FI118659B - Thermal overload protection - Google Patents

Thermal overload protection Download PDF

Info

Publication number
FI118659B
FI118659B FI20040154A FI20040154A FI118659B FI 118659 B FI118659 B FI 118659B FI 20040154 A FI20040154 A FI 20040154A FI 20040154 A FI20040154 A FI 20040154A FI 118659 B FI118659 B FI 118659B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
scaling
thermal load
current
thres
factor
Prior art date
Application number
FI20040154A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20040154A0 (en
FI20040154A (en
Inventor
Janne Kuivalainen
Peter Oesterback
Original Assignee
Abb Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Oy filed Critical Abb Oy
Priority to FI20040154A priority Critical patent/FI118659B/en
Publication of FI20040154A0 publication Critical patent/FI20040154A0/en
Priority to CNB2005800038328A priority patent/CN100539347C/en
Priority to PCT/FI2005/000066 priority patent/WO2005074089A1/en
Priority to EP05708146A priority patent/EP1719231A1/en
Priority to CA2554117A priority patent/CA2554117C/en
Publication of FI20040154A publication Critical patent/FI20040154A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI118659B publication Critical patent/FI118659B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H6/00Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images
    • H02H6/005Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images using digital thermal images

Landscapes

  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

118659118659

Terminen ylikuormitussuojaThermal overload protection

Keksinnön taustaBackground of the Invention

Keksintö liittyy termiseen ylikuormitussuojaukseen sähkölaitteiden ja erityisesti sähkömoottorien suojaamiseksi ylikuumenemiselta.The invention relates to thermal overload protection to protect electrical equipment, and in particular electric motors, from overheating.

5 Sähkömoottoreita hyödynnetään monilla sovellusalueilla käyttä mään erilaisia liikkuvia osia. Sähkömoottoriin liittyy usein ohjausyksikkö, joka säätää ja tarkkailee sähkömoottorin toimintaa, esimerkiksi pyörimisnopeutta.5 Electric motors are utilized in many applications to use various moving parts. An electric motor is often accompanied by a control unit which adjusts and monitors the operation of the electric motor, for example, its rotational speed.

Sähkömoottori voi toimia hetkellisesti myös ylikuormitettuna mutta jos ylikuumenee kuormituksen jatkuessa, mikä voi johtaa moottorin vaurioitu-10 miseen. Kriittisintä on staattorikäämityksen eristyksen vaurioituminen ylikuumenemisen takia.The electric motor can also operate momentarily overloaded, but if overheated as the load continues, this can result in engine damage. The most critical is the damage to the stator winding insulation due to overheating.

Sähkömoottorin suojaamiseksi termistä ylikuormitusta vastaan tunnetaan erilaisia ratkaisuja. Eräs tunnettu ratkaisu perustuu moottorivirran 1..3-vaiheiseen mittaamiseen ja moottorin lämpenemän mallintamiseen RC-sijais-15 kytkennällä. Vanhin ja yleisin tekninen toteutus on suoraan tai virtamuuntajan välityksellä pääpiiriin kytketty bi-metallirele (lämpörele).Various solutions are known for protecting an electric motor against thermal overload. One known solution is based on 1..3-phase measurement of the motor current and modeling of the motor warm-up using the RC replacement 15-circuit. The oldest and most common technical implementation is a bi-metal relay (thermal relay) connected directly to the main circuit or via a current transformer.

Eräs tunnettu ratkaisu on moottorin sisälle tai yhteyteen sijoitettu terminen suojakytkin, joka tietyn lämpötilarajan jälkeen laukeaa (trip) ja keskeyttää virrankulun sähkömoottorin läpi. Kehittyneempi versio on elektroninen 20 yksikkö, joka mittaa sähkömoottorin lämpötilaa lämpötila-antureilla ja laukaisee moottorin pois päältä Tämä vaihtoehtoinen tapa perustuu suoraan lämpötilan : detektointiin erillisin anturein. Ongelmana on vaikeus saada anturit oikeaa ·:··· paikkaan. Tällainen suoja reagoi suhteellisen hitaasti.One known solution is a thermal circuit breaker located within or adjacent to the motor which, after a certain temperature limit, trips and interrupts the flow of current through the electric motor. A more advanced version is the electronic unit 20, which measures the temperature of the electric motor with temperature sensors and trips the motor. This alternative method is based directly on the detection of temperature by separate sensors. The problem is the difficulty of getting the sensors to the right ·: ··· location. Such protection responds relatively slowly.

.···. Numeerisessa suojauksessa tietoa käsitellään numeerisessa muo- 25 dossa eli digitaalisesti. Analoginen mittaustieto muutetaan A/D-muuntimella di-gitaaliseksi. Varsinainen mittaus- ja suojaustoimintojen toteutus tehdään mik-***** roprosessorin avulla. Terminen ylikuormitussuoja mittaa moottorin tai muun suojattavan kohteen (esim. kaapeli tai muuntaja) vaihevirtojen (kuormavirtojen) : *** tehollisarvoja (rms) ja laskee lämpötilariippuvaisen toiminta-ajan. Tämä termi- ··· 30 nen toiminta-aika voi olla standardin IEC 60255-8 mukainen: i2 - lp2 * * t= Tin-- ·:··: l2-Ib2 : !·. missä • * · “[.· t = toiminta-aika • · τ- aikavakio 118659 2. ···. In numerical protection, information is processed in numerical form, that is, digitally. The analog measurement data is converted to digital by the A / D converter. The actual implementation of the measurement and protection functions is done by a microprocessor. Thermal Overload Protection measures the phase currents (load currents) of the motor or other object to be protected (eg cable or transformer): *** Rms and calculates the temperature dependent operating time. This term of operation may be in accordance with IEC 60255-8: i2 - lp2 * * t = Tin-- ·: ··: l2-Ib2:! ·. where • * · “[. · t = operating time • · τ - time constant 118659 2

Ip = kuormavirta ennen kuin ylikuormitus tapahtuu I» kuormavirtaIp = load current before overload occurs I »load current

Ib = toimintavirta (maksimi sallittu jatkuva virta) 5 Terminen aikavakio τ on määritelty ajaksi, joka suojattavalta koh teelta tarvitaan lämpötila Θ, joka on tietty osa (esim. 63%) steady-state-läm-potilasta 0S) kun suojattavaa kohdetta syötetään vakiovirralla. Toimintavirta lp on suurin sallittu jatkuva virta, joka myös vastaa suurinta sallittua lämpötilaa eli steady-state-lämpötilaa 0S. Tämä suurin sallittu lämpötila on laukaisutaso (trip 10 level). Vaihtoehtoisesti voidaan vaihevirroista laskea suojattavan kohteen termisen kuormituksen suhteellinen arvo täyteen (100%) termiseen kuormitukseen nähden. Laukaisu tapahtuu, kun suhteellinen terminen kuormitus saavuttaa 100% arvon.Ib = operating current (maximum allowable continuous current) 5 The thermal time constant τ is defined as the time required for the protected object to reach the temperature Θ, which is a fraction (eg 63%) of the steady-state warm patient 0S). The operating current lp is the maximum allowable continuous current which also corresponds to the maximum allowable temperature, i.e. the steady-state temperature 0S. This maximum allowable temperature is the trip 10 level. Alternatively, from the phase currents, the relative value of the thermal load of the protected object relative to the full (100%) thermal load can be calculated. Triggering occurs when the relative thermal load reaches 100%.

Numeeriseen termiseen suojaukseen liittyy siten raskasta lasken-15 taa, joka vaatii tehokkaan prosessorin ja nopeita ja kalliita oheispiirejä, kuten muisteja. Tekniikan tason ratkaisuissa on käytetty tehokasta prosessoria, jossa on lisäksi sisäänrakennettu matematiikkaprosessori, liukulukuyksikön (Floating Point Unit, FPU) tai vastaavan yksikkö tosiaikaisen laskennan suorittamiseksi määritellyssä ajassa. On myös käytetty tehokasta prosessori, jossa on kirjasto-20 funktioita, jotka emuloivat liukulukuyksikköä. On myös toteutuksia joissa algoritmi toteutettu ASIC piirein, jolloin niissä ei ohjelmoitavuutta jälkikäteen. Tällai- seen single purpose -piiriin ei siksi voi tehdä muutoksia vaan tarvitaan aina uu-si piiri, jos toimintaa halutaan muuttaa. On myös toteutuksia, joissa sekvenssi-·:·*: nä mitataan/lasketaan virta - lasketaan lämpenemä - jälleen mitataan, jne. Täl- 25 lainen toteutus ei takaa täysin reaaliaikaista suojausta (ei jatkuvaa mittausta), ··· mutta sallii tehottomamman prosessorin.Thus, numerical thermal protection involves heavy computing, which requires an efficient processor and fast and expensive peripherals such as memories. The prior art solutions utilize a powerful processor, which further includes a built-in math processor, a floating point unit (FPU) or the like to perform real-time computing within a specified time. A powerful processor with library-20 functions that emulate a floating point unit has also been used. There are also implementations where the algorithm is implemented with ASIC circuits, so there is no post-programmability in them. Therefore, no change can be made to such a single purpose circuit, but a new circuit is always required if the function is to be changed. There are also implementations where power is measured / counted - counted - warmed - measured again, etc. This kind of implementation does not provide full real-time protection (no continuous measurement), but allows for a less efficient processor.

···· ·*** '···** Keksinnön lyhyt selostus···· · *** '··· ** Brief Description of the Invention

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää sähkölaitteiden termiseen ·· : *** suojaukseen menetelmä ja menetelmän toteuttava laite, joilla suojaukseen liit- • · · 30 tyvää laskentaa voidaan keventää ja prosessorien ja oheispiirien teknisiä vaa-timuksia alentaa. Keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä ja järjestelmäl-lä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksis- • · • sa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimus- • · :.: : ten kohteena.It is therefore an object of the invention to provide a method and a device implementing the thermal ··: *** protection of electrical equipment by which the computation related to the protection · · · 30 can be lightened and the technical requirements of processors and peripherals reduced. The object of the invention is achieved by a method and system which are characterized by what is stated in the independent claims. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

35 Keksintö perustuu siihen, että termisen kuormituksen laskeva ma temaattinen yhtälö tai algoritmi operandeineen ohjelmoidaan X-bittiselle, edul- 118659 3 lisesti X-32, kiinteän pilkun aritmetiikkaa käyttävälle prosessorijärjestelmälle sopivaksi siten, tulos tai välitulos eivät ohjelmaa prosessorijärjestelmässä ajettaessa koskaan ylitä X-bittistä arvoa. Mitattu virta skaalataan edullisesti yksikköarvoksi alueelle 0 - Y, missä Y edustaa Y/100 % nimellisvirrasta ja edullisesti 5 Y-65000, jolloin laskenta on riippumaton todellisesta virta-alueesta.The invention is based on the fact that the mathematical equation or algorithm with the thermal load calculating algorithm and its operands is programmed to be suitable for an X-bit, preferably X-32, processor system using fixed-point arithmetic so that the result or intermediate result never exceeds X in the program. . The measured current is preferably scaled to a unit value in the range 0 to Y, where Y represents Y / 100% of the rated current, and preferably 5 Y-65000, whereby the calculation is independent of the actual current range.

