CN208015540U - 嵌入式电机运行数据采集-保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式电机运行数据采集‑保护器，该嵌入式电机运行数据采集‑保护器集成在电机内部，其温度传感器分布在电机的绕组，槽，铁芯，轴承上，电压检测通过电机的接线端子完成，电流传感器安装在电机绕组与接线端之间的导线上，震动传感器，板上温度传感器安装在嵌入式电机运行数据采集‑保护器上，MCU（单片机）28里安装了数据的采集，分析，通讯，报警和故障信息存储的固件。本专利能有效地实时检测电机的运行参数，分析运行状况，及时发出警告和报警，通过三种对外输出口对外通讯。

Description

嵌入式电机运行数据采集-保护器

技术领域

本实用新型涉及一种电机的运行，数据采集，对外通讯，运行状况分析和电机保护的应用。其描述的电机是指所有形式的电机，电机包括电动机和发电机。

背景技术

电机是在各行各业里应用最广的动力和控制器件，在一个机器或系统里，传统的电机往往是一个单独运行的器件，其运行参数、状态往往由于技术和成本的问题而不被监视，造成的后果是：电机的运行状态不被监视，电机可能长期运行在非安全区或效率低下区域，或者电机有了轻微的故障状态不被得知，或者电机的使用环境不符合技术要求，电机的寿命，效率会受到影响，其结果就是电机的无预兆的损坏。运行人员往往要在电机出了故障后才处理，停工时间长。而且，电机出故障后，电机出故障前的状态参数已经丢失，对故障的分析和防止没有起到帮助。

例如中国专利“一种高压电机智能监测系统及监测方法”（申请号：201410721965.X）提供了一种高压电机智能监测系统及监测方法，能够使电机生产企业远程采集电机的实时数据，并对这些数据进行大数据分析，找出电机存在的故障以及潜在的故障，并将解决这些故障的方法下传至现场，远程协助用户消除电机故障以及潜在故障。可是，这种方法还是没有解决怎样在电机内部运行数据的采集和内部对数据的处理和存储。往往在电机的外部要增加很多测量仪器和探头，在电机的当地没有办法进行数据处理和判断，在无网络接入地方，这个系统就失去了功能。

又例如中国专利“一种电机数据采集系统”（申请号CN201320113088.9）提供了一种电机数据采集系统，包括可编程逻辑控制器、电机振动采集模块、电机温度采集模块、触摸屏、振动变送器、温度计、箱体。电机的震动和温度采取外加的模式，在电机的外部来完成。由一个外置的箱体把所有的箱体元件整合在一起。而且，这个采集系统要求客户在现场完成，不能在电机生产线上统一完成。

同样的，又例如中国专利“大型风机及其高压电机运行监控系统及其监控方法”（申请号CN201310009561.3），其数据的采集还是靠电机外部设备的接线来完成。而且，这发明侧重的是假定数据采集到后，后续的数据的传输和分析。进而带动控制功能。

再一个，中国专利“一种基于电气信息的风力发电机健康状态监测系统和方法”（申请号 CN201110307468.1），该发明包括风力发电机数据采集模块、信号预处理模块、信号处理模块和监测输出模块。其中，数据的采集采用了专门的外置电子设备，通过电机外部，而不是内部，的接线来完成。全部的篇幅侧重在数据的处理上、而不是在数据的采集上。

最后，中国专利“基于串口通信的风电机组发电机运行数据采集装置”，（申请号CN201320397166.2），该实用新型提出了一种基于串口通信的风电机组发电机运行数据（外置的）采集装置，侧重点是在模数转换，数据通过串口的传输。整篇专利里没有提到电机内部数据采集的解决方法。

发明内容

为了克服现有技术中对电机内部运行参数采集和对电机保护的有效实施，本实用新型提供一种嵌入式的电机运行数据采集和当地（电机本体）对电机采取保护的解决方法，把实时数据采集和实时保护功能集成到电机的本体里，把采集到的数据及报警信息存储在电机内部，同时，预留了本装置和系统的多种通讯接口。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

