一种电机温度在线监测方法
2020-04-22程群梁一龙
程群 梁一龙
摘要：电机的温升是影响电机使用寿命及运行可靠性的重要因素，因此准确分析电机的温度具有重要的意义。随着工业4.0的普及以及实际生产的需要，目前烟厂用户对于电机的使用不再只关注电机知否可以满足设备的驱动需求，还要求对电机的温度变化情况予以掌握。特别是一些大功率，不易安装和更换的电机，如果能够根据数据分析提前知道其温度变化情况将会对维修保养起到事半功倍的效果。该文针对带温度传感器的电机提出一种相对普遍适用、成本较低、精确度较高的测量方法，给出了方法中重要参数的计算公式、评判标准，并通过实验测量验证了此方法的可行性。
关键词：电机温度;工业4.0;大数据;温度传感器;温度曲线
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）06-0227-03
烟草行业生产过程中实行“三班倒”“人歇机不歇”的工作制度，这就要求卷接机组的大部分的电机常年处在工作状态。在生产过程中，大功率电机出现堵转，水冷或风冷电机等采取外部冷却方式的电机出现冷却系统工作不正常时，电机的温度将会急剧上升。电机温度上升，一方面降低了电机工作效率，一方面使电机发热，电机绕组温度升高，而温度过高，绕组绝缘材料就会加速老化，材料绝缘性能急剧降低，大幅缩短电机使用寿命，甚至导致电机着火、人员触电危险。因此科学有效的测量电机的温度可以对电机起到重要的保护作用。本文提出的测量电机温度的方法适用于目前市面上绝大多数带温度传感器的电机，且操作简单实用、数据准确性高。
1测量过程
温度传感器是各种传感器中是最早开发，应用最广的一类传感器。本文提出的电机温度测量的原理正是通过测量电机中温度传感器电阻的阻值，并根据温度电阻的材料特性转换成温度值。具体做法：首先根据说明书或者电机上的铭牌查询电机自带温度传感器的类型。常用温度传感器类型有KTY84，PTC，PT100，PT1000，NTC等。根据温度传感器的材料类型找到其温度对照表，然后再按不同的精度需求拟合不同的温度变化曲线。根据曲线公式可以计算出不同电阻对应的温度值，也即得出此时的电机温度值。
下面是西门子某型号异步电机温度的完整测量过程。根据手册查询该电机自带温度传感器类型为KTY84-130。KTY84-130温度传感器是硅材料温度传感器，其芯片结构基于扩散电阻原理，主要成分是硅，硅天性稳定，测量范围内都具有实际在线线性的温度系数，温度测量范围广、体积小、反应迅速。在测量范围-40℃到+300℃电阻值大致从300欧姆-2700欧姆呈线性变化。
表1为所查询到的KTY84-130的温度对照表。（1）：由表1可得-40℃时，KTY84-130所对应的电阻值最小为340欧姆，平均为359欧姆，最大值为379欧姆。（2）通过表1可以得出当温度由40℃到200℃变化时，KTY84-130的电阻变化情况。（3）表2为提取的KTY84-130电阻随温度变化的情况。由于所选的电阻测量模块的测量值是当前电阻值的10倍，所以将表2电阻部分在原先基础上放大10倍，便于后期计算。
图1为根据表2拟合得到的两条分布曲线，x轴为电阻值，Y轴为温度值。分别为近似得到的温度随电阻变化的线性变化的曲線1：y=O.0173x-82.499曲线1方差为R2=0.9849和多项式分布曲线2：y=-6E-07x2+0.0289x-131曲线2方差为R2=0.9991将外围硬件线路配置完成后。在控制中获取模拟量测量值并根据曲线来计算。x轴电阻值由模拟量模块实时测量获取，可以计算出不同电阻值对应的温度值，即得到不同时刻该电机的温度值。曲线2比曲线1方差更小，计算量相差不大。
示例：曲线1：x=6260 y计算值为25.799
曲线2：x=6260 y计算值为26.402
注：x轴为实验测试过程中所选择模块给出的模拟值的大小，其为实际值的10倍
在此基础上还可以根据需求拟合出对数曲线、乘幂曲线等。不同的公式得到的数据精确度不一样，但计算复杂度不一样导致对控制器CPU的消耗也不一样，所以应根据实际情况选择不同的计算公式。
2结果验证
表3统计数据为所测试电机温度达到165℃以上，连续一个星期每天测量8次得到的平均数据。
测量方法：将该电机的温度电阻分别接人电阻模块和西门子的伺服模块。当从西门子伺服系统得到的温度为表3中第四列各温度点时，同时测量该电机的温度电阻的实际电阻值并记录在表3的第二列。根据实测电阻值和曲线1计算的理论温度值记录在表3的第三列。
通过表3对比发现，理论温度和实际温度偏差不大，且电机的温度电阻值随温度基本呈线性变化。
3结论
本文通过分析电机的温度传感器的材料类型得到相应的测温电阻的温度曲线，并将温度曲线得到测温电阻理论值和实际值进行对比。对比发现，本文提出的这种方法对带温度传感器的电机，测量过程简单、成本较低，数据精确并且不需要专门的电机驱动模块或者温度测量仪器。
