WO2019034343A1 - Verfahren zum erkennen eines fehlerzustands einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2019034343A1
WO2019034343A1 PCT/EP2018/069088 EP2018069088W WO2019034343A1 WO 2019034343 A1 WO2019034343 A1 WO 2019034343A1 EP 2018069088 W EP2018069088 W EP 2018069088W WO 2019034343 A1 WO2019034343 A1 WO 2019034343A1
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value
determined
voltage
electric machine
evaluation value
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PCT/EP2018/069088
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Yi Wang
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G01R31/007—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a
  • Three-phase generators a multi-phase current can be generated.
  • converters operated as rectifiers can be used to convert a polyphase current generated by the three-phase current source into direct current.
  • the rectification can be done by means of passive (diodes) or active (semiconductor switch) rectifier elements.
  • active rectifier in addition to the field controller and a corresponding drive circuit part of
  • Three-phase generators can be realized as electrical machines which can be operated as generators to generate electrical energy or motorized to convert electrical energy into mechanical ones.
  • corresponding electric machine for example, can be operated as a generator to supply the motor vehicle electrical system or to charge a motor vehicle battery.
  • the electric machine connected via so-called output stages or power amplifier circuit with the electrical system or be separated from this.
  • the electric machine may in particular be designed as a generator, e.g. as Klauenpolgenerator, and / or in particular as an electrical
  • the electrical machine which can be operated by motor or generator.
  • the electrical machine has a rotor and a stator and a rectifier circuit connected to the stator for rectifying an AC voltage applied to the stator.
  • the rectifier circuit may in particular comprise bridge circuits made of passive switching elements, in particular diodes, or of active switching elements, in particular semiconductor switches such as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistors
  • the invention provides a possibility to easily detect different fault conditions of the electric machine and their strength.
  • a time profile of a voltage value of the electric machine is detected, in particular a voltage value of a DC voltage provided by the electric machine, in particular the rectified generator voltage.
  • An evaluation value is determined from the recorded time profile of the voltage value.
  • Evaluation value is compared with a reference value, and depending on a comparison result of this comparison, it is judged whether or not there is an error state of the electric machine.
  • this reference value is a theoretical value describing a faultless electric machine.
  • Evaluation value can be detected in particular different fault conditions of the electric machine.
  • only one signal is required for error detection, namely the temporal voltage curve, which can be detected in particular in a structurally simple way by measurement and, in particular, is detected anyway in the course of the regular operation of the electrical machine.
  • no additional hardware is required, for example in the form of additional measuring devices.
  • the evaluation value has a characteristic value which
  • Evaluation value can thus be based on an existing error condition
  • the fault detection is independent of a speed and load of the electric machine, a fault condition can therefore be reliably detected at any speed and load.
  • Standard deviation and / or a variance of a recurring feature which can be determined from the time profile of the voltage value as the
  • Stress curve in particular a characteristic, periodically repeating form.
  • a statistical value of the determinable recurring feature, in particular a standard deviation or variance, is thus included a faultless electric machine in particular comparatively low and is suitably used as a reference value.
  • Error state is the statistical value of the determinable recurring feature of the voltage curve, in particular the standard deviation or variance, thus expediently larger than in the error-free case.
  • the standard deviation or variance can thus in a simple and reliable manner to a
  • the accuracy of the error detection is particularly dependent on the amount of measurement data. The more measurement data taken into account, the more accurate the results.
  • the amount of measurement data comprises at least 90 executions of the determinable recurring feature, in particular at least 100.
  • the voltage curve is therefore detected for a period of time between 90 ms and 150 ms, more preferably for a period of exactly 100 ms or at least substantially 100 ms at a sampling rate of, for example, 10kHz.
  • the number of specific executions of the recurring feature is dependent on the time duration and a current rotational speed of the electric machine.
  • 180 implementations of the feature can be determined at a speed of 3000 rpm over a period of 100 ms.
  • 108 designs can be determined over a period of 100 ms.
  • positions of local extrema are determined or recognized as the determinable recurring feature, in particular of local peaks of the voltage profile.
  • their position is their temporal position or their time interval from one another or their angular position or their angular distance from each other understood. From these positions of the detected local extrema, the evaluation value is advantageously determined.
  • the time profile of the voltage value in a fault-free electric machine in each period has a local extremum or a local peak in particular of the same or at least in the
  • this local peak corresponds to a maximum value of a half wave in this application.
  • Error state changes the shape of the voltage curve in particular depending on the present error and the strength of the error. In particular, the distribution of the local extrema or of the local peaks changes.
  • Evaluation value therefore expediently describes the positions of the detected local extrema of the voltage profile, in particular their
  • a statistical value of the positions of the detected local extrema is determined as the evaluation value, more preferably a standard deviation and / or a variance.
  • the positions of the local extrema should have a normal distribution with small standard deviation.
  • the distribution of the local extrema has a larger standard deviation. Therefore, the evaluation value expediently describes this
  • Standard deviation or standard deviation is preferably determined itself as the evaluation value.
  • the reference value is preferably derived from a reference curve of
  • this reference profile can be detected by measurement or determined mathematically in the course of a theoretical model of the electrical machine and stored, for example, in a control device for controlling the electrical machine.
  • the reference value is expressed as a statistical value, more preferably as a standard deviation and / or variance thereof
  • this reference value differs from corresponding values in a faulty electric machine.
  • a threshold value comparison is carried out in the course of the comparison of the evaluation value and the reference value, the reference value being expediently used as the threshold value.
  • it is checked whether the evaluation value exceeds the reference value. If the evaluation value does not exceed the reference value, it is in particular recognized that there is no fault state of the electrical machine.
  • a strength of a present error is preferably evaluated.
  • it is evaluated as a function of the comparison result whether one or more of the following states exist as the fault state of the electrical machine:
  • Phase connections of the stator is present; - an interruption in a switching element path, wherein an increased
  • Rectifier circuit is present
  • Rectifier circuit is present.
  • the strength of these error conditions can be evaluated.
  • the voltage value can in particular be detected metrologically between DC voltage terminals of the electrical machine or the rectifier circuit and is usually detected anyway for the regular operation of the electrical machine.
  • a motor vehicle electrical system can be fed and / or a motor vehicle battery can be charged.
  • a motor vehicle electrical system can be connected to DC voltage connections of the rectifier circuit.
  • a method for detecting a fault condition can be carried out, for example, by a control unit of the motor vehicle.
