一种检测电动机绕组温度的方法及包含电动机的设备与流程

本发明涉及电机温度检测技术，具体涉及一种检测电动机绕组温度的方法及包含电动机的设备。

背景技术：

随着科技的进步，越来越多的电子产品已经进入人们的日常生活，改善人们的生活品质。其中，空调是能够对封闭空间中空气的温度、纯净度、气流速度等进行调节的设备。空调通过压缩机(compressor)从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电动机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。

在压缩机电机工作时，大电流经过使电机本身不断发热，电机散热主要依靠制冷剂进行降温。在恶劣工况下，如果无法对压缩机内部绕组温度进行检测和监控。绕组温度过高会导致电机绝缘失效，对于直流无刷电机来说，随着温度上升会使某些永磁材料的退磁电流变小，导致一旦压缩机失步等情况出现，使永磁体出现退磁，导致整个压缩机运转效率下降或直接报废。

由于直流变频压缩机内部工作环境的限制，无法直接在压缩机内部使用温度传感器，通常为了保证压缩机的正常工作，会在排气管外置固定温度传感器以及压缩机顶部温度保护开关，以排气温度作为对压缩机内部温度进行控制，以使电动机处于可靠工作的环境温度范围内。但在一些较特殊的情况下(如：制冷系统缺氟等)，电机大量热量无法通过制冷剂带走，导致电机内部温度很高，制冷系统缺少制冷剂使流量很小，制冷剂很容易被冷却下来，使排气温度又不高，在这种情况下，温度传感器检测的温度并非压缩机内部实际温度，从而无法对压缩机内部温度进行有效控制，非常容易导致电机失效，使整个直流变频制冷系统不能可靠运行。

因此，传统技术中采用温度传感器检测包含电动机的设备中电动机的温度准确性较差，不能满足在任意工况下对电机进行温度控制的需求。

技术实现要素：

本发明实施例提出一种检测电动机绕组温度的方法及包含电动机的设备，以解决传统技术中采用温度传感器检测包含电动机的设备中电动机的温度准确性差的问题。

一方面，本发明实施例提供一种检测电动机绕组温度的方法，其包括：

确定包含电动机的设备中的至少一个变化率，所述至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率；

基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度。

可选的，所述确定包含电动机的设备中的至少一个变化率，包括：

确定所述包含电动机的设备中电动机的运转磁通量参数及运转电阻参数；

基于所述运转磁通量参数与初始磁通量参数之间的比值获得所述磁通量变化率；

基于所述运转电阻参数与初始电阻参数之间的比值确定所述电阻变化率。

可选的，所述基于所述运转实时磁通量参数与初始磁通量参数之间的比值获得所述磁通量变化率的算法公式如下：

所述基于所述运转实时电阻参数与初始电阻参数之间的比值确定所述电阻变化率的算法公式如下：

其中，φ_m0为初始磁通量参数，φ_m为运转实时磁通量参数，r₀为初始电阻参数，r为运转实时电阻参数，w为电动机转速，i为检测的电动机电流，a、b为固定的比率系数，K_T为温度变化系数。

