[发明专利]一种监测电机绕组温升的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及机电领域，具体说涉及一种监测电机绕组温升的方法及装置。

背景技术

永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、功率密度大、效率高等突出优点。随着高性能稀土永磁材料的不断完善，永磁电机近年来倍受关注，并且已开始应用于牵引领域。由于受到安装空间和重量的限制，牵引电机通常采用较高的电磁负荷。牵引电机运行时所产生的损耗较高，导致电机发热比较严重，直接影响电机的绝缘材料寿命和运行可靠性。

永磁电机由于采用永磁体励磁，为了避免空气中所挟带的水份、灰尘和其它污染物腐蚀永磁体，造成永磁体失磁或是金属等颗粒吸附在永磁体上，永磁电机一般采用全封闭结构，以便对永磁体进行有效防护，保证电机可靠安全运行。对于采用全封闭结构的永磁牵引电机来说，当电机功率密度高，电机发热量大时，电机绕组的温升问题显得尤为严重。因此对电机温升，尤其是绕组部分的温升监测显得尤为重要。

永磁牵引电机的绕组温度监测，目前普遍采用的方法是在电机内部预埋温度传感器，即在电机生产过程中，在电机绕组端部或定子槽内埋置一根或多根温度传感器，通过实时监测温度传感器的电阻，根据电阻值域温度之间的关系，从而获得电机当前温度。

温度传感器能实时反映所在部位的温度，但是温度传感器的埋置和固定需在电机生产过程中进行，增加了电机生产工艺复杂度和电机生产成本；此外温度传感器只能监测电机局部位置的温度变化，并且若埋置的温度传感器过多，又会增加电机控制的复杂性；同时，温度传感器的埋置，可能影响电机绕组绝缘性能以及电机内磁场分布，对电机工作状态产生不利影响。

因此，为了有效监测电机绕组温升，需要一种新的电机绕组温升监测方法。

发明内容

为了有效监测电机绕组温升，本发明提供了一种监测电机绕组温升的方法，所述方法包括以下步骤：

建立所述电机的动态热能方程；

采集计算获取当前时刻的与所述动态热能方程相关的所述电机的状态参数值；

基于所述动态热能方程根据所述状态参数值计算获取当前时刻的所述电机的绕组温升。

在一实施例中，在建立所述动态热能方程的过程中，基于所述电机的内部热源分布以及内部表面散热热阻建立所述电机的等效热路，基于所述等效热路建立所述动态热能方程。

在一实施例中，在计算获取所述电机绕组温升的过程中，基于所述等效热路建立所述动态热能平衡方程，基于所述动态热能方程进行数值求解。

在一实施例中，在建立所述动态等效热路的过程中，根据所述电机的各部分损耗获取所述内部热源分布，所述电机的各部分损耗包括定子绕组铜耗与定子铁心铁耗。

在一实施例中：

以所述定子绕组铜耗与所述定子铁心铁耗作为所述电机的内部热源输入建立所述动态等效热路，所述等效热路为动态二热源热路；

根据所述内部表面散热热阻、所述定子绕组铜耗、所述定子铁心铁耗以及所述定子绕组铜耗与所述定子铁心铁耗之间绕组温升的影响关系建立所述动态热能方程，所述动态热能方程为动态二热源热能方程。

在一实施例中，在计算获取当前时刻的所述电机的绕组温升的过程中，分别计算获取当前的所述电机温度下的所述定子绕组铜耗与定子铁心损耗。

在一实施例中：

当所述电机启动时基于外部环境温度计算获取启动时刻所述定子绕组铜耗从而获取启动时刻所述电机的绕组温升；

当所述电机启动后基于上一时刻的所述电机的温度以及上一时刻的所述电机的绕组温升计算当前时刻的所述电机的温度。

在一实施例中，所述电机的状态参数值包括电机转速，在计算获取当前时刻的所述电机的绕组温升的过程中，根据当前时刻的所述电机转速计算获取所述内部各部分散热热阻。

在一实施例中，根据当前时刻的所述电机转速确定所述内部各部分散热热阻在当前工况下的修正系数，基于所述修正系数计算获取当前时刻的所述内部各部分散热热阻。

在一实施例中，所述方法还包含以下步骤：

基于所述电机的运行环境要求分析当前时刻的所述绕组温升是否处于正常运行环境要求的温升限值内；

当前时刻的所述绕组温升处于正常运行环境要求的温升限值之外时输出警报和/或采取相应的过热保护措施。

本发明还提出了一种监测电机绕组温升的装置，所述装置包含：

模型设定模块，用于根据所述电机的具体硬件参数设定并保存所述电机的动态热能方程；

状态监测器，用于实时监测所述电机的状态参数值；