确定轴承状态的方法、用于确定轴承状态的模块、轨道车辆和系统技术方案

本发明专利技术涉及确定三相电机(3)的轴承状态的方法，电机(3)具有转子(19)，转子由轴承支撑，电机与三相逆变器(5)连接从而为电机提供电力，三相逆变器(5)被控制应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，所述方法包括：‑确定提供给电机(3)的第一相电流；‑确定提供给电机(3)的第二相电流，第二相电流与第一相电流不同；‑基于第一相电流和第二相电流确定Park矢量的功率谱密度；‑确定功率谱密度的在预定频率处的功率幅值，其中预定频率取决于转子的转速和脉冲宽度调制方案；‑将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和‑基于比较来确定轴承是否发生故障或轴承是否退化。

Method for determining bearing state, module for determining bearing state, rail vehicle and system

The invention relates to a method for determining the bearing state of a three-phase motor (3). The motor (3) has a rotor (19), the rotor is supported by a bearing, and the motor is connected with a three-phase inverter (5) to provide power for the motor. The three-phase inverter (5) is controlled to generate three-phase current by applying pulse width modulation with a predetermined scheme. The method includes: (1) determining the first phase current provided to the motor (3); (2) determining the correct phase current; The second phase current fixed to the motor (3) is different from the first phase current; The power spectral density of Park vector is determined based on the first phase current and the second phase current; The power amplitude of the power spectral density at the predetermined frequency is determined, where the predetermined frequency depends on the rotor speed and pulse width modulation scheme; The power amplitude at the predetermined frequency and the predetermined power are determined. Values are compared; and

