Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von unterschiedlichen Arbeitspunkten eines Elektromotors zugeordneten Werte einer physikalischen Größe des Elektromotors.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor mit einer Drehzahl betrieben wird und dabei mit einem Drehmoment belastet wird.

Aus der DE 10 2016207 333 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine während eines Impulsstartes eines Verbrennungsmotors bekannt.

Aus der DE102013204194A1 ist ein Regelungssystem fuer eine Synchronmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vermessung eines Wirkungsgradkennfeldes eines Elektromotors weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Bestimmen von unterschiedlichen Arbeitspunkten eines Elektromotors zugeordneten Werte einer physikalischen Größe des Elektromotors, insbesondere des Wirkungsgrads des Elektromotors, sind, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Elektromotor an einem ersten Arbeitspunkt, insbesondere an einem als Messpunkt fungierenden Arbeitspunkt, eine erste Zeitdauer ti betrieben wird und ein erster der Werte der physikalischen Größe des Elektromotors erfasst und/oder bestimmt wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt der Elektromotor an einem zweiten Arbeitspunkt, insbesondere an einem als Kompensationspunkt fungierenden Arbeitspunkt, eine zweite Zeitdauer t2 betrieben wird.

Von Vorteil ist dabei, dass nach jeder Bestimmung eines Messpunktes des Kennfeldes der physikalischen Größe, insbesondere des Wirkungsgradkennfeldes, ein Kompensationsbetrieb stattfindet, der somit ein Ausgleichen der Temperatur ermöglicht, wenn im ersten Verfahrensschritt eine Temperaturveränderung stattgefunden hat. Als Solltemperatur ist vorzugsweise die beim stationären Betrieb des Elektromotors an seinem Nennpunkt sich einstellende Temperatur vorgebbar. Auf diese Weise ist also erfindungsgemäß ein Vermessen des Kennfeldes bei quasistationärer Temperatur ermöglicht.

Nachteilig ist bei der Erfindung, dass der zweite Verfahrensschritt eine Zeitdauer in Anspruch nimmt und somit die Gesamtzeit der Vermessung des Kennfeldes erheblich sein kann, wenn viele jeweilige erste und zweite Verfahrensschritte ausgeführt werden müssen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden der erste und der zweite Verfahrensschritt für jeweils andere erste und zweite Arbeitspunkte durchgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein gesamtes Kennfeld für die physikalische Größe durchmessbar ist. Die zum Kompensationsbetrieb verwendeten zweiten Arbeitspunkte sind nicht Teil des zu vermessenden Kennfeldes, solange nicht zufällig ein zweiter Arbeitspunkt identisch mit einem ersten Arbeitspunkt ist. In einem solchen letztgenannten jeweiligen Sonderfall kann dann auch der zweite Arbeitspunkt als ein erster Arbeitspunkt des Kennfeldes zum Bestimmen eines Wertes der physikalischen Größe genutzt werden und es muss in diesem jeweiligen Sonderfall dann keine Kompensation stattfinden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird danach, also nach dem ersten und zweiten Verfahrensschritt, in jeweiligen Verfahrensschritten jeweils für eine jeweilige erste Zeitdauer ti der Elektromotor an einem jeweiligen ersten Arbeitspunkt, insbesondere an einem als jeweiliger Messpunkt fungierenden Arbeitspunkt, betrieben und ein jeweiliger weiterer der Werte der physikalischen Größe des Elektromotors wird erfasst und/oder bestimmt, und danach wird für eine jeweilige zweite Zeitdauer t2 der Elektromotor an einem jeweiligen zweiten Arbeitspunkt, insbesondere an einem als jeweiliger Kompensationspunkt fungierenden Arbeitspunkt, betrieben.

Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur ein einziger Arbeitspunkt, der zum Bestimmen eines Wertes der Größe verwendet wird, kompensiert wird sondern alle Arbeitspunkte eines Kennfeldes, die zum Bestimmen von Werten der Größe verwendet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht der für das aus der ersten Zeitdauer t1 und der zweiten Zeitdauer t2 gebildete Zeitintervall bestimmte zeitliche Mittelwert, insbesondere arithmetische Mittelwert, der drehzahlabhängigen Verlustleistung des Elektromotors der sich im stationären Betrieb des Elektromotors an einem dritten Arbeitspunkt, insbesondere Nennpunkt, einstellenden drehzahlabhängigen Verlustleistung. Von Vorteil ist dabei, dass die von der Verlustleistung bewirkte Änderung der Temperatur kompensierbar ist und somit das Kennfeld, also alle jeweiligen ersten Arbeitspunkte, bei quasi konstanter Temperatur durchmessbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht der für das aus der ersten Zeitdauer t1 und der zweiten Zeitdauer t2 gebildete Zeitintervall bestimmte zeitliche Mittelwert, insbesondere arithmetische Mittelwert, der lastabhängigen Verlustleistung des Elektromotors der sich im stationären Betrieb des Elektromotors an einem dritten Arbeitspunkt, insbesondere Nennpunkt, einstellenden lastabhängigen Verlustleistung. Von Vorteil ist dabei, dass die von der Verlustleistung bewirkte Änderung der Temperatur kompensierbar ist und somit das Kennfeld, also alle jeweiligen ersten Arbeitspunkte, bei quasi konstanter Temperatur durchmessbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedem der Arbeitspunkte ein jeweiliges Zweiertupel insbesondere eineindeutig zugeordnet, wobei das jeweilige Zweiertupel einen jeweiligen Wert der Drehzahl des Elektromotors und einen jeweiligen Wert des Drehmoments des Elektromotors aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Arbeitspunkte durch die beiden Werte jeweils eineindeutig definiert und jeweils voneinander unterscheidbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Modellierung der drehzahlabhängigen Verlustleistung eine Funktion verwendet, deren Funktionswert proportional zur c-ten Potenz der Drehzahl des Elektromotors ist, wobei c größer als Null, insbesondere größer als 1 und kleiner als 3, ist, und/oder zur Modellierung der lastabhängigen Verlustleistung wird eine Funktion verwendet, deren Funktionswert proportional zum Quadrat des Motorstroms, insbesondere also zum Quadrat des vom Elektromotor aufgenommenen Stroms, ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst gute Modellierung verwendbar ist und damit eine quasistationäre Vermessung ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im ersten Verfahrensschritt, insbesondere als erster Arbeitspunkt, der Elektromotor bei einer Drehzahl ni_p mit einem Drehmoment MLP während der ersten Zeitdauer ti belastet und danach, also im zweiten Verfahrensschritt, insbesondere als zweiter Arbeitspunkt, wird der Elektromotor bei einer Drehzahl ncp mit einem Drehmoment MCP während der zweiten Zeitdauer t2 belastet, wobei die Drehzahl ncp und das Drehmoment MCP bestimmt werden gemäß:

, wobei nN die Drehzahl am dritten Arbeitspunkt, insbesondere Nennpunkt, und MN das Drehmoment am dritten Arbeitspunkt, insbesondere Nennpunkt, ist und c eine reelle Zahl, die größer ist als Null, insbesondere wobei c derart gewählt ist, dass für die drehzahlabhängige Verlustleistung P _F „'■“n' ⁷ gilt, wobei n die Drehzahl des Motors ist. Von Vorteil ist dabei, dass zu jedem Arbeitspunkt, an welchem ein Wert der Größe bestimmt wird, ein zweiter Arbeitspunkt zur thermischen Kompensation derart bestimmbar ist, dass der Mittelwert der drehzahlabhängigen Verlustleistung der sich im stationären Betrieb am Nennpunkt einstellenden drehzahlabhängigen Verlustleistung gleicht und Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zu den ersten Arbeitspunkten zugeordneten Drehmomentwerte voneinander äquidistant beabstandet und/oder die zu den ersten Arbeitspunkten zugeordneten Drehzahlwerte sind voneinander äquidistant beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass das Kennfeld eng mit ersten Arbeitspunkten befüllbar ist und somit eine möglichst genaue Vermessung ermöglicht ist.

Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass die Vorrichtung eine vom Elektromotor angetriebene Belastungsmaschine und einen Umrichter aufweist, wobei der Umrichter den Elektromotor speist.

Von Vorteil ist dabei, dass eine Vermessung des Kennfeldes bei möglichst quasistationärer Temperatur, nämlich der sich bei stationärem, insbesondere also quasistationärem, Betrieb einstellenden Temperatur ermöglicht ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist für ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Feld von Arbeitspunkten dargestellt.

Wie in der Figur 1 dargestellt, werden zur Bestimmung eines Wirkungsgradkennfeldes eines umrichtergespeisten von einer Belastungsmaschine belasteten Elektromotors zeitlich nacheinander unterschiedliche Arbeitspunkte des Feldes angefahren.

Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Drehstrommotor und wird von einem netzgespeisten Umrichter gespeist, der auf eine zum jeweiligen Arbeitspunkt gehörende Solldrehzahl n hinregelt. Dabei wird die vom Elektromotor angetriebene Belastungsmaschine derart betrieben, dass der Elektromotor mit einem Drehmoment M belastet wird.

Während der Elektromotor mit diesem Arbeitspunkt betrieben wird, verändert sich die Temperatur, da drehzahlabhängige Verlustleistungen und lastabhängige Verlustleistungen abhängig vom Arbeitspunkt auftreten.

Um während der Durchführung des Verfahrens möglichst nahe an einer gewünschten Solltemperatur zu verbleiben, wird der Elektromotor nach jedem als Messpunkt 2 fungierender Arbeitspunkt an einem als Kompensationspunkt 3 fungierenden Arbeitspunkt betrieben.

Die Solltemperatur wird zu Beginn des Verfahrens durch einen Arbeitspunkt, insbesondere Nennbetriebspunkt, erreicht, bei dem der Elektromotor mit seiner Nenndrehzahl n betrieben und mit dem Nennmoment M derart lange belastet wird, bis die Solltemperatur sich eingestellt hat.

Jedem Messpunkt ist ein Zweiertupel aus Drehzahl und Drehmoment zugeordnet. Die Messpunkte unterscheiden sich voneinander in ihren Zweiertupeln.

Wenn ein Messpunkt 2 eine derartige Drehzahl und ein derartiges Drehmoment aufweist, dass die Temperatur nach einer Messdauer ti über die Solltemperatur hinaus ansteigt, wird zeitlich daran anschließend ein Kompensationspunkt 3 angefahren, der eine geringere gesamte Verlustleistung aufweist und somit die Temperatur nach einer Zeitdauer t2 auf die Solltemperatur absenkt.

Ebenso wird umgekehrt nach einem Messpunkt 2 mit niedrigerer Verlustleistung als am Nennbetriebspunkt ein Kompensationspunkt 3 angefahren, der eine größere Verlustleistung als am Nennbetriebspunkt derart aufweist, dass nach einer nach einer Zeitdauer t2 wieder die zu Beginn der Vermessung am Messpunkt 2 vorhandenen Temperatur sich einstellt, die am Nennpunkt sich im stationären Betrieb einstellende Temperatur.

Erfindungsgemäß wird also der Kompensationspunkt 3 derart gewählt, dass nach einer Zeitdauer t2 die am Nennpunkt sich im stationären Betrieb einstellende Temperatur erreicht wird, wenn zuvor der Messpunkt 2 für eine Zeitdauer ti angefahren wurde.

Erfindungsgemäß wird also nach dem eine Zeitdauer t1 andauernden Betreiben des Elektromotors am Messpunkt 2 der Elektromotor für eine Zeitdauer t2 am Kompensationspunkt 3 betrieben, so dass der über die über die Gesamtzeit ti + t2 gebildete Mittelwert der drehzahlabhängigen Verlustleistung der drehzahlabhängigen Verlustleistung am Nennpunkt 1 gleicht und dass der Mittelwert der lastabhängigen Verlustleistung p _{v M} über die Gesamtzeit ti + t2 der lastabhängigen Verlustleistung am Nennpunkt gleicht.

