CN112305419A - 一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法 - Google Patents

一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法 Download PDF

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高莲莲
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Abstract

本发明提供了一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法，其包括设于电机通风沟内的风速检测器和风温检测器、分别设于定子槽楔内外侧的激光器和声波传感器、均与定子的一相绕组连接的电流检测器和电压调节器和设于电机机壳上的分析装置和显示器，风速检测器、风温检测器、激光器、声波传感器、电流检测器、电压调节器和显示器均与分析装置连接。通过分离装置可对风冷电机各项损耗进行测量，并根据损耗分离方法对各项损耗进行分离，提高损耗测量的准确性，减少损耗测量周期，能够为风冷电机冷却***的设计提供客观依据。

Description

一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法
技术领域
本发明涉及风冷电机技术领域，特别是涉及一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法。
背景技术
随着电机行业的蓬勃发展和人们对高效率、高精度的追求，工业上要求电机各项损耗的测量方法越准确越好。电机各项损耗的精准分离，能够为电机各项损耗公式的推导提供理论依据，同时也能为冷却***的设计提供客观依据，进而改善电机温升过高问题。
目前电机的各项损耗的测量和分离都离不开热电偶，该方法的局限性就是只能对水冷的电机进行测量，因为热电偶是直接贴在铁心或者机壳上，属于热传导，传导速度较快，因此用热电偶测量冷却水进出口温度再进行损耗分离即可。但是风冷电机就不能测量，因为风给热电偶导热靠的是热对流，对流速度比较慢，因此反应不出实际温度的瞬态变化，也就是瞬态过程中风可能变得很热，但热电偶要过一会儿才反应过来，存在一个延迟值，因此，现有技术中缺乏一种专门用于风冷电机损耗的分离装置。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种风冷电机损耗分离装置及其损耗分离方法，解决了现有技术中缺乏一种专门用于风冷电机损耗的分离装置的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种风冷电机损耗分离装置，其包括设于电机通风沟内的风速检测器和风温检测器、分别设于定子槽楔内外侧的激光器和声波传感器、均与定子的一相绕组连接的电流检测器及电压调节器和设于电机机壳上的分析装置和显示器，风速检测器、风温检测器、激光器、声波传感器、电流检测器、电压调节器和显示器均与分析装置连接。
进一步地，风温检测器的数量为两个，且两个风温检测器分别设于电机通风沟的进风口和出风口。
进一步地，电流检测器和电压调节器分别与定子绕组端部串接和并接。
进一步地，风速检测器和风温检测器通过硅橡胶与电机通风沟的内壁连接。
一种风冷电机损耗分离方法，具体包括以下步骤：
具体包括以下步骤：
S1、采集电机通风沟出风口处的风速v及电机通风沟进风口处和出风口处的风温T1和风温T2；
S2、根据风速v、风温T1和风温T2，采用电机总损耗公式得到电机总损耗P：
P＝csvρairΔT
其中，c为空气比热，ΔT＝T2-T1、s为电机通风沟的出风口面积，ρair为空气的密度；
S3、采集电机主轴表面的振动声波数据，并根据振动声波数据，计算电机主轴的摩擦系数Cr；
S4、采用风摩损耗公式计算出电机主轴的风摩损耗Pair；
S5、采集定子的定子电流Ia，根据定子电流Ia，采用定子铜耗计算公式计算定子铜耗PCu；
S6、采集定子电压数据，计算任意工况下的铁芯损耗PFe：
Figure BDA0002734020560000021
其中，PImin、Pairmin和PCuImin均为空载电流最小值时对应的电机总损耗、风摩损耗和定子铜耗，U为电机在任意工况下的定子电压，U0min为空载电流最小值时的定子电压；
S7、计算出任意工况下的附加损耗Ps：
Ps＝P-PCu-PFe-Pair。
进一步地，铁芯损耗PFe的构建方法包括：
构建空载电流最小值时的电机总损耗公式：
PImin＝PFeImin+PairImin+PCuImin
构建空载电流最小值时对应的铁芯损耗计算模型：
Figure BDA0002734020560000031
根据空载电流最小值时的电机总损耗公式和铁芯损耗计算模型，得到任意工况下的铁芯损耗公式：
Figure BDA0002734020560000032
进一步地，定子铜耗计算公式为：
Figure BDA0002734020560000033
其中，ka是定子绕组相数，Ra是定子一相电阻。
进一步地，风摩损耗公式为：
Pair＝CrCfρπω3r4l
其中，Cf为空气摩擦系数，ρ为空气密度，ω为转子角频率，r为电机转子半径，l为电机主轴的轴向长度。
