一种电动机温升测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动机温升测量方法，建立电动机三阶热模型，通过三阶热模型对应的离散矩阵方程式θ[(k+1)T]＝C?1Eθ(kT)+C?1BP(kT)＝Fθ(kT)+GP(kT)计算得到电动机各部分的实时温升。本发明通过三阶热模型对电动机温升进行测量，兼顾了电机热积累和散热情况，从而得到更加准确的温升测量结果。
【专利说明】
一种电动机温升测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种温升测量方法，特别是一种电动机温升测量方法。
【背景技术】
[0002] 当热过载发生时，对电动机危害的决定因素是绝对温度，温度过高会使绝缘老化， 缩短电动机寿命，甚至导致绝缘破坏。现在测量电动机温升工程应用广泛采用一阶热模型， 以定子电流大小作为保护判据，考虑到电动机的低倍过载允许一定时限，所以大多采用具 有反时限特性的电动机过载保护特性。但这种基于电流反时限特性的电动机保护具有一定 的局限性，无法考虑电动机的热积累过程，因此难以解决电动机频繁低倍过载以及电流波 动下的保护问题；同时未考虑电动机的散热情况。从而无法准确测量得到电动机内温度升 高的实时情况。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电动机温度测量方法，它能够兼顾电机热 积累和散热情况，准确得到电机温升过程。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种电动机温升测量方法，其特征在于：建立电动机三阶热模型，热模型结构为， 机座与R case-端接地，R。·另一端与'!^、!^、!^出的一端连接而-的另一端与^^、 Cstatcir、Pir的一端连接，Cstatc^PPir的另一端接地，R ew的另一端与(^11>、1^1的一端连接， CcciiI和Pjs的另一端接地，Rteeth的另一端与Rcoii的另一端和R air的一端连接，Rshaf^Rair的另 一端与匕。咖和?廿的一端连接，(：加。:和？廿的另一端接地，其中心。1? 3是定子铁心和机座间热 阻，Rrase3是机座和外部空气间热阻，Rte^th是定子齿槽和铁心间热阻，Rm ll是定子绕组和齿槽 间热阻，Rshaft是转轴和机座间热阻，Rair是气隙热阻，R ew是定子端部绕组和端盖间热阻，Cccill 是定子绕组热容，Crcitcir是转子热容，Cstatcir是定子铁心热容，Pir是定子铜耗产生的热量，P js 是定子铁耗产生的热量，Pjr是转子铜耗产生的热量;通过三阶热模型对应的离散矩阵方程 式θ[ (1^+1)1^=(7?9 UTH(T1BPaT)=FeaTHGPaT)计算得到电动机各部分的实时温升。
[0006] 进一步地，所述三阶热模型对应的离散矩阵方程式的F、G系数矩阵是由热模型中 的热阻和热容计算得到的，热阻、热容的计算依赖于电机的结构尺寸和材料热力学系数。
[0007] 进一步地，当电机的结构尺寸未知的时候，通过电机设计理论并参考Y或Y2系列电 机设计手册给出的额定参数和常规尺寸来估算其他所需结构尺寸。
[0008] 进一步地，所述估算过程为，根据电机设计理论，定子齿磁密Bil的取值在1.40~ 1.60T之间，其平均值1.50T;除了有些2极电机外，定子辄磁密Bj 1取值在1.10~1.50T之间， 取其平均值1.30T;转子齿磁密Bi2-般在1.25~1.60T之间，取其平均值为1.4T;同理转子 BJ Λ 辄磁密Bj2取平均值为1.4Τ，应用齿磁密计算公式：尽=^·辄磁密计算公式： Bj = IKtJiJj气隙磁密Βδ计算公式：A 以及每极磁通计算公式：& 0再结 合设计手册给出数据，估算出定、转子槽型的全部尺寸。
[0009]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0010] 1、通过三阶热模型对电动机温升进行测量，兼顾了电机热积累和散热情况，从而 得到更加准确的温升测量结果；
[0011] 2、兼顾电机内结构未知情况，通过电机设计理论与Y或Y2系列电机设计手册估算 未知内部结构电机的参数，提供了电机内部结构未知情况下的结构参数的获取办法，使用 起来更加方便。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的一种电动机温升测量方法的三阶模型示意图。
[0013] 图2是本发明的温升实测和热模型计算结果对比图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本 发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0015] 如图所示，本发明的一种电动机温升测量方法，建立电动机三阶热模型，热模型结 构为，机座与Rcase-端接地，Rcase另一端与!^-、!^、!^^的一端连接^-的另一端与 1础、(^_、？4的一端连接，(^*。1和?&的另一端接地，1^的另一端与(^1、？扣、1^1的一端 连接，Cwi和P js的另一端接地，Rteeth的另一端与R?ii的另一端和Rair的一端连接，R shafJPRair 的另一端与Crcitcir和Pjr的一端连接，Crcitcir和P jr的另一端接地，其中Rycike是定子铁心和机座间 热阻，Rcase3是机座和外部空气间热阻，R te^th是定子齿槽和铁心间热阻，R?u是定子绕组和齿 槽间热阻，Rshaft是转轴和机座间热阻，R air是气隙热阻，Rew是定子端部绕组和端盖间热阻， C?u是定子绕组热容，C_r是转子热容，Cstator是定子铁心热容，Pir是定子铜耗产生的热量， Pjs是定子铁耗产生的热量，Pp是转子铜耗产生的热量;通过三阶热模型对应的离散矩阵方 程式Θ [ (k+1) T ] = C-1EQ (kT) +C-1BP (kT) = F0 (kT) +GP (kT)计算得到电动机各部分的实时温 升。式中:F，G--系数矩阵;P(t)--损耗矩阵，θ(?)--温升矩阵。
