[发明专利]跟踪电机运行温升的方法

说明书

本发明属于一项利用数字计算机系统连续跟踪电机运行温升的技术。

中国发明专利申请第85102463号披露了一项采用模拟电路跟随电机运行温度对电机进行保护的方案。中国阿城继电器厂生产的ZDB-10系列电机过载综合保护装置上设有一仪表，通过仪表刻度指示电机温升的百分值，具有热复制功能，其电路结构是采用RC电路建立的电机热模型。近年来随着计算机技术的发展，电机的保护装置中也使用了微型数字计算机，通常是采用模拟电机发热的方法，例如采用C＝∫I²dt形式的数字模型，将代表电机发热热量的数据累计求和，当和达到一定数值后即令过载保护动作。

跟踪电机运行温升长期以来一直是一个技术上的目标，真空、准确的电机温升数值对电机运行的监视与过载保护有极重要的意义。由于影响电机温升变化的因素较多，要在各种异常条件下跟随电机温升有一定难度，上述几种方式均未能提供较准确的电机运行温升值。

本发明的目的，在于提供一种可适应于不同参数电机并能在任何工作方式下基本上真实反映电机运行温升的方法及其应用方式。

本发明内容如下：利用一可用于工业实时控制过程的计算机系统，在向系统输入电机发热时间常数，电机铁损耗与铜损耗之比，电机额定电流与额定温升等参数后，通过适当的传感、变换电路分别取得按比例随电机工作电流有效值与工作电压有效值变化的模拟量，经转换为数字量后馈入计算机系统进行数值处理，形成电机的工作电流倍数K（对应于电机额定电流K＝1）和工作电压倍数Ku（对应于电机额定电压Ku＝1），则计算机系统按以下数学模型求取每次采样周期内电机温升的增量△Xi（°K），并与上一次计算所得采样周期未时刻电机温升Xi-1相加，则得到本次采样周期未时刻电机温升Xi的值：

式中e-电机额定温升，°K;

N-额定条件下电机铁损耗与铜损耗之比;

T-电机发热时间常数，秒;

a-电机绕组导线材料的电阻率温度系数;

t-电机温升的采样计算周期，t＜＜T;

Ku-电机工作电压有效值与电机额定电压之比，

K＝0时Ku＝0;

K-电机工作电流有效值与电机额定电流之 比;

Ki-电机工作电流不平衡系数，用以反映三相电机各相电流不平衡引起的电机额外发热，通过对三相电流采样并取得各相电流倍数后，Ki用下式计算;

Ki=1+ (K1-K_S)/((2-3)K1) ……（3）

上式中，K1是最大相电流倍数，Ks是最小相电流倍数;

μ电机热系数，K＜2.5时，μ＝1，

K≥2.5后，μ＝1+0.2（K-2.5），

K＝0时，可令μ≥2;

Xi-1-电机的上次采样未时刻计算所得温升值。

上述温升计算结果即为电机温升跟踪值，可利用数字显示装置将其立即显示出来，在与环境温度相加后为电机运行温度。

上述数学模型反映了以下一些情况对电机温升的影响：

1、电机铁损耗随工作电压倍数Ku平方的变化;2、电机铜损耗随工作电流有效值倍数K平方的变化;3、电机绕组直流电阻随温度变化引起的电机铜损耗的变化;4、三相电流不平衡时负序电流引起电机转子与定子绕组铜耗的增加;5、电机在低速、堵转、断电时冷却时间常数改变的影响;6、电机在具有不同的额定温升、发热时间常数、铁损耗与铜损耗比等参数时对电机温升的影响。

上述数学模型，是采用按时间序列逐点计算电机温升增量，累计求和的方法来跟踪电机的真实温升特性曲线，在t足够小时，跟踪的温升特性与电机的真实温升特性的变化规律是一致的，跟踪所得电机温升值代表电机的“平均温升”映象，这一映象以电机在额定条件下运行达到额定温升为标志。跟踪所得电机温升曲线与电机的理论温升曲线形状基本相同，且在电机额定温升处基本相交，跟踪误差基本为零，在其它温升处，跟踪误差有所加大。上述温升跟踪结果对监视运行中电机或电线电缆（N＝0）的过载情况，参与电机保护等都有重要的使用价值。

与现有技术相比，本发明所提出的跟踪电机温升的方法有以下优点：

1、跟踪特性好，由于跟踪特性的时间常数与电机发热时间常数一致，所以能及时反映电机温升的变化;

2、跟踪误差小，由于充分考虑到多种因素对电机温升的影响，其数学模型与真实情况基本一致，并且选择了电机额定温升值为跟踪误差零点，累计误差只能以较小有限数值出现，使得采用本方法可以无限长时间地跟踪电机运行温升并保持其真实性;