CN102510246B - 一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温条件下电机加热方法，包括S1.采集环境温度；S2.判断是否低于低温预设值；S3.接通电机电路，电机不转动，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂；S4.判断润滑脂的温度是否高于高温预设值；S5.启动电机转动。本发明还公开了低温条件下电机加热装置和系统。本发明公开的低温条件下电机加热方法、装置和系统在不改变机械结构的条件下，通过修改控制电路，实现了使用电动机不转动而发热的方法，并将热量直接传递给减速机构，加热润滑脂，实现了设备的极限低温工作。

Description

一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体地说，涉及一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统。

背景技术

目前在我国北方，尤其是最低气温低于-20℃的地区，道闸在冬季需要外置加热器件，如加热电阻。或者采用在道闸内部放置大功率白炽灯的办法保证道闸的正常工作，或者在冬季无法正常工作。采用加热电阻的方法时，一般采用低压供电方式，低压的获得需要使用变压器，加热功率一般从50-200W不等，则需要配置这样大功率的变压器，体积笨重，价格昂贵。采用大功率白炽灯的方法不需要变压器，但是白炽灯一般都不是工厂增加的，安全性没有保证，同时白炽灯加热没有方向性，可能造成内部接线的老化。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统。

本发明公开了一种低温条件下电机加热的方法，包括：

S1.采集环境温度；

S2.判断是否低于低温预设值，若是，进入步骤S3，若否，返回步骤S1；

S3.接通电机电路，电机不转动，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂；

S4.判断润滑脂的温度是否高于高温预设值，若否，返回步骤S3，若是，进入步骤S5；

S5.启动电机转动。

在本发明所述的低温条件下电机加热的方法中，所述的低温预设值取值范围为：-50℃～-10℃。

在本发明所述的低温条件下电机加热的方法中，所述的高温预设值取值范围为：0℃～40℃。

本发明公开了一种低温条件下电机加热的装置，用于实现上述的方法，包括：

温度采集单元：用于采集环境温度；

低温判断单元：与所述的温度采集单元相连，用于判断是否低于低温预设值，；

热量生成单元：与所述的低温判断单元相连，用于接通电机电路，电机不转动，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂；

高温判断单元：与所述的热量生成单元相连，用于判断润滑脂的温度是否高于高温预设值，高温判断单元也可以根据经验估计润滑脂的温度；

电机启动单元：与所述的高温判断单元相连，用于启动电机转动。

本发明公开了一种低温条件下电机加热的系统，包括电机，与所述电机相连的低温切换单元，与所述的电机及切换单元相连的控制单元，与所述的控制单元相连的传感器，所述的控制单元包括上述的低温条件下电机加热的装置。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的电机为连接所述切换单元的交流异步电机。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的切换单元包括开关及启动电容，所述的开关与启动电容串联后与所述的交流异步电机并联。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的电机为连接所述切换单元的直流无刷电机。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的切换单元包括电流输入端及控制所述的电流输入端电流大小的控制子单元。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的控制子单元为PWM电路。

在本发明所述的低温条件下电机加热的系统中，所述的低温取值范围为：-50℃～-10℃。

实施本发明的一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统，具有以下有益的技术效果：

不改变机械结构的条件下，通过修改控制电路，实现了使用电动机不转动而发热的方法，并将热量直接传递给减速机构，加热润滑脂，实现了设备的极限低温工作。

附图说明

图1是本发明实施例一种低温条件下电机加热的方法流程图；

图2为本发明实施例一种低温条件下电机加热的装置模块方框图；

图3为本发明实施例一种低温条件下电机加热的系统结构方框图；

图4为本发明实施例低温条件下电机加热的系统的交流异步电机的等效电路图；

图5为低温条件下电机加热的系统的直流无刷电动机的等效电路图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机也俗称马达)，在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电。

请参阅图1、一种低温条件下电机加热的方法，包括：

S1.采集环境温度；

用温度传感器采集环境温度。

S2.判断是否低于低温预设值，若是，进入步骤S3，若否，返回步骤S1；

低温预设值取值范围为：-50℃～-10℃，经实践证实，实际工作温度可以达到-40℃以下。

S3.接通电机电路，电机不转动，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂；

利用电流流过电机绕组产生的热量实现加热的功能的。

S4.判断润滑脂的温度是否高于高温预设值，若否，返回步骤S3，若是，进入步骤S5；

高温预设值取值范围为：0℃～40℃；加热不能无限进行，否则不仅不节能，而且还有可能烧坏电机。

S5.启动电机转动。

请参阅图2、一种低温条件下电机加热的装置，用于实现上述的方法，包括：

温度采集单元10、低温判断单元20、热量生成单元30、高温判断单元40、电机启动单元。

温度采集单元海10：用于采集环境温度；

低温判断单元20：与温度采集单元10相连，用于判断是否低于低温预设值，；

热量生成单元30：与低温判断单元20相连，用于接通电机电路，电机不转动，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂；

