用于診斷變流器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于診斷變流器中的故障的方法。這種方法用于在出現(xiàn)故障的情況下迅速定位故障源。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代車床中使用電驅(qū)動(dòng)裝置，以便受控地移動(dòng)不同的機(jī)器部分。因此，軸驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)讓車床的各個(gè)軸移動(dòng)到要求的位置中。主軸驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)工具、例如銑刀或鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)為此將預(yù)設(shè)給子程序的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為位置額定值，這些位置額定值傳輸給由位置調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器構(gòu)成的調(diào)節(jié)單元。在電流調(diào)節(jié)器中，為各個(gè)電機(jī)相生成電壓額定值，這些電壓額定值由變流器借助所謂的脈寬調(diào)制來(lái)轉(zhuǎn)換。
[0003]變流器從多相的交流電網(wǎng)中獲取電能，為此首先借助整流器產(chǎn)生直流電壓，利用該直流電壓使中間回路電容器加載所期望的中間回路電壓。借助逆變器使電機(jī)的相分別經(jīng)由兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件與正的和負(fù)的中間回路電壓相連。這些開(kāi)關(guān)按照脈寬調(diào)制模式(PWM)適當(dāng)?shù)厍袚Q，以便在電機(jī)的每個(gè)相上生成所要求的、為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)中的電流額定值而必要的電壓電勢(shì)。在變流器的輸出端上測(cè)量實(shí)際的電機(jī)電流，并且該電機(jī)電流反饋給電流調(diào)節(jié)器。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中已知了許多用于檢驗(yàn)變流器的工作能力并且能夠在故障的情況下定位故障源的方法。
[0005]如在DE 10148740 B4中提供了一種用于變流器的中間回路的充電電路，其能夠識(shí)別電機(jī)中的接地故障。具有整流器、中間回路和逆變器的變流器的由現(xiàn)有技術(shù)公知的構(gòu)造在此例如在圖1中連同饋電網(wǎng)和相連的電機(jī)一同示出。
[0006]在EP 1355163 BI中提供了一種方法和一種裝置，應(yīng)利用二者檢驗(yàn)變流器的工作能力。為此，在充電的中間回路中將PWM測(cè)試波形提供到逆變器的開(kāi)關(guān)元件處。此時(shí)在電機(jī)接線上出現(xiàn)的電壓借助電容性的傳感器來(lái)檢測(cè)，并且與所期望的電壓模式相比較。即使僅利用一個(gè)唯一的、電容地耦合到電機(jī)接線上的測(cè)試導(dǎo)線和相應(yīng)的電壓表也能夠?qū)崿F(xiàn)這種方法，但如此為安裝這些組件也花費(fèi)了一定的附加耗費(fèi)。
[0007]經(jīng)常要檢測(cè)的一種故障類型是以下問(wèn)題，電機(jī)受到相應(yīng)的驅(qū)控卻停止不動(dòng)的原因是否是缺少中間回路電壓，或是因?yàn)榇嬖谄渌收?，例如電機(jī)沒(méi)有正確的連接。因?yàn)樽兞髌髦械闹虚g回路電壓典型地位于幾百伏的范圍內(nèi)，所以直接測(cè)量是耗費(fèi)很大的。通常出于安全原因需要與下游的評(píng)估電子件電隔離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是，實(shí)現(xiàn)一種用于變流器的中間回路電壓的診斷可行性，其在沒(méi)有或者僅有少量的附加組件的情況下也可行。
[0009]該目的通過(guò)一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法的有利的細(xì)節(jié)也從與權(quán)利要求1有關(guān)的權(quán)利要求中得出。
[0010]提供了一種用于診斷變流器的方法，通過(guò)利用PWM信號(hào)驅(qū)控相的開(kāi)關(guān)元件，變流器的正的和負(fù)的中間回路電壓通過(guò)由開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的電橋交替地施加到電機(jī)的相上，其中電流傳感器檢測(cè)相電流。該方法包括以下步驟:
[0011]-將PWM信號(hào)作為測(cè)試波形施加到開(kāi)關(guān)元件上，
[0012]-借助電流傳感器接收傳感器信號(hào)，
[0013]-當(dāng)在傳感器信號(hào)中識(shí)別出位移電流時(shí)，通過(guò)確認(rèn)中間回路電壓的施
[0014]力口，評(píng)估傳感器信號(hào)。
[0015]只有當(dāng)確實(shí)施加了中間回路電壓時(shí)，變流器的電流傳感器中才能夠出現(xiàn)位移電流。如果缺少應(yīng)該出現(xiàn)的與用作測(cè)試波形(Testmuster)的PWM信號(hào)的邊沿相對(duì)應(yīng)的位移電流，則顯然缺少中間回路電壓。
[0016]甚至在僅連接了電機(jī)的個(gè)別相而沒(méi)有連接其他的相的情況下，也能通過(guò)比較位移電流的振幅來(lái)識(shí)別。如此，相比其上沒(méi)有連接電機(jī)相的接線，所連接的電機(jī)相導(dǎo)致了變流器中的更高的位移電流。相反地，如果缺少一個(gè)電機(jī)相，那么在變流器的所涉及的接線端子上的位移電流小于所連接的其他相中的位移電流。
【附圖說(shuō)明】
[0017]由下面借助附圖對(duì)不同實(shí)施方式的描述中得到本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)。
[0018]在此示出
[0019]圖1是具有相連的電機(jī)的變流器，
[0020]圖2是在變流器上測(cè)量的PWM測(cè)試波形和電流。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出了變流器的中間回路Z，逆變器連接到該變流器上。電機(jī)M的相U，V，w分別通過(guò)逆變器的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件T既與正的中間回路電壓+Uz也與負(fù)的中間回路電壓-Uz相連?？粘潭O管D常規(guī)地與開(kāi)關(guān)元件T并聯(lián)。開(kāi)關(guān)元件T利用邏輯信號(hào)Lu，Lv和Lw (或利用其邏輯反向件Lu'，Lv'，Lw')受驅(qū)控，其中，一個(gè)相u，V，w的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件分別反向地并且在遵守短暫的空轉(zhuǎn)時(shí)間的情況下受驅(qū)控，從而不會(huì)使一個(gè)相U，V，w的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件T都導(dǎo)電。
[0022]此外，在圖1中還示出了傳感器S，利用該傳感器測(cè)量在每個(gè)相U，V，w中在電機(jī)M的方向上流動(dòng)的電流iu，iv，iw，從而閉合電流調(diào)節(jié)回路。為此經(jīng)常僅測(cè)量三個(gè)相中的兩個(gè)，因?yàn)榈谌齻€(gè)相的電流應(yīng)該是其他兩個(gè)相的總和。電流傳感器S通常布置在變流器的輸出端上，靠近電機(jī)M的接線端子。
[0023]當(dāng)現(xiàn)在出現(xiàn)故障，即盡管在變流器中將相應(yīng)的PWM信號(hào)施加到開(kāi)關(guān)元件T上但電機(jī)不動(dòng)時(shí)，那么故障源可能是缺少中間回路電壓+Uz、_Uz，但是也可能就是電機(jī)沒(méi)有連接或電機(jī)電纜中斷。
[0024]通過(guò)測(cè)量直接檢驗(yàn)中間回路電壓+Uz、-Uz由于為此必需的電隔離而耗費(fèi)很大，也正因此而期待有另一種界定故障的方法。
[0025]現(xiàn)在，這種用于診斷變流器的方法以粗略分成的三個(gè)步驟存在，即，將測(cè)試波形輸出到變流器的開(kāi)關(guān)元件T上(步驟a)，此時(shí)檢測(cè)電流傳感器的信號(hào)(步驟b)并且評(píng)估該信號(hào)(步驟c)。
[0026]在圖2中示出了測(cè)試波形和傳感器信號(hào)。在此圖示僅限定到一個(gè)電機(jī)相U，因?yàn)楫?dāng)必要時(shí)對(duì)于其他的相以相同的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。
[0027]步驟a)
[0028]反向的PWM信號(hào)Lu和LY施加到電機(jī)相u的開(kāi)關(guān)元件T上。這優(yōu)選地對(duì)于所有的相U，V，W同步地進(jìn)行，因?yàn)榉駝t在相之間將流有波紋電流，該波紋電流加大了對(duì)位移電流的評(píng)估的難度。
[0029]此外，反向的PWM信號(hào)Lu和LY應(yīng)該具有50%的占空比，因?yàn)榇藭r(shí)在變流器的輸出端上產(chǎn)生OV的電壓。因此，電機(jī)相u均勻地在正的和負(fù)的中間回路電壓+Uz，-Uz之間來(lái)回地切換。
[0030]步驟b)
[0031]接收電流傳感器S的信號(hào)iu，iv，iw。如果存在中間回路電壓+Uz、_Uz，但是例如不在相u上連接電機(jī)M，則在變流器的輸出端上施加的交流電壓引起位移電流，位移電流作為傳感器信號(hào)iul由電流傳感器S接收。該位移電流經(jīng)過(guò)電容C接地或朝向中間回路Z流動(dòng)。電容C能夠由固定安裝的電容器構(gòu)成，或者簡(jiǎn)單地由雜散電容構(gòu)成，雜散電容例如能夠通過(guò)變流器的電路板上的銅面的合適布局針對(duì)性地受到支持。
[0032]為了探測(cè)位移電流，應(yīng)用電機(jī)相u的電流傳感器S，因而為此不需要額外的耗費(fèi)。
[0033]如果相反地不存在中間回路電壓+Uz、+Uz，那么通過(guò)施加PWM信號(hào)Lu、LY不產(chǎn)生位移電流，從而電流傳感器S僅探測(cè)到噪聲，相當(dāng)于圖2的傳感器信號(hào)iu2。
[0034]步驟c)
[0035]因此，如下地評(píng)估傳感器信號(hào)，是否如信號(hào)iul中一樣在切換PWM信號(hào)的邏輯電平時(shí)出現(xiàn)電流峰值，或者像信號(hào)iu2中一樣不出現(xiàn)。
[0036]在第一種情況下，排除了缺少中間回路電壓+Uz、-Uz的情況而不必直接測(cè)量相同的中間回路電壓，并且因此例如未正確連接的電機(jī)M是一種可能的故障源。
[0037]在第二種情況下，缺少中間回路電壓+Uz、-Uz是可能的故障源。
[0038]對(duì)電流峰值的探測(cè)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地監(jiān)控極限值+/-G來(lái)實(shí)現(xiàn)，超過(guò)或低于該極限值的情況通過(guò)傳感器信號(hào)iul顯示位移電流來(lái)示出。為了相對(duì)于電流傳感器S中的干擾信號(hào)可靠地完成探測(cè)，也能夠注意超過(guò)或低于極限值+/-G的時(shí)間點(diǎn)，因?yàn)闃O限值與PWM信號(hào)Lu, Lur的切換在時(shí)間上必然相關(guān)聯(lián)。電流峰值與PWM信號(hào)的邊沿多次重合對(duì)于位移電流而言是極可靠的證據(jù)。
[0039]如果附加地還測(cè)定了不同相中的電流峰值的高度，例如通過(guò)使用多個(gè)絕對(duì)值不同的極限值，那么如上所述還能夠辨認(rèn)單個(gè)的未正確連接的電機(jī)相，因?yàn)椋B接的電機(jī)相導(dǎo)致了比變流器的打開(kāi)的接線端子中更高的位移電流。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于診斷變流器的方法，通過(guò)利用PWM信號(hào)驅(qū)控相(U，v，w)的開(kāi)關(guān)元件⑴，所述變流器的正的中間回路電壓(+Uz)和負(fù)的中間回路電壓(-Uz)通過(guò)由所述開(kāi)關(guān)元件(T)構(gòu)成的電橋交替地施加到電機(jī)(M)的相(u，v，w)上，其中電流傳感器⑶檢測(cè)相電流(iu，iv，iw)，所述方法包括以下步驟: a)PWM信號(hào)作為測(cè)試波形(Lu、Lu')施加到所述開(kāi)關(guān)元件(T)上， 其特征在于以下步驟 b)借助所述電流傳感器接收傳感器信號(hào)(iul，iu2), c)在所述傳感器信號(hào)(iul，iu2)中識(shí)別出位移電流時(shí)，通過(guò)確認(rèn)所述中間回路電壓(+Uz, -Uz)的施加，評(píng)估所述傳感器信號(hào)(iul，iu2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中的所述測(cè)試波形(Lu，Lu')具有50%的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟a)中對(duì)于所有的電機(jī)相(U，V，w)同步地輸出所述測(cè)試波形(Lu，Lu' ) ο
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟c)中通過(guò)探測(cè)由于位移電流引起的電流峰值實(shí)現(xiàn)對(duì)所述傳感器信號(hào)(iul，iu2)的評(píng)估。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過(guò)使所述傳感器信號(hào)(iul，iu2)與極限值(+G，-G)相比較實(shí)現(xiàn)對(duì)電流峰值的探測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所探測(cè)的電流峰值必須在時(shí)間上與所述測(cè)試波形(Lu，Lu')的邊沿重合，以便識(shí)別出位移電流。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于診斷變流器的方法，通過(guò)利用PWM信號(hào)驅(qū)控相(u，v，w)的開(kāi)關(guān)元件(T)的方式，變流器的正的和負(fù)的中間回路電壓(+Uz，-Uz)通過(guò)由開(kāi)關(guān)元件(T)構(gòu)成的電橋交替地施加到電機(jī)(M)的相(u，v，w)上，其中，電流傳感器(S)檢測(cè)相電流(iu，iv，iw)。本方法包括以下步驟：將PWM信號(hào)作為測(cè)試波形(Lu，Lu′)施加到開(kāi)關(guān)元件(T)上，借助電流傳感器接收傳感器信號(hào)(iu1，iu2)，以及在傳感器信號(hào)(iu1，iu2)中識(shí)別出位移電流時(shí)，通過(guò)確認(rèn)中間回路電壓(+Uz，-Uz)的施加，評(píng)估傳感器信號(hào)(iu1，iu2)。
【IPC分類】G01R31-00, G01R19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104808079
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510039355
【發(fā)明人】弗朗茨·里茨, 諾貝特·胡貝爾
【申請(qǐng)人】約翰內(nèi)斯﹒海德漢博士有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日
【公告號(hào)】DE102014201500A1, EP2899559A1, US20150214873