WO2020015996A1 - Überwachung wenigstens eines elektromotors - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a system for monitoring at least the motor temperature as motor parameters when operating at least one electric motor on power electronics.
- a disadvantage of these methods is that the evaluations only consider the engine temperatures as such. Furthermore, there is a reduced functional reliability, since the motor is only switched off in the event of a thermal overload due to incorrect parameterization of operating points that is not suitable for the corresponding motor or in any case not optimal. In addition, incorrect parameterization of operating characteristics of the electric motor in the event of a malfunction or damage results in increased effort in fault finding.
- a method for monitoring at least the motor temperature as a motor parameter when operating at least one electric motor on power electronics is proposed, the electrical motor large by measuring with a measuring device and creates a parameter file with motor parameters based on the measured motor sizes or reads the motor parameters from a data memory.
- a control device controls the electric motor with respect to at least the temperature as a motor parameter on the basis of the further motor parameters from the parameter file. It is beneficial that additional engine parameters are recorded and saved in the form of the parameter file. This means that operating points that have already occurred can be optimally regulated and critical areas can be identified at an early stage. This leads to a lifespan extension of components to be commutated by avoiding overload. It is also advantageous that the method runs parallel to the temperature determination.
- the further motor parameters of the electric motor in question are the speed, the motor voltage, the current strength and / or an output of the motor. Since these specific motor parameters have a significant influence on the temperature development during the operation of the electric motor, the monitoring of these parameters optimizes the temperature-dependent control of the electric motor.
- the measuring device and the control device of the electric motor or motors is or are present in the power electronics or are connected between the power electronics and the electric motor. It is advantageous if the optimal circuit can be flexibly selected depending on the application.
- an embodiment is favorable in which the power electronics and the measuring device and the control device are arranged centrally on a common circuit board.
- the advantage of this is that the compo- number of components is significantly reduced, which noticeably reduces assembly and maintenance costs.
- the power electronics and the measuring device as well as the control device are arranged completely or partially integrated in the electric motor unit of the respective electric motor, thus decentrally. This significantly simplifies the control of a number of electric motors operated independently of one another, since the power electronics only have to relate to the parameters of the one electric motor in each case.
- the method according to the invention is designed such that the at least one electric motor is designed as a fan or a compressor. As a result, the method is suitable for several different applications and the possible uses are increased.
- Electric motor are determined and from the respective winding resistance and / or the winding inductance, the electric motor is designed on the basis of stored parameter maps or using a stored computing algorithm. As a result, functional safety is increased.
- the motor parameters determined are also used for stored motor or temperature models that are incorporated into the control of the respective electric motor.
- the method according to the invention preferably enables an error evaluation based on the engine parameters or the parameter file to be carried out in a targeted manner in the event of a malfunction or a damage event, all of the parameters recorded being able to be incorporated directly or indirectly into the evaluation. This has the consequence that the error evaluation is optimized, since in the In the event of damage, the critical engine parameters can be identified precisely.
- a system preferably comprises at least two electric motors for monitoring at least the motor temperature as motor parameters when operating the electric motors, the power electronics with an intermediate circuit and an intermediate circuit voltage provided on an intermediate circuit capacitor for supplying the electric motors.
- Each electric motor has an output stage and an EMC filter, and the power electronics and the measuring device and the control device are arranged centrally on a common printed circuit board.
- the invention provides that the system comprises at least two electric motors for monitoring at least the motor temperature as motor parameters when operating the electric motors, the power electronics with an intermediate circuit and an intermediate circuit voltage provided on an intermediate circuit capacitor for supplying the electric motors.
- Each electric motor has an output stage and an EMC filter, and the power electronics and the measuring device as well as the control device are arranged for each electric motor completely or partially integrated in the respective electric motor unit.
- FIG. 1 shows a system arrangement for the method with three electric motors, each with an integrated power or measuring device
- FIG. 2 shows a system arrangement for the method with three electric motor with a central power or measuring device on a printed circuit board.
- FIG. 1 shows a system arrangement for the method with an electric motor 1, a fan 9 and a compressor 10 with fully or partially integrated power or measuring device 2, 3.
- Each of these electric motors 1, 9, 10 has a separate power electronics 2.
- the power electronics 2 is connected to an intermediate circuit and an intermediate circuit voltage provided on an intermediate circuit capacitor for supplying the electric motors 1.