Keksinnön ansiosta terminen kuormitus voidaan laskea vähemmän tehokkaalla prosessorilla ja vähemmällä muistilla, mikä puolestaan laskee laitteen tehonkulutusta, valmistuskustannuksia ja fyysistä kokoa. Laskenta voidaan toteuttaa yksinkertaisella ja siirrettävällä koodilla, joka ei vaadi matema-10 tiikkaprosessoria tai matemaattisia kirjastoja. Kuitenkin terminen kuormitus voidaan laskea lähes 64-bitin liukulukulaskennan tarkkuudella, vaikka prosessori käyttäisi 32-bitin kiinteän pilkun aritmetiikkaa.Thanks to the invention, the thermal load can be calculated with a less efficient processor and with less memory, which in turn reduces the power consumption, manufacturing costs and physical size of the device. The computation can be accomplished with a simple and portable code that does not require a math-10 teak processor or math libraries. However, thermal load can be calculated with near 64-bit floating point accuracy even if the processor uses 32-bit fixed point arithmetic.

Kuvioiden lyhyt selostusBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin esimerkinomaisten suoritus-15 muotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuvio 1 on esimerkinomainen lohkokaavio, joka havainnollistaa keksinnön erään keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ylikuormitussuojaa;Fig. 1 is an exemplary block diagram illustrating an overload protector according to an embodiment of the invention;

Kuvio 2 on esimerkinomainen signaalikaavio, joka havainnollistaa kuvion 1 laitteen toimintaa; ja 20 Kuvio 3 on esimerkinomainen vuokaavio, joka havainnollistaa kuvi- *:· on 1 laitteen toimintaa.Fig. 2 is an exemplary signal diagram illustrating the operation of the device of Fig. 1; and FIG. 3 is an exemplary flow diagram illustrating the operation of FIG.

• · · · : Keksinnön yksityiskohtainen selostus ... Kuviossa 1 terminen ylikuormitussuoja on kytketty suojattavan säh- ***;* kömoottorin M tai muun sähkölaitteen ja kolmivaiheisen verkkovirtasyötön L1, •**| 25 L2 ja L3 väliin. S1 on pääverkkokytkin, esimerkiksi manuaalisesti ohjattu, ja S2 on ylikuormitussuojan ohjaama vapautuskytkin, jota ohjataan laukaisusignaalil-la TRIP. Ylikuormitussuoja 1 mittaa moottorin M verkkovirtasyötön kunkin vai-heen L1, L2 ja L3 kuormavirtaa virranmittausyksiköllä 10, joka perustuu esi-merkiksi virtamuuntajiin. Lisäksi ylikuormitussuoja 1 voi käsittää mittausyksikön 30 11 vaihejännitteiden mittaamiseksi. Lisäksi ylikuormitussuoja 1 edullisesti käsit- l tää käyttöliittymän eli ihminen-kone-rajapinnan HMI (Human-Machine-Inter face) 12, johon liittyy näyttö 13 ja näppäimistö 14. Edelleen ylikuormitussuoja 1 j#:‘: voi käsittää tiedonsiirtoyksikön 15, joka on liitetty paikallisverkkoon (esim. Et- ·:··· hernet), väylään, kenttäväylään (Fieldbus, esim. Profibus DP) tai muuhun tie- 35 donsiirtomediaan 17.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION ... In Figure 1, a thermal overload protector is connected to the electric motor to be protected; ***; * to the electric motor M or other electrical device and to the three-phase mains supply L1, • ** | 25 between L2 and L3. S1 is the master network switch, for example, manually controlled, and S2 is the overload protection-controlled release switch controlled by the trip signal TRIP. The overload protector 1 measures the load current of each of the phases L1, L2 and L3 of the mains power supply to the motor M by a current measuring unit 10 based, for example, on current transformers. In addition, the overload protector 1 may comprise a measuring unit 30 11 for measuring phase voltages. Further, the overload protection 1 preferably comprises a human-machine-interface (HMI) 12 interface with display 13 and keypad 14. Further, the overload protection 1 may comprise a communication unit 15 connected to a local area network. (eg Et-: ··· peas), bus, fieldbus (eg Profibus DP) or other communication media 17.

118659 4118659 4

Keksinnön kannalta oleellisin toiminta liittyy suojaus- ja ohjausyksikköön 16. Ylikuormitussuoja 1 on toteutettu mikroprosessijärjestelmällä, jolloin pääosa yllämainituista yksiköistä toteutetaan sopivilla mikroprosessorin ohjelmilla ja oheispiireillä, kuten muistipiireillä. Virta- ja jännitemittausyksiköiden 5 tuottamat mittausarvot muutetaan numeerisiksi eli digitaalisiksi arvoiksi digitaa-li-analogiamuuntimilla (A/D). Keksinnön perusperiaatteen mukaisesti mikropro-sessorijärjestelmä käyttää kiinteän pilkun aritmetiikkaa, edullisesti 32-bittistä aritmetiikkaa. Sopiva prosessorityyppi on esimerkiksi 32-bit RISC käskykannan omaava yleiskäyttöinen prosessori, kuten ARM7/9 tai M68k-sarja.The most important function of the invention relates to the protection and control unit 16. The overload protection 1 is implemented by a microprocessor system, whereby the majority of the aforementioned units are implemented by suitable microprocessor programs and auxiliary circuits such as memory circuits. The measured values produced by the current and voltage measuring units 5 are converted into numerical or digital values by digital-to-analog converters (A / D). According to the basic principle of the invention, the microprocessor system uses solid-point arithmetic, preferably 32-bit arithmetic. A suitable processor type is, for example, a general-purpose processor with a 32-bit RISC instruction set, such as the ARM7 / 9 or M68k series.

10 On ymmärrettävä, että yllä esitetty rakenne on vain yksi esimerkki keksinnön toteuttavasta termisestä ylikuormitussuojasta.It is to be understood that the above structure is only one example of a thermal overload protection implementing the invention.

