用於自動實現驅動診斷和預測的方法
2023-04-25 20:18:26 1
用於自動實現驅動診斷和預測的方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於自動實現驅動診斷和預測的方法。公開了一種電機驅動系統，其包括配置成對電機驅動系統的電力電子部件進行冷卻的風扇。電機驅動系統還包括設置在風扇的空氣入口附近並且配置成感測進入空氣入口的空氣的環境溫度的溫度傳感器。此外，電機驅動系統包括以可通信的方式耦接至溫度傳感器並且配置成基於所感測的環境溫度來確定驅動預測和驅動診斷中的至少一個的處理器。
【專利說明】I大額定功率的一定百分比。雖然由於環境額1叩),但當機器是新的，並且在機初始分配值。也就是說，電機驅動從最大電電機的輸出的特定降額要求。當電機驅動蘭不同，這可能不利地影響機器的性能並且操作時的環境溫度來針對電機驅動確定多機驅動通常包括位於電機驅動的電路板上1機驅動本身內部，由保護外殼密封，並且被力中，處理器通過應用能量平衡方程根據電:個估計在電機驅動初始操作時可能非常精1機驅動的內部冷卻機制的操作效率低和劣期望能有一種具有改進的環境溫度感測的和預測信息。子驅動單個電機的多個電機驅動電力模塊孟機驅動的電力電子開關電路的示意圖；配備有入口溫度傳感器的電機驅動的控制二確定熱系統缺陷的方法的處理流程圖；
二確定電力模塊壽命的方法的處理流程圖；二確定風扇壽命的方法的處理流程圖；
孟機驅動的風扇組件的透視圖；
先扇組件的分解透視圖；
8和圖9的風扇組件的電機驅動的某些部
8和圖9的風扇組件的電機驅動的透視圖。行系統確定預測和診斷的系統和方法。具體I電路14可以基本上實時地執行各種計算，診斷(例如，驅動降額要求)和預測。與沒有衫則相比，這樣的計算可以向用戶提供更精藝些計算來提供對電機驅動12的增強的控統10的各種其他布置中的風扇入口附近。3電機驅動12來驅動單個進程的電機驅動[乍地並聯耦接至驅動電機24的兩個或更多和，電機驅動12中的每個電機驅動12配備1機驅動12中的每個電機驅動12的驅動電定位。可以將任意數量的電機驅動12添加食任意數量的電機驅動12，以調節輸出至電
I個電機驅動12可以配備有設置在在風扇1示的實施例中，第一電機驅動50包括具有二電機驅動56包括具有第二溫度傳感器60
[0026]圖3是詳細描述電力電路18的部件的示意圖。在所例示的實施例中，電力電路18包括電力電子開關電路。電力電路18可以定位在電機驅動12的電力轉換模塊內。如上所述，電力電路18通常例如從電網接收三相電力20作為輸入。三相電力電耦接至向整流電路76提供恆定頻率的三相AC電力的一組輸入端子70、72和74。整流電路76包括例如對三相電壓波形執行全波整流的二極體78的部件。整流後，輸入的電力的所有相位進行組合，以向DC總線的低壓側80和高壓側82提供DC電力。電感器84可以耦接至DC總線的高壓側和低壓側兩者並且充當用於平滑經整流的DC電壓波形的扼流圈。一個或更多個濾波電容器可以連接DC總線的高壓側82和低壓側80並且也配置成用於平滑經整流的DC電壓波形。電感器84和電容器86共同用於從波形中去除大部分紋波，使得DC總線承載非常近似真實DC電壓的波形。需要注意的是，本文中描述的三相實現不意在限制，並且本發明可用於單相電路以及用於針對電機驅動以外的應用設計的電路。
[0027]逆變器88耦接至DC總線並且產生用於驅動連接至輸出端子26、28和30的電機24的在期望頻率的三相輸出波形。在例示的逆變器88內，針對每個相位，兩個絕緣柵雙極電晶體(IGBT)90串聯地耦接。可以在DC總線的高壓側82和低壓側80之間從集電極到發射極耦接成對的電晶體90。對於一共六個電晶體90，則三個電晶體對並聯地耦接至DC總線。輸出端子26、28和30中的每一個耦接至多對電晶體90中的一對電晶體90之間的輸出中的一個輸出。驅動電路16向電晶體90發送信號，使其快速地閉合和斷開，導致在輸出端子26、28和30上的三相波形輸出。由控制電路14基於各種輸入來控制驅動電路16。這樣的輸入可以包括例如從操作者界面接收的操作者輸入。另外，控制電路14可以接收表示電機驅動12的當前操作狀態的反饋91。這樣的反饋91可以包括來自設置在整個電機驅動系統10中一個或更多個傳感器(例如，溫度傳感器36)的傳感器反饋。
