一种短时负载激励的电机温升等效测试方法

摘要

一种短时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负载短时激励状态下的温升数据准确还原出电机负载持续激励状态下温升数据的方法。本发明的优点是：以电机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。

权利要求

1.一种短时负载激励的电机温升等效测试方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

步骤一：电机短时工作：使电机在期望测试的条件下工作一段时间，具体的工作时间选取准则为能使电机的温度升高至稳定温升的1％以上即可，无需达到稳定温升，随后去掉负载；在电机加载工作过程中，记录环境温度TE随时间变化的数据为TE(t)，电机部件温度TM随时间变化的数据为TM(t)，初始加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1；

步骤二：电机冷却：在t1时刻卸掉负载后，使电机在与步骤一相同期望测试的条件下自然冷却，在温度降低过程中继续记录环境温度与电机部件温度随时间变化的数据TE(t)和TM(t)；

步骤三：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)为实测的电机在步骤一和步骤二中电机短时工作和冷却过程的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下的温升的数据值TR′(t)；

2.根据权利要求1所述的一种短时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所述的一种短时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。

说明书

一种短时负载激励的电机温升等效测试方法

技术领域

[0001] 本发明属于电机测试技术领域，涉及一种短时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

[0002] 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。

[0003] 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，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

[0004] 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，提供一种短时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的测试方法。负载短时激励下的电机温度低于负载持续激励下的电机温度，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。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

[0006] 一种短时负载激励的电机温升等效测试方法，所述方法具体步骤如下：

[0007] 步骤一：电机短时工作：使电机在期望测试的条件下工作一段时间，具体的工作时间选取准则为能使电机的温度升高至稳定温升的1％以上即可，无需达到稳定温升，随后去掉负载；在电机加载工作过程中，记录环境温度TE随时间变化的数据为TE(t)，电机部件温度TM随时间变化的数据为TM(t)，初始加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1；

[0008] 步骤二：电机冷却：在t1时刻卸掉负载后，使电机在与步骤一相同期望测试的条件下自然冷却，在温度降低过程中继续记录环境温度与电机部件温度随时间变化的数据TE(t)和TM(t)；

[0009] 步骤三：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)为实测的电机在步骤一和步骤二中电机短时工作和冷却过程的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下的温升的数据值T′R(t)；

[0010]

[0011] 本发明相对于现有技术的有益效果是：

[0012] (1)本发明以电机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。

[0013] (2)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。

[0014] (3)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和阶数及具体参数。

附图说明

[0015] 图1为实施例1的自然冷却条件下的电机温升间接测试实验结果图；

[0016] 图2为实施例2的风冷条件下的电机温升间接测试实验结果图；

[0017] 图3为实施例3的自然冷却条件下的电机过载温升间接测试仿真结果图；

[0018] 图4为实施例4的自然冷却条件下的电机过载温升间接测试仿真结果图；

[0019] 图5为实施例5的自然冷却条件下的电机过载温升间接测试仿真结果图；

[0020] 图6为本发明方法的步骤简图。

具体实施方式

[0021] 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。

[0022] 具体实施方式一：如图6所示，本实施方式记载的是一种短时负载激励的电机温升等效测试方法，所述方法具体步骤如下：

[0023] 步骤一：电机短时工作：使电机在期望测试的条件下工作一段时间，具体的工作时间选取准则为能使电机的温度升高至稳定温升的1％以上即可，无需达到稳定温升，随后去掉负载；所述的期望测试的条件指电机的冷却条件和负载工况；所述的冷却条件指风冷、水冷、氢冷或自然冷却等；所述的负载工况指轻载、额定负载或任何程度的过载。在电机加载工作过程中，记录环境温度TE随时间变化的数据为TE(t)，电机部件(如绕组、机壳、铁心、端盖、轴承)温度TM随时间变化的数据为TM(t)，初始加载时刻为t0，卸掉负载时刻为t1；

[0024] 步骤二：电机冷却：在t1时刻卸掉负载后，使电机在与步骤一相同期望测试的条件下自然冷却，在温度降低过程中继续记录环境温度与电机部件温度随时间变化的数据TE(t)和TM(t)，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；

[0025] 步骤三：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)为实测的电机在步骤一和步骤二中电机短时工作和冷却过程的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下的温升的数据值T′R(t)；

[0026]

[0027] 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)，以减少测量工作量。

[0028] 具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种短时负载激励的电机温升等效测试方法，步骤一和步骤二中，温度数据由温度传感器测得。

[0029] 具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种短时负载激励的电机温升等效测试方法，步骤一和步骤二中，温度数据由绕组电阻值间接计算得到。

[0030] 实施例1：

[0031] 在自然冷却条件下的进行电机温升间接测试实验。以t0＝0时刻开始，将电机以额定状态运行至t1＝2700s时刻，然后断电并去掉负载，使电机在自然冷却条件下冷却至t2。记录t0～t2时刻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)[0032]

[0033] 计算出温升数据T′R(t)，如图1中三角标记曲线所示。此外，通过常规实验结果得出了电机一直处在负载持续激励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，二者之间的最大误差约为3℃，误差小于最大温升值5％，说明本发明使用负载短时激励温升数据间接得出负载持续激励温升数据的方法是有效的。在实际情况下，其误差来源包括测量误差、操作误差以及实际环境温度的变化，可通过测量环境温度、提高传感器精度、减小操作时间来减小误差。在整个测量过程中，电机最高温度为60℃，小于最大温升72℃。

[0034] 实施例2：

[0035] 风冷条件下的进行电机温升间接测试实验。以t0＝0时刻开始，将电机以额定负载运行约2700s，即t1＝2700s，然后断电并去掉负载，使电机在风冷条件下冷却至t2。记录t0～t2时刻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2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温升数据T′R(t)，如图2中三角标记曲线所示。此外，通过常规实验结果得出了电机在负载持续激励状态下的温升曲线如图2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，二者之间的最大误差约为1.2℃，说明本方法是有效的。

[0036] 实施例3：

[0037] 在自然冷却条件下以150％负载的对电机绕组温升间接测试仿真，温升热传递函数的阶数为一阶。以t0＝0时刻开始，将电机以额定状态运行约3s，即t1＝3s，然后断电并去掉负载，使电机在自然冷却条件下冷却至t2。记录t0～t2时刻电机部件(绕组)的温度值TM(t)。仿真过程中环境温度不变，即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温升数据T′R(t)，如图3中三角标记曲线所示。此外，通过常规实验结果得出了电机处于持续负载激励的温升曲线如图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，在不存在测量误差和操作误差的情况下，二者基本重合，本方法有效。在测试过程中电机负载激励时间3s，最大温升不超过40℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励30s，温升100℃时的温升数据，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。

[0038] 实施例4：

[0039] 在自然冷却条件下以150％负载的对电机绕组温升间接测试仿真，温升热传递函数的阶数为三阶。以t0＝0时刻开始，将电机以额定状态运行约3s，即t1＝3s，然后断电并去掉负载，使电机在自然冷却条件下冷却至t2。记录t0～t2时刻电机部件(绕组)的温度值TM(t)。仿真过程中环境温度不变，即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4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温升数据T′R(t)，如图4中三角标记曲线所示。此外，通过常规实验结果得出了电机处于负载持续激励下的温升曲线如图4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，在不存在测量误差和操作误差的情况下，二者基本重合，本方法有效。在测试过程中电机负载激励时间3s，最大温升不超过10℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励30s，温升100℃时的温升数据，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。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。

[0040] 实施例5：

[0041] 在自然冷却条件下以150％负载的对电机绕组温升间接测试仿真，温升热传递函数的阶数为一阶。以t0＝0时刻开始，将电机以150％负载状态运行约0.05s，即t1＝0.05s，然后断电并去掉负载，使电机在自然冷却条件下冷却至t2。记录t0～t2时刻电机部件(绕组)的温度值TM(t)。仿真过程中环境温度不变，即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温升数据T′R(t)，如图5中三角标记曲线所示。此外，通过实验结果得出了电机处于负载持续激励下的温升曲线如图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，在不存在测量误差和操作误差的情况下，二者重合，本方法有效。在本方法测试过程中电机负载激励时间0.05s，最大温升0.83℃，通过本方法准确得出电机负载持续激励30s，温升100℃时的温升数据。本方法测试过程中最大温度为稳定温升值的1％，能有效避免电机烧毁的风险，减少能耗。