Ylikuormitussuoja 1 suojaa moottoria M ylikuumenemiselta ja siitä aiheutuvilta vaurioilta. Suojaus perustuu moottorin termisen kuormituksen laskemiseen mitattujen vaihevirtojen perusteella. Seuraavaksi selitetään suojan 15 yleistä toimintaa kuvioiden 2 ja 3 esimerkin avulla. Vaihejohtimet L1, L2 ja L3 kytketään moottorille M sulkemalla kytkimet S1 ja S2. Virranmittausyksikkö 10 mittaa vaiheiden virrat (vaihe 31, kuvio 3) ja ohjausyksikkö 16 laskee vaihevirtojen perusteella moottorin M termisen kuorman kiinteän pilkun aritmetiikalla (vaihe 32) . Termisen kuormituksen laskemisessa käytetty matemaattinen yh-20 tälö voi olla yhdelle vaiheelle seuraava: i2 f AT λ ..:!· ®*=αγ*-+[ι-—J·®*-, • · ! missä "**: Θ = terminen kuorma, edullisesti 0 to 200% vastaten edullisesti ar- voaluetta 0-2,4 ··· ··· 25 AT = termisen kuorman laskentaväli, edullisesti millisekunneissa • M· .·*·. R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin, edullisesti 1... 10 C = trip-luokan kerroin i = mitattu kuormavirta • · ·· • · · • · '·;·* 30 Kerroin C on edullisesti trip-luokan kerroin te, joka kertoo moottorille *:**: asetetun suurimman käynnistysajan suhteessa todelliseen moottorin käynnisti··: tysaikaan. Kerroin C voi olla esimerkiksi 1,7 (x todellinen käynnistysaika). Kek- . sinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa trip-luokan kerroin t® kerrotaan vakiol- \ la, edullisesti 29.5, tai lasketaan kaavalla (1/k) * Te * (la/ln)2, missä la = käyn- 35 nistysvirta, In = nimellisvirta, Te = sallittu käynnistysaika ja k = vakio. Vakio k = 5 118659 1,22, kun halutaan vastaava toiminta-aikakäyrästö kuin trip luokan ja t6 ajan yhdistelmällä (IEC 60947-4-1 vaatimusten mukaiset toiminta-ajat). Mitattu virta skaalataan edullisesti yksikköarvoksi alueelle 0 - Y, missä Y edustaa Y/100 % nimellisvirrasta ja edullisesti Y=65000, jolloin laskenta on riippumaton todelli-5 sesta virta-alueesta.The overload protector 1 protects the motor M from overheating and any resulting damage. The protection is based on the calculation of the thermal load of the motor based on the measured phase currents. The general operation of the shield 15 will now be explained by the example of Figures 2 and 3. The phase conductors L1, L2 and L3 are connected to motor M by closing switches S1 and S2. The current measuring unit 10 measures the phase currents (step 31, Fig. 3) and the control unit 16 calculates the thermal load of the motor M by fixed point arithmetic based on the phase currents (step 32). The mathematical yh-20 used to calculate the thermal load can be as follows for one step: i2 f AT λ ..:! · ® * = αγ * - + [ι -— J · ® * -, • ·! where "**: Θ = thermal load, preferably 0 to 200%, preferably within the range 0-2.4 ··· ··· 25 AT = thermal load calculation interval, preferably in milliseconds • M ·. · * ·. R = the cooling factor of the electrical appliance, preferably 1 ... 10 C = trip class factor i = measured load current 30 · The factor C is preferably a trip class factor te that tells the motor *: * *: The maximum set start time relative to the actual engine start time ··: The coefficient C may be, for example, 1.7 (x actual start time) In the preferred embodiment of the invention, the trip class coefficient t® is multiplied by a constant, preferably 29.5, or is calculated by the formula (1 / k) * Te * (la / ln) 2, where la = start current, In = rated current, Te = allowable start time and k = constant, constant k = 5 118659 1.22, when desired operating time curve as a trip class and t6 time combination (IEC 60947-4-1 The measured current is preferably scaled to a unit value in the range 0 to Y, where Y represents Y / 100% of the rated current, and preferably Y = 65000, whereby the calculation is independent of the actual current range.

Tarkastellaan esimerkkinä 32-bittistä kiinteän pilkun aritmetiikkaa. Keksinnön mukaisesti yllä kuvattu termisen kuormituksen laskeva matemaattinen yhtälö tai algoritmi operandeineen ohjelmoidaan 32-bittistä kiinteän pilkun aritmetiikkaa käyttävälle prosessorijäijestelmälie sopivaksi siten, tulos tai väli-10 tulos eivät ohjelmaa prosessorijärjestelmässä ajettaessa koskaan ylitä 32-bittistä arvoa.Consider, for example, 32-bit fixed-point arithmetic. According to the invention, the mathematical equation or algorithm for calculating the thermal load described above is programmed into a processor array using 32-bit fixed-point arithmetic so that the result or intermediate result never runs above a 32-bit value when running the program in the processor system.

Esimerkki tällä tavoin strukturoidusta ja skaalatusta laskentayhtälöstä ohjelmoidusta on thRes = ((ΔΤ 1(i2/C)+ROUNDING)/MSEC) 15 +(((((MSEC1SCALING)- ((AT1SCALING/(R1C)))/SPART1) 1th/SPART2) +thFract missä operandien arvot ovat esimerkiksi seuraavia thRes = terminen kuorma 0 to 200% vastaten arvoaluetta 0-24000 ROUNDING = esim. 500 20 MSEC = esim. 1000 SCALING = esim. 10000 ...T SPART1 = esim. SCALING/10 SPART2 = esim. SCALING /100 *:**: thFract = edellisen laskennan thRes jaettuna vakiolla, esim.An example of a structured and scaled calculation equation programmed in this way is thRes = ((ΔΤ 1 (i2 / C) + ROUNDING) / MSEC) 15 + (((((MSEC1SCALING) - ((AT1SCALING / (R1C))) / SPART1) 1th / SPART2) + thFract where operand values are for example thRes = thermal load 0 to 200% corresponding to value range 0-24000 ROUNDING = e.g. 500 20 MSEC = e.g. 1000 SCALING = e.g. 10000 ... T SPART1 = e.g. SCALING / 10 SPART2 = e.g. SCALING / 100 *: **: thFract = thRes of previous calculation divided by constant, e.g.