  • the invention is particularly suitable, for example, for vehicles with functions that increased
  • An arithmetic unit according to the invention eg a control unit of a
  • Motor vehicle is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.
  • Computer programs are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows schematically an electrical machine with a
  • Arithmetic unit that is set to a preferred
  • Figure 2 shows schematically a voltage-time diagram of a temporal
  • FIG. 3 schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.
  • FIGS. 4 to 7 each schematically show an electric machine in one
  • FIG. 8 schematically shows voltage-time diagrams of filtered, standardized time profiles of voltage values which can be determined in the course of preferred embodiments of the method according to the invention.
  • FIG. 9 schematically shows normal distributions of positions of
  • FIG. 1 an electric machine in the form of a generator is shown schematically and designated 100.
  • the electric machine 100 is designed in this example as a three-phase electric machine, wherein stator inductances (phases) of a stator 1 10 are connected to a delta connection.
  • a rotor 120 has an excitation winding 121 with a diode connected in parallel.
  • Exciter circuit may further be provided an exciter transistor 122.
  • a voltage in this case the rectified generator voltage
  • an exciting current sets By changing the duty cycle of the PWM operation are in particular the height of the excitation current and thus the height of the
  • the electric machine 100 further includes one with the stator 110
  • Each half bridge has between its two formed here as diodes
  • Rectifying elements each have a center tap, via which the respective half-bridge is connected to a phase connection of the stator 110.
  • a DC voltage UB + is provided as a rectified generator voltage.
  • the electric machine 100 can be used for example in a motor vehicle for supplying a motor vehicle electrical system which is connected to the DC voltage terminals 140.
  • a computing unit 150 is provided for driving the electric machine 100.
  • the computing unit 150 may be designed as a control unit of the corresponding motor vehicle.
  • the arithmetic unit 150 is configured to perform a detection of fault conditions of the electric machine.
  • the arithmetic unit 150 in particular programmatically, is set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • the time profile 200 of the DC voltage UB + in a fault-free state of the electric machine 100 is shown schematically in a voltage-time diagram.
  • This voltage curve 200 represents, in particular, a reference curve of the DC voltage UB + in the fault-free state of the electric machine 100 and may, for example, during fault-free operation of the electric machine 100, for example in the course of a manufacturing process,
  • the time profile 200 of the DC voltage UB + has a typical shape, which in particular depends on the number of phases n P h aS e, the number of pole pairs n p0 i and the speed n gen of the electric machine 100.
  • a period T e i of the time profile of this DC voltage can be calculated as follows:
  • the time course has 200 of
  • DC voltage UB + in error-free state of the electric machine 100 in each period a local extremum or a local peak at the same or substantially the same position.
  • this local peak corresponds to a maximum value of a half wave in this application.
  • the distance between two adjacent local extrema is ideally constant, or the extrema are always at the same position. Due to tolerances, measurement deviations and random disturbances, the positions or distances of these local peaks (as determinable
  • the shape of the voltage waveform of the DC voltage UB + changes depending on the present error state and the magnitude of the error.
  • the distribution of local peaks also changes.
  • a change in the distance distribution of the local extrema in comparison to the reference curve 200 thus indicates an error state of the electric machine 100.
  • the time profile of the DC voltage UB + is detected, for example, for a period of 100 ms in step 310.
  • step 320 an evaluation value is determined from this detected time profile of the DC voltage UB +. Since the raw data of the measurement can be subject to interference and noise, the raw data, that is to say the detected time profile of the DC voltage UB +, are first smoothed in an optional step 321 by a filter. The smoothed data is optionally normalized by its average in step 322, for example, by subtracting its mean to make the waveforms more apparent.
  • step 323 a theoretical value for the period T e i at the current speed of the electric machine 100 is determined according to the above formula.
  • the local extrema are detected in step 323, in particular with this period T e i.
  • the positions of the detected local peaks determined in step 323 are normalized by subtracting their mean in step 324. In this way, one obtains a density function of the distribution of the positions of the detected local peaks, which can be assumed to be a normal distribution.
  • step 325 a standard deviation of this distribution of the detected local peaks is determined as the evaluation value.
  • this particular evaluation value is given in the form of
  • Standard deviation compared with a reference value is determined in step 331 from a reference curve of the DC voltage UB +, as shown for example in FIG.
  • the reference curve at the current rotational speed of the electric machine 100 can thereby with the aid of
  • Maps may be stored in the controller 150 or may be of the
  • Control unit 150 can be determined by means of a theoretical model. As a reference value, a standard deviation of a position distribution of local peaks of this reference curve is determined in step 331.
  • a threshold value comparison is carried out in step 330 and it is checked whether the evaluation value exceeds the reference value, preferably in addition to a sensible tolerance threshold. If the evaluation value does not exceed the reference value (plus, if applicable, the tolerance threshold) and is below the reference value (plus, if applicable, the tolerance threshold) (i.e.
  • step 342 it is detected in step 342 that an error condition of the electric machine 100 is present.
  • a magnitude of the error condition is determined in step 343 in dependence on how much the evaluation value deviates from the reference value (plus, if applicable, the tolerance threshold).
  • a safety or self-protection measure is performed, for example a limitation of the load of the electrical machine 100 by a limited exciter current.
  • FIGS. 4 to 7 the electrical machine from FIG. 1 is shown schematically in different fault states. Furthermore, in FIGS. 4 to 7, voltage curves of the DC voltage UB + are analogous to FIGS. 4 to 7,
  • Error state 100A shown schematically. In this first fault state 100A, there is a break in one phase, with an increased (possibly
  • FIG. 4b shows a time profile 200A of the DC voltage UB + which can be detected in such an error state 100A as part of the method in step 310.
  • FIG. 5 a schematically illustrates the electrical machine in a second fault state 100 B, in which there is a short circuit between two phases of the electric machine 100, wherein a reduced, in particular vanishing resistance R 2 exists between two phase terminals of the stator 1 10.
  • FIG. 5b shows a time profile 200B of the DC voltage UB +, which can be detected in this second fault state 100B in the context of the method in step 310.
  • a third fault state 100C of the electric machine is shown in FIG. 6a, wherein a break in a switching element path of the
  • Rectifier circuit 130 is present. In this case, there is an increased resistance (possibly infinite) R3 between two switching elements of one of the half bridges of the rectifier circuit 130. A corresponding course 200C of
  • DC voltage UB + which can be detected in this third fault state 100C, is shown schematically in FIG. 6b.