[0016] 三阶热模型对应的离散矩阵方程式的F、G系数矩阵是由热模型中的热阻和热容计 算得到的，热阻、热容的计算依赖于电机的结构尺寸和材料热力学系数。热力学系数不仅与 电机的材料特性有关还与散热时的空气流速有关，一般无法进行精确的计算，所以大多采 用经验值，而所需电机的结构尺寸精确到电机的槽型参数。
[0017] 当电机的结构尺寸未知的时候，通过电机设计理论并参考Y或Y2系列电机设计手 册给出的额定参数和常规尺寸来估算其他所需结构尺寸。估算过程为：
[0018] 电机设计手册对每种规格电机给出的参数和尺寸如下：
[0019] 1)额定功率，满载时的定子电流，转速，效率和功率因数；
[0020] 2)堵转电流倍数、堵转转矩倍数和最大转矩倍数；
[0021] 3)铁心长度、气隙长度和定子内、外径；
[0022] 4)定子线规，每槽线数，并联支路数，绕组形式和节距；
[0023] 5)定、转子槽数。
[0024]根据电机设计理论，定子齿磁密Bi 1的取值在1.40~1.60T之间，其平均值1.50T; 除了有些2极电机外，定子辄磁密B j 1取值在1.10~1.50T之间，取其平均值1.30T;转子齿 磁密Bi2-般在1.25~1.60T之间，取其平均值为1.4T;同理转子辄磁密Bj2取平均值为 1.4T，应用
[0025] 齿磁密计算公：
[0026] 辄磁密计算公：
[0027] 气隙磁密Βδ计；
[0028] 以及每极磁通-
[0029] 再结合设计手册给出数据，估算出定、转子槽型的全部尺寸，进一步估算得到三阶 热模型参数计算所需的定子绕组散热面积等参数。
[0030] 实验验证：
[0031] 实验平台采用Magtrol系统来控制电机的运行状态，并将电机与保护系统硬件通 过电流传感器相连接。在电机中预埋5个热电阻用来测量电机的实时温升。图2为温升实测 和热模型计算结果对比，图中曲线由上至下依次为轴伸（负载)侧最高温度、三阶热模型计 算结果、非轴伸(风扇)侧最高温度、一阶热模型计算结果。可见三阶热模型计算的最高温升 与实测温升基本吻合，且介于实测的轴伸侧与非轴伸侧绕组端部温升之间其温度反应的准 确率高于现有技术的一阶模型计算方法。
[0032] 本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术 领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只 要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保 护范围。
【主权项】
1. 一种电动机温升测量方法，其特征在于：建立电动机三阶热模型，热模型结构为，机 座与Rcase - 端接地，Rcase另一端与Ryoke、Rew、Rshaf t的一端连接，Ryoke的另一端与Rteeth、Cstator、 Pir的一端连接，Cstatcir和Pir的另一端接地，Rew的另一端与0^1、？>、1?。^1的一端连接，(^1和 Pjs的另一端接地，Rteeth的另一端与Rcoil的另一端和Rair的一端连接，Rshaf t和Rair的另一端与 Crcitcir和Pjr的一端连接，Crcitcir和Pjr的另一端接地，其中R ycike是定子铁心和机座间热阻，Rcase 是机座和外部空气间热阻，Rt%th是定子齿槽和铁心间热阻，Rrall是定子绕组和齿槽间热阻， Rshaft是转轴和机座间热阻，Rair是气隙热阻，Rew是定子端部绕组和端盖间热阻，C rall是定子 绕组热容，Crcitcir是转子热容，Cstatcir是定子铁心热容，P ir是定子铜耗产生的热量，Pjs是定子 铁耗产生的热量，Pr是转子铜耗产生的热量;通过三阶热模型对应的离散矩阵方程式9[(k+ I) T ] = C-1E Θ (kT) +C-1BP (kT) = F0 (kT) +GP (kT)计算得到电动机各部分的实时温升。2. 按照权利要求1所述的一种电动机温升测量方法，其特征在于:所述三阶热模型对应 的离散矩阵方程式的F、G系数矩阵是由热模型中的热阻和热容计算得到的，热阻、热容的计 算依赖于电机的结构尺寸和材料热力学系数。3. 按照权利要求2所述的一种电动机温升测量方法，其特征在于：当电机的结构尺寸未 知的时候，通过电机设计理论并参考Y或Y2系列电机设计手册给出的额定参数和常规尺寸 来估算其他所需结构尺寸。4. 按照权利要求3所述的一种电动机温升测量方法，其特征在于:所述估算过程为，根 据电机设计理论，定子齿磁密Bi 1的取值在1.40~1.60T之间，其平均值1.50T;除了有些2极 电机外，定子辄磁密Bjl取值在1.10~1.50T之间，取其平均值1.30T;转子齿磁密Bi2-般在 1.25~1.60T之间，取其平均值为1.4T;同理转子辄磁密B j2取平均值为1.4T，应用齿磁密计 算公式 辄磁密计算公式 隙磁密Βδ计算公式 以及每极磁 ? f 通计算公式：再结合设计手册给出数据，估算出定、转子槽型的全部尺寸。
【文档编号】G01K17/00GK105890811SQ201610219404
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】高琳, 张厚成
【申请人】南京深科博业电气股份有限公司, 西安交通大学