DE102019111250A1

DE102019111250A1 - Frühzeitige erkennung von fehlerhaften motorstatorwicklungen

Info

Publication number: DE102019111250A1
Application number: DE102019111250.8A
Authority: DE
Inventors: Azeem Sarwar; Madi Zholbaryssov; Wesley G. Zanardelli; Yo Chan Son; Ethan M. Blakley
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2019-05-01
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2039-05-02
Also published as: US10598732B2; CN110488185A; DE102019111250B4; CN110488185B; US20190346509A1

Abstract

Verfahren und System zum Erkennen eines Fehlers in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der funktionsfähig mit einer Steuerung verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Statorspannungen und -strömen für den PMSM an einer Steuerung, das Berechnen eines Gegensystemstroms und einer Gegensystemspannung für den PMSM und das Bestimmen, ob Bedingungen zum Überwachen auf einen Fehler des PMSM erfüllt sind. Das Verfahren beinhaltet auch das Ermitteln einer Änderung des Gegensystemstroms und einer Änderung der Gegensystemspannung für eine ausgewählte Zeitdauer, das Berechnen eines Verhältnisses der Änderung des Gegensystemstroms und der Gegensystemspannung entsprechend einer Gegensystemadmittanz für den PMSM, das Bestimmen, ob die Gegensystemadmittanz von einem Nennwert über einem Schwellenwert abweicht; und das Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft, wenn das Verhältnis den Schwellenwert überschreitet.

Description

EINLEITUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich im Allgemeinen auf Motoren und Motorsteuerungen und insbesondere auf das Erkennen von Fehlern bei permanentmagnetischen Synchronmotoren (PMSM) und die Fehlerbehebung in Systemen, die diese einsetzen.
Fahrzeugsysteme beinhalten üblicherweise eine Vielzahl von motorgesteuerten Systemen. So zum Beispiel Antriebssysteme, Betätigungssysteme für Steuerungsfunktionen, Türen, Fenster, Umgebungssteuerungssysteme und dergleichen. In einigen Systemen, wie beispielsweise Antriebssystemen und einigen Betätigungssystemen für die Steuerungsfunktion, ist das Erkennen von Motorfehlern oder Verbindungsverdrahtungsfehlern sehr wichtig für den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems im Fahrzeug.
Die Anwendungen von permanentmagnetischen Synchronmaschinen (PMSMs) wachsen aufgrund von Leistungsdichte, Effizienzgewinnen und Einfachheit in den Regelalgorithmen immer weiter. Fehler in einer elektrischen Maschine können aus verschiedenen Gründen auftreten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, mechanische Vibrationen, Temperaturwechsel, Temperaturschocks, Herstellungsfehler und unsachgemäße Wartung. Einige typische Fehler, die in einem PMSM-Antriebssystem auftreten können, sind Wicklungsausfälle, offene Stromkreise in den Motorwicklungen oder im Kabelbaum, Kurzschlüsse der Motorwicklungen intern, untereinander oder gegen Masse und mechanische Fehler. Ein Wicklungskurzschluss in einem rotierenden PMSM kann dazu führen, dass induzierte Spannungen einen Stromfluss in einem niederohmigen Pfad erzeugen, Unwucht-Statorspannungen, verminderte Drehmomentproduktion und Wirkungsgrad. Ströme, die über den Nennstrom der Wicklung hinausgehen, können dann aufgrund des geringen Widerstands auch bei niedrigen Drehzahlen in der Leiterschleife zirkulieren. Eine Überschreitung des Nennstroms der Wicklung kann zu lokal übermäßiger Erwärmung, Hotspots, Überhitzung der Maschine und zu potenziell schädlichen Umständen führen. Die schnelle Erkennung eines derartigen Wicklungsfehlers verhindert Schäden an der Maschine, der Antriebselektronik und anderen Geräten.
Verfahren zur Erkennung von Motorverdrahtungsfehlern wurden klassischerweise auf eine nicht in Echtzeit erfolgende Prüfsignaleinspeisung und phasenweise Durchgangsprüfungen oder eine begrenzte Echtzeit-, Stromüberwachung und Summierung beschränkt (bei einem Drehstrommotor sollten die drei Phasenströme auf Null aufsummiert werden). Obwohl die phasenweise Durchgangsprüfung sehr gründlich sein kann, kann sie nicht unter Betriebsbedingungen durchgeführt werden, wie beispielsweise wenn ein Motor im Betrieb gesteuert wird. Der Stromsummenwächter kann während des Betriebs durchgeführt werden, jedoch ist seine Fehlererkennungsfähigkeit eingeschränkt (d. h. Phase-Phase-Kurzschlüsse und einzelne offene Phasen können nicht erkannt werden).
Dementsprechend besteht zumindest aus den vorstehend erläuterten und anderen Gründen der Wunsch, verbesserte Steuerungs- und Fehlererkennungsverfahren für Motoren bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG
Gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) funktionsfähig mit einer Steuerung verbunden. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Statorspannungen und - strömen für den PMSM an einer Steuerung, das Berechnen eines Gegensystemstroms und einer Gegensystemspannung für den PMSM und das Bestimmen, ob Bedingungen zum Überwachen auf einen Fehler des PMSM erfüllt sind. Das Verfahren beinhaltet auch das Ermitteln einer Änderung des Gegensystemstroms und einer Änderung der Gegensystemspannung für eine ausgewählte Zeitdauer, das Berechnen eines Verhältnisses der Änderung des Gegensystemstroms und der Gegensystemspannung, um eine Gegensystemadmittanz für den PMSM zu erhalten, und das Bestimmen, ob zumindest einer von einem realen und einem imaginären Teil des berechneten Verhältnisses einen Schwellenwert überschreitet, und schließlich beinhaltet das Verfahren das Identifizieren des PMSM als fehlerhaft, wenn das Verhältnis den Schwellenwert überschreitet.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass das Bestimmen, ob ausgewählte Bedingungen zum Überwachen erfüllt sind, das Sicherstellen beinhaltet, dass ΔV_n ≥ ein dritter vorgewählter Schwellenwert ist, und V_p ≥ ein vierter vorgewählter Schwellenwert; und dennoch ist jeder der α,β,γ.≤ kleiner als vorgewählte Schwellenwerte.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ können weitere Ausführungsformen auch vorsehen, dass der dritte vorgewählte Schwellenwert ein Volt und der vierte vorgewählte Schwellenwert 10 Volt beträgt.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die gewählte Dauer gewählt wird, um sicherzustellen, dass die Bedingungen zum Überwachen erfüllt sind.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu, können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die gewählte Dauer auf einer Probenahmezeit basiert.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die Gegensystemadmittanz dem Verhältnis der Änderung eines Gegensystemstroms und einer Gegensystemspannung entspricht.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der erste ausgewählte Schwellenwert auf einem nominalen Gegensystemadmittanzwert basiert, der unter normalen Betriebsbedingungen identifiziert wurde.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der erste ausgewählte Schwellenwert 10 % eines Nennwertes beträgt.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ können weitere Ausführungsformen das Verfahren beinhalten, das ferner das Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung, das Berechnen eines Absolutwerts der Gegensystemimpedanz, das Bestimmen, ob der Absolutwert der Gegensystemimpedanz kleiner als ein fünfter ausgewählter Schwellenwert ist, und das Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft, wenn der Absolutwert der Gegensystemimpedanz kleiner als der fünfte ausgewählte Schwellenwert ist.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der fünfte ausgewählte Schwellenwert auf einer Abweichung von einem nominalen Gegensystemimpedanzwert basiert.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der fünfte ausgewählte Schwellenwert 10 % eines Nennwerts eines Vorfehler-Gegensystemimpedanz beträgt.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen des Verfahrens das Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung, das Berechnen eines Durchschnittswerts der Gegensystemimpedanz, das Bestimmen, ob der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung einen sechsten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und das Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft beinhalten, wenn der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung den sechsten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der sechste ausgewählte Schwellenwert auf einer Abweichung des nominalen gemittelten Gegensystemimpedanzwertes unter Normalbedingungen basiert.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass der sechste ausgewählte Schwellenwert 10 % der nominalen Gegensystemimpedanz beträgt.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen des Verfahrens das Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegenstrom und der Gegensystemspannung, das Berechnen einer Größe der Gegensystemimpedanz und das Bestimmen, ob die Größe der Gegensystemimpedanz kleiner als ein siebter ausgewählter Schwellenwert ist, beinhalten. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens können auch das Berechnen eines Durchschnittswerts der Gegensystemimpedanz, das Bestimmen, ob der Rest von zumindest einer der Gegensystemstrom- und Gegensystemspannungen den achten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und das Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft basierend auf dem schnellsten der Bestimmung, ob zumindest einer der realen und imaginären Teile des berechneten Verhältnisses einen ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und der Größe der Gegensystemimpedanz unter dem zweiten ausgewählten Schwellenwert liegt, das Bestimmen, ob die Größe der Gegensystemimpedanz kleiner als ein siebter ausgewählter Schwellenwert ist, und das Bestimmen, ob der Rest von mindestens einem der Gegensequenzströme und der Gegensystemspannung den achten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen das Steuern des PMSM beinhalten, basierend auf dem Identifizieren einer fehlerhaften Statorwicklung des PMSM.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen das Steuern des PMSM basierend auf dem Identifizieren eines Fehlers einschließlich des Deaktivierens des PMSM beinhalten.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen das Berechnen einer nominalen synchronen Reaktanz basierend auf den Statorspannungen und -strömen für das PMSM beinhalten, wenn ein Fehler des PMSM angezeigt wird, das Empfangen von Statorspannungen und -strömen für das fehlerhafte PMSM an der Steuerung, das Berechnen einer synchronen Reaktanz, die einer fehlerhaften Wicklung des PMSM zugeordnet ist, basierend auf den Statorspannungen und - strömen für das PMSM, und das Bestimmen eines Verhältnisses der synchronen Reaktanz, die einer fehlerhaften Wicklung zugeordnet ist, zu der nominalen synchronen Reaktanz. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren auch das Herunterrechnen einer Drehmomentbewertung für den PMSM basierend auf dem Verhältnis der mit einer fehlerhaften Wicklung verbundenen Synchronreaktanz zur nominalen Synchronreaktanz.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die nominale Synchronreaktanz basierend auf der Phasenspannung, dem Phasenstrom und der Gegenspannung für eine entsprechende Wicklung des PMSM im Normalbetrieb berechnet wird.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die mit einer fehlerhaften Wicklung verbundene Synchronreaktanz basierend auf der Phasenspannung, dem Phasenstrom und der Gegenspannung für eine entsprechende Wicklung des PMSM berechnet wird, wenn ein Fehler aufgetreten ist.
Neben einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen vorsehen, dass das Herunterrechnen auf einem umgekehrten Quadrat mit einem Verhältnis basiert, um das eine Anzahl von Wicklungen des PMSM gegenüber dem Nominalwert verringert wird.
Ebenso wird hierin in einer Ausführungsform ein System zum Erkennen eines Fehlers in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) beschrieben, wobei das System ein PMSM beinhaltet; und eine Steuerung, die funktionsfähig mit dem PMSM verbunden ist. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie an der Steuerung Statorspannungen und -ströme für den PMSM empfängt, einen Gegensystemstrom und eine Gegensystemspannung für den PMSM berechnet und bestimmt, ob ausgewählte Bedingungen zum Überwachen auf einen Fehler des PMSM erfüllt sind. Die Steuerung ist auch konfiguriert, um eine Änderung des Gegensystemstroms und eine Änderung der Gegensystemspannung für eine ausgewählte Zeitdauer zu ermitteln, ein Verhältnis der Änderung des Gegensystemstroms und der Gegensystemspannung zu berechnen, um eine Gegensystemadmittanz für den PMSM für eine ausgewählte Zeitdauer zu erhalten, um zu bestimmen, ob zumindest einer von einem realen und einem imaginären Teil des berechneten Verhältnisses einen ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und die Statorwicklung als fehlerhaft zu identifizieren, wenn das Verhältnis den ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Ebenso wird hierin in noch einer weiteren Ausführungsform ein Motorantriebssystem beschrieben, das zum Erkennen eines Fehlers in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) konfiguriert ist. Das Motorantriebssystem beinhaltet eine Anregungsquelle, ein Antriebssystem, das funktionsfähig mit der Anregungsquelle verbunden und so konfiguriert ist, dass es Motorbefehlssignale dem PMSM bereitstellt, und eine Steuerung, die funktionsfähig mit dem PMSM verbunden ist. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie an der Steuerung Statorspannungen und -ströme für den PMSM empfängt, einen Gegensystemstrom und eine Gegensystemspannung für den PMSM berechnet, bestimmt, ob ausgewählte Bedingungen zum Überwachen auf einen Fehler des PMSM erfüllt sind, und eine Änderung des Gegensystemstroms und eine Änderung der Gegensystemspannung für eine ausgewählte Zeitdauer bestimmt. Die Steuerung ist auch konfiguriert, um ein Verhältnis der Änderung eines Gegensystemstroms und der Gegensystemspannung zum Erhalten einer Gegensystemadmittanz für den PMSM für eine ausgewählte Zeitdauer zu berechnen, zu bestimmen, ob mindestens einer von einem realen und einem imaginären Teil des berechneten Verhältnisses einen ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und die Statorwicklung als fehlerhaft zu identifizieren, wenn das Verhältnis den ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Eigenschaften, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.

1 verdeutlicht ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Motorsteuerungssystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 verdeutlicht ein übersichtliches Blockdiagramm eines Motorantriebssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
3A verdeutlicht ein exemplarisches Modell einer elektrischen Schaltung für eine Motorwicklung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
3B verdeutlicht ein exemplarisches Modell einer elektrischen Schaltung für eine fehlerhafte Motorwicklung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
4A verdeutlicht exemplarische Strom- und Spannungskurven „Vee“ für eine Motorwicklung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
4B verdeutlicht exemplarische Strom- und Spannungskurven „Vee“ für eine Motorwicklung mit Fehlern gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Fehlern und Abschwächen von Fehlern in einem Permanentmagnetmotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
6 ist ein Flussdiagramm aus einer Vielzahl von Verfahren zum Erkennen von Fehlern in einem Permanentmagnetmotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen einzuschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten, umfassen kann.
Der Begriff „exemplarisch“ wird hierin ausschließlich verwendet, um als „ein Beispiel, eine Instanz oder Veranschaulichung zu dienen.“ Jede Ausführungsform, die hierin als „exemplarisch“ bezeichnet wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsform auszulegen. Unter den Begriffen „mindestens eins“ und „eins oder mehrere“ versteht man jede ganze Zahl, die größer oder gleich eins ist, d. h. eins, zwei, drei, vier usw. Unter den Begriffen „eine Vielzahl“ ist jede ganze Zahl zu verstehen, die größer oder gleich zwei, d. h. zwei, drei, vier, fünf usw. ist. Der Begriff „Verbindung“ kann eine indirekte „Verbindung“ und eine direkte „Verbindung“ beinhalten.
Wie hierin dargestellt und beschrieben, werden verschiedene Merkmale der Offenbarung offenbart. Obwohl ähnliche Referenznummern in einem allgemeinen Sinn verwendet werden können, werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben und verschiedene Merkmale können Änderungen, Abänderungen, Modifikationen usw. beinhalten, wie sie von Fachleuten auf dem Gebiet zu begrüßen sind, unabhängig davon, ob sie ausdrücklich oder anderweitig von Fachleuten auf dem Gebiet beschrieben werden.
Zahlreiche Fahrzeughersteller verpflichten sich bei vielen ihrer Fahrzeugangebote für eine elektrische Zukunft. Die Automobilwelt der Zukunft ist vollständig elektrisch angetrieben durch Brennstoffzellen, Batterien oder jede andere Energiequelle, die als „sauber“ gilt. Die Batterietechnologie hat sich stetig verbessert und die Kosten einer Kilowattstunde seit 2010 deutlich um rund 75 % gesenkt. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Kosten für Batterien bis 2030 weiter sinken, während sich die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit verbessern dürften. Bis 2024 wird die weltweite Fahrzeugelektrifizierung auf 30 % ansteigen, was vor allem auf die immer strengeren Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch zurückzuführen ist, wobei einige prognostizieren, dass der Absatz aller Elektrofahrzeuge weltweit bis zum Jahr 2038 die der Verbrennungsmotoren (ICE) übertreffen wird.
Permanentmagnetische Synchronmotoren (PMSM) werden häufig in Fahrzeugantriebssystemen eingesetzt. Unabhängig davon, ob es sich um ein Hybrid-Antriebssystem handelt, das Verbrennungsmotoren (ICE) zusammen mit Elektromotoren zum Antreiben der Räder oder alle elektrischen Komponenten, beispielsweise mit Brennstoffzellen- oder Batterieantrieb, verwendet, ist der PMSM der bevorzugte Motor. Im Vergleich dazu weist der PMSM ein ausgezeichnetes Leistungs-/Massenverhältnis auf, da der Einsatz von Seltenerdmagneten die magnetische Flussdichte erhöht und somit einen kleineren, effizienten Motorenbau ermöglicht. Darüber hinaus halten diese Motoren das volle Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich und insbesondere bei niedrigen Drehzahlen aufrecht.
Elektrische und Umweltbelastungen in elektrischen Maschinen führen zu einer allmählichen Verschlechterung des Isolationsmaterials, die schließlich zu Kurzschlüssen in den Statorwicklungen führt. Typischerweise sind die ersten Symptome einer Verschlechterung der Statorwicklung die Statorüberhitzung, unausgeglichene Dreiphasenspannungen und -ströme. Daher ist das Erkennen von Kurzschlussfehlern in der Anfangsphase von Vorteil, um größere Statorfehler wie Phasen-zu-Masse- oder Phasen-zu-Phasen-Fehler zu vermeiden, die zu einem vollständigen Motorausfall führen können. Das rechtzeitige Erkennen der Kurzschlüsse verhindert auch die Beschädigung anderer Statorwicklungen und minimiert die Auswirkungen auf den Eigentümer/Betreiber. Mit zunehmender Komplexität und Autonomie der Fahrzeuge wird es immer wichtiger, die Auswirkungen drohender Ausfälle zu erkennen, zu identifizieren und zu mildern. Darüber hinaus trägt der Einsatz derartiger Algorithmen im Flottenbetrieb (z. B. Robotertaxis oder Lieferdienste) dazu bei, die Ausfallzeiten von Fahrzeugen zu minimieren.
Verfahren zur Fehlerdiagnose der Statorwicklung wurden in der Vergangenheit mit unterschiedlichem Erfolg behandelt. Ansätze, die von der Gegensystemüberwachung über die Spektralanalyse der mit dem PMSM verbundenen elektrischen Signale bis hin zu datengesteuerten Ansätzen reichen, wurden berücksichtigt. Hierin beschrieben sind eine oder mehrere Ausführungsformen, ein Verfahren und ein System zur Fehlerdiagnose der Statorwicklung in einer elektrischen Maschine unter Verwendung eines Fehlererkennungsalgorithmus, basierend auf einer Gegensequenzüberwachung, die eine verbesserte Genauigkeit und Erkennungszeit aufweist. Obwohl die Implementierung relativ einfach ist, stellt die Gegensequenzüberwachung jedoch eine gewisse Herausforderung dar, wenn es darum geht, Parameter in Bezug auf die genaue Berechnung der Gegensequenz-Komponenten zu identifizieren, die bisher ihre Anwendung eingeschränkt haben.
Ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform ist allgemein bei 10 in 1 angegeben. Insbesondere ist das Fahrzeug 10 ein Hybrid-Elektro- oder Elektrofahrzeug. 1 ist eine Fahrzeugschematik, welche die Komponenten des betreffenden Fahrzeugs im Hinblick auf die offenbarten Prinzipien und die Art und Weise, in der die Komponenten zum Ausführen dieser Prinzipien miteinander verbunden sein können, darstellt. Es versteht sich jedoch, dass die veranschaulichte Architektur lediglich ein Beispiel ist und dass die offenbarten Prinzipien nicht erfordern, dass das Fahrzeug wie dargestellt konfiguriert wird. Es ist selbstverständlich, dass das Kraftfahrzeug 10 verschiedene Formen annehmen kann, einschließlich Automobilen, kommerziellen Transportmitteln, Schiffen usw. Das Kraftfahrzeug 10 beinhaltet eine Karosserie 12 und einen Fahrgastraum 15. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftfahrzeug 10 auch einen Motorraum 14 beinhalten, in dem sich ein Antriebssystem 200 ganz oder teilweise befindet. In einigen Ausführungsformen beherbergt der Motorraum 14 ein Verbrennungsmotorsystem ICE, das im Allgemeinen mit 20 dargestellt ist, das in einigen Fällen Teil einer hybriden Implementierung des Antriebssystems 200 sein kann. Das Verbrennungsmotorsystem 20 kann auch ein Getriebe (nicht dargestellt) beinhalten, das mechanisch mit einem Antriebsstrang gekoppelt ist. Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen technischen Lösungen für ICE-Systeme relevant sind, die Dieselmotorsysteme und Benzinmotorsysteme beinhalten können, aber nicht darauf beschränkt sind. Der ICE 20 kann eine Vielzahl von an einer Kurbelwelle angebrachten Hubkolben beinhalten, die betriebsmäßig an einem Antriebssystem angebracht sein können, wie beispielsweise einem Fahrzeugantriebssystem, um ein Fahrzeug anzutreiben (z. B. um Traktionsdrehmoment an das Antriebssystem abzugeben). Der ICE 20 kann beispielsweise jede Motorkonfiguration oder -anwendung sein, einschließlich verschiedener Fahrzeuganwendungen (z. B. in Automobilen, Wasserfahrzeugen und dergleichen) sowie verschiedener Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen). Während die ICEs 20 in einem fahrzeugbezogenen Kontext (z. B. Drehmoment erzeugend) beschrieben werden können, befinden sich andere nicht fahrzeugbezogene Anwendungen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung. Wenn daher auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte diese Offenbarung dahingehend ausgelegt werden, dass sie für jede Anwendung eines ICEs 20 gilt.
In weiteren Ausführungsformen kann der ICE 20 so konfiguriert werden, dass er ein elektrisches Antriebssystem in einer Hybridkonfiguration mit Strom versorgt. In einer Ausführungsform sieht beispielsweise der ICE 20 das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Betrieb eines elektrischen Antriebssystems 200 vor. In einigen Ausführungsformen können das Antriebssystem 200 und der Innenraum mechanisch mit einem Antriebsstrang gekoppelt werden, um das Fahrzeug 10 anzutreiben (z. B. um dem Antriebsstrang ein Traktionsmoment zuzuführen).
In Fortführung von 1 beinhaltet das Fahrzeug 10 und das Antriebssystem 200 im dargestellten Beispiel ein elektrisches Energiespeichersystem 201 (z. B. eine Batterie oder Batteriebank („Batterie“)) mit geeigneter Spannung und Kapazität. Geeignete Batterietypen sind unter anderem Bleibatterien, Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd), Nickel-Metall-Hydrid-Batterien (NiMH), Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Polymer-Batterien. Die Batterie 201 ist z. B. über eine Motorsteuerung 203 leitend mit einer elektrischen Antriebseinheit 205, z. B. einem oder mehreren Elektromotoren (im Folgenden Elektromotor 205) verbunden. Es ist zu beachten, dass die elektrische Leistung der Batterie 201 durch die Motorsteuerung 203 (oder andere Vorrichtungen) moduliert, spannungsmäßig modifiziert oder anderweitig modifiziert werden kann, wenn dies zum Antreiben des Elektromotors 205 erforderlich ist. In einigen Ausführungsformen kann die Motorsteuerung 203 ein Motorantriebssystem 204 beinhalten. In weiteren Ausführungsformen kann ein separates Motorantriebssystem 204 zum Einsatz kommen. Typischerweise kann ein Motorantriebssystem einen Spannungswandler, einen Wechselrichter und die Auswahl der Transientenfilterung beinhalten, wie hierin beschrieben ist. Der Elektromotor 205 ist mit einem erdgebundenen Antrieb verbunden oder verbindbar, der typischerweise ein oder mehrere Räder 207 beinhaltet. In einigen Ausführungsformen ist der Elektromotor 205 ein einzelner Elektromotor, der funktionsfähig mit einem mechanischen Antriebsstrang verbunden ist, während in anderen Fällen mehrere Motoren zum Antreiben einer Achse oder eines Rades 207 des Fahrzeugs 10 verwendet werden können. Zur besseren Veranschaulichung ist ein einzelner Motor 205 abgebildet, der mit einer einzelnen Achse gekoppelt ist, wobei jedoch eine Vielzahl von Konfigurationen möglich ist.
In einer optionalen Implementierung kann eine Steckerschnittstelle 209 vorgesehen werden, um die Batterie 201 aufzuladen, wobei zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen Lehren auch für Fahrzeuge mit Plug-in-Architekturen gelten. Die Steckerschnittstelle 209 ist über eine Ladesteuerung 211 mit der Batterie 201 verbunden. Ein optionaler Aspekt des Fahrzeugs 10 und der Batterie 201 ist die Möglichkeit, die Batterie 201 elektrisch vom Rest des Fahrzeugs 10 zu trennen, indem mindestens ein, vorzugsweise zwei oder mehr Hochspannungsschütze 213 gesteuert werden, wenn ein ungünstiger Zustand erkannt wird. Eine Kommunikationsschnittstelle 214 kann ebenfalls verwendet und angepasst werden, um Informationen von der Steuerung 211 oder der Motorsteuerung 203 zu empfangen und Daten zum Fahrzeug 10, zum Antriebssystem 200 und zur Batterie 201 an ein entferntes System 100 zu übermitteln. In einer Ausführungsform kann das entfernte System 100 ein Server sein, der konfiguriert ist, um Fahrzeugstatus-, Wartungs- oder Fehlerinformationen und dergleichen zu empfangen. So sieht beispielsweise die Kommunikationsschnittstelle 214 für das entfernte System 100 in einer Ausführungsform Ladezustands- und Zustandsinformationen vor, die der Batterie 201 zugeordnet sind.
In Fortführung des Fahrzeugantriebssystems 200 ist 2 ein Blockdiagramm der Komponenten eines Antriebssystems 200, insbesondere der Motorsteuerung 203, des Motorantriebssystems 204 und des Elektromotors 205, die zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 verwendet werden können. Das Antriebssystem 200 wird in Bezug auf ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug 10 beschrieben, wobei die Anwendung auf jedes System, in dem eine Steuerung eines PMSM und/oder eines Motorantriebssystems 204 verwendet wird, vorgesehen werden kann. Das Antriebssystem 200 und das Motorantriebssystem 204 beinhalten eine AC/DC-Leistungsquelle 201, wie beispielsweise eine elektrische Hauptleitung (z. B. 115/230 Volt AC. z. B. über die Steckerschnittstelle 209), einen Energiebus, einen Gleichspannungs-Bus (z. B. eine Batterie 201) und dergleichen. Das Motorantriebssystem 204 kann optional einen Filter 222 beinhalten, der konfiguriert ist, um Einschaltströme zu begrenzen, Spannungspegel zu stabilisieren und elektromagnetische Störungen (EMI) zu unterdrücken. Die Eingangsleistungssignale 215 werden nach dem Filtern (falls vorhanden) einem Wandler 230 (oder Gleichrichter) zugeführt. Der Wandler 230 ist konfiguriert, um die Wechselstromleistung 201 in eine Gleichspannung umzuwandeln. Der Wandler 230 kann auch einen Gleichspannungseingang in eine andere Gleichspannung umwandeln, wie sie im Motorantriebssystem 204 erforderlich ist. In einer Ausführungsform ist der Wandler 230 eine aktive Topologie, die eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen verwendet (nicht dargestellt) und eine ein- oder mehrstufige Konfiguration sein kann. Schaltvorrichtungen des Wandlers 230 sind konfiguriert, um eine Umwandlung/Gleichrichtung der Eingangsspannung zur Versorgung des DC-Busses zu ermöglichen. Der Wandler 230 kann auch ein einfacher passiver Gleichrichter sein, z. B. eine Diodenbrücke, die zum Gleichrichten eines Wechselspannungseingangs zu einer Gleichspannung konfiguriert ist. Der Ausgang des Wandlers 230 speist einen DC-Bus 234. Ein Filter (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um den DC-Bus 234 gegenüber Transienten zu stabilisieren und EMI zu unterdrücken.
Das veranschaulichte Motorantriebssystem 204 beinhaltet auch einen Wechselrichter 250, der wiederum eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen einsetzt, um die Gleichspannung auf dem DC-Bus 234 in mehrphasige, AC-Antriebsmotor-Befehlssignale 255 umzuwandeln. Die Motorbefehlssignale 255 vom Wechselrichter 250 des Motorantriebssystems 204 werden einer mehrphasigen elektrischen Maschine (z. B. Motor 205) zugeführt, um dem Fahrzeug 10 eine Bewegung zuzuführen, ein Umgebungssteuerungssystem und dergleichen zu betreiben. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet der Elektromotor 205 einen mehrphasigen, Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist auch zu beachten, dass, obwohl die hierin enthaltenen Ausführungsformen in erster Linie mit Bezug auf ein Fahrzeug 10 und ein Fahrzeugantriebssystem 200 und dessen Anwendung beschrieben werden, diese Beschreibung nur exemplarisch ist. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können problemlos für jede Anwendung eingesetzt werden, die einen Dreiphasenmotorantrieb mit einer mehrphasigen Motorleistungsanwendung verwendet, einschließlich Motorsteuerungen, Umgebungssteuerung, Steuerflächenbetätigung und jeder anderen Anwendung für Energiesysteme und Motorsteuerungen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen werden sowohl der Wandler 230 (falls ein aktiver Typ) als auch der Wechselrichter 250 durch eine Steuerung 203 gesteuert. In einer alternativen Ausführungsform können Wandler 230 und Wechselrichter 250 durch separate Antriebssteuerungen, 203, gesteuert werden. Die Steuerung(en) 203 stellen den Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 250 Steuersignale 252 zur Verfügung, um das Erzeugen der Motorbefehlssignale 255 zu steuern. Ebenso kann die Steuerung 203 Steuersignale 232 an den aktiven Wandler 230 bereitstellen, um das Erzeugen und Aufrechterhalten der Gleichspannung auf dem DC-Bus 234 zu steuern. Die Steuerung 203 kann mit einem universellen Mikroprozessor implementiert werden, der ein auf einem Speichermedium gespeichertes Computerprogramm ausführt, um die hierin beschriebenen Vorgänge auszuführen. Alternativ kann die Steuerung 203 in Hardware (z. B. ASIC, FPGA) oder in einer Kombination aus Hardware/Software implementiert werden.
Im Betrieb entwickelt die Steuerung 203 in Ausführungsformen mit einem aktiven Wandler 230 einen Gleichstrombefehl für den Wandler 230, basierend auf dem Betrieb des Motors 205 und des Wechselrichters 250, die die Motorsteuersignale 255 erzeugen. Der Gleichstrombefehl wird dann verwendet, um Steuersignale 232 für die Schaltvorrichtungen (nicht dargestellt) des Wandlers 230 zu formulieren, um dem DC-Bus 234 einen Gleichstrom entsprechend bereitzustellen. Darüber hinaus empfängt die Steuerung 203 verschiedene Eingangssignale oder -werte, einschließlich Sollwertsignale oder -werte für den gewünschten Ausgangsbetrieb, wie DC-Bus-Spannung und -Strom, Phasenspannungen und -ströme der Eingangsleistung, Motordrehzahl, Position, Drehmoment usw., sowie Rückmeldungen oder Werte, die Betriebswerte verschiedener Teile des Motorantriebssystems 204 darstellen. In einer weiteren Ausführungsform wird eine passive Gleichrichterkonfiguration für den Wandler 230 verwendet, wobei keine Befehle von der Steuerung 203 erforderlich sind. Obwohl eine derartige Konfiguration wegen ihrer Einfachheit für den Einsatz passiver Gleichrichter zur Versorgung des DC-Busses 234 von Vorteil ist, können andere Konfigurationen mit einem aktiven Wandler 230 für eine verbesserte Steuerung von Strom und elektromagnetischen Störungen (EMI) wünschenswert sein. Ebenso entwickelt die Steuerung 203 einen Befehl für den Wechselrichter 250 basierend auf dem Betrieb des Motors 205 (z. B. Drehzahl, Drehmoment und dergleichen) und der Wechselrichter 250 erzeugt die Motorsteuersignale 255. Der Befehl wird dann verwendet, um die Steuersignale 252 für die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 250 zu formulieren, um die Motorbefehlssignale 255 entsprechend zu formulieren.
Ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerschema wird zum Ansteuern der Schaltvorrichtungen des Wandlers 230 verwendet, um den DC-Bus 234 und den Wechselrichter 250 zum Erzeugen und Steuern der Motorsteuersignale 255 an den Motor 205 zu versorgen. Dieses PWM-Steuerschema nutzt Raumvektor-Pulsweitenmodulations-SVPWM-Techniken. Darüber hinaus würde der SVPWM für den Wandler 230 (falls aktiv) und den Wechselrichter 250 mit der gleichen Frequenz betrieben und synchronisiert. In einigen Anwendungen können jedoch andere PWM-Techniken eingesetzt werden, um die Vorteile und Einschränkungen zu beseitigen, die sich aus der Konstruktion oder der besonderen Implementierung des Wandlers 230 oder des Wechselrichters 250 ergeben. Zum Beispiel diskontinuierliche (DPWM) oder sogar hybride SVPWM-Techniken. Hybrid SVPWM ist praktisch eine Kombination oder ein Hybrid aus SVPWM- und DPWM-Techniken. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen werden SVPWM-Techniken eingesetzt.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf einen Überwachungsmechanismus und eine Methodik, die Kurzschlüsse in der Motorphasenwicklung erkennen können. In einer Ausführungsform können die hierin beschriebenen Verfahren schwer zu erkennende Phase-Phase-Kurzschlüsse innerhalb der Motorwicklungen erkennen und mildern. Bei den beschriebenen Ausführungsformen spielt die Tatsache eine Rolle, dass die Motorwicklungsfehler unter den meisten Bedingungen eine Vielzahl von Veränderungen aufweisen, die während des Betriebs überwacht und erkannt werden können. So kann beispielsweise in einigen Fällen eine Änderung der phasensynchronen Impedanz einer Wicklung im Motor erkannt, quantifiziert und zur Fehleranzeige verwendet werden. In anderen Fällen ist die Impedanz möglicherweise nicht ausreichend, oder es ist eine schnellere Erkennung erwünscht. In einigen Ausführungsformen werden der Gegensystemstrom und die Gegensystemspannung überwacht und eine Änderung des Gegensystemstroms und/oder der Gegensystemspannung kann als Mittel zum Erfassen von Kurzschlüssen der Statorwicklung in der elektrischen Maschine verwendet werden. In noch einer weiteren Ausführungsform wird die Gegensequenzadmittanz zur Diagnose in einer elektrischen Maschine unter Verwendung eines Fehlererkennungsalgorithmus basierend auf der Gegensequenzüberwachung verwendet, die eine verbesserte Genauigkeit und Erkennungszeit aufweist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, Motorwicklungsfehler während des Betriebs zu erkennen oder sogar zum Anhalten anzuweisen und dadurch eine verbesserte Ausfall-/Fehlererkennungsfähigkeit zu ermöglichen.
3A verdeutlicht ein elektrisches Schaltungsmodell einer Phasenwicklung des Motors 205 gemäß einer Ausführungsform. 3B verdeutlicht das gleiche elektrische Schaltungsmodell einer Phasenwicklung des Motors 205 nach einem möglichen Zwischendrehfehler. Die Phasenspannung V_a ist durch die Gleichung (1) $V_{a} = E_{a} + j X_{s} I_{a}$
wie folgt definiert wobei X_s die Synchronreaktanz der Wicklung der Phase A ist.
Im Betrieb, X_s ~ N² und emf E_a ~ N wobei N die Anzahl der Windungen in der Statorwicklung ist. Wenn ein Kurzschluss zwischen den Umdrehungen auftritt, verschieben sich die Werte für die vorstehenden Parameter so, dass eine neue Anzahl von Umdrehungen N identifiziert wird (basierend auf einigen kurzgeschlossenen Umdrehungen), was zu einer neuen Synchronreaktanz Xs und einer Rück-EMK E_a führt, wie nachstehend definiert: $N' = \frac{N}{r}$
$X_{s}^{'} = \frac{X_{S}}{r^{2}}$
$E_{a}^{'} = \frac{E_{a}}{r} und$
$I_{a}^{'} = r I_{a}$
wobei r der Faktor ist, um den die Anzahl der Wicklungen verringert wird, und die Primzahlen den geänderten Wert für die aus dem Fehler resultierenden Schaltungsparameter bezeichnen.
Daher wird deutlich, dass bei einem auftretenden Zwischendrehfehler die effektive Windungszahl in der Wicklung verringert wird, was zu einem Aufprall führt, dass die Phasenspannung V_a abnimmt, während der Phasenstrom I_a ansteigt. Diese Eigenschaft wird zu einer Fehlersignatur, die, wenn sie erkennbar ist, beim Erkennen, Isolieren und Mildern von Fehlern in der elektrischen Maschine hilfreich sein würde. In einer Ausführungsform wird der Zwischendrehfehler basierend auf der Synchronreaktanz bestimmt, die sich vom Nennwert um mehr als einen ausgewählten Schwellenwert ändert. In einer Ausführungsform beträgt der ausgewählte Schwellenwert beispielsweise 5 %. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der ausgewählte Schwellenwert 10 %.
Sobald ein Fehler im Motor 205 erkannt wird, wird der Motor 205 standardmäßig deaktiviert. Da es jedoch in einigen Fällen möglich sein kann, dass der Kurzschluss zwischen den Drehungen nicht zu stark ist und der Betrieb des Motors 205 noch möglich ist. In derartigen Fällen wird in einer Ausführungsform, sobald ein Kurzschluss zwischen den Drehungen erkannt wird, vorteilhafterweise ein Verfahren beschrieben, um den Fehler zu beheben, den Motor auf einen Betriebspunkt mit geringerer Leistung herunterzustufen und den Betrieb nach Möglichkeit fortzusetzen. Um den Betrieb in einem niedrigeren Betriebspunkt zu erleichtern, wird das Herabstufen basierend auf der Änderung der Synchronreaktanz X_s durchgeführt. In einer Ausführungsform basiert die Drehmomentabweichung auf der Änderung der Synchronreaktanz X_s, wie nachfolgend beschrieben wird.
Unter Verwendung des elektrischen Schaltungsmodells und unter Berücksichtigung aller drei Phasen kann die elektrische Leistung der Motorlast unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden: $P = - \frac{3}{2} \frac{| V_{a} | | E_{a} |}{X_{S}} sin (δ)$
wobei P die elektrische Leistung der Last des Motors ist.
Die elektrische Leistung P kann auch dadurch angenähert werden, indem man das Produkt aus der gemessenen mechanischen Drehzahl Ω und dem Drehmoment T wie folgt zugrunde legt: $P \approx Ω T$
wobei Ω die mechanische Drehzahl des Motors ist. Unter Verwendung der GL. 1 und GL. 6, kann die Synchronreaktanz X_s berechnet werden als: $X_{s} = \frac{| V_{a} |}{| I_{a} | sin ψ + sgn (cos (δ)) a}$
wobei ψ der Leistungsfaktorwinkel zwischen dem Spannungsphasenregler V_a und dem Stromphasenregler I_a ist, und $a = \sqrt{\frac{\frac{4}{9} p^{2}}{{| V_{a} |}^{2} {sin}^{2} (δ)} - {| I_{a} |}^{2} {cos}^{2} (ψ)}$
Durch die Verwendung von GL. 8 kann der Vorfehler-(Soll)-Wert der Synchronreaktanz X_s und der neue Nachfehlerwert $X_{s}^{'}$
berechnet werden. Basierend auf den Vor- und Nachfehlerwerten X_s und $X_{s}^{'}$
wird das Drehmoment des Motors 205 auf einen neuen Nachfehlerwert T' = T/r reduziert, wobei r der Faktor ist, um den die Anzahl der Umdrehungen des Motors durch den Fehler reduziert wurde. Es ist zu beachten, dass es stattdessen möglich ist, das Verhältnis von $X_{s}^{'} & X_{s}$
zum Schätzen zu verwenden, um das Drehmoment proportional zur Anzahl der verlorenen Windungen zu reduzieren, da r nicht direkt berechnet werden kann. $T' = T \sqrt{\frac{X_{s}^{'}}{X_{s}}}$
Es ist anzumerken, dass Gleichung 10 analog zu Gleichung 3 ist, basierend auf dem Verhältnis des Verhältnisses der Synchronreaktanzwerte $X_{s} & X_{s}^{'}$
vor und nach dem Fehler. Es ist zu beachten, dass, obwohl für eine Ausführungsform das Herabsetzen der Verhältnisse der neuen Synchronreaktanz $X_{s}^{'}$
zur ursprünglichen Synchronreaktanz X_s durch die Quadratwurzel verwendet wird, andere Herabsetzungsschemata möglich und vorgesehen sind. Obwohl beispielsweise in einer Ausführungsform die Derating-Funktion auf dem Drehmoment basiert, könnte in einer anderen Ausführungsform die Derating-Funktion auf Drehzahl, Spannung und dergleichen basieren.
Die 4A und 4B zeigen eine Familie von Strom-/Spannungs-V-Kurven für eine Wicklung (Phase A) des Motors 205 in Abhängigkeit von der Synchronreaktanz X_s, wie sie von einer Wicklung des Motors 205 beim Auftreten von Wicklungsfehlern dargestellt werden können. Wenn die Synchronreaktanz X_s abnimmt, bewegt sich der Betriebspunkt des Motors 205 zu steigenden Strömen und abnehmenden Spannungen, wie durch die Referenzpunkte 402, 404, 406, 408 dargestellt, bis eine thermische Grenze 410 für den Motor 205 überschritten wird. In einer Ausführungsform kann zur Minderung derartiger Ausfälle nach dem Erkennen eines Ausfalls das Drehmoment des Motors 205 auf ein niedrigeres Niveau mit einem neuen Betriebspunkt 412 auf einer V-Kurve 414 entsprechend dem neuen Wert für die Synchronreaktanz X_s reduziert werden.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Erkennen und Mildern von Fehlern in einem PMSM gemäß einer Ausführungsform. Ein oder mehrere Schritte des Verfahrens 500 können durch die Steuerung 203 des Fahrzeugantriebssystems 200, wie hierin beschrieben, implementiert werden. Darüber hinaus können einige Schritte des Verfahrens 500 als Software oder Algorithmen implementiert werden, die auf der Steuerung 203 ausgeführt werden. Das Verfahren 500 beginnt mit dem Sammeln verschiedener Daten und Parameter bezüglich des Motors 205 und des Antriebssystems 200, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Statorspannungen und -ströme, die einem Motor 205 zugeordnet sind, wie im Prozessschritt 510 dargestellt. Das Sammeln der Daten und Parameter kann bei Bedarf rekursiv sein, um die gewünschten Daten zu sammeln und die mit der Diagnose des Zustands des Motors 205 und des Antriebssystems 200 verbundenen Prozesse zu implementieren. Fortfahrend mit der Figur fährt das Verfahren 500 im Prozessschritt 520 mit dem Bestimmen fort, ob die nominale Synchronreaktanz berechnet wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Prozess zu Prozessschritt 525 zum Berechnen der nominalen Synchronreaktanz umgeleitet, woraufhin das Verfahren 500 wiederholt wird, um den Prozessschritt 510 zu wiederholen. Umgekehrt, wenn bei Prozessblock 520 festgestellt wird, dass die nominale Synchronreaktanz berechnet wurde, fährt der Prozess 500 mit dem Prozessblock 530 fort und führt ein oder mehrere kurzgeschlossene(s) Windungserkennungsschema(s) aus. In einer Ausführungsform kann ein einfaches Schema zum Erkennen einer kurzgeschlossenen Wendung auf der Änderung der Synchronreaktanz X_s wie vorstehend beschrieben basieren. In einer weiteren Ausführungsform könnte das Erkennen auf dem Gegenstrom und/oder der Gegenspannung oder einer Änderung derselben basieren. In einer weiteren Ausführungsform könnte das Erkennen basierend auf der Gegenimpedanz oder der Gegensequenzadmittanz wie hierin beschrieben erfolgen.
In Fortführung von 5 und der Rückführung zu 4B wird bei Prozessschritt 540, wenn kein Kurzschlussfehler erkannt wird, der Prozess wiederholt und kehrt zur Wiederholung zu Prozessschritt 510 zurück. Wenn jedoch bei Prozessschritt 540 ein Kurzschlussfehler erkannt wird, fährt das Verfahren mit Prozessschritt 570 fort, um die Drehmomentfähigkeit des Motors 205 zu verringern. Optional wird in den optionalen Prozessschritten 550 und 560 eine Möglichkeit dargestellt, das Motordrehmoment T zu reduzieren. Bei Prozessschritt 550 wird ein neuer Wert für die Synchronreaktanz $X_{s}^{'}$
für die fehlerhafte Wicklung des Motors 205 wie bei 412 dargestellt berechnet (4B), während bei Prozessschritt 560 das Verhältnis der neuen Synchronreaktanz $X_{s}^{'}$
zur nominalen Synchronreaktanz X_s berechnet wird und zum Bestimmen verwendet wird, in welchem Umfang das Drehmoment des Motors 205 basierend auf dem erkannten Fehler gemäß Gleichung 10 deklassiert wird. Auf diese Weise wird ein Prozess beschrieben, der das Erkennen eines Fehlers des Motors 205 ermöglicht und darüber hinaus den weiteren Betrieb des Motors 205, wenn auch in reduzierter Kapazität, trotz des erkannten Fehlers. Dies ermöglicht eine sehr vorteilhafte Verbesserung der bestehenden Systeme, die typischerweise den Motor 205 bei Erkennen eines Fehlers deaktivieren würden.
Mit Blick nun auch auf 6 werden Details dargestellt und beschrieben, die einem weiteren Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Motor 205 zugeordnet sind. In der Rückführung zu den 3A und 3B ist ein Schaltungsmodell für eine exemplarische Motorphase in einem nominalen (normalen) und fehlerhaften Zustand (nach Auftreten eines Kurzschlusses) dargestellt. Unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) - (5), wie hierin erwähnt, wird bei einem Zwischenwindungsfehler die effektive Anzahl der Windungen in der Wicklung verringert, sodass die Phasenspannung V_a abnimmt, während der Phasenstrom I_a zunimmt. In einer weiteren Ausführungsform können die Phasenströme I_a, I_b, I_c und Phasenspannungen V_a, V_b, V_c in Bezug auf ihre Terme der positiven Sequenz, der negativen Sequenz und der Nullsequenz geschrieben/umgeschrieben werden, bezeichnet als V_p, V_n, V₀, und I_p, I_n, I₀ respektive als:
und $(\begin{matrix} V_{p} \\ V_{n} \\ V_{0} \end{matrix}) = (\begin{matrix} 1 & a & a^{2} \\ 1 & a^{2} & a \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} V_{a} \\ V_{b} \\ V_{c} \end{matrix})$
$(\begin{matrix} I_{p} \\ I_{n} \\ I_{0} \end{matrix}) = (\begin{matrix} 1 & a & a^{2} \\ 1 & a^{2} & a \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} I_{a} \\ I_{b} \\ I_{c} \end{matrix})$
wobei. $a = 1 ∠ 120 °$
Bei den Gleichungen 11 und 12 ist es hervorzuheben, dass bei einem Wendefehler die Phasenspannung V_a abnimmt, während der Phasenstrom I_a zunimmt, und ebenso die Gegensystemspannung V_n und der Gegensystemstrom I_n von Null abweichen. Das heißt, es sollte verstanden werden, dass für einen ausgeglichenen Motor die Gegensystemspannung V_n und der Gegensystemstrom In Null sein würden. Bei Vorliegen eines Zwischenwendungsfehlers weichen jedoch die Gegensystemspannung V_n und der Gegensystemstrom I_n von Null ab. In der beschriebenen Ausführungsform wird diese Abweichung genutzt, um eine verbesserte Fehlererkennung, Isolierung und Minderung von Fehlern in der elektrischen Maschine 205 bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann in einer Ausführungsform der Gegensystemstrom I_n gekennzeichnet sein als: $I_{n} = Y_{n} V_{n} + f (V_{p}, Ω, T_{e})$
wobei Y_n die Gegensystemadmittanz ist, V_p die Mitsystemspannung ist, Ω die mechanische Drehzahl des Motors 205 und T_e das Drehmoment ist. Bedauerlicherweise ist der Funktionsterm schwierig zu charakterisieren und wurde bisher durch die Verwendung der Gegensystemadmittanz Y_n als Mittel zum Identifizieren und Charakterisieren von Motorstörungen ausgeschlossen.
Gleichung 13 kann für eine gegebene zeitliche Instanz zwischen den Proben, die als k bezeichnet werden, und der nächsten Zeitinstanz, die k+1 als bezeichnet wird, wie folgt neu geschrieben werden: $I_{n} (k) = Y_{n} V_{n} (k) + f (V_{p} (k), Ω (k), T_{e} (k)),$
und $\begin{array}{l} I_{n} (k + 1) = Y_{n} V_{n} (k + 1) + \\ f (V_{p} (k + 1), Ω (k + 1), T_{e} (k + 1)) \end{array}$
Subtraktion der Gleichung 14 von Gleichung 15 ergibt: $\begin{matrix} Δ I_{n} (k + 1) = Y_{n} Δ V_{n} (k + 1) + \\ f (V_{p} (k + 1), Ω (k + 1), T_{e} (k + 1)) - \\ f (V_{p} (k), Ω (k), T_{e} (k)) \end{matrix}$
Es ist erwähnenswert, dies für einen kleinen Zeitschritt für die Probenahme zu verstehen, und zwar basierend auf der Sicherstellung von Werten für α, β, γ, sodass: $f (V_{p} (k + 1), Ω (k + 1), T_{e} (k + 1)) \approx f (V_{p} (k), Ω (k), T_{e} (k)) .$
Es kann dann davon ausgegangen werden, dass: $| V_{p} (k) - V_{p} (k + 1) | < α,$
$| Ω (k) - Ω (k + 1) | < β,$
$| T_{e} (k) - T_{e} (k + 1) | < γ .$
Infolgedessen werden die Funktionsterme gelöscht und von Gleichung 16 entfernt, was zu einer Vereinfachung führt von: $Δ l_{n} (k + 1) \approx Y_{n} Δ V_{n} (k + 1) = Y_{n} \approx \frac{Δ I_{n}}{Δ V_{n}} = G_{n} + j B_{n}$
für die Gegensequenzadmittanz Y_n, die für eine ausreichend große ΔV_n und V_p und doch eine ausreichend kleine α, β, γ genug ist. Es ist zu beachten, dass ein großer ΔV_n die Annäherung dominiert. Vorteilhafterweise erweist sich die Berechnung von $Y_{n} \approx \frac{Δ I_{n}}{Δ V_{n}}$
als genauer, da beim Berechnen von $Z_{n} = \frac{V_{n}}{I_{n}}$
der Term f (V_p, Ω, T_e) vernachlässigt wird. Bei der Berechnung des Terms $\frac{Δ I_{n}}{Δ V_{n}}$
jedoch f (V_p, Ω, T_e) berücksichtigt, das definiert, wann die Annäherung genauer ist, und somit zu einer genaueren Berechnung führt. Das heißt, es ist erwähnenswert zu verstehen, dass, wenn $\frac{Δ I_{n}}{Δ V_{n}}$
berechnet wird, ΔV_n und V_p über bestimmten Schwellenwerten liegen. Darüber hinaus kann darauf hingewiesen werden, dass der Annäherungsfehler f (V_p (k+ 1), Ω(k + 1), T_e(k + 1)) - f(V_p (k), Ω(k), T_e(k)) von groß genug ΔV_n, dominiert wird, was einen weiteren Grund für die Annäherung mit $Y_{n} \approx \frac{Δ I_{n}}{Δ V_{n}}$
unter den vorgeschriebenen Bedingungen als vorteilhaft gegenüber $Z_{n} = \frac{V_{n}}{I_{n}}$
bezeichnet.
Es ist auch zu beachten, dass für die Schwellenwerte kein spezifischer Wert definiert werden kann, da diese für verschiedene Motortypen angepasst werden können und bei der Erstinbetriebnahme vorgewählt und kalibriert werden können. Daher ist zu erkennen, dass für einen kleinen Zeitschritt, d. h. eine ausreichend schnelle Abtastrate, die negative Sequenzadmittanz Y_n einen verbesserten Indikator für Motorfehler bereitstellt. In einer Ausführungsform wird ein Zeitschritt von etwa 100-500 Mikrosekunden verwendet, wobei jedoch zu verstehen ist, dass die Abtastrate, z. B. die Zeitschrittdauer, basierend auf einer Vielzahl von Systemfaktoren und Dynamiken, einschließlich motorischer Eigenschaften für das PMSM und Dynamik, einschließlich Geschwindigkeit, sowie der PWM-Rate, gewählt werden kann.
Fortfahrend nun mit 6, das ein Flussdiagramm mit drei Verfahren 610, 630 und 650 (teilweise durch die gestrichelten Linien getrennt) zum Erkennen und Mildern von Fehlern in einem PMSM gemäß einer Ausführungsform ist. Jedes oder jedes der drei Verfahren kann optional gleichzeitig laufen. In einer Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, alle drei Verfahren zu betreiben, da ein Verfahren einen Fehler schneller als ein anderes erkennen kann.
Die frühestmögliche Erkennung eines Fehlers im Motor 205 ist von Vorteil, da dadurch die Möglichkeit von Minderungsmaßnahmen, wie beispielsweise die Reduzierung der Leistung des Motors 205, gegeben ist, bevor weitere Schäden auftreten. Erneut können einer oder mehrere Schritte des Verfahrens durch die Steuerung 203 des Fahrzeugantriebssystems 200, wie hierin beschrieben, implementiert werden. Darüber hinaus können einige Schritte des Verfahrens 610, 630 und 650 als Software oder Algorithmen implementiert werden, die auf der Steuerung 203 ausgeführt werden. Die Verfahren 610, 630 und 650 beginnen jeweils mit dem Sammeln verschiedener Daten und Parameter bezüglich des Motors 205 und des Antriebssystems 200, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Statorspannungen und - ströme, die einem Motor 205 zugeordnet sind, wie im Prozessschritt 602 dargestellt. Das Sammeln der Daten und Parameter kann bei Bedarf rekursiv erfolgen, um die gewünschten Daten zu sammeln und die mit der Diagnose des Zustands des Motors 205 und des Antriebssystems 200 verbundenen Prozesse zu implementieren. In Fortführung der Figur setzen die Verfahren 610, 630 und 650 im Prozessschritt 604 jeweils das Berechnen des Gegensystemstroms In und der Gegensystemspannung V_n fort. Bei der ersten Betrachtung des Verfahrens 610 im Prozessentscheidungsblock 612 wird bestimmt, ob das System initialisiert wurde. Wenn nicht, wird der Prozess zu Prozessschritt 614 zum Berechnen der Gegenimpedanz umgeleitet, woraufhin das Verfahren 610 mit Schritt 616 zum Berechnen der durchschnittlichen Gegenimpedanz fortfährt. Damit ist die Initialisierung abgeschlossen und das Verfahren kehrt zum Prozessblock 602 zurück, um die Verfahren 610 (sowie 630 und 650 falls verwendet) zu wiederholen. Zurück zum Prozessentscheidungsblock 612, wenn das System initialisiert wurde, geht das Verfahren 610 zum Prozessentscheidungsblock 618 über, um zu bestimmen, ob entweder einer oder beide der verbleibenden Gegensystemströme oder die Gegensystemspannung einen ausgewählten Schwellenwert überschreiten. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform ein Schwellenwert von 10 % über dem nominalen Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung verwendet werden, obwohl andere Schwellenwerte möglich sind. Der Rest kann durch Vergleichen des bei Prozessschritt 604 berechneten Gegensystemstroms In und der Gegensystemspannung V_n mit dem Durchschnittswert des Gegensystemstroms In und der Gegensystemspannung V_n aus der durchschnittlichen Gegensystemimpedanz avgZ_n, die bei der Initialisierung in Prozessschritt 616 berechnet wurde, berechnet werden. Wenn der Rest kleiner als der gewählte Schwellenwert ist, wird kein Fehler erkannt, und der Prozess kehrt zum Prozessblock 602 zurück und wird wiederholt. Wird umgekehrt beim Prozessentscheidungsblock 618 festgestellt, dass der Rest gleich oder größer dem gewählten Schwellenwert ist, so fährt das Verfahren 610 mit dem gemeinsamen Prozessblock 608 fort und es wird ein Statorwicklungsfehler des Motors 205 angezeigt.
Weiter mit 6 und nun zum Verfahren 630 hin zu einem zweiten Verfahren zum Erkennen einer Kurzschlussbewegung im Motor 205. Das Verfahren beginnt wie das Verfahren 610 mit den Prozessblöcken 602 und 604 und dem Berechnen des Gegensystemstroms In und der Gegensystemspannung V_n. Das Verfahren 630 fährt bei Prozessblock 632 mit dem Berechnen der Größe der Gegenimpedanz |Z_n| fort. Das Verfahren 630 geht über zur Verarbeitung des Entscheidungsblocks 634, um zu bestimmen, ob die Größe der Gegenimpedanz |Z_n| einen ausgewählten Schwellenwert überschreitet. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform ein Schwellenwert verwendet werden, der 10 % unter dem Nennwert liegt, obwohl andere Schwellenwerte möglich sind. Wenn der Absolutwert der Gegenimpedanz |Z_n| größer oder gleich dem gewählten Schwellenwert ist, dann wird kein Fehler erkannt und der Prozess kehrt zu Prozessblock 602 zurück und wird wiederholt. Umgekehrt, wenn beim Prozessentscheidungsblock 634 festgestellt wird, dass der Absolutwert der Gegenimpedanz |Z_n| kleiner als der gewählte Schwellenwert ist, dann fährt das Verfahren 630 mit dem gemeinsamen Prozessblock 608 fort und es wird ein Statorwicklungsfehler angezeigt.
Weiter mit 6 und nun zum Verfahren 650 hin zu einem dritten Verfahren zum Erkennen einer Kurzschlussbewegung im Motor 205. Das Verfahren 650 nutzt die eindeutige Gegensequenzadmittanz Y_n, wie vorstehend beschrieben, zum Erkennen und Bestimmen eines Motorfehlers. Das Verfahren 650 wird als das Verfahren 610 eingeleitet, und 630 mit den Prozessblöcken 602 und 604 und dem Berechnen des Gegensystemstroms In und der Gegensystemspannung V_n. Das Verfahren 650 fährt beim Prozessentscheidungsblock 652 mit dem Bestimmen fort, ob die zufriedenstellenden Bedingungen zum Überwachen erfüllt sind. Wenn nicht, kehrt der Prozess zurück zum Prozessblock 602 und wird wie dargestellt wiederholt. Andernfalls, wenn die Überwachungsbedingungen erfüllt sind, fährt das Verfahren 650 mit dem Verarbeitungsblock 654 fort. Die Bedingungen zum Überwachen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf die vorstehend identifizierten Bedingungen, die der Annäherung an die Gegensequenzadmittanz Y_n zugeordnet sind, d. h. eine größere Anzahl von ΔV_n und V_p, jedoch kleinere ausreichende Werte für α, β, γ. In Fortführung des Verfahrens 650 werden die Änderung der Gegensystemspannung ΔV_n und die Änderung des Gegensystemstroms ΔI_n wie im Prozessblock 654 dargestellt berechnet. Es versteht sich, dass es keinen bestimmten identifizierten Wert für α, β, γ gibt. Im Allgemeinen kann jede Toleranz in Abhängigkeit von einem bestimmten Motortyp abgestimmt werden. In einer Ausführungsform kann in einem Beispiel ein ΔV_n Schwellenwert von 1 Volt mit einem Vp-Schwellenwert von 10 V, α = 10 V, β = 100 rpm, γ = 30 Nm verwendet werden. Bei Prozessblock 656 wird das Verhältnis der Änderung des Gegensystemstroms ΔI_n zur Änderung der Gegensystemspannung ΔV_n berechnet, um die Gegensystemadmittanz Y_n anzunähern. Schließlich geht das Verfahren 650 zum Prozessblock 658 über, um die Gegensequenzadmittanz Y_n zu bestimmen und mit seinem Sollwert zu vergleichen. Wenn der Abweichung der Gegensystemadmittanz Y_n vom Nennwert kleiner als ein ausgewählter Schwellenwert ist, dann wird kein Fehler erkannt und der Prozess kehrt zum Prozessblock 602 zurück und wird wiederholt. Wenn umgekehrt beim Prozessentscheidungsblock 658 festgestellt wird, dass die Abweichung vom Nennwert des Verhältnisses den gewählten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, fährt das Verfahren 650 mit dem gemeinsamen Prozessblock 608 fort und es wird ein Statorwicklungsfehler angezeigt. Die nominalen Gegensystemadmittanzwerte sind abhängig von den dynamischen Eigenschaften des PMSM, den inhärenten Asymmetrien der Statorspulen des PMSM, der inhärenten Asymmetrie des Motordesigns und der unsymmetrischen Spannungsversorgung. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform ein Schwellenwert verwendet werden, der 10 % unter dem Nennwert liegt, obwohl andere Schwellenwerte möglich sind.
Auf diese Weise werden mehrere Prozesse beschrieben, die das Erkennen eines Fehlers des Motors 205 ermöglichen und darüber hinaus den weiteren Betrieb des Motors 205, wenn auch in reduzierter Kapazität, trotz des erkannten Fehlers. Darüber hinaus kann das Verfahren optional das Steuern des Motors 205 basierend auf dem identifizierten Fehler beinhalten. Die Steuerung kann einen verschlechterten Betrieb beinhalten, z. B. nach Möglichkeit mit reduziertem Nenndrehmoment (abhängig von anderen Faktoren im System, oder bei Bedarf das PMSM deaktivieren. Dies ermöglicht eine sehr vorteilhafte Verbesserung der bestehenden Systeme, die typischerweise den Motor 205 bei Erkennen eines Fehlers deaktivieren würden.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, schließen aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus.
Die vorliegenden Ausführungsformen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Speichermedium (oder Medien) mit darauf enthaltenen computerlesbaren Programmbefehlen, um zu bewirken, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden Offenbarung durchführt.
Das Ablaufdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Ablaufdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Befehlen darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Befehle zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken aufgeführten Funktionen in anderer Reihenfolge als in den Figuren angegeben auftreten. So können beispielsweise zwei nacheinander dargestellte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, bzw. die Blöcke können je nach der jeweiligen Funktionalität zum Teil in umgekehrter Abfolge ausgeführt werden. Es wird auch angemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Ablaufdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Ablaufdiagrammdarstellungen durch Spezialhardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Aktionen oder Kombinationen von Spezialhardware und Computerbefehlen ausführen, implementiert werden kann.
Während die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der funktionsfähig mit einer Steuerung verbunden ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer Statorspannung und eines Statorstroms für den PMSM an einer Steuerung; Berechnen eines Gegensystemstroms und einer Gegensystemspannung für den PMSM; Bestimmen, ob ausgewählte Bedingungen zum Überwachen auf einen Fehler des PMSM erfüllt sind; Ermitteln einer Änderung des Gegensystemstroms und einer Änderung der Gegensystemspannung für eine ausgewählte Zeitdauer; Berechnen eines Verhältnisses der Änderung des Gegensystemstroms und der Gegensystemspannung, um eine Gegensystemadmittanz für den PMSM zu erhalten; Bestimmen, ob mindestens einer von einem realen und einem imaginären Teil des berechneten Verhältnisses einen ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet; und Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft, wenn das Verhältnis den ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bestimmen, ob ausgewählte Bedingungen zum Überwachen erfüllt sind, das Sicherstellen beinhaltet, dass ΔV_n ≥ ein dritter vorgewählter Schwellenwert und Vp ≥ ein vierter vorgewählter Schwellenwert ist; und doch ist jeder von α, β, γ.≤ kleiner als die vorgewählten Schwellenwerte.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die gewählte Dauer gewählt wird, um sicherzustellen, dass die Bedingungen zum Überwachen erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die ausgewählte Dauer auf einem Abtastzeitraum basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Gegensystemadmittanz dem Verhältnis der Änderung eines Gegensystemstroms und einer Gegensystemspannung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der erste ausgewählte Schwellenwert auf einem nominalen Gegensequenzzugangswert basiert, der unter normalen Betriebsbedingungen identifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend: Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung; Berechnen eines Absolutwertes der Gegensystemimpedanz; Bestimmen, ob der Absolutwert der Gegensystemimpedanz kleiner als ein fünfter ausgewählter Schwellenwert ist; und Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft, wenn der Absolutwert der Gegensystemimpedanz kleiner als der fünfte ausgewählte Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung; Berechnen eines Durchschnittswerts der Gegensystemimpedanz; Bestimmen, ob der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung einen sechsten ausgewählten Schwellenwert überschreitet; und Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft, wenn der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung den sechsten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Berechnen einer Gegensystemimpedanz aus dem Gegensystemstrom und der Gegensystemspannung; Berechnen einer Größenordnung der Gegensystemimpedanz; Bestimmen, ob die Größenordnung der Gegensystemimpedanz kleiner als ein siebter ausgewählter Schwellenwert ist; Berechnen eines Durchschnittswerts der Gegensystemimpedanz; Bestimmen, ob der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung einen achten ausgewählten Schwellenwert überschreitet; und Identifizieren der Statorwicklung als fehlerhaft basierend auf dem schnellsten des Folgenden: Bestimmen, ob mindestens einer der realen und imaginären Teile des berechneten Verhältnisses einen ersten ausgewählten Schwellenwert überschreitet, und die Größe der Gegensystemimpedanz kleiner als der zweite ausgewählte Schwellenwert ist. Bestimmen, ob die Größenordnung der Gegensystemimpedanz kleiner als ein siebter ausgewählter Schwellenwert ist, und Bestimmen, ob der Rest von mindestens einem der Gegensystemströme und der Gegensystemspannung den achten ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Steuern des PMSM basierend auf dem Identifizieren einer fehlerhaften Statorwicklung des PMSM.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Berechnen einer nominalen Synchronreaktanz basierend auf den Statorspannungen und -strömen für den PMSM; wenn ein Fehler des PMSM angezeigt wird: Empfangen von Statorspannungen und -strömen für den fehlerhaften PMSM an der Steuerung; Berechnen einer Synchronreaktanz, die einer fehlerhaften Wicklung des PMSM zugeordnet ist, basierend auf den Statorspannungen und -strömen für den PMSM; Bestimmen eines Verhältnisses der Synchronreaktanz, die einer fehlerhaften Wicklung zugeordnet ist, zur nominalen Synchronreaktanz; und Herabstufen einer Drehmomentbewertung für den PMSM basierend auf dem Verhältnis der mit einer fehlerhaften Wicklung verbundenen Synchronreaktanz zur nominalen Synchronreaktanz.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die nominale Synchronreaktanz basierend auf der Phasenspannung, dem Phasenstrom und der Gegenspannung für eine entsprechende Wicklung des PMSM im Normalbetrieb berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die einer fehlerhaften Wicklung zugeordnete Synchronreaktanz basierend auf der Phasenspannung, dem Phasenstrom und der Gegen-EMK für eine entsprechende Wicklung des PMSM berechnet wird, wenn ein Fehler aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die Herabstufung auf einem umgekehrten Quadrat eines Verhältnisses basiert, um das eine Anzahl von Windungen des PMSM vom Nennwert verringert wird.