交流电机绕组温度检测电路、温度检测仪及交流电机的制作方法

本申请涉及检测设备技术领域，特别是涉及一种交流电机绕组温度检测电路、温度检测仪及交流电机。

背景技术

电机的使用寿命、稳定性等均与工作温度之间存在密切的联系。按照国标的规定，不同绝缘等级的电机绕组有不同的允许温升，若电机绕组的温升超过了规定值，会影响电机的使用寿命，严重时会烧坏电机。

因此，必须准确的测定电机额定运行时电机绕组的温度从而检查电机的性能是否合格。现有针对电机中绕组的常规测试方法通常包括温度计测试法和热电偶测试法两种。

其中，温度计测试法是指采用各种不同类型的温度计，直接测量电机在不同位置的维度。热电偶测试法则通过使用热电偶温度测试仪，选择性的测试电机表面或者绕组漆包线表面某些取样点的温度变化情况。

在实现本申请的过程中，申请人发现现有技术中存在如下问题：使用温度计测试法时，不能实时测量电机内部的线圈绕组温度，受到环境因素的影响，相互之间差异较大而不准确。

而确定热电偶测试法所需要的响应时间比较复杂，不同的试验条件会有不同的测量结果(因为它受热电偶与周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短)。另外，很多电机绕组有金属外壳，也不方便埋线进行测试。

技术实现要素：

本申请实施例主要解决的技术问题是：现有的温升测试方法无法很好的满足使用需要。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种交流电机绕组温度检测电路。所述交流电机绕组温度检测电路包括：交直流隔离电路、电阻检测电路以及处理器；

所述交直流隔离电路由至少一个电感组成，具有输入端和输出端；所述交直流隔离电路用于隔断所述输入端与所述输出端之间的交流电流并允许直流电流通过；

所述电阻检测电路的检测端与所述交直流隔离电路的输出端连接，用于生成跟随所述交流电机绕组的电阻值而变化的电压信号，所述电压信号从所述电阻检测电路的信号输出端输出；

所述处理器与所述电阻检测电路的信号输出端连接，用于接收所述电压信号并根据所述电压信号计算当前交流电机绕组的温度变化。

可选地，所述交直流隔离电路包括：第一电感、第二电感以及第一电容；所述第二电感的一端为所述输入端的其中一个连接端子，另一端与所述第一电容的一端连接；所述第一电容的另一端为所述输入端的另一个连接端子；所述第一电感的一端为所述输出端的其中一个连接端子，另一端与所述第一电容的正极连接；所述第一电容的另一端为所述输出端的另一个连接端子。

可选地，所述交直流隔离电路还包括负载电阻；所述负载电阻的一端与所述第一电容的一端连接，所述负载电阻的另一端与所述第一电容的另一端连接。

可选地，所述电阻检测电路包括：桥式检测单元、放大单元以及滤波单元；所述桥式检测单元通过所述电阻检测电路的检测端与所述交直流隔离电路的输出端连接，根据所述交流电机绕组的电阻值变化而在桥式检测单元的电压输出端产生对应的弱电压信号；所述放大单元的放大信号输入端与所述桥式检测单元的电压输出端连接，用于放大所述弱电压信号，形成所述电压信号；所述电压信号从所述电阻检测电路的信号输出端输出；所述滤波单元与所述放大单元的放大信号输入端和所述电阻检测电路的信号输出端连接，用于滤除在所述弱电压信号放大过程中产生的干扰信号。

可选地，所述桥式检测单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻以及直流电源；

所述第一电阻的一端与所述输出端的一个连接端子连接，所述第一电阻的一端还形成第一输出脚；所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端还与所述直流电源连接；所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端还形成第二输出脚；所述第三电阻的另一端与所述输出端的另一个连接端子连接并接地；在所述交流电机绕组的电阻值发生变化时，从所述第一输出脚和所述第二输出脚输出对应的弱电压信号。

可选地，所述放大单元包括：运算放大器、第二电容以及第八电阻；所述运算放大器的反相输入端和正相输入端为信号接收端，用于接收所述弱电压信号；所述运算放大器的反相输入端通过第二电容与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的反相输入端还通过第八电阻与所述运算放大器的输出端连接。

