CN102680896A

CN102680896A - 一种具有在线能效监测的电动机管理装置及其监测方法

Info

Publication number: CN102680896A
Application number: CN2012101843941A
Authority: CN
Inventors: 何玉成
Original assignee: SHENZHEN HIETECH ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HIETECH ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种具有在线能效监测的电动机管理装置包括依次连接的电源模块（10）、信号采集模块（20）、模拟信号处理模块（30）、数据运算分析模块（50）以及输出模块（60），还进一步包括数据存储模块（40），该数据存储模块（40）分别连接所述模拟信号处理模块（30）、数据运算分析模块（50）以及输出模块（60）。本发明监测数据具有实时性，可以实时地显示电动机采集的数据以及运算分析后得到的能效监测数据，与能效标准相对比，可显示并发出报警信号，本发明的应用减少了电动机的故障时间及次数，可以达到一定的预防效果。

Description

一种具有在线能效监测的电动机管理装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及电机技术，特别是涉及电动机能效管理和监测的装置及方法。

背景技术

电动机在我们的生活中，特别是工业领域使用特别广泛。目前，通常使用的是将电能转化为机械能的动力装置。有用来保护电动机的空气开关、断路器、热继电器，以及相关电子和微机式过负荷保护设备；有用于测量电压、电流、功率、电度等变送器，将交流信号变成直流信号，然后送至微机（或PLC）采样设备，或送至仪表显示。当然，现如今，也有交直流按采样的微机测量装置；采用PLC和工控机对电机进行控制和信息管理的系统；甚至还有可以实现一台电动机进行监测、保护管理及控制为一体化的电动机管理装置。目前的电动机管理系统一般都需要在后台管理系统中才能显示电动机参数，并且是每隔一定周期才检测一次，信息不及时，监控不方便。

发明内容

本发明提供一种具有在线能效监测的电动机管理装置及其监测方法，采用实时监测以及现场显示的方式，解决现有技术中监控不方便以及信息不及时的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的这种具有在线能效监测的电动机管理装置包括依次连接的电源模块、信号采集模块、模拟信号处理模块、数据运算分析模块以及输出模块，还进一步包括数据存储模块，该数据存储模块分别连接所述模拟信号处理模块、数据运算分析模块以及输出模块；所述信号采集模块包括有电量信号采集模块及非电量信号采集模块。

所述输出模块包括数据输出模块以及与该数据输出模块连接的数据显示模块及数据通讯模块，所述数据存储模块分别连接该数据显示模块及数据通讯模块。

这种具有在线能效监测的电动机管理装置的监测方法包括以下步骤： A.通过信号采集模块采集电动机的参数，所采集的电动机参数包括电量信号采集：电压、电流、功率因数，及其非电量信号采集：电动机绕组温度、噪声、转矩及转速； B.通过模拟信号处理模块对步骤A中所获取的电动机参数进行筛选，滤除无效数据，并对数据进行处理； C.通过数据运算分析模块对步骤B中所获得的有效数据与数据存储模块中存储的标准数据进行比较，数据运算分析模块还通过采集的电动机参数计算获得电动机效率指标，数据运算分析模块内事先设计有误差值指标，当所获得电动机参数与标准数据之间的误差超过该误差值指标时，数据运算分析模块发出报警信号，并通过输出模块输出； D.通过输出模块将步骤C中比较的结果输出，输出模块的输出形式包括通过数据显示模块将比较结果、报警信息以及模拟信号处理模块的数据显示出来，还包括通过数据通讯模块将比较结果、报警信息以及模拟信号处理模块的数据输出到后台管理系统或者其他设备上。

本发明的具有在线能效监测的电动机管理装置，区别于其他一些电动机保护装置是针对电动机运行过程一段时间为周期的测量，本发明是针对电动机实时监测并管理的能效监测电动机管理装置。