Denn die Summe der drehzahlabhängigen Verlustleistung _B und der lastabhängigen Verlustleistung _VM gleicht im Wesentlichen der gesamten Verlustleistung des Elektromotors.

Vorzugsweise gilt für den Mittelwert der drehzahlabhängigen Verlustleistung.

für den für den Mittelwert der lastabhängigen Verlustleistung wobei die Messdauer ti am Messpunkt 2 eingehalten wird, wobei die Messdauer t2 am Kompensationspunkt 3 eingehalten wird, wobei P _iKitP die lastabhängige Verlustleistung am Messpunkt 2 ist, wobei p _{V M} , _cp die lastabhängige Verlustleistung am Kompensationspunkt 3 ist, wobei P _VM-L , _P die drehzahlabhängige Verlustleistung am Messpunkt 2 ist, wobei die drehzahlabhängige Verlustleistung am Kompensationspunkt 3 ist, wobei p _v ^ _XrW die lastabhängige Verlustleistung am Nennpunkt ist und P _v-n-N die drehzahlabhängige Verlustleistung am Nennpunkt ist.

Der Nennpunkt ist ein vom Hersteller des Elektromotors festgelegter Arbeitspunkt, der nicht am Rand des Feldes angeordnet ist, da ansonsten keine geeigneten Kompensationspunkte 3 bestimmbar sind.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird aus einem Messpunkt 2, dem ein Drehmoment MLP und eine Drehzahl ni_p zugeordnet sind, ein Kompensationspunkt bestimmt, der ein Drehmoment MCP und eine Drehzahl ncp aufweist, die bestimmt sind gemäß wobei nN die Drehzahl am Nennpunkt und MN das Drehmoment am Nennpunkt ist und c eine reelle Zahl, die größer ist als Null. Vorzugsweise ist c derart gewählt, dass für die drehzahlabhängige Verlustleistung gilt, wobei n die Drehzahl des Motors ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist für jeden Messpunkt der Wert einer physikalischen Größe, wie beispielsweise der Wirkungsgrad, bestimmbar. Daher wird die Zeitdauer ti derart gewählt, dass die Bestimmung des Wertes dieser physikalischen Größe damit ausreichender Genauigkeit erreicht wird. Beispielsweise wird als Zeitdauer ti eine Zeitdauer zwischen 10 und 100 Sekunden gewählt. Die Zeitdauer t ₂ wird derart gewählt, dass der Radikand in den obigen Formeln größer Null ist, wobei die Zeitdauer t ₂ möglichst wenig unterschiedlich zu ti gewählt wird. Bevorzugt gleichen sich also die beiden Zeitdauern, so dass gilt ti = t ₂ .

Vorzugsweise sind die Drehzahlen der Messpunkte 2 im Feld äquidistant verteilt und die Drehmomente der Messpunkte 2 sind ebenfalls äquidistant verteilt.

Weiter bevorzugt gilt für die lastabhängigen Verlustleistung ■ wobei I der Motorstrom ist, insbesondere wobei für den Strom / -M gilt, wobei M das Drehmoment des Motors ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird aus einem Messpunkt 2, dem ein Drehmoment MLP und somit ein Strom l _L p und eine Drehzahl ni_p zugeordnet sind, ein Kompensationspunkt bestimmt, der ein Drehmoment MCP und somit einen Strom l _C p und eine Drehzahl ncp aufweist, die bestimmt sind gemäß wobei nN die Drehzahl am Nennpunkt und IN der Strom am Nennpunkt ist und c eine reelle Zahl, die größer ist als Null. Vorzugsweise ist c derart gewählt, dass für die drehzahlabhängige Verlustleistung gilt, wobei n die Drehzahl des Motors ist. Bezugszeichenliste

P Leistung, insbesondere Verlustleistung n Drehzahl

M Drehmoment

1 Nennpunkt

2 Messpunkt 3 Kompensationspunkt