可选的，所述运转实时磁通量参数通过测量电动机电流并计算获得，所述运转实时电阻参数通过兆欧表或万用表测量电动机的阻值获得；

所述初始磁通量参数和初始电阻参数通过电动机上的标注参数获得。

可选的，所述基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度的方法包括：

基于电阻变化率确定所述电动机的运转温度：

以TCR表示电阻温度系数，则有：

TCR＝(r-r₀)*ΔT/r₀

即TCR＝(r/r0-1)*ΔT

其中，ΔT＝|T-T0|,T0为已知的零界温度值，T为电动机的运转温度，r/r0为电阻变化率，根据该式求得电动机运转温度T。

可选的，所述基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度的方法包括：

基于磁通量变化率确定所述电动机的运转温度：

以TCF表示磁通温度系数，则有：

TCF＝(φ_m-φ_m0)*ΔT/φ_m0；

即TCF＝(φ_m/φ_m0-1)*ΔT

其中，ΔT＝|T-T0|,T0为已知的零界温度值，T为电动机的运转温度，r/r0为电阻变化率，根据该式求得电动机运转温度T。

可选的，所述基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度的方法包括：

基于电阻变化率和磁通量变化率共同确定所述电动机的运转温度：

电动机运转温度＝(基于电阻变化率求得的电动机的运转温度+基于磁通量变化率求得的电动机的运转温度)/2。

可选的，所述基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度，包括

获取所述电动机运转的实时转速参数；

基于所述至少一个变化率及所述转速参数，确定所述电动机的运转实时温度。

可选的，所述基于所述至少一个变化率及所述转速参数，确定所述电动机的运转实时温度，包括：

若确定所述转速参数处于第一转速范围内，则基于电阻变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转实时温度；及

若确定所述转速参数处于第二转速范围内，则基于所述磁通量变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转实时温度；

所述第一转速范围的最大值小于所述第二转速范围的最小值。

可选的，在确定包含电动机的设备中的至少一个变化率之后，所述方法还包括：

基于所述至少一个变化率，确定所述电动机对应的角度误差；

基于所述角度误差对所述电动机进行角度补偿。

第二方面，本发明实施例提供一种包含电动机的设备，其包括：

第一确定模块，用于确定包含电动机的设备中的至少一个变化率，所述至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率；

第二确定模块，用于基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转温度。

可选的，所述第一确定模块用于：

确定所述包含电动机的设备中电动机的运转磁通量参数及运转电阻参数；

基于所述运转磁通量参数与初始磁通量参数之间的比值获得所述磁通量变化率；

基于所述运转电阻参数与初始电阻参数之间的比值确定所述电阻变化率。

可选的，所述包含电动机的设备还包括：

获取模块，用于获取所述电动机运转的转速参数；

所述第二确定模块用于基于所述至少一个变化率及所述转速参数，确定所述电动机的运转实时温度。

可选的，所述第二确定模块用于：

若确定所述转速参数处于第一转速范围内，基于电阻变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转实时温度；及

若确定所述转速参数处于第二转速范围内，基于所述磁通量变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转实时温度，所述第一转速范围的最大值小于所述第二转速范围的最小值。

可选的，所述包含电动机的设备还包括：

第三确定模块，用于在确定包含电动机的设备中的至少一个变化率之后，基于所述至少一个变化率，确定所述电动机对应的角度误差；

补偿模块，用于基于所述角度误差对所述电动机进行角度补偿。

本发明的实施例中，通过在空调运行过程中确定包含电动机的设备中至少一个变化率，该至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率，从而基于至少一个变化率，即可确定电动机的运转实时温度。而磁通量和电阻均为电动机中工作部件相关的参数，故通过磁通量和电阻的变化率即可较为直观的反应出电动机内部的温度情况，使得测试结果更接近真实值，测试结果较为准确。

同时，由于根据磁通量变化率和电阻变化率，即可确定电动机内部的温度，从而无需设置温度传感器，降低了包含电动机的设备的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍：

图1为本发明实施例中检测电动机绕组温度的方法的流程图；

图2为本发明实施例中包含电动机的设备的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例旨在提供一种检测电动机绕组温度的方法及包含电动机的设备，用于解决使用温度传感器检测包含电动机的设备中电动机内部的温度的准确性较差的技术问题。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，并不用于限制本发明的保护范围。基于本发明中的实施例描述，本领域普通技术人员在不脱离本发明实质精神下作出的等同替换/改进，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，包含电动机的设备可以是智能空调，如智能变频空调或定频空调等等，其可以对相应的环境空间(如家庭中的客厅、卧室，或办公楼中的办公室、餐厅等)的空气温度进行调节，如调节空气的温度、湿度等等，本发明实施例对此不作具体限制。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明:

如图1所示，本发明实施例提供一种检测电动机绕组温度的方法，应用于包含电动机的设备，该方法的过程可以描述如下:

S11：确定包含电动机的设备中的至少一个变化率，至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率。

本发明实施例中，包含电动机的设备在工作过程中，如制冷或制热等，压缩机通过电动机带动进行工作。其中，电动机是依据电磁感应定律能够实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用动力源。可选的，包含电动机的设备中电动机可以是永磁同步直流无刷电动机或其他类型电动机，本发明对此不作具体限制。

