases are threshold values
- the virtual detection unit V a Prognostizierech F on which the motor measurable large ⁇ SEN DATA, such as current intensity (English: Current) and speed (English: revolution), during which operation over time (English: over time) receives and has knowledge of the given or predefinable engine geometry or configuration.
- Areas suitable for measurement may be temperature values for the engine used, for example, to calibrate or adjust the simulation method.
- the simulated, virtual (calculated) temperature values can be compared with the measured temperature values to provide an exact or adapted model for simulation of the fictitious temperature inside the engine to obtain.
- Contact following several fictive temperature ⁇ measured values are determined, which are continuously compared with predetermined thresholds ⁇ values. If one or more thresholds are exceeded, this ultimately leads to the blocking explained below.
- the control unit C and the release unit R output unit 0 which can be implemented in the form of diodes or a kind of traffic light display or by a web service, the enabling or disabling the release of the switch S for switching on / off of the engine.
- all confidence intervals calculated on the basis of said measured data can include the real value or exact value of the temperature of the engine interior to be determined.
- the associated cooling time can be predicted.
- a Temperaturver ⁇ running can be predicted depending on different scenarios, which may include the overall condition of the engine and its configuration. Configurations may be that the rotational speed ei ⁇ NEN particular value and / or current may include a specific value determined value and / or the current intensity.
- a scenario is the "how ⁇ derein tough" in the example. There may be other scenarios such as "currency rend operation of the engine” and / or other ships who ⁇ .
- the mathematical model of the engine calculates or simulates the forecasting unit F, also referred to as a simulator, the temperature inside the drive of the other engine.
- a simulator the temperature inside the drive of the other engine.
- Different engine types heat up differently. For example, the small engine heats up hardly when starting, but slowly and continuously under continuous load.
- the invention also has the advantage that the ma ⁇ thematic model with a commercial software tool such as Matlab can be described and calculated. From a software architecture perspective, the simulation can thus be converted into a conventional, purely data-driven one
- SUC ⁇ gen which (collectively referred to as computer readable storage) on computer readable storage media or volatile computer memories gen.
- Computer-readable memory for example, volatile storage such as caches, buffers, or RAM and non-volatile memory as Kirda ⁇ pinion carrier, hard disks, etc.
- the functions or steps described above may be in the form of at least one instruction set in / on a computer-readable memory.
- the functions or Steps are not tied to a specific instruction ⁇ set or to a particular form of instruction sets, or to a particular storage medium or to a particular processor or to specific design schemes and can by software, firmware, microcode, hardware, Prozes ⁇ sensors, integrated circuits, etc. be carried out alone or in any combination.
- Various processing strategies can be used, for example serial processing by a single processor or multiprocessing or multitasking or parallel processing, etc.
- the instructions may be stored in local memories, but it is also possible to store the instructions on a remote system and access them via network.
- processor central signal processing
- Control unit or “data evaluation means” as here USAGE ⁇ det, processing means includes in the broad sense, that is, for example, servers, general purpose processors, Gardnerluxo ⁇ ren, digital signal processors, application specific inte ⁇ grated circuits (ASICs), programmable logic circuits, such as FPGAs, discrete analog or digital circuits and be ⁇ undesirables combinations thereof, and any other processing means known in the art or developed in the future.
- Processors can consist of one or more devices or devices or units. If a processor consists of several devices, these can be designed or configured for the parallel or sequential processing or execution of instructions.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Die Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zur während des Betriebs mitlaufenden Verfolgung der thermischen Belastung eines Elektromotors (M) durch die Drehbewegung seines Rotors (T) aufweisend: - eine Steuereinheit (C), welche dazu ausgelegt ist, auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezogene Messdaten gemessen während des Betriebs des Elektromotors zu empfangen und mittels eines aus einer vorgebbaren Motorgeometrie (G) abgeleiteten mathematischen Modells für physikalische Größen des Gesamtzustandes des Motors sowie den Messdaten als Eingabedaten in Echtzeit mitlaufend wenigstens einen an einen fiktiven Realwert angenäherten Temperaturwert zu ermitteln und einen vom Gesamtzustand des Motors abhängigen und/oder von der Konfiguration des Motors abhängigen Temperaturverlauf zur Definition eines Abkühlzeitraums zur Reduzierung der thermischen Belastung des Elektromotors zu prognostizieren, wobei der aus dem wenigstens einen aus der mitlaufenden Ermittlung resultierende, angenäherte Temperaturwert als Startwert in den zu prognostizierenden Temperaturverlauf eingeht, und - eine Freigabeeinheit (R) zur Freigabe eines weiteren und/oder erneuten Betriebes des Elektromotors nach Ablauf des prognostizierten Abkühlzeitraums.
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Online-Verfolgung der thermischen Belastung eines Elektromotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur während des Betriebs mitlaufenden Verfolgung (Online- Verfolgung) der thermischen Belastung eines Elektromotors vorzugsweise beim asynchronen Anfahren seines Rotors. Die Er- findung bezieht sich zudem auf ein zugehöriges Computerpro¬ gramm (-produkt) und ein computerlesbares Medium.
Technischer Hintergrund Die Erfindung liegt insbesondere auf dem Gebiet von Elektro¬ motoren. Überhitzung schädigt Elektromotoren. Gerade bei großen Antrieben, deren Rotoren beim Anfahren hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist es sehr wichtig, die Tempe¬ ratur des drehenden Rotors zu kontrollieren. Gerade große An- triebe, etwa für die Gas-, Öl- oder Chemieindustrie, sind besonders kritisch. Hier werden häufig sogenannte Schenkel¬ polmotoren als Antrieb eingesetzt, die beim asynchronen Anfahren kurzzeitig viel Wärme erzeugen. Wird so ein Motor mehrmals hintereinander gestartet, dann entstehen in seinem Inneren schnell extrem hohe Temperaturen. Daher müssen zwischen dem Ausschalten des Motors und dem neuen Hochfahren Abkühlzeiten eingehalten werden. Die Temperaturen in den kritischen Bereichen im Inneren des Motors lassen sich technisch nicht direkt messen. Ein Messen der Temperatur im Motorinne- ren ist hierbei, wenn überhaupt, nur mit sehr großem Aufwand möglich. Die erforderliche Abkühlzeit - zum Beispiel zwölf Stunden - wird daher bislang konservativ ermittelt, um eine thermische Beschädigung des Antriebs sicher auszuschließen. Oftmals sind die Abkühlzeiten so deutlich länger, als es not- wendig wäre.
Ein Messen der Temperatur ist hierbei, wenn überhaupt, nur mit sehr großem Aufwand möglich. Nach einem erneuten, zweiten
Start des Elektromotors wird es oftmals kritisch. Wird ein Elektromotor zu häufig gestartet, dann droht eine dauerhafte Beschädigung des Elektromotors.
Während der Entwicklung der Motoren entstehen in der Regel CAD-Modelle. Ausgehend von solchen Modellen können mathemati sehe Modelle aufgestellt werden, die die Geometrie und Mate¬ rial des Motors erfassen, um die Eigenschaften der Antriebe zu bestimmen. Es werden in der Regel datenbasierte Verfahren verwendet, um auf die erforderlichen Ruhezeiten des Motors schließen zu können. Solche Modelle sind jedoch zu komplex, um in Echtzeit zu rechnen.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu entwickeln, mit dem/der das Geschehen im Inneren eines Motors in Echtzeit verfolgt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Die Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zur während des Betriebs mitlaufenden Verfolgung der thermischen Belastung eines Elektromotors durch die Drehbewegung seines Rotors auf¬ weisend :
- eine Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezogene Messdaten gemessen während des Betriebs des Elektromotors zu empfangen und mittels eines aus einer vorgebbaren Motorgeometrie abgeleiteten mathematischen Modells für physikalische Größen des Gesamtzustandes des Motors sowie den Messdaten als Eingabedaten in Echtzeit mitlaufend wenigstens einen an einen fiktiven Realwert angenäherten Temperaturwertes zu ermitteln und einen vom Gesamtzustand des Motors abhängigen und/oder von der
Konfiguration des Motors abhängigen Temperaturverlauf zur Definition eines Abkühlzeitraums zur Reduzierung der thermischen Belastung des Elektromotors zu prognostizie¬ ren, wobei der aus dem wenigstens einen aus der mitlau¬ fenden Ermittlung resultierende, angenäherte Temperaturwert als Startwert in den zu prognostizierenden Tempera¬ turverlauf eingeht, und
- eine Freigabeeinheit zur Freigabe eines weiteren
und/oder erneuten Betriebes des Elektromotors nach Ab¬ lauf des prognostizierten Abkühlzeitraums.
Die thermische Belastung des Elektromotors entsteht dabei insbesondere durch die Drehbewegung des Rotors beim asynchro¬ nen Anfahren des Elektromotors. Die Elektrizität des Elektro¬ motors kann durch die Stromstärke ausgedrückt werden. Die Ki¬ netik des Elektromotors kann durch die Drehzahl des Rotors ausgedrückt werden. Es wird ein Temperaturwert an einen fik¬ tiven Realwert angenähert. Der fiktive Realwert für den Tem¬ peraturwert ist nicht messbar und kann deshalb nur angenommen bzw. simuliert werden. Der angenäherte Temperaturwert kann als Startzustand für die Prognose des Temperaturverlaufs die¬ nen. Die thermische Belastung des Elektromotors kann durch die Temperatur an messbaren Stellen ausgedrückt werden kann. Damit kann eine dynamische Korrektur des ermittelten wenigs¬ tens einen an den fiktiven Realwert angenäherter Temperaturwert mit Hilfe von empfangenen und/oder berechneten Temperaturwerten an messbaren Stellen am Motor vorgenommen werden, um eine vorgegebene Modellgenauigkeit zu erzielen und ggf. das mathematische Modell in Echtzeit anzupassen.
Zur Befähigung von rechenintensiven räumlichen und zeitlichen Temperaturverteilungsberechnungen zu echtzeitfähigen Berechnungen ist das abgeleitete mathematische Modell auf die
Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezo¬ gene Eingabedaten, insbesondere die Größen Stromstärke und Drehzahl, reduziert.
Die Erfindung ermöglicht eine so exakte Berechnung der Tempe¬ ratur im Motor während des Betriebs, als ob direkt im Motor
die Temperatur gemessen würde. Die aktuellen Bedingungen und Zustände können erfasst werden und daraus der Zeitpunkt prog¬ nostiziert, wann der Motor wieder eingeschaltet werden kann. So können die eingangs erwähnten konservativ geschätzten Ab- kühlzeiten deutlich verkürzt werden.
Aufgrund von Größen wie Stromstärke, Drehzahl des Rotors, und gegebenenfalls Druck und Zustand des Motors kann eine Art virtuelle Messung der Temperatur simuliert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Schwellenwert für den mindestens einen angenäherten Temperaturwert vorgebbar ist, wobei bei dessen Überschreiten die Freigabe gesperrt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Konfidenzintervall für den Realwert vorgebbar ist.
Aufgrund von eines oder gegebenenfalls mehreren vorgebbaren Konfidenzniveaus (in Prozent) können alle auf Grundlage von gemessenen Daten berechneten Konfidenzintervalle den wahren Wert der zu ermittelnden Temperatur beinhalten. Daraus kann die damit verbundene, zu prognostizierende Abkühlzeit berech¬ net werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der Freigaben und/oder die zeitlichen Abstände der Freigaben vorgebbar sind.
Die Einrichtung bzw. Vorrichtung sieht Mittel und/oder Einheiten bzw. Einrichtungen und/oder Module zur Durchführung des oben genannten Verfahrens vor, die jeweils hardwaremäßig und/oder firmwaremäßig und/oder softwaremäßig bzw. als Compu¬ terprogramm bzw. Computerprogrammprodukt ausgeprägt sein kön¬ nen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur wäh- rend des Betriebs mitlaufenden Verfolgung der thermischen Belastung eines Elektromotors durch die Drehbewegung seines Ro¬ tors, aufweisend folgende Schritte:
- Empfangen auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezogene Messdaten gemessen während des Betriebs des Elektromotors,
- in Echtzeit mitlaufend Ermitteln wenigstens eines an den Realwert angenäherten Temperaturwertes mittels eines aus einer vorgebbaren Motorgeometrie abgeleiteten mathematischen Modells sowie aus den Messdaten als Eingabedaten,
- Prognostizieren eines Abkühlzeitraums zur Reduzierung der thermischen Belastung des Elektromotors aus dem wenigstens einen angenäherten Temperaturwert, und
- Freigabe eines weiteren und/oder erneuten Betriebes des Elektromotors nach Ablauf des prognostizierten Abkühlzeitraums .
Das Verfahren kann entsprechend wie die Vorrichtung weiterge¬ bildet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt bzw. ein Computerprogramm mit Mitteln zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, wenn das Computerpro¬ gramm (-produkt) in einem oben genannten System bzw. in einer oben genannten Vorrichtung oder in Mitteln der Vorrichtung zur Ausführung gebracht wird. Das Computerprogramm bzw.
-produkt kann auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein. Das Computerprogramm bzw. -produkt kann in einer üblichen Programmiersprache (z.B. C++, Java) erstellt sein. Die Verarbeitungseinrichtung kann einen marktüblichen Computer oder Server mit entsprechenden Eingabe-, Ausgabe- und Spei¬ chermitteln umfassen. Diese Verarbeitungseinrichtung kann in der Vorrichtung oder in deren Mitteln integriert sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine technische Anla¬ ge vor.
Die Anlage umfasst dabei mindestens eine Komponente und ist unter anderem durch einen Anlagentyp charakterisiert.
Beispiele hierfür sind:
eine Automatisierungsanlage,
eine Fertigungs- bzw. Produktionsanlage,
eine Reinigungsanlage,
eine Wasseraufbereitungsanlage,
eine Maschine,
eine Strömungsmaschine,
eine Energieerzeugungsanlage.
Ausführungsbeispiel (e) :
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt die einzige Figur schematisch eine Freigabe eines
Ein-/Ausschalters eines Motors, welcher durch eine virtuelle Messdatenerfassung unterstützt wird.
In der Figur wird ein (Elektro- ) Motor M gezeigt, dessen nicht in der Figur näher dargestellter, drehbarer Rotor T durch einen Schalter S ein- (on) bzw. ausgeschaltet (off) werden kann. Von dem Motor sind die Motorgeometrie G und gegebenenfalls die Motorkonfiguration durch ein Modell z.B. ein CAD- Modell (CAD = Computer aided design) bekannt. Ein solches Modell ist in der herkömmlichen Simulation üblicherweise ein 3D- Modell. Die die Simulations-Berechnungen sind somit sehr rechenintensiv und somit oft nicht echtzeitfähig . Eine sogenannte virtuelle Erfassungseinheit V umfasst eine Freigabe¬ einheit R, die dem Schalter S das Einschalten des Motors freigibt. Diese Freigabeeinheit wird mittels einer den Schal¬ ter S kontrollierenden Steuereinheit C gesteuert. In einer Dateneinheit L sind beispielsweise Temperaturgrenzen bzw. Schaltergrenzen wie z.B. die maximale Anzahl der Schaltungen und der damit verbundenen Freigaben sowie zeitliche Abstände der Schaltung bzw. der Freigaben als Schwellenwerte
vorgebbar. Des Weiteren weist die virtuelle Erfassungseinheit V eine Prognostiziereinheit F auf, die am Motor messbare Grö¬ ßen DATA, wie Stromstärke (englisch: Current) und Drehzahl
(englisch: revolution) , während dessen Betriebes über die Zeit (englisch: over time) aufnimmt und Kenntnis über die vorgegebenen bzw. vorgebbare Motorgeometrie bzw. - konfiguration hat.
Aufgrund der Größen wie Stromstärke und Drehzahl des Rotors sowie ggf. Druck, die am Motor während seines Betriebs in Echtzeit (online) mitlaufend gemessen werden kann, und Zu¬ stand des Motors kann eine Art virtuelle Messung der Tempera¬ tur im Motorinneren simuliert werden. Der reale bzw. exakte Temperaturwert im Inneren des Motors kann technisch nicht ge¬ messen werden, jedoch kann ein mathematisches Verfahren für die Simulation des Temperaturmesswertes verwendet werden, das gegenüber den eingangs genannten Simulationsverfahren auf ein geeignetes Maß reduziert wird, um in Echtzeit berechenbar zu sein. Deshalb wird eine mathematische Ordnungsreduktion des 3D-Modells durchgeführt. Mit dem reduzierten mathematischen Modell werden weniger Zustände und/oder Konfigurationen des Motors bei der Simulation berücksichtigt. Im Zusammenhang mit dem Umfeld von komplexeren Anlagen wird zur Reduktion des mathematischen Modells nicht nur mit Eigenwerten gerechnet, sondern zusätzlich noch einer mathematische Transformation durchgeführt. Dadurch werden EchtZeitberechnungen bzw. Simulationen ermöglicht. Der simulierte Temperaturmesswert ist an den fiktiven Realwert der Temperatur im Motorinneren angenähert. Der Realwert ist deshalb fiktiv, da er tatsächlich nicht gemessen, sondern nur angenommen bzw. simuliert werden kann. Es wird in Echtzeit während des Betriebs mitlaufend die thermische Belastung des Motors durch die Drehbewegung seines Rotors verfolgt.
Es können Stellen, die zur Messung geeignet sind, Temperaturwerte für den Motor abgenommnen werden, die beispielsweise zur Kalibrierung bzw. Einstellung des Simulationsverfahrens verwendet werden. So können die simulierten, virtuellen (berechneten) Temperaturwerte mit den gemessenen Temperaturwerten abgeglichen werden, um ein exaktes bzw. adaptiertes Modell für Simulation der fiktiven Temperatur im Motorinneren
zu erhalten. Mitlaufend werden mehrere fiktive Temperatur¬ messwerte ermittelt, die laufend mit vorgebbaren Schwellen¬ werten verglichen werden. Wird ein oder mehrere Schwellenwerte überschritten, führt dies letztendlich zur nachstehend er- läuterten Sperrung. Anhand einer mit der Steuereinheit C und der Freigabeeinheit R verbundenen Ausgabeeinheit 0, die in Form von Dioden bzw. einer Art Ampelanzeige oder auch durch einen Webservice realisiert sein kann, wird das Freigeben bzw. dass Sperren der Freigabe des Schalters S zum Ein- /Ausschalten des Motors angezeigt.
Aufgrund von eines vorgebbaren Konfidenzniveaus (in Prozent) können alle auf Grundlage von genannten gemessenen Daten berechneten Konfidenzintervalle den Realwert bzw. exakten Wert der zu ermittelnden Temperatur des Motorinneren einschließen. Abhängig von der simulierten Temperatur kann die damit verbundene Abkühlzeit prognostiziert werden. Ein Temperaturver¬ lauf kann abhängig von verschiedenen Szenarien, die den Gesamtzustand des Motors bzw. dessen Konfiguration beinhalten können, prognostiziert werden. Konfigurationen können sein, dass die Drehzahl bestimmte Wert und/oder die Stromstärke ei¬ nen bestimmten Wert und/oder die Stromstärke einen bestimmten Wert beinhalten kann. Ein Szenario ist im Beispiel das „Wie¬ dereinschalten". Es können auch andere Szenarien z.B. „wäh- rend des Betriebs des Motors" und/oder weitere versendet wer¬ den .
Es können Temperaturgrenzen und ggf. Schaltergrenzen als Schwellenwerte vorgegeben werden, die bei deren über- bzw. unterschreiten (je nach gegebener Situation) zur Sperrung bzw. Freigabe des Schalters S mittels der Freigabeeinheit F führen können. Abhängig von der prognostizierten Abkühlzeit kann der Motor wieder eingeschaltet werden. Ein dazu mögliches Simulationsmodell arbeitet wie folgt:
Zwei kleine Elektromotoren sind über eine Welle gekoppelt. Der eine Motor bremst den anderen und erzeugt so eine Dauer¬ last. Temperatursensoren messen die Temperatur außen auf dem Motor. Gleichzeitig werden Daten zu Betriebsdauer und Last erfasst. Aus diesen Eingabeparametern und einem
mathematischen Modell des Motors berechnet bzw. simuliert die Prognostiziereinheit F, auch als Simulator bezeichnet, die Temperatur im Inneren des Antriebs des anderen Motors. Unterschiedliche Motortypen erwärmen sich unterschiedlich. Zum Beispiel heizt sich der kleine Motor beim Anfahren kaum auf, dafür aber langsam und kontinuierlich unter Dauerlast.
Die Erfindung bringt zudem den Vorteil mit sich, dass das ma¬ thematische Modell mit einem kommerziellen Softwarewerkzeug wie z.B. Matlab beschrieben und berechnet werden kann. Damit lässt sich aus Sicht der Software-Architektur die Simulation in ein herkömmliches rein datengetriebenes
Konditionsmonitoring integrieren. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Implementierung der vorstehend beschriebenen Prozesse oder Verfahrensabläufe kann anhand von Instruktionen erfol¬ gen, die auf computerlesbaren Speichermedien oder in flüchti- gen Computerspeichern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Speicher bezeichnet) vorliegen. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer oder RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechselda¬ tenträger, Festplatten, usw.
Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktionssatzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder
Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktions¬ satz oder an eine bestimmte Form von Instruktionssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozes¬ soren, integrierte Schaltungen usw. im Alleinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsstrategien zum Einsatz kommen, beispielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Pro- zessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallelverarbeitung usw.
Die Instruktionen können in lokalen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem ent- fernten System abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen.
Der Begriff "Prozessor", "zentrale Signalverarbeitung",
"Steuereinheit" oder "Datenauswertemittel " , wie hier verwen¬ det, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozesso¬ ren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische inte¬ grierte Schaltungen (ASICs) , programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und be¬ liebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungsmittel. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bzw. Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung bzw. Ausfüh- rung von Instruktionen ausgelegt bzw. konfiguriert sein.
Claims
1. Vorrichtung zur während des Betriebs mitlaufenden Verfolgung der thermischen Belastung eines Elektromotors (M) durch die Drehbewegung seines Rotors (T) aufweisend:
- eine Steuereinheit (C) , welche dazu ausgelegt ist, auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromo¬ tors bezogene Messdaten gemessen während des Betriebs des Elektromotors zu empfangen und mittels eines aus ei¬ ner vorgebbaren Motorgeometrie (G) abgeleiteten mathematischen Modells für physikalische Größen des Gesamtzu¬ standes des Motors sowie den Messdaten als Eingabedaten in Echtzeit mitlaufend wenigstens einen an einen fikti¬ ven Realwert angenäherten simulierten Temperaturwert zu ermitteln und einen vom Gesamtzustand des Motors abhän¬ gigen und/oder von der Konfiguration des Motors abhängigen Temperaturverlauf zur Definition eines Abkühlzeit¬ raums zur Reduzierung der thermischen Belastung des Elektromotors zu prognostizieren, wobei der aus dem we¬ nigstens einen aus der mitlaufenden Ermittlung resultierende, angenäherte Temperaturwert als Startwert in den zu prognostizierenden Temperaturverlauf eingeht, und
- eine Freigabeeinheit (R) zur Freigabe eines weiteren
und/oder erneuten Betriebes des Elektromotors nach Ab¬ lauf des prognostizierten Abkühlzeitraums.
2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Belastung des Elektromo¬ tors durch die Temperatur an messbaren Stellen ausgedrückt werden kann.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Echtzeit mitlaufende Kor¬ rektur des ermittelten wenigstens einen an den fiktiven Realwert angenäherten Temperaturwertes mit Hilfe von empfangenen und/oder berechneten Temperaturwerten an messbaren Stellen am Motor durchführbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die thermische Belastung des Elektromotors durch die Drehbe¬ wegung des Rotors beim asynchronen Anfahren des Elektromotors entsteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrizität des Elektromotors durch die Stromstärke ausgedrückt werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinetik des Elektromotors durch die Drehzahl des Rotors ausgedrückt werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schwellenwert für den mindestens einen angenäherten Temperaturwert vorgebbar ist, wobei bei dessen Überschreiten die Freigabe gesperrt werden kann.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Konfidenzintervall für den Realwert vorgebbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom prognostizierten Abkühlzeitraum die Anzahl der Freigaben und/oder die zeitlichen Abstände der Freigaben vorgebbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeleitete mathematische Mo¬ dell auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elekt¬ romotors bezogene Eingabedaten reduziert ist.
11. Verfahren zur während des Betriebs mitlaufenden Verfol¬ gung der thermischen Belastung eines Elektromotors (M) durch die Drehbewegung seines Rotors (T) , aufweisend folgende
Schritte :
- Empfangen auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezogene Messdaten gemessen während des Betriebs des Elektromotors,
- in Echtzeit mitlaufend Ermitteln wenigstens eines an ei¬ nen fiktiven Realwert angenäherten simulierten Temperaturwertes mittels eines aus einer vorgebbaren Motorgeo¬ metrie (G) abgeleiteten mathematischen Modells für physikalische Größen des Gesamtzustandes des Motors, sowie aus den Messdaten als Eingabedaten,
- Prognostizieren eines vom Gesamtzustand des Motors ab¬ hängigen und/oder von der Konfiguration des Motors abhängigen Temperaturverlaufs zur Definition eines Abkühlzeitraums zur Reduzierung der thermischen Belastung des Elektromotors, wobei der aus dem wenigstens einen aus der mitlaufenden Ermittlung resultierende, angenäherte Temperaturwert als Startwert in den zu prognostizieren¬ den Temperaturverlauf eingeht und
- Freigabe eines weiteren und/oder erneuten Betriebes des Elektromotors nach Ablauf des prognostizierten Abkühlzeitraums .
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Belastung des Elektromotors durch die Temperatur an messbaren Stellen ausgedrückt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Echtzeit mitlaufen¬ de Korrektur des ermittelten wenigstens einen an den fiktiven Realwert angenäherten Temperaturwertes mit Hilfe von empfan¬ genen und/oder berechneten Temperaturwerten an messbaren Stellen am Motor durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dass die thermische Belastung des Elektromotors durch die Drehbewegung des Rotors beim asynchronen Anfahren des Elektromotors entsteht.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrizität des Elekt¬ romotors durch die Stromstärke ausgedrückt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinetik des Elektromo¬ tors durch die Drehzahl des Rotors ausgedrückt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schwellenwert für den mindestens einen angenäherten Temperaturwert vorgege¬ ben wird, wobei bei dessen Überschreiten die Freigabe ge¬ sperrt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein
Konfidenzintervall für den Realwert vorgegeben wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom prognostizierten Abkühlzeitraum die Anzahl der Freigaben und/oder die zeitlichen Abstände der Freigaben vorgegeben werden können.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeleitete mathemati¬ sche Modell auf die Elektrizität und/oder auf die Kinetik des Elektromotors bezogene Eingabedaten reduziert wird.
21. Computerprogramm mit Mitteln zur Durchführung des Verfah- rens nach einem der vorgenannten Verfahrensansprüche, wenn das Computerprogramm auf einer Vorrichtung oder in Mitteln der Vorrichtung nach einem der vorgenannten Vorrichtungsansprüche zur Ausführung gebracht wird.
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