專利名稱：跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一項(xiàng)利用數(shù)字計算機(jī)系統(tǒng)連續(xù)跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升的技術(shù)。
中國發(fā)明專利申請第85102463號披露了一項(xiàng)采用模擬電路跟隨電機(jī)運(yùn)行溫度對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)的方案。中國阿城電器廠生產(chǎn)的ZDB-10系列電機(jī)過載綜合保護(hù)裝置上設(shè)有一儀表，通過儀表刻度指示電機(jī)溫升的百分值，具有熱復(fù)制功能，其電路結(jié)構(gòu)是采用RC電路建立的電機(jī)熱模型。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的保護(hù)裝置中也使用了微型數(shù)字計算機(jī)，通常是采用模擬電機(jī)發(fā)熱的方法，例如采用C＝fI2dt形式的數(shù)學(xué)模型，將代表電機(jī)發(fā)熱熱量的數(shù)據(jù)累計求和，當(dāng)和達(dá)到一定數(shù)值后即令過載保護(hù)動作。
跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升長期以來一直是一個技術(shù)上的目標(biāo)，真實(shí)、準(zhǔn)確的電機(jī)溫升數(shù)值對電機(jī)運(yùn)行的監(jiān)視與過載保護(hù)有極重要的意義。由于影響電機(jī)溫升變化的因素較多，要在各種異常條件下跟隨電機(jī)溫升有一定難度，上述幾種方式均未能提供較準(zhǔn)確的電機(jī)運(yùn)行溫升值。
本發(fā)明的目的，在于提供一種可適應(yīng)于不同參數(shù)電機(jī)并能在任何工作方式下基本上真實(shí)反映電機(jī)運(yùn)行溫升的方法及其應(yīng)用方式。
本

發(fā)明內(nèi)容
如下利用一可用于工業(yè)實(shí)時控制過程的計算機(jī)系統(tǒng)，在向系統(tǒng)輸入電機(jī)發(fā)熱時間常數(shù)，電機(jī)鐵損耗與銅損耗之比，電機(jī)額定電流與額定溫升等參數(shù)后，通過適當(dāng)?shù)膫鞲?、變換電路分別取得按比例隨電機(jī)工作電流有效值與工作電壓有效值變化的模擬量，經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后饋入計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值處理，形成電機(jī)的工作電流倍數(shù)K(對應(yīng)于電機(jī)電流，K＝1)和工作電壓倍數(shù)Ku(對應(yīng)于電機(jī)額定電壓Ku＝1)，則計算機(jī)系統(tǒng)按以下數(shù)學(xué)模型求取每次采樣周期內(nèi)電機(jī)溫升的增量△Θxi(°K)，并與上一次計算所得采樣周期未時刻電機(jī)溫升Θxi-1相加，則得到本次采樣周期未時刻電機(jī)溫升Θxi的值Θxi＝△Θxi+Θxi-1……(1)

式中Θe-電機(jī)額定溫升，°K;
N-電機(jī)鐵損耗與銅損耗之比;
T-電機(jī)發(fā)熱時間常數(shù)，秒;
α-電機(jī)繞組導(dǎo)線材料的電阻率溫度系數(shù);
t-電機(jī)溫升的采樣計算周期，t＜＜T;
Ku-電機(jī)工作電壓有效值與電機(jī)額定電壓之比，K＝0時Ku＝0;
K-電機(jī)工作電流有效值與電機(jī)額定電流之比;
Ki-電機(jī)工作電流不平衡系數(shù)，用以反映三相電機(jī)各相電流不平衡引起的電機(jī)額外發(fā)熱，通過對三相電流采樣并取得各相電流倍數(shù)后，Ki用下式計算Ki＝1+ (Kl-Ks)/((2～3)Kl) ……(3)上式中，Kl是最大相電流倍數(shù)，Ks是最小相電流倍數(shù);μ-電機(jī)熱系數(shù)，K＜2.5時，μ＝1，K≥2.5后，μ＝1+0.2(K-2.5)，K＝0時，可令μ≥2;
Θxi-1-電機(jī)的上次采樣未時刻計算所得溫升值。
上述溫升計算結(jié)果即為電機(jī)溫升跟蹤值，可利用數(shù)字顯示裝置將其立即顯示出來，在與環(huán)境溫度相加后為電機(jī)運(yùn)行溫度。
