专利名称：跟踪电机运行温升的方法
技术领域：
本发明属于一项利用数字计算机系统连续跟踪电机运行温升的技术。
中国发明专利申请第85102463号披露了一项采用模拟电路跟随电机运行温度对电机进行保护的方案。中国阿城电器厂生产的ZDB-10系列电机过载综合保护装置上设有一仪表，通过仪表刻度指示电机温升的百分值，具有热复制功能，其电路结构是采用RC电路建立的电机热模型。近年来随着计算机技术的发展，电机的保护装置中也使用了微型数字计算机，通常是采用模拟电机发热的方法，例如采用C＝fI2dt形式的数学模型，将代表电机发热热量的数据累计求和，当和达到一定数值后即令过载保护动作。
跟踪电机运行温升长期以来一直是一个技术上的目标，真实、准确的电机温升数值对电机运行的监视与过载保护有极重要的意义。由于影响电机温升变化的因素较多，要在各种异常条件下跟随电机温升有一定难度，上述几种方式均未能提供较准确的电机运行温升值。
本发明的目的，在于提供一种可适应于不同参数电机并能在任何工作方式下基本上真实反映电机运行温升的方法及其应用方式。
本
发明内容
如下利用一可用于工业实时控制过程的计算机系统，在向系统输入电机发热时间常数，电机铁损耗与铜损耗之比，电机额定电流与额定温升等参数后，通过适当的传感、变换电路分别取得按比例随电机工作电流有效值与工作电压有效值变化的模拟量，经转换为数字量后馈入计算机系统进行数值处理，形成电机的工作电流倍数K(对应于电机电流，K＝1)和工作电压倍数Ku(对应于电机额定电压Ku＝1)，则计算机系统按以下数学模型求取每次采样周期内电机温升的增量△Θxi(°K)，并与上一次计算所得采样周期未时刻电机温升Θxi-1相加，则得到本次采样周期未时刻电机温升Θxi的值Θxi＝△Θxi+Θxi-1……(1)
式中Θe-电机额定温升，°K;
N-电机铁损耗与铜损耗之比;
T-电机发热时间常数，秒;
α-电机绕组导线材料的电阻率温度系数;
t-电机温升的采样计算周期，t＜＜T;
Ku-电机工作电压有效值与电机额定电压之比，K＝0时Ku＝0;
K-电机工作电流有效值与电机额定电流之比;
Ki-电机工作电流不平衡系数，用以反映三相电机各相电流不平衡引起的电机额外发热，通过对三相电流采样并取得各相电流倍数后，Ki用下式计算Ki＝1+ (Kl-Ks)/((2～3)Kl) ……(3)上式中，Kl是最大相电流倍数，Ks是最小相电流倍数;μ-电机热系数，K＜2.5时，μ＝1，K≥2.5后，μ＝1+0.2(K-2.5)，K＝0时，可令μ≥2;
Θxi-1-电机的上次采样未时刻计算所得温升值。
上述温升计算结果即为电机温升跟踪值，可利用数字显示装置将其立即显示出来，在与环境温度相加后为电机运行温度。
上述数学模型反映了以下一些情况对电机温升的影响1、电机铁损耗随工作电压倍数Ku平方的变化;2、电机铜损耗随工作电流有效值倍数K平方的变化;3、电机绕组直流电阻随温度变化引起的电机铜损耗的变化;4、三相电流不平衡时负序电流引起电机转子与定子绕组铜耗的增加;5、电机在低速、堵转、断电时冷却时间常数改变的影响;6、电机在具有不同的额定温升、发热时间常数、铁损耗与铜损耗比等参数时对电机温升的影响。
上述数学模型，是采用按时间序列逐点计算电机温升增量，累计求和的方法来跟踪电机的真实温升特性曲线，在t足够小时，跟踪的温升特性与电机的真实温升特性的变化规律是一致的，跟踪所得电机温升值代表电机的“平均温升”映象，这一映象以电机在额定条件下运行达到额定温升为标志。跟踪所得电机温升曲线与电机的理论温升曲线形状基本相同，且在电机额定温升处基本相交，跟踪误差基本为零，在其它温升处，跟踪误差有所加大。上述温升跟踪结果对监视运行中电机或电线电缆(N＝0)的过载情况，参与电机保护等都有重要的使用价值。
与现有技术相比，本发明所提出的跟踪电机温升的方法有以下优点1、跟踪特性好，由于跟踪特性的时间常数与电机发热时间常数一致，所以能及时反映电机温升的变化;
2、跟踪误差小，由于充分考虑到多种因素对电机温升的影响，其数学模型与真实情况基本一致，并且选择了电机额定温升值为跟踪误差零点，累计误差只能以较小有限数值出现，使得采用本方法可以无限长时间地跟踪电机运行温升并保持其真实性;
3、能利用温升跟踪结果准确判断电机是否过载，有利于开发电机过载能力与保护电机的安全，可直接将温升跟踪数据作为按温升限度保护电机过载的动作依据，或用作计算电机超温升运行寿命损失值的温升依据。
本方法不适用于电机制造厂家用于测量电机绕组温升，但可以用于用仿真的方式予测电机温升，本方法在电机正常冷却条件事故性异常后将不能正确反映电机温升。
实施本发明，通常应利用已有的工业过程实时处理微型计算机应用系统，便如采用单片计算机的电机保护装置，增加必要的硬件与参数，在软件中增加相应的程序并固化在EPRON中，也可采用专为实施本发明而设计的单片计算机应用系统来实现本发明，应用系统按以下方式工作1、利用整定电路向系统输入整定参数，如电机额定电流、额定温升、电机发热时间常数、电机铁损耗与铜损耗之比，并在该应用系统开机时令初始采样计算温升值Θxi-1为零;
2、系统对电机工作电压、电流采样，并求出K、Ku、Ki、μ;
3、使用式(2)计算各次采样时间内的电机温升增量△Θxi;
4、使用式(1)求出Θxi，其值即为当前时刻电机温升跟踪值，输出此数据，将其显示出来或作其它用途;
5、令Θxi-1＝Θxi，即将本次采样计算所得电机温升Θxi作为下一次采样计算温升的初值Θxi-1;
6、返回2，不断循环，显示内容则为电机温升跟踪值。
将利用此方法在Ku＝1、Ki＝1时，对电机在不同电流倍数K下跟踪所得电机稳定温升值列表如下
利用上述温升结果，可满足以下需要1、监视电机的负荷情况与安全状况(也可将温升值换算为百分数显示)，以便于工作人员掌握电机的负荷情况及过荷载能力。
2、在温升达到规定限度时，可根据温升上升的速率来确定减负荷的反馈量的大小，达到连续作业的工业过程不致于因某一电机过载脱离运行而使过程中断的目的。
3、直接利用温升跟踪数据对电机进行保护，当温升超过许可值时，将电机负荷切除或切断电机供电电源。
4、将电机温升数据作为采用《按寿命损失保护电机过载的方法》的保护装置对电机实行超过额定温升运行保护时计算寿命损失量的温升数据，该温升与环境温度相加则为电机运行温度。
5、也可利用温升跟踪数据对电机按如下模式进行保护，电机运行温升许可值可高于电机额定温升，但达到温升许可值的时间则由《按寿命损失保护电机过载的方法》以予限制，而温升许可值则限制了电机在许可寿命损失值以下保护装置未动作前电机的最高运行温升，这种相互制约的双重保护模式能进一步保证电机运行的安全。
权利要求
1.利用数字计算机系统跟踪电机运行温升的方法，其特征是在向计算机系统输入电机额定电流、电机额定温升、电机发热时间常数、电机铁损耗与铜损耗之比等参数后，再向该系统馈入电机工作电流信息与工作电压信息，经采样、变换为数字量，数据处理后形成电机的工作电流有效值倍数K与工作电压有效值倍数Ku，计算机系统则根据
计算每次采样周期未时该电机运行温升，并可将其值立即用数字显示出来，从而不间断连续跟踪电机运行温升；
2.根据权利要求1所述方法其特征是用不平衡系数Ki来反映三相电流不平衡引起的电机额外发热并表现为(Ki·K)2，并根据电机运行电流的变化修改电机热系数μ的值并表现为(μ·
e)与(μ·T);
3.根据权利要求1所述方法其特征是电机在额定条件下运行时，可使跟踪电机运行温升的结果为电机额定温升，电机运行温升与环境温度相加后代表电机的运行温度;
4.根据权利要求1所述方法其特征是电机运行温升跟踪值反映电机的负荷情况，可将该数值用于按温升限度保护电机过载或同时用作计算电机超温升运行寿命损失值所需电机温升数据。
全文摘要
跟踪电机运行温升的方法，系利用工业实时控制 微型计算机应用系统来跟踪不同参数电机或电缆在 各种运行状态下的运行温升，在向系统输入电机的参 数后通过对电机运行电流、电压的检测，计算每次采 样周期内的电机温升增量，并累计求和得电机运行温 升，跟踪所得温升曲线与电机温升曲线一致并在额定 温升处相交，具有跟随特性好。跟踪误差小，温升用 数字表示等优点，其温升跟踪结果可用于电机运行负 荷监视及用于电机过负荷保护。
文档编号G01R31/34GK1061098SQ91110679
公开日1992年5月13日 申请日期1991年11月7日 优先权日1991年11月7日
发明者林宝基 申请人:林宝基