  • these courses 200A or 200B or 200C or 200D can be determined in step 310 of the method if the corresponding fault state 100A or 100B or 100C or 100D of the electrical machine is present. According to steps 321 to 323, these curves 200A and 200B and 200C and 200D, respectively, are filtered and normalized to detect local peaks by means of the period T e i.
  • FIG. 8 schematically shows, in voltage-time diagrams, corresponding filtered normalized time profiles 200A or 200B or 200C or 200D, which are determined in the course of preferred embodiments of the method according to the invention.
  • the individual detected local extrema and local peaks are each represented with an asterisk.
  • FIG. 8 a shows a filtered and normalized time profile 300 of the reference profile 200 illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 8b shows a filtered and normalized time profile 300A of the voltage curve 200A from FIG. 4b, which can be determined in the course of the first fault state 100A.
  • FIG. 8c shows a filtered and normalized time profile 300B of the voltage curve 200B shown in FIG. 5b, which in the course of the second
  • Error state 100B can be determined.
  • Voltage curve 200C of the third fault state 100C is shown in FIG. 8d.
  • FIG. 8e shows a filtered, normalized profile 300D of the voltage curve 200D shown in FIG. 7b in the fourth fault state 100D.
  • the positions of the detected local peaks are normalized by subtracting their mean value, thereby determining a density function of the positional distribution of the detected local peaks, which can be assumed to be a normal distribution, especially an average value from zero.
  • FIG. 9 shows corresponding normal distributions of the peak positions which were recognized in the filtered normalized time courses 300, 300A, 300B, 300C, 300D of FIGS. 8a to 8e.
  • Curve 400 is a normal distribution of the detected local peaks of the filtered, normalized curve 300 of reference curve 200 shown in FIG. 8 a from FIG. 2.
  • Curve 400A is a normal distribution of the positions of the detected localized peaks of the filtered normalized curve 300A of FIG. 8b in the first one
  • Curve 400B is a normal distribution of the positions of the detected local peaks of the filtered normalized curve 300B shown in FIG. 8c in the second fault state 100B.
  • Curve 400C is a normal distribution of the positions of the detected local peaks of the filtered normalized curve 300C shown in FIG. 8d in the third fault state 100C.
  • Curve 400D is a normal distribution of the positions of the detected local peaks of the filtered normalized curve 300D shown in FIG. 8e in the fourth error state 100D.
  • the distribution 400 of the local peaks is the most slender in the reference case and has the least standard deviation or the lowest variance. Therefore, the standard deviation of this distribution becomes 400 determined as reference value.
  • the standard deviations of the remaining distributions 400A, 400B, 400D, 400D are each greater than the standard deviation of the distribution 400.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands (100A) einer elektrischen Maschine mit einem Rotor (120), einem Stator (110) und einer mit dem Stator (110) verbundene Gleichrichterschaltung (130), wobei ein zeitlicher Verlauf eines Spannungswerts (UB+) der elektrischen Maschine erfasst wird, wobei aus dem erfassten zeitlichen Verlauf des Spannungswerts (UB+) ein Evaluationswert bestimmt wird, wobei der bestimmte Evaluationswert mit einem Referenzwert verglichen wird und wobei in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnisses dieses Vergleichs bewertet wird, ob ein Fehlerzustand (100A) der elektrischen Maschine vorliegt oder nicht.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines
Fehlerzustands einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Um Netze bzw. Laststromkreise zu versorgen, können verschiedene Arten von Stromerzeugern verwendet werden. Beispielsweise kann mittels
Drehstromgeneratoren ein mehrphasiger Strom erzeugt werden. Zur Speisung von Gleichstromnetzen aus derartigen Drehstromgeneratoren können als Gleichrichter betriebene Umrichter eingesetzt werden, um einen von der Drehstromquelle erzeugten mehrphasigen Strom in Gleichstrom zu wandeln. Die Gleichrichtung kann mittels passiver (Dioden) oder aktiver (Halbleiterschalter) Gleichrichterelemente erfolgen. Bei einem aktiven Gleichrichter ist neben dem Feldregler auch eine entsprechende Ansteuerschaltung Teil des
Generatorreglers. Oftmals können Drehstromgeneratoren als elektrische Maschinen realisiert sein, welche generatorisch betrieben werden können, um elektrische Energie zu erzeugen, oder motorisch, um elektrische Energie in mechanische zu wandeln.
Beispielsweise können derartige Stromerzeuger in Kraftfahrzeugen zur
Versorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes verwendet werden. Eine
entsprechende elektrische Maschine kann beispielsweise generatorisch betrieben werden, um das Kraftfahrzeugbordnetz zu versorgen oder eine Kraftfahrzeugbatterie zu laden. Zu diesem Zweck kann die elektrische Maschine über sog. Endstufen bzw. Endstufenschaltung mit dem Bordnetz verbunden oder von diesem getrennt werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein
Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als ein Generator ausgebildet sein, z.B. als Klauenpolgenerator, und/oder insbesondere als eine elektrische
Maschine, welche motorisch oder generatorisch betrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist insbesondere einen Rotor und einen Stator auf sowie eine mit dem Stator verbundene Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer an dem Stator anliegenden Wechselspannung. Die Gleichrichterschaltung kann insbesondere Brückenschaltungen aus passiven Schaltelemente, insbesondere Dioden, oder aus aktiven Schaltelementen, insbesondere Halbleiterschalter wie Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET), aufweisen.
Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, auf einfache Weise unterschiedliche Fehlerzustände der elektrischen Maschine und deren Stärke zu erkennen.
Im Rahmen des Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf eines Spannungswerts der elektrischen Maschine erfasst, insbesondere eines Spannungswerts einer von der elektrischen Maschine bereitgestellten Gleichspannung, insbesondere der gleichgerichteten Generatorspannung. Aus dem erfassten zeitlichen Verlauf des Spannungswerts wird ein Evaluationswert bestimmt. Der bestimmte
Evaluationswert wird mit einem Referenzwert verglichen und in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis dieses Vergleichs wird bewertet, ob ein Fehlerzustand der elektrischen Maschine vorliegt oder nicht. Insbesondere ist dieser Referenzwert ein theoretischer Wert, der eine fehlerfreie elektrische Maschine beschreibt. Durch den Vergleich von Referenz- und
Evaluationswert können insbesondere unterschiedliche Fehlerzustände der elektrischen Maschine erkannt werden. Für die Fehlererkennung wird somit insbesondere nur ein Signal benötigt, nämlich der zeitliche Spannungsverlauf, welcher insbesondere auf konstruktiv einfache Weise messtechnisch erfasst werden kann und insbesondere im Zuge des regulären Betriebs der elektrischen Maschine ohnehin erfasst wird. Zweckmäßigerweise wird somit keine zusätzliche Hardware beispielsweise in der Form von zusätzlichen Messgeräten benötigt.
Bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine weist der entsprechende
Spannungsverlauf insbesondere charakteristische Eigenschaften auf. Der Evaluationswert besitzt dabei einen charakteristischen Wert, welcher
insbesondere dem Referenzwert entspricht. Bei Fehlerzuständen der
elektrischen Maschine verändern sich die Eigenschaften des Spannungsverlaufs.
Je nach vorliegendem Fehlerzustand verändern sich die Eigenschaften auf eine unterschiedliche Art und Weise und somit auch insbesondere der
Evaluationswert. Durch Auswerten des Spannungsverlaufs bzw. des
Evaluationswerts kann somit auf einen vorliegenden Fehlerzustand
rückgeschlossen werden. Insbesondere ist die Fehlererkennung unabhängig von einer Drehzahl und Belastung der elektrischen Maschine, ein Fehlerzustand kann also bei beliebiger Drehzahl und Belastung zuverlässig erkannt werden.
Vorteilhafterweise wird ein statistischer Wert des zeitlichen Verlaufs des
Spannungswerts als der Evaluationswert bestimmt. Bevorzugt werden eine
Standardabweichung und/oder eine Varianz eines aus dem zeitlichen Verlauf des Spannungswerts bestimmbaren wiederkehrenden Merkmals als der
Evaluationswert bestimmt. Bei fehlerfreiem Betrieb der elektrischen Maschine besitzt der zeitliche
Spannungsverlauf insbesondere eine charakteristische, sich periodisch wiederholende Form. Ein statistischer Wert des bestimmbaren wiederkehrenden Merkmals, insbesondere eine Standardabweichung bzw. Varianz, ist somit bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine insbesondere vergleichsweise gering und wird zweckmäßigerweise als Referenzwert verwendet.
Bei einem Fehlerzustand der elektrischen Maschine weicht der
Spannungsverlauf von dieser charakteristischen Form ab. Bei einem
Fehlerzustand ist der statistische Wert des bestimmbaren wiederkehrenden Merkmals des Spannungsverlaufs, insbesondere die Standardabweichung bzw. Varianz, somit zweckmäßigerweise größer als im fehlerfreien Fall. In
Abhängigkeit von dem statistischen Wert, insbesondere der Standardabweichung bzw. Varianz kann somit auf einfache und zuverlässige Weise auf einen
Fehlerzustand rückgeschlossen werden.
Da die Fehlererkennung somit auf Statistik basiert, ist die Genauigkeit der Fehlererkennung insbesondere abhängig von der Menge der Messdaten. Je mehr Messdaten berücksichtig werden, desto genauer die Ergebnisse.
Vorzugsweise umfasst die Menge der Messdaten mindestens 90 Ausführungen des bestimmbaren wiederkehrenden Merkmals, insbesondere mindestens 100. Zweckmäßigerweise wird der Spannungsverlauf daher für eine Zeitdauer von zwischen 90 ms und 150 ms erfasst, besonders bevorzugt für eine Zeitdauer von genau 100 ms oder zumindest im Wesentlichen 100 ms, bei einer Abtastrate von beispielsweise 10kHz.
Insbesondere ist die Anzahl der bestimmten Ausführungen des wiederkehrenden Merkmals abhängig von der Zeitdauer und einer aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine. Beispielsweise können bei einer Drehzahl von 3000 rpm über eine Zeitdauer von 100 ms 180 Ausführungen des Merkmals bestimmt werden. Bei einer Drehzahl von 1800 rpm können über eine Zeitdauer von 100 ms beispielsweise 108 Ausführungen bestimmt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in dem zeitlichen Verlauf des Spannungswerts Positionen von lokalen Extrema als das bestimmbare wiederkehrende Merkmal bestimmt bzw. erkannt, insbesondere von lokalen Peaks des Spannungsverlaufs. Als Position sei insbesondere ihre zeitliche Position oder ihr zeitlicher Abstand voneinander oder ihre Winkelposition oder ihr Winkelabstand voneinander verstanden. Aus diesen Positionen der erkannten lokalen Extrema wird vorteilhafterweise der Evaluationswert bestimmt. Insbesondere besitzt der zeitliche Verlauf des Spannungswerts bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine in jeder Periode ein lokales Extremum bzw. einen lokalen Peak an insbesondere der gleichen oder zumindest im
Wesentlichen gleichen Position. Insbesondere entspricht dieser lokale Peak einem Maximalwert einer Halbwelle in dieser Anwendung. Bei einem
Fehlerzustand verändert sich die Form des Spannungsverlaufs insbesondere je nach vorliegendem Fehler und der Stärke des Fehlers. Insbesondere verändert sich dabei die Verteilung der lokalen Extrema bzw. der lokalen Peaks. Bei einer
Veränderung der Verteilung der lokalen Extrema im Vergleich zum fehlerfeien Fall kann somit ein vorliegender Fehlerzustand erkannt werden. Der
Evaluationswert beschreibt daher zweckmäßigerweise die Positionen der erkannten lokalen Extrema des Spannungsverlaufs, insbesondere deren
Verteilung.
Vorteilhafterweise wird ein statistischer Wert der Positionen der erkannten lokalen Extrema als der Evaluationswert bestimmt, besonders bevorzugt eine Standardabweichung und/oder eine Varianz. Bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine sollten die Positionen der lokalen Extrema eine Normalverteilung mit kleiner Standardabweichung besitzen. Bei einem vorliegenden Fehlerzustand weist die Verteilung der lokalen Extrema eine größere Standardabweichung auf. Daher beschreibt der Evaluationswert zweckmäßigerweise diese
Standardabweichung bzw. die Standardabweichung wird vorzugsweise selbst als der Evaluationswert bestimmt.
