CN101688897B - 非侵入性确定电动机效率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

非侵入性地确定电动机效率的系统和方法包含处理器，处理器被编程为：在电动机运行的同时，确定多个定子输入电流、电气输入数据、转子速度、定子电阻值，基于所确定的转子速度、定子电阻值、所述多个定子输入电流以及电气输入数据来确定电动机效率。转子速度的确定基于输入功率与所述多个定子输入电流值中的一个。定子电阻值的确定基于马力额定值和所述多个定子输入电流与电气输入数据的组合中的至少一个。电气输入数据包含输入功率与多个定子输入电压中的至少一个。

Description

非侵入性确定电动机效率的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年6月4日提交的在先美国临时申请No.60/932,741和2007年7月13日提交的在先美国临时专利申请No.60/959,459的优先权。

政府许可权

本发明至少部分以合同No.DE-FC36-04GO14000下由美国能源部授予的政府支持做出。政府可对本发明具有特定的权利。

技术领域

本发明一般涉及在电动机运行的同时确定电动机的运行效率，而不需要除电动机输入侧的标准电流与电压传感器以外任何附加的传感器。

背景技术

一般相信，电动机驱动的系统使用所产生的总电能的大部分。在所用的电动机驱动系统的总数中，仅仅一小部分的效率和健康度受到监视。由于传统监视系统的成本，受到监视的电动机驱动的系统常常为高于500hp的较为昂贵的电动机。然而，低于200hp的电动机占了使用中的电动机的大部分，并消耗了使用中的所有电动机所用能量的大部分。进一步地，由于过大的安装和/或欠负荷条件，200hp或低于200hp的电动机常常以其额定负荷的不超过60％运行。因此，许多电动机以减小的效率运行，这导致能量浪费。在没有效率监视系统的情况下，来自低效率运行电动机的浪费的能量常常不被注意。因此，向着最大化电动机能量效率的第一步通常是确定或测量电动机的效率。

用于电机效率评估或能量使用率的监视的系统对于整体节能来说是重要的。由于例如数据收集等许多共同的要求，常常希望这些系统在集成产品中实现。在基本层面，电动机的能量效率可通过电动机功率输入与电动机功率输出之比来确定。电动机端电压和电流常常用于确定电动机的功率输入。在工业工厂中，电动机端电压和电流直接由电动机控制中心(MCC)获得，该中心具有为保护目的预先安装的电压互感器(PT)和电流互感器(CT)。由于PT和CT常常是预先安装在MCC中的，测量端电压和电流通常不会在为数据收集添加传感器方面带来附加的成本。因此，传统的效率监视系统常常依赖于MCC测量的端电压和端电流来确定输入功率。然而，许多传统的效率评估方法或监视系统也需要电动机转子速度和电动机轴转矩的测量，使得电动机输出功率可被计算。速度和转矩变送器通常用于直接测量电动机转子速度和轴转矩。然而，这种变送器带来问题，因为它们在增加的硬件和昂贵的安装——其是高度侵入性的，需要电动机停机时间——方面增加了成本，在许多工业应用中不可接受。

另外，可能甚至不能安装这样的变送器或其他测量设备，因为电动机在机器内部被埋藏且不能接触，或者，不存在在电动机与负载之间附着这种变送器的空间。因此，已经开发出这样的方法：其中，使电动机离线或停止使用，从而使功率输出可被确定。通常，电动机被移到远程空间，在那里，在受控环境中进行测试。然而，由于许多工业过程不能中断，需要电动机停止使用以确定其效率的传统方法不能使用。

在保持电动机使用或在线的同时评估电动机效率并避免使用输出变送器的可能方法是使用对于代表性负载条件的预先测量的电动机特征效率。这种效率常常在电动机开发过程中测量，并用于在电动机处于运行或在使用中的同时估计电动机效率。这种方法在性质上是非侵入性的，然而，其在实际中的使用受到以下事实的很大限制：1)代表性负载条件下的特征效率不总是可由电动机数据表获得，以及2)特征效率是对于电动机生产线的通用数据。作为通用数据，由于许多因素，仅举几个原因例如绕组特性、宽度公差、不准确的铭牌信息、不同的工作环境，这种信息可能与具体电动机的实际效率不同。

因此，希望设计在电动机使用的同时非侵入性且准确地确定电动机效率的设备和方法，而不需要任何追加的传感器。

发明内容

根据本发明一实施形态，电动机效率确定系统包含处理器，其被编程为确定运行中的电动机的多个定子输入电流，确定运行中的电动机的电气输入数据，确定运行中的电动机的转子速度，确定运行中的电动机的定子电阻的值，并确定运行中的电动机的效率。转子速度的确定基于输入功率和所述多个定子输入电流中的一个。定子电阻值的确定是基于马力额定值和所述多个定子输入电流与电气输入数据的组合中的至少一个。电气输入数据包含输入功率和多个定子输入电压中的至少一个。另外，运行中的电动机的效率确定是基于所确定的转子速度、所确定的定子电阻值、所述多个定子输入电流、所确定的电气输入数据。

根据本发明另一实施形态，其上存有包含指令的计算机程序的计算机可读存储介质，指令在由计算机执行时，使得计算机：在电动机运行过程中测量电动机的至少两个定子输入电流，在电动机运行过程中测量电动机的输入功率和多个定子输入电压中的至少一个，在电动机运行过程中确定电动机的瞬时效率。瞬时效率的确定基于转子速度、定子绕组电阻的确定以及所述至少两个定子输入电流。定子绕组电阻的确定基于无测量到的定子绕组电阻数据的数据。

根据本发明又一实施形态，一种确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率的方法包含：确定运行中的在线电动机的输入功率，确定运行中的在线电动机的转子速度，确定运行中的在线电动机的定子绕组电阻，而不测量定子绕组电阻。该方法还包含：基于转子速度和定子绕组电阻，确定运行中的在线电动机的输出功率，基于输入功率确定和输出功率确定，确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率。

由下面的详细介绍和附图，可以明了本发明的多种其他特征和优点。

附图说明

附图示出了当前为实现本发明想到的几个实施例。

在附图中：

图1为实现本发明的系统的框图；

图2为一流程图，其示出了用于根据本发明的非侵入性电动机效率确定的技术；

图3为示例性信号处理图，其示出了用在本发明一实施例中的电动机转子速度的确定；

图4为根据本发明一实施例用于确定电动机定子电阻的固态装置的等效电路；

图5为一流程图，其示出了根据本发明一实施例用于如图2所示确定电动机效率的技术。

具体实施方式

参照图1，示出了实现本发明的系统的框图。系统10包含电动机12，其从电源14接收电力。系统10还包含继电器组件16，其用于监视以及响应于操作者输入或电动机故障条件控制电动机的运行。电动机12和其继电器组件16典型地耦合到电子装置，例如电力控制器和/或启动器17。控制器/启动器17连接到电动机12。然而，可以想到，电力控制器/启动器可串联连接在电源14和电动机12之间。在三相系统中，如图1所示，继电器组件16包含处理器18，其如将参照图2-5所详细介绍的那样，在电动机处于运行的同时(即在线运行)确定电动机效率。尽管处理器18被示为被包含在继电器组件16中，可以想到，例如电力控制器/启动器17的功率控制装置可包含处理器18。继电器组件16至少包含一对电压传感器20和一对电流传感器22。如通常所知的，电压和电流数据可从三相电动机的仅仅两相获取，因为第三相的电压和电流数据可从被监视的两相电压和电流数据外推。

可以想到，本发明的实施例可使用独立监视和诊断单元实现，例如图1的继电器组件16，其包含处理器18。然而，也可想到，本发明的实施例可通过使用电动机控制中心(MCC)的已有的处理器和传感器来实现。

参照图2，示出了一流程图，其示出了根据本发明一实施形态的电动机效率非侵入性确定的技术。在一实施例中，电动机定子的多个输入电压和电流在电动机运行的同时被确定或测量100。例如，输入电流和电压可使用电动机输入端或电动机上游任何方便位置上的传感器确定，以便容易地使用已经在适当位置的传感器获取输入电压和电流。在又一实例中，输入电压和电流可通过使用检测器或传感器来确定，从而确定线间电压(例如见图1的电压传感器20和电流传感器22)。然而，通常，MCC可用于使用并入其中的电压互感器(PT)和电流互感器(CT)来确定输入电压和电流。因此，如果这样的MMC被连接到电动机，电压和电流输入可由之收集或确定。