上述數(shù)學(xué)模型反映了以下一些情況對電機(jī)溫升的影響1、電機(jī)鐵損耗隨工作電壓倍數(shù)Ku平方的變化;2、電機(jī)銅損耗隨工作電流有效值倍數(shù)K平方的變化;3、電機(jī)繞組直流電阻隨溫度變化引起的電機(jī)銅損耗的變化;4、三相電流不平衡時負(fù)序電流引起電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子繞組銅耗的增加;5、電機(jī)在低速、堵轉(zhuǎn)、斷電時冷卻時間常數(shù)改變的影響;6、電機(jī)在具有不同的額定溫升、發(fā)熱時間常數(shù)、鐵損耗與銅損耗比等參數(shù)時對電機(jī)溫升的影響。
上述數(shù)學(xué)模型，是采用按時間序列逐點(diǎn)計算電機(jī)溫升增量，累計求和的方法來跟蹤電機(jī)的真實(shí)溫升特性曲線，在t足夠小時，跟蹤的溫升特性與電機(jī)的真實(shí)溫升特性的變化規(guī)律是一致的，跟蹤所得電機(jī)溫升值代表電機(jī)的“平均溫升”映象，這一映象以電機(jī)在額定條件下運(yùn)行達(dá)到額定溫升為標(biāo)志。跟蹤所得電機(jī)溫升曲線與電機(jī)的理論溫升曲線形狀基本相同，且在電機(jī)額定溫升處基本相交，跟蹤誤差基本為零，在其它溫升處，跟蹤誤差有所加大。上述溫升跟蹤結(jié)果對監(jiān)視運(yùn)行中電機(jī)或電線電纜(N＝0)的過載情況，參與電機(jī)保護(hù)等都有重要的使用價值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提出的跟蹤電機(jī)溫升的方法有以下優(yōu)點(diǎn)1、跟蹤特性好，由于跟蹤特性的時間常數(shù)與電機(jī)發(fā)熱時間常數(shù)一致，所以能及時反映電機(jī)溫升的變化;
2、跟蹤誤差小，由于充分考慮到多種因素對電機(jī)溫升的影響，其數(shù)學(xué)模型與真實(shí)情況基本一致，并且選擇了電機(jī)額定溫升值為跟蹤誤差零點(diǎn)，累計誤差只能以較小有限數(shù)值出現(xiàn)，使得采用本方法可以無限長時間地跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升并保持其真實(shí)性;
3、能利用溫升跟蹤結(jié)果準(zhǔn)確判斷電機(jī)是否過載，有利于開發(fā)電機(jī)過載能力與保護(hù)電機(jī)的安全，可直接將溫升跟蹤數(shù)據(jù)作為按溫升限度保護(hù)電機(jī)過載的動作依據(jù)，或用作計算電機(jī)超溫升運(yùn)行壽命損失值的溫升依據(jù)。
本方法不適用于電機(jī)制造廠家用于測量電機(jī)繞組溫升，但可以用于用仿真的方式予測電機(jī)溫升，本方法在電機(jī)正常冷卻條件事故性異常后將不能正確反映電機(jī)溫升。
實(shí)施本發(fā)明，通常應(yīng)利用已有的工業(yè)過程實(shí)時處理微型計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，便如采用單片計算機(jī)的電機(jī)保護(hù)裝置，增加必要的硬件與參數(shù)，在軟件中增加相應(yīng)的程序并固化在EPRON中，也可采用專為實(shí)施本發(fā)明而設(shè)計的單片計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，應(yīng)用系統(tǒng)按以下方式工作1、利用整定電路向系統(tǒng)輸入整定參數(shù)，如電機(jī)額定電流、額定溫升、電機(jī)發(fā)熱時間常數(shù)、電機(jī)鐵損耗與銅損耗之比，并在該應(yīng)用系統(tǒng)開機(jī)時令初始采樣計算溫升值Θxi-1為零;
2、系統(tǒng)對電機(jī)工作電壓、電流采樣，并求出K、Ku、Ki、μ;
3、使用式(2)計算各次采樣時間內(nèi)的電機(jī)溫升增量△Θxi;
4、使用式(1)求出Θxi，其值即為當(dāng)前時刻電機(jī)溫升跟蹤值，輸出此數(shù)據(jù)，將其顯示出來或作其它用途;
5、令Θxi-1＝Θxi，即將本次采樣計算所得電機(jī)溫升Θxi作為下一次采樣計算溫升的初值Θxi-1;
6、返回2，不斷循環(huán)，顯示內(nèi)容則為電機(jī)溫升跟蹤值。
將利用此方法在Ku＝1、Ki＝1時，對電機(jī)在不同電流倍數(shù)K下跟蹤所得電機(jī)穩(wěn)定溫升值列表如下

利用上述溫升結(jié)果，可滿足以下需要1、監(jiān)視電機(jī)的負(fù)荷情況與安全狀況(也可將溫升值換算為百分?jǐn)?shù)顯示)，以便于工作人員掌握電機(jī)的負(fù)荷情況及過荷載能力。