Der Referenzwert wird vorzugsweise aus einem Referenzverlauf des
Spannungswerts bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine bestimmt. Dieser Referenzverlauf kann während eines fehlerfreien Betriebs der elektrischen Maschine, beispielsweise im Zuge eines Herstellungsprozesses, messtechnisch erfasst oder im Zuge eines theoretischen Modells der elektrischen Maschine rechnerisch bestimmt werden und beispielsweise in einem Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Maschine hinterlegt werden. Vorzugsweise wird der Referenzwert als ein statistischer Wert, besonders bevorzugt als eine Standardabweichung und/oder Varianz, desselben
bestimmbaren Merkmals, d.h. insbesondere der Positionen von lokalen Extrema, des Referenzverlaufs des Spannungswerts bestimmt. Analog zu obiger
Erläuterung unterscheidet sich dieser Referenzwert von entsprechenden Werten bei einer fehlerbehafteten elektrischen Maschine.
Vorzugsweise wird im Zuge des Vergleichs des Evaluationswerts und des Referenzwerts ein Schwellwertvergleich durchgeführt, wobei der Referenzwert zweckmäßigerweise als Schwellwert verwendet wird. Vorzugsweise wird dabei überprüft, ob der Evaluationswert den Referenzwert überschreitet. Wenn der Evaluationswert den Referenzwert nicht überschreitet, wird insbesondere erkannt, dass kein Fehlerzustand der elektrischen Maschine vorliegt.
Überschreitet der Evaluationswert den Referenzwert hingegen, wird
insbesondere erkannt, dass ein Fehlerzustand der elektrischen Maschine vorliegt. Beispielsweise lässt eine über der Referenz-Varianz liegende
Evaluations-Varianz auf einen Fehler schließen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im Zuge des Vergleichs des Evaluationswerts und des Referenzwerts eine
Abweichung des Evaluationswerts von dem Referenzwert bestimmt. In
Abhängigkeit von dieser Abweichung wird vorzugsweise eine Stärke eines vorliegenden Fehlers bewertet. Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis bewertet, ob als Fehlerzustand der elektrischen Maschine einer oder mehrere der folgenden Zustände vorliegen:
- eine Unterbrechung in einer Phase, wobei ein erhöhter Wderstand zwischen einem Phasenanschluss des Stators und der Gleichrichterschaltung,
insbesondere einem Mittelabgriff einer Halbbrücke der Gleichrichterschaltung, vorliegt;
- ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen der elektrischen Maschine, wobei ein verringerter, insbesondere verschwindender Wderstand zwischen zwei
Phasenanschlüssen des Stators vorliegt; - eine Unterbrechung in einem Schaltelementpfad, wobei ein erhöhter
Widerstand zwischen zwei Schaltelementen einer Halbbrücke der
Gleichrichterschaltung vorliegt;
- ein Kurzschluss in einem Schaltelementpfad, wobei ein verringerter
insbesondere verschwindender Widerstand über einem Schaltelement der
Gleichrichterschaltung vorliegt.
Insbesondere kann in Abhängigkeit von der Abweichung des Evaluationswerts von dem Referenzwert die Stärke dieser Fehlerzustände bewertet werden. Je größer der Wderstandwert bei einer Unterbrechung, umso stärker ist der entsprechende Fehlerzustand. Je kleiner der Widerstandwert bei einem
Kurzschluss, umso stärker ist dieser entsprechende Fehlerzustand.
Vorteilhafterweise wird ein zeitlicher Verlauf eines Spannungswerts einer an einer Gleichrichterschaltung der elektrischen Maschine anliegenden
Gleichspannung der elektrischen Maschine erfasst. Der Spannungswert kann insbesondere zwischen Gleichspannungsanschlüssen der elektrischen Maschine bzw. der Gleichrichterschaltung messtechnisch erfasst werden und wird zumeist ohnehin für den regulären Betrieb der elektrischen Maschine erfasst.
Besonders vorteilhaft eignet sich die Erfindung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Durch die elektrische Maschine kann dabei beispielsweise ein Kraftfahrzeugbordnetz gespeist und/oder eine Kraftfahrzeugbatterie geladen werden. Ein Kraftfahrzeugbordnetz kann dabei an Gleichspannungsanschlüsse der Gleichrichterschaltung angeschlossen werden. Insbesondere wird im
Rahmen des Verfahrens ein zeitlicher Verlauf einer zwischen diesen
Gleichspannungsanschlüssen anliegenden Gleichspannung erfasst und aus diesem Gleichspannungsverlauf wird der Evaluationswert bestimmt. Das
Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands kann dabei beispielsweise von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Die Erfindung eignet sich beispielsweise besonders für Fahrzeuge mit Funktionen, die erhöhte
Sicherheitsanforderungen besitzen, z.B. automatisiertes oder autonomes Fahren, oder für Fahrzeuge mit langen Wartungsintervallen, z.B. Nutzfahrzeuge. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines
Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des
Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine mit einer
bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Figur 2 zeigt schematisch ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines zeitlichen
Verlaufs eines Spannungswerts, welcher im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens bestimmt werden kann. Figur 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
Figuren 4 bis 7 zeigen jeweils schematisch eine elektrische Maschine in einem
Fehlerzustand und jeweils schematisch ein Spannungs-Zeit- Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines Spannungswerts, welcher im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem jeweiligen Fehlerzustand der elektrischen Maschine bestimmt werden kann.
Figur 8 zeigt schematisch Spannungs-Zeit-Diagramme von gefilterten, normierten zeitlichen Verläufen von Spannungswerten, die im Zuge bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.
Figur 9 zeigt schematisch Normalverteilungen von Positionen von
lokalen Extrema gefilterter, normierter zeitlicher Verläufe von Spannungswerten, die im Zuge bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist eine elektrische Maschine in Form eines Generators schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.
Die elektrische Maschine 100 ist in diesem Beispiel als eine dreiphasige elektrische Maschine ausgeführt, wobei Ständerinduktivitäten (Phasen) eines Stators 1 10 zu einer Dreieckschaltung verbunden sind. Ein Rotor 120 weist eine Erregerwicklung 121 mit einer parallel geschalteten Diode auf. In einem
Erregerstromkreis kann weiterhin ein Erregertransistor 122 vorgesehen sein. Durch Ein- und Ausschalten des Erregertransistors 122, üblicherweise mittels PWM-Betriebs, wird an die Erregerwicklung 121 eine Spannung (hier die gleichgerichtete Generatorspannung) intermittierend angelegt, worauf sich ein Erregerstrom einstellt. Durch Verändern der Tastrate des PWM-Betriebs sind insbesondere die Höhe des Erregerstroms und damit die Höhe der
Generatorspannung veränderbar.
