CN108008297B - 一种多次负载激励的电机温升等效测试方法 - Google Patents

一种多次负载激励的电机温升等效测试方法 Download PDF

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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Abstract

一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，属于电机测试技术领域。本发明是一种利用电机多次负载短时激励状态下的测试数据还原出电机负载持续激励状态下温升数据的测试方法。本发明的优点是：以电机多次负载短时激励状态下的测量数据间接得出电机负载持续激励状态下的温升数据，测试过程中电机温升低于负载持续激励时的温升值，降低了电机高温损坏的风险；只需要短时对电机进行激励，电机可长时间处于自然冷却状态，能有效降低能耗；计算过程简单，易于操作，无需使用电机模型、损耗模型及系统相关属性等先验知识，无需获取热传递函数的阶数和具体参数。

Description

一种多次负载激励的电机温升等效测试方法
技术领域
本发明属于电机温升测试技术领域，涉及一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，具体涉及一种利用电机多次负载短时激励状态下的测试数据还原出电机负载持续激励状态下温升数据的测试方法。
背景技术
电机温升影响着电机中绝缘的可靠性和使用寿命，与电机及其应用设备的安全性和可靠性密切相关。因此，准确获取电机额定、过载等特定负载工作状态的温升，对于验证电机设计的合理性和可靠性有着重要的意义。
目前对于特定工作状态温升测试的方法是对电机持续加载并维持在期望测试状态，待温度稳定后通过温度传感器或绕组热态电阻值来得到电机的温升值，也可通过电机状态量和电机的损耗和热模型计算得到温升值。现有方法对电机特定工作状态温升的测量需要电机一直处于该负载状态，存在电机烧毁的风险和能耗较高的缺点，比如：在电机设计验证阶段，在对温升裕度把握不足时，以现有的额定温升状态测量的方法进行测试可能会造成电机烧毁，对于短时工作制电机测试难度更大；对于一些大功率电机，温升时间长，需要长时间维持电机额定功率或额定损耗，能耗较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电机温升测试方法难度大、能耗高的问题，提供一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，具体的是一种利用电机多次负载短时激励状态下的测试数据还原出电机负载持续激励状态下的温升值和温升动态过程的测试方法。多次负载短时激励下电机温度低于持续激励下的温度，获取该状态下的温升状态测试数据可有效避免绕组高温烧毁，也可有效减少能耗。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，所述方法步骤如下：
步骤一：电机多次负载短时激励：使电机在期望测试的条件下进行多次的负载短时激励，多次负载短时激励之间电机自由冷却；在此过程中，电机的温度在每次负载激励时存在升高及降低的波动，但无需达到稳定温升，最后去掉负载使电机冷却；测试过程中温度升高的范围为额定温升值的1％以上即可；电机工作过程中，环境温度TE随时间变化的数据记为TE(t)，电机部件温度TM随时间变化的数据记为TM(t)；首次加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1，再次加载时刻记为t2，再次卸载时刻记为t3，以此类推，多次加载时刻标记为偶数下标，如t0，t2，t4，…，多次卸载时刻为奇数下标t1，t3，t5，…；
步骤二：数据处理：通过TE(t)和TM(t)得到TR(t)，计算公式为TR(t)＝TM(t)-TE(t)；TR(t)为实测的电机在多次负载短时激励条件下温升随时间变化的测量数据，下一步通过以下公式还原出电机在负载持续激励条件下的数据值TR′(t)；
Figure BDA0001491539620000021
式(1)中，当tk为最后一次加载时刻时，最后一项T′R(t-tk)之前的符号为负；当tk为最后一次卸载时刻时，最后一项T′R(t-tk)之前的符号为正，上式左右两侧均有TR′(t)，但当考虑到t所在的时间分段，右侧T′R(t-tx)只涉及上一时间段的已知数据，方程组右侧没有未知变量。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
(1)测试过程中电机温升低于额定温升值，降低了电机高温损坏的风险。
(2)只需要多次短时对电机进行激励，无需负载持续激励，可有效降低能耗。
(3)计算过程简单，易于操作，可有效避免测试过程中电机损坏的风险，无需使用电机模型、损耗模型及系统相关属性等先验知识，无需获取热传递函数和阶数及具体参数。
附图说明
图1为实施例1的温升测试结果图；
图2为实施例1的多次负载激励图；
图3为实施例2的温升测试结果图；
图4为实施例2的多次负载激励图；
图5为实施例3的温升测试结果图；
图6为实施例3的多次负载激励图；
图7为实施例4的温升测试结果图；
图8为实施例4的多次负载激励图；
图9为本发明的方法简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，所述方法步骤如下：
步骤一：电机多次负载短时激励：使电机在期望测试的条件下进行多次的负载短时激励，多次负载短时激励之间电机自由冷却；在此过程中，电机的温度在每次负载激励时存在升高及降低的波动，但无需达到稳定温升，最后去掉负载使电机冷却；测试过程中温度升高的范围为额定温升值的1％以上即可；电机工作过程中，环境温度TE随时间变化的数据记为TE(t)，电机部件(如绕组、机壳、铁心、端盖、轴承)温度TM随时间变化的数据记为TM(t)；首次加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1，再次加载时刻记为t2，再次卸载时刻记为t3，以此类推，多次加载时刻标记为偶数下标，如t0，t2，t4，…，多次卸载时刻为奇数下标t1，t3，t5，…；所述的期望测试的条件指电机的冷却条件和负载工况；所述的冷却条件为风冷、水冷或自然冷却等；所述的负载工况为额定负载或20％过载或任何程度的加载；冷却时间长短的选取准则以通过本方法等效测出的温升数据可得出相应温升测试结论即可(如，通过该时长等效测出的温升曲线可判断出稳态温升值已符合/不符合设计温升限值，在给定温升限值下该电机最多工作20s，给定温升限值和过载时间下过载量最大为130％等)；冷却时间根据电机和测试目标的不同会有所不同，一般为5s～100h；
