CN113437808A - 适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于取能电源技术领域，具体涉及一种适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统，旨在解决现有电流互感器取能电源为智能电机监测装置供能时需要复杂的辅助电路的技术问题；通过采用具有高初始磁导率、低饱和磁导率特性的软磁材料制成的闭合磁芯，电机母线电流较小时，高初始磁导率特性使取能互感器可以感应出足够高的电压电流实现满足智能电机监测装置的电源需要；随着电机母线电流增大，低饱和磁导率和闭合磁芯的低磁路磁阻特性使取能互感器快速进入磁饱和状态，限制输出电压进一步上升，避免对智能电机监测模块造成冲击。利用该装置，可以在电机母线取能工况下为智能电机监测装置提供实时稳定的电源供电，降低整体成本。

Description

适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统

技术领域

本发明属于取能电源技术领域，具体涉及一种适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统。

背景技术

在工业生产数据化、智能化的发展趋势下，智能电机在线监测装置是传统电机走向智能化的关键，现有的智能电机在线监测装置供电方式主要包括外接电源供电和电池组供电，外接电源供电是最稳定的供电方法，但这种方法需要连接较长的供电线，施工难度较大，同时根据监测装置的电源电压还需要设置额外的降压模块，对其布设也提出了空间和位置的要求；电池供电相比外接电源供电要求更低，不受现场电源条件的影响，但需要对电池剩余电量进行监测，并定期更换电池，增大监测装置的维护工作；现在监测装置的供电方式，不仅增加了系统的投入和运行维护难度，而且可能降低监测装置的可靠性，对监测装置的广泛应用十分不利。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决为智能电机监测装置供能时需要复杂的辅助电路的问题，本发明提供了一种适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统。

本发明的第一方面提供了一种适用于智能电机监测的电能获取装置，该装置包括取能互感器壳体、取能互感器和取能互感器电源模块，所述取能互感器、所述取能互感器电源模块均设置于所述取能互感器壳体内部；

所述取能互感器包括取能线圈和磁芯，所述取能线圈缠绕所述磁芯设置，且所述取能线圈在所述磁芯一端跨接；

所述取能互感器电源模块包括电源线、整流模块和电源滤波模块，所述电源线的一端与所述取能线圈的一个输出端连接，另一端与所述整流模块的输入端连接；所述整流模块的输出端与所述电源滤波模块的输入端连接；所述取能线圈的另一个输出端和所述磁芯均通过接地线与所述取能互感器电源模块的接地端连接。

在一些优选实施例中，所述磁芯的材料为具有高初始磁导率、低饱和磁导率特性的软磁材料。

在一些优选实施例中，所述磁芯为圆柱状环形闭合磁芯。

在一些优选实施例中，该装置还包含母线固定垫片，所述母线固定垫片设置于所述取能互感器壳体的内侧面，以固定所述取能互感器壳体至被测电机母线。

在一些优选实施例中，当被测电机母线的电流处于上升状态时，所述磁芯进入磁饱和状态，所述取能互感器的输出端电压不再随母线电流上升成比例增长；当所述磁芯的饱和程度加深至预设程度，所述取能互感器的输出电压趋于稳定。

在一些优选实施例中，该装置的接地端与被测电机的接地点连接。

在一些优选实施例中，所述取能互感器壳体的材料为硬质绝缘材料。

在一些优选实施例中，所述整流模块配置为将所述取能线圈感应产生的电能转化为直流电；

所述电源滤波模块配置为稳定整流后的直流电，以使所述直流电为所述智能电机监测模块供电。

本发明的第二方面提供了一种监测系统，该监测系统包括总控中心、智能电机监测模块、警示模块、实时时钟以及一个或多个取能装置，所述警示模块、所述实时时钟、所述取能装置均与所述总控中心通信连接；所述取能装置为上面任一项所述的适用于智能电机监测的电能获取装置；

所述智能电机监测模块包括信号滤波模块、A/D转换模块、无线通信模块、信号线以及多个传感器；所述信号滤波模块的输入端与所述信号线的一端连接，输出端与所述A/D转换模块的输入端连接；所述A/D转化模块的输出端与所述无线通信模块的输入端连接；所述信号线的另一端与所述传感器的输出端连接；所述信号滤波模块的电源输入端、所述A/D转换模块的电源输入端、所述无线通信模块的电源输入端均与所述电源滤波模块的输出端连接；

在工作过程中，所述警示模块基于所述总控中心获取的所述智能电机监测模块上报的异常信息触发警示。

在一些优选实施例中，所述传感器配置为获取电机的模拟量运行参数；

所述信号滤波模块配置为滤去模拟量中的噪音；

所述A/D转换模块配置为将过滤后的模拟量转化为数字量传递至所述无线通信模块；

所述无线通信模块配置为将数字量的运行参数信号传输至所述总控中心，以便对电机运行参数进行数据收集和信号分析。

与现有技术相比，本发明提出的适用于智能电机监测的电能获取装置不依靠储能电容和电能泄放电路即可维持电源电能输出的稳定，可适用于电机母线取能工况，实现对智能电机监测装置的稳定供电。同时，因采用了电流互感器取能电源的技术方向，无需外接电源，减少了电源线路和元件的使用，降低了对监测装置布设的空间和位置要求，具有更强的环境适应性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的监测系统的一种具体实施例的结构示意图；

图2是图1中的取能线圈的绕线示意图；

图3是磁芯所用软磁材料的B-H曲线示意图；

图4是取能互感器输出电压随母线电流增长变化趋势的示意图；

图5是本发明中的监测系统的电路组成示意图。

附图标记说明依次如下：

1、取能互感器壳体，2、取能互感器，3、取能互感器电源模块，4、智能电机监测模块，5、电源线，6、接地线，7、信号线，8、母线固定垫片。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的第一方面提供了一种适用于智能电机监测的电能获取装置，该装置包括取能互感器壳体、取能互感器和取能互感器电源模块，取能互感器、取能互感器电源模块均设置于取能互感器壳体内部；取能互感器包括取能线圈和磁芯，取能线圈缠绕磁芯设置，且取能线圈在磁芯一端跨接；取能互感器电源模块包括电源线、整流模块和电源滤波模块，电源线的一端与取能线圈的一个输出端连接，另一端与整流模块的输入端连接；整流模块的输出端与电源滤波模块的输入端连接；取能线圈的另一个输出端和磁芯均通过接地线与取能互感器电源模块的接地端连接；进一步地，磁芯材料为具有高初始磁导率、低饱和磁导率且为闭合磁芯，以便实现在设定阶段达到快速饱和的要求。

本发明的第二方面提供了一种监测系统，该监测系统包括总控中心、智能电机监测模块、警示模块、实时时钟以及一个或多个取能装置，警示模块、实时时钟、取能装置均与总控中心通信连接；取能装置为上面所述的适用于智能电机监测的电能获取装置；其中，智能电机监测模块包括信号滤波模块、A/D转换模块、无线通信模块、信号线以及多个传感器；信号滤波模块的输入端与信号线的一端连接，输出端与A/D转换模块的输入端连接；A/D转化模块的输出端与无线通信模块的输入端连接；信号线的另一端与传感器的输出端连接；信号滤波模块的电源输入端、A/D转换模块的电源输入端、无线通信模块的电源输入端均与电源滤波模块的输出端连接；在工作过程中，警示模块基于总控中心获取的智能电机监测模块上报的异常信息触发警示。

进一步地，取能互感器的磁芯所采用的材料为具有高初始磁导率、低饱和磁导率特性的软磁材料。

当电机母线流过较小的电流时，高初始磁导率的取能互感器感应的电能通过电源线为取能互感器电源模块和智能电机监测模块供电，实现智能电机监测模块对电机运行参数的测取、处理、分析和传输。当电机母线流过的电流增大，磁芯材料的低饱和磁导率特性使取能互感器进入磁饱和状态，减缓感应电能的电压电流进一步上升。随着磁芯饱和程度的加深，输出电压将逐渐稳定。通过接地线将取能互感器磁芯和取能互感器电源模块的接地端连接，并在工作时与被测电机的接地端连接，以防止磁芯浮地感应出过高的电压而损坏取能电源及智能电机监测模块。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1至附图5，本发明的第二方面提供了一种监测系统，该监测系统包括总控中心、智能电机监测模块、警示模块、实时时钟以及一个或多个取能装置，警示模块、实时时钟、取能装置均与总控中心通信连接；取能装置为上面本发明第一方面提出的适用于智能电机监测的电能获取装置，进一步地，适用于智能电机监测的电能获取装置，包括取能互感器壳体1、取能互感器2、取能互感器电源模块3、智能电机监测模块4，取能互感器2、取能互感器电源模块3均设置于取能互感器壳体1内部；取能互感器2包括取能线圈和磁芯，取能线圈缠绕磁芯设置，且取能线圈在磁芯一端跨接，磁芯为一圆柱状环形闭合磁芯，磁芯的材料为具有高初始磁导率和低饱和磁导率铁磁特性的软磁材料。

取能互感器电源模块3包括电源线5、整流模块和电源滤波模块，电源线5的一端与取能线圈的一个输出端连接，另一端与整流模块的输入端连接；整流模块的输出端与电源滤波模块的输入端连接；取能线圈的另一个输出端和磁芯均通过接地线6与取能互感器电源模块3的接地端连接。

其中，智能电机监测模块4包括信号滤波模块、A/D转换模块、无线通信模块、信号线7以及多个传感器；信号滤波模块的输入端与信号线7的一端连接，输出端与所述A/D转换模块的输入端连接；A/D转化模块的输出端与无线通信模块的输入端连接；信号线7的另一端与传感器的输出端连接；信号滤波模块的电源输入端、A/D转换模块的电源输入端、无线通信模块的电源输入端均与电源滤波模块的输出端连接。

在工作过程中，警示模块可基于总控中心获取的智能电机监测模块4上报的异常信息触发警示，以及时向外界传输异常情况，便于操作人员迅速应对。

具体地，取能互感器2的磁芯所采用的软磁材料具有高初始磁导率、低饱和磁导率的特性；磁芯的高初始磁导率特性保证取能电源能在电机低负载，母线小电流时即可感应出足够的能量满足智能电机监测装置的电源需要。磁芯的低饱和磁导率特性使磁芯在电机负载增大，母线电流上升时快速进入磁饱和状态，此时取能互感器2输出端电压不再随母线电流上升成比例增长。随着磁芯饱和程度加深，输出电压逐渐稳定，从而避免高电压和大电流对智能电机监测装置造成冲击；整流模块配置为将取能线圈感应产生的电能转化为直流电；电源滤波模块配置为稳定整流后的直流电，以使直流电为智能电机监测模块4供电。

在本实施例中，磁芯采用圆柱状环形闭合结构，有效减小磁路磁阻，使取能互感器2能较快进入磁饱和状态。

在本发明中，取能互感器电源模块3不含有储能电容或电能泄放电路，通过使用高初始磁导率、低饱和磁导率特性的软磁材料作为取能互感器磁芯材料，电源模块无需设置储能电容或电能泄放电路。

整流模块用于将取能线圈感应产生的电能转化为直流电；电源滤波模块用于稳定整流后的直流电，使其可用于智能电机监测模块4供电；传感器用于获取电机的模拟量运行参数；信号滤波模块用于滤去模拟量中的噪音；A/D转换模块用于将过滤后的模拟量转化为数字量传递给无线通信模块；无线通信模块用于将数字量的运行参数信号传输至总控中心，以便对电机运行参数进行数据收集和信号分析。

进一步地，该装置还包含母线固定垫片8，母线固定垫片8设置于取能互感器壳体1的内侧面，以固定取能互感器壳体1至被测电机母线。本发明在安装时，将电机母线断开，从取能互感器壳体1的内侧穿过，并使母线固定垫片8均被压缩以保证取能电源不会移动；将传感器安装于被测电机适当位置，同时将取能电源接地端与被测电机接地点连接。

进一步地，该装置的接地端与被测电机的接地点连接。

优选地，取能互感器壳体1的材料为具有重量轻特性的硬质绝缘材料。

继续参照附图3和附图4，图3是磁芯所用软磁材料的B-H曲线示意图，在本发明的一种具体实施例中软磁材料为supermalloy(实线)；该磁化曲线展现出所需软磁材料的“高初始磁导率”和“低饱和磁导率”特性。图4是取能互感器2输出电压随母线电流增长变化趋势的示意图，使用了速饱和磁芯的电流互感器的输出电压图，该曲线表达了在低母线电流时，电流互感器电压输出快速上升，以此解决小电流供能死区的问题，不需要储能模块；同时该曲线随着母线电流上升，磁芯进入磁饱和状态，输出电压的进一步增长受到抑制并逐渐趋于平稳，以此来应对母线电流过大时的大电流冲击，故无需泄放模块。

当电机母线流过较小的电流时，高初始磁导率的取能互感器2感应的电能通过电源线5为取能互感器电源模块3和智能电机监测模块4供电，实现智能电机监测模块4对电机运行参数的测取、处理、分析和传输。当电机母线流过的电流增大，磁芯材料的低饱和磁导率特性使取能互感器2进入磁饱和状态，减缓感应电能的电压电流进一步上升。随着磁芯饱和程度的加深，输出电压将逐渐稳定。通过接地线6将取能互感器磁芯和取能互感器电源模块3的接地端连接，并在工作时与被测电机的接地端连接，以防止磁芯浮地感应出过高的电压而损坏取能电源及智能电机监测模块4。

通过本发明，提出了一种适用于智能电机监测的电能获取装置、监测系统，其中，监测系统应用于电机监测，在实际中，供电线路电流电压较低，且不进行稳定的周期性变化，通过使用高初始磁导率的磁芯使电源能在低电流的情况下就感应出较高的电源电压电流，满足取用电源的需求，以及在线监测系统的实时电能供应；通过使用低饱和磁导率的磁芯在供电母线的电流进一步上升的情况下限制电源电压的增长，避免过高的输出对后续监测装置造成冲击，利用该取能电源，可以在电机母线取能工况下为智能电机监测装置提供实时稳定的电源供电，同时减少了取能电源的元件数量，降低了智能电机监测装置的整体成本。

由于电机运行的电流随负载的变化而变化，也即电机轻载运行时电流较小，而负载运行时电机较大，现有的电能取用存在两个主要问题：电机母线电流小带来的供能死区和母线电流过大带来的大电流冲击。通过本发明的提出，既可以实现低电流时的较高的电压输出，又能实现高电流时限制电压的增长，同时无需储能电容和电能泄放电路的设置，即可有效解决供能死区和大电流冲击，同时又能减少整体体积，实现轻量化设计。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，该装置包括取能互感器壳体、取能互感器和取能互感器电源模块，所述取能互感器、所述取能互感器电源模块均设置于所述取能互感器壳体内部；

所述取能互感器包括取能线圈和磁芯，所述取能线圈缠绕所述磁芯设置，且所述取能线圈在所述磁芯一端跨接；

所述取能互感器电源模块包括电源线、整流模块和电源滤波模块，所述电源线的一端与所述取能线圈的一个输出端连接，另一端与所述整流模块的输入端连接；所述整流模块的输出端与所述电源滤波模块的输入端连接；所述取能线圈的另一个输出端和所述磁芯均通过接地线与所述取能互感器电源模块的接地端连接。

2.根据权利要求1所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，所述磁芯的材料为具有高初始磁导率、低饱和磁导率特性的软磁材料。

3.根据权利要求2所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，所述磁芯为圆柱状环形闭合磁芯。

4.根据权利要求3所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，该装置还包含母线固定垫片，所述母线固定垫片设置于所述取能互感器壳体的内侧面，以固定所述取能互感器壳体至被测电机母线。

5.根据权利要求4所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，当被测电机母线的电流处于上升状态时，所述磁芯进入磁饱和状态，所述取能互感器的输出端电压不再随母线电流上升成比例增长；当所述磁芯的饱和程度加深至预设程度，所述取能互感器的输出电压趋于稳定。

6.根据权利要求5所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，该装置的接地端与被测电机的接地点连接。

7.根据权利要求1所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，所述取能互感器壳体的材料为硬质绝缘材料。

8.根据权利要求1所述的适用于智能电机监测的电能获取装置，其特征在于，所述整流模块配置为将所述取能线圈感应产生的电能转化为直流电；

所述电源滤波模块配置为稳定整流后的直流电，以使所述直流电为所述智能电机监测模块供电。

9.一种监测系统，其特征在于，该监测系统包括总控中心、智能电机监测模块、警示模块、实时时钟以及一个或多个取能装置，所述警示模块、所述实时时钟、所述取能装置均与所述总控中心通信连接；所述取能装置为权利要求1-8中任一项所述的适用于智能电机监测的电能获取装置；

所述智能电机监测模块包括信号滤波模块、A/D转换模块、无线通信模块、信号线以及多个传感器；所述信号滤波模块的输入端与所述信号线的一端连接，输出端与所述A/D转换模块的输入端连接；所述A/D转化模块的输出端与所述无线通信模块的输入端连接；所述信号线的另一端与所述传感器的输出端连接；所述信号滤波模块的电源输入端、所述A/D转换模块的电源输入端、所述无线通信模块的电源输入端均与所述电源滤波模块的输出端连接；

在工作过程中，所述警示模块基于所述总控中心获取的所述智能电机监测模块上报的异常信息触发警示。

10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于，所述传感器配置为获取电机的模拟量运行参数；

所述信号滤波模块配置为滤去模拟量中的噪音；

所述A/D转换模块配置为将过滤后的模拟量转化为数字量传递至所述无线通信模块；

所述无线通信模块配置为将数字量的运行参数信号传输至所述总控中心，以便对电机运行参数进行数据收集和信号分析。

Images