研究基于電機(jī)熱模型的電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)問題，最困難的就在于如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流、電壓計(jì)算電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的發(fā)熱問題以及如何確定不同類型電機(jī)的熱模型。電動(dòng)機(jī)過載是由外部（負(fù)載）施加于電動(dòng)機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)的熱慣性使它具有一種可以承受短暫過載的能力，因此短時(shí)超載并不一定需要立即保護(hù)，只有熱量積累到使電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫升達(dá)到絕緣材料所允許的最高溫升時(shí)，才要求保護(hù)器給予保護(hù)[14]。目前電動(dòng)機(jī)保護(hù)器大多是根據(jù)電流與時(shí)間的反時(shí)限特性曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。這種方法比較簡(jiǎn)單，能滿足大多數(shù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的要求。但是，這種方法在處理電動(dòng)機(jī)冷態(tài)過載和熱態(tài)過載時(shí)存在著一定的困難。因此，在電動(dòng)機(jī)負(fù)載頻繁變化時(shí)，這種保護(hù)方法存在著一定的局限性。采用電機(jī)熱模型，實(shí)時(shí)計(jì)算電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫升，并以此作為電動(dòng)機(jī)的保護(hù)依據(jù)，可以較好的解決這個(gè)問題。早在1996年，MELLOR和TURNER就針對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度計(jì)算問題提出基于熱路方程的電機(jī)熱模型[15、16]。采用熱路方程建立電機(jī)熱模的優(yōu)點(diǎn)是可以借助電路理論來分析電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度問題。熱路與電路之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2.1。表2.1熱路和電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系熱路電路熱流(W)電流(A)熱梯度(K)電壓(V)熱阻(K/W)電阻(Ω)熱容(J/K)電容(F)圖2.1MELLOR和TURNER的熱路網(wǎng)絡(luò)模型MELLOR和TURNER的模型不僅考慮了徑向和軸向的熱流動(dòng)，而且考慮了包括端蓋內(nèi)部空氣在內(nèi)的復(fù)雜的對(duì)流熱傳遞，同時(shí)由于此模型考慮了電動(dòng)機(jī)中許多對(duì)流熱交換以及電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的幾何尺寸和內(nèi)部空氣流動(dòng)，所以，模型中很多參數(shù)的計(jì)算比較復(fù)雜，這就給整個(gè)模型的建立提高了難度。MELLOR和TURNER的熱模型比較適合于電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的溫度計(jì)算，但用于單片機(jī)保護(hù)器時(shí)，由于要求實(shí)時(shí)計(jì)算，模型顯得過于復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。針對(duì)這些情況，很多研究者在保證模型準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，在模型化簡(jiǎn)方面做了許多工作，其中以意大利的Aldo的簡(jiǎn)化模型最具代表性[17]。Aldo認(rèn)為：從電動(dòng)機(jī)到周圍空氣的熱傳遞包括幾條不同的熱傳遞通道，然而電動(dòng)機(jī)內(nèi)部大部分的熱流動(dòng)都是通過電動(dòng)機(jī)中幾個(gè)重要部件流通的，這樣就可以對(duì)完整的電機(jī)熱模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。他對(duì)電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過程作了如下假設(shè)：電動(dòng)機(jī)的徑向和軸向相對(duì)于電動(dòng)機(jī)中心是對(duì)稱的。不考慮由于電動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇裝在電動(dòng)機(jī)一側(cè)對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度的影響。沿徑向熱分布是均勻的。內(nèi)部熱源（損耗）均勻分布。電動(dòng)機(jī)中僅僅考慮軸上的軸向熱流動(dòng)，其他地方可以忽略。徑向的熱阻可以用中空的圓柱體的公式進(jìn)行計(jì)算。這樣MELLOR和TURNER的電機(jī)熱路模型被簡(jiǎn)化成了考慮電動(dòng)機(jī)定子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子發(fā)熱過程的簡(jiǎn)化熱路模型。該熱模型由于同時(shí)考慮了電動(dòng)機(jī)的定子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子的發(fā)熱過程，所以比常用的一階熱模型或二階熱模型精度更高。Aldo的簡(jiǎn)化模型如圖2.2所示。圖中每個(gè)參數(shù)的含義見表2.2。