适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910985053.6 (22)申请日 2019.10.16 (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 王宝超刘承军胡建辉李勇 江善林王骞尚静 (74)专利代理机构 哈尔滨龙科专利代理有限公 司 23206 代理人 高媛 (51)Int.Cl. G01R 31/34(2006.01) (54)发明名称 一种适应非线性散热条件的短时激励温升 等效测试方法 (57)摘要 一种适应非线性散热条件的短时激励温升 等效。

2、测试方法， 属于电机测试技术领域。 所述方 法是： 电机以测试一的加载工况短时工作， 使电 机在测试一负载条件下从起始时刻t0开始工作 至t1时刻， 随后在t1时刻去掉负载， 使电机在与 加载时相同的冷却条件下进行冷却， 在整个短时 加载测试过程中记录电机本次测试中温升随时 间变化的数据TR1(t)， 所述温升为所测试的电机 部件温度与环境温度之差； 电机以测试二的加载 工况短时工作， 测试过程与电机以测试一的加载 工况短时工作相同， 在整个短时加载测试过程中 记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据 TR2(t)； 最后数据运算。 本发明只需要短时对电 机进行激励， 电机可长时间处于自然冷却。

3、状态， 能有效降低能耗。 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 CN 110658455 A 2020.01.07 CN 110658455 A 1.一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法， 其特征在于： 所述方法步 骤如下： 步骤一： 本方法共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程度较小 的一次记为测试一， 将加载程度较大的一次记为测试二， 测试二加载程度为测试一的k倍， 1 k3； 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作， 使电机在测试一负载条件下从起始时刻t0开 始工作至t1时刻， 随后在t1时刻去掉负载， 使电机在与加载时相同的冷却条件下进行冷却， 在整个。

4、短时加载测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据TR1(t)， 所述温升 为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作， 测试过程与电机以测试一的加载工况短时 工作相同， 在整个短时加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据TR2 (t)； 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机在持 续负载激励时的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， k为加载倍 数， t为时间； TR1(t)为测试一条件下电机持续。

5、负载激励时的温升数据， TR2(t)为测试二条件下电机 持续负载激励时的温升数据。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110658455 A 2 一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法 技术领域 0001 本发明属于电机测试技术领域， 具体涉及一种适应非线性散热条件的短时激励温 升等效测试方法。 背景技术 0002 电机温升影响着电机中绝缘的可靠性和使用寿命， 与电机及其应用设备的安全性 和可靠性密切相关。 因此， 准确获取电机额定、 过载等特定负载工作状态的温升， 对于验证 电机设计的合理性和可靠性有着重要的意义。 0003 目前对于特定工作状态温升测试的方法是对电机持续加载并维持。

6、在期望测试状 态， 待温度稳定后通过温度传感器或绕组热态电阻值来得到电机的温升值， 也可使用电机 状态量与电机损耗通过热模型计算得到温升值。 现有方法对电机特定工作状态温升的测量 需要电机一直处于该负载状态， 存在电机烧毁的风险和能耗较高的缺点， 比如： 在电机设计 验证阶段， 在对温升裕度把握不足时， 以现有的额定温升状态测量的方法进行测试， 会造成 电机烧毁， 对于短时工作制电机测试难度更大； 对于一些大功率电机， 温升时间长， 需要长 时间维持电机额定功率或额定损耗， 能耗较高。 0004 专利号为ZL 201711273636.3的发明专利公开了 “一种短时负载激励的电机温升 等效测试。

7、方法” ， 该方法可利用电机负载短时激励状态下的测试数据准确还原出电机负载 持续激励状态下温升数据。 该方法在大部分电机温升测试时可获得满意的效果， 但是， 在发 热体直接接触非线性热交换边界(主要为自然对流、 其次为热辐射)时， 发热体表面会产生 大量的非线性换热的现象， 导致原方法结果产生较大的误差。 例如分装式电机， 当其发热部 件绕组直接暴露在空气中进行自然对流时， 该方法对该绕组的测试会产生较大的误差。 发明内容 0005 本发明的目的是为了解决现有短时负载激励的电机温升等效测试方法在非线性 散热条件影响下精度下降的问题， 提供一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试 方法。 0。