25 vakiolla = SCALING = 10000.25 constant = SCALING = 10000.

.:. ROUNDING vastaa desimaalipyöristystä. MSEC skaalaa millise- !···. kunnit sekunneiksi. SCALING on tarkkuuden skaalaus. Termien SPART1 ja • SPART2 tulo edustaa aikayksikön (edullisesti millisekuntien) skaalausta, joka .. on jaettu kahteen osaan laskentatarkkuuden säilyttämiseksi..:. ROUNDING corresponds to a decimal round. MSEC scales what-! ···. towns for seconds. SCALING is a precision scaling. The product of the terms SPART1 and • SPART2 represents a unit of time (preferably milliseconds) scaled in two to maintain computational accuracy.

• · 30 Termisen kuormituksen tulos thRes on skaalauksen vuoksi liian *···’ suuri (esimerkissä alueella 0-24000) ja se skaalataan alaspäin edustamaan ·:··: käytettyä termisen kuormituksen yksikköarvoa (per unit value), esimerkissä alueelle 0-2,4 Θ = thRES/10000 • · • t · • i« · • · 6 118659 Tämä osamäärä Θ tallennetaan parametrina thFract ja sitä käytetään seuraavalla kerralla laskennassa. Laskentatarkkuus on 0-100% termisellä kuormituksella parempi kuin 0,1% termisestä kuormituksesta.• · 30 The thermal load result thRes is too * ··· 'large due to scaling (in the range 0-24000 in the example) and is scaled down to represent ·: ··: the used thermal load unit value (in the example range 0-2, 4 Θ = thRES / 10000 · • 118 118 118 6 118659 This quotient Θ is stored as thFract and is used in the next calculation. Calculation accuracy with 0-100% thermal loading is better than 0.1% thermal loading.

Kuvion 2 kuvaaja esittää laskettua termistä kuormitusta Θ ajan t 5 funktiona. Moottorin M käynnistyttyä kylmästä tilasta, se alkaa lämmetä. Samalla tavoin laskettu terminen kuormitus Θ kasvaa ajan funktiona. Kun terminen kuormitus Θ kasvaa tietylle asetetulle hälytystasolle Alarmjevel, ohjausyksikkö 16 voi antaa hälytyksen operaattorille esimerkiksi käyttöliittymän 12-14 tai tietoliikenneyksikön 15 kautta (vaiheet 35 ja 36 kuviossa 3). Ohjausyksikkö 10 16 voi myös jatkuvasti tai tietyn tason jälkeen laskea jäljellä olevan ajan lau kaisuun (time-to-trip) ja ilmoittaa sen operaattorille (vaiheet 33 ja 34 kuviossa 3). Kun terminen kuormitus Θ kasvaa tietylle asetetulle laukaisutasolle Trip (edullisesti 100% moottorin lämpökuormasta), ohjausyksikkö 16 aktivoi lau-kaisusignaalin TRIP, joka ohjaa kytkimen S2 auki, jolloin moottori M kytketään 15 irti kolmivaihesyötöstä L1, L2 ja L3 (vaiheet 37 ja 38 kuviossa 3). Jos moottorin termistä kapasiteettia on laukaisun (tripping jälkeen) jälkeen jäljellä liian vähän (esim. vähemmän kuin 60%), suoja 1 voi estää uuden käynnistyksen kunnes moottori jäähtyy tietylle tasolle (restart inhibit) tai tietyn ajan (vaiheet 39 ja 40 kuviossa 3). Käynnistystä varten signaali TRIP kytketään jälleen inaktiiviseksi 20 ja kytkin S2 suljetaan. Eräässä suoritusmuodossa operaattori voi ohjata ohjausyksikön 16 override-tilaan, jossa Trip-taso on kaksinkertainen (override Trippi* taso).The graph of Fig. 2 shows the calculated thermal load Θ as a function of time t 5. When engine M starts from a cold state, it starts to warm up. Similarly, the calculated thermal load Θ increases with time. As the thermal load Θ increases to a specific set alarm level in Alarmjevel, the control unit 16 can provide an alarm to the operator, for example, via the user interface 12-14 or the communication unit 15 (steps 35 and 36 in Figure 3). The control unit 10 16 may also continuously or after a certain level calculate the time-to-trip and inform the operator thereof (steps 33 and 34 in Figure 3). As the thermal load Θ increases to a specific set trip level (preferably 100% of the motor thermal load), the control unit 16 activates a trip signal TRIP controlling the switch S2, thereby disconnecting the motor M from the three-phase supply L1, L2 and L3 (steps 37 and 38). ). If there is too little thermal power remaining after motor tripping (e.g., less than 60%), protection 1 may prevent restarting until the motor cools to a certain level (restart inhibit) or for a specified time (steps 39 and 40 in Figure 3). For start-up, the TRIP signal is again deactivated 20 and the switch S2 is closed. In one embodiment, the operator may direct the control unit 16 to an override mode with a triple double level (override trip * level).

: Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- ·:*·· nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus- .*··. 25 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- la patenttivaatimusten puitteissa.: It will be obvious to a person skilled in the art that as technology advances, the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its implementation. Thus, the forms are not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.

