淺談掘進(jìn)機(jī)電動機(jī)過載保護(hù)的算法優(yōu)化

時間：2021-08-25作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：44

朱鹍


安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801


 


摘要：對于掘進(jìn)機(jī)電動機(jī)的過載保護(hù)，宜采用反時限保護(hù)的思想，為在微機(jī)計(jì)算中實(shí)現(xiàn)該思想，引入電流—時間關(guān)系式，從而引入發(fā)熱常數(shù)K；然后根據(jù)少量已知的電動機(jī)過載保護(hù)要求，求得K值的保護(hù)限值；對K值進(jìn)行累加計(jì)算，當(dāng)K值過限值時即發(fā)出電動機(jī)保護(hù)指令。現(xiàn)對優(yōu)化后的微機(jī)算法代碼進(jìn)行舉例說明，該算法相較于傳統(tǒng)的分段式算法為準(zhǔn)確，特別是對于動態(tài)過載的情況，其效果尤為明顯。


 


關(guān)鍵詞：電動機(jī)；過載；微機(jī)；反時限；算法


 


0引言


對電動機(jī)的保護(hù)應(yīng)將溫度保護(hù)和熱（電流）保護(hù)兩者結(jié)合，組成溫度—電流保護(hù)，這是一種比較理想的過負(fù)荷保護(hù)方式。目前，以微機(jī)為基礎(chǔ)的熱（電流）保護(hù)，以其處理數(shù)據(jù)靈活、適用范圍廣等特點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要討論以微機(jī)為基礎(chǔ)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的電動機(jī)熱（電流）保護(hù)算法。


 


1標(biāo)準(zhǔn)算法


礦用懸臂式掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《懸臂式掘進(jìn)機(jī)電氣控制設(shè)備》（MT/T971—2005），其中要求對掘進(jìn)機(jī)電動機(jī)的過載短路保護(hù)應(yīng)符合表1的規(guī)定。


表1


 


若按照表1所列數(shù)據(jù)執(zhí)行，對于1.20倍過載保護(hù)和1.50倍過載保護(hù)，在微機(jī)上的ST語言代碼表達(dá)如下：


IFCurrent_real>(Current_rated*1.20)THEN


Mid_120:=TRUE;


ELSE


Mid_120:=FALSE;


END_IF


TON_120(IN:=Mid_120,PT:=T#1200S);


IFTON_120.QTHEN


Overload_current_120:=TRUE;


END_IF（*1.2倍過載1200s*）


IFCurrent_real>(Current_rated*1.50)THEN


Mid_150:=TRUE;


ELSE


Mid_150:=FALSE;


END_IF


TON_150(IN:=Mid_150,PT:=T#180S);


IFTON_150.QTHEN


Overload_current_150:=TRUE;


END_IF（*1.5倍過載180s*）


IFOverload_current_120OROverload_current_150THEN


Motor_stop:=TRUE;


ELSE


Motor_stop:=FALSE;


END_IF（*過載后電動機(jī)停止*）


IFResetTHEN


Overload_current_120:=FALSE;


Overload_current_150:=FALSE;


END_IF（*復(fù)位*）


備注：Current_real—實(shí)時電流；Current_rated—額定電流（整定電流）；Mid_120—1.2倍過載計(jì)算的中間變量；Overload_current_120—1.2倍過載；Motor_stop—電動機(jī)停止；Reset—復(fù)位。


對于表1所述及其在微機(jī)上的算法，有兩個問題：


（1）在1.5倍至6倍過載之間，數(shù)據(jù)缺失，沒有2倍、3倍、4倍、5倍等過載的動作時間。


（2）算法不夠合理。掘進(jìn)機(jī)負(fù)載是一直變化的，電流也隨之變化，過載倍數(shù)也是一直變化的，那么過載保護(hù)的時間也應(yīng)當(dāng)是實(shí)時變化的，上文分段式算法無法準(zhǔn)確反映動態(tài)過載的情況。


 


 


2算法優(yōu)化


對于電流頻繁變化的電動機(jī)宜采用反時限電流保護(hù)。采用反時限電流保護(hù)方法，首先要建立電流—時間的關(guān)系式。


電動機(jī)短時過負(fù)荷時，發(fā)熱時間短，發(fā)熱量大，電動機(jī)繞組在發(fā)熱時與鐵芯間存在熱絕緣，且鐵芯質(zhì)量大而發(fā)熱緩慢，所以短時過負(fù)荷狀態(tài)的電動機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)應(yīng)由繞組發(fā)熱時間常數(shù)T′決定。


額定穩(wěn)態(tài)后的過載保護(hù)時間可用下式表示：


 


式中，t為額定穩(wěn)態(tài)后的過載保護(hù)時間（s）；θn為額定穩(wěn)態(tài)溫升（℃）；Δθ為出θn的溫升（℃）；Tn′為額定穩(wěn)態(tài)時的繞組發(fā)熱時間常數(shù)（s）；IZ為電流倍數(shù)，IZ=I/In。


變形得：


 


令：


 


則過載電流倍數(shù)與保護(hù)時間的關(guān)系式為：


K=（IZ2-1）t


采用反時限過流保護(hù)算法時，繞組發(fā)熱時間常數(shù)T′一般應(yīng)由電動機(jī)制造商提供，但國內(nèi)制造商一般都不提供此數(shù)據(jù)，我們可以根據(jù)制造商提供的其他數(shù)據(jù)或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。


有多種方法可以計(jì)算K值大小，我們可以根據(jù)已知的電動機(jī)過載負(fù)荷能力對K值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)表1數(shù)據(jù)計(jì)算K值：


1.2倍過載時：


K=（1.22-1）×1200=528


1.5倍過載時：


K=（1.52-1）×180=225


二者取小，則K=225。


由此我們可以反推2倍、3倍、4倍、5倍等其他倍數(shù)的過載保護(hù)時間，如3倍電流過載的保護(hù)時間則為：


 


在變化過載電流條件下，為了在微機(jī)中實(shí)現(xiàn)電動機(jī)過載保護(hù)的計(jì)算，我們可以對K值進(jìn)行累加計(jì)算，在微機(jī)上的ST語言代碼表達(dá)如下：


IFNum＜5THEN


Num:=Num+1;


Current_real_sum:=Current_real_sum+Current_real;


END_IF


IFNum=5THEN


Current_real_average:=Current_real_sum/Num


（*計(jì)算5個數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)的電流平均值，5可調(diào)*）Multiple_current:=(Current_real_average/Current_rated)


K1:=(Multiple_current*Multiple_current-1)*Num*Cycle;


K:=K+K1;


Num:=0;


Current_real_sum:=0;


END_IF（*計(jì)算K值*）


IFK＞225THEN


Motor_stop:=TRUE;


END_IF


IFK＜0THEN


K:=0


END_IF（*電動機(jī)停止*）


IFResetTHEN


Motor_stop:=FALSE;


END_IF（*復(fù)位*）


備注：Num—計(jì)數(shù)，初始值為0；Current_real—實(shí)時電流；Current_real_sum—實(shí)時電流求和；Current_real_average—時間元內(nèi)的電流平均值；Multiple_current—電流倍數(shù)；Current_rated—額定電流；Cycle—實(shí)時電流的采集周期；K1—K值計(jì)算的中間變量；K—過載K值累加值，初始值為0。


考慮到計(jì)算量的問題，所以引入了Current_real_average—時間元內(nèi)的電流平均值，如果微機(jī)計(jì)算能力允許的話，時間元應(yīng)盡量取小，時間元越小則計(jì)算結(jié)果越真實(shí)準(zhǔn)確，直接取數(shù)據(jù)采集周期Cycle的大小，此時Num取1。


 


3.安科瑞智能電動機(jī)保護(hù)器介紹


3.1產(chǎn)品介紹


智能電動機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。


3.2技術(shù)參數(shù)


3.2.1數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)器


















作者簡介：朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)能源管控



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