專利名稱：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電工技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)內(nèi)所產(chǎn)生的各種損耗最終都轉(zhuǎn)化為熱能使電動(dòng)機(jī)各部分的溫度升高，過(guò)高的工作溫度會(huì)縮短電動(dòng)機(jī)內(nèi)絕緣材料的工作壽命。電動(dòng)機(jī)因起動(dòng)困難、電源電壓低、過(guò)載、冷卻系統(tǒng)故障等原因會(huì)造成內(nèi)部溫度過(guò)高。因此必須測(cè)量運(yùn)行狀態(tài)中的電動(dòng)機(jī)繞組的溫度和對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行過(guò)熱保護(hù)。
對(duì)于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，內(nèi)部的最大熱源是電流在定子繞組電阻上的發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)的定子繞組一般是用銅、鋁等金屬導(dǎo)線制成的，這些導(dǎo)線的電阻率有正的溫度系數(shù)，繞組的電阻值會(huì)隨著溫度的升高而對(duì)應(yīng)增大，因此測(cè)出電動(dòng)機(jī)繞組的電阻就能推算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度。但在電動(dòng)機(jī)繞組上通著電時(shí)是不能采用歐姆表等一般工具和方法測(cè)量繞組電阻的。測(cè)量通電狀態(tài)中的電動(dòng)機(jī)的繞組電阻和推算電動(dòng)機(jī)溫度的方法主要有外加直流電源的方法和利用電動(dòng)機(jī)自身定子繞組電流的方法。
文獻(xiàn)一《數(shù)字式電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)方法》(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00320105161)披露了一種采用外加直流電源的方法，該方法是在電動(dòng)機(jī)定子繞組上外加一個(gè)直流電源，測(cè)量流過(guò)定子繞組的直流電流，用直流電壓和直流電流計(jì)算出繞組的電阻值，再用這個(gè)電阻值和電阻的溫度系數(shù)推算出電動(dòng)機(jī)的溫度。該方法存在的問(wèn)題主是必須采用附加的直流電源和扼流圈，電阻的測(cè)量精度受到電動(dòng)機(jī)本身流過(guò)的交流電流的影響。另外該方法因難以滿足絕緣和耐壓方面的要求不適合用于高壓電動(dòng)機(jī)。
文獻(xiàn)二《基于參數(shù)辨識(shí)的異步電動(dòng)機(jī)溫度在線檢測(cè)方法》(華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)2002年4月號(hào)第29卷第2期第13頁(yè))披露了一種根據(jù)電機(jī)模型采用定子電壓、定子電流辨識(shí)定子、轉(zhuǎn)子的電阻的方法。該方法存在的主要問(wèn)題是必須在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)才有效，實(shí)際電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重發(fā)熱很多是在起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)、缺相等非穩(wěn)態(tài)情況下產(chǎn)生的；要解多元微分方程組或進(jìn)行重積分計(jì)算，電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速等外在參數(shù)的變化將導(dǎo)致計(jì)算出的電阻值產(chǎn)生離散；在進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)時(shí)，要賦值和訓(xùn)練有三十多個(gè)參數(shù)的權(quán)矩陣，這在實(shí)際應(yīng)用中是難以得到和驗(yàn)證這些參數(shù)的。
文獻(xiàn)三《電動(dòng)機(jī)溫度推定裝置和電動(dòng)機(jī)控制裝置》(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3808478)披露了一種用定子電流推定電動(dòng)機(jī)體部分溫度和繞組溫度的方法，該方法考慮了電動(dòng)機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)不同的散熱特性對(duì)溫度的影響。該方法存在的主要問(wèn)題是初始溫度采用了環(huán)境溫度，實(shí)際推定的是測(cè)量時(shí)間內(nèi)定子電流引起的繞組溫度升高值和電動(dòng)機(jī)體的溫度升高值，因而該方法僅適用于冷態(tài)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。該方法未考慮不同的溫度下繞組的電阻值是不同的，即使是相同的定子電流，其發(fā)熱也有很大的差異。該方法用來(lái)推定電動(dòng)機(jī)溫度升高的參數(shù)值不容易得到，因而其實(shí)際應(yīng)用受到限制。另外該方法只能推定已發(fā)生的溫度升高，不能預(yù)測(cè)尚未發(fā)生而即將發(fā)生的溫度升高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是
1、怎么能不采用外加直流電源而利用電動(dòng)機(jī)本身的定子電流測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組的電阻值從而推算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度，特別是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)等產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱的時(shí)候；2、在用定子電流推算溫度升高時(shí)采用繞組導(dǎo)體的溫度系數(shù)進(jìn)行校正，并且能容易地得到推算溫度升高時(shí)要用到的參數(shù)；3、怎樣預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)可能發(fā)生的溫度升高，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，防止電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)熱。