智能电机温升计算机监测系统的设计

李 岩，刘 飞，靳 越， 侯秀梅

（张家口职业技术学院电气工程系，河北 张家口 075000）

智能电机温升计算机监测系统的设计

李 岩，刘 飞，靳 越， 侯秀梅

（张家口职业技术学院电气工程系，河北 张家口 075000）

作为一个重要的指标，电机温升对电机的安全运行和寿命长短会产生非常重要的影响，因此厂家经常会把电机温升测试作为电机出厂试验的重要组成部分。近几年来，随着电力电子技术的快速发展，智能电机也相继出现在各种生产实践中。而温升的在线监测，就成为保障智能电机安全稳定工作的重要手段。介绍了多种电机温升的测试方法，同时根据定子电阻与其自身温升的线性关系，重点研究用定子电阻在线监测方法实现对智能电机定子绕组平均温升的在线实时测试，并设计开发了基于数据采集卡的计算机自动化测试系统，详细讨论了系统的硬件组成和软件设计。

电机温升；电阻法；定子电阻；在线监测

电机在运行过程中，内部进行着相应的能量转换。这种转换使一部分能量被有效地利用，而另一部分能量会因为各种情况转变为损耗[1]。在各种损耗当中，热能是最终的转化形式，而热能的产生，会使电机的各个部分发热，使他们的温度高于周围介质的温度。如果温度超过允许的温升，还会使绝缘材料迅速老化而损坏，缩短电机运行寿命等问题。因此，为保证电机额定运行时的温升能够控制在允许的温度范围内，就需要对电机运行的温升变化进行实时的监测，以便能够及时采取措施避免电机故障。

近几年来，随着电力电子技术的发展，智能电机也不同程度的出现在了各种生产实践过程中，而智能电机对于温度的要求更为严格，因此，一套有效、完整的计算机温升在线监测系统对于保证智能电机的可靠运行就显得尤为重要。

1 智能电机关键部位温升在线监测方法的介绍

利用有效的状态监测系统，采用各种分析方法对故障信号进行分析并利用特征数值判定故障种类，是保证电机安全运行的主要手段。如果状态监测的数据发生了异常的突变，就说明电机的状态存在有一定的安全隐患，这样就可以有效地指导维修技术人员采取一定的方式进行检查，以便减少或避免故障带来的损失。

目前主流的测温方式从所使用的传感器与被测装置的位置接触关系来划分，可分为接触式测温和非接触式测温两种形式[1]。

接触式测温是指通过设在测量点的温度传感元件直接感受来自温度的变化产生相应的物理参数的变化实现温度的测量，有示温片测温法、热电偶间接测温法、集成温度传感器测温法等；非接触式测温法主要是通过热辐射原理来实现温度测量的，测温元件无需与被测介质直接接触，典型方法有红外传感器测温法、光纤温度传感器测温法等。两种测量方式各有优点：接触式的优点是传感器成本低、安装简单，测量精度高且可靠性强，缺点是检测会产生滞后现象，同时不能够工作在高温、强电场、强磁场的环境条件下；而非接触式测温的优点在于接收器可远离测量点，有效解决了高压隔离以及传感器材料不耐高温的问题，测温速度较快，不会影响被测物体的温度场，缺点是测量效果受到物体的反射、被测对象到测量设备之间的距离、烟尘和水汽等其他外界环境因素的影响，一般测温的误差较大。

2 智能电机温度采集方式分析及在线监测硬件介绍

随着计算机技术的飞速发展和普及，计算机自动化测控技术越来越多的在电机测试领域采用。利用计算机自动化测控技术对电机的温升情况进行检测，一方面可以简化电路，提高测试精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度；另一方面还可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等。

针对以上的分析，本文采用荧光光纤温度传感方式来对电机的温升信息进行收集。荧光测温的物理背景源于两个相近的激发态能级之间的热平衡，当表征荧光材料特征的某一参数受温度影响明显，而且关系单调，那么就可以利用这种线性关系间接地进行温度测量。

荧光光纤温度传感器分为荧光强度型光纤温度传感器、荧光强度式光纤温度传感器、荧光寿命型光纤温度传感器三种。其中，荧光寿命型光纤温度传感器利用荧光余辉的衰败时间受温度调制且单调，同时它不受激励光源强度的变化、光纤传输效率、耦合程度的变化影响，与其他类型的光纤荧光测温法，如荧光光强测温法、荧光光强强度比测温法相比，在测温原理和实现上有一定的优越性，因此本文选用此法进行测量[2]。

电机温升计算机监测系统的硬件设计主要包括了温度的采集单元，它要实现的功能包括：数据的采集，数据的转化处理，数据的传输。具体可以分为以下几个模块：

（1）数据采集模块

传感部分采用的是荧光温度测量的原理，具有抗电磁干抗、体积小、测量安全、可实现远离被测物、高压隔离的优点。数据采集模块就负责产生激励光触发信号，将表征荧光余辉时间常数的光信号转化为电信号，接着将其进行放大和滤波等预处理，随后将得到的信号传送给数据处理单元。

（2）数据处理模块

从传感器端收集来的数据要传送给数据处理单元进行数据的处理。处理的第一步就是将收集的模拟信号转换为数据信号，这一部分功能由A/D转换器来完成，转换后的信号传送给数据处理模块的MCU，在MCU当中，内置一定的算法（本例中采取的是FFT算法），将这些数据转变为能表征被测物温度相关的数据，并将这些数据存入相应的存储器。

（3）数据的传输

数据的传输目前大多采用两种基本方式：一种为有线传输，另一种采用无线传输。有线传输的优点是局域网安全性高、速度快，缺点是有效范围较小。无线传输范围广，但技术相对复杂，安全性较差，维护成本较高。因为智能电机所在地的范围不会太广，因此，本系统采用有线传输方式来完成数据的传输功能。

3 智能电机温度在线监测软件设计

本实验系统选用的软件编程工具是Borland公司推出的C++Builder6.0。该语言语法灵活简洁，执行效率高，同时简单易用，稳定可靠，是Windows平台下最好的C++开发平台之一。

作为智能电机温升检测软件，主要完成的功能应具备：（1）自动测试

根据荧光光纤温度传感器的工作原理，该软件要能够按照指定的测试周期，间隔进行周而复始的测试过程，以便于得到时电机在一定的时间范围内的温度变化的全过程。

（2）数据实时显示

本系统的数据显示方式主要有两种：一种是LCD显示，一种是数据传送至中央处理中心后的集中显示。对于LCD显示，主要的要求是准确、快速，而对于中央处理中心的数据显示，具体要求是方便、直观，因此要增加被测对象各种表征参数的图形实时显示。

（3）数据计算处理部分

本系统的荧光寿命测量方法利用周期激励信号产生周期的荧光信号，采用高速、灵敏的电子器件对余辉信号进行采样，通过一定的处理排除不利信号的干扰，同时还要在数据计算处理部分对所得数据进行拟合求值，主要的方法本例采用FFT方法。

FFT方法[3]的指导思想是：根据荧光信号为指数衰减号的特点，首先对这种信号进行FFT变换，然后从变换后的非零次频谱项中计算出荧光寿命[2]。在激励停止后，荧光辐射按照指数规律衰减的时间常数称为荧光寿命，荧光寿命是温度T的函数。FFT方法以快速傅氏变换结果作切入点，利用非零项相位角的正切值求出荧光寿命，具有误差小、速度快、不受外界影响等优点。

（4）数据查询功能

系统内设相应数据库，数据库内保存有相应的历史数据及实时数据，通过数据库内的数据可以查询相应的数据，包括每个测量节点当天测得的温度数值以及报警参数的设置。同时，系统还要具备相应打印功能。

（5）系统安全功能

系统对操作人员进行分级处理，并设置相应的操作权限，以保证系统的安全性。

软件总体结构还设置了相应系统定时器，以便有效地完成系统数据采集的有效性。

4 结语

在线监测系统的功能是利用各种数据采集方式来实时采集电器设备运行过程中周围环境的各种信息（如温度、湿度、压力等），以便于随时掌握电器设备本身的运行状态，同时对这些数据进行分析，实现设备运行是否处于正常状态的判别，如有异常，及时报警。因此在线监测单元的任务是确保智能电机本身可靠运行的重要手段。

本文论述了采用光纤温度传感器构建测温方式的电机温升测试方式，并介绍相应的软硬件设计，对生产实践具有很强的指导意义。

[1] 邱林.基于无线传感器网络的变电站电器温升监测技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2012：6-8.

[2] 魏学飞.电机温升的计算机在线监测[D].杭州：浙江大学，2009: 3-5.

[3] 陈振生.智能化高压电器温升的在线监测[J].电工技术杂志，2002（5）：14-16.

Design of computermonitoring system for intelligentmotor temperature rising

LIYan,LIU Fei,JIN Yue,HOU Xiu-mei
(Department ofElectronic,Zhangjiakou VocationalCollege of Technology,Zhangjiakou Heibei075000,China)

As an important indicator,the temperature rising is of great importance for motor's safely running and the longevity of isolation;so that motor's temperature rising test turns out to be a significant part before leaving factory.In recent years,with the rapid development of power electronics technology,intelligent motor have also appeared in various production practices.The online monitoring of temperature rise becomes an important means to safeguard the security and stability of the work of intelligent motor. Many kinds of test methods for a variety of motor temperature rise were introduced.According to the relationship between the stator resistance and self temperature rise,the online real-time average temperature rising of the intelligent motor stator windings was tested by the stator resistance with online monitor.The computer automated test system based on data acquisition card was designed, and the composition of hardware and the design of software were discussed.

motor’s temperature rising;resistor method;stator resistor;online test

TM 306

A

1002-087 X(2013)11-2053-02

2013-04-16

李岩（1979—），男，河北省人，讲师，工程硕士，主要研究方向为电子信息，自动控制，计算机网络。