- Each electric motor 1 has a DC / AC output stage and an EMC filter which, like the measuring device 3 and the control device 4 of the electric motors 1, are arranged in the power electronics 2.
- the power electronics 2 and the measuring device 3 and the Regelungsvorrich device 4 are integrated in the electric motor unit.
- the electrical motor sizes are recorded by measuring with the measuring device 3 and a parameter file 6 with motor parameters 4 is created on the basis of the measured motor sizes or the corresponding motor parameters 4 are read out from the data memory 7.
- control device 5 controls the electric motor 1 with respect to at least the temperature as a motor parameter on the basis of the further motor parameters 4 from the parameter file 6 or the parameter maps 11.
- FIG. 2 shows a system arrangement for using the method according to the invention with an electric motor 1, a fan 9 and a compressor 10 with a central power device 2 or measuring device 3.
- the system structure differs only in that the power electronics 2 differ ,
- the measuring device 3 and the data memory 7 are arranged on a common printed circuit board 8.
- FIG. 1 For the rest, reference is made to FIG. 1 to avoid repetition insofar as the same reference numerals are involved.
- the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) an einer Leistungselektronik (2) mit den folgenden Schritten: Erfassen elektrischer Motorgrößen durch Messen mit einer Messvorrichtung (3), Erstellen einer Parameterdatei (6) mit Motorparameter (4) anhand der gemessenen Motorgrößen oder Auslesen der Motorparameter (4) aus einem Datenspeicher (7), wobei eine Regelungsvorrichtung (5) den Elektromotor (1) betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter (4) aus der Parameterdatei (6) steuert.
Description
ÜBERWACHUNG WENIGSTENS EINES ELEKTROMOTORS
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Überwachen we nigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigs- tens eines Elektromotors an einer Leistungselektronik.
Aus der DE102014005706 A1 und der DE10119201A1 ist bekannt, dass ver- schiedene Verfahren mit indirekten oder direkten Maßnahmen elektrische Parameter eines Elektromotors ermitteln. Mittels der gewonnenen Informati-
onen werden die thermischen oder elektrischen Modelle der Verfahren kalibriert oder vervollständigt, damit die Motortemperatur im Stillstand oder im laufenden Betrieb ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann der Motor vor einer drohenden Überhitzung geschützt werden, indem durch ein Eingreifen in die Steuerung/Regelung und über eine Sollwertveränderung der Arbeits- punkt des Motors so verändert wird, dass dieser sich wieder abkühlen kann oder bei einem weiteren Anstieg der Motortemperatur die Kommutierung komplett unterbrochen werden kann.
Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass die Auswertungen ausschließlich die Motortemperaturen als solche betrachten. Ferner ergibt sich eine verminderte Funktionssicherheit, da durch eine falsche, für den entsprechenden Motor nicht geeignete oder jedenfalls nicht optimale Parametrisierung von Arbeits punkten der Motor lediglich bei thermischer Überlast abgeschaltet wird. Au ßerdem resultiert durch eine falsche Parametrisierung von Arbeitskennlinien des Elektromotors im Stör- bzw. Schadensfall ein erhöhter Aufwand bei der Fehlerfindung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und ein System sowie ein Verfahren zum Überwachen wenigs tens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors an einer Leistungselektronik bereit zu stellen, das neben den elektrischen Parameter für die Kalibrierung und Vervollständigung der Motortemperaturerfassung auch die Zuweisung bzw. Ermittlung von geeigne ten Motor-Betriebs-Parameter ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 ge- löst.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elekt romotors an einer Leistungselektronik vorgeschlagen, das elektrische Motor-
großen durch Messen mit einer Messvorrichtung erfasst und eine Parame terdatei mit Motorparameter anhand der gemessenen Motorgrößen erstellt oder die Motorparameter aus einem Datenspeicher ausliest. Dabei steuert eine Regelungsvorrichtung den Elektromotor betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter aus der Parameterdatei. Dabei ist günstig, dass zusätzliche Motorparameter er fasst und diese in Form der Parameterdatei gespeichert werden. Dadurch können bereits aufgetretene Betriebspunkte optimal geregelt werden und kritische Bereiche werden frühzeitig erkannt. Dies führt zu einer Lebendauer- Verlängerung von zu kommutierenden Komponenten durch eine Überlas tungsvermeidung. Ferner ist es von Vorteil, dass das Verfahren parallel zur Temperaturermittlung läuft.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die jeweils weiteren Motorparameter des betreffenden Elektromotors die Drehzahl, die Motorspannung, die Stromstärke und/oder eine Leistung des Motors sind. Da diese spezifischen Motorparameter den wesentlichen Einfluss auf die Tem peraturentwicklung beim Betrieb des Elektromotors besitzen, optimiert die Überwachung dieser Kenngrößen die temperaturabhängige Regelung des Elektromotors. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mess vorrichtung und die Regelungsvorrichtung des oder der Elektromotoren in der Leistungselektronik vorhanden ist bzw. sind oder zwischen der Leistungs elektronik und dem Elektromotor geschalten sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn je nach Anwendungsfall flexibel die optimale Schaltung ausgewählt werden kann.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung zentral auf einer gemein samen Leiterplatte angeordnet sind. Vorteilhaft daran ist, dass die Kompo-
nentenanzahl deutlich reduziert ist, was den Montage- bzw. Wartungsauf wand merklich reduziert.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungs- Vorrichtung ganz bzw. teilintegriert in der Elektromotoreinheit des jeweiligen Elektromotors -somit dezentral- angeordnet sind. Dadurch wird die Steue- rung mehrerer unabhängig voneinander betriebenen Elektromotoren deutlich vereinfacht, da sich die Leistungselektronik nur jeweils auf die Parameter des jeweils einen Elektromotors beziehen muss. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einer Ausführungsvariante ausgebil det, dass der wenigstens eine Elektromotor als ein Lüfter oder ein Kompres sor ausgebildet ist. Dadurch ist das Verfahren für mehrere verschiedene An wendungsfälle geeignet und die Einsatzmöglichkeiten werden somit erhöht.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn aus den ermittelten Motorparametern ein Wick- lungswiederstand und/oder eine Wicklungsinduktivität für den jeweiligen
Elektromotor ermittelt werden und aus dem jeweiligen Wicklungswiederstand und/oder der Wicklungsinduktivität die Elektromotorauslegung anhand hinter legter Parameterkennfelder oder über einen hinterlegten Rechenalgorithmus erfolgt. Dies hat zur Folge, dass die funktionale Sicherheit gesteigert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Motorparameter ferner für hinterlegte Motor- oder Temperaturmodelle herangezogen, die in die Regelung des jeweiligen Elektromotors einfließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorzugsweise, dass in einem Störfall bzw. einem Schadensfall eine Fehlerauswertung anhand der Motor- parameter bzw. der Parameterdatei gezielt erfolgen kann, wobei alle erfassten Parameter unmittelbar oder mittelbar in die Auswertung einfließen kön- nen. Dies hat zur Folge, dass die Fehlerauswertung optimiert wird, da im
Schadensfall die kritischen Motorparameter genau identifiziert werden kön nen.
Vorzugsweise umfasst ein erfindungsgemäßes System wenigstens zwei Elektromotoren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo- torparameter beim Betreiben der Elektromotoren die Leistungselektronik mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren. Dabei weist jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter auf und die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung sind zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das System aus wenigstens zwei Elektromotoren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren die Leistungselektronik mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspan nung zur Versorgung der Elektromotoren umfasst. Dabei weist jeder Elekt romotor eine Endstufe und einen EMV-Filter auf und die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung sind für jeden Elektromotor ganz bzw. teilintegriert in der jeweiligen Elektromotoreinheit angeordnet.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Systemanordnung für das Verfahren mit drei Elektromoto ren mit jeweils integrierter Leistungs- bzw. Messvorrichtung,
Fig. 2 eine Systemanordnung für das Verfahren mit drei Elektromoto-
ren mit einer zentralen Leistungs- bzw. Messvorrichtung auf ei ner Leiterplatte.
Figur 1 zeigt eine Systemanordnung für das Verfahren mit einem Elektromotor 1 , einem Lüfter 9 und einem Kompressor 10 mit ganz- bzw. teilintegrierter Leistungs- bzw. Messvorrichtung 2, 3. Jeder dieser Elektromotoren 1 , 9, 10 weist eine separate Leistungselektronik 2 auf. Die Leistungselektronik 2 ist mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren 1 verbunden. Dabei weist jeder Elektromotor 1 eine DC/AC-Endstufe und einen EMV-Filter auf, die wie die Messvorrichtung 3 und die Regelungsvorrichtung 4 der Elektromotoren 1 in der Leistungselektronik 2 angeordnet sind. Die Leistungselektronik 2 und die Messvorrichtung 3 sowie die Regelungsvorrich tung 4 sind integriert in der Elektromotoreinheit angeordnet.
