用于可靠地监测三相交流电动机的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可靠地监测三相交流电动机（12）的方法，该三相交流电机由通过连接在中间电路下游的逆变器（14）来供电，以及涉及一种根据该方法工作的装置，在该方法或该装置中由所有的相位电流和相位电压来测定逆变器输出功率Pw并且由中间电流和中间电压测定中间电路功率Pzk，其中比较两个所测定的功率并且根据比较的结果产生输出信号（30）。
【专利说明】用于可靠地监测三相交流电动机的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于可靠地监测三相交流电动机、特别是场定向运行的三相交流电动机的方法和装置。在此三相交流电动机以已知的方式和方法由逆变器来供电并且这种供电器连接在中间电路下游。
【背景技术】
[0002]用于可靠地监测三相交流电动机以及场定向运行的三相交流电动机的方法和装置是已知的。示例性地参阅DE102006042038B。
[0003]此外在DE102006042038B中描述了相位电流iR，iS和iT的测定和监测。在按规定运行三相交流电动机时必须抵消这些电流的总和，因为没有设置中点接口并且由此得出，即不存在接地端。然而在测定相位电流之后在将相应的传感器信号运用到专用集成电路(ASIC)、微控制器或这一类的装置上时能够出现所谓的同步性标准误差。DE102006042038B描述了识别和处理这种误差的不同的可能性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于说明另一种用于可靠地监测特别是场定向运行的三相交流电动机的方法以及一种根据该用于可靠地监测特别是场定向运行的三相交流电动机的方法工作的装置，特别是一种避免同步性标准误差问题的方法或装置。
[0005]该目的根据本发明利用具有权利要求1的特征的方法来实现。为此在用于可靠地监测由连接在中间电路下游的逆变器来供电的三相交流电动机的方法中设置有下列步骤:
[0006]a)测定三相交流电动机的全部相位电流iR，iS，iT和相位电压uR，uS，uT。
[0007]b)由相位电流和相位电压来测定逆变器输出功率Pw。
[0008]c )此外测定中间电路电流I zk和中间电路电压Uzk并且由该中间电路电流和中间电路电压来测定中间电路功率Pzk。
[0009]d )相互比较测定的功率、即逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk。
[0010]e)当测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk在预定的或能预定的界限内不一致时，产生与此有关的输出信号。
[0011]在此输出信号的产生是指输出信号的所有形式，即不仅是在激活输出的意义上的外部输出信号而且是在设置或删除存储位置的意义上的内部输出信号。在两个测定的功率不存在或不充分一致时，即要么可以在逻辑高电平意义上产生信号，要么可以通过转换其他存在的逻辑高电平的方法来产生信号。
[0012]上述的目的也利用相应的装置来实现，该装置用于进行在此和下面所述的具有权利要求3的特征的方法。为此用于进行该方法的装置具有驱动调节设备和用于检测三相交流电动机的相位电流iR，iS，iT和相位电压uR，uS，uT的以及用于检测中间电流Izk和中间电路电压Uzk的装置。在此考虑测量所有三个相位电流iR，iS，iT。但是也符合的是，仅测量这些相位电流的其中两个或者以另外适合的方式和方法来检测，因为第三个电流由另两个相位电流的负值总和得出。驱动调节设备这样来设计，利用驱动调节设备由所检测的电流和电压能够测定逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk，例如在驱动调节设备具有以微处理器的形式或根据微处理器的类型的处理单元以及带有计算机程序的存储器的情况下，其中处理单元在驱动调节设备的运行中执行计算机程序，并且计算机程序包括程序编码指令，该程序编码指令用于由作为测量值输送的电流值和电压值来测定功率值Pw，Pzk。当测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk在预定的或能预定的界限内不一致时，此后驱动调节设备包括用于比较逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk的装置以及用于产生所述输出信号的装置。这种装置同样可以是相应的计算机程序的程序编码指令或者也可以是设计在硬件上的比较器，两个测定的功率值Pw，Pzk作为输入信号被输送至该比较器，并且该比较器的输出分别是产生的输出信号或者形成产生输出信号的基础。
[0013]当多通道地并且为了安全起见设计驱动调节设备时，监测的结果符合有关的、特别是职业保险联合会的规定。
[0014]当驱动调节设备包括用于由所检测的相位电流iR，iS, iT和相位电压uR, uS, uT测定逆变器输出功率Pw的第一功能单元以及独立的、用于由中间电流Izk和中间电路电压Uzk测定中间电路功率Pzk的第二功能单元时，则得到多通道地、冗余地相应的功率值的测定。功能单元例如具有自身的微处理器、具有自身的存储器或也同样在能够通过其他的功能单元使用的存储器上进行存取并且具有在存储器中载入的、用于测定相应的功率值的计算机程序，即使在功能单元中的其中一个发生故障时，对应的功能单元通常仍然提供功率值，该功率值可以用于其他的、不再为了安全起见的处理。
[0015]当驱动调节设备具有这样的功能单元时，即能够通过第一功能单元测定逆变器输出功率Pw以及中间电路功率Pzk，并且能够通过第二功能单元测定中间电路功率Pzk以及逆变器输出功率Pw，则得出用于也以交叉的方式比较在每个功能单元内所测定的功率值的可能性。当例如在交叉地比较两个功率值、即分别是逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk，确定了一致性或足够的一致性时，则实现了功率值的多通道的冗余的检验并且以这种检验为基础可以产生作为冗余输出信号的输出信号，该冗余输出信号也就是例如对于每两个进行的交叉比较的各一个输出信号的形式。
[0016]本发明的优点在于，三相交流电动机的按规定的运行能够通过监测两个功率值、即中间电路功率Pzk和逆变器输出功率Pw来容易地检验。此外在考虑两个功率值时规避了可能发生的同步性标准误差问题。
[0017]最后两个功率值的测定是能够用于冗余地测定三相交流电动机的相应的扭矩的基础。功率P与三相交流电动机的扭矩m已知地通过公式P = mx w/Zp = mx2 n xf/Zp运算，其中《和f?直接地或间接地取决于电动机的定子频率并且Zp取决于极对数。由每个测定的功率值即可以在已知的定子频率或已知的《下测定相应的扭矩。当之前准确地调节，以使得测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk在预定的或能预定的界限内一致时，这样才进行这种计算，给出了用于测定扭矩的冗余的基础，这样不但能够以逆变器输出功率Pw为出发点而且能够以中间电路功率Pzk为出发点。以这种方式测定的扭矩可以用于进一步的监测，例如在DE102006042038B已经描述的这种监测，也就是例如用于可靠地监测扭矩和/或用于可靠地限定扭矩。[0018]只要在方法的一个实施方式中设置测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk是一致的或至少是足够一致的，则测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk用于测定三相交流电动机的当前的扭矩。
[0019]如果方法的各个方面在软件中执行，例如测定两个功率值和/或比较这两个功率值和/或根据比较的结果产生输出信号，本发明也是具有能通过计算机执行的程序编码指令的计算机程序和另一方面是具有这种计算机程序的存储媒介以及最后也是用于转速电动机的、具有处理单元和存储器的驱动调节设备，在其存储器中载入或可载入作为用于实施该方法和其设计方案的工具的这种计算机程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面根据附图详细说明本发明的实施例。彼此相应的对象或部件在所有的附图中以相同的标号标出。
[0021]这个或每个实施例不理解为对本发明的限制。更确切地说在前述公开的范畴内多个变型和改型是可能的，特别是这种变型或组合，该变型或组合例如能够通过对各个结合了在普遍的或特有的说明部分中所描述的以及在权利要求和/或附图中包含的特征或部件进行组合或变换来得出或者能够通过对于技术人员考虑到实现该目的的方法步骤来得出，并且通过可组合的特征导出新的对象或新的方法步骤或方法步骤顺序。
[0022]这个唯一的附图示出具有三相交流电动机的驱动装置。
【具体实施方式】
[0023]这个附图示出总的以附图标记10标出的驱动装置，该驱动装置具有下面有时也仅仅简称为电动机的三相交流电动机12。三相交流电动机12由逆变器14来供电，该逆变器在它的一侧连接在具有中间电路电容器16的中间电路的下游。驱动装置由电压源17、例如电池或这一类的电源或者供电系统来供电。为了控制和驱动调节设置驱动调节设备18，其特别是控制逆变器14，以便达到电`动机12的期望的转速。为此驱动调节设备18以自身已知的方式和方法包括微处理器的形式的或根据微处理器的类型的处理单元20以及存储器22，在该存储器中载入至少一个计算机程序24。
[0024]在测定相位电流iR，iS，iT和相位电压uR，uS，uT以及中间电流Izk和中间电路电压Uzk的基础上实现电动机12的监测。为此设置相应的传感器26，28。每个传感器26，28例如将相位电流或相位电压的测量值提供到驱动调节设备18上。基于下列公式，驱动调节设备18由相应的测量值测定逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk:
[0025]Pw = iRxuR+iSxuS+iTxuT
[0026]Pzk = IzkxUzk.[0027]为此要么在存储器22中载入相应的计算机程序24要么已经存在的计算机程序24补充了计算机程序指令，该计算机程序指令用于测定两个上述的功率值、即逆变器输出功率Pw和中间电路功率Pzk。可替换地，驱动调节设备18为测定两个功率值也包括设计在硬件中的乘法器和加法器。
[0028]通过驱动调节设备18比较这两个功率值。为此这个或一个计算机程序24包括相应的程序编码指令或驱动调节设备18包括比较器。[0029]在正常地和无误差地运行电动机12时存在的期望是，这两个功率值是一致的。也就是当在任何时间点识别出两个功率值存在偏差时，则存在特殊情况。