可选的，在步骤S11中，确定至少一个变化率的的方法可以是：确定包含电动机的设备中电动机的运转磁通量参数及运转电阻参数，基于运转磁通量参数与初始磁通量参数之间的比值获得磁通量变化率，基于运转电阻参数与初始电阻参数之间的比值确定电阻变化率。

在实际应用中，交流电动机的旋转动力主要依靠交流电流在定子中建立旋转磁场，通常三相电动机的定子绕组分别通过互相差120°(电角度)的电流，即可以得到旋转磁场。电动机的转子的线圈(如铜线线圈)通电后会产生磁场，与磁场定子相互作用而转动。

包含电动机的设备中电动机的运转电阻参数可以通过测试获得，例如可以通过兆欧表或万用表测量电动机的电阻值，或者，也可以通过计算确定电动机的电阻参数。

例如，可以采用用电阻率公式计算，即R＝ρ(L/S)，其中，R代表导线的电阻，单位为欧姆，ρ代表导体的电阻率，单位为欧姆·厘米，L代表导线的长度，单位为厘米，S代表导线的截面积，单位为平方厘米。而导线的长度(L)的计算为：电动机线圈的周长*每槽线圈数*每组线圈数。

由于电阻率通常与温度相关，在压缩机工作过程中，电动机中电阻阻值可能会随着温度的变化而发生变化。通常来说，对于热敏电阻器来说，热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。其包括正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)，其中，正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低。因此可以实时检测获取电机的运转电阻参数。

可选的，运转磁通量可以是根据相关的参数计算而确定的。由前述内容可知，磁通量与磁感应强度B成正比，而磁感应强度B又与电流成正比，所以，磁通量就与电流成正比，故在实际应用中，可以通过测量电动机电流来确定电动机的运转磁通量参数。在测量电动机的电流时，可以是采用单电阻或多电阻电流采样方法或其它测试方法确定的，本发明对此不作具体限制。

在实际应用中，初始电阻参数和初始磁通量参数可以是基于电动机的铭牌上的标注确定的。例如，B为磁通密度(即磁感应强度)，单位是特斯拉(T)，电动机的铭牌上应该有标注。S为每个极面下的极面积，S＝L·τ：其中L为电枢线圈的有效边长度，τ为极距，这两个量，电动机的铭牌上也应该标出，则根据上述三个参数，就可以求得磁通量：Φ＝B·S。有的铭牌上也会直接给出数值，如磁通量为0.2047Wb，电阻为3.3Ω。

在确定运转磁通量参数与初始磁通量参数之后，可以确定两者之间的比值，即磁通量变化率。同理，根据确定的运转电阻参数和初始电阻参数，即可确定相应的电阻变化率。通常来说，包含电动机的设备在出厂时该参数可以是即行设置好的，如初始电阻参数可以处于[0.5Ω,25Ω]的范围内。

在实际应用中，在正常情况下，如常温时，运转磁通量参数与初始磁通量参数的比值，即磁通量变化率及电阻变化率可以是1，因此，可将1作为变化率的基准，相对于1偏差越多，则表明变化也大。

S12：基于至少一个变化率，确定所述电动机的运转实时时温度。

本发明实施例中，由于电动机对应的磁通量变化率和电阻变化率分别与温度具有相应的对应关系。通常来说，根据电动机中器材的电阻温度系数，可以确定温度变化所引起的电阻及磁通量的变化，从而建立该对应关系。

而电阻变化率与温度之间的对应关系通常与器件材料的属性相关。例如，对于正温度系数的材料，当温度在一定范围内时，电阻值不会发生变化，而当温度继续上升并超过临界值后，则电阻就会相应的增加。

在实际应用中，由于电阻温度系数为固定值，其可以表示为TCR，即

TCR＝(r-r₀)*ΔT/r₀ (式1)

对该公式进行变形，则有：

TCR＝(r/r₀-1)*ΔT (式2)