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，包括下列步驟(1)采用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流和電壓來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的繞組電阻值，由電阻值和溫度系數(shù)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫度，并作為初始溫度；(2)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后采用計(jì)及繞組電阻溫度系數(shù)的方法利用定子電流推算電動(dòng)機(jī)的溫升，加上初始溫度計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度；(3)采用電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)推算得到計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度升高時(shí)所用的參數(shù)；(4)根據(jù)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前和即將的運(yùn)行模式和既往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)溫升過(guò)程和可能達(dá)到的最高溫度，并用測(cè)量計(jì)算到的實(shí)際溫度和(或)預(yù)測(cè)的溫度來(lái)發(fā)出警告和(或)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明中，披露了采用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流i1和電壓u1實(shí)時(shí)計(jì)算電動(dòng)機(jī)繞組溫度的方法。圖1是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的單相T型等效電路。當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)(即轉(zhuǎn)差率S＝1)時(shí)，忽略勵(lì)磁支路后由機(jī)端測(cè)量到的視在電阻r為r=r1+r2′=Re(Z)=Re(U1′i1)---(1)]]>對(duì)于不同接線方式的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)同時(shí)采用線電壓和線電流，或者同時(shí)采用相電壓和相電流，得到的是對(duì)應(yīng)的視在線電阻值或視在相電阻值。線、相之間的參數(shù)換算基于普通的電工學(xué)知識(shí)。
繞組導(dǎo)線的電阻值隨溫度變化的關(guān)系式為r1＝r20[1+α(t-20)] (2)上式中t是當(dāng)前的溫度，r1是在t溫度下的電阻值，r20是在20℃下的電阻值，α是溫度系數(shù)，對(duì)于銅導(dǎo)線α取0.00382，對(duì)于鋁導(dǎo)線α取0.0036。(若定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的材料不相同，則根據(jù)銅、鋁繞組的等效電阻之比，α取0.00382與0.0036之間的數(shù)值，或直接取二者的平均值，因?yàn)橐话愕碾妱?dòng)機(jī)定子繞組電阻值和轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻值相差不大。)將視在電阻值代入(2)式就能計(jì)算出當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)溫度值。計(jì)算出的視在電阻值中包含了定子繞組的電阻和轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻，因此推算出的溫度是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組以等效電阻值為權(quán)的平均溫度。若電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品手冊(cè)沒(méi)有給出在20℃下的電阻值參數(shù)時(shí)，可用停止運(yùn)行數(shù)小時(shí)以上的電動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)的實(shí)測(cè)視在電阻值和當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度用(2)式推算出20℃時(shí)的電阻值數(shù)據(jù)。
當(dāng)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)因自身機(jī)械原因或負(fù)載原因?qū)е露罗D(zhuǎn)時(shí)，仍可以用本方法計(jì)算溫度，而電動(dòng)機(jī)的快速升溫嚴(yán)重過(guò)熱大部分是由于啟動(dòng)失敗或堵轉(zhuǎn)造成的，本發(fā)明能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量計(jì)算出這些情形下的電動(dòng)機(jī)繞組的真實(shí)溫度，因而具有很高的實(shí)用價(jià)值。
在本發(fā)明中，披露了一種區(qū)分電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法。因?yàn)楫?dāng)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，采用(1)、(2)式計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度的方法有效。由附圖一可知，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)定子繞組視在阻抗的阻抗角為
當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率S由1開始下降，而此時(shí)Z=U1′i1′=[r1+r2′+(1-ss)r2′]+j(x1+x2′)---(4)]]> 由s＜1，得1-ss>0,]]>因而得到z′＜z(6)z′＜z(7)若符合(6)、(7)判據(jù)，則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)前計(jì)算得到的溫度作為電動(dòng)機(jī)的初始溫度。
在本發(fā)明中，披露了一種在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后計(jì)算繞組溫度的方法，電動(dòng)機(jī)繞組的溫度由下式計(jì)算Tt＝T0+ΔT(8)式中，Tt——當(dāng)前(t時(shí)刻)電動(dòng)機(jī)定子繞組的溫度T0——在轉(zhuǎn)子剛轉(zhuǎn)動(dòng)前(t＝0時(shí)刻)計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的初始溫度ΔT——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后定子繞組的溫升由熱力學(xué)知識(shí)知道，對(duì)于絕熱過(guò)程，有ΔT=∫0tpcuc0·wdt---(9)]]>式中，pcu——定子繞組的銅耗c0——定子繞組的比熱，對(duì)于特定的繞組材料是一常數(shù)w——定子繞組的重量，對(duì)于特定的電動(dòng)機(jī)是一常數(shù)而由電工學(xué)知識(shí)知道
