一種電機(jī)溫度在線監(jiān)測(cè)方法

程群 梁一龍

摘要：電機(jī)的溫升是影響電機(jī)使用壽命及運(yùn)行可靠性的重要因素，因此準(zhǔn)確分析電機(jī)的溫度具有重要的意義。隨著工業(yè)4.0的普及以及實(shí)際生產(chǎn)的需要，目前煙廠用戶對(duì)于電機(jī)的使用不再只關(guān)注電機(jī)知否可以滿足設(shè)備的驅(qū)動(dòng)需求，還要求對(duì)電機(jī)的溫度變化情況予以掌握。特別是一些大功率，不易安裝和更換的電機(jī)，如果能夠根據(jù)數(shù)據(jù)分析提前知道其溫度變化情況將會(huì)對(duì)維修保養(yǎng)起到事半功倍的效果。該文針對(duì)帶溫度傳感器的電機(jī)提出一種相對(duì)普遍適用、成本較低、精確度較高的測(cè)量方法，給出了方法中重要參數(shù)的計(jì)算公式、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證了此方法的可行性。

關(guān)鍵詞：電機(jī)溫度;工業(yè)4.0;大數(shù)據(jù);溫度傳感器;溫度曲線

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）06-0227-03

煙草行業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)行“三班倒”“人歇機(jī)不歇”的工作制度，這就要求卷接機(jī)組的大部分的電機(jī)常年處在工作狀態(tài)。在生產(chǎn)過程中，大功率電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，水冷或風(fēng)冷電機(jī)等采取外部冷卻方式的電機(jī)出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)工作不正常時(shí)，電機(jī)的溫度將會(huì)急劇上升。電機(jī)溫度上升，一方面降低了電機(jī)工作效率，一方面使電機(jī)發(fā)熱，電機(jī)繞組溫度升高，而溫度過高，繞組絕緣材料就會(huì)加速老化，材料絕緣性能急劇降低，大幅縮短電機(jī)使用壽命，甚至導(dǎo)致電機(jī)著火、人員觸電危險(xiǎn)。因此科學(xué)有效的測(cè)量電機(jī)的溫度可以對(duì)電機(jī)起到重要的保護(hù)作用。本文提出的測(cè)量電機(jī)溫度的方法適用于目前市面上絕大多數(shù)帶溫度傳感器的電機(jī)，且操作簡(jiǎn)單實(shí)用、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

1測(cè)量過程

溫度傳感器是各種傳感器中是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。本文提出的電機(jī)溫度測(cè)量的原理正是通過測(cè)量電機(jī)中溫度傳感器電阻的阻值，并根據(jù)溫度電阻的材料特性轉(zhuǎn)換成溫度值。具體做法：首先根據(jù)說明書或者電機(jī)上的銘牌查詢電機(jī)自帶溫度傳感器的類型。常用溫度傳感器類型有KTY84，PTC，PT100，PT1000，NTC等。根據(jù)溫度傳感器的材料類型找到其溫度對(duì)照表，然后再按不同的精度需求擬合不同的溫度變化曲線。根據(jù)曲線公式可以計(jì)算出不同電阻對(duì)應(yīng)的溫度值，也即得出此時(shí)的電機(jī)溫度值。

下面是西門子某型號(hào)異步電機(jī)溫度的完整測(cè)量過程。根據(jù)手冊(cè)查詢?cè)撾姍C(jī)自帶溫度傳感器類型為KTY84-130。KTY84-130溫度傳感器是硅材料溫度傳感器，其芯片結(jié)構(gòu)基于擴(kuò)散電阻原理，主要成分是硅，硅天性穩(wěn)定，測(cè)量范圍內(nèi)都具有實(shí)際在線線性的溫度系數(shù)，溫度測(cè)量范圍廣、體積小、反應(yīng)迅速。在測(cè)量范圍-40℃到+300℃電阻值大致從300歐姆-2700歐姆呈線性變化。

表1為所查詢到的KTY84-130的溫度對(duì)照表。（1）：由表1可得-40℃時(shí)，KTY84-130所對(duì)應(yīng)的電阻值最小為340歐姆，平均為359歐姆，最大值為379歐姆。（2）通過表1可以得出當(dāng)溫度由40℃到200℃變化時(shí)，KTY84-130的電阻變化情況。（3）表2為提取的KTY84-130電阻隨溫度變化的情況。由于所選的電阻測(cè)量模塊的測(cè)量值是當(dāng)前電阻值的10倍，所以將表2電阻部分在原先基礎(chǔ)上放大10倍，便于后期計(jì)算。

圖1為根據(jù)表2擬合得到的兩條分布曲線，x軸為電阻值，Y軸為溫度值。分別為近似得到的溫度隨電阻變化的線性變化的曲線1：y=O.0173x-82.499曲線1方差為R²=0.9849和多項(xiàng)式分布曲線2：y=-6E-07x²+0.0289x-131曲線2方差為R²=0.9991將外圍硬件線路配置完成后。在控制中獲取模擬量測(cè)量值并根據(jù)曲線來計(jì)算。x軸電阻值由模擬量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量獲取，可以計(jì)算出不同電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值，即得到不同時(shí)刻該電機(jī)的溫度值。曲線2比曲線1方差更小，計(jì)算量相差不大。

示例：曲線1：x=6260 y計(jì)算值為25.799

曲線2：x=6260 y計(jì)算值為26.402

注：x軸為實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中所選擇模塊給出的模擬值的大小，其為實(shí)際值的10倍

在此基礎(chǔ)上還可以根據(jù)需求擬合出對(duì)數(shù)曲線、乘冪曲線等。不同的公式得到的數(shù)據(jù)精確度不一樣，但計(jì)算復(fù)雜度不一樣導(dǎo)致對(duì)控制器CPU的消耗也不一樣，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的計(jì)算公式。

2結(jié)果驗(yàn)證

表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為所測(cè)試電機(jī)溫度達(dá)到165℃以上，連續(xù)一個(gè)星期每天測(cè)量8次得到的平均數(shù)據(jù)。

測(cè)量方法：將該電機(jī)的溫度電阻分別接人電阻模塊和西門子的伺服模塊。當(dāng)從西門子伺服系統(tǒng)得到的溫度為表3中第四列各溫度點(diǎn)時(shí)，同時(shí)測(cè)量該電機(jī)的溫度電阻的實(shí)際電阻值并記錄在表3的第二列。根據(jù)實(shí)測(cè)電阻值和曲線1計(jì)算的理論溫度值記錄在表3的第三列。

通過表3對(duì)比發(fā)現(xiàn)，理論溫度和實(shí)際溫度偏差不大，且電機(jī)的溫度電阻值隨溫度基本呈線性變化。

3結(jié)論

本文通過分析電機(jī)的溫度傳感器的材料類型得到相應(yīng)的測(cè)溫電阻的溫度曲線，并將溫度曲線得到測(cè)溫電阻理論值和實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文提出的這種方法對(duì)帶溫度傳感器的電機(jī)，測(cè)量過程簡(jiǎn)單、成本較低，數(shù)據(jù)精確并且不需要專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊或者溫度測(cè)量?jī)x器。