CN105958895A - 用于保护电动机免于临界操作状态的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于保护电动机免于临界操作状态的方法，其中在电动机正在操作时，电动机电流值和/或电动机电压值被测量并与许可操作范围相比较，其中在离开许可操作范围时生成输出信号，并且在电动机正在操作时，根据测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值来确定且持续地调整许可操作范围。

Description

用于保护电动机免于临界操作状态的方法

技术领域

本发明涉及用于保护电动机免于临界操作状态的方法，其中在电动机正在操作时，电动机电流值和/或电动机电压值被测量并与许可操作范围相比较，其中在离开许可操作范围时生成输出信号。

背景技术

一种控制电动机的方法在DE 10 2004 036 134 A1中描述，其中通过电流调节器来避免电枢绕组的热过载。在此，电动机电流实际值被测量并与电动机设定点电流值相比较，其中在存在差异的情况下，电动机实际电流值被调整到电动机设定点电流值。在这种情况下，根据电动机的环境温度来计算电动机设定点电流值。除测量电动机实际电流值之外，这一已知方法还需要记录电动机的环境温度。此外，温度传感器的放置以及良好接触的建立在记录电动机的环境温度时尤其重要。同样，为不同电动机单独地建立电动机设定点电流值与电动机的环境温度之间的关系是必需的。

发明内容

本发明基于指定用于保护电动机免于临界操作状态的方法的任务，它可被成本高效地实现且可被用在差异悬殊的电动机上。

根据本发明，这一任务由权利要求1的特征来解决，其中在电动机正在操作时，电动机电流值和/或电动机电压值被测量并与许可操作范围相比较，其中在离开许可操作范围时生成输出信号。在此，许可操作范围是在电动机正在操作时根据测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值来确定的且持续地被调整。

本发明的其他实施例形成其他权利要求的主题。

根据本发明的方法，其特征在于，要监视且正被测量的操作参数同时也被用来确定许可操作范围。在这种情况下，电动机电流值和/或电动机电压值是操作参数，在许多情况下它们不论以何种方式已被确立或可被记录而没有很大代价。因而，具体而言，免除温度传感器的通常关键且昂贵的定位是可能的。

操作电动机由后随正常操作的初始启动操作(动态启动过程)来表征。这两个操作阶段相对彼此不同，并且因此也需要适当地调整的许可操作范围。取决于要监视这两个操作阶段中的一者还是两者，启动操作和/或正常操作的许可操作范围必须被确定。已经证明，在确定启动区域的许可操作范围时，如果测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的启动值和阈值被确定是有利的，其中阈值指定到正常操作的转移。

根据另一实施例，对启动区域的许可操作范围的确定还包括记录测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值在启动值和阈值之间的转移过程，其中如果所记录的转移过程的导数的振幅(绝对值)没有超过预定最大值，则启动电动机在启动区域中不是临界的。由此，测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值在启动值与阈值之间的转移过程应当表示可区分的转移过程且不具有阶梯形状。

通过将启动值乘以预定因子(例如，0.5)来适当地定义阈值。必须在预定时间之后被设定的阈值在电动机电流测量的情况下构成非临界电动机启动的上限，且在电动机电压测量的情况下构成非临界电动机启动的下限。

根据本发明的另一实施例，启动值由在下列时间之一后测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的第一振幅或第一有效值来定义：

打开电动机之后的预定时间，或

测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值开始采用电动机正在其上操作的主电源的频率的时间，或

在其之后测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的过程是可区分的时间。

或者，然而，启动值也可由在打开电动机之后测量的电动机电流值的最大值来定义。为确立电动机在启动操作中的临界或非临界状态，因此不是启动值的实际振幅的问题，而是更依赖于在预定时间是否达到阈值，以及可任选地，依赖于启动值与阈值之间的转移过程的振幅(绝对值)即梯度是否超过预定最大值。

如果电动机是具有主绕组和辅助绕组的交流电动机的形式，则可以测量辅助绕组处的电压值且可以通过在打开电动机之后测量的电压值的最小值来确立启动值。

根据本发明的优选实施例，正常操作的许可操作范围的确定是通过确立比较值来执行的，比较值是通过对正常操作期间测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的若干值求平均来获得的。在此，具体而言，比较值的确定可通过对正常操作期间测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值进行低通滤波来执行。正常操作的许可操作范围的上限和/或下限随后可通过将比较值乘以预定因子(例如，1.5和/或0.8)来确立。

在这种情况下，比较值可被持续地调整。调整按以下方式发生：对测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的求平均或低通滤波在取得实际测量的电流值的同时发生。通过测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的移动平均或低通滤波来计算得到的比较值确保了在正常操作期间在任何给定时刻的操作状态被自动调整。移动平均或低通滤波优选地以预定时间延迟来进行。通过这样做，可防止许可操作范围被过快地上升或下降的测量值调整得过快，且因此将许可操作范围的上限或相应下限移动得超出可接受的值。可针对其他安全措施作出规定，如在测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值短时离开许可操作范围的情况下挂起比较值的持续调整。在这种情况下，不恢复比较值的调整，直至一时间延迟之后测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值再次落在许可操作范围内时。

作为确定正常操作的许可操作范围的上限和/或下限的另一备选方法，可以使用启动值与预定因子的乘积。这一准则使得能够在不必需对变化的操作状态进行持续调整的情况下简单且可靠地确立正常操作的许可操作范围的上限和/或下限。因而，上限12(在例如电动机电流测量的情况下启动值5的0.8)和下限23(在例如电动机电压测量的情况下启动值20的1.1)可被确定。

可在启动操作以及正常操作两者中作出以下规定：在离开许可操作范围时不生成输出信号，直至测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值离开许可操作范围达至少所定义的时间，其中所定义的时间可以是预定时间或可以是许可操作范围被超过的程度的函数。通过这样做，可防止测量的电动机电流值的短尖峰或错误测量意外地关闭电动机。

例如，预定时间2秒可被认为临界操作状态。如果测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值在许可操作范围之外达高于平均程度，则可仍然作出以下规定：所定义的时间可被降低至例如1秒。

现在使用实施例的两个示例的描述并通过附图来更详细地解释本发明。

附图说明

图1其中监视电动机电流值的三相电动机的电路图，

图2启动操作期间电动机电流振幅的特性曲线，

图3启动操作期间电动机电流的交流电特性曲线，

图4正常操作期间电动机电流振幅的特性曲线，

图5其中监视电动机的辅助绕组中的电压的交流电动机的电路图，

图6启动操作期间电动机的辅助绕组的电压振幅的特性曲线，以及

图7正常操作期间电动机的辅助绕组的电压振幅的特性曲线。

具体实施方式

图1示出具有三相电动机1的电路图，其中电动机电流由一个相中的电流互感器2分接并由微处理器4中的测量电阻3转换成电动机电流值。电动机电流值的确定以预定的短时间区间(例如1ms)持续地完成。这通常产生三相电动机1的启动区域的特性曲线，如图2所示。在电动机的电流振幅悬殊波动的很短的第一阶段之后，启动值5被设定，例如由在打开电动机后的预定时间t1处的电流振幅来定义。在时间t1后，不断回落的转移过程被设置到阈值6，其中阈值6同样表示例如通过将启动值5(的电流振幅)乘以预定因子(例如，0.5)来确立的电流振幅。图2所示的电动机的电流振幅的动态过程因而表示三相电动机1的成功启动过程，如果电流振幅落在所确定的阈值6之下直至在打开三相电动机后的最晚时间t3的话。最晚时间t3可以例如是开始电动机后5秒。在所示示例中，在时间t2已达到阈值。

作为成功启动电动机的另一准则，启动值5与阈值6之间的电流振幅的转移模式也可被检测。在此，如果所记录的转移模式的导数的振幅(绝对值)没有超过预定最大梯度值(例如，1000A/S)，则假定电动机成功启动。以此方式，具体而言，检测模式中的突然变化是可能的，该突然变化反映了磁感应的过大启动电流、电路弹跳、或错误测量。过程中的突然变化可使得阈值6被超过，但这决不排除成功的电动机启动。这一附加准则消除了以下类型的错误检测：该错误检测将错过可能的临界电动机启动。

如果到最晚时间t3还没有检测到成功的电动机启动，则这构成了临界电动机启动。在临界电动机启动的情况下，微处理器4将生成输出信号7，从而使得三相电动机被以合适的方式关闭，例如通过继电器8、9。

作为确立启动值5的替换，时间t1也可被使用，它指定测量的电动机电流值已开始来采用电动机正在其上操作的主电源的频率(参见图3)。在时间t1之前，电流峰值显著更高且电流值具有显著更快的过程。同样，确立阈值6随后可如图2中一样通过乘以预定因子来完成。存在通过检查所获得的特性曲线以找出特性曲线在其之后是可区分的时间来确定启动值5的另一可能的方式。在这一上下文中，“可区分”意味着不超过预定最大梯度的转移过程。在图2中的特性曲线中，这一时间将与时间t1一致。确定启动值的另一可设想的变型将是在打开电动机后确定测量的电动机电流的最大值。然而，在所有情况下，使用所确定的启动值，阈值被计算，在测量电动机电流时在预定时间t3内必须不超过该阈值。

图2中所示的电动机电流曲线对电动机而言是典型的，且基本上只在电流振幅的大小方面是不同的。在所有情况下，电流特性曲线的特征在于，启动值5在初始悬殊波动之后被设定，此后存在到阈值的可区分转移。因而，为不同电动机调整保护开关过程(微处理器4)不是必要的，因为必须被观察的限制本身是根据正被监视的操作参数的测量来确立的。

在图4中示出其电动机电流特性曲线的正常操作区域与图2所示的动态启动区域汇合。正常操作的特征在于，根据电流振幅的过程中的微小波动的非临界操作。具体而言，正常操作中电流振幅中的波动由瞬时负载造成。然而，电动机和/或环境的温度也可有影响。因而，电流振幅在较长时段期间操作时发生变化而没有造成临界操作状态并非不常见。因此，持续调整许可操作范围以能够可靠地监视正常操作是必要的。根据本发明，许可操作范围是通过对以预定时间区间10测量的操作参数值(在此：电动机电流值)求平均来确定的。比较值11根据这一平均值来被产生。在电动机电流被监视时，具体而言在电流振幅超过上限12时，电动机的临界状态发生。这一上限12必须通过将比较值乘以预定因子(例如，1.5)来被再次确立。可以看到，在图4中在时间t4，电动机电流值的上限12被超过。这指示电动机处于临界状态，使得适当的输出信号(例如，关闭电动机)应被触发。为了避免在上限12被短暂地超过时不必要地关闭电动机，只有在电动机电流振幅保持在许可范围之外达预定时间14以上的情况下才生成关闭电动机的输出信号是有利的。为了防止比较值11的确定被紧接在离开许可操作范围之前确定的测量值所歪曲，作出以下规定：比较值的调整只在一时间延迟之后进行，其中如果测量的操作参数在该延迟时间期间离开许可操作范围，则调整也不被进行。

在图4所示的实施例中，在时间区间10中测量的值被用来调整比较值11，因为在接着的时间区间13(它表示延迟时间)中，操作参数仍然落在许可操作范围中。然而，不被用来调整比较值11的在时间区间13中测量的值看起来是不同的，因为在接着的时间区间14中，操作参数落在许可操作范围之外。

第二实施例在图5中示出，并且示出了具有主绕组16和辅助绕组17的交流电动机15，其中辅助绕组17的电压由测量电路18在微处理器19的辅助下作为操作参数来测量。在启动区域期间测量的电压振幅的所确定的特性曲线在图6中示出，而正常操作中的电压特性曲线在图7中示出。

同样，启动操作期间的电压过程仍然悬殊地波动直至时间t5，在此期间它持续上升。同样，根据阈值21确定电动机启动成功是可能的，其中阈值21同样是通过将启动值20乘以预定因子(例如，1.4)来确立的且在所示示例中在时间t6被设定。在这种情况下，启动值20可以按与在测量电动机电流时确立启动值5相同的方式来确立。然而，因为与电动机电流相对比，电压振幅从启动值20稳定上升到阈值21，因而阈值21形成在预定时间区间24之后要达到的电压值的下限。否则，在这种情况下，检查启动值20与阈值21之间的转移过程以查看该过程是否是可区分的也是可能的。

在如图7所示的正常操作中，同样，通过对测量的电压值求平均来计算比较值22，以使用预定因子产生下限23。下限23可通过例如将比较值乘以因子0.8来产生。如果电压落在下限23之下，则它不再处于附加操作范围中，从而(在必要的情况下)造成输出信号在延迟时间之后的触发。否则，在进行电压测量时，同样，比较值22只在预定延迟时间之后被调整，其中具体而言，在测量的电压在延迟时间期间离开许可操作范围的情况下不执行比较值22的调整。

虽然监视电动机电流或电动机电压完全足够，但可构想将这两个值彼此分开地纳入考虑或将这两个值联合地纳入考虑来作为性能监视也在本发明的范围内。以上方法的特殊方面包括以下特征：确立许可操作范围通过被监视的操作参数(电流和/或电压)来完成。因此，监视不需要专用于电动机的目标特性值。此外，许可操作范围在操作期间持续地被确定和调整。

因此，上述方法也可被用于不同的电动机。

Claims (17)

1.一种用于保护电动机免于临界操作状态的方法，其中在所述电动机正在操作时，电动机电流值和/或电动机电压值被测量并与许可操作范围相比较，其中在离开所述许可操作范围时生成输出信号，其特征在于，

所述许可操作范围是在所述电动机正在操作时根据测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值来确定的且持续地被调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动机的操作由后随正常操作的初始启动操作来表征，且所述启动操作和/或所述正常操作的许可操作范围被确定。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在离开所述许可操作范围时不生成所述输出信号，直至所述测量的电动机电流值和/或所述测量的电动机电压值离开所述许可操作范围达至少所定义的时间，其中所定义的时间包括预定时间或根据所述许可操作范围被超过的程度来被调整。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述启动区域的许可操作范围的确定包括确定所述测量的电动机电流值和/或所述测量的电动机电压值的启动值和阈值，其中所述阈值指定到正常操作的转移。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动区域的许可操作范围的确定还包括记录所述测量的电动机电流值和/或所述测量的电动机电压值在启动值和阈值之间的转移过程，其中只有在所记录的转移模式的导数的振幅没有超过预定最大梯度的情况下许可操作范围才存在。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动操作的所述许可操作范围的上限和/或下限由所述阈值来定义，所述阈值通过将所述启动值乘以预定因子来产生。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动值由在下列时间之一后测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的第一振幅或第一有效值来定义：

-打开所述电动机之后的预定时间，或

-所述测量的电动机电流值和/或所述测量的电动机电压值开始采用所述电动机正在其上操作的主电源的频率的时间，或

-在其之后所述测量的电动机电流值和/或所述测量的电动机电压值的过程是可区分的时间。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动值是由打开所述电动机后测量的电动机电流值的最大值来定义的。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动操作的阈值是通过将所述启动值乘以预定因子来确立的。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，具有主绕组和辅助绕组的交流电动机被用作电动机，其中在所述辅助绕组处测量所述电动机电压值且所述启动值是通过在打开所述电动机后测量的电动机电压值的最大值来确立的。

11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，正常操作的许可操作范围的确定包括通过对正常操作期间测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值的若干值求平均来确立比较值。

12.如权利要求2所述的方法，其特征在于，正常操作的许可操作范围的确定包括通过对正常操作期间测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值进行低通滤波来确立比较值。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，正常操作的许可操作范围的上限和/或下限是通过将所述比较值乘以预定因子来确立的。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述比较值被持续地调整，但所述调整只在预定时间延迟后进行。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述比较值被持续地调整，然而其中，在测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值离开所述许可操作范围的情况下挂起调整，且在一时间延迟后在测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值再次落在所述许可操作范围内时恢复所述调整。

16.如权利要求11、12、14和15所述的方法，其特征在于，所述比较值的持续调整按以下方式发生：对测量的电动机电流值和/或测量的电动机电压值求平均或进行低通滤波与取得实际测量的值在同时发生。

17.如权利要求4所述的方法，其特征在于，正常操作的许可操作范围的上限和/或下限是通过将所述启动值乘以预定因子来确立的。