大型電機定子各部分溫度的檢測及其應(yīng)用已相當普及，而轉(zhuǎn)子溫度的檢測及其應(yīng)用則較少。這是因為轉(zhuǎn)子速度過高又處在電機結(jié)構(gòu)的中心位置，給轉(zhuǎn)子溫度的測量帶來種種困難。在實際生產(chǎn)中，大型異步電動機因負荷過大，頻繁起動，導致轉(zhuǎn)子過熱、甚至斷條，嚴重時將被迫停產(chǎn)造成較大的經(jīng)濟損失。如發(fā)電廠的球磨電機、排粉電機、鋼廠的軋鋼電機等，大多存在這一問題。為此研制了大型電機轉(zhuǎn)子溫度紅外監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子溫度進行實時監(jiān)測，再經(jīng)單片機處理后，將數(shù)據(jù)遠程傳送給控制室的上位機，由上位機對電機進行實時監(jiān)控，用以調(diào)整電機負荷，限制電機頻繁啟動。所研制的系統(tǒng)已在豐鎮(zhèn)發(fā)電廠2臺1050kW的排粉電機中調(diào)試成功。
　　
　　1、轉(zhuǎn)子測溫系統(tǒng)簡介
　　
　　系統(tǒng)原理框圖如圖1。　　
　　1.1測溫原理
　　　　
　　其中σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)；λ為紅外輻射波長，T為發(fā)熱體溫度，ε為物體比輻射率。
　　
　　按上述原理，將接收到的全波長輻射總功率轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、測量、變換后可得物體的表面溫度值。而實際上，由于電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，端部繞組有很強的電磁場，有較高的電壓（一般在6kV以上），用普通的紅外傳感器很難取出轉(zhuǎn)子溫度信號，為此設(shè)計了由光導材料（紅外光纖和光導管）及紅外傳感元件組成的探測器。用這種探測器來傳遞轉(zhuǎn)子溫度信號并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)處理后即可獲得轉(zhuǎn)子的溫度值。
　　
　　1.2光導式紅外溫度探測器
　　
　　光導式紅外溫度探測器由紅外透鏡、紅外導光材料、紅外傳感器及放大電路組成?？紤]到電機轉(zhuǎn)子溫度的變化范圍一般在0～250℃，根據(jù)維恩位移定律其峰值波長約為3～10μm。為此選擇多晶硫化鋅作為透鏡材料，經(jīng)特殊處理后，其透過波長可達0.4～16μm，其工作環(huán)境溫度也較高。
　　
　　紅外導光材料（紅外光纖或光導管）用以傳遞轉(zhuǎn)子溫度信息，是關(guān)鍵性材料。紅外光纖細而軟，可適量彎曲，有較好的絕緣性能和較強的抗電磁場*力，但損耗較大。As—Ce—Te材料在8～10μm波長有較低的損耗，As-S材料在2～3μm內(nèi)有較低損耗，將2種材料按一定的比率結(jié)合起來可拓寬紅外線的透過波段。光纖導管靠反射傳遞紅外能量，透過波長范圍寬、損耗小。但絕緣性能和韌性均不如紅外光纖。因此，紅外光纖和光纖導管可按電機的不同結(jié)構(gòu)來選用。
　　
　　由透鏡和紅外導光材料傳遞來的轉(zhuǎn)子溫度信號，通過高集成度的熱電堆紅外元件轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大電路變成0～5V的電壓信號，以便送單片機處理。此即為光導式探測器的工作過程。
　　
　　1.3單片機數(shù)據(jù)處理
　　
　　對光導紅外探測器輸出電壓信號的處理是通過80C196單片機來完成的。處理過程包括：信號采集、中值濾波、插值查表、譯碼顯示等過程。另外，單片機還具有高溫查詢、聲光報警、與上位機進行通信的功能，zui終將轉(zhuǎn)子溫度數(shù)據(jù)傳送給上位機。圖2為單片機的程序框圖，其中T1為紅外溫度，T2為環(huán)境溫度，Tc為當前轉(zhuǎn)子溫度，Tm為曾出現(xiàn)過的zui大溫度，Ti為報警溫度。　　
　　2、減少系統(tǒng)誤差及提高抗*力的措施
　　
　?。?）轉(zhuǎn)子溫度略大于室溫時，對紅外元件已非常敏感，但通過紅外光導材料后，溫度信號卻大大衰減，經(jīng)紅外元件轉(zhuǎn)換后的電壓信號亦非常微弱，為此設(shè)計低溫漂高倍率的放大電路，使輸出電壓信號達到要求，從而確定了轉(zhuǎn)子溫度值與輸出電壓值之間有一一對應(yīng)的關(guān)系。放大器的質(zhì)量決定溫度的轉(zhuǎn)換精度。
　　
　　（2）考慮轉(zhuǎn)子的溫度范圍（O～250℃），其溫度下限與室溫屬同一數(shù)量級。為此，增加環(huán)境傳感器進行補償，消除因環(huán)境溫度的變化所引起的測量誤差。環(huán)境溫度特性見圖3a。
　　
　?。?）為提高測量精度，選用具有10位AD轉(zhuǎn)換的80C196單片機，對應(yīng)0～5V的電壓范圍，其分辨率為4.88mV，當轉(zhuǎn)子溫度范圍為0～200℃時，其靈敏度小于0.25℃。為消除噪聲干擾，應(yīng)通過軟件對采樣值進行濾波，剔除異常值。
　　
　?。?）紅外測溫的因素較多，如傳感器、熱源材料、表面粗糙度、測量距離等，為排除各種因素的影響，實測出熱源的溫度和紅外探測器輸出電壓信號間的函數(shù)關(guān)系（見圖3b），將這些標定值存放在單片機系統(tǒng)中，通過插值查表，可得到的溫度值。在采取上述各種措施后，使測量精度達到工業(yè)許可的范圍。　　
　　（5）系統(tǒng)抗*力取決于各個環(huán)節(jié)的抗干擾。在紅外信號的傳輸段，因紅外信號是微米級的波長，與電機基波和諧波磁場的波長相差甚遠，采用光導管傳導紅外能量，基本排除了繞組端部磁場的干擾。信號經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)化后，采用了高倍率低溫漂的前置放大器及濾波電路，加之良好的接地，使探測器的抗*力明顯提高。系統(tǒng)的信號線采用屏蔽線，遠程通信采用雙絞線。在采取上述措施后，使系統(tǒng)的抗*力達到要求。
　　
　　3、多路遠程通信及安裝調(diào)試
　　
　　在大型企業(yè)中，被測電機的位置分散且離控制室較遠，因此，監(jiān)控的可靠程度取決于遠程通信的質(zhì)量。選用了串行半雙工通信方式，波特率為9600b/s，通信距離可達1.2km。經(jīng)RS485接口與上位機相連。通信框圖如圖4。控制室的上位機通過呼叫的方式與下位機取得。被呼叫的下位機接到呼叫信號后，向上位機發(fā)送轉(zhuǎn)子溫度數(shù)據(jù)，通信示意見圖4。上位機采用VB軟件編程，有良好的界面，用以對各臺下位機送來的數(shù)據(jù)進行處理，繪制各臺電機的溫度曲線。溫度超過報警溫度時，發(fā)出語音提醒和畫面警告信號，同時輸出控制信號。　　
　　由于轉(zhuǎn)子斷條主要出現(xiàn)在鼠籠繞組的兩端，考慮轉(zhuǎn)子兩端電流的對稱性，一般在每臺電機的端部安裝一個探測器即可。紅外傳感器和光導管連成一體，安裝時將光導管的透鏡端從端部繞組的縫隙中插入，對準轉(zhuǎn)子端部，光導管的傳感器固定在電機機殼上，信號線引到儀器接口。
　　
　　調(diào)試時，首先要調(diào)整紅外透鏡與轉(zhuǎn)子被測表面間的距離和角度，力求準確；其次，對下位機顯示的溫度值與上位機收到溫度值進行核對，否則就要重新調(diào)整通信電路的參數(shù)；zui后，檢查上位機的控制輸出，上位機的控制信號是通過常閉觸點串聯(lián)在電機的起動支路中（并非串聯(lián)在自鎖支路中），一旦轉(zhuǎn)子溫度超過警戒值，上位機立即輸出控制信號，切斷起動支路，限制電機下次再起動。此時，自鎖支路并未切斷，電機并不停轉(zhuǎn)，以確保生產(chǎn)正常進行。圖5是電機在熱態(tài)條件下再次起動時所繪制的電機轉(zhuǎn)子溫度曲線，揭示了二次起動時轉(zhuǎn)子溫度變化過程。　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　該系統(tǒng)用紅外光導材料將電機轉(zhuǎn)子溫度信號從結(jié)構(gòu)復雜、具有強電磁干擾的電機內(nèi)部引出來，經(jīng)紅外傳感器轉(zhuǎn)換和單片機處理后得的溫度值滿足工業(yè)測量要求，可推廣到其他具有復雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部運動物體的溫度的監(jiān)測。通過對電機轉(zhuǎn)子溫度的實時監(jiān)控來減少電機的故障，對生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義。其中多路遠程監(jiān)控系統(tǒng)也適用于各大中企業(yè)的控制模式。