步骤二：数据处理：通过TE(t)和TM(t)得到TR(t)，计算公式为TR(t)＝TM(t)-TE(t)；TR(t)为实测的电机在多次负载短时激励条件下温升随时间变化的测量数据，下一步通过以下公式还原出电机在负载持续激励条件下的数据值T′R(t)；
Figure BDA0001491539620000031
式(1)中，当tk为最后一次加载时刻时，最后一项T′R(t-tk)之前的符号为负；当tk为最后一次卸载时刻时，最后一项T′R(t-tk)之前的符号为正，上式左右两侧均有T′R(t)，但当考虑到t所在的时间分段，右侧T′R(t-tx)只涉及上一时间段的已知数据，方程组右侧没有未知变量。
在多次加载时，以加载的卸载时刻对时间段进行了划分，加载时刻之后时间段所对应的T′R(t-tx)前的符号为负，卸载时刻之后时间段所对应的T′R(t-tx)前的符号为正；
若测试时环境温度变化范围小于稳定温升能够接受的误差范围，则所述的TE(t)为单次测量值TE或电机部件温度初始值TM(t0)。
实施例1：
两次负载激励下电机温升间接测试实验。负载激励信号如图2所示，图中“1”表示加载，“0”表示卸掉负载。以图2所示负载激励电机，记录整个过程温度传感器测得的电机部件(绕组)的温度值TM(t)。在该测试过程中认为环境温度基本不变，近似为常值，TE(t)＝TM(t0)。计算电机在此过程中的温升数据TR(t)＝TM(t)-TE(t)＝TM(t)-TM(t0)，该数据如图1中圆圈标记曲线所示。通过公式(1)
Figure BDA0001491539620000041
计算出负载持续激励状态的数据T′R(t)，如图1中三角标记曲线所示。此外，通过常规方法得出了电机一直处在额定负载状态下的温升曲线如图1中菱形标记曲线所示。对比本方法所获取的间接测试值与实际实验测试值，可以看出，二者吻合，说明本发明使用多次负载激励的数据间接得出负载持续激励的温升数据的方法是有效的。在本方法测试过程中电机负载多次激励总时间3s，最大温升40℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励10s，温升91℃时的温升数据。本方法测试过程中最大温度不足稳定温升值的44％，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。
实施例2：
三次负载激励下电机温升间接测试实验。负载激励信号如图4所示，图中“1”表示加载，“0”表示卸掉负载。以图4所示负载激励电机，记录整个过程中的电机部件的温度值TM(t)。在该测试过程中认为环境温度基本不变，近似为常值，TE(t)＝TM(t0)。计算电机在此过程中的温升数据TR(t)＝TM(t)-TE(t)＝TM(t)-TM(t0)，该数据如图3中圆圈标记曲线所示。通过公式(1)计算出负载持续激励状态的数据T′R(t)，如图3中三角标记曲线所示。此外，通过常规方法得出了电机一直处在额定负载状态下的温升曲线如图3中菱形标记曲线所示。对比本方法所获取的间接测试值与实际实验测试值，可以看出，二者吻合，说明本发明使用多次负载激励的数据间接得出负载持续激励的温升数据的方法是有效的。在本方法测试过程中电机负载多次激励总时间3s，最大温升39℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励10s，温升91℃时的温升数据，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。
实施例3：
四次负载激励下电机温升间接测试实验，温升热传递函数的阶数为三阶。负载激励信号如图6所示，图中“1”表示加载，“0”表示卸掉负载。以图6所示负载激励电机，记录整个过程中的电机部件的温度值TM(t)。在该测试过程中认为环境温度基本不变，近似为常值，TE(t)＝TM(t0)。计算电机在此过程中的温升数据TR(t)＝TM(t)-TE(t)＝TM(t)-TM(t0)，该数据如图5中圆圈标记曲线所示。通过公式(1)计算出负载持续激励状态的数据T′R(t)，如图5中三角标记曲线所示。此外，通过常规方法得出了电机一直处在额定负载状态下的温升曲线如图5中菱形标记曲线所示。对比本方法所获取的间接测试值与实际实验测试值，可以看出，二者吻合，说明本发明使用多次负载激励的数据间接得出负载持续激励的温升数据的方法是有效的。方法计算过程简单，易于操作，对热传递函数为三阶的系统也能准确还原出温升值，更进一步说明了本方法无需使用电机模型、损耗模型以及热传递函数的阶数与参数等系统属性的先验知识的优点。
实施例4：
四次负载激励下电机温升间接测试实验，温升热传递函数的阶数为三阶。负载激励信号如图6所示，图中“1”表示加载，“0”表示卸掉负载。以图6所示负载激励电机，记录整个过程中的电机部件的温度值TM(t)。在该测试过程中认为环境温度基本不变，近似为常值，TE(t)＝TM(t0)。计算电机在此过程中的温升数据TR(t)＝TM(t)-TE(t)＝TM(t)-TM(t0)，该数据如图5中圆圈标记曲线所示。通过公式(1)计算出负载持续激励状态的数据T′R(t)，如图5中三角标记曲线所示。此外，通过常规方法得出了电机一直处在额定负载状态下的温升曲线如图5中菱形标记曲线所示。对比本方法所获取的间接测试值与实际实验测试值，可以看出，二者吻合。在本方法测试过程中电机负载多次激励总时间0.04s，最大温升0.75℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励10s，温升91℃时的温升数据。本方法测试过程中最大温度不足稳定温升值的1％，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。

Claims (3)

1.一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：电机多次负载短时激励：使电机在期望测试的条件下进行多次的负载短时激励，多次负载短时激励之间电机自由冷却；在此过程中，电机的温度在每次负载激励时存在升高及降低的波动，但无需达到稳定温升，最后去掉负载使电机冷却；测试过程中温度升高的范围为额定温升值的1％以上即可；电机工作过程中，环境温度TE随时间变化的数据记为TE(t)，电机部件温度TM随时间变化的数据记为TM(t)；首次加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1，再次加载时刻记为t2，再次卸载时刻记为t3，以此类推，多次加载时刻标记为偶数下标，如t0，t2，t4，…，多次卸载时刻为奇数下标t1，t3，t5，…；
步骤二：数据处理：通过TE(t)和TM(t)得到TR(t)，计算公式为TR(t)＝TM(t)-TE(t)；TR(t)为实测的电机在多次负载短时激励条件下温升随时间变化的测量数据，下一步通过以下公式还原出电机在负载持续激励条件下的数据值TR′(t)；
Figure FDA0001491539610000011
式(1)中，当tk为最后一次加载时刻时，最后一项TR′(t-tk)之前的符号为负；当tk为最后一次卸载时刻时，最后一项TR′(t-tk)之前的符号为正，上式左右两侧均有TR′(t)，但当考虑到t所在的时间分段，右侧TR′(t-tx)只涉及上一时间段的已知数据，方程组右侧没有未知变量。
2.根据权利要求1所述的一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，其特征在于：步骤一和步骤二中，温度数据由温度传感器测得。
3.根据权利要求1所述的一种多次负载激励的电机温升等效测试方法，其特征在于：步骤一和步骤二中，温度数据由绕组电阻值间接计算得到。
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