圖2.2Aldo的熱路網(wǎng)絡(luò)模型表2.2參數(shù)說明表符號(hào)說明符號(hào)說明Reca外殼和周圍的強(qiáng)迫對(duì)流熱阻Rr,ag轉(zhuǎn)子和空氣隙之間的對(duì)流熱阻R0外殼和周圍的自然對(duì)流熱阻Rsig定子鐵心對(duì)外殼的傳導(dǎo)熱阻Ria,ec內(nèi)部空氣和端蓋之間的對(duì)流熱阻Rshf軸的軸向傳導(dǎo)熱阻Rsy1定子軛低半部的徑向傳導(dǎo)熱阻Ccoil定子繞組熱容量Rsy2定子軛高半部的徑向傳導(dǎo)熱阻Crotor轉(zhuǎn)子熱容量Rst定子齒的徑向傳導(dǎo)熱阻Cstator定子鐵心熱容量Rcu,ir定子繞組對(duì)定子槽的傳導(dǎo)熱阻Pjs定子銅耗產(chǎn)生的熱量Rew,ec定子繞組的端部繞組和外殼之間的對(duì)流熱阻Pr.Cu轉(zhuǎn)子銅耗產(chǎn)生的熱量Rew,iaPir定子鐵耗及機(jī)械損耗產(chǎn)生的熱量Rs,agAldo等人針對(duì)簡(jiǎn)化的熱模型做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了簡(jiǎn)化模型的準(zhǔn)確性[17]。Aldo等人根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，從熱傳導(dǎo)的路徑上對(duì)MELLOR和TURNER的模型作了簡(jiǎn)化。但是，從熱路結(jié)構(gòu)上講，由于Aldo的簡(jiǎn)化模型還存在著熱阻的串、并聯(lián)關(guān)系，因此，還存在進(jìn)一步簡(jiǎn)化的可能。從圖2.2可以看出，和可合并為；和可合并為；熱阻和可以合并為熱阻；，和可以合并為熱阻；同理和可以用一個(gè)熱阻代替。經(jīng)合并簡(jiǎn)化處理后的熱路如圖2.3所示，圖中各個(gè)符號(hào)的說明如表2.3所示。圖2.3簡(jiǎn)化的熱模型表2.3參數(shù)說明符號(hào)說明符號(hào)說明Ryoke定子鐵心對(duì)機(jī)座熱阻CRcase機(jī)座對(duì)外部空氣熱阻CRteech定子齒槽對(duì)鐵心熱阻CRPRPRPR本文針對(duì)Jo2-52-4型號(hào)10kW電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了熱路模型參數(shù)計(jì)算。表2.4為Jo2-52-4型號(hào)10kW電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)尺寸。表2.4Jo2-52-4型號(hào)10kW電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)尺寸名稱尺寸(mm)名稱尺寸(mm)定子鐵心長(zhǎng)(Ls)50.8轉(zhuǎn)子外徑(ror)80.6定子軛外徑(roy)60.1轉(zhuǎn)子軛外徑(rory)55.2定子軛內(nèi)徑(riy)100.3轉(zhuǎn)子軛內(nèi)徑(riry)27定子內(nèi)徑(ris)81軸長(zhǎng)(Lshf)390外殼長(zhǎng)(Lec)290氣隙長(zhǎng)度(δ)0.4根據(jù)電機(jī)熱路參數(shù)計(jì)算公式[17]，可求得Aldo簡(jiǎn)化模型的熱路參數(shù)值如表2.5。表2.5Jo2-52-4型號(hào)10kW電動(dòng)機(jī)Aldo簡(jiǎn)化模型的熱路參數(shù)符號(hào)計(jì)算結(jié)果（K/W）符號(hào)計(jì)算結(jié)果（K/W）符號(hào)計(jì)算結(jié)果(J/K)Reca0.035Rew,ec4.06C6103R00.039Rew,ia0.35C4117Ria,ec0.182Rs,ag0.17C8916Rsy10.0016Rr,ag0.173Rsy20.0015Rsig0.01285Rst0.0066Rshf0.537Rcu,ir0.012合并后熱模型的熱路參數(shù)值計(jì)算結(jié)果見表2.6。表2.6Jo2-52-4型號(hào)10kW電動(dòng)機(jī)的最終簡(jiǎn)化模型的熱路參數(shù)符號(hào)計(jì)算結(jié)果(K/W)符號(hào)計(jì)算結(jié)果(K/W)符號(hào)計(jì)算結(jié)果(J/K)Ryoke0.014350.5376103Rcase0.01840.1724117Rteech0.00820.4789160.012注：詳細(xì)計(jì)算見附錄A?；舳妷簜鞲衅鱈V25-600的額定電壓是600V，輸出為0～25mA，工作電源是±12V。電壓采樣電路的工作原理與電流測(cè)量電路相同，只是單片機(jī)內(nèi)部放大器的放大倍數(shù)固定為1，所以這里就不對(duì)電壓采樣電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。模塊有4種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式由ADC0CN中的ADC0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式位AD0CM1，AD0CM0的狀態(tài)決定。設(shè)計(jì)中，圖5.5所示的網(wǎng)頁嵌入到了單片機(jī)的ROM中。局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)只要在IE瀏覽器的地址欄內(nèi)輸入嵌入了TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)的IP地址便可察看電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的工作狀態(tài)，并控制電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的工作。圖5.5瀏覽時(shí)的主頁＝0.01435(K/W) (A1)1600.45W/m·℃；22.5111.464.352W/m·℃。＝0.537(K/W)(A2)1602755.239064.352W/m·℃160100.3122.5111.464.352W/m·℃；式中：——定子鐵心長(zhǎng)實(shí)測(cè)尺寸為mm；——，定子軛內(nèi)徑mm，定子軛外徑mm；——空氣的熱傳導(dǎo)率；——外殼長(zhǎng)mm——取——，其中定子內(nèi)徑mm——，其中外殼厚度取