【解决方案】还在为电机安全监测难而烦恼？采温方案这样搞

原创 ZLG致远电子 2022-12-08 11:32

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工业应用中，电机时常会发生诸如匝间短路、过热老化、永磁体退磁等故障，为提高电机的安全运行性和可靠性，如何稳定可靠地检测电机温度与预防电机故障成为了现阶段监测电机设备安全运行系统中的一个研究重点。

电机将电能转换成机械能的过程中不可避免地产生了大量的热损耗，从而使得电机温度升高，导致电机某些部件老化。如电机绕组绝缘层漏电、永磁铁退磁等。电机设计时，会综合性能、发热量及散热量等因素，将电机设计在一定温度范围内从而确保电机的安全正常运行。而高稳定性和高可靠性的电机测温方案将有效保证电机的健康运行，预防电机发生故障。

电机过热损害

过热影响电机使用寿命，温度每升高10℃，绕组绝缘寿命大约减半，同时，还会降低金属的强度和硬度，以及降低润滑脂的特性和加速密封件老化。从而导致后期出现的各种故障。
电机长时间的过热运行会使永磁体退磁，将导致电机性能下降及损坏。
过热会使绝缘皮被击穿，将导致绕组短路而烧毁电机。

电机过热因素

电机过载（即过电流），将导致绕组铜损增加，发热量增加，从而使绕组温度升高。
环境及通风不良，环境温度过高，冷凝回路阻塞，通风不畅，导致散热风量不足产生高温。
电源电压影响，三相电压不平衡导致更大的电流不平衡，电流的负序分量引起定子损耗增加，因此定子绕组温升比在平衡电压下运行时的温度高。
电机轴承摩擦过热，轴承受力异常，破坏润滑剂、磨损加剧，导致轴承温度升高。

电机温度检测方法

电机的正常运行温度范围根据国家标准和不同电机制造厂商标准有所差异，但其运行的最高温度均在150℃以下。电机温度检测部位有三个，即电机外壳、定子绕组与轴承。电机外壳与定子绕组为静态部位，可用热电阻、热电偶进行温度检测，电机轴承为动态部位，可用红外线等进行温度检测。主流的电机测温均采用三线制PT100热电阻检测定子绕组的温度。

图1 电机图

定子绕组温度检测，最能真实反映电机内部温度状态，能有效预防可能发生的故障，但其容易受到电机内部强磁场的干扰，使测温产生偏差，需要稳定可靠的测温方案。根据国标GB755，定子绕组温度检测可用埋置检温计法。可在每相的定子绕组中埋置2只三线制的PT100热电阻来测量温度。

电机外壳温度检测，其具有传感器接线简单、电磁干扰弱等优势，是最简单的检温方法，但其对电机内部温度的判别不准确。由于电机外壳直接裸露在空气中，受环境温度、电机材质、电机散热结构、传感器等影响，不能精确检测电机温度。根据国标GB755，外壳温度检测可用温度计法。将热电偶或热电阻贴附于成品电机可触及的表面上来测量温度。

电机轴承温度检测，其因高速转动，不便直接放置温度计测温，现大多采用红外测温的方案进行温度检测。

可靠的电机温度检测方案

ZLG致远电子TPS02RAH是一款针对PT100的工业双通道隔离热电阻测温模块，具有抗干扰性强、可靠性高、检测精度高、温漂小的特点，可针对电机的外壳与定子绕组进行温度检测。模块的检测端与输入端采用电源隔离与数字隔离，其电气隔离耐压为4000Vrms，电气隔离具有可靠性高与抗电磁干扰强的特性，模块内置50Hz工频信号陷波抑制功能，适用于电磁环境复杂和高压供电的电机温度检测。

图2 TPS02RAH内部框图

TPS02RAH提供两路PT100热电阻测温通道，外围电路方便简洁，通过I²C接口直接读取以“℃”为单位的测温数据。温度检测精度可达0.02%±0.1℃，检测范围为-200~800℃，满足电机温度检测的范围。每个模块可测量埋置在每相定子绕组中的两个温度测试点，三个模块即可完成整个电机的温度测量。推荐外围电路如下图：