8、006 本发明具体的是一种利用电机负载短时激励状态下的测试数据准确还原出电机 负载持续激励状态下温升数据的测试方法。 负载短时激励下的电机温度低于负载持续激励 下的电机温度， 获取该状态下的温升状态测试数据可有效避免绕组高温烧毁， 也可有效减 少能耗。 0007 本发明不依赖精确热模型， 它利用模型基本属性的叠加性， 是一种在电机负载短 时激励状态下的测试数据还原出电机负载持续激励状态下温升数据的测试方法， 该方法在 涉及自然对流、 热辐射等非线性散热的条件下也能获得较小的误差， 有效提高了非线性散 热系数影响下短时激励等效测试方法的精度。 0008 实现上述目的， 本发明采取下述技术方案： 。

9、0009 一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法， 其特征在于： 所述方法 说明书 1/7 页 3 CN 110658455 A 3 步骤如下： 0010 步骤一： 本方法共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程度 较小的一次记为测试一， 将加载程度较大的一次记为测试二， 测试二加载程度为测试一的k 倍， 1k3； 0011 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作， 使电机在测试一负载条件下从起始时 刻t0开始工作至t1时刻， 随后在t1时刻去掉负载， 使电机在与加载时相同的冷却条件下进行 冷却， 在整个短时加载测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据TR。

10、1(t)， 所述 温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 0012 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作， 测试过程与电机以测试一的加载工况 短时工作相同， 在整个短时加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据 TR2(t)； 0013 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励时的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 0014 0015 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， k为加 载倍数， t为时间； 0016 TR1(t)为测试一条件下电机持续负载激励时。

11、的温升数据， TR2(t)为测试二条件 下电机持续负载激励时的温升数据。 0017 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0018 (1)本发明以电机负载短时激励状态下的测量数据间接得出电机负载持续激励状 态下的温升数据， 测试过程中电机温升低于负载持续激励时的温升值， 降低了电机高温损 坏的风险。 0019 (2)即使在非线性散热影响条件下本方法等效测试的误差也在可接受范围内。 0020 (3)只需要短时对电机进行激励， 电机可长时间处于自然冷却状态， 能有效降低能 耗。 0021 (4)计算过程简单， 运算仅包括已知数据的加法和已知常系数的乘除法， 易于操 作， 无需使用电机模型、 损耗。

12、模型及系统相关属性等先验知识， 无需获取热传递函数和阶数 及具体参数。 附图说明 0022 图1为实施例1的发明效果对比图， 其中图1(a)为背景技术中披露的一种短时负载 激励的电机温升等效测试方法的效果图， 图1(b)为本发明方法在测试一条件下通过短时负 载激励温升数据计算持续负载激励温升的结果的效果图； 说明书 2/7 页 4 CN 110658455 A 4 0023 图2为实施例2的发明效果对比图， 其中图2(a)为背景技术是披露的一种短时负载 激励的电机温升等效测试方法的效果图， 图2(b)为本发明方法在测试一条件下通过短时负 载激励温升数据计算持续负载激励温升的结果的效果图； 00。

13、24 图3为实施例3的发明效果图， 其中图3(a)为两次测试的短时加载功率效果图， 图3 (b)为两次短时负载激励下测得的温升值效果图， 图3(c)为对测试一本发明方法与已有方 法在还原持续激励温升时的效果图， 图3(d)为对测试二本发明方法与已有方法在还原持续 激励温升时的效果图； 0025 图4为实施例4的发明效果对比图。 具体实施方式 0026 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明， 但并不局限于此， 凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换， 而不脱离本发明技术方案的精神范围， 均应 涵盖在本发明的保护范围之中。 0027 具体实施方式一： 本实施方式记载了一种适应非线性。

14、散热条件的短时激励温升等 效测试方法， 所述方法步骤如下： 0028 步骤一： 本方法共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程度 较小的一次记为测试一， 将加载程度较大的一次记为测试二， 测试二加载程度为测试一的k 倍， 1k3； 0029 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作， 使电机在测试一负载条件下从起始时 刻t0开始工作至t1时刻， 随后在t1时刻去掉负载， 使电机在与加载时相同的冷却条件(指自 然冷却、 风冷等， 状态不变)下进行冷却， 在整个短时加载测试过程中记录电机本次测试中 温升随时间变化的数据TR1(t)， 所述温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差；。

15、 0030 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作， 测试过程与电机以测试一的加载工况 短时工作相同， 在整个短时加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据 TR2(t)； 0031 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励时的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 0032 0033 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， k为加 载倍数， t为时间； 0034 TR1(t)为测试一条件下电机持续负载激励时的温升数据， TR2(t)为测试二条件 下电机持续负载激励时。

16、的温升数据。 0035 功率无确数， 不同电机的功率值都不同。 而且期望条件的功率也不同， 可能是额定 说明书 3/7 页 5 CN 110658455 A 5 功率， 或者是过载时额定功率的数倍， 或者是感兴趣的功率， 可能是任意一种状态。 0036 实施例1： 0037 实施例1记载了一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法， 为一阶 热传递关系， 其发热体的发热表面直接接触空气， 因而受自然对流的影响最为严重。 其中自 然对流换热系数 与温升T呈非线性关系， 表达式约为: 0038 具体测试步骤如下： 0039 步骤一： 本实施例共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述，。

17、 将加载程 度较小的一次记为测试一， 加载功率为100W， 将加载程度较大的一次记为测试二， 加载功率 为200W， 测试二加载程度为测试一的2倍， k2； 0040 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作。 首先使电机在测试一负载条件下工作 一段时间， 短时加载时间为800s。 随后去掉负载， 使电机在与加载时相同的冷却条件下进行 冷却至6000s。 在整个加载与冷却测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据 TR1(t)， 温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 0041 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作。 测试过程与上述步骤相同， 在整个短时 加载测试过程中记录电机在本次。

18、测试中温升随时间变化的数据TR2(t)； 0042 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励下的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 0043 0044 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， TR1 (t)为测试一条件下电机持续负载激励时的温升， TR2(t)为测试二条件下电机持续负载激 励时的温升； 0045 由图1(a)和图1(b)对比分析可知， 原有方法(即背景技术中披露的一种短时负载 激励的电机温升等效测试方法)在非线性散热影响下计算结果有较大误差， 而非本发明方 法。

19、的还原较为准确， 误差在5以内。 0046 实施例2： 0047 实施例2记载了一种适应非线性散热条件的短时激励温升等效测试方法， 为三阶 热传递关系， 其发热体的热量传递到其他物体， 在最外侧物体的散热表面直接接触空气， 温 升测试点为最外侧物体散热表面。 散热表面受自然对流影响， 其自然对流换热系数 与温升 T呈非线性关系， 其表达式约为:具体测试步骤如下： 0048 步骤一： 本方法共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程度 较小的一次记为测试一， 加载功率为100W， 将加载程度较大的一次记为测试二， 加载功率为 200W， 测试二加载程度为测试一的2倍， k2； 。

20、说明书 4/7 页 6 CN 110658455 A 6 0049 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作， 使电机在测试一负载条件下工作一段 时间， 短时加载时间为800s， 随后去掉负载， 使电机在与加载时相同的冷却条件下进行冷却 至6000s。 在整个加载与冷却测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据TR1 (t)， 温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 0050 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作， 测试过程与上述步骤相同， 在整个短时 加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据TR2(t)； 0051 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR。

21、1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励下的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 0052 0053 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， TR1 (t)为测试一条件下电机持续负载激励时的温升， TR2(t)为测试二条件下电机持续负载激 励时的温升。 0054 由图2(a)和图2(b)可以看出， 三阶热传递对象呈现出与一阶热传递函数不同的特 征， 具体表现在温升起始斜率为零， 短时激励去掉负载后温度依然上升， 温升曲线不满足指 数规律。 其次， 对比图2(a)与图2(b)可以看出， 原有方法在非线性散热影响下， 最终计算结 果。