【技术实现步骤摘要】
确定轴承状态的方法、用于确定轴承状态的模块、轨道车辆和系统
本专利技术涉及确定轴承状态、特别是轴承耗损的方法。此外，本专利技术涉及用于确定轴承状态的模块。另外，本专利技术涉及包含用于确定轴承状态的模块的轨道车辆。最后，本专利技术涉及用于确定轴承状态的系统。
技术介绍
电机的轴承故障通常使用不同的技术检测。例如，使用温度传感器、加速度计和/或麦克风。几乎所有这些都涉及机械测量。在其它公开文献中，也使用了电测量，例如在如下文章中：JoséSilva等人的“BearingFailuresDiagnosisinThree-PhaseInductionMotorsbyExtendedParkVectorApproach”(IEEE)。所有这些技术都基于如下事实：特定的轴承故障产生众所周知的特征频率，该频率仅取决于故障类型、转子速度和轴承本身的类型。然而，该频率的幅值非常小并且通常被环境噪声覆盖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于检测轴承故障和检测轴承耗损幅值的改善的方法和系统，其也可以用于嘈杂环境中，例如用于轨道车辆中。根据一方面，提供确定三相电机的轴承状态的方法，所述电机具有转子，转子由轴承支撑，电机与三相逆变器(inverter)连接从而为电机提供电力，三相逆变器被控制为应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，所述方法包括：-确定提供给电机的第一相电流；-确定提供给电机的第二相电流，第二相电流与第一相电流不同；-基于第一相电流和第二相电流，确定Park矢量的功率谱密度；-确定在功率谱密度的预定频率处的功率幅值，其中预定频率取决于转子的转速和脉冲宽度调制方案；-将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和-基于比较来确定轴承是否发生故障或轴承是否退化。进一步的实施方式可以涉及以下特征中的一个或多个，其可以任何技术上可行的组合方式进行组合：-预定频率基于Park矢量的功率谱密度的主峰和转子的转速确定，所述Park矢量的功率谱密度基于第一相电流和第二相电流确定，其中预定频率在与主峰相距频率距离处，其取决于转速且优选等于转速；-预定功率值为基于针对具有未损坏轴承的电机确定的第一相电流和第二相电流的在Park矢量的功率谱密度的预定频率处的功率；-第一相电流和第二相电流在第一时间点确定，其中预定功率值为基于在第二时间点针对电机确定的第一相电流和第二相电流的在Park矢量的功率谱密度的预定频率处的功率，其中第二时间点在第一时间点之前，其中，特别是第一时间点和第二时间点之间的差异为至少一天、特别是至少一个月；-三相电机为感应电机或同步电机；-所述方法进一步包括：基于比较来确定维修电机的时间；-所述方法进一步包括：以转子的预定转速运行电机；和/或-所述方法进一步包括：确定脉冲宽度调制方案，特别是基于转速确定。根据另一方面，提供用于确定三相电机的轴承状态的模块，电机具有转子，转子由轴承支撑，电机与三相逆变器连接从而为电机提供电力，三相逆变器被控制为应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，其中模块适配为：-确定提供给电机的第一相电流；-确定提供给电机的第二相电流，第二相电流与第一相电流不同；-基于第一相电流和第二相电流，确定Park矢量的功率谱密度；-确定在功率谱密度的预定频率处的功率幅值，其中预定频率取决于转子的转速和脉冲宽度调制方案；-将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和-基于比较来确定轴承是否发生故障或轴承是否退化。进一步的实施方式可以涉及以下特征中的一个或多个，其可以任何技术上可行的组合方式进行组合：-预定频率基于Park矢量的功率谱密度的主峰和转子的转速确定，所述Park矢量的功率谱密度基于第一相电流和第二相电流确定，其中预定频率在与主峰相距频率距离处，其取决于转速和优选等于转速；-模块进一步包含：确定脉冲宽度调制方案，特别是基于转速确定；-模块进一步与测量第一相电流的第一电流传感器和测量第二相电流的第二电流传感器连接；和/或-模块进一步适配为从控制器接收关于在逆变器处应用的脉冲宽度调制方案的信息，或其中模块适配为命令控制器在逆变器处应用预定脉冲宽度调制方案。根据另一方面，提供车辆、特别是轨道车辆，其包含用于驱动车辆的电动机和根据本申请公开的一种实施方式的用于确定轴承状态的模块。根据另一方面，提供用于确定三相电机的轴承状态的系统，电机具有转子，转子由轴承支撑，电机与三相逆变器连接从而为电机提供电力，三相逆变器被控制为应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，其中系统包含轴承状态检测模块，轴承状态检测模块适配为：-确定提供给电机的第一相电流；-确定提供给电机的第二相电流，第二相电流与第一相电流不同；-基于第一相电流和第二相电流，确定Park矢量的功率谱密度；-确定在功率谱密度的预定频率处的功率幅值，其中预定频率取决于转子的转速和脉冲宽度调制方案；其中所述系统进一步适配为：-将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和-基于比较来确定轴承是否发生故障或轴承是否退化。附图说明因此，可以通过参考实施方式来阅读可以详细地理解本专利技术上述特征的方式、上面简要概述的本专利技术的更详细描述。附图涉及本专利技术的实施方式，并且在以下中描述：图1示意性地显示具有逆变器的电机的能量供应；图2显示具有新轴承的电机的振动频谱；图3显示具有耗损的轴承的电机的振动频谱；图4显示用于电机的PWM的切换角实例；图5显示电机的供电电流相位的理论频谱，其中转子以每分钟1250转(20.8Hz)的速度旋转；图6显示通过电机的供电电流相位获得的Park矢量方法的频谱；图7显示通过具有新的和用过的轴承的电机的供电电流相位获得Park矢量方法的测量频谱的放大图；和图8示意性地显示根据本专利技术的一种实施方式的方法的流程图。具体实施方式图1示意性地显示具有逆变器5的电机3的能量供应系统1。电机3为通过三条线路4a、4b、4c与逆变器5连接的三相电机。例如，电机3为感应电机。在其它实施方式中，该机器为永磁电机或磁阻可变电机。例如，电机用于驱动轨道车辆。因此，电机以不同的转速操作。逆变器5为与直流(DC)电源6连接并且产生三相AC(交流电)的三相逆变器。在三相AC电流中，每相相对于其它相偏移三分之一周期。三相通过三条线路4a、4b、4c输出。逆变器包括六组二极管和开关8，特别是固态开关8，例如半导体开关。对于每组，相应的二极管和相应的开关反向并联(anti-parallel)连接。系统1进一步包括控制逆变器5的控制器7。例如，控制器7控制开关8的关闭和打开，以根据特定的PWM为各相产生AC电流。在一种实施方式中，该系统包括与DC供电线路6连接的电压传感器11以及至少两个电流传感器13、15，两个电流传感器13、15分别与线路4a、4b之一连接。在其它实施方式中，传感器可以与线路4b和4c之一或与线路4a和4c之一连接。此外，任选地，该系统包括传感器9，其用于确定电机3的速度。传感器9、11、13和15与轴承状态检测模块17连接。在一些实施方式中，轴承状态检测模块17从两相电流确定电机的转速。提供第一电流传感器13以感测用于确定第一相电流的值，提供第二电流传感器15以感测用于确定第二相电流的值。例如，第一电流传感器和第二电流传感器分别为霍尔效应(Hallef本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.确定三相电机(3)的轴承状态的方法，所述电机(3)具有转子(19)，所述转子由所述轴承支撑，所述电机与三相逆变器(5)连接从而为所述电机提供电力，所述三相逆变器(5)被控制为应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，所述方法包括：‑确定提供给所述电机(3)的第一相电流；‑确定提供给所述电机(3)的第二相电流，所述第二相电流与所述第一相电流不同；‑基于所述第一相电流和所述第二相电流，确定提供给所述电机的电流的Park矢量的功率谱密度；‑确定所述功率谱密度的在预定频率处的功率幅值(F1pwm+F扰动；F1pwm‑F扰动，F2pwm+F扰动；F2pwm‑F扰动)，其中所述预定频率取决于转子的转速和所述脉冲宽度调制方案；‑将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和‑基于所述比较来确定所述轴承是否发生故障或所述轴承是否退化。

