基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法与流程

本发明涉及永磁同步电机的温度以及特性检测领域，具体是一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法。

背景技术：

永磁电机具有结构简单、高效，调速性能良好等优点，已经被广泛使用。在煤炭开采过程中，电机是必不可少的部件之一，矿井运输和提升以及通风过程，都需要电机的辅助作用。目前《煤矿安全规程》中规定生产矿井采掘工作面温度不得超过26℃，机电设备硐室空气温度不得超过30℃。由于工作过程中，永磁同步电机不停运转，导致机体及其它部位温度不断升高，对易受温度影响的电阻以及永磁体磁性具有很大的影响，影响永磁同步电机在瞬态时的工作性能。

目前，对于永磁同步电机的起动特性检测，采用的是无位置传感器检测方法以及传统pid检测手段。目前的这些对永磁同步电机的检测方法至少还存在着以下几方面的问题：目前很少对某一环境温度下对永磁同步电机的瞬态特性进行检测，对于矿用永磁同步电机的起动特性分析和检测较少，目前没有一种是建立在环境温度基础上对矿用永磁同步电机起动特性优良进行检测的方法。为了解决在这方面的不足，本专利将设计一种可以针对环境温度变化检测矿用永磁同步电机起动特性优良的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法；该方法可以检测出矿用永磁同步电机的起动特性优良，为后续的结构改进奠定基础，起动性能提高奠定基础。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，该方法研究系统由永磁同步电机、温度控制器、扭矩转速测量仪、变频器、三相电流测量仪以及矿用对象等主要器件组成，通过控制开关向该系统通电，调节系统各个部分的功能，温度控制器控制永磁同步电机所处的环境温度，变频器调节永磁电机的频率，扭矩转速测量仪检测永磁同步电机在不同环境温度下的转矩和转速，三相电流测量仪测量永磁同步电机的三相电流数据，矿用对象为永磁同步电机运行过程所受到的负载。

作为优选，本发明提供的一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，该方法通过调节温度控制器，控制住永磁同步电机的所处环境温度，变频器调节永磁电机的频率，使其能够正常运行，扭矩转速测量仪，三相电流测量仪对永磁同步电机所处的环境温度进行数据测量，之后将所测的相应环境温度下的数据导入数据分析程序中，进行数据对比判定，确定在什么环境温度下永磁同步电机的起动特性更优。

作为优选，本发明提供的一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，所述温度控制器专门针对永磁同步电机调节温度所用的控制器，在控制器的控制下对温度控制器进行控制，永磁同步电机处于该温度控制器控制范围之内，通过设置温度控制器处于某一温度，并进行维持，以此对温度控制器设置0℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，70℃，并进行维持，确保永磁同步电机处于设定环境温度环境中。

作为优选，本发明提供的一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，所述转矩转速测量仪，三相电流测量仪是测量在某一环境温度下永磁同步电机运行时的性能数据。

作为优选，本发明提供的一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，温度影响永磁和定子电阻的性能，具体表现为：

rs＝r20+kr20(t-20)

其中br20、hc20为20℃时的剩磁密度大小和矫顽力大小，αbr和βhr分别为剩磁密度和矫顽力温度系数，r20为20℃时的定子电阻阻值，k为定子电阻的温度系数，t为温度(℃),br、hc、rs分别为任意温度下的剩磁密度、矫顽力以及定子电阻阻值；由于环境温度对永磁体的剩磁密度和矫顽力具有一定的影响，因此对最大转矩为：

其中tcmax为起动过程最大转矩，m为相数，p为极对数，r1为每相电枢绕组的直流电阻值，ω；x′2为漏电抗的折算值,ω，f代表永磁电机的频率，hz；x1为定子绕组的每相漏磁电抗,ω；其中的c1＝1+x1/xm；对输入三相电流进行park转换和clark转换，获得输出的三相电流数据，

park转换：

clark转换：

综合永磁同步电机的起动效率为：

p1＝p2+pfw+ps+pfe+pcu

其中η为永磁同步电机效率，p1、p2输入功率和输出功率，pfw、ps、pfe、pcu分别为机械损耗、散损、铁损以及铜损，单位均为kw。

作为优选，本发明提供的一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，对于不同环境温度影响下，矿用永磁同步电机的效率高于80％即为起动性能优，矿用永磁同步电机效率低于60％即为起动性能差；起动过程最大转矩越大性能越优，起动过程电流越小性能越优。

