大型電機定子各部分溫度的檢測及其應用已相當普及，而轉子溫度的檢測及其應用則較少。這是因為轉子速度過高又處在電機結構的中心位置，給轉子溫度的測量帶來種種困難。在實際生產中，大型異步電動機因負荷過大，頻繁起動，導致轉子過熱、甚至斷條，嚴重時將被迫停產造成較大的經濟損失。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子溫度紅外監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)對轉子溫度進行實時監(jiān)測，再經單片機處理后，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的排粉電機中調試成功。
1、轉子測溫系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)原理框圖如圖1。
1.1測溫原理
電機轉子發(fā)熱時將不斷向外輻射紅外線，根據(jù)斯蒂芬—波爾茲曼定律：溫度為t的物體單位面積上全波長輻射的總功率w為：
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換成電信號，經放大、測量、變換后可得物體的表面溫度值。而實際上，由于電機內部結構復雜，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子溫度信號，為此設計了由光導材料（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子溫度信號并轉換成電信號，經處理后即可獲得轉子的溫度值。
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。考慮到電機轉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）用以傳遞轉子溫度信息，是關鍵性材料。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內有較低損耗，將2種材料按一定的比率結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構來選用。
由透鏡和紅外導光材料傳遞來的轉子溫度信號，通過高集成度的熱電堆紅外元件轉換成電信號，再經放大電路變成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
（1）轉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，經紅外元件轉換后的電壓信號亦非常微弱，為此設計低溫漂高倍率的放大電路，使輸出電壓信號達到要求，從而確定了轉子溫度值與輸出電壓值之間有一一對應的關系。放大器的質量決定溫度的轉換精度。
（2）考慮轉子的溫度范圍（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。
（3）為提高測量精度，選用具有10位ad轉換的80c196單片機，對應0～5v的電壓范圍，其分辨率為4.88mv，當轉子溫度范圍為0～200℃時，其靈敏度小于0.25℃。為消除噪聲干擾，應通過軟件對采樣值進行濾波，剔除異常值。
（4）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。信號經光電元件轉化后，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rs485接口與上位機相連。通信框圖如圖4?？刂剖业纳衔粰C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。
由于轉子斷條主要出現(xiàn)在鼠籠繞組的兩端，考慮轉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。
調試時，首先要調整紅外透鏡與轉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，以確保生產正常進行。圖5是電機在熱態(tài)條件下再次起動時所繪制的電機轉子溫度曲線，揭示了二次起動時轉子溫度變化過程。
4、結束語
該系統(tǒng)用紅外光導材料將電機轉子溫度信號從結構復雜、具有強電磁干擾的電機內部引出來，經紅外傳感器轉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構的內部運動物體的溫度的監(jiān)測。通過對電機轉子溫度的實時監(jiān)控來減少電機的故障，對生產具有一定的現(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。