【技术特征摘要】
2017.08.17 EP 17306076.51.确定三相电机(3)的轴承状态的方法，所述电机(3)具有转子(19)，所述转子由所述轴承支撑，所述电机与三相逆变器(5)连接从而为所述电机提供电力，所述三相逆变器(5)被控制为应用具有预定方案的脉冲宽度调制以产生三相电流，所述方法包括：-确定提供给所述电机(3)的第一相电流；-确定提供给所述电机(3)的第二相电流，所述第二相电流与所述第一相电流不同；-基于所述第一相电流和所述第二相电流，确定提供给所述电机的电流的Park矢量的功率谱密度；-确定所述功率谱密度的在预定频率处的功率幅值(F1pwm+F扰动；F1pwm-F扰动，F2pwm+F扰动；F2pwm-F扰动)，其中所述预定频率取决于转子的转速和所述脉冲宽度调制方案；-将预定频率处的功率幅值与预定功率值进行比较；和-基于所述比较来确定所述轴承是否发生故障或所述轴承是否退化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定频率基于提供给所述电机的电流的Park矢量的功率谱密度的主峰(F1pwm，F2pwm)并且基于所述转子(19)的转速确定，所述Park矢量的功率谱密度基于所述第一相电流和所述第二相电流确定，其中所述预定频率所处的功率谱密度是以与所述主峰(F1pwm，F2pwm)相距频率距离所示的密度，所述预定频率取决于所述转速(F旋转)且优选等于所述转速。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中预定功率值为针对具有未损坏轴承的电机、基于所述第一相电流和所述第二相电流在提供给所述电机的电流的Park矢量的功率谱密度的预定频率处确定的功率。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一相电流和所述第二相电流在第一时间点确定，其中预定功率值为基于在第二时间点针对所述电机确定的第一相电流和第二相电流在提供给所述电机的电流的Park矢量的功率谱密度的预定频率处的功率，其中所述第二时间点在第一时间点之前。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一时间点和所述第二时间点之间的差异为至少一天。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一时间点和所述第二时间点之间的差异为至少一个月。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述三相电机(3)为感应电机或同步电机。8.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：基于所述比较来确定维修所述电机(3)的时间。9.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：以所述转子(19)的预定转速运行所述电机。10.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：确定所述脉冲宽度调制方案。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述脉冲宽度调制方案基于所述转速确定。12.用于确定三相电机(3)的轴承状态的模块(17)，所述电机(3)具有转子(19)，所述转子由所述轴承支撑，所述电机与三相逆变器(5)连接从而为所述电机提...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴尔里尼，
申请(专利权)人：阿尔斯通运输科技公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR