CN103090989A

CN103090989A - 一种接触式转子测温的方法及装置

Info

Publication number: CN103090989A
Application number: CN2013100195043A
Authority: CN
Inventors: 宋晓东
Original assignee: BEIJING RUIHENG UHP ELECTRIC INSTITUTE
Current assignee: BEIJING RUIHENG UHP ELECTRIC INSTITUTE
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: CN103090989B

Abstract

本发明公开了一种接触式转子测温的方法及装置，涉及电气领域。本发明公开的方法包括：将多个测温器件分别安装在转子本体的测温位置上，所有测温器件与一电感L串联，串联后的电路两端与转子绕组的两端连接，形成测温回路，该测温回路与转子绕组并联，与并联在正负极碳刷间的分压电阻R_S串联，其中，每个测温器件包括热电阻型温度传感器Rx和电容Cx；转子正常工作时，将高频信号耦合至测温回路；根据不同频率信号耦合至测温回路时，分压电阻R_S上的电压信号计算各测温位置的温度。本发明还公开了接触式转子测温的装置。本发明技术方案克服了转子所处的高温、强电场、强磁场对于常规测温系统中电子器件、供电线路、信号传输线路的影响。

Description

一种接触式转子测温的方法及装置

技术领域

本发明涉及电气领域，特别涉及适用于中型、大型同步电机的转子单点或多点接触式测温方案。

背景技术

中型、大型同步电机的转子温度是发电机运行的重要参数，但是由于中型、大型同步电机转子所处的环境条件很苛刻，高温、强电场、强磁场，而且电动机工作时，转子处于旋转状态。所以现阶段对于转子温度的监测普遍采用间接测量法。按监测原理的不同，间接测温法包括三种典型间接测量技术：测磁传感器-电压测量法，工况分析推算法以及转子温度/励磁电流间接计算法。这三种方法都只能计算出转子的平均温度，而不能反映转子的温度场分布，而且测量的准确度还依赖于经验数据及数学模型的设计。

要获取真实的转子温度场分布数据，必须采用直接测量法。国内外在这方面的研究相当有限，该技术领域属于一块空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种接触式转子测温的方法及装置，以解决转子测温的技术难题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种接触式转子测温的方法，包括：

将多个测温器件分别安装在转子本体的不同测温位置上，所有测温器件最终与一电感L串联，串联后的电路两端与转子绕组的两端连接，形成测温回路，该测温回路与转子绕组并联，且所述测温回路与并联在正负极碳刷之间的分压电阻R_S串联，其中，每个测温器件由一热电阻型温度传感器R x和一电容Cx串联组成；

转子正常工作时，信号耦合器通过电耦合或者磁耦合的方式将信号发生器产生的高频信号耦合至所述测温回路；

温度信号处理单元根据不同频率信号耦合至所述测温回路时，与所述测温回路串联的分压电阻R_S上的电压信号解析出各测温位置的温度值。

较佳地，上述方法还包括：

温度信号处理单元，存储各测温位置的温度值，并通过显示装置显示给用户或上传给用户管理层。

较佳地，上述方法中，所述温度信号处理单元按照如下公式计算各测温位置的温度值：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

上式中，U为信号发生器注入的f_x频率信号的电压幅值；

U_Rs为分压电阻R_S上的电压幅值；

R_x为安装在转子本体的不同测温位置上的热电阻型温度传感器的阻值；

k_x、b_x为转子本体的不同测温位置上的热电阻型温度传感器R_x的特性参数；

x＝0～n，n为测温点的个数。

较佳地，上述方法中，信号发生器注入的信号频率fx如下所示：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

上式中，x＝0～n，n为测温点的个数。

本发明还公开了一种接触式转子测温的装置，包括：

测温回路，包括安装在转子本体的不同测温位置上的多个测温器件，以及与所有测温器件串联的电感L，此测温回路两端与转子绕组的两端连接，与转子绕组并联，且与并联在正负极碳刷之间的分压电阻R_S串联，其中，每个测温器件由一热电阻型温度传感器Rx和一电容Cx串联组成；

信号耦合器，在转子正常工作时，通过电耦合或者磁耦合的方式将信号发生器产生的高频信号耦合至所述测温回路；

温度信号处理单元，根据不同频率信号耦合至所述测温回路时，与所述测温回路串联的分压电阻R_S上的电压信号解析出各测温位置的温度值。

较佳地，上述装置中，所述温度信号处理单元，还存储各测温位置的温度值，并通过显示装置显示给用户或上传给用户管理层。

较佳地，上述装置中，所述温度信号处理单元按照如下公式计算各测温位置的温度值：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

上式中，U为信号发生器注入的f_x频率信号的电压幅值；

U_Rs为分压电阻R_S上的电压幅值；

x＝0～n，n为测温点的个数。

较佳地，上述装置中，信号发生器注入的信号频率fx如下所示：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

上式中，x＝0～n，n为测温点的个数。

本申请技术方案提供了中型、大型同步电机转子接触式测温的一种解决方案，克服了转子所处的高温、强电场、强磁场对于常规测温系统中电子器件、供电线路、信号传输线路的影响，克服了转子旋转对于转子温度测温的影响，实现了直接测量转子本体的单点或者多点温度，而不对中型、大型同步电机组产生任何影响。

