CN100544152C - 一种基于热积累的交流电机过载反时限保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于热积累的交流电机过载反时限保护方法，按以下步骤进行，首先采集交流电机的三相负载电流，并计算出各相的有效电流和负载率；计算与负载率相对应的各理想动作点以及各理想动作点之间点的热积累系数；用各点对应的热积累系数，分别计算出规定时间内的电机热积累的增加量和当前时刻的热积累值；将当前时刻的热积累值与确定的跳闸动作设定值进行比较，来判断触发跳闸继电器是否需要跳闸，以起到保护电机的作用。本发明方法采用分段线性化T_C取值，能较准确的模拟电机的热过载特性，大大提高了交流电机的过载保护精度。

Description

一种基于热积累的交流电机过载反时限保护方法

技术领域

本发明属于电机过载控制技术领域，涉及一种交流电机的过载反时限保护方法。

背景技术

目前，对电机的过载保护采用的热量累积的方法，在该方法中，热积累的调节系数TC在电机整个过载范围内(1～10倍)的取值是不变的，很难找到一个TC值来保证在每个规定过载点的保护脱扣时间在允许的误差范围之内。因此，目前热量累积方法不能对电机的热过载特性进行准确的反映，其控制精度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热积累的交流电机过载反时限保护方法，该方法采用分段线性化T_C取值，能较准确的模拟电机的热过载特性，使交流电机的过载保护精度得到较大提高。

本发明所采用的技术方案是，基于热积累的交流电机过载反时限保护方法，按以下步骤进行，

步骤一，采集交流电机的三相负载电流，并计算出各相的有效电流I_eq和负载率n，

负载率n＝I_eq/I_N，I_N为电机的额定工作电流；

步骤二，根据上步得到的负载率n，计算与负载率n相对应的各点的热积累系数值T_c，

a.与负载率n相对应的，电机在各理想动作点的热积累系数值T_c(i)，按照下式计算得出，理想动作点是指在规定过载倍数时的脱扣时间，

$\mathrm{Tc}\left(i\right)=\frac{100t_{\min }}{t_i(n^2-{1.05}^2)}$

式中，t_min是最大过载倍数时所规定的理想脱扣时间，t_i是在i点处的脱扣时间；

b.与负载率n相对应的，电机在任意两个理想动作点i-1，i之间点x的热积累系数值Tc(x)，按照下式计算得出，

$\mathrm{Tc}\left(x\right)=\mathrm{Tc}(i-1)+\frac{\mathrm{Tc}\left(i\right)-\mathrm{Tc}(i-1)}{n\left(i\right)-n(i-1)}*(n\left(x\right)-n(i-1)),$

式中，n(i)是i动作点的负载率，n(i-1)是i-1动作点的负载率，n(x)是x动作点的负载率；

步骤三，根据上步得到的各点的热积累系数值Tc(x)，按照下式计算出规定时间间隔Δt内电机热积累的增加量ΔQ(t)，

ΔQ(t)＝Tc(x)(I² _eq-I² _N)，

将电机热积累的增加量ΔQ(t)按照下式，.计算出当前时刻的热积累值Q(t)，

Q(t)＝Q(t-1)+mΔQ(t)

式中，m为热积累增量的计算次数；

步骤四，根据下式，

Q_set＝(10I_N)²t_min，确定跳闸动作设定值Q_set；

步骤五，将步骤三得到的当前时刻的热积累值Q(t)与步骤四确定的跳闸动作设定值Q_set进行比较，若Q(t)≥Q_set，触发跳闸继电器进行跳闸，断开电机主回路。

本发明的方法，由于采用了热量积累调节系数T_C分段线性化的取值方法，使得控制精度得到提高，误差在10％以内。

附图说明

附图是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的交流电机过载反时限保护方法，如附图所示，按以下步骤进行：

(1)交流电机的过载保护器通过AD转换，采集该交流电机的三相负载电流，并计算出各相的有效电流I_eq和负载率n，

负载率n＝I_eq/I_N，I_N为电机的额定工作电流

(2)根据上步得到的负载率n，计算与负载率n相对应的各点的热积累系数T_c，

a.与负载率n相对应的，电机在各理想动作点的热积累系数值Tc(i)，按照下列(1)式计算得出，理想动作点是指在规定过载倍数时的脱扣时间。

$\mathrm{Tc}\left(i\right)=\frac{100t_{\min }}{t_i(n^2-{1.05}^2)}---\left(1\right)$

式中，t_min是最大过载倍数时所规定的理想脱扣时间，1.05是保护器动作的阀值，模拟电机内部发热与散热平衡的分界点，可根据实际需要适当放大，但必须小于1.15。

b.与负载率n相对应的，电机在任意两个理想动作点i-1，i之间点x的热积累系数值Tc(x)，按照下列(2)式计算得出，

$\mathrm{Tc}\left(x\right)=T_c(i-1)+\frac{T_c\left(i\right)-T_c(i-1)}{n\left(i\right)-n(i-1)}*(n\left(x\right)-n(i-1))---\left(2\right)$

(3)根据上步得到的各点的热积累系数Tc(i)，按照下式计算出规定时间间隔Δt内电机热积累的增加量ΔQ(t)，

ΔQ(t)＝T_c(I² _eq-I² _N)                    (3)

将电机热积累的增加量ΔQ(t)按照下式，计算出当前时刻的热积累值Q(t)，

Q(t)＝Q(t-1)+mΔQ(t)                    (4)

式中，m为热积累增量的计算次数，如每计算一次时间间隔为100ms，m×0.1则为反时限的时间t。

·(4)根据下式，Q_set＝(10I_N)²t_min(即10倍的额定电流乘以反时限的最小动作时间)，确定跳闸动作设定值Q_set。

(5)将步骤3得到的当前时刻的热积累值Q(t)与步骤4确定的跳闸动作设定值Q_set进行比较，若Q(t)≥Q_set，触发跳闸继电器进行跳闸，断开电机主回路，起到对电机保护的作用。

本发明的特点是在热积累增量ΔQ(t)计算中常数Tc的自适应取值，现有技术中，热量累积的方法对T_C取的是一恒值，从算式(3)以及过载反时限曲线非线性的特点分析，在电机的全过载范围内T_C取恒值，不能保证在每个要求的过载点的脱扣时间均不超差，而且还可能在两个要求的过载点之间的脱扣时间出现跳变。

本发明采用分段线性化方式，使热积累增量ΔQ(t)计算中常数Tc的随过载倍率的变化按算式(2)自适应取值，以确保包括要求过载点在内电机的所有过载时刻的脱扣时间均在允许误差范围内。

表1为10A级要求的过载倍率、相应的脱扣时间、取保护阀值为1.12时，按本发明方法中算式(1)计算出的各过载点的T_C值。

则： $\mathrm{Tc}\left(1.15\right)=\frac{100\×2.9}{720\×({1.15}^2-{1.12}^2)}=5.914$

$\mathrm{Tc}\left(1.2\right)=\frac{100\×2.9}{360\×({1.2}^2-{1.12}^2)}=4.340$

则当1.15<n≤1.2时：T_c(x)＝5.91-31.4(n-1.15)

表1 三相平衡情况下反时限参数

 

过载率	1.15	1.2	1.5	3	4	5	6	7.2	8	10
											脱扣时间(s)	720	360	60	11.3	8	6.1	5	4.1	3.6	2.9
TC值	5.91	4.34	4.85	3.31	2.46	2.00	1.67	1.40	1.28	1.01

照此可以计算出其他过载时段Tc的线性化方程。

采用本发明的方法，在额定电流IN＝10条件下，对保护器样机进行测试：利用三相对称可变电阻性负载(依靠增加在电流互感器原边的导线匝数，增大引入电流)，过载电流从1.15倍额定值到10倍额定值时，测得表2中的数据，

表2 保护器样机试验数据

 

过载率	1.15	1.2	1.5	3	4	5	6	7.2	8	10
											理想脱扣时间	1440	720	120	22.6	15.9	12.3	10	8.2	7.3	5.7
实测脱扣时间	1415	708	117	22	16	12	10	8	7	6
											误差％	1.73	1.67	1.67	2.65	0.63	2.44	2.00	2.43	4.11	5.26

从表2中可以看出，误差基本上保持在6％以内，没有超过10％的允许误差；试验还表明在上表中任意两过载点之间过载倍率与Tc值按线性变化，进一步保证了反时限特性曲线的光滑性。

Claims (1)

1.一种基于热积累的交流电机过载反时限保护方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行，

步骤一，采集交流电机的三相负载电流，并计算出各相的有效电流I_eq和负载率n，

负载率n＝I_eq/I_N，I_N为电机的额定工作电流；

步骤二，根据上步得到的负载率n，计算与负载率n相对应的各点的热积累系数值T_c，

a.与负载率n相对应的，电机在各理想动作点的热积累系数值Tc(i)，按照下式计算得出，理想动作点是指在规定过载倍数时的脱扣时间，

$\mathrm{Tc}\left(i\right)=\frac{100t_{\min }}{t_i(n^2-{1.05}^2)}$

式中，t_min是最大过载倍数时所规定的理想脱扣时间，t_i是在i点处的脱扣时间；

b.与负载率n相对应的，电机在任意两个理想动作点i-1，i之间点x的热积累系数值Tc(x)，按照下式计算得出，

$\mathrm{Tc}\left(x\right)=\mathrm{Tc}(i-1)+\frac{\mathrm{Tc}\left(i\right)-\mathrm{Tc}(i-1)}{n\left(i\right)-n(i-1)}*(n\left(x\right)-n(i-1)),$

式中，n(i)是i动作点的负载率，n(i-1)是i-1动作点的负载率，n(x)是x动作点的负载率；

步骤三，根据上步得到的各点的热积累系数值Tc(x)，按照下式计算出规定时间间隔Δt内电机热积累的增加量ΔQ(t)，

ΔQ(t)＝Tc(x)(I² _eq-I² _N)，

将电机热积累的增加量ΔQ(t)按照下式，计算出当前时刻的热积累值Q(t)，

Q(t)＝Q(t-1)+mΔQ(t)

式中，m为热积累增量的计算次数；

步骤四，根据下式，

Q_set＝(10I_N)²t_min，确定跳闸动作设定值Q_set；

步骤五，将步骤三得到的当前时刻的热积累值Q(t)与步骤四确定的跳闸动作设定值Q_set进行比较，若Q(t)≥Q_set，触发跳闸继电器进行跳闸，断开电机主回路。

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