*··· ·*· • φ • · ··· ·· • · • ·· ··· • · • · ·* • · • · • · • · • · · *·« * • ·* · · · · · · · · · · · · · · · · · · ···

Claims (13)

118659 7118659 7 1. Laite sähkölaitteen, erityisesti sähkömoottorin (M), termistä yli-kuormitussuojausta varten, joka laite käsittää välineet (10) sähkölaitteelle (M) syötetyn ainakin yhden kuormavirran mittaamiseksi, välineet (16) sähkölaitteen 5 termisen kuormituksen laskemiseksi mainitun ainakin yhden kuormavirran perusteella sekä välineet (S2) virransyötön (L1.L2.L3) keskeyttämiseksi, kun terminen kuormitus saavuttaa tietyn kynnystason, jolloin mainitut välineet (16) sähkölaitteen termisen kuormituksen laskemiseksi käsittävät X-bittistä, edullisesti X=32, kiinteän pilkun aritmetiikkaa käyttävän prosessorijärjestelmän, 10 tunnettu siitä, että prosessorijärjestelmä sisältää välineet mitatun virran skaalaamiseksi yksikköarvoksi alueelle 0 - Y, missä Y edustaa Y/100 % nimel-lisvirrasta, ja välineet termisen kuorman laskemiseksi matemaattisella yhtälöllä, joka on operandeineen ohjelmoitu mikroprosessorijäijestelmään siten struktruoituna, että tulos tai välitulos eivät koskaan ylitä X-bittistä arvoa.Apparatus for thermal overload protection of an electrical device, in particular an electric motor (M), comprising means (10) for measuring at least one load current supplied to the electrical device (M), means (16) for calculating a thermal load of the electrical device 5 based on said at least one load current (S2) for interrupting the power supply (L1.L2.L3) when the thermal load reaches a certain threshold level, said means (16) for calculating the thermal load of the electrical device comprising an X-bit, preferably X = 32, fixed point arithmetic processor system, that the processor system includes means for scaling the measured current to a unit value from 0 to Y, where Y represents Y / 100% of the nominal current, and means for calculating the thermal load by a mathematical equation programmed into the microprocessor system with its operands the intermediate result will never exceed the X-bit value. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että matemaattinen yhtälö on missä Θ - terminen kuorma , 20 ΔΤ = termisen kuorman laskentaväli ;··; R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin i.i: C = trip-luokan kerroinDevice according to claim 1, characterized in that the mathematical equation is where Θ - thermal load, 20 ΔΤ = thermal load calculation interval; ··; R = electrical refrigeration coefficient i.i: C = trip class factor 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että O käytetään yhtä tai useampaa seuraavista operandien arvoista ·:· 25 Θ = 0 to 200% vastaten edullisesti arvoaluetta 0-2,4 • •a1 ΔΤ = termisen kuorman laskentaväli millisekunneissa ··· R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin alueella 1...10 :·. C = trip-luokan kerroin • aa [··.. i = mitattu virta. a a *:1 30 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, "" että matemaattinen yhtälö, joka on operandeineen strukturoitu siten, että ter- *:2: misen kuorman laskennan tulos tai välitulos eivät koskaan ylitä 32-bittistä ar- : !·. voa on » 1 » • · · a • aa1· 2 • a 118659 8 thRes = ((AT*(iz/C)+ROUNDING)/MSEC) +(((((MSEC*SCALINGM(AT*SCALING/(R*C)))/SPART1) *th/SPART2) +thFract missä 5 thRes = terminen kuomia, ΔΤ = on termisen kuorman laskentaväli R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin C = trip-luokan kerroin i = mitattu virta skaalattuna yksikköarvoksi 10 ROUNDING = pyöristyskerroin MSEC = aikayksikön skaalaus SCALING = tarkkuuden skaalaus SPART1 = osaskaalaus SPART2 = osaskaalaus 15 thFract = edellisen laskennan terminen kuorma thRes jaettu na vakiolla.Device according to claim 2, characterized in that O is used for one or more of the following operand values ·: · 25 Θ = 0 to 200%, preferably corresponding to a value range of 0-2.4 • • a1 ΔΤ = thermal load calculation interval in milliseconds ··· R = cooling factor of the electrical equipment in the range 1 ... 10: ·. C = trip class factor • aa [·· .. i = measured current. aa *: 1 30 Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that "" a mathematical equation with its operands is structured such that the result or intermediate result of a ter *: 2 load calculation never exceeds 32 bits ar-:! ·. voa on »1» • · · a • aa1 · 2 • a 118659 8 thRes = ((AT * (iz / C) + ROUNDING) / MSEC) + {(((MSEC * SCALINGM (AT * SCALING / (R * C))) / SPART1) * th / SPART2) + thFract where 5 thRes = thermal loads, ΔΤ = is the thermal load calculation interval R = electrical cooling factor C = trip class factor i = measured current scaled to unit value 10 ROUNDING = rounding factor MSEC = time unit scaling SCALING = precision scaling SPART1 = partial scaling SPART2 = partial scaling 15 thFract = thermal load of previous calculation thRes divided by na constant. 5. Patenttivaatimuksen4mukainen laite,tunnettu siitä, että käytetään yhtä tai useampaa seuraavista operandien arvoista thRes = 0 to 200% vastaten edullisesti arvoaluetta 0-24000 20 ΔΤ = termisen kuorman laskentaväli millisekunneissa R = 1...10 i = mitattu virta skaalattuna yksikköarvoksi 0-65000, joka vastaa 0- • · · 650% nimellisvirrasta, *:··: ROUNDING =500Device according to Claim 4, characterized in that one or more of the following operand values are used thRes = 0 to 200%, preferably corresponding to a value range of 0-24000 20 ΔΤ = thermal load calculation interval in milliseconds R = 1 ... 