CN104577988A - 基于热电转换的电动机保护装置及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于热电转换的电动机保护装置及其供电方法，主要包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关，其中，温差发电片、电压调控电路、电能存储装置构成保护装置的电源系统。当电机工作的时候会产生大量的热能，本发明利用半导体温差发电片将电机工作时发出的热能直接转化成电能，并将该能量用于给电机过载断电保护装置供电，电动机温度越高，温差发电片捕获的热能也越多。
Description
技术领域
本发明涉及基于热电转换的电动机保护装置及其供电方法。
背景技术
目前，中、大型电动机的保护装置大致可分为三类：(1)热工仪表型，这类装置体积大，精度不高，参数更改困难。(2)小规模逻辑电路保护装置，体积小，但参数更改仍不方便。(3)智能型多功能电动机保护装置；目前多为进口产品，价格昂贵。尽管电动机保护装置各不相同，但都是以交流电整流后获得的直流进行供电，这种供电方式需要有形的线缆连接。这就存在线缆老化的问题，由此常常由于断电，致使电动机保护器失效，从而无法检测电机是否故障，更无法实现对电动机的保护，寻找新的供电方式显得十分有意义。
现有的技术是通过实时测温来判断电动机是否发热，是否故障，该方法最大的缺点是温度传感器的寿命较短，易失效，致使电动机过载断电保护装置误判，最终导致电动机损坏。同时单一传感器的监测手段，很容易出现误判，出错率较高。
传统电动机过载断电保护装置采用单独电源供电，集成度低，容易出现线路老化断电，致使电动机保护器失效，从而无法检测电动机是否故障，更无法实现对电动机的保护。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种基于热电转换的电动机保护装置，所述装置包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关，其中，温差发电片、电压调控电路、电能存储装置构成保护装置的电源系统，上述系统通过所述稳压电路连接所述控制器；
其中，所述测温元件、信号调理电路、信号采集电路顺序连接并且信号采集电路的另一个端口连接所述控制器；所述控制器还连接所述断电开关、声光报警电路、稳压电路。
保护装置工作中能实时监测电动机的温度，一旦温度超过限定值，则发出报警信号，同时切断电动机电源，避免电动机损坏。倘若温度传感器失效，当电机工作异常时会产生大量的热能，此时电能存储装置中的电量会有跳变，控制器依据跳变量也能实现对电动机工作状态的监测，并能根据跳变量的大小决定是否切断电动机的电源。当电机正常工作或是不工作时，发热量少或没有发热量，那么保护装置不工作，节能环保。
所述测温元件主要指热电阻、热敏电阻、热电偶等热电式元件；
所述信号调理电路，包括放大电路、滤波电路；
所述温差发电片能将电动机工作过程中产生的废热收集起来，并将其转换为电能为电动机保护装置供电；
所述信号采集电路完成对信号调理电路输出信号的采集，实现温度信号的模数转换，同时完成对电能存储装置电压的采集；
所述控制器实时监测电动机温度以及电能存储装置的电量，实现对电量的分配，以及电动机运行状态的判定，同时依据设定参数对比判定是否切断电动机工作电源，以及是否发出报警信号；
所述电压调控电路包括升压电路，整流电路；
所述稳压电路可实现对负载稳定的电压输出，不受负载数量变化的影响；
所述电能存储装置为信号调理电路、信号采集电路、控制器、声光报警电路供电。
本发明具有如下有益效果：
(1)充分回收利用电动机的余热、废热，无需外加电源，能量自给自足，实现对电机过载的保护。半导体温差发电是一种新型的发电方式，具有结构简单、坚固耐用、清洁、无泄露、无运动部件、无噪声、使用寿命长等优点。符合绿色环保的要求。
(2)温度传感器失效时也可直接判断电动机是否发生故障。电动机正常工作时发热量很小，一旦电动机过载或是出现某些故障，那么电动机就会产生大量的热能。热能突变有温差发电片捕获的电能也会产生突变，由此便可实现对电动机工作状态有效的检测，识别其是否运行正常，从而对电动机的保护。
(3)半导体温差发电片直接将热能转化为电能，导热系数高，转化效率高；
(4)两种故障诊断方式，效率更高，对电动机的保护效果更加显著。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：
图1为基于热电转换的电动机保护装置及其供电方法原理示意图；
图2为无测温元件工作流程图(实施方式一)示意图；
图3为加测温元件工作流程图(实施方式二)示意图；
图4温差发电片安装示意图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
参考附图1，本发明提供一种基于热电转换的电动机保护装置，主要包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关，其中，温差发电片、电压调控电路、电能存储装置构成保护装置的电源系统。当电机工作的时候会产生大量的热能，本发明利用半导体温差发电片将电机工作时发出的热能直接转化成电能，并将该能量用于给电机过载断电保护装置供电，电动机温度越高，温差发电片捕获的热能也越多。
图2为无测温元件工作流程图(实施方式一)示意图，电动机开始工作后，半导体温差发电片将热能转化为电能，然后电压调控电路即升压电路开始工作，将微小电压放大。在所述电能存储装置中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路。在电动机正常工作时，发热量比较少，温差发电片捕获的热能稳定，输出的电能也无跳变，电能存储装置中，电量稳定增加；当电动机工作异常时，电动机发热量会瞬间增加，显然电能存储装置的电量也会瞬间增加，即出现跳变，控制器监测到此种跳变则启动保护装置，切断电动机工作电源同时发出报警信号，实现电动机的保护，避免电动机核心部件损坏。
图3为加测温元件工作流程图(实施方式二)示意图。电动机开始工作后，半导体温差发电片将热能转化为电能，然后电压调控电路即升压电路开始工作，将微小电压放大。在所述电能存储装置中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路，同时电能也输送给稳压电路，从而稳定直流电输出。测温元件测定电机温度后，经信号调理电路发送信号给信号采集电路。接着控制系统工作，根据信号采集电路采集的信号进行判断，输出控制信号。一旦温度超过限定值，则发出报警信号，同时切断电动机电源，避免电动机损坏。
可见，在有无测温元件的两种情况下，本发明均可以有效的监测发动机温度，并在异常温度发生时发出预警信号。
图4为测温元件安装示意图。常规电机主要包括端盖(1)、机座(2)、轴承(3)、转子(4)、定子(5)。如图所示将温差发电片(6、7)安装在定子(5)上，温差发电片采用圆环型结构，有益于其紧贴定子，充分捕获热量。
温差发电装置的热端置于电动机内部，其冷端置于充满制冷剂的冷却壳中。当电动机工作异常的时候，产生的热能供给温差发电装置的热端，温差发电装置利用这种热端和冷端的温差产生电能供给保护装置，从而实现保护装置正常运作。
保护装置工作中能利用温度传感器实时监测电动机的温度，一旦温度超过限定值，则发出报警信号，同时切断电动机电源，避免电动机损坏。倘若温度传感器失效，由于电机工作异常时发热量会瞬间增加，此时电能存储装置中的电量则会有跳变，控制器依据跳变量也能实现对电动机工作状态的监测，并能根据跳变量的大小决定是否切断电动机的电源。当电机正常工作或是不工作时，发热量少或没有发热量，那么保护装置不工作，节能环保。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于热电转换的电动机保护装置，其特征在于：
所述装置包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关，其中，温差发电片、电压调控电路、电能存储装置构成保护装置的电源系统，上述系统通过所述稳压电路连接所述控制器；
其中，所述测温元件、信号调理电路、信号采集电路顺序连接并且信号采集电路的另一个端口连接所述控制器；所述控制器还连接所述断电开关、声光报警电路、稳压电路。
2.如权利要求1所述的基于热电转换的电动机保护装置，其特征在于：
所述测温元件指热电阻、热敏电阻、热电偶等热电式元件；
所述信号调理电路，包括放大电路、滤波电路；
所述温差发电片安装在所述电动机的定子上，将电动机工作过程中产生的废热收集起来，并将其转换为电能为电动机保护装置供电；
所述信号采集电路完成对信号调理电路输出信号的采集，实现温度信号的模数转换，同时完成对电能存储装置电压的采集；
所述控制器实时监测电动机温度以及电能存储装置的电量，实现对电量的分配，以及电动机运行状态的判定，同时依据设定参数对比判定是否切断电动机工作电源，以及是否发出报警信号；
所述电压调控电路包括升压电路，整流电路；
所述稳压电路可实现对负载稳定的电压输出，不受负载数量变化的影响；
所述电能存储装置为信号调理电路、信号采集电路、控制器、声光报警电路供电。
3.如权利要求1或2所述的基于热电转换的电动机保护装置，其特征在于：
所述温差发电片采用圆环型结构。
4.一种基于热电转换的电动机保护方法，其特征在于：
所述方法使用电动机保护装置，所述装置包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关；
所述温差发电片的热端置于电动机内部，其冷端置于充满制冷剂的冷却壳中；当电动机工作异常的时候，产生的热能供给温差发电装置的热端；
电动机开始工作后，温差发电片将热能转化为电能，然后所述电压调控电路开始工作，将微小电压放大；在所述电能存储装置中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路，同时电能也输送给稳压电路，从而稳定直流电输出；测温元件测定电机温度后，经信号调理电路发送信号给信号采集电路；接着控制系统工作，根据信号采集电路采集的信号进行判断，输出控制信号；一旦温度超过限定值，则发出报警信号，同时切断电动机电源，避免电动机损坏。
5.一种基于热电转换的电动机保护方法，其特征在于：
所述方法使用电动机保护装置，所述装置包括：温差发电片、测温元件、电压调控电路、信号调理电路、信号采集电路、电能存储装置、稳压电路、控制器、声光报警电路、断电开关；
所述温差发电片的热端置于电动机内部，其冷端置于充满制冷剂的冷却壳中；当电动机工作异常的时候，产生的热能供给温差发电装置的热端；
电动机开始工作后，半导体温差发电片将热能转化为电能，然后电压调控电路即升压电路开始工作，将微小电压放大；在所述电能存储装置中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路；在电动机正常工作时，温差发电片捕获的热能稳定，输出的电能也无跳变，电能存储装置中，电量稳定增加；当电动机工作异常时，电动机发热量会瞬间增加，电能存储装置的电量也会瞬间增加，即出现跳变，控制器监测到此种跳变则启动保护装置，切断电动机工作电源同时发出报警信号，实现电动机的保护，避免电动机核心部件损坏。
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