一種電機溫度在線監測方法

程群 梁一龍

摘要：電機的溫升是影響電機使用壽命及運行可靠性的重要因素，因此準確分析電機的溫度具有重要的意義。隨著工業4.0的普及以及實際生產的需要，目前煙廠用戶對于電機的使用不再只關注電機知否可以滿足設備的驅動需求，還要求對電機的溫度變化情況予以掌握。特別是一些大功率，不易安裝和更換的電機，如果能夠根據數據分析提前知道其溫度變化情況將會對維修保養起到事半功倍的效果。該文針對帶溫度傳感器的電機提出一種相對普遍適用、成本較低、精確度較高的測量方法，給出了方法中重要參數的計算公式、評判標準，并通過實驗測量驗證了此方法的可行性。

關鍵詞：電機溫度;工業4.0;大數據;溫度傳感器;溫度曲線

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）06-0227-03

煙草行業生產過程中實行“三班倒”“人歇機不歇”的工作制度，這就要求卷接機組的大部分的電機常年處在工作狀態。在生產過程中，大功率電機出現堵轉，水冷或風冷電機等采取外部冷卻方式的電機出現冷卻系統工作不正常時，電機的溫度將會急劇上升。電機溫度上升，一方面降低了電機工作效率，一方面使電機發熱，電機繞組溫度升高，而溫度過高，繞組絕緣材料就會加速老化，材料絕緣性能急劇降低，大幅縮短電機使用壽命，甚至導致電機著火、人員觸電危險。因此科學有效的測量電機的溫度可以對電機起到重要的保護作用。本文提出的測量電機溫度的方法適用于目前市面上絕大多數帶溫度傳感器的電機，且操作簡單實用、數據準確性高。

1測量過程

溫度傳感器是各種傳感器中是最早開發，應用最廣的一類傳感器。本文提出的電機溫度測量的原理正是通過測量電機中溫度傳感器電阻的阻值，并根據溫度電阻的材料特性轉換成溫度值。具體做法：首先根據說明書或者電機上的銘牌查詢電機自帶溫度傳感器的類型。常用溫度傳感器類型有KTY84，PTC，PT100，PT1000，NTC等。根據溫度傳感器的材料類型找到其溫度對照表，然后再按不同的精度需求擬合不同的溫度變化曲線。根據曲線公式可以計算出不同電阻對應的溫度值，也即得出此時的電機溫度值。

下面是西門子某型號異步電機溫度的完整測量過程。根據手冊查詢該電機自帶溫度傳感器類型為KTY84-130。KTY84-130溫度傳感器是硅材料溫度傳感器，其芯片結構基于擴散電阻原理，主要成分是硅，硅天性穩定，測量范圍內都具有實際在線線性的溫度系數，溫度測量范圍廣、體積小、反應迅速。在測量范圍-40℃到+300℃電阻值大致從300歐姆-2700歐姆呈線性變化。

表1為所查詢到的KTY84-130的溫度對照表。（1）：由表1可得-40℃時，KTY84-130所對應的電阻值最小為340歐姆，平均為359歐姆，最大值為379歐姆。（2）通過表1可以得出當溫度由40℃到200℃變化時，KTY84-130的電阻變化情況。（3）表2為提取的KTY84-130電阻隨溫度變化的情況。由于所選的電阻測量模塊的測量值是當前電阻值的10倍，所以將表2電阻部分在原先基礎上放大10倍，便于后期計算。

圖1為根據表2擬合得到的兩條分布曲線，x軸為電阻值，Y軸為溫度值。分別為近似得到的溫度隨電阻變化的線性變化的曲線1：y=O.0173x-82.499曲線1方差為R²=0.9849和多項式分布曲線2：y=-6E-07x²+0.0289x-131曲線2方差為R²=0.9991將外圍硬件線路配置完成后。在控制中獲取模擬量測量值并根據曲線來計算。x軸電阻值由模擬量模塊實時測量獲取，可以計算出不同電阻值對應的溫度值，即得到不同時刻該電機的溫度值。曲線2比曲線1方差更小，計算量相差不大。

示例：曲線1：x=6260 y計算值為25.799

曲線2：x=6260 y計算值為26.402

注：x軸為實驗測試過程中所選擇模塊給出的模擬值的大小，其為實際值的10倍

在此基礎上還可以根據需求擬合出對數曲線、乘冪曲線等。不同的公式得到的數據精確度不一樣，但計算復雜度不一樣導致對控制器CPU的消耗也不一樣，所以應根據實際情況選擇不同的計算公式。

2結果驗證

表3統計數據為所測試電機溫度達到165℃以上，連續一個星期每天測量8次得到的平均數據。

測量方法：將該電機的溫度電阻分別接人電阻模塊和西門子的伺服模塊。當從西門子伺服系統得到的溫度為表3中第四列各溫度點時，同時測量該電機的溫度電阻的實際電阻值并記錄在表3的第二列。根據實測電阻值和曲線1計算的理論溫度值記錄在表3的第三列。

通過表3對比發現，理論溫度和實際溫度偏差不大，且電機的溫度電阻值隨溫度基本呈線性變化。

3結論

本文通過分析電機的溫度傳感器的材料類型得到相應的測溫電阻的溫度曲線，并將溫度曲線得到測溫電阻理論值和實際值進行對比。對比發現，本文提出的這種方法對帶溫度傳感器的電機，測量過程簡單、成本較低，數據精確并且不需要專門的電機驅動模塊或者溫度測量儀器。