现代制造系统中电机温升的智能监控

现代制造系统中电机温升的智能监控

摘要：电机的广泛应用，促进了人们日常生活水平的提高和现代工业的飞速发展。由于电机在运行过程不可避免的会发热，在冷却不好的情况下，电机很容易温升，从而影响到整个制造系统的运行及精度。固很有必要对电机温升的智能监控，用以避免电机温升而带来的不良后果。

关键词：电机温升 现代制造系统 智能监控

1.概述

在现代工业及人们的日常生活中，无处不充斥着电机的身影。剃须刀中的小电机，马路上飞驰的电动车中的电机到工厂中使用的大功率电机，及现代制造系统中广泛使用的各类电机。电动机对推动国民经济的发展、促进社会技术进步、改善人民生活都具有重要的作用和地位。电机在运行过程中由于电机工作绕组中产生的铜耗、铁耗，机械摩擦损耗以及励磁损耗等，使得电机在运行过程中都有一定的温升。电机的温升对电机本身的影响较大，轻则缩短电机的寿命，重则直接导致电机的烧毁。而对于现代制造系统来说，其影响已远远超出了对电机本身的影响，由于电机温度的升高，可能导致电机的运转特性发生一定的变化，继而影响到制造系统中旋转部件的转速，由温升引起的主轴的热胀冷缩，会导致主轴的回转精度导轨的直线度等，所以其在一定程度上会破坏现在制造系统的精度，将直接导致制造系统加工出来的产品欠精度或直接成为废品，所以有必要对电机的温升进行智能监控，当温升超过一定的阈值时，采取一定的相应措施或发出报警信号来提醒操作者，进而对电机进行检测及维护。

对电机的温升的监控是从一个无到有，从早期的凭操作者用手对电机外壳的直觉感受电机的温度，到对电机温度的自动监控、在线监控到智能监控等的过程。对电机温升监控的精度伴随这个过程也在逐渐提高。

2．电机温升的智能监控

电机的温升是由一系列原因所导致的，研究其原因对电机温升的智能监控有重要的意义。电机由外壳、定子部分、转子部分等组成，对电机温升的智能监控时需要对三部分都进行监控。而对不同部分进行监控时所用的技术方法也不一样。

2.1 电机温升的原因

电机的温升主要是由于电机的磁损耗以及电机的机械摩擦引起，对其原因可以归纳为以下几点：

(1)电机工作绕组中产生的基本铜耗。这是由于负载电流流过工作绕组， 因绕组存在电阻而产生的，是一种负载损耗。

(2)铁耗。是由于交变磁通在磁路中的涡流和磁滞现象产生的损耗，它与 负载电流无关。

(3)机械摩擦损耗。包括风摩损耗、轴承摩擦损耗和电刷摩擦损耗，它与 负载电流无关。

(4)励磁损耗。包括励磁绕组铜耗和集电环电损耗。

(5)杂散损耗。包括由负载引起的绕组导体、磁路、金属结构件的杂散损

耗，以及因换向引起的电刷附加损耗。

2.2电机温升的智能监控

对电机的温升的智能监控，首先就要对电机的温度进行检测，再对检测到的温度进行分析，最后再根据分析的结果进行相应的操作。对电机的温升的智能监控主要由以下三种方法：

一：测温计法。这种方法简单易操作，且精确度高。该方法主要将测温计直接贴在待监控对象温度最高的表面，由测温计直接感知温度的变化。在早期的温度的监控中，主要是由操作者直接读出测温计的数值借以判断电机的温升，而在对现代制造系统的智能监控中，主要是由测温计将待监控部件的温升变化转化成电信号的变化，然后将该信号输入到温升智能监控系统中，再由该系统对输入的电信号进行分析，计算出温升的大小等。该方法虽然简单易操作，但由于其是将测温计直接贴在待监控部件的表面上，故其实用的范围受到了限制，一般温度计法主要用于对电机外壳的智能监控过程中。 二：检温计埋置法。该方法是将检温计埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件的方法。其测量结果反映出测温元件接触处的温度。这种

方法虽然比较复杂，但能测到接近于电机内部最热点的温度。该种监控方法实施如下：

a．对每槽具有二个或二个以上线圈边的绕组检温计的布置。检温计应埋设 于槽内线圈层间预计最热点的位置，如图2—1所示。并以u、v、w三相和不 同空间位置分布。

图2-1 检温计的埋置位置

b．对每槽只有一个线圈边的绕组检温计的布置。检温计应埋设于槽楔与绕 组绝缘外层之间预计最热点位置，如图2—2所示。

图2-2 单检温计的埋置位置

c．线圈端部检温计布置。检温计应埋设于线圈端部两个线圈边之间预计最 热处。检温计的热敏部分应与线圈边表面紧密接触，并与冷却空气隔离。

而常用的埋置检温计为热电偶它具有结构简单、制作方便、

测量范围宽、

准确度高、热惯性小等优点。它既可测量静态温度，也可测量动态温度，且能直接输出直流电压信号，或方便地将转换成线性化的直流电流信号，便于测量、信号传输、自动记录和自动控制等。热电偶测温的原理是：两种不同的导体或半导体。