在另一实施例中，多个定子输入电压或输入电流中的一个和输入功率在图2中的100处被确定或测量。也就是说，如果多个定子输入电压被确定，本领域技术人员将会明了，所确定或测量的输入功率可用于确定所述多个定子输入电流。类似地，如果多个定子输入电流被确定，本领域技术人员将会明了，所确定或测量的输入功率可用于确定所述多个定子输入电压。

仍旧参照图2，在100中的确定或测量之后，处理控制进行到在102处确定转子速度。注意，这样的转子速度在电动机运行且在线的同时被确定。另外，还应注意，转子速度使用所确定或收集的输入电流和电动机或电气输入数据——例如电压或确定或收集的输入功率——来确定，而不是通过使用任何速度变送器或其他侵入性装置。

在一实施例中，转子速度使用确定的输入电压和电流被确定102，且其基于电流谐波。也就是说，102处的确定可基于来自转子齿槽效应(slotting)和偏心度(eccentricity)的电动机磁特征谐波(saliencyharmonics)。例如，如本领域技术人员所明了的，初始化算法可用于对于下面的公式确定转子槽的数量以及用于确定数量k、气隙MMF谐波次数、转子偏心度次数的最优组：

$f_{\mathrm{seh}}=f_1[(\mathrm{kR}+n_d)\frac{1-s}{p/2}+n_w],$ [公式1]

其中，f_seh为转子相关谐波分量的频率，f₁为供电频率，k＝0，1，2，...；R为转子槽的数量；p为极数；s为电动机转差率；n_d＝0，±1，±2，...为转子偏心度的次数；n_w＝±1，±3，...为气隙MMF谐波次数。可用于确定槽谐波频率f_seh的整体信号处理算法的实例在图3中的信号处理图中示出。在确定k、n_d、n_w之后，速度检测算法可使用下面的关系来确定转子速度：

$s=1-\frac{p}{2}\·\frac{\frac{f_{\mathrm{seh}}}{f_1}-n_w}{\mathrm{kR}+n_d}$ [公式2]

这里，转差率确定不依赖于电动机参数，仅仅需要极数，极数可先验地获得。这样的确定以低速的0.005p.u.slip和高速的5rpm范围内的极高准确度提供了向下直到大约1Hz运行的具有鲁棒性的速度推定。

在另一实施例中，电动机的转子速度ω_r可根据下面的关系使用确定或计算的输入功率以及铭牌数据信息来确定，图2的102：

ω_r＝-(ω_syn-ω_{r_rated})×Load_per+ω_syn，[公式3]

其中，ω_syn为电动机同步速度，ω_{r_rated}为额定电动机速度，其可由电动机铭牌信息确定，Load_per为瞬时负载百分比。ω_syn可由下面的关系获得：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{syn}}=\frac{120\×f_1}{p},$ [公式4]

其中，p为电动机极数，其可由铭牌数据确定，f₁与公式1一样为电源基波频率。公式3所用的Load_per可由下面的关系确定：

$\mathrm{Load}\_\mathrm{per}=\frac{P_{\mathrm{input}}}{P_{\mathrm{input}\_\mathrm{rated}}}\×100\%,$ [公式5]

其中，P_input可由从输入功率表收集的数据确定。公式3中看到的P_{input_rated}可根据下面的关系确定：

$P_{\mathrm{input}\_\mathrm{rated}}=\frac{{\mathrm{HP}}_{\mathrm{rated}}\×745.7}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rated}}},$ [公式6]

其中，HP_rated和η_rated分别为额定输出功率和额定电动机效率，各自可由铭牌数据确定。或者，P_{input_rated}也可根据下面的关系确定：

$P_{\mathrm{input}\_\mathrm{rated}}=\sqrt{3}\×V_{\mathrm{LL}\_\mathrm{rated}}\×I_{s\_\mathrm{rated}}\×{\mathrm{PF}}_{\mathrm{rated}},$ [公式7]

其中，V_{LL_rated}表示由电动机铭牌确定的额定线间输入电压，I_{s_rated}表示由电动机铭牌确定的满负载电流或额定输入相电流，PF_rated表示额定电动机功率因数，也由电动机铭牌数据确定。

因此，按照公式3-7，瞬时电动机速度ω_r可以从仅仅铭牌数据和确定的电动机输入功率P_input来确定。使用其他技术的其他的无传感器速度确定可以以与本发明的实施例一致的方式使用。

如上面讨论的，转子速度确定可在没有速度传感器的情况下进行。然而，可以想到，速度传感器可用于确定转子速度。因此，例如上面参照公式1和2介绍的那样的转子速度确定可用于验证由传感器确定的转子速度。

回到图2，在确定转子速度时，在没有速度变送器或其他侵入性装置的情况下，过程控制进行到在电动机运行的同时(即在使用中或在线的同时)在104处确定三相电动机的平均定子电阻。也就是说，三相电动机各相的定子电阻被确定，接着，三个定子电阻被平均，以产生所确定的平均定子电阻。传统地，定子绕组的直流电阻通过不通电测试来测量。然而，根据本发明的至少一个实施例，定子绕组的直流电阻可在电动机保持通电的同时确定。也就是说，根据此实施例，平均定子电阻可在电动机运行的同时确定。平均定子电阻确定可以以多种方式确定。例如，在一个实施例中，使用注入电路，其中，例如MOSFET受控电路的固态装置用于向电动机间歇地注入可控制的直流偏置，因此允许对于各个相的定子电阻的确定。这种MOSFET受控电路的等效电路结构在图4中示出。这一实施例允许低电力耗散和转矩失真，并能提供电动机启动、负载变化以及异常冷却条件下的准确平均定子电阻确定。另外，在这样的实施例中，注入电路可安装在用于干线馈送机器的MCC中。在关于三相电动机的各相确定定子电阻时，可取三相的平均来确定平均定子电阻。

仍参照图2，当使用驱动器连接的电动机时，另一实施例可用于在104处确定平均定子电阻。如现有技术中已知的，采用驱动器连接的电动机，由于直流信号注入可以通过控制激励信号以软件模式进行，不需要注入电路。因此，通过控制激励信号，平均定子电阻可由输入电压和/或电流中的感应直流分量来确定。

现在将介绍在电动机运行过程中没有直流信号注入电路的情况下确定平均定子电阻的另一实施例。对于与例如驱动器、软启动器、高级继电器等连接的许多交流电动机，这种附加的信号注入装置可以通过非注入性地确定各相的定子电阻来消除。在这样的实施例中，借助调节电动机的例如晶闸管、MOSFET或IGBT等半导体装置的开关，通过在电动机定子绕组中注入直流分量，可确定定子电阻。因此，直流注入电路可以省略。在对于各相确定定子电阻时，可推定或确定平均定子电阻。

在图2的流程图所示的实施例中，转子速度确定102进行到平均定子电阻确定104。然而，可以想到，转子速度可在确定输入电压和电流确定100之后以及将在下面介绍的108处的电动机效率确定之前的任何时间确定。

仍参照图2，在104处的确定完成后，过程控制进行到在106处确定无负载数据。无负载数据包含无负载电流和无负载损耗。另外，无负载损耗包含风力和摩擦损耗以及杂散负载损耗。如将在下面更为全面地介绍的是，本发明能够使用确定的无负载输入电流、测量得到的输入电流以及测量的输入电压来为三相电动机确定电动机的效率。

无负载输入电流可在106中以多种方式确定。例如，无负载输入电流可在电动机运行在无负载条件下时测量。然而，另一方面，无负载电流对于小以及中型电动机(例如小于200马力的电动机)可推定为电动机标称电流的固定百分比(例如标称电流的25％-30％)。对于较大的电动机，百分率常常较低。

无负载电流也可使用来自例如由美国能源部维护的Motor MasterDatabase或其他数据库等源的先验数据来确定。因此，无负载电流可在106处通过测量或通过使用先验数据库信息来确定。

在又一实施例中，无负载输入电流可由无负载损耗使用下面的关系来确定：

P_{input_nl}＝(3.5～4.2)×HP×745.7/100，[公式8]

其中，P_{input_nl}为无负载损耗，其被示为被推定为额定输出功率的固定百分比(例如，按照Ontario Hydro Modified Method E，额定输出功率的3.5％-4.2％)，HP为额定电动机输出马力。

关于包含在106处的无负载数据确定中的无负载损耗，摩擦和风力损耗W_fw可被推定为额定输出功率的固定百分比(例如额定输出功率的1.2％)，如下面的关系所示：

W_fw＝1.2×HP×745.7/100.[公式9]

另外，额定杂散负载损耗W_{LL_rated}可根据IEEE标准112来推定为额定输出功率的固定百分比，如下面的表1中所示。

如上所示，损耗常常基于电动机马力额定值的固定百分比。马力额定值可在多种数据库中找到，或者可从铭牌数据搜集。

另外，如下面参照公式10和11示出的，转子杂散负载损耗W_LLr可由电动机定子输入无负载电流I_{s_nl}、额定转子电流I_{r_rated}以及转子电流I_r确定。在讨论W_LLr的确定之前，下面将介绍确定各个变量的实例。

关于电动机定子输入无负载电流I_{s_nl}，在确定P_{input_nl}、W_fw、W_{LL_rated}时，电动机定子输入无负载电流I_{s_nl}的均方根值(RMS)可根据下面的关系来推定或确定：

$I_{s\_\mathrm{nl}}=\sqrt{\frac{P_{\mathrm{input}\_\mathrm{nl}}-W_{\mathrm{fw}}-W_{\mathrm{LL}\_\mathrm{rated}}}{3*R_s}},$ [公式10]

其中，R_s为可由多种电动机数据库或由电动机电压和电流确定的定子电阻值(例如见104中平均定子电阻的确定)。

额定转子电流I_{r_rated}可用于确定转子杂散负载损耗，其可根据下面的关系使用额定输入电流I_{s_rated}和输入定子无负载电流I_{s_nl}来推定或确定：

$I_{r\_\mathrm{rated}}=\sqrt{{I_{s\_\mathrm{rated}}}^2-{I_{s\_\mathrm{nl}}}^2}.$ [公式11]

另外，转子电流I_r也可用于确定转子杂散负载损耗，其可在任何负载条件下使用输入电流I_s和定子无负载电流I_{s_nl}根据下面的关系来推定或确定：

$I_r=\sqrt{{I_s}^2-{I_{s\_\mathrm{nl}}}^2}.$ [公式12]

因此，在知道上面参照表1讨论的W_{LL_rated}常常被推定为等于额定转子杂散负载损耗W_{LLr_rated}的情况下，转子杂散负载损耗W_LLr可在任何负载条件下根据下面的关系来确定：

$W_{\mathrm{LLr}}=W_{\mathrm{LLr}\_\mathrm{rated}}\×{\left(\frac{I_r}{I_{r\_\mathrm{rated}}}\right)}^2.$ [公式13]

相应地，106处无负载数据的确定可包含风力和摩擦损耗W_fw以及转子杂散负载损耗W_LLr的确定。

如图2的实施例所示，106处无负载数据的确定发生在104处的定子电阻确定之后。然而，可以想到，无负载数据106可在确定定子电阻104之前确定。也就是说，如果定子电阻确定不在无负载数据确定中使用，106处无负载数据的确定可在定子电阻的确定104之前以及在100处的输入电压与电流确定之后发生。

如上面所提到的，电动机效率确定在图2的实施例中发生在108处。这样的效率推定或确定被看作瞬时电动机效率确定。在一实施例中，下面的关系可用于在108处确定电动机效率：

$\mathrm{\η}=\frac{P_{\mathrm{output}}}{P_{\mathrm{input}}},$ [公式14]

其中，η为电动机效率，P_output为电动机的功率输出，P_input为电动机的功率输入。在将在下面参照图5介绍的一实施例中，108的电动机效率确定基于气隙转矩技术。按照电动机功率输入与电动机功率输出可被确定的方式，电动机效率可在没有任何输出检测装置的情况下推定。

现在参照图5，流程图示出了根据本发明一实施例用于电动机效率的使用中或在线确定108的技术119。具体而言，示出了用于确定电动机效率的气隙转矩技术119。根据技术119，电动机极数在120处由先验信息确定。在120中确定电动机极数之后，过程控制进行到确定电动机的气隙转矩122。在一个实施例中，122处的气隙转矩确定基于如图2的步骤104中的确定的平均定子电阻、如图5的步骤120中的电动机极数和/或如图2的步骤100中的确定或测量的输入电压和电流。

本发明可对于具有三条导线的所有三相电动机或具有四条导线——其中，第四导线为中性导线——的所有三相电动机确定气隙转矩。对于上面提到的三相电动机，气隙转矩T_ag可如下推导：

$T_{\mathrm{ag}}=\frac{p}{2}|{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dqs}}\×i_{\mathrm{dqs}}|,$ [公式15]

其中，λ_dqs为总磁链空间向量，i_dqs为d-q系统中的定子电流空间向量。因此，气隙转矩T_ag可使用下面的关系在三相系统中确定：

$T_{\mathrm{ag}}=\frac{\sqrt{3}p}{6}\left\{\begin{array}{c}(i_a-i_b)\·\∫[v_{\mathrm{ca}}+R_s(2i_a+i_b)]\mathrm{dt}\\ +(2i_a+i_b)\·\∫[v_{\mathrm{ab}}-R_s(i_a-i_b)]\mathrm{dt}\end{array}\right\},$ [公式16]

其中，p为在图5的120处确定的极数。另外，R_s表示图2的104处确定的平均定子电阻。由公式16显然可见，当R_s被找到时，T_ag可使用仅仅两个电压传感器(例如图1的电压传感器20)和两个电流传感器(例如图1的电流传感器22)来确定。公式16中的积分表示对应的磁链。另外，由公式16可见，由于电动机电压和电流的采样频率通常大(大于2kHz)，可使用简单的梯形积分方法。也可应用其他的数字积分方法，例如Simpson规则。

在122处确定气隙转矩后或在其同时，过程控制于是在124处确定电动机效率。在一个实施例中，如上面参照公式14所提到的，电动机效率等于电动机功率输出与电动机功率输入的比。例如，电动机功率输入可由功率表等来确定。在另一实例中，电动机功率输入可根据下面的关系来确定：

P_input＝-v_ca(i_a+i_b)-v_abi_b，[公式17]

其中，v_ca和v_ab可使用电动机端电压检测器、线间电压检测器等来确定。类似地，i_a、i_b可使用电动机端电流检测器、线电流检测器等来确定。另一方面，电动机功率输出可使用下面的关系来确定或推定：

P_output＝T_shaft·ω_r，[公式18]

其中，T_shaft为电动机轴转矩，ω_r为转子速度(见公式1-2和3-7)。电动机轴转矩T_shaft可使用下面的关系来确定：

$T_{\mathrm{shaft}}=T_{\mathrm{ag}}-\frac{W_{\mathrm{fw}}}{{\mathrm{\ω}}_r}-\frac{W_{\mathrm{LLr}}}{{\mathrm{\ω}}_r}.$ [公式19]

按照上面的公式16-19，电动机功率输出可根据下面的关系来推定或确定：

P_output＝T_ag·ω_r-W_fw-W_LLr，[公式20]

也就是说，功率输出可由确定的气隙转矩T_ag、转子速度ω_r以及无负载损耗(例如在106中确定的W_fw和W_LLr)来确定。如果电动机具有永磁(PM)或同步类型，转子杂散负载损耗W_LLr可被看作达到零。否则，如果适用的话，W_LLr和W_fw可如上面关于106所讨论的那样由铭牌信息或其他可访问资源确定，T_ag和ω_r可由输入电压和电流如上面所讨论的那样确定。

因此，通过测量电动机功率输入并确定电动机功率输出，电动机效率η可在124处根据例如公式14来确定。因此，124处的电动机效率确定可基于输入定子电流和电压和/或功率、确定的平均定子电阻以及确定的转子速度。换句话说，电动机效率可由输入电压和电流、气隙转矩以及无负载数据确定124。因此，可以看到，按照用于解上面的公式1-20的信息，电动机效率可仅仅由铭牌数据、输入电压、输入电流来确定124。因此，本发明允许运行中的(即在线)电动机的准确效率确定，而没有任何转子速度或转矩检测装置，或任何需要侵入性地放在电动机中或电动机输出上的其他检测装置。如果铭牌数据、输入电压、输入电流从例如MCC等的电动机控制装置获得，电动机效率可远程确定124。

所介绍的方法和设备的技术贡献在于提供了一种处理器，其实现为基于依赖于测量得到的输入电流和电压以及输出功率确定的非侵入技术来确定电动机效率。

根据一实施例，电动机效率确定系统包含处理器，其被编程为确定运行中的电动机的多个定子输入电流，确定运行中的电动机的电气输入数据，确定运行中的电动机的转子速度，确定运行中的电动机的定子电阻的值，确定运行中的电动机的效率。转子速度的确定基于输入功率和所述多个定子输入电流中的一个。定子电阻值的确定是基于马力额定值和所述多个定子输入电流与电气输入数据的组合中的至少一个。电气输入数据包含输入功率和多个定子输入电压中的至少一个。另外，运行中的电动机的效率确定是基于所确定的转子速度、所确定的定子电阻值、所述多个定子输入电流、所确定的电气输入数据。

根据另一实施例，其上存有包含指令的计算机程序的计算机可读存储介质，指令在由计算机执行时，使得计算机：在电动机运行过程中测量电动机的至少两个定子输入电流，在电动机运行过程中测量电动机的输入功率和多个定子输入电压的至少一个，在电动机运行过程中确定电动机的瞬时效率。瞬时效率的确定是基于转子速度、定子绕组电阻的确定以及所述至少两个定子输入电流。定子绕组电阻的确定是基于测量到的定子绕组电阻数据外的数据。

根据又一实施例，一种确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率的方法包含：确定运行中的在线电动机的输入功率，确定运行中的在线电动机的转子速度，确定运行中的在线电动机的定子绕组电阻，而不测量定子绕组电阻。该方法还包含：基于转子速度和定子绕组电阻，确定运行中的在线电动机的输出功率，基于输入功率确定和输出功率确定，确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率。

已经在实施例的意义上介绍了本发明，将会明了，除明确介绍以外的等价、替代和修改是可能的，并属于所附权利要求的范围。

Claims (27)

1.一种电动机效率确定系统，其包含：

装置，用于确定运行中的电动机的多个定子输入电流，

装置，用于确定运行中的电动机的电气输入数据，其中，电气输入数据包含输入功率和多个定子输入电压中的至少一个；

装置，用于基于输入功率和所述多个定子输入电流中的一个，确定运行中的电动机的转子速度；

装置，用于通过间歇地注入可控制的直流偏置、通过控制激励信号或者通过在电动机定子绕组中注入直流分量，确定运行中的电动机的定子电阻的值；以及

装置，用于基于所确定的转子速度、所确定的定子电阻值、所确定的多个定子输入电流和所确定的电气输入数据，确定运行中的电动机的效率。

2.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其中，电气输入数据和所述多个定子输入电流使用电动机外的多个传感器来确定。

3.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其中，电动机的效率在没有电动机内的任何检测装置且没有附着到电动机轴的检测装置的情况下确定。

4.根据权利要求1的电动机效率确定系统，进一步包括：装置，用于发送向运行中的电动机的定子绕组注入直流电压的命令，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

5.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其还包含：装置，用于通过固态装置受控电路将直流信号注入运行中的电动机的定子绕组，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

6.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其还包含：装置，用于通过电动机控制装置将直流信号注入运行中的电动机的定子绕组，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

7.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其中，电动机效率的确定进一步基于电动机的马力额定值。

8.根据权利要求1的电动机效率确定系统，其中，运行中的电动机的电动机效率确定进一步基于电动机的气隙转矩的确定。

9.根据权利要求8的电动机效率确定系统，其中，气隙转矩(T_ag)由

确定，其中，p为电动机极数，i_dqs为d-q系统中的定子电流空间向量，λ_dqs为总磁链空间向量。

10.根据权利要求1的电动机效率确定系统，进一步包括：装置，用于基于Motor Master Database和电动机马力额定值固定百分比中的至少一个来确定多个无负载损耗以及无负载电流。

11.根据权利要求1的电动机效率确定系统，进一步包括：装置，用于基于电动机马力额定值和IEEE标准112来确定电动机杂散负载损耗。

12.根据权利要求1的电动机效率确定系统，进一步包括：装置，用于基于电动机马力额定值的百分比来确定机械摩擦与风力损耗的组合。

13.一种电动机效率确定方法，包含如下步骤：

确定运行中的电动机的多个定子输入电流，

确定运行中的电动机的电气输入数据，其中，电气输入数据包含输入功率和多个定子输入电压中的至少一个；

基于输入功率和所述多个定子输入电流中的一个，确定运行中的电动机的转子速度；

通过间歇地注入可控制的直流偏置、通过控制激励信号或者通过在电动机定子绕组中注入直流分量，确定运行中的电动机的定子电阻的值；以及

基于所确定的转子速度、所确定的定子电阻值、所确定的多个定子输入电流和所确定的电气输入数据，确定运行中的电动机的效率。

14.根据权利要求13的方法，其中，电气输入数据和所述多个定子输入电流使用电动机外的多个传感器来确定。

15.根据权利要求13的方法，其中，电动机的效率在没有电动机内的任何检测装置且没有附着到电动机轴的检测装置的情况下确定。

16.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：发送向运行中的电动机的定子绕组注入直流电压的命令，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

17.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：通过固态装置受控电路将直流信号注入运行中的电动机的定子绕组，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

18.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：通过电动机控制装置将直流信号注入运行中的电动机的定子绕组，使得多个直流分量被感应到所述多个定子输入电压和电流中；其中，定子电阻值的确定进一步基于所感应的多个直流分量。

19.根据权利要求13的方法，其中，电动机效率的确定进一步基于电动机的马力额定值。

20.根据权利要求13的方法，其中，运行中的电动机的电动机效率确定进一步基于电动机的气隙转矩的确定。

21.根据权利要求20的方法，其中，气隙转矩(T_ag)由

确定，其中，p为电动机极数，i_dqs为d-q系统中的定子电流空间向量，λ_dqs为总磁链空间向量。

22.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：基于Motor Master Database和电动机马力额定值固定百分比中的至少一个来确定多个无负载损耗以及无负载电流。

23.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：基于电动机马力额定值和IEEE标准112来确定电动机杂散负载损耗。

24.根据权利要求13的方法，进一步包括如下步骤：基于电动机马力额定值的百分比来确定机械摩擦与风力损耗的组合。

25.一种确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率的方法，其包含：

确定运行中的在线电动机的输入功率；

确定运行中的在线电动机的转子速度；

通过间歇地注入可控制的直流偏置、通过控制激励信号或者通过在电动机定子绕组中注入直流分量，确定运行中的在线电动机的定子绕组电阻；

基于转子速度和所述在线电动机的气隙转矩，确定运行中的在线电动机的输出功率，所述气隙转矩是所述电动机的电动机极数、定子绕组电阻和所述电动机的输入电压和电流的函数；以及

基于输入功率确定和输出功率确定，确定运行中的在线电动机的瞬时电动机效率。

26.根据权利要求25的方法，其还包含由

推定运行中的在线电动机的气隙转矩，其中，p为电动机极数，i_dqs为d-q系统中的定子电流空间向量，λ_dqs为总磁链空间向量。

27.根据权利要求25的方法，其中，确定瞬时电动机效率还包含基于无负载电流数据来确定瞬时电动机效率，所述无负载电流数据从铭牌信息与数据库信息中的至少一个获得。

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