可选地，所述滤波单元包括：第七电阻、第九电阻、第三电容以及第四电容；

所述第七电阻一端与所述运算放大器的正相输入端连接，另一端接地；所述第三电容的一端与所述运算放大器的正相输入端连接，另一端接地；

所述第九电阻一端与所述运算放大器的输出端连接，另一端形成所述检测信号输出端；所述第九电阻的另一端还通过第四电容接地。

可选地，所述放大单元还包括第四电阻和第五电阻；

所述第一输出脚通过所述第四电阻与所述运算放大器的反相输入端连接；所述第二输出脚通过所述第五电阻与所述运算放大器的正相输入端连接。

可选地，所述处理器具体用于：根据接收的所述电压信号，计算所述交流电机绕组的电阻值变化情况；根据所述电阻值变化情况，计算所述交流电机绕组的温度变化。

可选地，所述处理器通过如下算式计算所述交流电机绕组的温度变化：

其中，δt为所述交流电机绕组的温度变化，rcb2为当前时刻，交直流隔离电路的输出端的电阻值，rcb1为初始时刻，交直流隔离电路的输出端的电阻值，t1为初始室温，t2为当前室温，k为绕组系数。

为解决上述技术问题，本申请另一实施例提供一种温度检测仪。该温度检测仪包括如上所述的交流电机绕组温度检测电路、检测端子以及显示装置；

所述交流电机绕组温度检测电路的输入端延伸形成检测端子，所述检测端子用于与交流电机的交流电机绕组连接；

所述交流电机绕组温度检测电路的处理器用于计算所述交流电机绕组的温度变化；所述显示装置与所述处理器连接，用于显示所述交流电机绕组的温度变化。

为解决上述技术问题，本申请另一实施例提供一种交流电机。该交流电机包括电机绕组、电源开关以及如上所述的交流电机绕组温度检测电路；

所述交流电机绕组温度检测电路的输入端与所述交流电机绕组连接，所述交流电机绕组温度检测电路的处理器与所述电源开关连接，所述处理器用于根据所述交流电机绕组的温度变化，控制所述交流电机的运行。

本申请实施例的交流电机绕组温度检测电路，采用电感隔离的方式隔离了交流电机侧的交流强电，可以实现对交流电机的实时在线温升测试，从而全面、真实的反映交流电机的实时运行情况。最终获得的温升测试结果是交流电机运行过程中的实时温度数据，测量准确度高。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为电容运转式单相异步电动机的电机绕组示意图；

图2为定子绕组为星形连接的三相异步电动机的电机绕组示意图；

图3为图1和图2所示的电机绕组的等效电阻示意图；

图4为本申请实施例的交流电机绕组温度检测电路的应用环境示意图；

图5为本申请实施例的交流电机绕组温度检测电路的结构框图；

图6为本申请实施例的交流电机绕组温度检测电路的电路原理图；

图7为本申请实施例的交流电机绕组阻抗的等效电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在实际应用中的交流电机具体具有多种不同的类型。一般的，可以分为单相电机和三相电机两大类。图1和图2所示的为惯常使用，比较常见的几种交流电机的电机绕组示意图。

其中，图1所示为电容运转式单相异步电动机。图2是定子绕组为星形连接的三相异步电动机。根据图1和图2所示的，可以看出在电机绕组的a、b两端的直流电阻为直流电流从a端到b端所经过电机绕组的直流绕组,其具体可以等效为一个相应的等效电阻。

在本实施例中，以“等效电阻”表示与电机绕组的直流电阻值相等的一个虚构的电阻。图3为所述等效电阻在a端和b端之间的示意图。如图3所示，在电路原理图中，电机绕组的等效电阻可以由连接在a端和b端之间的电阻rx表示。

基于电阻随温度变化而改变的原理，通过测量交流电机绕组的等效电阻在常温和运行时的阻值变化，根据相应的电阻-温度变化公式，即可间接的计算交流电机绕组的温度变化。

一般的，该等效电阻的阻值变化可以通过平衡电桥等方式测试获得。但由于交流电机在工作时，等效电阻的两端会施加有很强的交流电压，使得电桥测试的方式无法使用。因此，对等效电阻的阻值测量必须要在电机停机的状态下才能进行。该非实时的测试方式，会影响电阻值测量结果的准确性并带来使用上的不便。

为了避免上述测量方式导致的一系列问题，可以使用本申请实施例提供的交流电机绕组温度检测电路测量在工作状态下的交流电机绕组的等效阻值，实现对交流电机绕组温度变化的实时在线检测。

