一种电机的保护装置及其保护控制方法和保护控制器

技术领域

本申请涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种电机的保护装置及其保护控制方法和保护控制器。

背景技术

电机的热保护主要通过在绕组内部预埋温度传感器，将温度变化转化为热电阻的阻值变化，再通过控制器对阻值进行变换计算，得到电机实际温度，通过此温度与设定温度比较进行超温判定并报警输出。

采用此种方法进行超温保护存在的最大弊端是：电机绕组的温度升高到温度传感器的阻值变化具有一定的滞后时间，故障报警也因此产生滞后，从而会导致电机绕组超温烧毁或，如果是永磁电机的话则会导致退磁。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电机的保护装置及其保护控制方法和保护控制器，用于对电机进行及时的温度保护，以避免电机因超温烧毁绕组或退磁。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电机的保护装置，所述电机与驱动控制器电连接，所述保护装置包括保护控制器、冷却器和多个传感器，其中：

所述冷却器通过进水管和出水管与所述电机内部的水冷回路连通；

所述多个传感器用于对所述电机的运行状态进行检测，得到并输出冷却水的进水温度值、出水温度值、和冷却水流量值，还用于得到并输出所述电机的电机温度值转速值；

所述保护控制器分别与所述多个传感器信号连接，用于接收所述进水温度值、所述出水温度值、所述冷却水流量值、所述电机温度值和所述转速值，还用于从所述驱动控制器接收所述电机的工作电压值和工作电流值；

所述保护控制器用于基于温度预测模型对所述进水温度值、所述出水温度值、所述冷却水流量、所述转速值、所述电机温度值、所述工作电压和所述工作电流进行计算，得到将来时间的预测温度，当所述预测温度满足故障条件时通过其报警信号输出端向所述驱动控制器输出保护报警信号，所述保护报警信号用于控制所述驱动控制器向用户发出报警信息。

可选的，所述多个传感器包括第一水温传感器、第二水温传感器、流量传感器、电机温度传感器和转速传感器，其中：

所述第一水温传感器设置在所述进水管上，用于检测进水温度，得到并输出所述进水温度值；

所述第二水温传感器设置在所述出水管上，用于检测出水温度，得到并输出所述出水温度值；

所述流量传感器设置在所述进水管或所述出水管上，用于检测冷却水的流量，得到并输出所述冷却水流量值；

所述电机温度传感器设置在所述电机的内部，用于检测所述电机内部温度并输出所述电机温度值；

所述转速传感器设置在所述电机的轴端，用于检测所述电机的转速并输出所述转速值。

可选的，所述驱动控制器为变频器。

一种保护控制方法，应用于如上所述的保护装置，可选的，所述保护控制方法步骤：

采集所述电机在当前运行状态下的多种运行参数；

对所述多种运行参数进行计算，得到所述电机的多个特征数值；

根据预先构建的温度预测模型对所述多个特征数值进行计算，得到将来时间的预测温度；

将所述预测温度满足故障条件时输出所述保护报警信号。

可选的，所述当前运行状态为针对不同负载的启动状态、制动状态、调速状态、过流状态或堵转状态。

可选的，所述多种运行参数包括进水温度值、出水温度值、冷却水流量值、电机转速值、电机温度值、工作电压值和工作电流值中的部分或全部。

可选的，所述多个特征数值功率因数、所述电机的能量消耗和冷却水带走的热量。

可选的，所述对所述多种运行参数进行计算，得到所述电机的多个特征数值，包括步骤：

根据所述工作电流和所述工作电压计算功率因数；

根据所述工作电流、所述工作电压和所述功率因数计算所述能量消耗；

根据所述进水温度值、所述出水温度值和所述冷却水流量计算所述冷却水带走的热量。

可选的，还包括步骤：

获取运行于标准加载测试平台上模拟现场工况运行的电机的多种模拟运行参数；

将所述多种模拟运行参数代入预先构建的热平衡方程，计算得到所述温升系数、转速系数和常数；

将所述温升系数、所述转速系数和所述常数代入所述热平衡方程，得到所述温度预测模型。

一种保护控制器，应用于如上所述的保护装置，可选的，所述保护控制器包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：