其中，r/r₀为电阻变化率，其可以通过式5计算获得，ΔT代表温度的变化量，其为运转温度与临界温度之差的绝对值。TCR值可以表征温度升高1℃，器材的电阻值的变化。例如，对应正温度系数来说，温度升高，则电阻升高，温度与电阻成正比例关系，而对于负温度来说，温度升高电阻则降低，温度与电阻呈反比例关系。进而，基于上述TCR的计算公式可以得出电阻与温度之间的比例关系，即可计算出相应的运转温度。

例如，若临界温度为45℃，器件的温度系数为-0.1(即温度每升高1℃，电阻减小，且电阻变化率为0.1)，若测试确定电阻变化率为0.7，则相对于标准值1偏差了0.3，即电阻变小了，则基于公式1可知，温度与电阻变化率呈正比，温度可能提高了7℃，即运转的温度为52℃。

相应的，磁通量变化率与温度之间的对关系也可以是用户(如技术人员)根据实际测试提前设置的。通常来说，随着温度的增加，磁通量会相应的增大。例如，温度每增高1℃，磁通量则增加0.1(即10％)，等等。则基于磁通量的变化率即可得知温度的变化情况。

在实际应用中，以TCF表示磁通温度系数，则有：

TCF＝(φ_m-φ_m0)*ΔT/φ_m0 (式3)

对上述公式变形，则有：

TCF＝(φ_m/φ_m0-1)*ΔT (式4)

其中，φ_m/φ_m0为磁通变化率，其可以通过式6计算获得，ΔT代表温度的变化量，其为运转温度与临界温度之差的绝对值。基于上述TCF的计算公式可以得出磁通量与温度之间的比例关系，也可计算出相应的运转温度。

例如，温度临界值为40℃，若确定在温度超过临界温度值后，温度每升高1℃，磁通量增大0.1，若检测确定磁通量变化率为增大0.35，即表明温度增大了3.5℃，故电动机内部的运转温度即为43.5℃。

在实际应用中，由于温度的变化通常均会引起电阻和磁通量的变化，故可以基于两个变化率分别求得运转时刻电动机的相应的温度，进而计算两个所得温度值的平均温度值，并就该平均温度值作为电动机内部的运转温度，以提高计算结果的准确性。例如，如基于电阻变化率与温度的对应关系，确定的第一温度值为62℃，而基于磁通量变化率与温度的对应关系，确定的第二温度值为63℃，则将两者的平均值，即62.5℃确定为电动机内部的运转温度。

通常来说，压缩机的工作负荷越大，如需要调节处理的温差较大，则相应电动机的转速也会越快，而电动机的转速也会造成电动机内部的温度的影响。因此，在S11之前，还可以获取电动机运转的转速参数，该转速参数能够表征包含电动机的设备中压缩机的工作负荷，则S12的过程还可以是基于至少一个变化率及转速参数来确定电动机的运转实时温度的。

具体来说，基于至少一个变化率确定电动机的运转温度时，其过程可以包括：在确定转速参数处于第一转速范围内时，基于电阻变化率与温度之间的对应关系，确定电动机的运转实时温度；及，确定转速参数处于第二转速范围内时，基于磁通量变化率与温度之间的对应关系，确定电动机的运转实时温度，第一转速范围的最大值小于第二转速范围的最小值。

即根据电动机的转速，可以选择基于相应的变化量来反推温度，从而实现对电动机的内部温度的较为准确的检测。

本发明实例例中，基于参数之间的相应关系，可将至少一个变化率表述如下，其中，磁通量变化率可以用公式5表示，电阻变化率可以用公式6表示，即：

其中，φ_m0为初始磁通量参数，φ_m为运转实时磁通量参数，r₀为初始电阻参数，r为运转实时电阻参数，w为电动机转速，i为检测的电动机电流，a、b为固定的比率系数，K_T为温度变化系数。

在实际应用中，在电动机转速较小时，温度系数主要受电阻影响，而在转速较大时，电阻参数影响较小，温度系数主要受磁通量参数的影响。

本发明实施例中，第一转速范围可以是低速运转范围，例如可以是(0，200rad/s)，第二转速范围可以是中高速运转范围，例如可以是(200rad/s，450rad/s]，等等，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作具体限制。

可选的，在第一转速范围内，则可以基于电阻变化率与温度之间的对应关系来确定电动机的运转温度。即在低转速下，与温度相关的变化参数主要为电阻，则可以通过检测并计算电阻变化率，进而确定相应的温度，并将计算确定的温度作为电动机内部对应的温度。

例如，若检测电动机运转的转速小于200rad/s，处于第一转速范围，电动机中器材的温度系数为-0.75，若经检测确定电阻变化率为减小0.3(即30％)，相应变化的温度差量为4℃，若温度临界值为70℃，则电动机运转实时的温度即为74℃。

同理，若确定电动机的转速较大，如大于200rad/s或其它临界值，则电动机运转的温度与磁通量变化率的相关性更大。此时，可以只需要检测磁通量的变化率即可计算电动机内部的温度，例如，若根据磁通量变化率与温度之间的对应关系，计算所得的温度为78℃，即可将该温度作为电动机内部的运转实时温度。

在实际应用中，由于电动机的定子、转子绕组都是采用一定绝缘等级的绝缘铜材或铜线制成的。绝缘等级根据绝缘材料的不同，其工作允许的最高温度值是有一定的限制的(如B级绝缘为130度摄氏度)。如果温度超过规定值，绝缘材料的性能将变坏，加速绝缘的老化，最终还会使绝缘击穿而烧毁，甚至导致电动机的烧毁。因此，通过对电动机内部温度的准确检测，有利于实时对电极内部的温度进行监测，从而避免其温度过高，保证其正常运行。

可选的，本发明实施例中，还可以基于该至少一个变化率确定电动机对应的角度误差，进而基于角度误差对电动机进行角度补偿。例如，在确定角度滞后时，可以基于滞后的角度，如40°，则可以控制电动机的转子在旋转360°的基础上多旋转40°。相应的，若确定电动机的角度靠前，则可以控制电动机转子少旋转相应角度，从而实现角度补偿。

如图2所示，本发明实施例中包含电动机的设备包括第一确定模块201和第二模块202。

第一确定模块201可以用于确定包含电动机的设备中的至少一个变化率，所述至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率。

第二确定模块202可以用于基于所述至少一个变化率，确定所述电动机的运转实时温度。

具体的，第一确定模块201可以用于：确定所述包含电动机的设备中电动机的运转实时磁通量参数及运转电阻参数；基于所述运转磁通量参数与初始磁通量参数之间的比值获得所述磁通量变化率；基于所述运转电阻参数与初始电阻参数之间的比值确定所述电阻变化率。

可选的，所述包含电动机的设备还包括：

获取模块，用于获取所述电动机运转实时的转速参数；

所述第二确定模块202用于基于所述至少一个变化率及所述转速参数，确定所述电动机的运转实时温度。

可选的，所述第二确定模块202可以用于：

若确定所述转速参数处于第一转速范围内，基于电阻变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转温度；及

若确定所述转速参数处于第二转速范围内，基于所述磁通量变化率与温度之间的对应关系，确定所述电动机的运转实时温度，所述第一转速范围的最大值小于所述第二转速范围的最小值。

可选的，所述包含电动机的设备还包括第三确定模块和补偿模块，其中，第三确定模块用于在确定包含电动机的设备中的至少一个变化率之后，基于所述至少一个变化率，确定所述电动机对应的角度误差；补偿模块，用于基于所述角度误差对所述电动机进行角度补偿。

本发明实施例中，通过在空调运行过程中确定包含电动机的设备中至少一个变化率，该至少一个变化率包括电动机对应的磁通量变化率和/或电阻变化率，从而基于至少一个变化率，即可确定电动机的运转温度。而磁通量和电阻均为电动机中工作部件相关的参数，故通过磁通量和电阻的变化率即可较为直观的反应出电动机内部的温度情况，使得测试结果更接近真实值，测试结果较为准确。

同时，由于根据磁通量变化率和电阻变化率，即可确定电动机内部的温度，此前由于无法获知电动机内部真实温度，一般对直流压缩机电动机保护采用极端情况最小值，这大大制约了电动机可以运行的范围，而实时获取电动机运行内部温度可以使电动机保护值变为一个与温度相关的函数，这大大扩宽了变频压缩机使用范围，而且使变频空调运行更加可靠。