Die elektrischen Motorgrößen werden durch Messen mit der Messvorrichtung 3 erfasst und es wird eine Parameterdatei 6 mit Motorparameter 4 anhand der gemessenen Motorgrößen erstellt oder die entsprechenden Motorparameter 4 werden aus dem Datenspeicher 7 ausgelesen.
Ferner steuert die Regelungsvorrichtung 5 den Elektromotor 1 betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motor- parameter 4 aus der Parameterdatei 6 bzw. der Parameterkennfelder 11.
Figur 2 zeigt eine Systemanordnung zur Anwendung des erfindungsgemä ßen Verfahrens mit einem Elektromotor 1 , einem Lüfter 9 und einem Kom- pressor 10 mit zentraler Leistungs- 2 bzw. Messvorrichtung 3. Dabei unterscheidet sich der Systemaufbau lediglich darin, dass sich die Leistungselekt- ronik 2, die Messvorrichtung 3 und der Datenspeicher 7 auf einer gemeinsa men Leiterplatte 8 angeordnet sind. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Figur 1 verwiesen, soweit es sich um gleiche Be- zugszeichen handelt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
Claims
1. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo- torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) an einer Leistungselektronik (2) mit den folgenden Schritten: a. Erfassen elektrischer Motorgrößen durch Messen mit einer
Messvorrichtung (3); b. Erstellen einer Parameterdatei (6) mit Motorparameter (4) an hand der gemessenen Motorgrößen oder Auslesen der Motorparameter (4) aus einem Datenspeicher (7), wobei eine Regelungsvorrichtung (5) den Elektromotor (1) betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter (4) aus der Parameterdatei (6) steuert.
2. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge- mäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils weiteren
Motorparameter (4) des betreffenden Elektromotors (1) die Drehzahl, die Motorspannung, die Stromstärke und/oder eine Leistung des Motors sind.
3. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo- torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge mäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) und die Regelungsvorrichtung (4) des oder der Elektromotoren (1) in der Leistungselektronik (2) vorhanden ist bzw. sind oder zwischen der Leistungselektronik (2) und dem Elekt- romotor (1) geschalten sind.
4. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Re- gelungsvorrichtung (4) zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte (8) angeordnet sind.
5. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Rege lungsvorrichtung (4) ganz bzw. teilintegriert in der Elektromotoreinheit angeordnet sind.
6. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge- mäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektromotor (1) als ein Lüfter (9) oder ein Kom pressor (10) ausgebildet ist.
7. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge- mäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Motorparametern (4) ein Wicklungswiederstand und/oder eine Wicklungsinduktivität für den jeweiligen Elektromotor (1) ermittelt werden und aus dem jeweiligen Wicklungswiederstand und/oder der Wicklungsinduktivität die Elektromotorauslegung anhand hinterlegter Parameterkennfelder (11) oder über einen hinterlegten
Rechenalgorithmus erfolgt.
8 Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo- torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge- mäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Motorparameter (4) ferner für hinterlegte Motor- oder Temperaturmodelle herangezogen werden, die in die Regelung des jeweiligen Elektromotors (1) einfließen.
9. Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Mo- torparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) ge- mäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Störfall bzw. einem Schadensfall eine Fehlerauswertung an hand der Motorparameter (4) bzw. der Parameterdatei (6) erfolgt.
10. System aus wenigstens zwei Elektromotoren (1) zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das System umfassend: a. Leistungselektronik (2) mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischen- kreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren; b. wobei jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter aufweist und die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Regelungsvorrichtung (4) zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte (8) angeordnet sind.
11. System aus wenigstens zwei Elektromotoren (1) zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, das System umfassend:
a. Leistungselektronik (2) mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischen kreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren; b wobei jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter aufweist und die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Re gelungsvorrichtung (4) ganz bzw. teilintegriert in einer jeweiligen Elekt romotoreinheit des Elektromotors (1) angeordnet sind.
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