[发明专利]用于确定AC电动机中的定子绕组电阻的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年6月4日提交的美国临时申请60/932,743的优先权， 其并入此处作为参考。

政府许可权

本发明至少部分以合同No.DE-FC36-04GO14000下由美国能源部授 予的政府支持做出。政府可对本发明具有特定权利。

技术领域

本发明一般涉及交流(AC)电动机，特别涉及确定用于AC电动机热 保护的定子绕组电阻的系统和方法。

背景技术

热保护是电动机状况监视的重要方面，因为电动机故障常常与定子绕 组绝缘有关。一般假设电动机的寿命对于可接受定子绕组温度限制以上的 每10℃的温升减少50％。因此，定子绕组温度的准确监视对于电动机保护 目的是有利的。

当前使用了用于确定定子绕组温度的多种方法和机制。除了直接定子 绕组温度测量以外，基于热模型和基于电动机参数的温度推定方法是热保 护的两种主要技术。基于热模型的方法使用电动机热模型来推定定子绕组 温度。然而，由于热参数变化和热参数识别的困难性，这些方法的准确度 可能在可接受范围外。除此之外，由于冷却状况的变化，热参数不是恒定 的，且可能需要为各种具体冷却状况下的各个电动机进行识别。

基于AC电动机参数确定定子绕组温度的方法被建立为由定子绕组电 阻来推定平均绕组温度。定子绕组电阻(R_s)推定广泛用于但不限于热保 护，而是也用在电动机控制、故障诊断、效率评估中。多年以来，已经为 多种目的提出了多种R_s推定方法。一般而言，它们被分为三种主要类型： 直接测量方法、基于等效电路的方法、基于信号注入的方法。直接方法—— 例如IEEE标准-118——给出了最为准确的R_s推定，但由于电阻仅仅在特 定温度测量且由于温度变化的电阻变化没有考虑在内而具有缺点和限制。 直接测量方法的进一步的缺点在于电动机必须断开使用以进行所需要的测 试。

基于等效电路的R_s推定方法使用电动机电流和电压，以基于AC电动 机等效电路(即AC电动机的模型)来计算定子电阻。这种基于模型的方法 是非侵入性的，且能响应于冷却状况的变化，但通常对电动机参数变化太 过敏感，以至于不能提供用于温度推定的有用结果。也就是说，基于模型 的方法的推定误差可能为大约20％，其对于温度推定用途来说太高了。

基于信号注入的用于确定定子电阻的方法向定子供电电压注入DC偏 置，并使用电压和电流的DC分量来计算定子电阻。在一种DC注入方法中， 与晶体管并联的电阻器被安装在电动机一相中，其得到感应电动机中的当 输入电流正以及负时不同的等效电阻，由此产生DC分量。尽管这种方法可 以是准确的且对于冷却状况以及电动机参数变化具有鲁棒性，其缺点在于 侵入性，因为额外的DC注入电流需要与电动机引线(lead)之一串联安装。 另外，由于半导体装置的电流限制，先前的基于信号注入的方法一般不能 直接应用于超过100hp的电动机。

因此，希望设计一种准确、非侵入性的确定定子绕组电阻的方法，而 不对感应电动机增加进一步的电阻。

发明内容

本发明提供了用于感应电机热保护的远程且无传感器的定子绕组电阻 推定的系统和方法。改变电动机控制装置中的开关的开关时间，以便在电 动机控制装置的输出中产生DC分量。对此DC分量进行分析，以便确定 定子绕组电阻，并且，基于定子绕组电阻，确定定子绕组的温度。

根据本发明一实施形态，确定AC电动机的定子绕组电阻的电动机控 制装置包含一电路，该电路具有可连接到AC源的输入和可连接到AC电 动机输入端子的输出。该电路还包含至少一个接触器以及至少一个开关， 以便控制AC电动机的电流和端子电压。电动机控制装置还包含控制器， 其被连接到该电路，并被配置为改变所述至少一个开关的开关时间，以便 在与到AC电动机的输入对应的电动机控制装置的输出中产生DC分量， 基于电压和电流的所注入的DC分量来确定AC电动机的定子绕组电阻。