用于估计电气部件寿命的方法和设备技术

公开了用于估计由在一系列应力循环中对部件施加应力的操作参数引起的电气部件劣化的系统和方法，其中，保存循环计数值，所述循环计数值各自与操作参数的值的一定范围对应，并且存储多个最大循环值，所述最大循环值各自与其中一个范围对应并且表示在部件被预计具有用户定义的失效概率值的对应范围内的应力循环次数。对于给定的应力循环，对计数值中的与包括测量值或感测值的范围对应的计数值进行递增，并且将电气系统部件的累积劣化值作为各个计数值与对应的最大循环值的比率之和进行计算。

Methods and equipment used to estimate the life of electrical components

A system and method for the estimation of electrical components, deterioration in a series of stress cycle of parts applied to operating parameters of stress caused by the public, save the cycle count, the cycle count of each range and operational parameters of the corresponding value, and stores a plurality of maximum cycle value, the the maximum value of each cycle with one of the corresponding range and said the number of cycles should correspond in the range of components are expected failure probability with user defined values within the. For a given stress cycle, the calculated value corresponding to the range of the measured value or the sensing value is incremented, and the cumulative deterioration value of the electrical system components is calculated as the sum of the ratios of the calculated values to the corresponding maximum cyclic values.

【技术实现步骤摘要】
用于估计电气部件寿命的方法和设备相关申请的引用本申请要求于2016年9月22日提交的美国临时申请第62/398,248号的优先权和权益，该美国临时申请的主题通过引用全部合并在本文中。
本文公开的主题涉及电气部件劣化估计。
技术介绍
电机驱动器的所有者和操作者会想知道IGBT或其他部件将在何时接近它们的使用寿命的终点，以便避免计划外的停机时间。针对IGBT已提出了预测模型，但其并未考虑客户对风险的容忍度。一个目的是能够预测在电机驱动器中的IGBT所消耗的寿命量，并且允许客户设置警告和警报级别，以调整预测的风险级别。
技术实现思路
公开的示例包括用于估计电气部件劣化的系统和方法，该系统和方法可以用于电机驱动器或其他电气系统的预测估计。在某些示例中，通过保存循环计数值和最大循环值来估计由在一系列应力循环中对部件施加应力的温度、电压、转动速度或其他操作参数引起的部件劣化，其中所述循环计数值各自对应于与操作参数的值的一定范围对应，并且所述最大循环值各自与其中一个范围对应且表示在部件被预计具有用户定义的失效概率值的对应范围内的应力循环次数。对于给定的应力循环，对所述计数值中的与包括测量值或者感测值的范围对应的计数值进行递增，并且将电气系统部件的累积劣化值作为各个计数值与对应的最大循环值的比率之和进行计算。附图说明图1是示意图。图2是示意图。图3是流程图。图4是示意图。图5是示意图。图6是曲线图。具体实施方式图1示出了转换电力以驱动负载的示例电气系统。该示例系统包括从外部电源102接收单相或多相AC输入电力的电机驱动器电力转换系统100。示出的示例接收三相输入。在其他示例中，单相或其他多相实施方式是可行的。电机驱动器100将来自电源102的输入电力转换成传送输出电力来驱动电机负载104。电机驱动器100包括三相LCL输入滤波器电路120，该三相LCL输入滤波器电路120具有连接至电源102的电源引线的电网侧电感器L1、L2和L3、串联连接的转换器侧电感器L4、L5和L6以及连接在对应的电网侧电感器和转换器侧电感器与公共连接点之间的滤波电容器C1、C2和C3，其中所述公共连接点可以而不是必须连接至系统地。电机驱动器100还包括整流器130、DC总线或DC链路电路140、输出逆变器150以及风扇160，以为了冷却一个或更多个系统电气部件使空气在驱动器外壳(未示出)内循环。整流器130和逆变器150由控制器170操作。控制器170包括：处理器172、存储数据和程序指令的电子存储器174以及整流器控制器132和逆变器控制器152。控制器170及其部件可以被实现为任何合适的硬件、处理器执行的软件、处理器执行的固件、逻辑电路和/或其组合，其中示出的控制器170可以在很大程度上被实现为提供各种控制功能的处理器执行的软件或固件，控制器170通过这些控制功能接收反馈和/或输入信号和/或值(例如，设置点)，并且提供整流器和逆变器开关控制信号134和154来操作整流器130的开关装置S1至S6和逆变器150的开关S7至S12，以转换输入电力用于提供AC输出电力来驱动负载104。此外，控制器170及其部件132、152可以被实现成单个基于处理器的设备(例如，微处理器、微控制器、FPGA等)，或者控制器170及其部件132、152中的一个或多个可以由两个或多个处理器设备以统一的或者分布式的方式分开实现。在一个示例中，电机驱动器100提供包括通过滤波器电路120从电源102接收三相电力的开关整流器(也被称作转换器)130的有源前端(AFE)。有源整流器130包括整流器开关S1至S6，所述整流器开关S1至S6可以是可根据对应的整流器开关控制信号134操作以在当被激励时选择性地导通电流的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或者其他适合的形式的基于半导体的开关装置。此外，各个IGBTS1至S6跨接有二极管。在操作中，根据来自整流器开关控制器132的脉冲宽度调制的整流器开关控制信号134来控制整流器开关S1至S6的开关，以提供对来自电源102的AC输入电力的有源整流，从而提供在DC链路电路140中的DC总线电容器C4两端的DC总线电压Vdc。逆变器150包括被耦接以从DC总线140接收电力并且将AC输出电力提供给电机或其他负载104的开关S7至S12。逆变器开关S7至S12可以是任何形式的适合的高速开关装置，包括但不限于IGBT，其根据来自驱动器控制器170的逆变器开关控制部件152的开关控制信号154进行操作。在某些示例中，控制器170接收各种输入信号或值，包括用于期望的输出操作的设置点信号或值(例如，电机速度、位置、扭矩等)以及表示电机驱动器100的各个部分和驱动器100的电气系统部件的操作值的反馈信号或值。例如，驱动器100包括各种传感器(未示出)，以将指示驱动器系统100中的一个或多个部件的操作状况的传感器信号提供给控制器170，所述传感器包括热电偶、RTD或其他温度传感器，以向控制器170提供信号或值，所述信号或值指示开关S1至S12的温度、滤波器和DC总线电容器C1至C4的温度、与电机驱动器外壳的内部相关联的环境温度、与一个或多个部件相关联的电压(例如，与开关S1至S12相关联的电压、电容器C1至C4两端的电压)、风扇160的操作速度(rpm)等。此外，在某些示例中，控制器170从传感器接收一个或多个电压和/或电流反馈信号或值，以指示DC总线电压Vdc、线至线AC输入电压值、电机线至线电压值和/或电流等。在一个示例中，控制器170接收这种信息并且将这种信息作为感测值和计算值178存储到存储器174中。存储的值178可以包括由处理器172基于一个或多个传感器信号或值计算的值，例如，表示部件的温度的相对于驱动器外壳的环境温度的温度变化值(例如ΔT)。在一个示例中，通过处理器172定期地获得或更新感测值和计算值178，并且控制器170包括适合的传感器接口和/或通信电路，以从驱动器系统100中的传感器接收传感器信号和/或数字值。在某些实施方案中，处理器172使用这种信息178中的某些信息，以通过执行存储在存储器174中的电机控制程序指令176来执行对电机负载104的操作的闭环控制(例如，速度控制、扭矩控制等)。此外，在某些示例中，控制器170通过执行程序指令180以估计电机驱动器100的一个或多个电气系统部件的劣化来实现预测功能。此外，存储器174存储一个或多个预测值182。在一个示例中，处理器172实施预测模型程序指令180以估计电气部件劣化，并且选择性地生成一个或多个警报和/或警告信号或消息184，以向用户标识一个或多个电气部件的劣化。如图1的示例中所示，处理器172与用户接口(UI)106(例如，触摸屏或与电机驱动器系统100相关联的其他用户接口)可操作地耦接。在某些示例中，控制处理器172向用户接口106提供一个或多个警告或警报184，以针对与驱动器100中的一个或多个电气部件相关联的某些阈值条件警示用户。此外，在某些示例中，控制处理器172经由通信接口108和网络连接112与一个或多个网络装置110可操作地耦接，网络连接112可以是有线的、无线的、光学的或其组合。在某些示例中，控制器170经由通信接口108和网络112将感测值和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计电气系统部件的劣化的方法，所述劣化是由针对一系列应力循环中的每一个应力循环对所述电气系统部件施加应力的操作参数引起的，所述方法包括：保存多个循环计数值，各个循环计数值与所述操作参数的值的多个非重叠范围中的一个对应；存储多个最大循环值，各个最大循环值与所述操作参数的值的所述多个非重叠范围中的一个对应，各个最大循环值表示在所述操作参数的值的、所述电气系统部件被预计具有用户定义的失效概率值的对应范围内的应力循环次数；对于给定的应力循环，接收表示对于所述给定的应力循环的所述操作参数的第一值；对于所述给定的应力循环，对所述循环计数值中的、与所述操作参数的值的包括所述第一值的范围对应的循环计数值进行递增；以及对于所述给定的应力循环，将所述电气系统部件的累积劣化值作为所述操作参数的多个值的各个循环计数值除以对应的最大循环值而得到的多个比率之和进行计算。

【技术特征摘要】
2016.09.22 US 62/398,248;2016.10.14 US 15/293,6551.一种用于估计电气系统部件的劣化的方法，所述劣化是由针对一系列应力循环中的每一个应力循环对所述电气系统部件施加应力的操作参数引起的，所述方法包括：保存多个循环计数值，各个循环计数值与所述操作参数的值的多个非重叠范围中的一个对应；存储多个最大循环值，各个最大循环值与所述操作参数的值的所述多个非重叠范围中的一个对应，各个最大循环值表示在所述操作参数的值的、所述电气系统部件被预计具有用户定义的失效概率值的对应范围内的应力循环次数；对于给定的应力循环，接收表示对于所述给定的应力循环的所述操作参数的第一值；对于所述给定的应力循环，对所述循环计数值中的、与所述操作参数的值的包括所述第一值的范围对应的循环计数值进行递增；以及对于所述给定的应力循环，将所述电气系统部件的累积劣化值作为所述操作参数的多个值的各个循环计数值除以对应的最大循环值而得到的多个比率之和进行计算。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：如果对于所述给定的应力循环的所述累积劣化值超过用户定义的第一阈值，则选择性地生成警告信号或消息；以及如果对于所述给定的应力循环的所述累积劣化值超过用户定义的第二阈值，则选择性地生成警报信号或消息，所述第二阈值大于所述第一阈值。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电气系统部件是电机驱动器部件。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电机驱动器部件是绝缘栅双极型晶体管IGBT，并且其中，所述操作参数是结温变化。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电机驱动器部件是电容器，并且其中，所述操作参数是温度和电压中的一个。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电机驱动器部件是风扇，并且其中，所述操作参数是风扇速度和环境温度。7.根据权利要求3所述的方法，其中，在电机驱动器的处理器中实现所述方法。8.一种具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于估计电气系统部件的劣化，所述劣化是由针对一系列应力循环中的每一个应力循环对所述电气系统部件施加应力的操作参数引起的，所述计算机可读介质包括当由处理器执行时使所述处理器执行以下操作的计算机可执行指令：保存多个循环计数值，各个循环计数值与所述操作参数的值的多个非重叠范围中的一个对应；存储多个最大循环值，各个最大循环值与所述操作参数的值的所述多个非重叠范围中的一个对应，各个最大循环值表示在所述操作参数的值的、所述电气系统部件被预计具有用户定义的失效概率值的对应范围内的应力循环次数；对于给定的应力循环，接收表示对于所述给定的应力循环的所述操作参数的第一值；对于所述给定的应力循环，对所述循环计数值中的、与所述操作参数的值的包括所述第一值的范围对应的循环计数值进行递增；以及对于所述给定的应力循环，将所述电气系统部件的累积劣化值作为所述操作参数的多个值的各个循环计数值除以对应的最大循环值而得到的多个比率之和进行计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：加龙·K·莫里斯，
申请(专利权)人：罗克韦尔自动化技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US