所述存储器用于存储计算机程序或指令；

所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述保护控制器实现如上所述的保护控制方法。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种电机的保护装置及其包括控制方法和保护控制器，电机与驱动控制器电连接，保护装置包括保护控制器、冷却器和多个传感器，冷却器通过进水管和出水管与电机内部的水冷回路连通。其中，多个传感器分别用于检测电机的进水温度、出水温度、冷却水流量、电机温度和转速；保护控制器基于电机的进水温度、出水温度、冷却水流量、电机温度、转速、工作电压和工作电流对将来时间的温度进行预测，当得到的预测温度满足故障状态时及时输出保护报警信号，以使操作人员及时采取处置措施，以实现对电机的保护。由于该报警信息代表的是将来时间的温度满足故障条件，并非当前温度已经超温，因此通过本方案能够避免电机绕组烧毁或者退磁。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种保护装置的示意图；

图2为本申请实施例的一种保护控制方法的流程图；

图3为本申请实施例的温度预测模型的构建方法的流程图；

图4为本申请实施例的一种保护控制器的框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种保护装置的示意图。

该保护装置用于对电机100进行温度保护，该电机由驱动控制器200驱动，该驱动控制器可以选用变频器实现。该驱动控制器内还设置有相应的传感器，可以对电机在工作期间的工作电流和工作电压进行检测，从而得到工作电流值和工作电压值。

如图1所示，本实施例提供的保护装置包括与电机信号连接的保护控制器10、多个传感器20和冷却器30。保护控制器分别与多个传感器、驱动保护器信号连接，该冷却器通过进水管和出水管与电机内的水冷回路连通，通过水循环带走电机内部的热量，实现对电机的冷却。

多个传感器包括第一水温传感器21、第二水温传感器22、流量传感器23、电机温度传感器(未示出)和转速传感器24，分别用于检测电机的进水温度、出水温度、冷却水的流量、电机内部的温度和电机的转速。

第一温度设置在进水管上，其与保护控制器通过信号线实现信号连接，用于检测进水温度并向保护控制器输出进水温度值；第二水温传感器设置在出水管上，其与保护控制器通过信号线实现信号连接，用于检测出水温度并向保护控制器输出出水温度值；流量传感器设置在进水管或出水管上，其与保护控制器通过信号线实现信号连接，用于检测冷却水的流量，并将得到冷却水流量值输出至保护控制器。

电机温度传感器(未示出)设置在电机的内部，用于检测电机内部温度，其通过电机的出线盒与保护控制器实现信号连接，并将得到电机温度值输出至保护控制器；转速传感器设置在电机的轴端，其与保护控制器通过信号线实现信号连接，用于检测电机的转速并将转速值输出至保护控制器；

保护控制器还用于从驱动控制器接收电机的工作电压值和工作电流值。保护控制器设置有报警信号输出端11，报警信号输出端与驱动控制器信号连接。

保护控制器在接收到进水温度值、出水温度值、冷却水流量、电机温度值、转速值、工作电压值和工作电流值等多个运行参数后，基于温度预测模型对上述多个运行参数进行计算，得到将来时间的预测温度，并对预测温度进行判断，如果该预测温度满足故障条件，则通过报警信号输出端向向驱动控制器输出保护报警信号，保护报警信号用于控制驱动控制器向用户发出报警信息。

操作人员在得到保护报警信号后可以及时采取处置措施，如暂停启动、降低运行负载或停止运行，以此实现对电机的保护。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种电机的保护装置，所述电机与驱动控制器电连接，所述保护装置包括保护控制器、冷却器和多个传感器，所述冷却器通过进水管和出水管与所述电机内部的水冷回路连通。其中，多个传感器分别用于检测电机的进水温度、出水温度、冷却水流量、电机温度和转速；所述保护控制器基于电机的进水温度、出水温度、冷却水流量、电机温度、转速、工作电压和工作电流对将来时间的温度进行预测，当得到的预测温度满足故障状态时及时输出保护报警信号，以使操作人员及时采取处置措施，以实现对电机的保护。由于该报警信息代表的是将来时间的温度满足故障条件，并非当前温度已经超温，因此通过本方案能够避免电机绕组烧毁或者退磁。