2、在溫升達(dá)到規(guī)定限度時，可根據(jù)溫升上升的速率來確定減負(fù)荷的反饋量的大小，達(dá)到連續(xù)作業(yè)的工業(yè)過程不致于因某一電機(jī)過載脫離運(yùn)行而使過程中斷的目的。
3、直接利用溫升跟蹤數(shù)據(jù)對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)溫升超過許可值時，將電機(jī)負(fù)荷切除或切斷電機(jī)供電電源。
4、將電機(jī)溫升數(shù)據(jù)作為采用《按壽命損失保護(hù)電機(jī)過載的方法》的保護(hù)裝置對電機(jī)實(shí)行超過額定溫升運(yùn)行保護(hù)時計算壽命損失量的溫升數(shù)據(jù)，該溫升與環(huán)境溫度相加則為電機(jī)運(yùn)行溫度。
5、也可利用溫升跟蹤數(shù)據(jù)對電機(jī)按如下模式進(jìn)行保護(hù)，電機(jī)運(yùn)行溫升許可值可高于電機(jī)額定溫升，但達(dá)到溫升許可值的時間則由《按壽命損失保護(hù)電機(jī)過載的方法》以予限制，而溫升許可值則限制了電機(jī)在許可壽命損失值以下保護(hù)裝置未動作前電機(jī)的最高運(yùn)行溫升，這種相互制約的雙重保護(hù)模式能進(jìn)一步保證電機(jī)運(yùn)行的安全。
權(quán)利要求
1.利用數(shù)字計算機(jī)系統(tǒng)跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升的方法，其特征是在向計算機(jī)系統(tǒng)輸入電機(jī)額定電流、電機(jī)額定溫升、電機(jī)發(fā)熱時間常數(shù)、電機(jī)鐵損耗與銅損耗之比等參數(shù)后，再向該系統(tǒng)饋入電機(jī)工作電流信息與工作電壓信息，經(jīng)采樣、變換為數(shù)字量，數(shù)據(jù)處理后形成電機(jī)的工作電流有效值倍數(shù)K與工作電壓有效值倍數(shù)Ku，計算機(jī)系統(tǒng)則根據(jù)
計算每次采樣周期未時該電機(jī)運(yùn)行溫升，并可將其值立即用數(shù)字顯示出來，從而不間斷連續(xù)跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法其特征是用不平衡系數(shù)Ki來反映三相電流不平衡引起的電機(jī)額外發(fā)熱并表現(xiàn)為(Ki·K)2，并根據(jù)電機(jī)運(yùn)行電流的變化修改電機(jī)熱系數(shù)μ的值并表現(xiàn)為(μ·
e)與(μ·T);
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法其特征是電機(jī)在額定條件下運(yùn)行時，可使跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升的結(jié)果為電機(jī)額定溫升，電機(jī)運(yùn)行溫升與環(huán)境溫度相加后代表電機(jī)的運(yùn)行溫度;
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法其特征是電機(jī)運(yùn)行溫升跟蹤值反映電機(jī)的負(fù)荷情況，可將該數(shù)值用于按溫升限度保護(hù)電機(jī)過載或同時用作計算電機(jī)超溫升運(yùn)行壽命損失值所需電機(jī)溫升數(shù)據(jù)。
全文摘要
跟蹤電機(jī)運(yùn)行溫升的方法，系利用工業(yè)實(shí)時控制 微型計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來跟蹤不同參數(shù)電機(jī)或電纜在 各種運(yùn)行狀態(tài)下的運(yùn)行溫升，在向系統(tǒng)輸入電機(jī)的參 數(shù)后通過對電機(jī)運(yùn)行電流、電壓的檢測，計算每次采 樣周期內(nèi)的電機(jī)溫升增量，并累計求和得電機(jī)運(yùn)行溫 升，跟蹤所得溫升曲線與電機(jī)溫升曲線一致并在額定 溫升處相交，具有跟隨特性好。跟蹤誤差小，溫升用 數(shù)字表示等優(yōu)點(diǎn)，其溫升跟蹤結(jié)果可用于電機(jī)運(yùn)行負(fù) 荷監(jiān)視及用于電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)。
文檔編號G01R31/34GK1061098SQ91110679
公開日1992年5月13日 申請日期1991年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月7日
發(fā)明者林寶基 申請人:林寶基