[0028]在一些實施例中，電機驅動12可以是再生電機驅動，該再生電機驅動配置成有時操作在操作的再生相位而在其他時間操作在上述驅動操作。在操作的再生相位，整流電路76可以使得三相電機24的慣性能量或致動能量能夠重定向回到三相電力20的電力幹線(如電網)。本領域的技術人員可以理解的是，在再生操作期間，電機24相當於三相發電機。因此,整流電路76中的開關可以通過驅動電路16以這樣的方式切換:允許流經DC總線的交變電流能夠流回至電力網絡，從而重新捕獲電機24的慣性能量。
[0029]如上所述，電機驅動12可以配備有用於在驅動操作過程中冷卻電力電路18的風扇32。如所例示，風扇32可以布置在電機驅動12中，使得通過風扇32的空氣入口吸入的空氣(例如，箭頭34)能夠被引導經過電機驅動12的電力電路18。空氣可以向電力電子開關部件提供冷卻，否則，電力電子開關部件可能由於電晶體90的快速斷開和閉合而過熱。箭頭92表示空氣流經整流電路76、DC總線的高壓側82和低壓側80、以及逆變器88中的每一個。電力電路18可以全部部署在設置在電機驅動12的外殼中的單個電路板上，並且風扇可以引導冷卻空氣經過電路板。在一些實施例中，空氣也可以流經驅動電路16和/或控制電路14，但這取決於這些部件是否定位在電機驅動12中以及取決於這些部件相對於風扇32的空間布置。
[0030]如上所述，定位在風扇32的空氣入口附近的溫度傳感器32可以提供用於控制電機驅動12以及用於確定電機驅動12的相對精確的預測和診斷的入口溫度反饋。圖1至圖3呈現了可以利用入口溫度測量來確定可靠性計算、剩餘壽命估計、驅動健康評估、部件健特別是在溫度測量112用作控制電路14的專感器36可以基於從處理器接收的信號在這可能就是溫度測量112用來確定預測並收與電機驅動12中存在的驅動計數114對目定時間間隔確定或計數、以提供用於控制嫗動計數114可以包括風扇運行時間、風扇行了多長時間，而風扇速度表示風扇32的的內部的一個或更多個部件的溫度，該溫度個溫度傳感器可以連續地監測電力電路18確定(例如，通過溫度傳感器36感測的)環)電力電路18之間的溫度變化。其他驅動
I的期望計算118。這樣的計算118可以在I這樣的計算基本上接近於實時計算。在電長確定驅動預測或驅動診斷中的至少一種。的整體壽命。
[0036]驅動可靠性124可以是在一定時間段電機驅動12執行其指定功能(例如，以期望的額度輸出功率)的能力的度量。驅動可靠性124可以根據電機驅動12失敗的概率來表達，並且可以至少部分地基於空氣溫度測量112來確定。電力模塊壽命126可以是如基於電力模塊部件中的溫度變化而確定的、電機驅動12的電力轉換模塊(例如，電力電路18)的預期壽命或剩餘壽命。運行時間128可以是如通過控制電路14、驅動電路16或電力電路18中的驅動計數114確定的、電機驅動12已進行操作的時間量。運行時間128對確定與電機驅動12的效率或剩餘壽命相關的診斷是有用的。
[0037]由處理器執行的一些計算118可以用於為電機驅動12提供相對精確的預測130，而其他計算可以用於經由控制電路14生成用於執行多種動作132的控制信號。該預測130可以包括與驅動性能相關的任意預測信息，其包括風扇壽命120、驅動可靠性124、電力模塊壽命126、電容器壽命134和熱系統缺陷136。電容器壽命134可以是電力電路18中的一個或更多個電容器86的預測總壽命或剩餘壽命，並且可以基於空氣溫度測量112來確定。處理器可以向操作者界面發信號以向用戶提示電容器壽命134或者在幾乎需要更換電容器86時提供警告。可以基於電機驅動12的冷卻系統的效率或在一定入口空氣溫度下冷卻系統從電機驅動12移除了多少熱量來確定熱系統缺陷136。處理器可以部分地基於空氣溫度測量112來確定是否在冷卻系統內出現缺陷或劣化。例如，這樣的缺陷可以包括電力電路18的散熱片上的灰塵積聚、空氣不能在足夠高的流速下通過電機驅動12流通、熱系統部件的不適當安裝、過濾器堵塞等等。操作者可以在電機驅動系統10識別了這樣的缺陷後對電機驅動12執行維護，以提高電機驅動12的操作效率。
[0038]其中，處理器可以配置成確定與電機驅動12相關的上面所列出的任意數量的預測130。再次，預測130可以取決於電機驅動12進行操作時的環境溫度。因此，為了精確確定預測130，會期望環境溫度的精確測量。可以經由位於風扇入口處的、與嵌入在電機驅動電路內的傳感器相對的溫度傳感器36來獲取環境溫度的相對更加精確的測量。
