CN112332373B - 一种电动机的软起动保护方法及系统 - Google Patents

一种电动机的软起动保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种电动机的软起动保护方法及系统，其中，方法包括：接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量；若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法及系统，将电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，对电动机热过载故障进行准确的保护，并可以在热过载保护后具备故障锁定限时复位返回的功能。

Description

一种电动机的软起动保护方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及软起动中的电机保护领域技术领域，尤其涉及一种电动机的软起动保护方法及系统。
背景技术
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器对电动机具有控制、保护、监测等功能。本申请应用于软起动器对电动机的热过载保护。
过载是电动机过负荷运行超过额定电流，使电动机的温升超过额定温升，导致绕组绝缘降低，电阻增加，严重时绕组烧毁的现象。过载对电动机的损坏主要由过电流引起，故障严重程度可通过过电流的程度来判断。过载保护是保障电动机正常运行的重要措施。随着电子技术的发展，出现了数字式过载保护方式，尤其是采用单片机技术的数字过载保护，稳定性较好，是热过载保护技术的发展趋势。
目前，每年仍有大量电动机因过载而损坏，造成大量经济损失。因此，如何提供一种电动机热软起动保护方法，对电动机的热过载故障进行保护，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电动机的软起动保护方法及系统，用以对电动机热过载故障进行保护。
第一方面，本发明实施例提供一种电动机的软起动保护方法，包括：
S1，接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；
S2，根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量；
S3，若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；
S4，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
进一步，在步骤S2之后，步骤S4之前，所述方法还包括：
若判定电动机起动过程的发热量不大于第一热容量阈值，则加载预设的运行参数；其中，所述运行参数至少包括第二热容量阈值和运行时过载保护动作时间；
根据电动机运行时的采样电流有效值和采样周期，计算电动机运行时的发热量；
若判定电动机运行时的发热量大于第二热容量阈值，则执行热过载保护停机。
进一步，在步骤S1之前，所述方法还包括：
建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，获得电动机的起动参数和运行参数。
进一步，所述电动机起动过程的过载保护数学模型为:
Ts*[(Ip)n-1]＝ts*ks
其中，Ts是起动时过载保护动作时间；Ip是起动电流倍数；ts、ks、n分别为电动机起动时的过载特性常数。
进一步，所述电动机运行过程的过载保护数学模型为:
Tr*[(Ir)n-1]＝tr*kr
其中，Tr是运行时过载保护动作时间；Ir是起动电流倍数；tr、kr、n分别为电动机运行时的过载特性常数。
进一步，步骤S2具体包括：
根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，通过下式计算电动机起动时的发热量：
θc＝([(I1)n-1]+[(I2)n-1]...+[(Im)n-1])/100
其中，θc表示电动机起动时的发热量；Im表示第m个采样周期的采样电流有效值。
第二方面，本发明实施例提供一种电动机的软起动保护系统，包括：
起动参数加载模块，用于接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；
计算模块，用于根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量；
热过载保护模块，用于若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；
复位模块，用于若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
进一步，电动机的软起动保护系统还包括：
模型建立模块，用于建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，获得电动机的起动参数和运行参数。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面实施例所述电动机的软起动保护方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例所述电动机的软起动保护方法的步骤。
本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法，将电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，对电动机热过载故障进行准确的保护，并可以在热过载保护后具备故障锁定限时复位返回的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的电动机过载保护方案的完整流程图；
图3为本发明实施例提供的电动机的软起动保护系统的结构框图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。以下将结合附图通过多个实施例对本发明进行展开说明和介绍。