Die elektrische Maschine 100 weist weiterhin eine mit dem Stator 110
verbundene Gleichrichterschaltung 130 mit drei Halbbrücken zum Gleichrichten einer an dem Stator 110 anliegenden dreiphasigen Wechselspannung auf. Jede Halbbrücke weist zwischen ihren zwei hier als Dioden ausgebildeten
Gleichrichtelementen jeweils einen Mittelabgriff auf, über welchen die jeweilige Halbbrücke mit einem Phasenanschluss des Stators 110 verbunden ist.
Zwischen zwei Gleichspannungsanschlüssen 140 der Gleichrichterschaltung 130 wird eine Gleichspannung UB+ als gleichgerichtete Generatorspannung bereitgestellt. Die elektrische Maschine 100 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Versorgen eines Kraftfahrzeugbordnetzes verwendet werden, welches mit den Gleichspannungsanschlüssen 140 verbunden ist.
Eine Recheneinheit 150 ist zum Ansteuern der elektrischen Maschine 100 vorgesehen. Beispielsweise kann die Recheneinheit 150 als ein Steuergerät des entsprechenden Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die Recheneinheit 150 ist dazu eingerichtet, eine Erkennung von Fehlerzuständen der elektrischen Maschine durchzuführen. Zu diesem Zweck ist die Recheneinheit 150, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
In Figur 2 ist in einem Spannungs-Zeit-Diagramm der zeitliche Verlauf 200 der Gleichspannung UB+ bei einem fehlerfreien Zustand der elektrischen Maschine 100 schematisch dargestellt.
Dieser Spannungsverlauf 200 stellt insbesondere einen Referenzverlauf der Gleichspannung UB+ im fehlerfreien Zustand der elektrischen Maschine 100 dar und kann beispielsweise während eines fehlerfreien Betriebs der elektrischen Maschine 100, beispielsweise im Zuge eines Herstellungsprozesses,
messtechnisch erfasst oder im Zuge eines theoretischen Modells der
elektrischen Maschine 100 rechnerisch bestimmt werden. Der zeitliche Verlauf 200 der Gleichspannung UB+ hat eine typische Form, die insbesondere von der Anzahl der Phasen nPhaSe, der Anzahl der Polpaare np0i und der Drehzahl ngen der elektrischen Maschine 100 abhängig ist. Insbesondere kann eine Periode Tei des zeitlichen Verlaufs dieser Gleichspannung wie folgt berechnet werden:
1 2 * n poi phase gen
60
Wie in Figur 2 zu erkennen ist, besitzt der zeitliche Verlauf 200 der
Gleichspannung UB+ bei fehlerfreiem Zustand der elektrischen Maschine 100 in jeder Periode ein lokales Extremum bzw. einen lokalen Peak an derselben oder im Wesentlichen derselben Position. Insbesondere entspricht dieser lokale Peak einem Maximalwert einer Halbwelle in dieser Anwendung. Bei gleichbleibender Drehzahl ist der Abstand zwischen zwei benachbarten lokalen Extrema idealerweise konstant bzw. die Extrema liegen immer an derselben Position. Wegen Toleranzen, Messabweichungen und zufälligen Störungen sollten die Positionen bzw. Abstände dieser lokalen Peaks (als bestimmbares
wiederkehrendes Merkmal) eine Normalverteilung mit einer kleinen
Standardabweichung besitzen (siehe auch Figur 9).
Bei einem Fehlerzustand der elektrischen Maschine 100 verändert sich die Form des Spannungsverlaufs der Gleichspannung UB+ in Abhängigkeit von dem vorliegenden Fehlerzustand und der Stärke des Fehlers. Somit verändert sich ebenfalls die Verteilung der lokalen Peaks. Eine Veränderung der Abstands- Verteilung der lokalen Extrema im Vergleich zu dem Referenzverlauf 200 deutet somit auf einen Fehlerzustand der elektrischen Maschine 100 hin.
Ein statistischer Wert, welcher von der aktuellen Verteilung der lokalen Extrema des Spannungsverlaufs abhängt, besonders bevorzugt die Standardabweichung dieser Verteilung, wird daher im Rahmen des Verfahrens bestimmt, um einen vorliegenden Fehlerzustand der elektrischen Maschine 100 erkennen zu können. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche zweckmäßigerweise von dem Steuergerät 150 durchgeführt werden kann, ist in Figur 3 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt.
Im laufenden Betrieb der elektrischen Maschine 100 wird in Schritt 310 der zeitliche Verlauf der Gleichspannung UB+ beispielsweise für eine Zeitdauer von 100 ms erfasst.
In Schritt 320 wird aus diesem erfassten zeitlichen Verlauf der Gleichspannung UB+ ein Evaluationswert bestimmt. Da die Rohdaten der Messung mit Störung und Rauschen behaftet sein können, werden die Rohdaten, also der erfasste zeitliche Verlauf der Gleichspannung UB+, zunächst in einem optionalen Schritt 321 durch ein Filter geglättet. Die geglätteten Daten werden in Schritt 322 mittels ihres Mittelwerts optional normiert, beispielsweise durch Subtraktion ihres Mittelwerts, damit die Signalverläufe deutlicher werden.
Anschließend werden in dem geglätteten und normierten zeitlichen Verlauf der Gleichspannung UB+ in Schritt 323 lokale Extrema bzw. lokale Peaks erkannt und deren Positionen innerhalb einer Periode bestimmt. Insbesondere wird zu diesem Zweck ein theoretischer Wert für die Periode Tei bei der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 100 gemäß obiger Formel bestimmt. Die lokalen Extrema werden in Schritt 323 insbesondere mit dieser Periode Tei detektiert.
Damit Verteilungen der lokalen Peaks miteinander vergleichbar werden, werden die in Schritt 323 bestimmten Positionen der erkannten lokalen Peaks in Schritt 324 durch Subtraktion ihres Mittelwerts normiert. Auf diese Weise erhält man eine Dichtefunktion der Verteilung der Positionen der erkannten lokalen Peaks, welche als eine Normalverteilung angenommen werden kann.
In Schritt 325 wird eine Standardabweichung dieser Verteilung der erkannten lokalen Peaks als Evaluationswert bestimmt. In Schritt 330 wird dieser bestimmte Evaluationswert in Form der
Standardabweichung mit einem Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert wird in Schritt 331 aus einem Referenzverlauf der Gleichspannung UB+ bestimmt, wie er beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist. Der Referenzverlauf bei der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 100 kann dabei mit Hilfe von
Kennfeldern in dem Steuergerät 150 hinterlegt sein oder kann von dem
Steuergerät 150 mittels eines theoretischen Models bestimmt werden. Als Referenzwert wird in Schritt 331 eine Standardabweichung einer Positions- Verteilung von lokalen Peaks dieses Referenzverlaufs bestimmt.
