逆变器和馈电功率构件的输入回路和中间回路的预测性维护的制作方法

本发明涉及一种用于借助计算机和测量元件来确定电压供给设备中的直流电压中间回路中的电构件的状态和故障概率的方法。

背景技术：

这种电压供给设备，尤其是以整流器电路或逆变器电路以及转换器电路的形式用在许多电设备和电机器中。电压供给设备尤其用于电子地调节电驱动马达的转速。这些电压供给设备为此具有直流电压中间回路，由交流电压网络以经整流的线路电压(netzspannung)供给该直流电压中间回路，并且该直流电压中间回路在输出端侧具有半导体桥电路，以能够转速变化地运行电驱动马达。为此，电压供给设备具有多个电构件和电子构件，例如电阻、电容器、晶体管和二极管。然而，这些电构件尤其根据周围环境条件和负载而受到老化的影响。所述老化一方面可能改变构件的电参数，另一方面可能导致构件的故障。这又导致电设备或电机器的故障。

在工业中的生产机器的情况下，避免这种故障尤其重要，并且替代地及时更换有风险的构件。为此存在监测电构件老化的方法。由公开文献de102004036211a1得出这种用于求取电设备中的电解电容器的老化的方法。在此，监测逆变器电路的直流电压中间回路中的电解电容器的老化。在此，电解电容器通过可接通的预充电电阻进行充电。在预充电过程期间，在两个不同的时刻分别检测电解电容器上存在的电压，然后在跨接预充电电阻时检测电解电容器上存在的电压，并又根据该所测量的电压和时刻来计算预充电过程的时间常数，接下来将其与预先确定的所存储的时间常数进行比较。所存储的时间常数与所求取的时间常数之间的偏差在此表示电解电容器的老化程度。如此获得一种方法，借助该方法可以在接通电设备时以简单的类型和方式来确定直流电压中间回路中的电解电容器的老化，并且因此也可以预测电解电容器的故障。

根据现有技术的方法的缺点在于，用该方法仅能够检测电解电容器的老化，其中，所述求取此外也相对较不准确，因为其假定预充电电阻的电阻值是恒定的，而实际上不是这种情况，因为电阻也随时间而老化。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提出一种用于借助计算机和测量元件来确定电压供给设备中的直流电压中间回路中的电构件的状态和故障概率的方法，该方法可靠地求取电构件的当前状态。

根据本发明，该任务通过本发明的技术方案来解决。本发明的其他构型由优选的实施方式、说明书和附图得出。

根据本发明的方法尤其用于借助计算机和测量元件可靠地求取电压供给设备中的直流电压中间回路中的电构件的故障概率。为此，在直流电压中间回路的限定的运行状态的情况下，在直流电压中间回路中通过测量元件来测量电压和/或电流，并且由此在计算机中计算并存储电构件的当前值，并将该电构件的当前值与电构件的相应的存储值进行比较。与现有技术相比，通过使用电压和电流的测量值可以更可靠地计算相应的组件的当前状态，因为在现有技术中在计算时没有考虑变化的电阻值，然而在本发明中通过电压和电流的实际的测量值考虑了该电阻值的变化。

在本发明的第一构型中设置，以多个时间间距多次计算电构件的当前值，并且由此在计算机中生成并存储趋势曲线。通过多次检测电构件的当前值，可以准确地检测电构件的值随时间的变化，从而在计算机中形成并存储趋势曲线。

在本发明的一种有利构型中，将计算机中的趋势曲线与存储的最大允许值进行比较，其中，在超过最大允许值时认为电构件即将发生故障，并且在屏幕上在电构件的位置示出将该即将发生的故障，或借助数据传输在其他位置在那里的屏幕上示出该即将发生的故障。通过电构件的趋势曲线与所存储的最大允许值进行比较，可以非常好地估计电构件的故障风险。只要趋势曲线与最大允许值的容差曲线相交，则必须认为即将发生故障。为此，可以在计算机中存储趋势曲线与最大允许值之间的相应的间距，在趋势曲线未超过最大允许值时已经警告即将发生故障。这要么可以例如在屏幕上直接就地在电设备处实现，要么首先尤其通过数字接口(例如无线互联网连接)将数据传输至例如电设备制造商处的中央计算机，然后在那里对数据进行分析处理，并在那里在屏幕上显示给负责的服务人员作为警告。因此，可以集中地监测和预测电设备的故障，并且通过服务人员可以就地实现及时地相应地更换相关的电构件。

在本发明的一种有利构型中设置，对于电构件在计算机中存储如下极限值：该极限值结合允许的最大网络不对称性来存储，并且在超过最大允许值时认为存在不再允许的网络不对称性，并在屏幕上输出相应的警告。如在求取构件的故障概率时一样，当超过允许的最大网络不对称性时，在此附加地警告这一点。这些网络不对称导致在构件和电子部件上的高负载，从而根据标准和必要时电能供应者的规定，在负载中仅允许一定的最大网络不对称性。如果超过该极限，则给网络增加不允许的负载并违反标准。通过电压供给设备上的负载引起的网络不对称同样取决于该电压供给设备中的电构件的值的变化。如果现在一直周期性地或定期地求取电构件的这些值，则同样可以计算变化的网络不对称性并将其存储在电压供给设备的计算机中。一旦网络不对称变得太大，则可以在电压供给设备的屏幕上或者在通过互联网连接与电压供给设备连接的屏幕上输出相应的警告。必要时也可以通过计算机实现关断电压供给设备或降低电压供给设备的功率接收。

此外设置，电构件是中间回路电容器，并且在接通电压供给设备时测量中间回路电流和中间回路电压，并且由此在计算机中求取并存储中间回路电容器的当前电容。以这种类型和方式可以可靠地确定中间回路电容器的电容，因为在此在计算中不考虑变化的充电电阻的影响。中间回路电流和中间回路电压的实际测量值允许可靠且精确地求取中间回路电容器的中间回路电容。然后，将如此求取的当前电容与计算机中所存储的趋势曲线进行比较，并且在出现不允许的偏差时推断出即将发生的故障。

在本发明的另一构型中设置，电构件是起动电阻，并且在接通电压供给设备时通过中间回路电容对该起动电阻进行充电，并且在此测量输入回路中的交流电压、中间回路中的中间回路电压和中间回路电流以及起动电阻上的电压，并且由这些值在计算机中计算并存储起动电阻的当前值。以这种类型和方式能够非常可靠地且准确地计算起动电阻的变化的值，并且同样对不允许的偏差以及即将发生的故障进行监测。

此外有利地设置，电构件是制动电阻，并且通过所分配的晶体管来接通制动电阻，在接通晶体管后对中间回路电压和中间回路电流进行检测，并由此在计算机中求取制动电阻的当前值。以这种类型和方式还可以可靠地求取制动电阻的当前值，并且通过与所存储的值的比较来推断出不允许的偏差或即将发生的故障。

此外有利地设置，电构件是继电器，并且在中间回路的充电过程中接通该继电器，其中，通过在计算机中比较制动电阻的值和起动电阻的值来求取继电器的功能有效性。如先前已经实施的那样，可以由所测量的电压和电流来求取制动电阻和起动电阻的当前值。通过比较制动电阻和起动电阻的值，可以在中间回路的充电过程中测试继电器的功能有效性。如果继电器有故障并且不再干净地分离，那么这可以通过制动电阻和起动电阻的值在计算机中确定。

在本发明的另一构型中设置，在空载中对线路电压进行测量，并且在负载下对线路电压进行测量，并且通过计算网络中两个测量的差来确定网络阻抗，其中，在考虑网络阻抗的情况下，在计算机中通过测量线路电压来求取网络中的不对称性。以这种类型和方式，除网络不对称性外，也可以显示通过电压供给设备所供给的机器的谐波负载。

优选设置，在电压供给设备的每个接通过程中求取电构件的当前值并将其存储在计算机中。可以对所有电构件进行此操作，其方式是：可以测量相应的电压值和电流值。以这种类型和方式，在电压供给设备的每个接通过程中求取所有电构件的当前值并存储在计算机中。然后，可以将如此求取的值插入已谈及的趋势曲线中，从而能够及时读取电压供给设备的可能的故障。

附图说明

以下通过附图更详细地描述和阐述本发明。附图示出：

附图1示出具有连接在上游的整流器电桥(gleichrichterbrücke)的直流电压中间回路、具有计算机的电压供给设备。

具体实施方式

在图1中描绘的直流电压中间回路是电压供给设备1的一部分，其中，该直流电压中间回路通过整流器电桥连接到三相交流电压网络的导线l1、l2、l3。整流器电桥还具有起动晶闸管d1、d2和扼流线圈dr1。直流电压中间回路本身具有起动电阻r1、制动电阻r2和制动晶体管t1，该制动晶体管t1连接制动电阻r2。起动电阻r1通过继电器k1来连接。直流电压中间回路还包含中间回路电容器c_zwk，其是充电过程所必需的。通过控制计算机2来控制电子构件d1、d2、t1以及继电器k1。此外，多个测量元件3连接到控制计算机2上，该测量元件检测直流电压中间回路中的电压和电流。控制计算机2还与电压供给设备1上的屏幕4连接，除电压供给设备的运行数据之外，屏幕尤其还可以显示控制计算机2已经预先计算出的电构件的即将发生的故障。此外，电压供给设备1也可以以在此未示出的类型和方式而与互联网连接，使得控制计算机2的数据通过互联网传输到电压供给设备1的制造商的中央计算机，并且在那里在另一屏幕上显示，使得在制造商处可以提早识别电子元件的老化和即将发生的故障。

控制计算机2可以根据以下所阐述的方法来求取直流电压中间回路中的电子构件和电构件的功能有效性和老化。根据本发明的方法可以借助测量元件3和控制计算机2在电压供给设备的起动或工作流程中在中间回路电容器c_zwk处求取电容器老化、电容减少以及所谓的漏电流的增加。通过如下方式确定老化：在接通与电压供给设备连接的驱动系统(在此未示出的机器)时，对中间回路电流i_zwk和中间回路电压u_zwk进行测量。

通过积分，基于关系c＝q/u来获得中间回路中的当前电容。该电容在每次起动时都存储在控制计算机2中。由此得到示出老化的趋势曲线。

c电容

q电荷

u电压

t时间

izwk在时刻t通过充电电阻的电流

uzwk在时刻t中间回路中的电压

求取中间回路电容器c_zwk处的漏电流，其方式是：在起动过程之后测量中间回路中的漏电流。在没有负载时测量漏电流。泄漏电流增加是用于电容器的老化确定的附加指示，并且相应地在故障预测时也可以由控制计算机2来考虑。

根据本发明的方法也可以说明关于起动电阻r1的状态。在此，对存在性、准确性和可信度进行检查。在接通驱动系统时，通过起动电阻r1对中间电容器c_zwk进行充电。在此，对输入回路中的交流电压、中间回路中的中间回路电压u_zwk或中间回路电流i_zwk，和起动电阻r1上的电压u_r1进行测量。在该测量的情况下可以非常准确地确定起动电阻r1的值，使得可以通过控制计算机2来识别老化现象。

根据本发明的方法同样可以说明关于制动电阻r2的状态。在此，对存在性、准确性和可信度进行检查。通过接通制动晶体管t1并且借助中间回路中的电流i_zwk和电压u_zwk非常准确地确定制动电阻r2的值。

根据本发明的方法同样可以说明关于继电器k1的状态。能够检查继电器k1的功能和可信度。在中间回路充电时连接继电器k1。通过充电过程检查继电器k1的功能。未打开的继电器k1通过制动电阻r2和起动电阻r1的两个值来确定。通过起动时的测试顺序对继电器k1的功能进行可信度检查。

此外，通过空载中的线路电压u1、u2、u3的测量以及在负载下的第二测量可以求取网络质量。控制计算机2可以通过两个测量的差来确定网络阻抗。此外，通过测量线路电压u1、u2、u3或相间电压(verkettetenspannung)u12、u23、u31可以求取网络中的不对称性。此外，由于不对称性，在屏幕4上显示机器的谐波负载。

不对称性是现有的网络质量的指示。在计算预测性的维护中一同考虑网络质量。在差的网络的情况下，电压供给设备1的使用寿命以及由电压供给设备供给的驱动马达的使用寿命会强烈地降低。

u12相间电压(auβenleiterspannung)l1-l2(测量的)

u23相间电压l2-l3(测量的)

u31相间电压l3-l1(测量的)

其中，

直接测量参量是温度和电流/电压(直流，交流)；

间接测量参量是中间回路中的不对称性、功率、能量和交流电压分量。

在驱动系统的每个接通过程中，在控制计算机2中记录所有以上描述的测量参量。机器控制装置通过未示出的互联网连接将数据传输到云存储器中。在此，全局地检测对于相同构造的驱动系统的趋势线。通过连续的数据分析可以预测性地监测驱动系统，并且必要时更换驱动系统。功率、温度、不对称性是增加损耗的指示并且因此需要一同记录在数据分析中。对客户而言有利的是较少的、计划的停机时间。此外，得出服务使用的更好的可计划性，以及由此得出更低的开销。

附图标记列表

i_zwk中间回路电流

u_zwk中间回路电压

c_zwk中间回路电容

r1起动电阻

u_r1起动电阻上的电压

r2制动电阻

t1制动晶体管

b6桥式整流器

d1、d2起动晶闸管

l1、l2、l3三相电网的导线

dr1扼流线圈

k1继电器

u1、u2、u3线路电压

u12、u23、u31相间电压

1电压供给设备

2控制计算机

3测量元件

4屏幕