10 i = measured current scaled to 0- 65000 corresponding to 0- • · · 650% of rated current, *: ··: ROUNDING = 500 25 MSEC =1000 *·:. SCALING =10000 SPART1 = SCALING/10 SPART2 = SCALING /100 ... thFract = edellisen laskennan thRes jaettuna vakiolla25 MSEC = 1000 * ·:. SCALING = 10000 SPART1 = SCALING / 10 SPART2 = SCALING / 100 ... thFract = thRes of previous calculation divided by constant 30 SCALING. • * *·;** 6. Patentivaatimuksen 3, 4 tai 5 mukainen laite, tunnettu siitä, *:**: että C on trip-luokan kerroin te kerrottuna vakiolla, edullisesti 29.5, tai laskettu- ·:··· na kaavalla (1/k) * Te * (la/ln)2, missä la = käynnistysvirta, In = nimellisvirta, Te . \ = sallittu käynnistysaika ja k = vakio, edullisesti k = 1,22. • · · *··: 35 t 9 11865930 SCALING. Apparatus according to claim 3, 4 or 5, characterized by *: **: that C is a trip class coefficient te multiplied by a constant, preferably 29.5, or calculated by the formula:: ··· (1 / k) * Te * (la / ln) 2 where la = start current, In = rated current, Te. \ = allowable start time and k = constant, preferably k = 1.22. • · · * ··: 35 t 9 118659 7. Menetelmä sähkölaitteen, erityisesti sähkömoottorin, termistä yli-kuormitussuojausta varten, joka menetelmä käsittää ainakin yhden sähkölaitteelle syötetyn kuormavirran mittaamisen, sähkölaitteen termisen kuormituksen laskemisen mainitun ainakin 5 yhden kuormavirran perusteella X-bittisellä, edullisesti X=32, kiinteän pilkun aritmetiikkaa käyttävällä prosessorijäijestelmällä, ja virransyötön keskeyttämisen sähkölaitteelta, kun terminen kuormitus saavuttaa tietyn kynnystason, tunnettu siitä, että mitattu virta skaalataan yksikköarvoksi alueelle 0 - Y, missä Y 10 edustaa Y/100 % nimellisvirrasta, sähkölaitteen terminen kuormitus lasketaan prosessorijäijestelmäl-lä, johon termisen kuormituksen matemaattinen yhtälö on ohjelmoitu siten strukturoituna, että tulos tai välitulos eivät koskaan ylitä X-bittistä arvoa.A method for thermal overload protection of an electrical device, in particular an electric motor, comprising measuring at least one load current supplied to the electrical device, calculating the thermal load of the electrical device based on said at least one load current using an X bit, preferably X = 32, fixed point arithmetic processor interrupting the power supply to the electrical device when the thermal load reaches a certain threshold level, characterized in that the measured current is scaled to a unit value in the range 0 - Y, where Y 10 represents Y / 100% of the rated current, the thermal load of the electrical device is calculated by a processor equation structured so that the result or intermediate result never exceeds the X-bit value. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että matemaattinen yhtälö on ®l=AT* — + fl——— k C { R*C) * 1 missä Θ = terminen kuorma, edullisesti 0 to 200% vastaten edullisesti arvoaluetta 0-2,4A method according to claim 7, characterized in that the mathematical equation is ®l = AT * - + fl ——— k C {R * C) * 1 where Θ = thermal load, preferably 0 to 200%, preferably within the range 0 -2.4 20 AT = termisen kuorman laskentaväli, edullisesti millisekunneissa R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin, edullisesti 1... 10 • * : C = trip-luokan kerroin *"·: i = mitattu virta. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetel- mä, tunnettu siitä, että ohjelmoitu matemaattinen yhtälö, joka on operan- ··· 25 deineen strukturoitu siten että termisen kuorman laskennan tulos tai välitulos ·«·« .*··. eivät koskaan ylitä 32-bittistä arvoa, on thRes = ((AT *(i2/C)+ROUNDING)/MSEC) +(((((MSEC*SCALING)- ((AT*SCALING/(R*C)))/SPART1) *th/SPART2) +thFract • · **:*’ 30 missä *:*·: thRes = terminen kuorma, ·:··: AT = on termisen kuorman laskentaväli . R = sähkölaitteen jäähdytyskerroin i C = trip-luokan kerroin 35 i = mitattu virta skaalattuna yksikköarvoksi 10 118659 ROUNDING s pyöristyskerroin MSEC = aikayksikön skaalaus SCALING = tarkkuuden skaalaus SPART1 = osaskaaiausAT = thermal load calculation interval, preferably in milliseconds R = cooling factor of electrical device, preferably 1 ... 10 • *: C = trip class factor * "·: i = measured current. Method according to claim 7 or 8, known the fact that a programmed mathematical equation, structured · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·. i2 / C) + ROUNDING) / MSEC) + ((((((MSEC * SCALING) - ((AT * SCALING / (R * C))) / SPART1) * th / SPART2) + thFract • · **: * '30 where *: * ·: thRes = thermal load, ·: ··: AT = is the thermal load calculation interval R = electrical cooling factor i C = trip class factor 35 i = measured current scaled to unit value 10 118659 ROUNDING s rounding factor MSEC = time unit scaling SCALING = precision scaling SPART1 = subscale 5 SPART2 = osaskaaiaus thFract = edellisen laskennan terminen kuorma thRes jaettuna vakiolla.5 SPART2 = subtask thFract = thermal load of previous calculation thRes divided by constant. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään yhtä tai useampaa seuraavista operandien arvoista 10 thRes - 0 to 200% vastaten edullisesti arvoaluetta 0-24000 ΔΤ s termisen kuorman laskentaväli millisekunneissa R = 1... 10 C = trip-luokan kerroin i mitattu virta skaalattuna yksikköarvoksi 0-65000, joka vastaa Οι 5 650% nimellisvirrasta, ROUNDING = 500 MSEC =1000 SCALING =10000 SPART1 = SCALING/10Method according to Claim 9, characterized in that one or more of the following operand values of 10 thRes to 0 to 200% are used, preferably corresponding to a value in the range 0 to 24000 Δ ter s thermal load calculation interval in milliseconds R = 1 ... 10 C = trip class factor i the measured current scaled to a unit value of 0-65000 corresponding to Οι 5 650% of the rated current, ROUNDING = 500 MSEC = 1000 SCALING = 10000 SPART1 = SCALING / 10 20 SPART2 = SCALING/100 . thFract = edellisen laskennan thRes jaettuna vakiolla ;1 2 3·| SCALING. · 11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen menetelmä, tun- nettu siitä, että C on trip-luokan kerroin t6 kerrottuna vakiolla, edullisesti 25 29.5, tai laskettuna kaavalla (1/k) 1 Te 1 (la/ln)2, missä la = käynnistysvirta, In = nimellisvirta, Te = sallittu käynnistysaika ja k = vakio, edullisesti k = 1,22. • · · • · • 1 ·1» • 1 * · • ·· • · · • · • · • · · • • m m • 1· • · · • 1 » 2 • · · 3 · 118659 1120 SPART2 = SCALING / 100. thFract = thRes of previous calculation divided by constant; 1 2 3 · | SCALING. A method according to claim 8, 9 or 10, characterized in that C is a trip-class coefficient t6 multiplied by a constant, preferably 25 29.5, or calculated by the formula (1 / k) 1 Te 1 (la / ln) 2, where la = start current, In = rated current, Te = allowable start time and k = constant, preferably k = 1.22. • · · • • 1 · 1 »• 1 * · • · · · · · m · 1 · 2 · · · 1» 2 • · · 3 · 118659 11
FI20040154A 2004-02-02 2004-02-02 Thermal overload protection FI118659B (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040154A FI118659B (en) 2004-02-02 2004-02-02 Thermal overload protection
CNB2005800038328A CN100539347C (en) 2004-02-02 2005-02-01 Thermal overload protection equipment and method
PCT/FI2005/000066 WO2005074089A1 (en) 2004-02-02 2005-02-01 Thermal overload protection
EP05708146A EP1719231A1 (en) 2004-02-02 2005-02-01 Thermal overload protection
CA2554117A CA2554117C (en) 2004-02-02 2005-02-01 Thermal overload protection