[0039]除提供對電機驅動12的整個操作的預測130以外，處理器可以為電機驅動12的部件(例如，控制電路14)提供用於執行各種動作132的輸出。這些動作可以包括控制電機驅動12的操作或向操作者提供信息(例如，預測130或警告)。
[0040]在所例示的實施例中，動作132包括調節(塊138)額定驅動電流強度，使得電機驅動12在所計算的驅動降額要求122內進行操作。在空氣溫度測量112相對較高時，該調節可以涉及使電機驅動12的電流強度輸出降額。相似地，在空氣溫度測量112相對較低時，該額定調節可以涉及使電機驅動12的電流強度輸出升額。這可以確保電力電路18相對有效地操作(例如，更高的估計的電力模塊壽命126)，同時仍然在降額要求122內進行操作。也就是說，控制電路12的處理器基於所確定的驅動降額要求122來調節電機驅動12的性倉泛。
[0041]調節(塊140)風扇32的風扇速度是可以基於由處理器確定的計算118和/或預測130執行的另一動作132。在一些實施例中，當空氣溫度測量112更低時，可以降低風扇速度，以延長風扇壽命120和/或電力模塊壽命126。在其他實施例中，可以降低風扇速度，以維持電機驅動12的預期整體效率。如前面所指出的，處理器可以將輸出提供至操作者界面，用於警告用戶潛在的低效率或維護的要求。例如，處理器提示的動作132可以包括基於電機驅動12內的識別的熱系統缺陷136來提供堵塞熱系統警告142。
[0042]圖5至圖7詳述了如在圖4中略述的計算118、所確定的預測130和由控制電路14執行的動作132的一些示例。具體地，圖5是用於確定熱系統缺陷136和基於該確定執行特定動作132的方法150的處理流程圖。方法150包括測量(塊152)入口空氣溫度Tin，這是由空氣入口附近的溫度傳感器36確定的溫度測量112。此外，方法150包括測量(塊154) IGBT 的負溫度係數(NTC, negative temperature coefficient)溫度 TNTC。這是電機驅動12的電力電路18中的一個或更多個電晶體90的溫度，並且可以使用嵌入在電力電路18中的溫度傳感器進行測量。溫度傳感器可以是NTC傳感器或任意其他期望的傳感器。使用這些監測的溫度作為輸入，控制電路14可以計算(塊156)溫度上升Τ&ε。這個值可以表示在風扇32的入口和電力電路18之間的空氣溫度變化，根據下面的表達式進行計算該值:
[0043]Trise=Tmc-Tin (I)
[0044]除確定THse以外，方法150還可以包括計算改158) IGBT損失ΡΚΒΤ。這些計算的損失表不通過快速切換電晶體90所生成的熱而在電力電路18中損失的功率。確定該損失的計算可以基於電力電路18的控制操作(例如，切換速度)。控制電路14可以確定電力電路18的控制操作(例如，切換速度)。控制電路14可以確定該操作以及與該操作相關聯的預期損失。此外，控制電路14可以基於所計算的THse162與所計算的PrcBT164之間的關係160來確定是否存在熱系統缺陷136。Trisel62與PrcBT164之間的關係160可以表示電機驅動12具有特定的熱系統缺陷136 (例如，堵塞或缺失)或者電機驅動12如期望的進行操作(例如，正常)。
[0045]控制電路14可以基於關係160來執行評估166以確定電機驅動12的熱系統的當前操作狀態。例如，控制電路14可以確定電機驅動12的熱系統部件阻塞。當對於電力電路18的PKBT，Trise比預期的高時，可以做出「阻塞」的確定。這可表示電機驅動12的冷卻空氣和/或散熱器沒有向電機驅動12的內部部件提供預期的冷卻，因此會阻塞。響應於該確定，控制電路14生成(塊168)阻塞的空氣流警報。該警報可以對應於圖4的阻塞的熱系統警告142。該警報可提示操作者電機驅動12的空氣過濾器或散熱器阻塞，風扇32劣化，或者通過電機驅動12的氣流以別的方式堵塞。
[0046]控制電路14可以經由評估166確定電機驅動12的熱系統部件缺失。當對於電力電路18的PrcBT，THse比預期的低時，可以做出「缺失」的確定。這可表示冷卻空氣以高於冷卻電力電路18所需的流速流經電機驅動12。響應於該確定，控制電路14生成(塊170)缺失過濾器警報，以指示操作者在電機驅動12中缺失空氣過濾器，或者使用了錯誤類型的風扇32。
[0047]圖6是用於部分基於空氣溫度測量112來確定電機驅動12的電力模塊壽命126的方法176的處理流程圖。類似於圖5的方法150，該方法176對計算的I；ise和計算的Picbt進行比較。在方法176中，可以使用I；ise與Pkbt之間的不同關係178來確定電晶體90是否在正常操作、接近需要更換的點、或是需要更換。該關係178與參照圖4討論的電力模塊壽命126有關。
[0048]控制電路14可以基於關係178來執行評估180以確定電力電路18的當前操作狀態。例如，當根據關係178，對於電力電路18輸出的熱，PrcBT比預期的低(例如，基於THse)風扇32的風扇速度(例如，以為單位'以作為輸入196提供，以基於輸入196的特，剩餘風扇壽命198是輸入196中的每一個剩餘風扇壽命198的評估202，並且響應於14可以確定應更換風扇32。這可能就是當的風扇速度相比風扇速度顯著降低和電機續增加時的情況。當進行該確定時，控制電象或者操作者可見或可聽的消息。例如，警:。儘快更換。」。響應於產生相對較低的剩:中記錄(塊206)—條警告。如以上所指出8動12的操作。風扇更換警告可以是具體挪一個電機驅動12有需要更換的風扇32。嫗動12中特定的一個響應於其他評估166
叟執行的計算、預測以及動作的數個示例。溫度傳感器。如所例示，溫度傳感器36可從是具有高熱傳導性的金屬片或其他材料，I風扇外殼232的主體可以用作溫度的阻供穩定的信號。然而，在其他實施例中，溫度。
對穩健可靠的空氣溫度讀數。在其他實施1件230結合。例如，溫度傳感器36可以安I 252位於風扇外殼232內部時特別有用。2的進氣管例如位於風扇32下遊(例如，在、，可以使用定位在風扇32的空氣入口附近區動12的環境溫度。
0的電機驅動12的部件的透視圖。如以上從電機驅動12的電路接收控制和電力，並器36的反饋溫度信號提供至控制電路14。無線方式將反饋溫度信號提供至控制電路接以可通信的方式與控制電路的處理器耦運行時間量，並最終延長電機驅動12的壽命。
[0058]雖然本文中僅示出和描述了本發明的某些特性，但是本領域的技術人員會想到許多修改和變化。因此，應理解的是，所附權利要求旨在涵蓋落入本發明的真正思想範圍內的所有這樣的修改和變化。
【權利要求】
1.一種電機驅動系統,包括: 風扇，所述風扇配置成對所述電機驅動系統的電力電子部件進行冷卻； 溫度傳感器，所述溫度傳感器設置在所述風扇的空氣入口附近並且配置成感測進入所述空氣入口的空氣的環境溫度；以及 處理器，所述處理器以可通信的方式耦接至所述溫度傳感器並且配置成基於所感測的環境溫度來確定驅動預測和驅動診斷中的至少一個。
2.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述處理器配置成在所述電機驅動系統的操作期間確定所述驅動預測和所述驅動診斷中的至少一個。
3.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個包括所述風扇的預期壽命。
4.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個包括所述電機驅動系統的可靠性。
5.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個包括電力轉換模塊的預期壽命。
6.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個包括所述電機驅動系統的電容器的預期壽命。
7.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個包括所述電機驅動系統的熱系統缺陷。
8.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述驅動診斷包括所述電機驅動系統的降額要求。
9.根據權利要求8所述的電機驅動系統，其中，所述處理器配置成基於確定的所述降額要求來輸出控制信號以調節所述電機驅動系統的性能。
10.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述處理器配置成基於確定的所述預測來輸出控制信號以調節所述風扇的速度。
11.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述處理器配置成基於確定的所述預測來輸出控制信號以向操作者提供警告提示。
12.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述溫度傳感器設置在所述電機驅動系統的進氣管中。
13.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述溫度傳感器設置成與所述電機驅動系統的風扇外殼相鄰。
14.根據權利要求1所述的電機驅動系統，包括控制電路，所述控制電路經由線纜以可通信的方式耦接至所述溫度傳感器，所述線纜配置成在所述控制電路與所述風扇之間路由電力和/或控制信號。
15.根據權利要求1所述的電機驅動系統，包括控制電路，所述控制電路經由無線連接以可通信的方式耦接至所述溫度傳感器。
16.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中，所述處理器以可通信的方式耦接至兩個或更多個溫度傳感器，所述兩個或更多個溫度傳感器設置在兩個或更多個相應電機驅動的空氣入口附近，並且其中，所述處理器配置成針對所述電機驅動中的每一個來確定驅動預測或驅動診斷中的至少一個。
17.—種電機驅動系統,包括: 第一風扇，所述第一風扇配置成對第一電機驅動的電力電子部件進行冷卻； 第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器設置在所述第一風扇的第一空氣入口附近並且配置成感測進入所述第一空氣入口的空氣的第一環境溫度； 第二風扇，所述第二風扇配置成對第二電機驅動的電力電子部件進行冷卻； 第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器設置在所述第二風扇的第二空氣入口附近並且配置成感測進入所述第二空氣入口的空氣的第二環境溫度；以及 一個或更多個處理器，所述一個或更多個處理器以可通信的方式耦接至所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器並且配置成基於感測的所述第一環境溫度和所述第二環境溫度針對所述第一電機驅動和所述第二電機驅動中的每一個來確定驅動預測和驅動診斷中的至少一個。
18.根據權利要求17所述的電機驅動系統，包括單個處理器，所述單個處理器配置成在所述第一電機驅動和所述第二電機驅動並行操作以驅動單個進程期間確定所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個。
19.根據權利要求17所述的電機驅動系統，包括第一處理器和第二處理器，在所述第一電機驅動和所述第二電機驅動並行操作以驅動單個進程期間，所述第一處理器配置成針對所述第一電機驅動來確定所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個，所述第二處理器配置成針對所述第二電機驅動來確定所述驅動預測或所述驅動診斷中的至少一個。
20.—種方法,包括: 經由設置在電機驅動的風扇的空氣入口附近的溫度傳感器來感測環境空氣溫度，其中，所述風扇配置成通過穿過所述空氣入口吸入的空氣來對所述電機驅動的電力電子部件進行冷卻；以及 經由以可通信的方式耦接至所述溫度傳感器的處理器基於所感測的環境溫度來確定驅動預測和驅動診斷中的至少一個。
21.根據權利要求20所述的方法，包括:基於確定的所述驅動診斷來調節驅動裝置的性能。
22.根據權利要求20所述的方法，包括:基於確定的所述驅動預測來生成警報。
23.根據權利要求20所述的方法，包括:經由設置在所述電力電子部件附近的溫度傳感器來感測電力模塊溫度，計算所感測的所述環境空氣溫度與所感測的所述電力模塊溫度之間的溫度差，並且基於所計算的所述溫度差來確定所述驅動預測。
【文檔編號】F04D27/00GK104047880SQ201410096531
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2013年3月14日
【發明者】布魯斯·威廉·魏斯, 羅伯特·麥可·米哈爾斯基, 韋立祥, 加龍·科赫·莫裡斯, 布賴恩·派屈克·布朗 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司