CN105515285A - 一种非接触式转子温度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式转子温度检测装置及方法，涉及电机控制与检测技术领域。其的检测装置包括：一热敏元件，固定电机转子上；一旋转型变压器，含有定子和转子两部分，其内分别置有定子线圈和转子线圈，其转子与电机转子同轴安装，其转子线圈与该热敏元件相连并为其供电，其定子固定于电机定子，其定子线圈由外部电路供电。据此的转子温度检测方法：通过旋转型变压器来获取识别设置在电机转子上的热敏元件的阻抗变化，并据此获取转子温度。本发明的转子温度检测装置和方法可以实现转子温度的非接触式在线测量，具有结构简单，实时性强，不受电机内部磁场影响，可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制与检测技术领域，具体涉及一种非接触式电机转子温度在线检测技术。
背景技术
电机的温度对电机的工作有着至关重要的影响，电机温升过高轻则造成绝缘加速老化，影响运行寿命，重则造成绕组烧毁，永磁体退磁，电机直接损坏。
因此，近年来针对电机保护目的的温度检测技术得到越来越广泛的应用，尤其是较易实现的定子测温技术。然而由于电机工作时转子处于旋转状态，温度测试有一定的技术难度，目前广泛使用的转子温度测量技术主要有接触式和非接触式两种。
接触式主要采用滑环、碳刷进行温度传感器的信号输出，或者是通过热致形变材料的变形改变接触部位来辨别温度变化，这些方法结构复杂，工艺要求高，且需要定期维护，成本较高。
非接触式主要有调频方式和红外线方式等，调频方式易受电磁干扰，红外方式成本过高。
因此，如何开发一种结构简单、成本低、可靠性高的转子温度检测方案成为一个迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有电机转子温度在线检测技术所存在的问题，本发明的目的如下：
目的1：提供一种可以实现转子温度的非接触式在线测量的电机转子温度检测装置；
目的2：基于上述的电机转子温度检测装置，提供一种非接触式的电机转子温度检测方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
针对目的1提供的方案为：一种非接触式转子温度检测装置，其包括
一热敏元件，固定于电机转子上；
一旋转型变压器，含有定子和转子两部分，并分别置有定子线圈和转子线圈，所述旋转型变压器的转子与电机转子同轴安装，转子线圈与所述热敏元件相连并为其供电，定子线圈由外部供电。
优选的，所述热敏元件固定并靠近电机转子线圈或永磁体。
优选的，所述热敏元件为阻抗敏感型热敏元件。
优选的，所述阻抗敏感型热敏元件为热敏电阻、热敏二极管、热电偶中的一种或者其与定值电阻的串并联组合。
针对目的2提供的方案为：一种非接触式转子温度检测方法，该检测方法通过旋转型变压器来获取识别设置在电机转子上的热敏元件的阻抗变化，并据此获取转子温度。
优选的，所述热敏元件阻抗的变化通过旋转型变压器的定转子耦合进行传递。
优选的，所述检测方法通过在旋转型变压器的定子线圈中通以一定频率和幅值的交流电压或电流，同时测量定子绕组的电流或电压幅值，再通过阻抗变换关系，识别热敏元件的阻抗，最后根据热敏元件的温度阻抗特性，进而获取转子温度。
本发明提供的转子温度检测装置及方法使用低成本的无源的热敏感温元件及绕线型式的旋转型变压器转子与电机转子同轴安装，结构简单，耐机械冲击性好，可靠性高；热敏元件阻抗的变化通过旋转型变压器的定转子耦合进行传递，无机械接触，无磨损，无需维护，可实现电机转子温度的实时在线监测；同时变压器耦合置于电机外部，不受电机磁场影响，抗干扰性强。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实施例中提供的非接触式转子温度检测装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，其所示为本实施例提供的非接触式转子温度检测装置的结构示意图。由图可知，该温度检测装置主要包括一热敏元件100和一旋转型变压器200两部分。
其中，热敏元件100，其固定于永磁同步电机300的转子301上，用于通过温度阻抗特性来反映转子301的温度。
该热敏元件100采用阻抗敏感型热敏元件，具体为一负温度系数热敏电阻(NTC)，其固定并紧靠在永磁同步电机转子301一端的永磁体旁边，自身嵌入转子上预留的安装槽内，并使用粘合剂固定，其两端引出线101通过轴上开槽引出到轴端。
对于该阻抗敏感型热敏元件还可为热敏二极管、热电偶，或为热敏电阻、热敏二极管、热电偶与定值电阻的串并联组合。
检测装置中的旋转型变压器200，其与永磁同步电机300转子同轴安装，并与热敏元件100相连且为其供电，由此来获取识别设置在电机转子上的热敏元件的100阻抗变化，并据此获取转子温度。
该旋转型变压器200具体为一具有独立结构的部件，含有定子201和转子202两部分，其内分别设置有定子线圈和转子线圈。该旋转型变压器200的转子202与电机转子301同轴安装，其转子线圈与NTC的轴端引出线101相连并为NTC供电。
而该旋转型变压器200的定子201固定于电机定子302上，其定子线圈上于定子201设有定子线圈引出线203，用于连接外部电路，由外部电路供电。
再者，该旋转型变压器200的定、转子线圈匝数分别为Ns、Nr，且装配完成后使得定子和转子线圈同心旋转，同时确保轴向磁场耦合配合最佳。
基于上述方案构成的温度检测装置，在组成结构上，其使用低成本的无源的热敏感温元件及绕线型式的旋转型变压器转子与电机转子同轴安装，结构简单，耐机械冲击性好，可靠性高。
同时，在温度检测装置，在性能上，其通过旋转型变压器的定转子耦合进行传递热敏元件阻抗的变化，进而根据热敏元件的温度阻抗特性获取转子温度，整个检测过程无机械接触，无磨损，无需维护；同时变压器耦合置于电机外部，不受电机磁场影响，抗干扰性强。
由此，利用本温度检测装置可实现高精度、高可靠性的非接触式转子温度检测。具体的检测过程如下：
首先，通过外部电路，在旋转型变压器的定子线圈中通一固定频率和幅值的交流电压Vs，同时测量旋转型变压器的定子绕组的电流幅值Is；再根据变压器阻抗变换关系，计算得到NTC的阻抗；最后根据NTC的温度阻抗特性，进而获取转子温度。
具体的，NTC的阻值是温度t的函数，记为RNTC(t)，由变压器阻抗变换原理可得：
RNTC(t)＝(Nr/Ns)^2×(Vs/Is)
因此，通过观测定子绕组的电压、电流，通过上述公式就可以计算得到RNTC(t)的值，通过NTC的温度特性曲线，查表或计算得出NTC附近的转子温度t。
整个检测过程简单快捷，实时性强，不受电机内部磁场影响，可靠性高，检测精度高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种非接触式转子温度检测装置，其特征在于，所述检测装置包括
一热敏元件，固定于电机转子上；
一旋转型变压器，含有定子和转子两部分，并分别置有定子线圈和转子线圈，所述旋转型变压器的转子与电机转子同轴安装，转子线圈与所述热敏元件相连并为其供电，定子线圈由外部供电。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式转子温度检测装置，其特征在于，所述热敏元件固定并靠近电机转子线圈或永磁体。
3.根据权利要求1或2所述的一种非接触式转子温度检测装置，其特征在于，所述热敏元件为阻抗敏感型热敏元件。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式转子温度检测装置，其特征在于，所述阻抗敏感型热敏元件为热敏电阻、热敏二极管、热电偶中的一种或者其与定值电阻的串并联组合。
5.一种非接触式转子温度检测方法，其特征在于，所述检测方法通过旋转型变压器来获取识别设置在电机转子上的热敏元件的阻抗变化，并据此获取转子温度。
6.根据权利要求5所述的一种非接触式转子温度检测方法，其特征在于，所述热敏元件阻抗的变化通过旋转型变压器的定转子耦合进行传递。
7.根据权利要求5或6所述的一种非接触式转子温度检测方法，其特征在于，所述检测方法通过在旋转型变压器的定子线圈中通以一定频率和幅值的交流电压或电流，同时测量定子绕组的电流或电压幅值，再通过阻抗变换关系，识别热敏元件的阻抗，最后根据热敏元件的温度阻抗特性，进而获取转子温度。
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