CN106899237A - 改进的电机接通延迟定时器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的电机接通延迟定时器。在负载启动系统中，上游控制器确定用于以最高效并且及时的方式启动负载的群组的序列和时序。序列和时序是由一个或多个实时操作特征、设备的额定特征、客户/用户的特征或者所得知的/历史的特征确定的，或者是由一个或多个实时、设备额定值、客户/用户的或者所得知的/历史的特征的组合确定的。

Description

改进的电机接通延迟定时器
发明领域
本发明总体涉及电机控制，并且具体涉及以最少的时间量启动或者重新启动多个电机。
发明背景
当电机启动的时候，电机具有高涌流，这可以对上游设备(诸如，变压器、电源以及断路器)造成问题。在几个电机试图同时启动的时候，涌入问题严重得多。常见的做法是在每个电机启动之间引入时间延迟以减小高涌入问题，这可以显著增加所有电机联机所花费的时间。增加上游设备的电流承载容量可以减少启动时间，但是这同样可以显著增加成本。因此，将会期望的是使启动时间最小化，同时保持上游设备的尺寸尽可能接近于总的运行时间电流容量。
发明概述
通过智能选择负载启动序列的顺序和时序，有可能优化系统的启动时间，在考虑限定的系统约束的同时，尽可能快速地接合所有负载。益处包括：更快速的总的系统启动时间、能够针对总的负载运行电流而非负载涌流来优化上游分配系统尺寸(断路器、变压器、电源)、以及有可能在不需要修改定时器和断路器的整定值的情况下扩大系统。
本发明提供了一种用于以最高效并且及时的方式启动多个负载的方法，该方法包括下列步骤：
由处理器把将要启动的所有负载与阈值特征进行比较；
由处理器在不超出阈值特征的情况下，从将要启动的所有负载中选择可被启动的一个或多个负载；
由启动器启动一个或多个选定的负载；以及
重复比较、选择以及启动，直到所有其余的负载均已启动为止。
附图简述
图1示出本发明的用于由上游控制器高效并快速地控制多个高涌入负载的启动的系统。
图2是在不使上游保护设备/电源暴露到超出阈值的电流的情况下，上游控制器以最短的时间量启动多个负载所需要的基本步骤的流程图。
图3是几个负载按照顺序启动的图形表示。
图4是四个负载启动的涌入曲线。
示例实施例的详细描述
图1示出总体上通过参考标记10指示的系统，基于每个负载14的一个或多个具体特征或者连接的所有负载14的具体特征的总和的一个或多个具体特征，该系统按照客户针对给定的应用所指定地或者在可能的最短但不超过阈值的时间中按照序列和/或同时启动或者重新启动负载14的群组。系统10包括上游控制器18，其控制启动器22的群组，启动器22的群组中的每个启动器均与至少一个负载14关联。在本公开文件中讨论的负载14总体与高启动涌流关联，诸如，电机和照明系统，但是可以是其中需要多个负载14以快速连续启动的任何应用。本发明以下论述的一些应用将会是仅与电动机有关的，在那些应用中，将会使用术语“电机负载14”。系统10中的可受到高涌流影响的其他上游设备是电源26、变压器30和保护设备34(诸如，断路器)，通常将其尺寸设计成容纳系统10中的所有负载14的总的满载电流(FLC)加上可由上游设备、当地标准和/或设计约束确定的涌入安全因数。每个启动器22都具有用于保护其关联的负载14的过载继电器38、用于打开和关闭其关联的负载14的接触器42、以及测量和/或电流参数检测装置46。每个启动器22都具有在上游控制器18中的唯一的ID，在上游控制器18下，可以将从客户/用户输入、实时操作的数据和从与启动器22关联的负载14之前的活动得知的历史数据储存在上游控制器18的存储器50中。
客户/用户的输入的示例包括：负载14的应用信息、必须总是一起启动的负载14的子集(例如，传送带)、负载14的优先级(例如，被要求在给定的应用中以特定序列启动的负载14)、负载14的额定输入、按照制造商推荐(例如，照明应用)的负载的预热时间/重燃时间、负载14的特征(分类成“HID灯”与“IE3电机”与“IE1电机”，以区分期望的涌流峰值)、变压器30的涌入额定值、断路器26的脱扣整定值和过载继电器38的脱扣级别。将客户/用户的输入信息作为配置文件输入进上游控制器18。
实时操作的输入的示例包括：电流、电压(总线、启动器)、FLC的整定值、负载14的停机时间、负载14的启动时间和每个启动器22的热记忆。可以通过使用电流或电压传感器、定时器以及该电流、电压和时序信息的集合体(例如，可以收集并将电流和时间信息储存为给定的启动序列的涌入曲线)来获得实时操作的输入。
所得知的历史输入是在一段长时间中“实时操作数据”的很多实例的总和或平均数。在上游控制器18中实时可用的该数据可以由嵌入式软件积聚和分析成图形表示，诸如，负载14的涌入曲线，其是预期的峰值电流的范围以及峰值电流的持续时间。可以由上游控制器18使用最大或者平均涌入曲线，来以本文描述的算法中的任何算法描述每个电机负载14的特征。
上游控制器18使用以上描述的各种源和信息，来做出关于启动序列和启动时序的决定，这将会电效率最高地并且要求最少时间量地、同时满足系统10的任何预先确定的要求。可以根据给予上游控制器18的输入的类型，使用以下论述的几个算法54中的一个算法来操作如以上总体描述的系统10。
图2是显示根据本发明的用于启动负载14的群组的方法的基本步骤的流程图。在步骤100，控制器18开始用于选择并且启动负载14的算法54。在步骤105，控制器18将可用于连接的负载14的具体的阈值特征与具体特征进行比较。在步骤110，控制器18从可用于连接的负载14之中选择满足阈值特征要求的一个或多个负载14。在步骤115，控制器连接选定的负载14。在步骤120，控制器18查看最后的负载14是否已连接。如果最后的负载14已经连接，那么控制器18继续进行步骤125，如果最后的负载14没有连接，那么控制器18继续进行步骤130，在步骤130中，把将要连接的其余的负载14的具体特征与具体的阈值特征进行比较。在步骤135，选择将要连接的接下来的负载14。控制器18继续进行在其中连接选定的负载14的步骤115。步骤120、130、135和115的循环继续，直至将要连接的负载14中的所有负载都已连接为止。
现在参考图3，按照序列启动的10个负载14(在这个示例中，负载14是电机)的图示。在本发明的这个基本示例中，监测了系统10实时汲取的总电流，并且将其与基于正在启动的所有负载14的总的满载电流(FLC)的阈值进行比较。在这个示例中，将要启动10个电机的群组，每个电机都具有总的100amps的FLC中的10amps的FLC，并且具有在所有10个电机同时启动时的最坏条件下的800-1500amps的涌流。期望的是高到足以允许几个电机按照快速序列启动的、并且低到足以防止上游设备(诸如，针对涌流高于总的FLC进行尺寸设计的变压器、电源以及断路器)出问题的阈值。因此，针对这个示例，选择3X的总FLC(300amps)的阈值。使用在图2中描述的方法，控制器18通过重复步骤115、120、130和135来按照快速序列启动最初四个电机负载14，并且采用在步骤130的短延迟来启动其余六个电机中的每一个电机直至监测的实时电流降到低于3X的总FLA阈值为止。可以采用与每个负载14关联的历史平均涌入曲线的知识来改进这个算法54，这会使控制器18能够预期通过添加新负载10就有可能达到的总电流，而不是添加负载10并且测量实时电流。这会允许选择导致较快地启动其余的负载14的较高的阈值。
单个启动器22基本上可以控制不同的负载14。控制器18可以从存储器50读取先前得知的历史涌流数据和持续时间数据，并且确定具有低涌入峰值的负载14(驱动器、软启动器等)以及确定负载的涌流的典型的持续时间。控制器18可以采用这个所得知的数据来限定具有低涌流的、在不需要时序延迟的情况下可以立即全部启动的负载14的群组。类似地，控制器18可以确定具有高峰值涌流或长峰值涌流的负载14，并且预期负载14对系统10的影响，使负载14的启动时间交错成比常规时间更长，或者确保这些负载14在系统10上的电流负载最小的时候启动，由此使峰值系统涌流最小化。在以下的表1中给出了并且在图4中图形显示了示例，其中，将具有大涌流的负载14(A和B)在无载的系统10上首先启动，在它们之间具有延迟，(以使在任何给定时间的系统10上的总电流最小化)，并且将其他负载14(C和D)组合并且最后启动，因为它们的总涌流对系统10的总涌流影响非常小。针对这个实施例的算法54将会包括下列步骤：
从上游控制器18获取表示每个启动器22的典型的涌入峰值的数据和典型的涌入持续时间的数据；
根据典型的涌入峰值数据和典型的涌入持续时间数据得出每个启动器的涌入曲线；
将涌入曲线布置到低涌入峰值和持续时间的群组中以及高涌入峰值和持续时间的群组中；
确定启动和时序序列：从具有最高涌入的负载14开始，一旦先前的涌流已减小，接着就是每个随后的“高涌入”负载14；以及
将任何的“低涌入”负载14组合进同时启动的群组。
FLC 涌流
负载A 10A 100A
负载B 10A 100A
负载C 10A 15A
负载D 10A 15A
表1
在系统10中保持最小电压对于确保系统10的连续操作是很关键的。上游控制器18将会具有作为输入的控制电压，并且将会知晓在任何给定时间的控制电压值。每当启动器22连接的时候，供应启动器22线圈集合的电压都将在涌入期间暂降。如果监测到的电压降到低于阈值，那么上游控制器18可以延迟连接另外的负载14。上游控制器18同样将具有将基于另外的启动器22的连接的历史控制电压改变储存在存储器50中的能力。上游控制器18将能够储存所连接的“第n个”启动器22的预期的电压暂降。这样，可以基于单个启动器22的电压暂降的幅度的历史知识，完成阈值的改善。
在电机负载14应用中，当在系统10中发生短功率丧失的时候，一旦系统10恢复了功率，上游控制器18就可以开始重新启动电机负载14。可以立即打开仍然自由转动的任何电机负载14，将最小涌流添加到系统10。可以将这个现象用于基于从电机关闭以来的时间长度，将预期的电机涌入曲线重新分类。例如，如果对系统10的供电被关闭了不到1秒，那么可以将预期的电机负载14的涌流重新分类到较低的等级(例如，可以把被预期具有8xFLC的涌流的电机负载14重新分类到具有2xFLC的涌流的电机负载14)。
如果供电被关闭了1秒以上，那么上游控制器18可以分析在其中启动器22具有比历史更低的峰值涌流的历史实例。然后，上游控制器18确定更低的峰值涌流是否是基于启动器22的电机负载14断开的时长。当其可应用的时候，上游控制器18将该启动器ID的“涌入值”作为时间的动态函数而不是作为固定峰值储存在存储器50中。然后，将这个涌入值用于确定启动序列和时序。
同样可以(基于电机负载14类型的客户分类)假设或者(基于在短的关闭周期之后启动该电机负载14的历史涌入曲线)得知峰值涌入。这可以通过计算用于制动电机转子的所得知的/典型的时间常数，来随着时间而被改善。可以将预期的涌入储存在上游控制器18的存储器50的启动器22的ID下，并且使预期的涌入作为所得知的时间常数(每电机负载14)和时间的函数而拟合至指数曲线涌入峰值。
通过在系统10的通信总线上频繁报告电机负载14的状态，上游控制器18将会知晓每个启动器22的热记忆。基于电流和时间的电机热模型同样作为确定用于过载保护的电机负载14的热状态的方式而被储存在上游控制器18的存储器50中。在缺少任何其他启动优先级的时候，上游控制器18可以基于“最冷优先”分配动态启动优先级，以便给予“较热的”电机负载14/启动器22额外的时间进行冷却。上游控制器18可以采取将启动器22的最后储存的热状态减去基于从进行测量(在最后一次启动器22处于打开)以来的时间长度的衰减系数。例如，在以下的表2中，启动器22B具有0％的计算出的热状态，并且因此就是最冷的电机负载14，并且将被首先启动。接下来，处于8％的计算出的热状态的启动器22E启动，接着按顺序启动的是处于10％的D、处于32％的C和处于85％的A。
表2
如在先前的算法54中，上游控制器18将会获知系统10中的每个启动器22的热记忆。上游控制器18可以随着时间对此进行监测，并且把因为系统10中的每个启动器22的涌入而上涨的热状态的预期值储存在存储器50中。例如，给定的电机负载14可以具有高电流涌入，并且通常将在涌入期间加热到其热容量的30％。可以将这个预期的涌流储存在上游控制器18的存储器50中。如果上游控制器18使用储存的预期的涌流以很高的概率度来确定“热启动”具体的电机负载14将会使其超出其热容量并且使过载继电器38脱扣，那么启动信号可以被修改/延迟直至“处于危险中的”电机负载14已经具有用于冷却的时间为止。上游控制器18可以做出决定：或者简单地延迟启动“处于危险中的”电机负载14(如果电机负载14启动的序列很关键)，或者首先启动一些其他的电机负载14(如果电机负载14启动的时序很关键)。例如，在以上的启动器22A中，热状态处于90％“充满”。如果这个受控的负载14具有大的涌入(在涌入期间将30％添加到热容量)，那么如果启动器22仅在0.5s之后重新启动，则大的涌入有可能推动启动器22的过载继电器38脱扣。将所有启动器22延迟几秒或者在启动器22A之前启动其他的启动器22将会使受到启动器22A控制的电机负载14能够足够冷却到没有问题地启动和操作。在这个情况下的新颖之处是：能够把上游控制器18的约束当作一个整体(启动序列与启动时间)，同时降低造成过载继电器38脱扣情况的风险。
本发明的负载启动系统10对系统10的实际行为进行响应，而不是如在简单的定时器启动系统中所实现地那样在负载14启动之间使用固定时间延迟。启动系统10可以对系统10中存在新的负载14或者对负载14被移除、没有被选择启动或者被防止启动进行自动调整。负载启动系统10可被配置成考虑诸如系统容量的限制而不是启动负载14的基于时间的限制，以增加启动系统10的效率。
虽然本发明的特定示例实施例已经被公开，然而本领域技术人员将会理解到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对特定示例实施例所描述的细节做出改变。

Claims (7)

1.一种用于以最高效并且及时的方式启动多个负载的方法，所述方法包括下列步骤：
由处理器把将要启动的所有负载与阈值特征进行比较；
由所述处理器从将要启动的所有负载中选择在不超出所述阈值特征的情况下可被启动的一个或多个负载；
由启动器启动一个或多个选定的负载；以及
重复所述比较、选择以及启动，直到所有剩余的负载均已启动为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值特征能够是下列项中的一个或者其组合：
实时操作特征；
设备的额定特征；
客户/用户的特征；或者
所得知的/历史的特征。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述实时操作特征能够包括：
电流；
电压(总线或者启动器)；
群组FLC的整定值；
启动时间；
停机时间；以及
每个启动器的热记忆。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述设备的额定特征能够包括：
照明的预热时间/重燃时间；
负载的特征(照明类型、负载类型等)；
变压器的涌入额定值；
断路器的脱扣整定值；或者
过载脱扣级别。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述客户/用户的特征能够包括：
必须一起启动的负载的子集；或者
负载优先级序列。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述所得知的/历史的特征能够包括：
负载的涌流曲线。
7.一种用于以最高效并且及时的方式启动多个负载的方法，所述方法包括下列步骤：
从上游控制器获取表示每个启动器的典型的涌入峰值电流和典型的涌入持续时间的数据；
从所述典型的涌入峰值电流和所述典型的涌入持续时间数据得出每个启动器的涌入曲线；
将所述涌入曲线布置在低涌入峰值和持续时间的群组中以及高涌入峰值和持续时间的群组中；
将任何的“低涌入”负载组合到同时启动的群组中；
确定启动和时序序列：以具有最高涌入的负载开始，一旦先前的涌流已减小，接着就是每个随后的“高涌入”负载；以及
根据所确定的启动和时序序列，开始启动所述负载。
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