Insbesondere wird in Schritt 330 ein Schwellwertvergleich durchgeführt und überprüft, ob der Evaluationswert den Referenzwert, vorzugsweise zusätzlich einer sinnvollen Toleranzschwelle, überschreitet. Wenn der Evaluationswert den Referenzwert (ggf. zzgl. der Toleranzschwelle) nicht überschreitet und unterhalb des Referenzwerts (ggf. zzgl. der Toleranzschwelle) liegt (d.h. die
Standardabweichung der Messung ist höchstens so groß wie die
Standardabweichung (ggf. zzgl. der Toleranzschwelle) der Referenz), wird in Schritt 341 erkannt, dass kein Fehlerzustand der elektrischen Maschine 100 vorliegt.
Überschreitet der Evaluationswert den Referenzwert (ggf. zzgl. der
Toleranzschwelle) hingegen, wird in Schritt 342 erkannt, dass ein Fehlerzustand der elektrischen Maschine 100 vorliegt. In diesem Fall wird in Schritt 343 eine Stärke des Fehlerzustands in Abhängigkeit davon bestimmt, wie stark der Evaluationswert von dem Referenzwert (ggf. zzgl. der Toleranzschwelle) abweicht. Insbesondere wird bei Erkennen eines Fehlerzustands in Schritt 342 eine Sicherheits- bzw. Selbstschutz-Maßnahme durchgeführt, beispielsweise eine Begrenzung der Belastung der elektrischen Maschine 100 durch einen begrenzten Erregerstrom.
Im Nachfolgenden werden in Bezug auf die Figuren 4 bis 9 unterschiedliche Fehlerzustände der elektrischen Maschine beschrieben und wie diese
Fehlerzustände im Rahmen des Verfahrens erkannt werden können. ln den Figuren 4 bis 7 ist die elektrische Maschine aus Figur 1 schematisch in unterschiedlichen Fehlerzuständen dargestellt. Weiterhin sind in den Figuren 4 bis 7 analog zu Figur 2 Spannungsverläufe der Gleichspannung UB+
schematisch dargestellt, welche in diesen Fehlerzuständen im Rahmen des Verfahrens in Schritt 310 erfasst werden können.
In Figur 4a ist die elektrische Maschine aus Figur 1 in einem ersten
Fehlerzustand 100A schematisch dargestellt. In diesem ersten Fehlerzustand 100A liegt eine Unterbrechung in einer Phase vor, wobei ein erhöhter (ggf.
unendlicher) Wderstand Ri zwischen einem Phasenanschluss des Stators 110 und einem Mittelabgriff einer Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130 vorliegt. In Figur 4b ist ein zeitlicher Verlauf 200A der Gleichspannung UB+ dargestellt, welcher in einem derartigen Fehlerzustand 100A im Rahmen des Verfahrens in Schritt 310 erfasst werden kann.
In Figur 5a ist die elektrische Maschine in einem zweiten Fehlerzustand 100B schematisch dargestellt, in welchem ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen der elektrischen Maschine 100 vorliegt, wobei ein verringerter, insbesondere verschwindender Widerstand R2 zwischen zwei Phasenanschlüssen des Stators 1 10 vorliegt. In Figur 5b ist ein zeitlicher Verlauf 200B der Gleichspannung UB+ dargestellt, welcher in diesem zweiten Fehlerzustand 100B im Rahmen des Verfahrens in Schritt 310 erfasst werden kann.
Ein dritter Fehlerzustand 100C der elektrischen Maschine ist in Figur 6a dargestellt, wobei eine Unterbrechung in einem Schaltelementpfad der
Gleichrichterschaltung 130 vorliegt. Dabei liegt ein erhöhter Widerstand (ggf. unendlicher) R3 zwischen zwei Schaltelementen einer der Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130 vor. Ein entsprechender Verlauf 200C der
Gleichspannung UB+, welcher in diesem dritten Fehlerzustand 100C erfasst werden kann, ist schematisch in Figur 6b dargestellt.
In einem vierten Fehlerzustand 100D der elektrischen Maschine, der in Figur 7a dargestellt ist, liegt ein Kurzschluss in einem Schaltelementpfad vor mit einem verringerten, insbesondere verschwindenden Widerstand R über einem Schaltelement der Gleichrichterschaltung 130. Figur 7b zeigt einen
entsprechenden Verlauf 200D der Gleichspannung UB+, welcher in diesem vierten Fehlerzustand 100D erfasst werden kann
Analog zu obigen Erläuterungen in Bezug auf Figur 3 können diese Verläufe 200A bzw. 200B bzw. 200C bzw. 200D in Schritt 310 des Verfahrens bestimmt werden, wenn der entsprechende Fehlerzustand 100A bzw. 100B bzw. 100C bzw. 100D der elektrischen Maschine vorliegt. Gemäß Schritt 321 bis 323 werden diese Verläufe 200A bzw. 200B bzw. 200C bzw. 200D gefiltert und normiert, um lokale Peaks mit Hilfe der Periode Tei zu erkennen.
In Figur 8 sind schematisch in Spannungs-Zeit-Diagrammen entsprechende gefilterte, normierte zeitliche Verläufe 200A bzw. 200B bzw. 200C bzw. 200D dargestellt, die im Zuge bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Die einzelnen erkannten lokalen Extrema bzw. lokalen Peaks sind dabei jeweils mit einem Asteriskus dargestellt.
Figur 8a zeigt einen gefilterten und normierten zeitlichen Verlauf 300 des in Figur 2 dargestellten Referenzverlaufs 200.
Figur 8b zeigt einen gefilterten und normierten zeitlichen Verlauf 300A des Spannungsverlaufs 200A aus Figur 4b, der im Zuge des ersten Fehlerzustands 100A bestimmt werden kann.
Figur 8c zeigt einen gefilterten und normierten zeitlichen Verlauf 300B des in Figur 5b gezeigten Spannungsverlaufs 200B, der im Zuge des zweiten
Fehlerzustands 100B bestimmt werden kann.
Ein gefilterter, normierter Verlauf 300C des in Figur 6b gezeigten
Spannungsverlaufs 200C des dritten Fehlerzustands 100C ist in Figur 8d dargestellt.
In Figur 8e ist ein gefilterter, normierter Verlauf 300D des in Figur 7b gezeigten Spannungsverlaufs 200D im vierten Fehlerzustands 100D dargestellt. Wie oben erläutert, werden die in Schritt 323 die Positionen der erkannten lokalen Peaks in Schritt 324 durch Subtraktion ihres Mittelwerts normiert, wodurch eine Dichtefunktion der Positions-Verteilung der erkannten lokalen Peaks bestimmt wird, welche als eine Normalverteilung angenommen werden kann, insbesondere mit einem Mittelwert von null.
In Figur 9 sind entsprechende Normalverteilungen der Peakpositionen dargestellt, die in den gefilterten, normierten zeitlichen Verläufen 300, 300A, 300B, 300C, 300D der Figuren 8a bis 8e erkannt wurden.
Kurve 400 ist dabei eine Normalverteilung der erkannten lokalen Peaks des in Figur 8a gezeigten gefilterten, normierten Verlaufs 300 des Referenzverlaufs 200 aus Figur 2.
Kurve 400A ist eine Normalverteilung der Positionen der erkannten lokalen Peaks des gefilterten, normierten Verlaufs 300A aus Figur 8b im ersten
Fehlerzustand 100A.
Kurve 400B ist eine Normalverteilung der Positionen der erkannten lokalen Peaks des in Figur 8c gezeigten gefilterten, normierten Verlaufs 300B im zweiten Fehlerzustand 100B.
Kurve 400C ist eine Normalverteilung der Positionen der erkannten lokalen Peaks des in Figur 8d gezeigten gefilterten, normierten Verlaufs 300C im dritten Fehlerzustand 100C.
Kurve 400D ist eine Normalverteilung der Positionen der erkannten lokalen Peaks des in Figur 8e gezeigten gefilterten, normierten Verlaufs 300D im vierten Fehlerzustand 100D.
Wie in Figur 9 zu erkennen ist, ist die Verteilung 400 der lokalen Peaks im Referenzfall die schlankeste und besitzt die geringste Standardabweichung bzw. die geringste Varianz. Daher wird die Standardabweichung dieser Verteilung 400 als Referenzwert bestimmt. Die Standardabweichungen der übrigen Verteilungen 400A, 400B, 400D, 400D sind jeweils größer als die Standardabweichung der Verteilung 400.
Je mehr die Standardabweichungen der Verteilungen 400A, 400B, 400D, 400D als Evaluationswerte von der Standardabweichung der Verteilung 400 als Referenzfall abweichen, desto stärker ist der entsprechende Fehlerzustand der elektrischen Maschine, wodurch in Schritt 343 die Stärke des jeweiligen Fehlers bestimmt werden kann.
Je größer dabei der Widerstandwert Ri bzw. R3 bei einer Unterbrechung im ersten bzw. dritten Fehlerzustand, umso stärker ist der entsprechende
Fehlerzustand. Je kleiner der Widerstandwert R2 bzw. R4 bei einem Kurzschluss im zweiten bzw. vierten Fehlerzustand, umso stärker ist dieser entsprechende Fehlerzustand.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands (100A, 100B, 100C, 100D) einer elektrischen Maschine (100) mit einem Rotor (120), einem Stator (110) und einer mit dem Stator (110) verbundenen Gleichrichterschaltung (130), wobei ein zeitlicher Verlauf (200A, 200B, 200C, 200D) eines
Spannungswerts (UB+) der elektrischen Maschine (100) erfasst wird (310), wobei aus dem erfassten zeitlichen Verlauf (200A, 200B, 200C, 200D) des Spannungswerts (UB+) ein Evaluationswert bestimmt wird (320),
wobei der bestimmte Evaluationswert mit einem Referenzwert verglichen wird (330) und
wobei in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis bewertet wird, ob ein Fehlerzustand (100A, 100B, 100C, 100D) der elektrischen Maschine vorliegt (341) oder nicht (342).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein statistischer Wert des zeitlichen Verlaufs (200A, 200B, 200C, 200D) des Spannungswerts (UB+) als der Evaluationswert bestimmt wird (325).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Standardabweichung und/oder eine Varianz eines aus dem zeitlichen Verlauf (200A, 200B, 200C, 200D) des Spannungswerts (UB+) bestimmbaren wiederkehrenden Merkmals als der Evaluationswert bestimmt werden (325).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in dem zeitlichen Verlauf (200A, 200B, 200C, 200D) des Spannungswerts (UB+) Positionen von lokalen Extrema als bestimmbare wiederkehrende Merkmale bestimmt werden (324) und wobei aus diesen erkannten lokalen Extrema der Evaluationswert bestimmt wird (325).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein statistischer Wert der Positionen der erkannten lokalen Extrema als der Evaluationswert bestimmt wird (325).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Standardabweichung und/oder eine Varianz der Positionen der erkannten lokalen Extrema als der
Evaluationswert bestimmt werden (325).
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der
Referenzwert aus einem Referenzverlauf (200) des Spannungswerts (UB+) bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine (100) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Referenzwert als statistischer Wert, insbesondere als eine Standardabweichung und/oder Varianz, von
Positionen von lokalen Extrema des Referenzverlaufs (200) des
Spannungswerts (UB+) bestimmt wird (331).
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei im Zuge des Vergleichs des Evaluationswerts und des Referenzwerts ein
Schwellwertvergleich durchgeführt wird und überprüft wird, ob der
Evaluationswert den Referenzwert überschreitet (330).
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei im Zuge des Vergleichs des Evaluationswerts und des Referenzwerts eine Abweichung des Evaluationswerts von dem Referenzwert bestimmt wird und wobei in Abhängigkeit von dieser Abweichung eine Stärke eines vorliegenden Fehlers bewertet wird (343).
1 1. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in
Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis bewertet wird, ob als
Fehlerzustand der elektrischen Maschine eine Unterbrechung in einer Phase
(100A) und/oder ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen (100B) und/oder eine Unterbrechung in einem Schaltelementpfad (100C) und/oder ein Kurzschluss in einem Schaltelementpfad (100D) vorliegt.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein zeitlicher Verlauf (200A, 200B, 200C, 200D) eines Spannungswerts (UB+) einer an der Gleichrichterschaltung (130) der elektrischen Maschine (100) anliegenden Gleichspannung erfasst wird (310).
13. Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten
Computerprogramm nach Anspruch 14.
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