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040154A FI118659B (en) 2004-02-02 2004-02-02 Thermal overload protection
FI20040154 2004-02-02

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20040154A0 FI20040154A0 (en) 2004-02-02
FI20040154A FI20040154A (en) 2005-08-03
FI118659B true FI118659B (en) 2008-01-31

Family

ID=31725639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20040154A FI118659B (en) 2004-02-02 2004-02-02 Thermal overload protection

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1719231A1 (en)
CN (1) CN100539347C (en)
CA (1) CA2554117C (en)
FI (1) FI118659B (en)
WO (1) WO2005074089A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103928906A (en) * 2014-03-26 2014-07-16 广州白云电器设备股份有限公司 Thermal overload protection method of electric system
CN109863684B (en) 2016-09-02 2023-06-06 康斯博格股份有限公司 Technique for limiting current supplied to motor in electric power steering system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4796142A (en) * 1986-10-16 1989-01-03 Square D Company Overload protection apparatus for emulating the response of a thermal overload
US4807153A (en) * 1986-11-20 1989-02-21 Unimation Inc. Multiaxis digital robot control having a backup velocity monitor and protection system
DE19948715A1 (en) * 1999-09-30 2001-04-12 Siemens Ag Method for obtaining a replacement quantity representing a thermal state of an electrical consumer and circuit arrangement for carrying out the method
FR2802019B1 (en) * 1999-12-06 2002-01-18 Schneider Electric Ind Sa THERMAL PROTECTION RELAY

Also Published As

Publication number Publication date
EP1719231A1 (en) 2006-11-08
WO2005074089A1 (en) 2005-08-11
CA2554117A1 (en) 2005-08-11
FI20040154A0 (en) 2004-02-02
FI20040154A (en) 2005-08-03
CN100539347C (en) 2009-09-09
CN1914778A (en) 2007-02-14
CA2554117C (en) 2012-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2554118C (en) Thermal overload protection
US7555366B2 (en) Thermal overload protection
US4573132A (en) Thermal model for electrical apparatus
CA2677547C (en) Motor protection using accurate slip calculations
CA2268233A1 (en) Dual microprocessor electronic trip unit for a circuit interrupter
JP4736006B2 (en) Motor start control device and protection method in motor start
JPH02133034A (en) Digital breaker having electric motor-trip-parameter
MXPA00005504A (en) Electronic trip unit with user-adjustable sensitivity to current spikes.
CN101366162A (en) Electronic overload relay for mains-fed induction motors
GB2253957A (en) Protecting and determining operating life of electric machine
FI118659B (en) Thermal overload protection
EP0587849A1 (en) Thermal protection for locomotive main traction alternators.
ATE256929T1 (en) THERMAL MONITORING OF AN ELECTRICAL LOAD ELEMENT
IL190494A (en) Protection apparatus for an electrical load
CA1201160A (en) Rotor protection apparatus
Roberts The application of an induction motor thermal model to motor protection and other functions.
JPH099684A (en) Thermal protector of inverter-driven motor
JPH05316797A (en) Output controller for generator
JP2561062B2 (en) Overcurrent relay
Rifaat Industrial Motor Protection [History]
Zocholl Induction Motors: Part II--Protection
KR100221239B1 (en) Digital relay
JPH0255597A (en) Motor protector
JP2001359297A (en) Load controller
JPH09149546A (en) Overload protector of induction motor

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 118659

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed