CN110765632A - 一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法 - Google Patents

Abstract

一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法。属于电机测试技术领域。涉及一种不依赖精确热模型、利用模型基本属性的叠加性来根据一定负载激励下的温升数据求取任意负载激励下温升数据的温升等效测试方法。该方法记录给定任意负载激励下的温升响应数据和负载激励数据，仅通过数据的加乘运算就能够还原出另外任意负载激励下的温升响应数据，无需使用热模型参数，不依赖模型。本方法可有效处理负载变化对温升的影响。特别地，本方法可利用短时变激励负载状态下的测量数据间接得出电机变负载持续激励状态下的温升数据，测试过程中电机温升低，避免了高温损坏的风险，减小了能耗。

Description

一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法

技术领域

本发明属于电机测试技术领域，涉及一种不依赖精确热模型、利用模型基本属性的叠加性来根据一定负载激励下的温升数据求取任意负载激励下温升数据的温升等效测试方法。

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，其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，也可使用电机状态量与电机损耗通过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，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。

专利号为ZL 201711273636.3的发明专利公开了“一种短时负载激励的电机温升等效测试方法”，该方法利用电机负载短时激励状态下的测试数据准确还原出电机负载持续激励状态下温升数据。但是，该方法需要短时加载和持续激励时的负载状态大小状态相同，无法给出通过任意给定负载状态下的温升测试数据来还原其他任意给定负载状态下温升数据。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有短时负载激励的电机温升等效测试方法需要相同负载激励测试条件的问题，提供一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法。

本发明涉及一种不依赖精确热模型、利用模型基本属性的叠加性来根据一次任意负载激励下的温升数据求取任意负载激励下温升数据的温升等效测试方法。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，并在整个加载测试过程中记录随时间变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；以离散形式记录测量数据，设数据记录的采样时间为τ，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)和T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...；序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应的损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的P₁(n)和T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁(为变功率短时负载激励)的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤三：在期望负载状态下对应损耗功率值为P₂(n)时，计算相应的电机温升值T_R2(n)通过式三计算：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明以任意负载激励下的温升响应数据能够还原出另外任意负载激励下的温升响应数据。特别是利用短时变激励负载状态下的测量数据间接得出电机变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。

(2)不需要负载恒定，可适应变负载工况，可适用于变负载情况下以短时负载激励温升来还原持续负载激励温升的等效测试，加载过程中温升对损耗的影响可被算法自动处理，温升还原误差不受负载变化影响，等效测试精度高。

(3)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，避免损坏。

(4)计算过程简单，运算仅包括已知数据的加法和已知常系数的乘除法，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具体参数。

附图说明

图1为实施例1中的测试条件与期望条件下的变化负载激励图；

图2为实施例1中以原有方法进行温升还原的效果图；

图3为实施例2的发明效果图；

图4为实施例2中测试条件与期望条件下的变化负载激励图；

图5为实施例2的发明效果图；

图6为实施例3中测试条件与期望条件下的变化负载激励图；

图7为实施例3的发明效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：本实施方式披露了一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，并在整个加载测试过程中记录随时间变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；以离散形式记录测量数据，设数据记录的采样时间为τ，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)和T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...；序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应的损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的P₁(n)和T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁(为变功率短时负载激励)的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤三：在期望负载状态下对应损耗功率值为P₂(n)时，计算相应的电机温升值T_R2(n)通过式三计算：

实施例1：

实施例1的对象为一阶热传递对象，测试负载激励为短时激励。本实施例披露了一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，所述方法步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，在整个加载测试过程中记录随时间t变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；以离散形式记录测量数据，数据记录的采样时间为τ＝0.1s，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)与T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...,60000，序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的电机损耗功率值的离散数据序列P₁(n)和电机温升值的离散数据序列T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁(为变功率短时负载激励)的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤二中的d_i计算较为简单，现在解释一下y(n)的计算如下：

y(0)＝0， n＝0

y(1)＝T_R1(1)， n＝1

即

步骤三：电机在期望负载状态下的损耗功率值为P₂(n)，则在对应状态下的电机温升值T_R2(n)可通过式三计算：

现解释一下步骤三中的公式计算步骤：

T_R2(0)＝0， n＝0

......