图4为本申请实施例提供的交流电机绕组温度检测电路的应用环境。如图4所示，在该应用环境中包括：交流电源10、电器产品20、交流电机绕组温度检测电路30、控制器40、通信模块50、云端平台60、用户终端70以及网络80。

交流电源10具体可以是符合不同标准的交流电压以及频率工频交流电，供电器产品接入，用于为电器产品20提供电能。交流电源10的电压和频率具体根据产品实际需要的额定电压和频率范围所决定。例如，220v50hz、240v50hz或者120v60hz。

电器产品20是任何类型的家用或者工用的电器设备。在电器产品20中至少包括用于提供动力的交流电机21以及用于控制交流电机的电机驱动电路22。所述电器产品20还可以具有其它合适的硬件设备模块，用以实现一种或者多种不同的功能，例如机壳、传动变速箱等。

所述交流电机21具体可以是任何合适类型的电机，例如如图2或者图3所示的交流电机。在电器产品20的运行过程中，交流电机21的工作温度是非常重要的技术指标。在工作温度过高的情况下，交流电机21的绕组会容易出现绝缘性能下降，加速老化等问题。

所述电机驱动电路22是用于切换交流电机的供电状态的开关装置，例如，按键开关、继电器、可控硅器件(如双向晶闸管)。其可以根据控制信号或者用户指令，切断或者接通电源。

交流电机绕组温度检测电路30是一个用于进行交流电机绕组的等效电阻值测量的低压电路。该交流电机绕组温度检测电路30与交流电机21的电机绕组连接，检测其电阻值的变化。在本实施例中，所述交流电机绕组温度检测电路30可以作为一个功能模块，整合在电器产品20的内部，为电器产品20提供绕组温度检测功能。

在另一些实施例中，所述交流电机绕组温度检测电路20也可以独立于所述电器产品20设置，设置相应的外壳和交互装置后，作为温度检测仪使用，用于检测多个不同的电器产品20的绕组温度。

所述控制器40可以是任何类型的，具有一定逻辑运算能力的芯片或者集成电路。所述控制器40可以作为所述交流电机绕组温度检测电路30中的其中一个功能模块，根据检测到的电阻值变化来计算电机的温度变化情况。所述控制器40还可以包括至少一个存储器，存储有相应的计算程序，在需要时由控制器40调用。

在一些实施例中，所述控制器40也可以从交流电机绕组温度检测电路30分离，由电器产品的主控制板执行相同的功能。此时，所述交流电机绕组温度检测电路20仅作为一个检测传感器，向主控制板提供相应的采样参数使电器产品的主控制板具备相应的温升检测功能。

所述通信模块50是用于建立控制器40或者绕组温度检测电路30与外界通信连接的硬件功能模块。其具体可以基于多种不同通信方式选择对应的硬件模组。例如，所述通信模块50可以是wifi模组、蓝牙模组、gprs通信模块等。

所述云端平台60可以是用于提供一种或者多种应用服务的电子计算平台。所述云端平台60由服务器提供硬件支持，通过网络80获取来自绕组温度检测电路30的检测信号。所述云端平台60还进一步的可以通过网络80向用户终端70推送相应的电器产品的温度检测结果，在温度过高时发挥提醒作用，用以确保电器产品的安全运行。

在本应用环境中，所述交流电机绕组温度检测电路30、控制器40以及通信模块50、云端平台60以及用户终端70可以组成智能家居中的有机组成部分，提供相应的电器安全功能。云端平台60可以持续的记录家中各个电器产品的温升参数。用户可以通过用户终端70调用或者查看相关的温升参数信息。

进一步的，所述云端平台60还可以支持更智能化的功能，例如将温升参数以自动传送的方式，推送到用户终端70中。或者当电器产品的温度上升到设定阈值时，自动推送报警信息或者启动关机保护功能，控制电器产品自动关机，保护电器产品的运行安全。

图5为本申请实施例提供的交流电机绕组温度检测电路30的功能框图。如图5所示，所述交流电机绕组温度检测电路具体包括：交直流隔离电路31、电阻检测电路32以及处理器33。

