本文公開的主題涉及用于監(jiān)測(cè)電機(jī)的方法和系統(tǒng)。此外，本文公開的主題涉及一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括使上述系統(tǒng)執(zhí)行上述方法的指令，并且涉及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)有此類計(jì)算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

1、為了評(píng)估電機(jī)的碳足跡或產(chǎn)生關(guān)于其運(yùn)行成本的信息，不可避免地，通過(guò)獲取運(yùn)行期間的電輸入功率來(lái)獲得關(guān)于相應(yīng)電能消耗的信息，即，考慮電機(jī)的實(shí)際/單獨(dú)負(fù)載情況。用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的iiot設(shè)備(例如，軟傳感器)通常只能提供電機(jī)扭矩和電機(jī)速度，這不足以確定電機(jī)效率以及電機(jī)能量消耗。

2、對(duì)于考慮實(shí)際負(fù)載情況的上述問(wèn)題，一種可能的解決方案是在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間使用連接至電機(jī)端子的功率計(jì)(一種非常昂貴的設(shè)備)以及連接至軸的扭矩/速度感測(cè)設(shè)備，由于工作量和成本的原有，當(dāng)要監(jiān)測(cè)多個(gè)電機(jī)時(shí)，會(huì)阻止監(jiān)測(cè)?；厮菽芰肯挠?jì)算(僅基于容易獲得的量，如記錄的扭矩和速度值)是不可能的。

3、在離線情況下，必須假設(shè)特定的負(fù)載曲線和特定的電機(jī)屬性，后者通常只能在固定/離散的步驟中獲得(例如，全負(fù)載效率、半負(fù)載效率等)，結(jié)果是在相對(duì)粗略的假設(shè)下，預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的單值kwh量。這并不能反映電機(jī)運(yùn)行的真實(shí)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文公開的主題提供了對(duì)上述問(wèn)題的解決方案，其形式為一種用于在電機(jī)(例如，旋轉(zhuǎn)電機(jī))、特別是多個(gè)(兩個(gè)、三個(gè)、十個(gè)、一百個(gè)或甚至更多個(gè))電機(jī)的運(yùn)行期間(特別是在其連續(xù)運(yùn)行期間)監(jiān)測(cè)電機(jī)的方法。該方法包括以下步驟：在檢測(cè)器中檢測(cè)電機(jī)(每個(gè)電機(jī))的雜散磁場(chǎng)；基于檢測(cè)到的雜散磁場(chǎng)和電機(jī)的電氣模型，確定電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)；使用電氣模型和運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)確定電機(jī)的機(jī)械輸出功率pmech(t)和功率損耗plosses(t)；以及根據(jù)機(jī)械輸出功率和功率損耗來(lái)確定(通過(guò)在電機(jī)運(yùn)行期間連續(xù)的、特別是不間斷的計(jì)算)電機(jī)的效率η(t)。例如，可以使用公式：

2、

3、應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)“連續(xù)的、不間斷的”是指由于一些意外事件(如火災(zāi)、停電、自然災(zāi)害等)而可能不如人所愿地發(fā)生中斷或不連續(xù)的情況。

4、該方法允許在電機(jī)運(yùn)行期間根據(jù)負(fù)載計(jì)算電機(jī)的效率。

5、術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行”在這里是指電機(jī)在制造廠、自動(dòng)化設(shè)施或工廠(即，電機(jī)負(fù)載變化的地方)中用作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這意味著沒(méi)有附加的設(shè)備可以用來(lái)監(jiān)測(cè)每一個(gè)電機(jī)。這將引入附加的成本，但最重要的是，非常耗時(shí)。電機(jī)負(fù)載的變化是一個(gè)多維問(wèn)題，各種量都會(huì)影響電機(jī)的損耗，例如扭矩、轉(zhuǎn)速、熱條件等。這意味著電機(jī)通常在動(dòng)態(tài)環(huán)境中運(yùn)行，其實(shí)際效率偏離在電機(jī)型式試驗(yàn)期間在標(biāo)準(zhǔn)化條件下以標(biāo)準(zhǔn)化程序測(cè)量的效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)世界條件下的單獨(dú)運(yùn)行。

6、在一個(gè)實(shí)施方案中，功率損耗plosses(t)包括但不限于定子和轉(zhuǎn)子的歐姆損耗、鐵芯損耗、風(fēng)阻和摩擦損耗、負(fù)載相關(guān)的附加損耗。

7、在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測(cè)器包括用于接收雜散磁場(chǎng)的磁場(chǎng)檢測(cè)器。雜散磁場(chǎng)包含特征頻率。通過(guò)進(jìn)行頻率分析，可以根據(jù)雜散磁場(chǎng)來(lái)確定定子頻率(即，定子繞組中的電流頻率)以及轉(zhuǎn)子繞組中的電流頻率。這兩個(gè)頻率可以用于確定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率(slip)以及與確定電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)相關(guān)的其他量。

8、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括基于電機(jī)在確定的時(shí)間間隔內(nèi)的機(jī)械輸出功率和能量效率來(lái)計(jì)算電機(jī)的能量消耗。這可以通過(guò)計(jì)算電輸入功率pel(t)并在確定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)其進(jìn)行積分來(lái)實(shí)現(xiàn)

9、

10、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：將電機(jī)的能量效率可視化為時(shí)間的函數(shù)。

11、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：如果能量效率低于某個(gè)預(yù)定閾值，則通知未達(dá)到閾值。

12、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：

13、-使用參考電機(jī)的參考電氣模型和(原始)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)確定參考電機(jī)的機(jī)械輸出功率和功率損耗，

14、-根據(jù)機(jī)械輸出功率和功率損耗來(lái)確定參考電機(jī)的參考效率，

15、-將參考效率與(原始)電機(jī)的效率進(jìn)行比較。

16、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：如果參考電機(jī)比電機(jī)更高效，則建議(例如，定期建議)使用更高效的另外的電機(jī)。

17、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括：建議(例如，定期建議)以優(yōu)化電機(jī)的效率。

18、在一個(gè)實(shí)施方案中，建議包括電機(jī)的碳足跡的可視化，其中，基于電機(jī)的效率來(lái)計(jì)算碳足跡。

19、在一個(gè)實(shí)施方案中，建議可以包括對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變的建議，例如，可以建議改變(電機(jī)的逆變器的)電壓/通量、負(fù)載(例如，如果電機(jī)在過(guò)載下運(yùn)行，則減小負(fù)載，或者如果電機(jī)在欠載下運(yùn)行，則增大負(fù)載)等。

20、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括計(jì)算參考電機(jī)的參考能量消耗和(原始)電機(jī)在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的能量消耗，并將參考電機(jī)的參考能量消耗與(原始)電機(jī)的能量消耗進(jìn)行比較。

21、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：例如在加速度檢測(cè)器中，接收電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)，并使用檢測(cè)到的機(jī)械振動(dòng)來(lái)確定運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)進(jìn)行頻譜分析，可以直接確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。在這種情況下，該方法更快。

22、在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測(cè)器包括加速度檢測(cè)器。

23、在一個(gè)實(shí)施方案中，確定電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)包括確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。

24、在一個(gè)實(shí)施方案中，電氣模型被設(shè)計(jì)為擴(kuò)展等效電路。除了其他電機(jī)特定參數(shù)(主電感xh(主磁通)、定子漏電感x1和轉(zhuǎn)子漏電感x'2(漏磁通)、轉(zhuǎn)子電阻r'2(用于轉(zhuǎn)子繞組損耗)、定子電阻r1(用于定子繞組損耗)、rfe(用于鐵芯損耗))之外，擴(kuò)展等效電路還包括負(fù)責(zé)附加損耗的附加電阻radd。

25、可以通過(guò)求解擴(kuò)展等效電路并計(jì)算相應(yīng)電阻上的功率來(lái)確定損耗。

26、在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括：根據(jù)/通過(guò)使用銘牌數(shù)據(jù)來(lái)確定擴(kuò)展等效電路的參數(shù)。

27、還通過(guò)提供一種具有用于檢測(cè)電機(jī)的雜散磁場(chǎng)的檢測(cè)器和適于進(jìn)行上述方法的計(jì)算設(shè)備系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題。

28、在一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為支持iiot的設(shè)備(iiot：＝工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))。

技術(shù)特征：

1.一種用于在電機(jī)運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)所述電機(jī)(1)的方法，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：如果所述能量效率低于某個(gè)預(yù)定閾值，則通知未達(dá)到所述閾值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述電氣模型被設(shè)計(jì)為擴(kuò)展等效電路(8)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

11.一種具有用于檢測(cè)電機(jī)(1)的雜散磁場(chǎng)的檢測(cè)器(3)和適于進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算設(shè)備(4、5、6、7)的系統(tǒng)。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為支持iiot的設(shè)備。

13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器(3)包括磁場(chǎng)檢測(cè)器和加速度檢測(cè)器，所述磁場(chǎng)檢測(cè)器被配置為接收所述電機(jī)的雜散磁場(chǎng)，所述加速度檢測(cè)器被配置為接收所述電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)。

14.一種計(jì)算機(jī)程序，包括使根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法的指令。

15.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)有根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序。

技術(shù)總結(jié)
一種用于在電機(jī)(1)運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)電機(jī)(1)的方法，該方法包括：?在檢測(cè)器(3)中檢測(cè)電機(jī)(1)的雜散磁場(chǎng)，?基于檢測(cè)到的雜散磁場(chǎng)和電機(jī)(1)的電氣模型(8)，(S110)確定電機(jī)(1)的運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)，?使用電氣模型(8)和運(yùn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)確定電機(jī)(1)的機(jī)械輸出功率和功率損耗，?(S120)根據(jù)機(jī)械輸出功率和根據(jù)功率損耗來(lái)確定電機(jī)(1)的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：克里斯蒂安·德格,布爾庫(kù)·阿迪克·塞爾彭,布拉克·卡拉斯蘭,科爾汗·亞茲甘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西門子股份公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26