一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫測(cè)量系統(tǒng)

1、一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度測(cè)量系統(tǒng)作者： 專業(yè)： 學(xué)號(hào)摘 要：介紹了一種基于紅外溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度測(cè)量系統(tǒng)，很好的解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度檢測(cè)中旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號(hào)的傳輸問(wèn)題。提出了采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳遞的方案。關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)，轉(zhuǎn)子，紅外A Generator Rotor Temperature Measuring SystemAbstract:A rotor temperature measurement system of generator based on infrared temperature detection technology is introduced, Which so

2、lves the problem of signal transmission in rotating state of motor rotor temperature detection.And a wireless sensor network for signal transmission is proposed.Key Words: Temperature Measuring, Rotor0 引言大中型發(fā)電機(jī)溫升是一個(gè)突出的問(wèn)題，溫升過(guò)高會(huì)嚴(yán)重威脅繞組的絕緣以及電機(jī)的安全，在電廠中，發(fā)電機(jī)是極其重要的設(shè)備，一旦出問(wèn)題將會(huì)影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)。對(duì)于轉(zhuǎn)子的溫

3、度檢測(cè)，由于其處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，設(shè)計(jì)溫度傳感器需要考慮轉(zhuǎn)速、干擾、強(qiáng)磁場(chǎng)、振動(dòng)、離心力、信號(hào)傳遞以及檢測(cè)裝置的機(jī)械強(qiáng)度等一些不同于常規(guī)檢測(cè)方法的問(wèn)題，因此存在比較大的困難。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法一般采用熱電阻，熱電偶，這些傳感器需要與被測(cè)對(duì)象緊密接觸，顯然不適合高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子測(cè)溫。改進(jìn)式的方法可以在定子上裝設(shè)電刷與轉(zhuǎn)子接觸，這種方法不可避免會(huì)引入接觸電阻的影響，誤差較大。綜合考慮各種因素，決定采用紅外溫度檢測(cè)的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子溫度檢測(cè)系統(tǒng)。1.紅外溫度傳感器原理紅外輻射又稱紅外線，是指輻射波長(zhǎng)大致為0.751000mm頻譜范圍內(nèi)的電磁波。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，當(dāng)物體溫度處于絕對(duì)零度以上時(shí)，其內(nèi)部帶電

4、粒子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)向外發(fā)射出紅外線。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線就會(huì)越多，紅外輻射的能量也就越強(qiáng)。紅外溫度計(jì)是基于物體紅外輻射的能量大小及其波長(zhǎng)的分布，與物體表面溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)定物體的表面溫度。其基本結(jié)構(gòu)如下圖：圖1-1紅外溫度傳感器原理圖幾個(gè)相關(guān)的物理定律：（1）輻射的光譜分布規(guī)律普朗克輻射定律：一個(gè)絕對(duì)溫度為T(mén)（K）的黑體，單位面積表面在波長(zhǎng)附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率（簡(jiǎn)稱為光譜輻射度）M，T與波長(zhǎng)、溫度T滿足下列關(guān)系： （1-1）式中C1、C2分別為第一、第二輻射常數(shù)。普朗克輻射定律是所有單位計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。（2

5、）Stefan-Boltzmann定律：物體的總輻射率，即單位面積發(fā)射總功率與黑體溫度的四次方及材料表面的發(fā)射率成正比。其數(shù)學(xué)表示如下： （1-2）其中，=5.67×108w/m2·K4，為StefanBoltzmann常數(shù)，為材料表面發(fā)射率。此定律表明：凡是溫度高于開(kāi)氏零度的物體都會(huì)自發(fā)的向外發(fā)射紅外熱輻射，同時(shí)黑體單位面積發(fā)射的總輻射功率與開(kāi)氏溫度的四次方成正比。而且，只要溫度有較小變化時(shí)，都會(huì)使物體發(fā)射的輻射功率發(fā)生很大的變化。因此，只要能夠探測(cè)到黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就可以確定該黑體的溫度。（3）輻射空間分布規(guī)律朗伯余弦定律：所謂的郎波余弦定律，就是黑體在

6、任何方向上的輻射強(qiáng)度與觀測(cè)方向相對(duì)于輻射表面法線夾角的余弦成正比： （1-3）此定律表明：黑體在輻射表面法線方向的輻射最強(qiáng)。因此，實(shí)際做紅外檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能選擇在被測(cè)表面法線方向最大值的倍。（4）基爾霍夫輻射定律與發(fā)射定律：實(shí)驗(yàn)證明，物體的輻射度除了依賴于溫度和波長(zhǎng)外，還與該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。我們引入一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，即可把黑體的基本定律應(yīng)用于實(shí)際物體的紅外溫度測(cè)量。而這個(gè)輻射系數(shù)就是常說(shuō)的發(fā)射率，其定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在大于0和小于1的數(shù)值區(qū)間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，

7、就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因素有：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。因此，利用在同溫度下實(shí)際物體與黑體的輻射度之比來(lái)表示該物體的一種特性，可以稱之為實(shí)際物體的發(fā)射率，也叫全發(fā)射率，用表示。數(shù)學(xué)表示為 （1-4）式中：為實(shí)際物體的輻射度，為相同條件下黑體的輻射度?；鶢柣舴蚨山沂玖藷崞胶庀挛矬w的輻射與吸收的關(guān)系，指出一個(gè)好的吸收體也是一個(gè)好的輻射體。可以用以下公式表達(dá)： （1-5）由此可看出，任何處于熱平衡下的物體吸收率等于發(fā)射率，即物體的吸收本領(lǐng)越大發(fā)射本領(lǐng)也就越大。為了減少測(cè)量物體的溫度誤差，去除環(huán)境溫度因素的影響，所以修正的紅外輻射定律如下： （1-6）式中

8、：E為輻射出射度數(shù)，單位W/m；為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，5.67×10-8W/(m2·K4)；為物體的輻射率；T0為物體的溫度，單位K；TA為物體周圍的環(huán)境溫度，單位K；只要測(cè)量出所發(fā)射的E的值，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度。利用這個(gè)原理我們可以制成紅外測(cè)溫儀。這種測(cè)量技術(shù)不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)溫。在不同的溫度范圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)分布不同，在常溫（0100）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。用于不同溫度范圍和不同測(cè)量對(duì)象的測(cè)溫儀器，其具體的設(shè)計(jì)也不同。根據(jù)式（1-6）的原理，儀器所測(cè)得的紅外輻射為： （2-7）式中：A為光學(xué)常數(shù)，與儀器的具體設(shè)計(jì)結(jié)

9、構(gòu)有關(guān)；為被測(cè)對(duì)象的輻射率；為紅外溫度計(jì)的輻射率；為被測(cè)對(duì)象的溫度（K）；為紅外溫度計(jì)的溫度（K）；它由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測(cè)元件測(cè)出。所有的物體，包括人體各部位的表面，其值都是某個(gè)大于0而且小于1的數(shù)值。2.紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成為了便于檢測(cè)高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度，可以在定子上安裝紅外溫度傳感器，調(diào)整鏡頭使其對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子，傳感器將采集到溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。考慮到電廠中傳感器安裝位置與監(jiān)控調(diào)度室距離較遠(yuǎn)，為了能夠在監(jiān)控室中實(shí)時(shí)查看檢測(cè)數(shù)據(jù)，需要將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸回監(jiān)控室。傳統(tǒng)的解決方案采用物理線纜進(jìn)行信號(hào)的傳遞，安裝復(fù)雜，靈活性差。隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，用無(wú)線方式替代傳統(tǒng)有線傳輸方式成為可能

10、，因此可以采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。紅外溫度傳感器作為無(wú)線傳感網(wǎng)的感知節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子溫度信號(hào)的采集，一般是一個(gè)智能化微型的嵌入式系統(tǒng)。它可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)。圖2-1溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.結(jié)論本文提出的這種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度檢測(cè)的方法很好的解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)在線溫度檢測(cè)的難題，并且提出組建發(fā)電廠無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)，這種方法摒棄了傳統(tǒng)有線電纜信號(hào)傳輸過(guò)程易受干擾，靈活性差等問(wèn)題，使整個(gè)系統(tǒng)更加智能化。同時(shí)，在具體的傳感器節(jié)點(diǎn)軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意考慮發(fā)電機(jī)內(nèi)部實(shí)際物理環(huán)境對(duì)設(shè)備可靠性的影響，加入一些抗干擾措施。參考文獻(xiàn)：1陳宜林,喬棟.大型電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度紅外監(jiān)控系統(tǒng)的研制J.中國(guó)電力.2003(07).2