其中，所述交直流隔离电路31由至少一个电感组成，具有输入端和输出端。该交直流隔离电路31具有隔断所述输入端与输出端之间的交流电流并允许直流电流通过的电学特性。

待测绕组的两端分别与交流电源的火线acl和零线acn(即交流电源的零电势中性点)连接。由于在交流电机工作时，加载在绕组上的交流电源会破坏和干扰用于进行等效电阻的电阻值检测的模拟电路。因此，可以利用交直流隔离电路31，使其输入端与电机绕组m连接，隔离加载在待检测绕组m上的交流电源，从而使实时在线的检测等效电阻的电阻值成为可能。

如图6所示，所述交直流隔离电路可以包括：第一电感l1、第二电感l2以及第一电容c1。

其中，所述第二电感l2的一端为所述输入端的其中一个连接端子a，另一端与所述第一电容c1的一端连接；所述第一电容c1的另一端为所述输入端的另一个连接端子b。

所述第一电感l1的一端为输出端的其中一个连接端子c，另一端与所述第一电容c1的正极连接；所述第一电容的另一端为所述输出端的另一个连接端子d。

在一些实施例中，所述交直流隔离电路还可以包括负载电阻r0。所述负载电阻r0的一端与所述第一电容c1的一端连接，所述负载电阻的另一端与所述第一电容c1的另一端连接。

具体的，所述第一电容可以为具有较大电容量的电解电容。在所述第一电容为电解电容时，所述电解电容的正极与所述第二电感l2和负载电阻r0的一端连接。所述电解电容的负极则接地，实现上述交直流隔离的效果。

图7为交流电机绕组阻抗等效变换的等效电路示意图。如图7所示，以rx表示待测交流电机绕组对应的等效电阻，r20和r10分别表示第一电感l1和第二电感l2的对应的直流电阻值，r0为负载电阻的电阻值。

根据图7所示的连接关系，可以看到在交直流隔离电路的输出端c和d之间测得的直流电阻rcb为：

由于r10、r20以及r0均为已知量。由此，可以推导计算出rx的电阻值为：

在确定直流电阻rcb的电阻值变化以后，可以据此计算出交流电机绕组的温度变化。

所述电阻检测电路32的检测端与所述隔离电路31的输出端连接，生成跟随所述交流电机绕组的电阻值rx而变化的电压信号。所述电阻检测电路32可以是基于电流或者电压进行电阻值检测的电路，例如可以采用常用的电桥测量输出端c和d之间的电阻值rcb。生成的电压信号从所述电阻检测电路的信号输出端输出，提供给后续功能模块使用。

具体的，图5为本申请实施例提供的基于电桥电路实现的电阻检测电路32。如图5所示，所述电阻检测电路包括：桥式检测单元321、放大单元322以及滤波单元323。

其中，所述桥式检测单元321的输入为所述电阻检测电路的检测端。其与所述交直流隔离电路的输出端连接，根据所述交流电机绕组的电阻值变化而产生对应的弱电压信号，并且在桥式检测单元的信号输出端输出。

如图6所示，在一些实施例中，该桥式检测单元由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及直流电源vcc组成。

其中，所述第一电阻r1的一端与输出端c连接，所述第一电阻r1的一端还形成第一输出脚321c。所述第一电阻r1的另一端与所述第二电阻r2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端还与所述直流电源vcc连接。

所述第二电阻r2的另一端与所述第三电阻r3的一端连接，所述第二电阻r2的另一端还形成第二输出脚321d。所述第三电阻r3的另一端与输出端d连接并接地。

所述第一输出脚和所述第二输出脚形成所述桥式检测单元的信号输出端。

在图6所示的检测电路中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及输出端cd之间的总电阻rcb组成了一个具有四个桥臂的典型电桥电路。该电桥电路具有321a/321b和321c/321d的两个对角端。其中，21a/321b对角端与直流电源vcc连接，通过调节平衡该电桥电路，令交流电机的绕组在常温状态(非工作状态)在321c/321d对角端输出的压差为0。

这样的，当交流电机工作一定时间，交流电机绕组的温度上升以后，交流电机绕组的内阻会发生相应的变化，进而导致等效电阻rx发生变化。当等效电阻rx的电阻值发生变化后，相应的直流电阻值rcb会发生变化，从而使得电桥电路的平衡被破坏，在321c/321d对角端将输出跟随等效电阻rx的电阻值变化的弱电压信号。亦即，在等效电阻的电阻值发生变化时，从所述第一输出脚321c和所述第二输出脚321d输出所述弱电压信号。

在一些实施例中，为了进一步的提高电桥检测单元的稳定性和检测结果的准确程度，所述直流电源vcc还可以通过滤波电容c2接地。通过增加滤波电容c2的方式滤除干扰信号。

所述放大单元322的放大信号输入端与所述桥式检测单元的电压输出端连接，用于放大所述弱电压信号，形成所述电压信号。所述电压信号从所述电阻检测电路的信号输出端输出至所述处理器中。所述放大单元322具体可以采用任何合适类型的电压放大电路，将弱电压信号放大特定的倍数。例如，所述放大电路33可以是基于运算放大器的放大电路或者基于其它的半导体元件建立的放大电路。

请继续参阅图6，在一些实施例中，所述放大单元322具体包括：运算放大器u1、第三电容c3以及第八电阻r8。

所述运算放大器的反相输入端1和正相输入端2分别与桥式检测单元321的对角端321c/321d连接，接收所述跟随电阻值变化的弱电压信号。所述运算放大器的反相输入端通过第三电容c3与所述运算放大器的输出端3连接，所述运算放大器的反相输入端还通过第八电阻r8与所述运算放大器的输出端连接。

在一些实施例中，如图6所示，所述桥式检测单元和运算放大器的反相输入端1和正相输入端2之间还可以分别串联连接限流电阻以发挥限流作用。亦即，所述第一输出脚321c可以通过第四电阻r4与所述运算放大器的反相输入端-连接；所述第二输出脚321d则通过第五电阻r5与所述运算放大器的正相输入端连接。

在图6所示的运算放大单元中，第三电容c3是连接在反相输入端和输出端之间的反馈电容。所述运算放大单元对于电压的放大倍数由第八电阻r8的电阻值和第四电阻r4和比值所决定。在实际应用过程中，可以根据实际情况，通过调整第八电阻r8和第四电阻r4的比值来调整电压信号的放大倍数。

所述滤波单元323与所述放大单元322的放大信号输入端和所述电阻检测电路的信号输出端连接，用于滤除在所述弱电压信号放大过程中产生的干扰信号。

请继续参阅图6，在一些实施例中，所述滤波单元323可以包括：第七电阻r7、第九电阻r9、第四电容c4以及第五电容c5。

其中，所述第七电阻r7一端与所述运算放大器的正相输入端2连接，另一端接地。所述第四电容c4的一端与所述运算放大器的正相输入端2连接，另一端接地。所述第九电阻r9一端与所述运算放大器的输出端连接，另一端为电压信号输出端。所述第九电阻r9的另一端还通过第五电容c5接地。

所述第四电容c4和第五电容c5用作滤波电容使用，可以滤除在放大过程中其它的干扰信号，确保在运算放大器的输出端能够输出准确的电压信号，供后续的处理器计算相应的绕组温度变化。

处理器33具有相应的数字或者模拟信号接口，与所述信号输出端连接，接收上述电压信号并通过上述实施例揭露的公式计算交流电机绕组的电阻值rx，并且根据该电阻值，计算交流电机绕组的温度变化。

由于交流电机绕组的电阻值rx与输出端cd之间的直流电阻rcb之间存在对应关系。因此，为了简化运算，可以根据电阻-温度变化公式，通过直流电阻rcb的变化来计算交流电机绕组的温度变化情况。

具体的，处理器可以通过如下算式计算所述交流电机绕组的温度变化：

其中，δt为交流电机绕组的温度变化，rcb2为当前时刻，测量获得直流电阻rcb的电阻值(即当前电阻值)，rcb1为初始时刻，测量获得直流电阻rcb的电阻值(即初始电阻值)，t1为初始室温，t2为当前室温。k为绕组系数，由绕组的材质所决定。例如，铜绕组的k值为234.5，铝绕组的k值为225。

综上所述，在本实施例提供的交流电机绕组温度检测电路基于电感的高感抗，实现成本较低的交直流隔离电路，可以很好的实现交流电机的工作电源与交流电机绕组温度检测电路之间的隔离，令交流电机绕组温度检测电路能够实时在线的进行检测。

而且，整个电路的电路面积较小，可以具有广泛的应用范围，既可以作为整合在交流电机内部的功能模块，使相应的交流电机或者电器产品具有相应的绕组温度检测功能，也可以作为独立的交流电机绕组温度检测仪使用。

通过以上的实施方式的描述，领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。