有益效果：

本发明的有益效果体现在：

1、可以对环境温度引起的永磁同步电机起动特性优良进行检测，为永磁同步电机在特殊环境温度提供参考依据；

2、检测方法简便，具有一定的反馈作用，具有自动化的性能；

3、可以为永磁同步电机的起动性能改善提供参考。

附图说明

图1是环境温度对矿用永磁同步电机的起动性能测试系统示意图；

图2是环境温度对矿用永磁同步电机的起动性能优良检测方法流程图；

图3是某一实施案例在不同环境温度下矿用永磁同步电机的起动效率图；

图4是某一实施案例在不同环境温度下矿用永磁同步电机的起动电流图；(a1、a2、a3:分别表示各个温度下a相、b相、c相电流变化趋势图；a1、a2、a3:分别为的a相、b相、c相的首个波峰或波谷的局部电流放大图)

图5是某一实施案例在不同环境温度下矿用永磁同步电机的起动转矩及最大转矩放大图；(z1:表示各个温度下的起动转矩变化；z1：最大起动转矩的局部放大图)

具体实施方式

根据图1-图5，一种基于环境温度变化的矿用永磁同步电机起动特性优良检测方法，该方法研究系统由永磁同步电机、温度控制器、扭矩转速测量仪、变频器、三相电流测量仪以及矿用对象等主要器件组成，通过控制开关向该系统通电，调节系统各个部分的功能，温度控制器控制永磁同步电机所处的环境温度，变频器调节永磁电机的频率，扭矩转速测量仪检测永磁同步电机在不同环境温度下的转矩和转速，三相电流测量仪测量永磁同步电机的三相电流数据，矿用对象为永磁同步电机运行过程所受到的负载；该方法通过调节温度控制器，控制住永磁同步电机的所处环境温度，变频器调节永磁电机的频率，使其能够正常运行，扭矩转速测量仪，三相电流测量仪对永磁同步电机所处的环境温度进行数据测量，之后将所测的相应环境温度下的数据导入数据分析程序中，进行数据对比判定，确定在什么环境温度下永磁同步电机的起动特性更优；所述温度控制器专门针对永磁同步电机调节温度所用的控制器，在控制器的控制下对温度控制器进行控制，永磁同步电机处于该温度控制器控制范围之内，通过设置温度控制器处于某一温度，并进行维持，以此对温度控制器设置0℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，70℃，并进行维持，确保永磁同步电机处于设定环境温度环境中；所述转矩转速测量仪，三相电流测量仪是测量在某一环境温度下永磁同步电机运行时的性能数据；温度影响永磁和定子电阻的性能，具体表现为：

rs＝r20+kr20(t-20)

其中br20、hc20为20℃时的剩磁密度大小和矫顽力大小，αbr和βhr分别为剩磁密度和矫顽力温度系数，r20为20℃时的定子电阻阻值，k为定子电阻的温度系数，t为温度(℃),br、hc、rs分别为任意温度下的剩磁密度、矫顽力以及定子电阻阻值；由于环境温度对永磁体的剩磁密度和矫顽力具有一定的影响，因此对最大转矩为：

其中tcmax为起动过程最大转矩，m为相数，p为极对数，r1为每相电枢绕组的直流电阻值，ω；x′2为漏电抗的折算值,ω，f代表永磁电机的频率，hz；x1为定子绕组的每相漏磁电抗,ω；其中的c1＝1+x1/xm；对输入三相电流进行park转换和clark转换，获得输出的三相电流数据，

park转换：

clark转换：

综合永磁同步电机的起动效率为：

p1＝p2+pfw+ps+pfe+pcu

其中η为永磁同步电机效率，p1、p2输入功率和输出功率，pfw、ps、pfe、pcu分别为机械损耗、散损、铁损以及铜损，单位均为kw；对于不同环境温度影响下，矿用永磁同步电机的效率高于80％即为起动性能优，矿用永磁同步电机效率低于60％即为起动性能差；起动过程最大转矩越大性能越优，起动过程电流越小性能越优。

基于环境温度的矿用永磁同步电机的起动特性优良检测方法，首先对变频器，温度控制器通电，通电之后，采用计算机对系统进行控制，设置温度控制器的温度，依次设置0℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、70℃的温度，每一个温度设置都建立在前一次检测结束之后，温度控制器使矿用永磁同步电机处于设置的环境温度之中，之后对永磁同步电机通电，使其在相应的矿用对象负载下进行运转，扭矩转速测量仪、三相电流测量仪对永磁同步电机的起动过程的三相电流数据，转矩数据进行测量记载，将所测数据导入数据库中，之后对永磁同步电机进行断电处理，再更换环境温度进行相同的步骤测试；所有测试环境温度下的起动性能数据测量完毕之后，再通过计算机对数据进行分析求解，得出在该环境温度下的永磁同步电机起动效率，将效率进行对比，起动效率高于80％即判定为起动性能优，起动效率低于60％即判定为起动性能差，效率处于60％-80％之间的起动效率，对起动过程的最大转矩，三相电流进行对比判定，最大转矩越大性能越佳，三相电流越小性能越优。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。