它的运用具有的以下有益效果：

1）监测数据具有实时性，可以随时在显示器上看到采集的数据，减少了电动机的故障时间及次数，达到一定预防的效果。

2）可以将数据运算分析后的数据，形成的电动机实际运行的能效曲线与标准能效曲线作对比，当电动机实际运行能效曲线的值低出标准能效曲线的r%（电动机能效允许误差指标，r<0）波动曲线时，发出报警信号，这样可以方便用户对电动机的能效实时进行监测，并可以通过报警点，对电动机能效降低的原因进行分析，做出基本的判断。

附图说明

图1是本发明管理装置组成框架示意图。图2是本发明监测方法的示意图。图3是电动机效率对比曲线图之一。图4是电动机效率对比曲线图之二。图5是电动机不同转速的效率对比曲线图。

具体实施方式

结合上述附图说明本发明的具体实施例。

由图1和图2中可知，这种具有在线能效监测的电动机管理装置包括依次连接的电源模块10、信号采集模块20、模拟信号处理模块30、数据运算分析模块50以及输出模块60，还进一步包括数据存储模块40，该数据存储模块40分别连接所述模拟信号处理模块30、数据运算分析模块50以及输出模块60。所述信号采集模块20包括电量信号采集模块21及非电量信号采集模块22。所述输出模块60包括数据输出模块61以及与该数据输出模块61连接的数据显示模块62，所述数据存储模块40连接该数据显示模块62。所述输出模块60包括数据输出模块61以及与该数据输出模块61连接的数据通讯模块63，所述数据存储模块40连接该数据通讯模块63。其中各部分功用如下：

电源模块10为具有在线能效监测的电动机管理装置供电；

信号采集模块20（包括电量信号采集模块21和非电量信号采集模块22）；对电动机实时信号采集：

电量信号采集模块21采集的信号包括电压、电流、功率因数；

非电量信号采集模块采集信号包括电动机绕组温度、噪声、转矩及转速；

模拟信号处理模块30是将信号采集模块获取的模拟信号，滤除不可用的无效数据，将有用的参数进行处理；

数据存储模块40用于存储数据采集模块的实时数据、数据运算分析模块处理后的数据以及各型号电动机出厂时已经确定的标准能效数据曲线值；

数据运算分析模块50将模拟信号处理后的数据进行数据处理分析；

输出模块60中数据输出模块61是用于输出数据运算分析模块处理后的数据及模拟信号处理模块处理后的数据；

数据显示模块62用于显示模拟信号处理模块的数据及数据运算分析模块的数据；

数据通讯模块63连接于后台监控系统，实现数据上传。

一种具有在线能效检测的电动机管理装置是在数据运算分析模块50中通过对采集到的电动机参数历史曲线进行分析对比，进行能效分析，当低于能效标准规定的值时，发出报警信号。

本发明的在线能效监测步骤如图2所示：

步骤一：能源信号采集：获取实时采集的数据；

步骤二：信号处理，获得有效数据：对获取的实时采集信号进行筛选，滤除无用信号，取得有效数据，即电压、电流、功率因素、转矩及转速；

步骤三：数据运算分析：对获取的实时有效数据进行计算分析处理；具体实现如下：把采集到的电源电压与电流及功率因数保存在数据存储模块中，它们的乘积作为电动机的输入功率，即P₁=m₁UIcos∮。通过力矩传感器实时监测到的电动机的转矩T₂、转速传感器实时监测到的电动机的转速n、温度传感器监测到的电动机绕组的温度T及噪声传感器监测到的电动机的噪声δ，由于P₁=P₂+P_me+P_ad(P_me为电动机机械损耗, P_ad为附加损耗)，而电动机机械损耗和附加损耗，主要以电动机发热和振动产生的噪声体现。从上式可以看出，在P₁一定的情况下，要想提高能效，只要使电动机发热和振动产生的噪声最低，就可以起到提高能效的作用。根据电动机轴上输出的机械功率P₂=T₂n/9.55,得到P₂的值，最后进行比值，就得到了电动机的效率，即

η=P₂/P₁100%。

如图3所示，即为电动机效率对比曲线。

能效标准曲线一般是电动机出厂时，厂家已经确定的能效曲线。并且电动机绕组、铁芯、换向器、集电环的温升与轴承的温度限值等均按照国家标准GB755-87中第五章的规定执行；电动机运行中的额定温升，应按厂家的电动机铭牌温升值的规定，保证在任何运行情况下，均不超过其温升值。常用的电动机运行允许温度在周围环境温度为+40℃，电动机机壳温度最高容许温度不得超过75℃（低压电动机），而一般电动机绕组温度比机壳温度高20～25℃，即电动机绕组温度范围应不超过95℃及根据不同型号电动机对应的各自电动机标准能效允许误差指标r%。

所以本发明专利的电动机标准能效曲线选取，分为下列两种情况。

一、是以电动机出厂时已经确定的能效曲线作为电动机的标准能效曲线，如图3所示能效曲线3-1，而图3中能效曲线3-2则为电动机实际运行过程中生成的能效曲线，两个能效曲线作对比，当电动机实际运行曲线，在电动机标准能效允许误差指标r%以下时，发出报警信号，并输出此时采集到的绕组温度T、噪声δ及能效值，通过这些参数可以基本判别出电动机能效降低的原因，甚至是故障点。

二、假如，此种电动机出厂时没有给出确定的能效曲线，则可以按照在电动机铭牌规定的发热温度范围内的最低值，噪声最小时，使电动机运行一段时间内的实际能效值形成的曲线4-2，将得到的实际运行能效曲线，进行优化，最终形成较光滑且符合电动机实际运行要求的标准能效曲线，如图4中4-1所示，此能效曲线就为该型号电动机的标准能效曲线。对比方法如情况一所示。

是否满足能效标准：当低于电动机标准能效允许误差指标r%时，发出报警信号，并记录这一时刻的能效值，通过与标准能效曲线3-1对比分析，以及通过温度传感器及噪声传感器采集的数据，就可以基本判断引起电动机能效降低的原因，从而达到实时监测电动机的能效，达到良好的预防措施，有效的减少电动机故障次数及故障时间，使电动机高效、安全、可靠运行。

步骤四：结果输出。将数据运算分析处理后的数据输出，可以作为判定电动机运行能效的有效依据，起到实时监测电动机的能效状态，并根据需要按时显示和上传至后台。

举例说明,如下：

例1：电动机广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力。电动机在钢铁企业中的应用也是不可缺少的设备，无论是炼铁的工艺流程，还是炼钢过程中，几乎所有的过程都要用到电动机作为动力来工作。特别是热轧与冷轧工序中运载和卷起过程，在进行此工序过程中，一旦发生电动机突然停止等故障，严重时会导致整个钢板变成废钢，可想而知这种故障带来的经济损失是不可估量的。可见，电动机的重要性，因此必须要保证电动机安全，可靠、高效的运行。

利用本发明的在线能效监测电动机管理装置分别对某钢铁企业炼钢、炼铁工艺过程的电动机进行实时能效监测，通过输入采集到的电动机电压、电流、功率因数以及电动机转轴上采集到的转矩、转速，电动机绕组温度和噪声，使电动机运行一段时间内，记录电动机运行时不同转速的能效值，形成能效曲线与电动机出厂时确定的能效曲线作对比，如图5所示，分别为电动机转速为n1=3000r/min时，电动机实际运行能效曲线5-2与该转速时对应的电动机出厂时确定的能效曲线5-1；n2=1500r/min时, 电动机实际运行能效曲线5-4与该转速时对应的电动机出厂时确定的能效曲线5-3；n3=1000r/min时的电动机实际运行能效曲线5-6与该转速时对应的电动机出厂时确定的能效曲线5-5；分别将三组能效曲线进行对比分析，当某一时刻能效值低出能效允许波动范围r%时，发出报警信号。如图5所示的A、B、C三点明显可以看出不符合能效标准，发出报警信号，并结合温度传感器采集到的温度T以及噪声传感器采集到的噪声δ，可以基本的分析出是电动机能效降低的原因。就A点而言，如果温度传感器采集到的温度T满足电动机出厂时的温度限值，而噪声传感器采集到的噪声δ不满足要求，则可以基本判断是电动机的过度的振动引起的能效降低；电动机振动会加速电动机轴承磨损，使轴承的正常使用寿命大大缩短，同时，电动机振动将使绕组绝缘下降。由于振动使电机端部绑线松动，造成端部绕组产生相互磨擦，绝缘电阻降低，绝缘寿命缩短，严重时造成绝缘击穿。另外，电动机振动会造成所拖动机械的损坏，影响四周设备的正常工作，发出很大的噪声。这些危害是钢铁企业炼钢、炼铁工艺过程所不允许发生的，一旦发生，造成的经济损失及人员伤亡是无可估量的。以此类推，依照同样的方法可以分别判断出引起B点、C点能效降低的原因，进而可以实时监测电动机的运行状况，做到提前预知，在线了解电动机的工作状况，一旦发现采集到的数据有异常或者不满足能效标准时，发出报警信号，根据发出信号的位置及采集到的电动机绕组温度和噪声，可以起到辅助作用，可以粗略分析出电动机的引起能效降低的原因，并且及时安排工作人员查看，检修，不但提高了电动机的效率，而且减少了电动机的故障次数，缩短了故障时间，延长了电动机的使用寿命，最终可以使电动机安全、可靠、高效的运行。不但降低了运行成本，而且节能环保。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有在线能效监测的电动机管理装置，其特征在于：该管理装置包括依次连接的电源模块（10）、信号采集模块（20）、模拟信号处理模块（30）、数据运算分析模块（50）以及输出模块（60），还进一步包括数据存储模块（40），该数据存储模块（40）分别连接所述模拟信号处理模块（30）、数据运算分析模块（50）以及输出模块（60）。

2.根据权利要求1所述具有在线能效监测的电动机管理装置，其特征在于：所述输出模块（60）包括数据输出模块（61）以及与该数据输出模块（61）连接的数据显示模块（62），所述数据存储模块（40）连接该数据显示模块（62）。

3.根据权利要求1所述具有在线能效监测的电动机管理装置，其特征在于：所述输出模块（60）包括数据输出模块（61）以及与该数据输出模块（61）连接的数据通讯模块（63），所述数据存储模块（40）连接该数据通讯模块（63）。

4.一种如权利要求1至3中任一项所述具有在线能效监测的电动机管理装置的监测方法，其特征在于：该监测方法包括以下步骤： A.通过信号采集模块采集电动机的参数； B.通过模拟信号处理模块对步骤A中所获取的电动机参数进行筛选，滤除无效数据，并对数据进行处理； C.通过数据运算分析模块对步骤B中所获得的有效数据与数据存储模块中存储的标准数据进行比较； D.通过输出模块将步骤C中比较的结果输出。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于：步骤A中所采集的电动机参数包括电压、电流、功率因数、电动机绕组温度、噪声、转矩及转速。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：步骤C中数据运算分析模块通过采集的电动机参数计算获得电动机效率指标。

7.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：步骤C中数据运算分析模块内事先设计有误差值指标，当所获得电动机参数与标准数据之间的误差超过该误差值指标时，数据运算分析模块发出报警信号，并通过输出模块输出。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：步骤D中输出模块的输出形式包括通过数据显示模块将比较结果以及报警信息显示出来。

9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：步骤D中输出模块的输出形式还包括通过数据通讯模块将模拟信号处理模块的数据、数据运算分析模块比较结果以及报警信息输出到后台管理系统或者其他设备上。