进一步地，步骤S中，根据定子电流Ia，构建电机空载时的曲线I0＝f(U)，之后根据曲线I0＝f(U)得到PImin、Pairmin、PCuImin、U0min和I0min。定子绕组的电阻一定，通过调整定子端部的电压数据和电压对应的定子电流得到I0＝f(U)曲线。
进一步地，还包括将附加损耗Ps、铁芯损耗、风摩损耗Pair、定子铜耗PCu和电机总损耗P均发送至显示器进行显示。
本发明的有益效果为：
通过风速检测器、风温检测器、激光器、声波传感器、电流检测器和电压调节器，实时测量风冷电机通风沟的风速和风温、电机主轴的摩擦系数、定子电流和定子电压，避免检测数据存在延迟误差，极大地提高了各项损耗的测量精度。通过本发明的分离装置和损耗分离方法能够实时对风冷电机进行损耗分离，避免了工程人员计算风冷电机各项损耗有较大误差的问题，能够对风冷电机各项损耗进行准确分析，为电机冷却***的合理设计提供准确的客观依据。
附图说明
图1为与一种风冷电机损耗分离装置配合的风冷电机横截面示意图。
图2为一种风冷电机损耗分离装置在定子槽楔的局部示意图。
图3为一种风冷电机损耗分离装置的轴向示意图。
图4为一种风冷电机损耗分离装置在电机通风沟内的局部示意图。
其中，1、风速检测器；2、风温检测器；3、电机通风沟；4、分析装置；5、显示器；6、电机机壳；7、数据线引出口；8、第一数据线；9、激光器；10、定子槽楔；11、电机主轴；12、激光束；13、声波传感器；14、第二数据线；15、电流检测器；16、电压调节器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1～图4所示，本方案提供了一种风冷电机损耗分离装置，其包括设于电机通风沟3内的风速检测器1和风温检测器2、分别设于定子槽楔10内外侧的激光器9和声波传感器13、均与定子的一相绕组连接的电流检测器15和电压调节器16及设于电机机壳6上的分析装置4和显示器5，风速检测器1、风温检测器2、激光器9、声波传感器13、电流检测器15、电压调节器16和显示器5均与分析装置4连接。
具体地，风温检测器2的数量为两个，且两个风温检测器2分别设于电机通风沟3的进风口和出风口，用于得到电机通风沟3的进风口和出风口处的风温。电流检测器15和电压调节器16分别与定子绕组端部串接和并接，电压调节器16可以实时调节电机定子一相绕组的端电压，以得到绘制I0＝f(U)的定子电压数据。风速检测器1和风温检测器2通过硅橡胶与电机通风沟3的内壁连接。硅橡胶是一种粘接剂，属于直接粘接上的，硅橡胶具有显著的高温稳定性，将风速检测器1和风温检测器2粘接在电机通风沟3内，比较稳定，不会轻易失效，有利于电机高速旋转的场合。
使用时，激光器9向电机主轴11的表面发射激光束12，形成表面振动声波，通过声波传感器13测量表面振动声波后生成振动声波数据。声波传感器13通过第二数据线14与分析装置4连接，且电机外壳6开设有第二数据线14穿过的数据线引出口7，通过第二数据线14将振动声波数据传输分析装置4。分析装置4通过第一数据线8与显示器5连接，通过第一数据线8，将电机总损耗、风摩损耗、定子铜耗、铁芯损耗和附加损耗等数据传输至显示器5，显示器5将上述数据显示出来。分析装置4可以采用PLC。
一种风冷电机损耗分离方法，具体包括以下步骤：
具体包括以下步骤：
S1、采集电机通风沟3出风口处的风速v及电机通风沟3进风口处和出风口处的风温T1和风温T2；
S2、根据风速v、风温T1和风温T2，采用电机总损耗公式得到电机总损耗P：
P＝csvρairΔT
其中，c为空气比热，ΔT＝T2-T1、s为电机通风沟3的出风口面积，ρair为空气的密度；
S3、采集电机主轴11表面的振动声波数据，并根据振动声波数据，计算电机主轴11的摩擦系数Cr；
S4、采用风摩损耗公式计算出电机主轴11的风摩损耗Pair；
S5、采集定子的定子电流Ia，根据定子电流Ia，采用定子铜耗计算公式计算定子铜耗PCu；
S6、采集定子电压数据，计算任意工况下的铁芯损耗PFe：
Figure BDA0002734020560000061
其中，PImin、Pairmin和PCuImin均为空载电流最小值时对应的电机总损耗、风摩损耗和定子铜耗，U为电机在任意工况下的定子电压，U0min为空载电流最小值时的定子电压；
S7、计算出任意工况下的附加损耗Ps：
Ps＝P-PCu-PFe-Pair。
进一步地，铁芯损耗PFe的构建方法包括：
构建空载电流最小值时的电机总损耗公式：
PImin＝PFeImin+PairImin+PCuImin
构建空载电流最小值时对应的铁芯损耗计算模型：
Figure BDA0002734020560000071
根据空载电流最小值时的电机总损耗公式和铁芯损耗计算模型，得到任意工况下的铁芯损耗公式：
Figure BDA0002734020560000072
进一步地，定子铜耗计算公式为：
Figure BDA0002734020560000073
其中，ka是定子绕组相数，Ra是定子一相电阻。
进一步地，风摩损耗公式为：
Pair＝CrCfρπω3r4l
其中，Cf为空气摩擦系数，ρ为空气密度，ω为转子角频率，r为电机转子半径，l为电机主轴11的轴向长度。
进一步地，步骤S6中，根据定子电流Ia，构建电机空载时的曲线I0＝f(U)，之后根据曲线I0＝f(U)得到PImin、Pairmin、PCuImin、U0min和I0min。
进一步地，还包括将附加损耗Ps、铁芯损耗、风摩损耗Pair、定子铜耗PCu和电机总损耗P均发送至显示器5进行显示。

Claims (10)

1.一种风冷电机损耗分离装置，其特征在于，包括设于电机通风沟(3)内的风速检测器(1)和风温检测器(2)、分别设于定子槽楔(10)内外侧的激光器(9)和声波传感器(13)、均与定子的一相绕组连接的电流检测器(15)和电压调节器(16)及设于电机机壳(6)上的分析装置(4)和显示器(5)，所述风速检测器(1)、风温检测器(2)、激光器(9)、声波传感器(13)、电流检测器(15)、电压调节器(16)和显示器(5)均与分析装置(4)连接。
2.根据权利要求1所述的风冷电机损耗分离装置，其特征在于，所述风温检测器(2)的数量为两个，且两个所述风温检测器(2)分别设于电机通风沟(3)的进风口和出风口。
3.根据权利要求1所述的一种风冷电机损耗分离装置，其特征在于，所述电流检测器(15)与定子绕组端部串接，电压调节器(16)与定子绕组端部并接。
4.根据权利要求1所述的一种风冷电机损耗分离装置，其特征在于，所述风速检测器(1)和风温检测器(2)通过硅橡胶与电机通风沟(3)的内壁连接。
5.一种权利要求1-4任一所述的一种风冷电机损耗分离装置的损耗分离方法，具体包括以下步骤：
S1、采集电机通风沟(3)出风口处的风速v及电机通风沟(3)进风口处和出风口处的风温T1和风温T2；
S2、根据风速v、风温T1和风温T2，采用电机总损耗公式得到电机总损耗P：
P＝csvρairΔT
其中，c为空气比热，ΔT＝T2-T1、s为电机通风沟(3)的出风口面积，ρair为空气的密度；
S3、采集电机主轴(11)表面的振动声波数据，并根据振动声波数据，计算电机主轴(11)的摩擦系数Cr；
S4、采用风摩损耗公式计算出电机主轴(11)的风摩损耗Pair；
S5、采集定子的定子电流Ia，根据定子电流Ia，采用定子铜耗计算公式计算定子铜耗PCu；
S6、采集定子电压数据，计算任意工况下的铁芯损耗PFe：
Figure FDA0002734020550000021
其中，PImin、Pairmin和PCuImin均为空载电流最小值时对应的电机总损耗、风摩损耗和定子铜耗，U为电机在任意工况下的定子电压，U0min为空载电流最小值时的定子电压；
S7、计算出任意工况下的附加损耗Ps：
Ps＝P-PCu-PFe-Pair。
6.根据权利要求5所述的损耗分离方法，其特征在于，所述铁芯损耗PFe的构建方法包括：
构建空载电流最小值时的电机总损耗公式：
PImin＝PFeImin+PairImin+PCuImin
构建空载电流最小值时对应的铁芯损耗计算模型：
Figure FDA0002734020550000022
根据空载电流最小值时的电机总损耗公式和铁芯损耗计算模型，得到任意工况下的铁芯损耗公式：
Figure FDA0002734020550000023
7.根据权利要求5所述的损耗分离方法，其特征在于，所述定子铜耗计算公式为：
Figure FDA0002734020550000031
其中，ka是定子绕组相数，Ra是定子一相电阻。
8.根据权利要求5所述的损耗分离方法，其特征在于，所述风摩损耗公式为：
Pair＝CrCfρπω3r4l
其中，Cf为空气摩擦系数，ρ为空气密度，ω为转子角频率，r为电机转子半径，l为电机主轴(11)的轴向长度。
9.根据权利要求5所述的损耗分离方法，其特征在于，所述步骤S6中，根据定子电流Ia，构建电机空载时的曲线I0＝f(U)，之后根据曲线I0＝f(U)得到PImin、Pairmin、PCuImin、U0min和I0min。
10.根据权利要求5所述的损耗分离方法，其特征在于，还包括将所述附加损耗Ps、铁芯损耗、风摩损耗Pair、定子铜耗PCu和电机总损耗P均发送至显示器(5)进行显示。
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