材料A和B组成如图2-3所示的闭合回路。如果A和B所组成的回路，两接合点处的温度T和To不相同，则回路中就会有电流产生，也就是回路中就会有电势存在，称为热电势。热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端的连接点温度有关，只有两种不同的材料才能组成热电偶，热电偶的两个热电极的材料确定之后，热电热的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则回路的热电势大小便取决于T的大小。将该电动势输入到温升的智能监控系统中便可以得到待检测部件的温升变化。该种方法主要适合于对定子的智能监控，而热电偶主要是实用Pt100。下面为对电机定子的温升智能监控，主要是采用模块化的定子温升智能监控。

图2-3 热电偶示意图

模块式电机定子温升智能监控装置是电机配套测温的高科技产品，它只要一块和肥皂稍大的小变换模块及一根四芯通讯电缆就能把电机定子各绕组里埋设的铂电阻测量到的温度信号直接变换成数字信号输送到计算机的显示屏上。简捷明白地显示出各点温度、时间并自动生成报表打印出来。这种网络通讯手段可以节省大量将铂电阻连接到仪表的信号电缆(12个测点需36根电缆)。减轻现场施工劳动强度。模块可安装在电机出线盒内，安装方便、工作可靠、抗干扰能力强，同时配套最先进的无记录纸显示记录仪，可直接安装在电控开关柜上。该显示记录仪性能接近国际最先进的无记录纸显示记录仪，能存储数月的数据量，在液晶屏上可随时查看或通过机上串行通讯接口，把数据传送到上位计算机供查询，同时还具备通常巡测仪的所有功能。该显示记录仪能监测未查询电机长期运行的工况，

随时掌握在线运行

中电机定子各绕组的实际温度，从而为保障电机安全可靠运行、提高电机使用寿命提供可靠保证。该检测装置很好的满足了对定子温升的智能监控。图2-4为其定子温升智能监控系统原理图。

图2-4 电机定子温升智能监控原理图

方法三：非接触式电机温升智能监控。由于对电机温升的监控主要是对电机在运行期间的温升情况，而转子的温升显然需要监控的，由于转子在转动，所以方法二中的埋置检温计的方法显然是不可取的，故而需要采用无检测的方式，故电机转子的温升智能监控主要采用这种方法。现在该种方法较成熟的是红外线非接触式转子温升智能监控。

红外遥控具有反应快，可靠性高，误动作少，体积小和无有害辐射等优点。整套测温装置由三部分组成：

一：温度测量和信号发送部分。这一部分位于转子上，随转子一起转动。

二：信号接收、显示和记录部分。这一部分除-了接收器装在电机上外，其余部分装在相距电机较远的控制室内。

三：感应馈电装置部分。

红外线非接触式转子在线测温的工作原理如下：转子绕组各测温点的测温铂电阻接在恒流源上，当温度上升时，其电阻值增加，

组件上的电压随着

线性增大。多路开关轮流将每一个测温组件与测量电路依次接通，测得的电压信号经过V/F转换后，变成含有温度信息的频率信号，频率信号经过驱动电路功率放大后，由信号发送器上的发光二极管以红外脉冲形式发送出去。接收器由很多个并联硅光电池组成，放置在一个小匣子内。在这个测温系统中，很多个转动的发光二极管和一个固定的硅光电池组成了光脉冲藕合环节，这是传递信号的手段。接收器在接收到红外光脉冲信号后，经过放大，F/V转换，使信号回复到与温度成正比的电压信号，经过A／D变换后送入计算机进行计算，然后通过TW-15型红外线转子温度监测装置显示和记录转子绕组测温点的点序和温度值。红外线转子温升智能监控装置原理见图2-5。

图2-5 红外线转子温升智能监控系统

3.小结

由上面的研究可以得到整个电机温升的智能控制。从电机的外壳到定子到转子。从此一个现代制造系统中完整的电机的智能监控原理已经建立。从此出发可以对制造系统中电机进行很好的智能监控，进而可以预防避免由电机温升过高而引起的一系列不良后果。

参考文献：

[1] 张镇翰.电机在线测温技术与研究.上海交通大学 硕士论文 2003

[2] 陈奂生.温度测试技术及仪表.北京，水力电力出版社，1987。

[3] 高德欣.基于力控与ADAM模块的电机温升计算机监控系统 .中国海洋

大学 2006

[4] 周箭.电机温升的自动测试.浙江大学 2009

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t3qi.html