DE102004018578B4

DE102004018578B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes

Info

Publication number: DE102004018578B4
Application number: DE102004018578A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. Schierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: US20080272924A1; CN1942982B; DE102004018578A1; US7652585B2; WO2005101431A1; CN1942982A; EP1735801A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes, wobei eine Oberflächenleitfähigkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes ermittelt und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird, dessen Vergleichswert ein Maß für den Verschmutzungsgrad des Umrichtergerätes darstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes.
Wenn Umrichtergeräte, beispielsweise Frequenzumrichter, in verschmutzter Umgebung betrieben werden, für die sie jedoch nicht einen entsprechenden Schutzgrad aufweisen, kommt es zu Ablagerungen innerhalb des Umrichtergerätes. Da die Umgebungsluft des Umrichtergerätes als Kühlmedium verwendet wird, können sich die in der Umgebungsluft befindlichen Schmutzpartikel an Flächen von Bauelementen, insbesondere zu kühlender Elemente, des Umrichtergerätes ablagern. Diese Ablagerungen führen bei zu kühlenden Flächen, beispielsweise eines Kühlkörpers, oder Oberflächen von verlustbehafteten Bauelementen zur Überhitzung mit anschließendem Defekt. Ablagerungen auf isolierenden Oberflächen können die elektrische Isolation überbrücken und gefährden damit die Funktion und die Sicherheit des Umrichtergerätes.
Ob ein in den Handel gebrachtes Umrichtergerät entsprechend seines Schutzgrades eingesetzt wird, ist vom Hersteller dieses Umrichtergerätes nicht mehr nachprüfbar. Erst wenn ein Umrichtergerät wegen Auftretens eines Fehlers sich abgeschaltet hat und ein Techniker zur Behebung des Fehlers dieses Umrichtergerät öffnet, kann festgestellt werden, ob dieses Umrichtergerät seinem Schutzgrad entsprechend eingesetzt worden ist. Wenn nicht, müssen die Komponenten bzw. Bauelemente des Umrichtergerätes mit Ablagerungen überzogen sein. Erst dann steht fest, dass die Ursache der Abschaltung des Umrichtergerätes nicht bauartbedingt, sondern einsatzbedingt ist. Wenn ein derartiges Umrichtergerät in einem Produktionsprozess eingebunden ist, muss unter Umständen wegen des abgeschalte ten Umrichtergerätes die gesamte Produktion unterbrochen werden, wodurch erhebliche Folgekosten entstehen.

Aus der WO 2004/027963 A1 ist ein Schaltnetzteil zur Versorgung einer Last mit einer geregelten Ausgangsspannung bekannt. Dieses Schaltnetzteil weist eine Steuerung auf, die ein thermisches Modell aufweist, mit dessen Hilfe die Temperatur zumindest eines Bauelementes bestimmt wird. Dazu werden diesem thermischen Modell ein Ein- und ein Ausgangsstrom des Schaltnetzteils zugeführt. Überschreitet nun diese ermittelte Temperatur einen vorbestimmten Grenzwert, so wird ein Begrenzungssignal ausgegeben, mit der Maßnahme zur Temperaturminderung. Dieses Begrenzungssignal kann auch der Ansteuerung des Schalters des Schaltnetzteils zugeführt werden, wodurch eine Leistungsminderung eintritt. Bei einer zweiten Ausführungsform dieser Steuerung wird ein Temperatursensor verwendet, der signaltechnisch mit dem thermischen Modell verbunden ist. In Abhängigkeit dieser gemessenen Temperatur, beispielsweise der Umgebungstemperatur, berechnet das thermische Modell einen relevanten Temperaturwert, der mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird. Bei Überschreibung dieses Grenzwertes wird wiederum ein Begrenzungssignal generiert mit den bereits genannten Folgehandlungen. Mittels dieser Steuerung werden Überlastzustände des Schaltnetzteils ermittelt und dem gegengesteuert. Dadurch entfällt eine Überdimensionierung des Schaltnetzteils.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes anzugeben, so dass noch vor einer Betriebsunterbrechung die Gefahr einer Schutzabschaltung des Umrichtergerätes infolge Verschmutzung erkannt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 (Verfahren) und mit den Merkmalen des Anspruchs 5 (Vorrichtung) gelöst.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verschmutzungsgrad eines Umrichtergerätes in Abhängigkeit mittels der Ermittlung einer Oberflächenleitfähigkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes und eines vorbestimmten Grenzwertes erfasst. Mit steigender Verschmutzung im Innern des Umrichtergerätes steigt die Oberflächenleitfähigkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes und damit der Wert eines Ableitstromes.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Erfassung des Verschmutzungsgrades werden die erfassten Vergleichswerte abgespeichert. Dadurch steht die Fortschreitung der Verschmutzung eines Umrichtergerätes für zusätzliche Aus wertungen zur Verfügung. Aus dieser Fortschreitung der Verschmutzung des Umrichtergerätes kann beispielsweise eine Prognose für den Zeitpunkt der Schutzabschaltung des Umrichtergerätes ermittelt werden. D.h., man kann die verbleibenden Betriebsstunden des Umrichtergerätes anzeigen, damit ein Produktionsprozess gezielt heruntergefahren werden kann.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird bei Überschreitung eines vorbestimmten Vergleichswertes ein Warnsignal generiert. Dadurch wird visuell und/oder akustisch angezeigt, dass ein ungestörter Betrieb gefährdet ist.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird bei Überschreitung eines zweiten vorbestimmten Vergleichswertes, der größer als der erste Vergleichswert ist, eine Warnmeldung generiert, die eine bevorstehende Schutzabschaltung des Umrichtergerätes ankündigt. Dabei ist dieser zweite Vergleichswert so vorbestimmt, dass eine Stillsetzung des Produktionsprozesses noch möglich ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes besteht aus der Messung der Oberflächenleitfähigkeit. Dazu weist diese Vorrichtung zwei eng nebeneinander verlaufende Leiterbahnen, von denen eine mit einem Ableitwiderstand verbunden ist, dem elektrisch parallel ein Spannungsfolger geschaltet ist. Die zweite Leiterbahn ist mit einer Spannungsversorgung des Umrichtergerätes verknüpft. Am Ausgang des Spannungsfolgers steht eine Messspannung an, deren Amplitude proportional einem diagnostizierten Verschmutzungsgrad des Umrichtergerätes ist.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Anzahl der Ausfälle infolge einer nicht schutzgradgerechten Betriebsweise eines Umrichtergerätes und die damit verbundenen Nachteile wie Kosten und Imageverlust reduziert werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch veranschaulicht sind.
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei in der
2 eine Ausführungsform des Messsensors der Vorrichtung nach 1 dargestellt ist.
In der 1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes veranschaulicht. Diese Vorrichtung weist eine Messeinrichtung 20 zur Oberflächenleitfähigkeit und einen Spannungsfolger 22 auf. Die Messeinrichtung 20 weist einen Ableitwiderstand 24 und einen Messsensor 26 auf. Als Messsensor 26 werden beispielsweise zwei dicht nebeneinander verlaufende Leiterbahnen 28, 30 verwendet, die über diejenigen Platinenbereiche des Umrichtergerätes geführt sind, in denen während des Betriebes des Umrichtergerätes die größte Verschmutzung erwartet wird. Diese Ausführung dieses Messsensors 26 ist in der 2 näher dargestellt. An den Eingangsklemmen 32 und 34 der Messeinrichtung 20 ist eine Versorgungsspannung U des Umrichtergerätes angelegt. Die Eingangsklemme 32 ist mit der Leiterbahn 28 des Messsensors 26 elektrisch leitend verbunden, wogegen die Leiterbahn 30 mit einem Anschluss des Ableitwiderstandes 24 verbunden ist. Die zweite Eingangsklemme 34 der Messeinrichtung 20 ist mit dem freien Anschluss des Ableitwiderstandes 24 verknüpft. Damit ein Ableitstrom proportional zur Verschmutzung des Umrichtergerätes fließen kann, sind diese beiden Leiterbahnen 28 und 30 frei von Lötstop-Lack. Am Ableitwiderstand 24 steht dann eine dazu proportionale Spannung an. Diese Spannung wird mittels eines Kondensators 36 geglättet. Der Spannungsfolger 22, der als Impedanzwandler eingesetzt wird, erzeugt aus dieser geglätteten Spannung eine Messspannung U_mes, die proportional der Verschmutzung des betriebenen Umrichtergerätes ist. Anstelle der beiden eng nebeneinander verlaufenden Leiterbahnen 28 und 30 können auch alternativ Lötaugen, die in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind, verwendet werden.
Mit dieser Vorrichtung, deren Bestandteile in ein Umrichtergerät integriert werden bzw. schon zum Teil zum Umrichtergerät gehören, kann während des Betriebes des Umrichtergerätes dessen Verschmutzung einfach diagnostiziert werden. Dadurch wird die Gefahr von Gerätestörungen oder -ausfällen infolge einer fortschreitenden Verschmutzung erkannt, noch bevor es zu einer Betriebsunterbrechung kommt. Dadurch wird die Anzahl von Ausfällen mit den damit verbundenen Nachteilen wie Kosten und Imageverlust reduziert.

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes, wobei eine Oberflächenleitfähigkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes ermittelt und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird, dessen Vergleichswert ein Maß für den Verschmutzungsgrad des Umrichtergerätes darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Vergleichswerte abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines vorbestimmten Vergleichswertes ein Warnsignal (S_W) generiert wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines zweiten vorbestimmten Vergleichswert, der größer als der erste Vergleichswert ist, eine Warnmeldung generiert wird.
Vorrichtung zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes mit zwei eng nebeneinander verlaufenden Leiterbahnen (28, 30), wobei eine mit einem Ableitwiderstand (24) versehen ist, wobei die andere Leiterbahn mit einer Spannungsversorgung des Umrichtergerätes verknüpft ist, und wobei elektrisch parallel zum Ableitwiderstand (24) ein Spannungsfolger (22) geschaltet ist.