具体实施方式

图1为本实施例中接触式转子测温组成原理图；

图2为本实施例中测温回路与转子绕组的连接示意图；

图2中1为转子绕组，2为导电螺栓，3为导电杆，4、5为滑环，6、7为碳刷，8为励磁供电线，9为信号耦合器，CI1、CI2隔离电容，Rs分压。

图3为本实施例中脉冲信号耦合电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

实施例1

本实施例提供一种接触式转子测温装置，该装置至少包括测温回路、信号发生器、信号耦合器和温度信号处理单元四部分。其架构如图1所示。

测温回路，实现对转子的多点测温，其主要由多路测温器件与电感L串联，其中，每个测温器件由一热电阻型温度传感器R_x和一电容C_x串联组成。每一路测温器件安装于转子本体上需要测温的位置，多路测温器件并联后与一电感L串联，串联后的电路两端与转子绕组的两端连接，与转子绕组并联，且与并联在正负极碳刷之间的分压电阻R_S串联。

其中，本实施例的测温回路中的各测温器件直接安装在转子本体上，可不受强电场、强磁场的影响、而且耐高温。

信号发生器，产生并发送脉冲信号；

信号耦合器，通过电耦合或者磁耦合的方式将信号发生器产生的信号耦合至测温回路。

分压电阻Rs，通过隔离容并联在正负极碳刷之间。

温度信号处理单元，根据不同频率信号耦合至测温回路时，Rs上的电压信号，解析出不同测温位置的转子温度值。

优选地，此温度信号处理单元还可以实现温度的就地显示及存储，也可以将数据传输至其他系统进行显示及存储。

具体地，信号发生器发送频率为fx的信号：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

x＝0～n，n为测温点的个数。

当x＝0时，脉冲信号发生器向上述测温回路中注入

幅值为u的信号，由于本温度测温回路的特性有：

u＝u_Rs+u_R0

则 u_R0＝u-u_Rs

且

\frac{u_{R 0}}{u_{Rs}} = \frac{R_{0}}{R_{s}}

则可得

R_{0} = R_{s} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}

由于温度传感器采用热电阻型温度传感器，热电阻的阻值与其温度成线性关系。假设热电阻的阻值R与温度T的关系为T＝kR+b，其中T为温度值，R为热电阻的阻值，k、b为常数，k、b的值由热电阻本身的特性决定。

则被测温度。

T = k (R \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b

当x＝1～n时调整脉冲发生器发出的信号的频率，并使其发出的信号频率

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

x＝0～n，n为测温点的个数

则可以实现多点的转子温度测量，其中：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

x＝0～n，n测温点的个数，k_x、b_x为由热电阻R_x自身特性决定的参数。

而上述接触式测温装置的安装考虑到转子有励磁需要，在其本体上安装有转子绕组，测温回路的引线两端与转子绕组的两端连接，其安装示意图如图2所示。

而脉冲信号发生器、分压电阻R及信号耦合器安装于发电机外部。分压电阻Rs及隔离电容C_I1、C_I2连接在与正负极碳刷相连的线路中如图3所示。脉冲发生器发出的脉冲信号可采用电、磁耦合的方式将信号注入温度测量回路中。

需要说明的是，上述接触式转子测温装置中信号耦合器是将信号发生器产生的不同频率的脉冲信号依次耦合至测温回路，这样，随着耦合至测温回路的脉冲信号的频率的变化，Rs上的电压信号也在变化，温度信号处理单元即可根据不同频率信号耦合至测温回路时，Rs上的电压信号，计算得到不同测温位置的转子温度值。

实施例2

本实施例介绍一种接触式转子测温的方法，该方法可基于上述实施例1的装置实现。具体地，该方法包括：

将多个测温器件分别安装在转子本体的不同测温位置上，所有测温器件最终与一电感L串联，串联后的电路两端与转子绕组的两端连接，形成测温回路，该测温回路与转子绕组并联，且所述测温回路与并联在正负极碳刷之间的分压电阻R_S串联，其中，每个测温器件由一热电阻型温度传感器Rx和一电容Cx串联组成；

本实施例中，上述温度信号处理单元可按照如下公式计算各测温位置的温度值：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

上式中，U为信号发生器注入的f_x频率信号的电压幅值；

U_Rs为分压电阻R_S上的电压幅值；

x＝0～n，n为测温点的个数。

其中，信号发生器注入的信号频率fx如下所示：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

上式中，x＝0～n，n为测温点的个数。

另外，优选方案中，上述温度信号处理单元，还可以存储各测温位置的温度值，并通过显示装置显示给用户或上传给用户管理层。

另外，还要说明的是，上述方法中信号耦合器是将不同的高频脉冲信号依次耦合至测温回路，这样，随着耦合至测温回路的脉冲信号的频率的变化，Rs上的电压信号也在变化，温度信号处理单元即可根据不同频率信号耦合至测温回路时，Rs上的电压信号，计算得到不同测温位置的转子温度值。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种接触式转子测温的方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度信号处理单元按照如下公式计算各测温位置的温度值：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

上式中，U为信号发生器注入的f_x频率信号的电压幅值；

U_Rs为分压电阻R_S上的电压幅值；

x＝0～n，n为测温点的个数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，信号发生器注入的信号频率fx如下所示：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

上式中，x＝0～n，n为测温点的个数。

5.一种接触式转子测温的装置，其特征在于，该装置包括：

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述温度信号处理单元，还存储各测温位置的温度值，并通过显示装置显示给用户或上传给用户管理层。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述温度信号处理单元按照如下公式计算各测温位置的温度值：

T_{x} = k_{x} (R_{x} \frac{u - u_{Rs}}{u_{Rs}}) + b_{x}

上式中，U为信号发生器注入的f_x频率信号的电压幅值；

U_Rs为分压电阻R_S上的电压幅值；

x＝0～n，n为测温点的个数。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，信号发生器注入的信号频率fx如下所示：

f_{x} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C_{x}}}

上式中，x＝0～n，n为测温点的个数。