高温判断单元40：与热量生成单元30相连，用于判断润滑脂的温度是否高于高温预设值；

电机启动单元50：与高温判断单元40相连，用于启动电机转动。

请参阅图3、一种低温条件下电机加热的系统，包括电机100、与电机100相连的低温切换单元200、与电机100及切换单元200相连的控制单元300、与控制单元300相连的传感器350、控制单元300包括上述的低温条件下电机加热的装置。

本系统的工作过程为：传感器350采集到环境温度，传至控制单元300进行模/数转换成数字量，与控制单元300中的低温预设值进行比较，如果低于预设值，切换单元200启动电机100实现自身加热，电能转化为热能，产生热量传导至电机的减速机构，加热润滑脂，当温度高于高温预设值时，切换单元200启动电机100转动，实现正常运转。

请参阅图4，低温条件下电机加热的系统的交流异步电机的等效电路图，包括：

包括电阻R1、R2，电感L1、L2，切换开关S2，电容C1。

电阻R1、R2，电感L2、L1顺序串联组成第一串联电路；

切换开关S2及电容C1的组成第二串联电路；

第一串联电路与第二串联电路并联。

设定电阻R1＝R2，值为80欧；

电感L1＝L2，值为：150mH；

电容C1值为：10uF；

其中R1和R2为电动机绕组的直流等效电阻。

普通应用中，S2位置是短路而根本没有S2的。单项交流异步电动机在启动和运转过程中都需要电容C1的参与，如果没有C1，电动机是无法转动的。这里我们控制S2的断开与闭合，在需要电机转动时，S2闭合，在需要加热、电动机不转动时，S2断开。单片机通过温度采集单元(传感器350)，采集到低温后，控制电动机100开始加热。

则：加热的理论计算为：

R＝R1+jwL1＝80+j2*π*50*150*10^-3

R＝80+47j

$I=\frac{U}{R}=\frac{220}{80+47j}=2.3A$

P＝I²*R＝449W

理论加热功率较大，可以快速升温，通过单片机控制，可以将电机温度控制在合理范围内，加热效果理想，实际工作温度可以达到-40℃以下。

请参阅图5，低温条件下电机加热的系统的直流无刷电动机的等效电路图，包括：包括电阻R12、电感L12、电感L10、电阻R10、电感L11、电阻R11、电流输入端A、控制子单元第一输入端B、第二输入端C。

电阻R12与电感L12组成第一串联电路；

电感L10，电阻R10组成第二串联电路；

电感L11，电阻R11组成第三串联电路；

第二串联电路与第二串联电路并联后与第一串联电路串联；

电流输入端A与电阻R12相连；

第一输入端B与第二串联电路相连；

第二输入端C与第三串联电路相连；

本等效电路图的工作过程为：

在BLDC(直流无刷电动机)中，强制不换向，电动机100不转动，使得电动机100发热而达到提高电动机工作温度适应范围和与电动机100相连设备的低温适应范围。控制方法为电流输入端A通电，控制子单元第一输入端B、第二输入端C采用PWM控制电流大小，让电机发热。

总的来说，本实施例的交流异步电机的特点在于：利用交流异步电动机必须有启动电容才能转动的特点，利用电动机内阻进行加热。

本实施例的交流无刷电动机的特点在于：BLDC直流无刷电动机利用电动机绕组进行加热，无需外部加热。

本技术方法在没有改变机械结构和提高润滑脂标号的条件下，采用电动机自己加热并将热量传递到减速机构的方法，将道闸可以正常工作的最低气温由-20℃，提高到了-40℃以下的水平，扩展了设备的使用范围。由于结构没有修改，所以经济效益非常好，安全可靠。

实施本发明的一种低温条件下电机加热的方法、装置和系统，具有以下有益的技术效果：

不改变机械结构的条件下，通过修改控制电路，实现了使用电动机不转动而发热的方法，并将热量直接传递给减速机构，加热润滑脂，实现了设备的极限低温工作。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的范围保护之内。

Claims (4)

1.一种低温条件下电机加热的系统，包括电机,与所述电机相连的低温切换单元,与所述的电机及切换单元相连的控制单元,与所述的控制单元相连的传感器，其特征在于,

所述的电机为连接所述切换单元的交流异步电机或直流无刷电机；

所述的切换单元包括开关及启动电容,所述的开关与启动电容串联后与所述的交流异步电机并联；

所述控制单元包括：

温度采集单元：用于采集环境温度;

低温判断单元:与所述的温度采集单元相连,用于判断是否低于低温预设值;

热量生成单元:与所述的低温判断单元相连,用于接通电机电路,电机不转动,产生热量传导至电机的减速机构,加热润滑脂;

高温判断单元:与所述的热量生成单元相连,用于判断润滑脂的温度是否高于高温预设值，高温判断单元也可以根据经验估计润滑脂的温度;

电机启动单元:与所述的高温判断单元相连,用于启动电机转动。

2.据权利要求1所述的低温条件下电机加热的系统，其特征在于，所述的切换单元包括电流输入端及控制所述的电流输入端电流大小的控制子单元。

3.据权利要求2所述的低温条件下电机加热的系统，其特征在于，所述的控制子单元为PWM电路。

4.据权利要求1所述的低温条件下电机加热的系统，其特征在于，所述的低温取值范围为：-50℃～-10℃。

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