[0030]为了处理这种特殊情况设置了，即当测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk在预定的或能预定的界限内不一致时，驱动调节设备18产生输出信号30。在考虑在预定的或能预定的界限内的一致性或不存在的一致性时，考虑以下实际情况，即例如在处理相应的测量值时通过计算机程序24和设置在其上游的模拟/数字转换器可以出现舍入误差(Rundungsfehler)或这一类的误差。
[0031]这种输出信号可以取决于执行地要么表示两个功率值的存在的足够的一致性要么表示两个功率值的不存在的一致性。
[0032]在测定的逆变器输出功率Pw与测定的中间电路功率Pzk在预定的或能预定的界限内一致时，测定的逆变器输出功率Pw或测定的中间电路功率Pzk用于测定电动机12的当前的扭矩。为此利用解码器32接收电动机12的转速n的数值。这个转速在忽略例如转差率和这一类的效应时基本相应于定子频率。
[0033]在此基础上可以根据已知的公式
[0034]P = mx co /Zp=mx2 n xf/Zp mx2 n xn
[0035]利用测定的功率值Pw, Pzk和测定的转数n来测定扭矩m。另外可以进一步按照规定地监测这样测定的扭矩m的数值，例如保持预定的或能预定的极限值。
[0036]在此，前述说明书的各个主要的方面由此可以简短地总结如下:给出一种可靠地监测通过连接在中间电路下游的逆变器来供电的三相交流电动机的方法，以及给出一种根据该方法工作的装置，在该方法或该装置中由所有的相位电流和相位电压来测定逆变器输出功率Pw并且由中间电流和中间电压测定中间电路功率Pzk，其中比较两个所测定的功率并且根据比较的结果产生输出信号30。当在比较两个功率值中确定存在偏差时，识别出特殊情况，通过输出信号30表示特殊情况。只要两个测定的功率值在预定的或能预定的界限内是一致的，则涉及冗余地测定至少一个功率值，利用该功率值在下列运算程序中例如可以测定电动机12的扭矩。当持续地或循环地比较两个功率值时，例如用于测量相应扭矩的功率值也涉及确保无误差地(fehlersicher)测定的功率值，因为在两个功率值一致时能够以正确无误地测定每个功率值为出发点。总之在此提出的方法由此适用于作为确保无误差地扭矩监测的基础。
【权利要求】
1.一种用于可靠地监测三相交流电动机(12)的方法，所述三相交流电机由通过连接在中间电路下游的逆变器(14)来供电，所述方法具有下列步骤: a)测定所述三相交流电动机(12)的每个相位电流(iR，iS，iT)， b)测定所述三相交流电动机(12)的每个相位电压(uR，uS，uT)， c)由所述相位电流(iR，iS，iT)和所述相位电压(uR，uS，uT)测定逆变器输出功率(Pw), d)测定中间电路电流(Izk)， e)测定中间电路电压(Uzk), f )由所述中间电路电流(Izk)和所述中间电路电压(Uzk)测定中间电路功率(Pzk)， g)比较测定的所述逆变器输出功率(Pw)和测定的所述中间电路功率(Pzk)并且 h)当测定的所述逆变器输出功率(Pw)与测定的所述中间电路功率(Pzk)在预定的或能预定的界限内不一致时，产生输出信号(30)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当测定的所述逆变器输出功率(Pw)与测定的所述中间电路功率(Pzk)在所述预定的或能预定的界限内相一致时，测定的所述逆变器输出功率(Pw)或测定的所述中间电路功率(Pzk)用于测定所述三相交流电动机(12)的当前的扭矩。
3.一种用于执行根据权利要求1或2所述的方法的装置，所述装置包括驱动调节设备(18)和用于检测三个所述相位电流(iR，iS，iT)中的至少其中两个的装置和用于检测所述三相交流电动机(12)的三个所述相位电压(uR，uS，uT)的以及用于检测所述中间电流(Izk)和所述中间电路电压(Uzk)的装置，其中借助所述驱动调节设备(18)由检测到的电流和电压能够测定逆变器输出功率(Pw)和中间电路功率(Pzk)，并且 其中当测定的所述逆变器输出功率(Pw)与测定的所述中间电路功率(Pzk)在预定的或能预定的界限内不一致时，所述驱动调节设备(18)包括用于比较所述逆变器输出功率(Pw)和所述中间电路功率(Pzk)的装置以及用于产生输出信号(30)的装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其中多通道地并且为了安全起见设计所述驱动调节设备(18)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述驱动调节设备(18)具有第一功能单元以及独立的第二功能单元，所述第一功能单元用于由所检测的所述相位电流(iR，iS，iT)和所述相位电压(uR，uS，uT)测定所述逆变器输出功率(Pw)，所述第二功能单元用于由所述中间电流(Izk)和所述中间电路电压(Uzk)测定所述中间电路功率(Pzk)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中能够通过所述第一功能单元测定所述逆变器输出功率(Pw)和所述中间电路功率(Pzk)，并且其中能够通过所述第二功能单元测定所述中间电路功率(Pzk)和所述逆变器输出功率(Pw)。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中能够产生作为冗余输出信号的所述输出信号(30)。
【文档编号】H02P27/06GK103782506SQ201280037969
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年8月4日
【发明者】京特·施韦西希 申请人:西门子公司