通过预设在电机内部的温度传感器对电机内部的温度进行实时采集；电机接线端的电压测量；电机内部绕组和接线端之间的连线的电流测量；安装在采集器上的震动传感器的震动幅度的测量，从而实时监测到电机当前的运行状态，通过嵌入式的内部处理单元进行运行状态分析，进而采取保护措施。

温度传感器的位置分布在电机内：定子铁芯，定子槽内绕组，端部绕组，前、后轴承，电机内部温度，出线盒温度等。外部环境温度的测量通过外接温度传感器连接到本嵌入式电机运行数据采集-保护器。

电压的采集通过已有的电机接线盒上的电源线的接线柱上连接来完成。电流的采集通过电源接线柱和内部绕组的连接线来完成。电压和电流的采集都是3相全测。

电机震动的测量通过安装在嵌入式电机运行数据采集-保护器上的震动传感器来完成。

整个嵌入式电机运行数据采集-保护器安装在电机本身已有的出线盒里部。所有的内部传感器引线都是连接到嵌入式电机运行数据采集-保护器，而且在生产线上完成。集成了嵌入式电机运行数据采集-保护器的电机和普通电机外观没有明显的区别，安装方式也没有改变。针对已经在现场运行的老电机，本嵌入式电机运行数据采集-保护器也可以通过现场改造安装到老电机里面。

由于“嵌入式电机运行数据采集-保护器”以及对应的温度，电压，电流，震动传感器都是集成在电机内部，而且，在电机生产线上完成连线和测试，所以，该实用新型是“嵌入式”的发明。客户在使用现场可以很方便地使用数据，而不必重新布线和设置。

本实用新型的有益效果

通过预先在电机生产线上对电机埋设传感器和安装数据采集-处理器，对电机内部的运行状态的检测更加精准，更加实时，而且，不受外部设备、通讯，网络的故障影响，可靠性增加。在客户端的使用上，客户使用的是统一的，自带的，既用的电机数据采集-保护装置，外加的设备和接线可以省掉，成本降低。

通过对电机温度，电压，电流，震动的实时监测，能正确地监视到电机的运行状况，并记录在嵌入式电机运行数据采集-保护器里的MCU（单片机）28的EEPROM里。当运行状况异常，嵌入式电机运行数据采集-保护器可以发出警告或警报，配合外围电路，对电机进行运行方式的改变：进行减负荷，减速或停止检修。其记录下的运行参数可以作为故障判断或运行优化的依据。

通过上面提到的温度，电压，电流，震动原始数据的检测，通过MCU（单片机）28的深度数据处理，得到进一步的数据以下：

1.监视电机内部温度；

2.监视三相电压运行范围；

3.监视三相电流运行范围；

4.当前功率；

5.当前功率因数；

6.监视三相电压的相序（电机的转向）；

7.监视三相电压的平衡；

8.监视三相电流的平衡；

9.监视三相电压的畸变率；

10.监视三相电流的畸变率；

11.监视电机震动；

12.记录总的电机运行累计时间；

13.本次上电运行的时间；

14.根据运行累计时间，预设维护时间表；

15.记录累计千瓦*小时(度电)，从而得到碳排放量；

16.在嵌入式电机运行数据采集-保护器内部自动记录报警和发生的时间；

17.对应以上监视的报警（过电压，欠电压，电压不平衡，过流，电流不平衡，过温度，功率因数异常，超负荷运行，震动等。。。。），同时通过输出端，输出报警信号。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1：电机加装了嵌入式电机运行数据采集-保护器、以及传感器后的电机本体示意图；

图2：为图1中电机出线盒里接线的示意图；

图3：嵌入在电机内部嵌入式电机运行数据采集-保护器的输入输出端部和功能方框示意图。

具体实施方式

图1中：电机本体1，有定子2和转子4，前端盖12和后端盖11组成。前后端部有前轴承8和后轴承9。定子绕组分两部分，槽里的绕组13和端部绕组5。温度传感器是分布在电机内部不同的地方，温度传感器（三角符号）3用三角符号标出。出线盒6和嵌入式电机运行数据采集-保护器7的位置还是和普通电机的出线盒的位置一样，整个电机由底座10支持。

图2中：是图1中出线盒6的示意，出线盒的接线端有出线接线柱31，外接电源线14的三相线17接到接线柱31上。电压传感器的接线（菱形符号）15接到接线柱31上。电流传感器16套在（无电接触）电机绕组到接线柱之间的导线上18。

图3中：嵌入式电机运行数据采集-保护器7是有输入，输出，显示24，震动传感器29，板上温度传感器30，自用电源23和MCU（单片机）28组成。其中，输入端有：电压输入端19，电流传感器输入端20，内部温度传感器输入端21，和外部温度传感器输入端22。输出端有：继电器输出端25，串口通讯端26和无线通讯端27。

图1中电机内部的温度传感器（多个三角符号）3是在生产时预先埋在电机内部的，其大概位置在图1所示。图2中的电压传感器的接线（菱形符号）15是在电机装配线上完成，和图2中的外接电源线14的三相线17的连接（由用户自己完成）不干涉。图2中的电流传感器16也是在生产线上安装图2中出线盒的接线柱31时完成。图1中的嵌入式电机运行数据采集-保护器7是在电机的装配线上完成，其连线也是在装配线上完成，图1中的嵌入式电机运行数据采集-保护器7的出厂功能测试和常规的电机出厂试验一起完成。所以，对电机的终端用户来看，嵌入式电机运行数据采集-保护器的存在是透明的，不影响常规电机的安装、接线、调试和运行。

当电机通过外部开关和图2中的电源线14得电后，电机开始旋转，同时，图1中的嵌入式电机运行数据采集-保护器7得电，图3中的嵌入式电机运行数据采集-保护器7开始工作。图1中电机内部的温度传感器3所在的位置的温度开始变化，同时，图2中的电压15随着电网电压的变化而变化。图2中的电流16也随着图1中电机1的负载变化、电网变化而变化。图3中的震动传感器29也开始检测电机的震动。图3中的MCU（单片机）28实时开始检测和运算，图3中的继电器输出25，串口输出26和无线输出27实时把运行数据和报警传出去。

由于所有的传感器（温度，电压，电流，震动）都是集成在电机内部，所以，这些采样到的运行数据是真正反映了电机运行和内部的真实、实时状态。其得到的功能在“本实用新型的有益效果”里已经阐述。

Claims (10)

1.一种嵌入式电机运行数据采集-保护器，包括外壳和PCB板子，其特征在于：电路由MCU单片机(28)作为核心，PCB上有电压输入端(19)，电流传感器输入端(20)，内部温度传感器输入端(21)，和外部温度传感器输入端(22)，继电器输出端(25)，串口通讯端(26)，无线通讯端(27)，显示(24)，震动传感器(29)，板上温度传感器(30)，自用电源(23)，分布在电机内部的温度传感器(3)，电压传感器的接线(15)和电流传感器(16)组成。

2.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：其嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)集成在电机出线盒(6)的顶部，或外挂在电机外部。

3.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：温度传感器(3)安装在电机槽里的绕组(13)，端部绕组(5)，前轴承(8)和后轴承(9)的附近，其所有的温度传感器(3)都在生产线上预先埋设，最后连接到内部温度传感器输入端(21)。

4.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：电压检测的接线(15)与接线柱(31)连接，其连线在生产线的最后组装时与电压输入端(19)连接。

5.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：电流测量通过电机绕组到接线柱之间的导线上(18)来完成，其电流传感器(16)的引出线在生产线的最后组装时连接到电流传感器输入端(20)。

6.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)上安装了震动传感器(29)。

7.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，其特征在于：嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)上安装了板上温度传感器(30)。

8.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)上安装了继电器输出端(25)。

9.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)上安装了串口通讯端(26)和无线通讯端(27)。

10.根据权利要求1所述的嵌入式电机运行数据采集-保护器，嵌入式电机运行数据采集-保护器(7)的MCU单片机(28)安装了数据的采集，分析，通讯，报警和故障信息存储的固件。