pu=∫0ti12r1dt---(10)]]>式中，it——通過(guò)定子繞組的電流，通過(guò)測(cè)量得到，rt——定子繞組在t時(shí)刻的工頻電阻，通過(guò)(2)式和(8)的聯(lián)立選代可求解出rt。
由于W等參數(shù)很難從電動(dòng)機(jī)的銘牌或產(chǎn)品手冊(cè)中得到，因而使用上面的公式計(jì)算溫升在實(shí)際工程中是有困難的。
采用(2)式和(10)可將(9)式重寫為ΔT=∫0tr0c0·w(1+ΔTTΣ+T0)i12dt---(11)]]>將(11)式變換為(12)式 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)銘牌或產(chǎn)品手冊(cè)中一般都給出了電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)和啟動(dòng)參數(shù)，即知道了規(guī)定的環(huán)境溫度T0，最大溫升限值ΔT、啟動(dòng)電流is及最大允許起動(dòng)時(shí)間tS，因此可以將上述數(shù)值代入(12)式，求得T0時(shí) 的具體數(shù)值。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)計(jì)算出初始溫度后，再用(2)式對(duì)r0進(jìn)行修正，就得到該初始溫度下的 數(shù)值。
在本發(fā)明中，披露了一種根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際起動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練預(yù)測(cè)下次起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)溫升，并用此預(yù)測(cè)判斷電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是否會(huì)超溫并決定是否閉鎖電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法。對(duì)于一臺(tái)特定應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，在供電電壓和所帶負(fù)載特性一定時(shí)，其正常起動(dòng)特性是一定的，每次起動(dòng)都會(huì)測(cè)量到溫升ΔT，設(shè)起動(dòng)前電動(dòng)機(jī)的初始溫度為t0，電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)后的溫度為Tt，則
Tt＝T0+ΔT (13)若Tt取電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束時(shí)允許達(dá)到的最高溫度Tmax，則允許的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的初始溫度的最高值為Tomax＝Tmax-ΔT (14)若電動(dòng)機(jī)實(shí)際的溫度已經(jīng)大于Tomax，則閉鎖電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)回路，禁止其再次起動(dòng)。
實(shí)際使用中的電動(dòng)機(jī)，供電電壓和負(fù)載都會(huì)有一定的變化，例如冬夏和晝夜環(huán)境溫度的差異會(huì)使供電電壓和負(fù)載特性形成以年和天為周期的變化，因而采用當(dāng)次起動(dòng)得到的溫升數(shù)值來(lái)訓(xùn)練用于預(yù)測(cè)下次起動(dòng)溫升的模型數(shù)值。
一個(gè)最簡(jiǎn)單的訓(xùn)練方式是加權(quán)平均法，用于實(shí)測(cè)本次起動(dòng)的溫升為ΔTk，本次起動(dòng)的實(shí)際溫升為ΔTm，用于預(yù)測(cè)下次起動(dòng)的溫升為ΔTK+1，則ΔTk+1＝kΔTm+(1-k)ΔTK(15)加權(quán)系數(shù)K取0-1之間的值，與起動(dòng)電壓和負(fù)載特性的變化有關(guān)，初始給定一個(gè)值，其后取得的起動(dòng)數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練K值，提高起動(dòng)溫升的預(yù)測(cè)精度。
效果和優(yōu)點(diǎn) 采用本發(fā)明的方法，解決了既有方法存在的問(wèn)題。不需要外加直流電源，僅利用電動(dòng)機(jī)定子本身的交流電壓和電流就能計(jì)算出電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)之初的電動(dòng)機(jī)繞組實(shí)際溫度，并且還能測(cè)量計(jì)算出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗和堵轉(zhuǎn)時(shí)的電動(dòng)機(jī)繞組實(shí)際溫度。計(jì)算定子電流的發(fā)熱時(shí)計(jì)及了定子電阻本身溫度效應(yīng)對(duì)升溫的影響，并且采用電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)推出電流與發(fā)熱的計(jì)算公式。采用了實(shí)測(cè)的電動(dòng)機(jī)繞組溫度而不是環(huán)境溫度作為初始溫度來(lái)推算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的溫度，不僅適用于冷態(tài)起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，也適用于熱態(tài)起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的既往起動(dòng)特性和允許溫升預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)在當(dāng)前的運(yùn)行溫度下能否再次起動(dòng)?？傊?，采用本發(fā)明的方法提高了交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度和過(guò)熱保護(hù)的正確性，并能充分利用電動(dòng)機(jī)的溫升裕度優(yōu)化對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。
圖1是三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的單相T型等效電路圖。
圖2是用本發(fā)明實(shí)施的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)裝置的原理框圖。
圖3是說(shuō)明用程序?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例 下面是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，包括了采用本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的一個(gè)具體的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)的裝置。本發(fā)明的其它的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)也可以從實(shí)施例的說(shuō)明和附圖中看出。
從附圖2中可以看到，電動(dòng)機(jī)的電源電壓由電壓/電壓變換器①變換為小幅值的波形信號(hào)后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器④，電動(dòng)機(jī)的定子電流由電流/電壓變換器②變換為小幅值波形信號(hào)后也送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器④，由溫度探頭(若電動(dòng)機(jī)已安裝)來(lái)的溫度信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的溫度變換器③轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)同樣送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器④，根據(jù)電動(dòng)機(jī)安裝的一次電流互感器、電壓互感器的相數(shù)以及溫度探頭的個(gè)數(shù)，變換器①、②、③可以有多個(gè)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器④接收上述各變換器送來(lái)的模擬信號(hào)波形，并把每個(gè)波形數(shù)字化，數(shù)字化后的波形信號(hào)送給數(shù)字處理單元⑤，眾所周知，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和通道數(shù)是由信號(hào)的大小和多少確定的，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻是由數(shù)字處理單元決定的。
數(shù)字處理單元⑤至少應(yīng)含有微處理器，其接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器④送來(lái)的數(shù)字信號(hào)，按程序?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，包括運(yùn)算、判別、存貯等，并將處理結(jié)果送至輸出單元⑥，眾所周知，微處理器的位數(shù)、運(yùn)算速度等并非本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵，只需滿足本實(shí)施例中對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，包括使用通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
輸出單元⑥根據(jù)數(shù)字處理單元⑤的要求，將溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)的結(jié)果以需要的方式輸出，這些方式包括數(shù)據(jù)顯示，不限定數(shù)字顯示方式、或指針式表計(jì)指示方式，或其它的顯示方式；狀態(tài)指示，可以是燈光指示或聲音指示，或其它的指示方式；控制命令輸出，可以是繼電器動(dòng)作后接點(diǎn)的狀態(tài)或其它方式實(shí)現(xiàn)的電路的通斷或電位的高低等。輸出的信息供操作人員觀看或提醒操作人員或?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行控制，例如停機(jī)或禁止起動(dòng)等。
附圖3是要由微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序的流程圖。在每個(gè)定時(shí)中斷處理程序中，微處理器獲取模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的波形數(shù)據(jù)①，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理②，以便得到真實(shí)有效的信號(hào)數(shù)值，減小或消除可能的壞數(shù)據(jù)的影響。數(shù)據(jù)處理包括對(duì)電流、電壓的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全波傅立葉變換，以得到電流、電壓信號(hào)的工頻分量的向量值，還包括剔除從溫度探頭得到的異常數(shù)據(jù)和求取一定間隔內(nèi)的溫度平均值。
比較器③比較電動(dòng)機(jī)定子繞組電流是否大于電動(dòng)機(jī)允許的最大連續(xù)運(yùn)行電流，該最大連續(xù)運(yùn)行電流是由電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品手冊(cè)或技術(shù)條件規(guī)定的，可以通過(guò)人工設(shè)定方式輸入給微處理器，輸入方法可以是就地通過(guò)人機(jī)接口輸入，也可以通過(guò)數(shù)字處理單元配帶的通訊接口輸入。
若比較器③的結(jié)果是否定的，表明電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流不會(huì)導(dǎo)致溫度的持續(xù)升高，因而采用散熱方程計(jì)算電動(dòng)機(jī)的溫度下降④，得到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度。根據(jù)電動(dòng)機(jī)冷卻方式的不同可選擇不同的散熱時(shí)間常數(shù)。從事電動(dòng)機(jī)測(cè)控的普通技術(shù)人員都能理解，自扇冷方式的電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)狀態(tài)其散熱效率是有明顯差異時(shí)，因而可用判斷定子電流的方式確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)選用合適的散熱時(shí)間常數(shù)。
若比較器③的結(jié)果是肯定的，說(shuō)明當(dāng)前電動(dòng)機(jī)電流引起的發(fā)熱已起過(guò)了電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的散熱，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)溫度升高，因而必須對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。首先用電流、電壓的向量值計(jì)算出視在阻抗，并繼續(xù)計(jì)算出視在電阻，阻抗角以及阻抗角的變化量。
比較器⑥是用阻抗角及其變化量判斷轉(zhuǎn)子是否已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。若比較器⑥的結(jié)果是否定的，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)尚在起動(dòng)起始階段或在運(yùn)行中發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，此時(shí)視在電阻與繞組平均溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系成立，就用視在電阻計(jì)算出繞組溫度⑦。若比較器的結(jié)果是肯定的，則對(duì)應(yīng)關(guān)系不再成立，改用發(fā)熱方程來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的溫升和實(shí)際溫度⑧。
從上述三種計(jì)算方法④、⑦、⑧得到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度后，由比較器⑨來(lái)判斷是否超過(guò)電動(dòng)機(jī)的最高允許溫度，該實(shí)際溫度也用來(lái)顯示。
若比較器⑨的結(jié)果是肯定的，則通過(guò)輸出⑩給出警告或停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。比較器⑨可以有兩級(jí)或更多級(jí)，分別用來(lái)判定實(shí)際溫度是否超過(guò)報(bào)警溫度或必須停轉(zhuǎn)的溫度等不同的限定值。
若比較器⑨的結(jié)果是否定的，表明當(dāng)前溫度未超過(guò)限定值，則根據(jù)當(dāng)前溫度和既往的起動(dòng)溫升來(lái)預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)再次起動(dòng)可能達(dá)到的溫度(11)。
比較器(12)用來(lái)判斷再次起動(dòng)是否會(huì)超過(guò)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)允許的最高溫度。若結(jié)果是肯定的，則通過(guò)輸出(13)給出警告或閉鎖電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)回路，禁止電動(dòng)機(jī)再次起動(dòng)。
比較器(14)用來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)變化和測(cè)量計(jì)算到的數(shù)據(jù)是否滿足相應(yīng)的需要校正或?qū)W習(xí)的參數(shù)的訓(xùn)練條件。若結(jié)果是肯定的，則進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練，對(duì)參數(shù)進(jìn)行校正。這些需要和可以通過(guò)訓(xùn)練來(lái)校正的參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的繞組等效電阻在某一溫度下的基準(zhǔn)值、運(yùn)轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)狀態(tài)下的散熱——降溫時(shí)間常數(shù)，發(fā)熱——升溫時(shí)間常數(shù)等。眾所周知，比較器(14)和訓(xùn)練器(15)可以采用多個(gè)級(jí)聯(lián)，用來(lái)分別訓(xùn)練不同的參數(shù)。
本發(fā)明按照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，但上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，包括下列步驟(1)采用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流和電壓來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的繞組電阻值，由電阻值和溫度系數(shù)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫度，并作為初始溫度；(2)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后采用計(jì)及繞組電阻溫度系數(shù)的方法利用定子電流推算電動(dòng)機(jī)的溫升，加上初始溫度計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度；(3)采用電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)推算得到計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度升高時(shí)所用的參數(shù)；(4)根據(jù)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前和即將的運(yùn)行模式和既往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)溫升過(guò)程和可能達(dá)到的最高溫度，并用測(cè)量計(jì)算到的實(shí)際溫度和(或)預(yù)測(cè)的溫度來(lái)發(fā)出警告和(或)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，其特征在于電動(dòng)機(jī)初始溫度計(jì)算為當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)(即轉(zhuǎn)差率S＝1)時(shí)，忽略勵(lì)磁支路后由機(jī)端測(cè)量到的視在電阻r為r=r1+r2′=Re(Z)=Re(U1′i1)---(1)]]>對(duì)于不同接線方式的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)同時(shí)采用線電壓和線電流，或者同時(shí)采用相電壓和相電流，得到的是對(duì)應(yīng)的視在線電阻值或視在相電阻值；繞組導(dǎo)線的電阻值隨溫度變化的關(guān)系式為r1＝r20[1+α(t-20)] (2)上式中t是當(dāng)前的溫度，r1是在t溫度下的電阻值，r20是在20℃下的電阻值，α是溫度系數(shù)，對(duì)于銅導(dǎo)線α取0.00382，對(duì)于鋁導(dǎo)線α取0.0036；將視在電阻值代入(2)式就能計(jì)算出當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)溫度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，其特征在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)和不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)分別采用以下方法當(dāng)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，采用(1)、(2)式計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度；轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)定子繞組視在阻抗的阻抗角為 當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率S由1開始下降，而此時(shí)Z′=U1′i1′=[r1+r2′+(1-ss)r2′]+j(x1+x2′)---(4)]]> 由s＜1，得1-ss>0,]]>因而得到z′＜z (6)z′＜z (7)若符合(6)、(7)判據(jù)，則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)前計(jì)算得到的溫度作為電動(dòng)機(jī)的初始溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，其特征在于當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組的溫度由下式計(jì)算Tt＝T0+ΔT (8)式中，Tt--當(dāng)前(t時(shí)刻)電動(dòng)機(jī)定子繞組的溫度T0--在轉(zhuǎn)子剛轉(zhuǎn)動(dòng)前(t＝0時(shí)刻)計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的初始溫度ΔT--轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后定子繞組的溫升由熱力學(xué)知識(shí)知道，對(duì)于絕熱過(guò)程，有ΔT=∫0tpcuc0·wdt---(9)]]>式中，pcu--定子繞組的銅耗c0--定子繞組的比熱，對(duì)于特定的繞組材料是一常數(shù)w--定子繞組的重量，對(duì)于特定的電動(dòng)機(jī)是一常數(shù)而由電工學(xué)知識(shí)知道pu=∫0tit2rtdt---(10)]]>式中，it--通過(guò)定子繞組的電流，通過(guò)測(cè)量得到，rt--定子繞組在t時(shí)刻的工頻電阻，通過(guò)(2)式和(8)的聯(lián)立選代可求解出rt。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，其特征在于采用(2)式和(10)可將(9)式重寫為ΔT=∫0tr0c0·w(1+ΔTTΣ+T0)it2dt---(11)]]>將(11)式變換為(12)式 根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌或產(chǎn)品手冊(cè)中一般給出的電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)和啟動(dòng)參數(shù)，即環(huán)境溫度T0，最大溫升限值ΔT、啟動(dòng)電流is及最大允許起動(dòng)時(shí)間tS，因此可以將上述數(shù)值代入(12)式，求得T0時(shí) 的具體數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法，其特征在于根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際起動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練預(yù)測(cè)下次起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)溫升，并用此預(yù)測(cè)判斷電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是否會(huì)超溫并決定是否閉鎖電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法為對(duì)于一臺(tái)特定應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，在供電電壓和所帶負(fù)載特性一定時(shí)，其正常起動(dòng)特性是一定的，每次起動(dòng)都會(huì)測(cè)量到溫升ΔT，設(shè)起動(dòng)前電動(dòng)機(jī)的初始溫度為t0，電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)后的溫度為Tt，則Tt＝T0+ΔT (13)若T取電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束時(shí)允許達(dá)到的最高溫度Tmax，則允許的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的初始溫度的最高值為Tomax＝Tmax-ΔT (14)若電動(dòng)機(jī)實(shí)際的溫度已經(jīng)大于Tomax，則閉鎖電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)回路，禁止其再次起動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)的繞組溫度測(cè)量和過(guò)熱保護(hù)方法。屬電工技術(shù)領(lǐng)域，包括下列步驟采用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流和電壓來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的繞組電阻值，由電阻值和溫度系數(shù)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫度，并作為初始溫度；在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后采用計(jì)及繞組電阻溫度系數(shù)的方法利用定子電流推算電動(dòng)機(jī)的溫升，加上初始溫度計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際溫度；采用電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)推算得到計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度升高時(shí)所用的參數(shù)；根據(jù)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前和即將的運(yùn)行模式和既往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)溫升過(guò)程和可能達(dá)到的最高溫度，并用測(cè)量計(jì)算到的實(shí)際溫度和(或)預(yù)測(cè)的溫度來(lái)發(fā)出警告和(或)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。采用本發(fā)明的方法，解決了既有方法存在的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02H7/08GK101029915SQ200610086199
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者陳建玉, 侯喆, 李志堅(jiān) 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司