图1为本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法流程示意图，参照图1，该方法包括：
S1，接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；
具体地，电动机的过电流大小与允许过电流时间之间的关系称为过载特性。电动机过载将导致电动机过热，但其低倍过载又允许一定的时限，因此电动机过载特性具有反时限特性，电动机的过流倍数越少，动作时间相应延长。
在执行步骤S1之前，首先，本发明根据现场电动机的运行情况，将电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型。
本发明建立的电动机起动过程的过载保护数学模型为:
Ts*[(Ip)n-1]＝ts*ks
其中，Ts是起动时过载保护动作时间；Ip是起动电流倍数；ts、ks、n分别为电动机起动时的过载特性常数。
本发明建立的电动机运行过程的过载保护数学模型为:
Tr*[(Ir)n-1]＝tr*kr
其中，Tr是运行时过载保护动作时间；Ir是起动电流倍数；tr、kr、n分别为电动机运行时的过载特性常数。
基于建立的上述数学模型，整定电动机起动时的过载特性常数ts和ks，整定起动时过载保护动作时间Ts。整定电动机运行时的过载特性常数tr和kr，整定运行时过载保护动作时间Tr。
接着，执行步骤S1，图2为本发明实施例提供的电动机过载保护方案的完整流程图，首先，通过软起动器判断电动机是否为停机状态，在停机状态时在收到起动命令后，软起动器中的微处理器加载预设的起动参数。起动参数是电动机起动过程的过载保护数学模型的各项参数。起动参数至少包括第一热容量阈值ts*ks和起动时过载保护动作时间Tr。
S2，根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量。
具体地，本申请利用软起动器上的采样回路按照预设的采样周期对电动机供电线路的电流进行采样，软起动器的微处理器根据电流采样信息计算出采样电流有效值。
针对电动机起动过程中的热积累问题，本实施例采用递推算法，通过下式计算电动机起动时的发热量：
θc＝([(I1)n-1]+[(I2)n-1]...+[(Im)n-1])/100
其中，θc表示电动机起动时的发热量；Im表示第m个采样周期的采样电流有效值。
S3，若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机。
具体地，参照图1和图2，判断电动机起动过程的发热量θc是否大于第一热容量阈值ts*ks，若判定电动机起动过程的发热量θc大于第一热容量阈值ts*ks，则执行热过载保护停机。此处，第一热容量阈值ts*ks是起动时热容量跳闸的常数。
S4，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
如图1和图2所示，在执行步骤S3中的过载保护动作后，本实施例启动定时器判断停机时间是否大于起动时过载保护动作时间，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。本实施例中，图2中的返回时间相当于跳闸停机时间，返回时间常数相当于本发明实施例中起动时过载保护动作时间或者运行时过载保护动作时间。
本发明提供的方法能够利用软起动器上的采样回路和微处理器来执行，不需要另外增加其他昂贵的外围电路和处理器。
本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法，将电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，对电动机热过载故障进行准确的保护，并可以在热过载保护后具备故障锁定限时复位返回的功能。
在一个实施例中，参照图1和图2，在步骤S2之后，步骤S4之前，本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法还包括：
判断电动机起动过程的发热量是否大于第一热容量阈值。若判定电动机起动过程的发热量不大于第一热容量阈值，则加载预设的运行参数。运行参数是本发明建立的电动机运行过程的过载保护数学模型的各项参数。
根据电动机运行时的采样电流有效值和采样周期，计算电动机运行时的发热量。
判断电动机运行过程的发热量是否大于第二热容量阈值tr*kr，若判定电动机运行时的发热量大于第二热容量阈值tr*kr，则执行热过载保护停机。
最后，在过载保护动作后，启动定时器判断停机时间是否大于运行时过载保护动作时间，若通过定时器判定停机时间大于运行时过载保护动作时间，则控制热继电器复位，返回步骤S1。
本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法，在电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，在电动起动过程和运行过程中进行过载保护，并可以在热过载保护后具备故障锁定限时复位返回的功能。
在一个实施例中，图3为本发明实施例提供的电动机的软起动保护系统的结构框图，参照图3，该系统包括起动参数加载模块301、计算模块302、热过载保护模块303和复位模块304，其中：
起动参数加载模块301用于接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间。计算模块302用于根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量。热过载保护模块303用于若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机。复位模块304用于若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
具体的如何利用起动参数加载模块301、计算模块302、热过载保护模块303和复位模块304执行电动机的软起动保护方法，可参见上述电动机的软起动保护方法实施例的步骤，本发明实施例在此不再赘述。
在一个实施例中，电动机的软起动保护系统还包括：
模型建立模块300，用于建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，获得电动机的起动参数和运行参数。
本发明实施例提供的电动机的软起动保护方法及系统，包括但不限于应用于SR电动机(Switched Reluctance Motor)的高压软起动和运行过程中。
本发明实施例提供的电动机的软起动保护系统，将电动机的起动过程和运行过程定义为两种不同的过载特性曲线，建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，对电动机热过载故障进行准确的保护，并可以在热过载保护后具备故障锁定限时复位返回的功能。
在一个实施例中，基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(CommunicationsInterface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述电动机的软起动保护方法的步骤。例如包括：S1，接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；S2，根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量；S3，若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；S4，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
在一个实施例中，基于相同的构思，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由主控设备执行，以控制主控设备用以实现如上述各实施例所述电动机的软起动保护方法的步骤。例如包括：S1，接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；S2，根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，计算电动机起动时的发热量；S3，若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；S4，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动机的软起动保护方法，其特征在于，包括：
S1，接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；
S2，根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，通过下式计算电动机起动时的发热量；
θc＝([(I1)n-1]+[(I2)n-1]…+[(Im)n-1])/100
其中，θc表示电动机起动时的发热量；Im表示第m个采样周期的采样电流有效值；
S3，若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；
S4，若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
2.根据权利要求1所述的电动机的软起动保护方法，其特征在于，在步骤S2之后，步骤S4之前，所述方法还包括：
若判定电动机起动过程的发热量不大于第一热容量阈值，则加载预设的运行参数；其中，所述运行参数至少包括第二热容量阈值和运行时过载保护动作时间；
根据电动机运行时的采样电流有效值和采样周期，计算电动机运行时的发热量；
若判定电动机运行时的发热量大于第二热容量阈值，则执行热过载保护停机。
3.根据权利要求1所述的电动机的软起动保护方法，其特征在于，在步骤S1之前，所述方法还包括：
建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，获得电动机的起动参数和运行参数。
4.根据权利要求3所述的电动机的软起动保护方法，其特征在于，所述电动机起动过程的过载保护数学模型为:
Ts*[(Ip)n-1]＝ts*ks
其中，Ts是起动时过载保护动作时间；Ip是起动电流倍数；ts、ks、n分别为电动机起动时的过载特性常数。
5.根据权利要求3所述的电动机的软起动保护方法，其特征在于，所述电动机运行过程的过载保护数学模型为:
Tr*[(Ir)n-1]＝tr*kr
其中，Tr是运行时过载保护动作时间；Ir是起动电流倍数；tr、kr、n分别为电动机运行时的过载特性常数。
6.一种电动机的软起动保护系统，其特征在于，包括：
起动参数加载模块，用于接收电动机起动指令后，加载预设的起动参数；其中，所述起动参数至少包括第一热容量阈值和起动时过载保护动作时间；
计算模块，用于根据电动机起动过程的采样电流有效值和采样周期，通过下式计算电动机起动时的发热量；
θc＝([(I1)n-1]+[(I2)n-1]…+[(Im)n-1])/100
其中，θc表示电动机起动时的发热量；Im表示第m个采样周期的采样电流有效值；
热过载保护模块，用于若判定电动机起动过程的发热量大于第一热容量阈值，则执行热过载保护停机；
复位模块，用于若通过定时器判定停机时间大于起动时过载保护动作时间，则控制热继电器复位。
7.根据权利要求6所述的电动机的软起动保护系统，其特征在于，还包括：
模型建立模块，用于建立电动机起动过程和运行过程的过载保护数学模型，获得电动机的起动参数和运行参数。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述电动机的软起动保护方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述电动机的软起动保护方法的步骤。
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