22、有较大误差， 而非本发明方法的还原较为准确， 误差在3以内。 0055 实施例3 0056 与实施例1相同的对象， 第二次加载为第一次加载的1.1倍， 即k1.1。 0057 具体测试步骤如下： 0058 步骤一： 本实施例共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程 度较小的一次记为测试一， 加载功率为100W， 将加载程度较大的一次记为测试二， 加载功率 为110W， 测试二加载程度为测试一的1.1倍， k1.1； 0059 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作。 首先使电机在测试一负载条件下工作 一段时间， 短时加载时间为800s。 随后去掉负载， 使电机在与加载时相同。

23、的冷却条件下进行 冷却至6000s。 在整个加载与冷却测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据 TR1(t)， 温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 0060 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作。 测试过程与上述步骤相同， 在整个短时 加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据TR2(t)； 0061 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励下的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 说明书 5/7 页 7 CN 110658455 A 7 0062 0063 式中， g(t)， f(t)， TRR(t。

24、)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量及比例变量， TR1 (t)为测试一条件下电机持续负载激励时的温升， TR2(t)为测试二条件下电机持续负载激 励时的温升。 0064 两次测试的短时负载加载功率如图3(a)所示， 短时加载时测得的温升值TR1(t)和 TR2(t)如图3(b)所示。 对于测试一， 原有方法计算结果、 本发明方法计算结果(TR1(t)与实 际持续激励时的测量数据的对比如图3(c)所示。 对于测试二， 原有方法计算结果、 本发明方 法计算结果(TR2(t)与实际持续激励时的测量数据的对比如图3(d)所示。 可见， 原有方法 (即背景技术中披露的一种短时负载激励的电机温升等效测。

25、试方法)在非线性散热影响下 计算结果有较大误差， 而非本发明方法的还原较为准确， 误差在5以内。 0065 实施例4 0066 与实施例1相同的对象， 第二次加载为第一次加载的3倍， 即k3。 0067 具体测试步骤如下： 0068 步骤一： 本实施例共需两次不同加载程度的电机短时测试， 为方便表述， 将加载程 度较小的一次记为测试一， 加载功率为100W， 将加载程度较大的一次记为测试二， 加载功率 为300W， 测试二加载程度为测试一的3倍， k3； 0069 首先， 电机以测试一的加载工况短时工作。 首先使电机在测试一负载条件下工作 一段时间， 短时加载时间为800s。 随后去掉负载， 。

26、使电机在与加载时相同的冷却条件下进行 冷却至6000s。 在整个加载与冷却测试过程中记录电机本次测试中温升随时间变化的数据 TR1(t)， 温升为所测试的电机部件温度与环境温度之差； 0070 其次， 电机以测试二的加载工况短时工作。 测试过程与上述步骤相同， 在整个短时 加载测试过程中记录电机在本次测试中温升随时间变化的数据TR2(t)； 0071 步骤二： 数据运算， 通过短时加载时测得的温升值TR1(t)和TR2(t)来还原得到电机 在持续负载激励下的温升数据TR1(t)和TR2(t)； 0072 0073 式中， g(t)， f(t)， TRR(t)分别为补偿变量、 比例变量的中间变量。

27、及比例变量， TR1 (t)为测试一条件下电机持续负载激励时的温升， TR2(t)为测试二条件下电机持续负载激 励时的温升。 说明书 6/7 页 8 CN 110658455 A 8 0074 图4给出了原有方法和本发明方法通过短时负载激励下的温升数据对持续负载激 励下的温升数据的还原效果， 对比分析可知， 原有方法(即背景技术中披露的一种短时负载 激励的电机温升等效测试方法)在非线性散热影响下计算结果有较大误差， 而非本发明方 法的还原较为准确， 误差在10以内。 0075 对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能。

28、够以其他的装体形式实现本发明。 因此， 无论 从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 0076 此外， 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体， 各实施例中的技术方案也可以经适当组合， 形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。 说明书 7/7 页 9 CN 110658455 A 9 图1 说明书附图 1/5 页 10 CN 110658455 A 10 图2 说明书附图 2/5 页 11 CN 110658455 A 11 说明书附图 3/5 页 12 CN 110658455 A 12 图3 说明书附图 4/5 页 13 CN 110658455 A 13 图4 说明书附图 5/5 页 14 CN 110658455 A 14 。