该保护报警信号本身还可以通过配置实现对驱动控制器进行降功率操作或停止输出电能操作，以此实现对电机的自动保护。

实施例二

图2为本申请实施例的一种保护控制方法的流程图。

如图2所示，本实施例提供的保护控制方法应用于上一实施例中的保护装置的保护控制器，该保护控制方法具体包括如下步骤：

S1、采集电机在当前运行状态下的多种运行参数。

这里的当前运行状态是指针对不同负载的运行状态，运行状态包括启动状态、制动状态、调速状态、过流状态和堵转状态等。这里的多种运行参数是指上述实施例中多个传感器所采集到的进水温度值、出水温度值、冷却水流量值、电机转速值、电机温度值、工作电压值和动作电流值中的部分或全部。

S2、对多种运行参数进行计算，得到多个特征数值。

首先，根据工作电流和工作电压的瞬时值的相位差Φ计算出功率因数cosΦ，计算过程为本领域常用手段，这里不再赘述。

然后，在得到功率因数的基础上，根据功率因数、工作电压和工作电流计算在时间t

E

其中，U为工作电压，I为工作电流。

然后，在以上参数的基础上，计算在时间t

E

其中，C为水的比热容，ρ为水的密度，q为冷却水流量值，T

S3、根据温度预测模型计算将来时间的预测温度。

这里的温度预测模型实际是指一个根据能量守恒定律构建的电机的热平衡方程，只是其中的系数和常数已经规定好了。该热平衡方程为：

E

其中，Δ

在温升系数、转速系数和常数已知的情况下，将上述得到的特征数值，包括能量消耗和冷却水带走的热量代入该温度预测模型，得到将来时间的预测温度，预测温度为这里的电机温升加上当前温度。

S4、预测温度满足故障条件时输出保护报警信号。

即将该预测温度与预设的温度阈值进行比较，这里的温度阈值是指电机不被烧毁或退磁的最高温度，如果该预测温度高于该温度阈值时即判定预测温度满足故障条件，此时输出保护报警信号，保护报警信号用于使电机的驱动控制器向用操作人员发出报警信息，以使操作人员及时作出启示。

在实际运行时，可以规定故障条件，即可以当在三个连续周期中预测温度均高于该温度阈值时才判定该预测温度满足故障条件，依次避免误报的发生。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种保护控制方法，该方法应用于上一实施例的电机的保护装置，具体为采集电机在当前运行状态下的多种运行参数；对多种运行参数进行计算，得到电机的多个特征数值；根据预先构建的温度预测模型对多个特征数值进行计算，得到将来时间的预测温度；将预测温度满足故障条件时输出保护报警信号。由于该报警信息代表的是将来时间的温度满足故障条件，并非当前温度已经超温，因此通过本方案能够避免电机绕组烧毁或者退磁。

另外，在本实施例的一个具体实施方式中，还包括如下步骤，以便得到高温度预测模型，如图3所示：

S31、获取电机的多种模拟运行参数。

这里的电机被置于标准加载测试平台上，并使其模拟现场工况运行，在此情况下检测其多种模拟运行参数，鉴于该电机基于实施例一中的电机运行状态搭建，因此这的多种模拟运行参数包括进水温度值、出水温度值、冷却水流量值、电机温度值、转速值、工作电压值、工作电流值和电机温升。

S32、基于多种模拟运行参数计算温升系数、转速系数和常数。

具体为根据过重模拟运行参数计算多个特征数值，然后将过个体征数值代入预先根据能量守恒定律构建的热平衡方程，热平衡方程为：

E

其中，Δ

由于上述的电机温升为已知，因此通过计算可得到其中的温升系数、转速系数和常数。

S33、构建温度预测模型。

将上述得到的温升系数、转速系数和常数代入热平衡方程，从而得到该温度预测模型。

上述得到的多种模拟运行参数可以分为两部分，一部分为训练集，另一部分为测试集。在利用训练集得到温度预测模型后需要用测试集进行测试，只有在温度预测模型得到的结果与实际测量值相差小于一定数值、如5％时才能将其用于最终的温度预测模型。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。