即

电机加载功率如图1所示，测试为变功率短时负载激励(对应图中P₁)，期望获得变功率持续负载激励(对应图中P₂)时的温升。

原有方法通过短时激励还原持续激励时不考虑加载功率的变化，其通过短时负载激励温升还原持续负载激励温升时的效果如图2所示。本发明方法的效果如图3所示，图中，本发明方法测得数据对应T_R1(n)，本发明方法计算数据对应T_R2(n)。从结果可以看出，本发明方法可在变化负载激励下，从一种变激励短时加载测试工况的温升数据等效计算还原出另一种测试工况的T_R2温升数据，比原有方法有更高的精度。

实施例2：

实施例2的对象为一阶热传递对象，测试负载激励为长时间激励。本实施例披露了一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，所述方法步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，在整个加载测试过程中记录随时间t变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差。以离散形式记录测量数据，数据记录的采样时间为τ＝0.01s，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)与T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...,2000，序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的电机损耗功率值的离散数据序列P₁(n)和电机温升值的离散数据序列T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁(i)(为变功率短时负载激励)的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤三：电机在期望负载状态下的损耗功率值为P₂(n)，则在对应状态下的电机温升值T_R2(n)可通过式三计算：

电机加载功率如图4所示，测试负载激励如图中P₁所示，期望获得变功率持续负载激励如图中P₂所示。

本发明方法的效果如图5所示。从结果可以看出，本发明方法从一种测试工况的温升数据等效计算还原出另一种测试工况的T_R2温升数据。

实施例3：

实施例3的对象为高阶(三阶)热传递对象，测试负载激励为任意激励。本实施例披露了一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，所述方法步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，在整个加载测试过程中记录随时间t变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；以离散形式记录测量数据，数据记录的采样时间为τ＝0.1s，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)与T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...,60000，序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的电机损耗功率值的离散数据序列P₁(n)和电机温升值的离散数据序列T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁(i)(为变功率短时负载激励)的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤三：电机在期望负载状态下的损耗功率值为P₂(n)，则在对应状态下的电机温升值T_R2(n)可通过式三计算：

电机加载功率如图6所示，测试为负载激励如图中P₁所示，期望获得变功率持续负载激励如图中P₂所示。

本发明方法的效果如图7所示。从结果可以看出，对于高阶热传递关系，本发明方法也可以从任意一种测试工况的温升数据等效计算还原出另一种测试工况的T_R2温升数据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种可求取任意负载激励下温升响应的温升等效测试方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

步骤一：电机以任意给定的变负载状态进行加载，并在整个加载测试过程中记录随时间变化的电机损耗功率值P₁(t)和电机温升值T_R1(t)，温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；以离散形式记录测量数据，设数据记录的采样时间为τ，则P₁(t)与T_R1(t)分别对应的离散序列为P₁(n)和T_R1(n)，其中n为离散数据序号，n＝0,1,2,3,...；序号为n的数据为nτ时刻的数值；加载起始时刻对应的损耗记为u₀，即P₁(0)＝u₀，电机温升初值为0，即T_R1(0)＝0；

步骤二：根据测试数据P₁(n)和T_R1(n)进行中间变量y(n)的计算，根据所得的P₁(n)和T_R1(n)，计算中间变量y(n)，见式一：

其中：i为第i个离散数据序号，d_i为第i个离散采样时刻激励P₁的变化量与u₀的比值，见式二；

步骤三：在期望负载状态下对应损耗功率值为P₂(n)时，计算相应的电机温升值T_R2(n)通过式三计算：

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